Het onderzoek dat in dit rapport wordt gepresenteerd is het afstudeerwerk ter verkrijging van
mijn ingenieursdiploma in de Civiele Techniek aan de Technische Universiteit Delft. Het meeste werk
aan dit afstudeeronderzoek is uitgevoerd binnen het ingenierusbureau van de Gemeentewerken Rotterdam.
Het doel van de studie is de technische haalbaarheid te onderzoeken van een
gereduceerde tunnellining voor boortunnels in slappe grond door toepassing van ultra-hogesterktebeton.
Uit de bouwpraktijk van geboorde tunnels in slappe grond is gebleken dat een vaste verhouding
tussen de tunnel’s diameter en vereiste liningdikte (wanddikte) bestaat. De dikte is hierdoor gelijk
aan 1/20-ste deel van de diameter. Bij zeer grote diameters worden de tunnelsegmenten zodoende
zeer zwaar. Dit levert problemen op in de logistiek (het productieproces, vervoer naar de bouwplaats
en de plaatsing van segmenten in de tunnel), die de totale kosten sterk opdrijven.
De wens blijft echter bestaan om boortunnels met zeer grote diameters te maken. Hierdoor zal het
mogelijk worden ook snelwegen, zoals de toekomstige snelweg A13/16 in het noorden van
Rotterdam, in zo’n type tunnel aan te leggen. In deze studie is onderzocht of de nieuwe staalvezel
versterkte betonsoorten, zeer hogesterkte beton C100/115 en ultra hogesterkte beton C180/210,
kunnen bijdragen aan een reductie van de liningdikte voor boortunnels met een zeer grote diameter.
Verschillende mechanismen kunnen bij een boortunnel tot schade en daardoor mogelijk tot bezwijken, leiden. In de studie zijn de volgende vier uitvoerig onderzocht:
De genoemde mechanismen resulteerden elk in een grenswaarde van de vereiste liningdikte. Het is gebleken dat de gebruiksfase nooit maatgevend wordt. De sterkte-eisen door de ringwerking bij de groutinjectie en de introductie van vijzelkrachten dicteren de vereiste liningdikte. Deze zijn ook verantwoordelijk gebleken voor de liningdikte uit de standaard vuistregel van 1/20 D voor conventioneel beton. De bouwfase mag in het ontwerp van een boortunnel daarom nooit buiten beschouwing worden gelaten.
Torsie door het trompeteffect leidt snel tot scheurvorming in de tunnelsegmenten. Zeer grote liningdikten zijn vereist om dit mechanisme te voorkomen. Deze dikten liggen voor conventioneel beton in ieder geval boven de standaarddikte van 1/20 D. Hierdoor zijn scheuren tijdens de bouw te verwachten, wat in de praktijk ook inderdaad is waargenomen. Ook bij zeer en ultra hogesterkte beton zijn scheuren te verwachten als de vereiste liningdikte wordt gebaseerd op de genoemde sterkte-eisen. Tijdelijke maatregelen als het gebruik van een adjuster (vakwerk in de ring om vervormen te voorkomen) of de toepassing van een tunnelboormachine met een langer schild kunnen dit effect gedeeltelijk terugdringen.
Door toevoeging van conventionele wapening aan een tunnellining van ultra hoge sterkte beton is het mogelijk gebleken zeer dunne liningdikten te verkrijgen. Het benodigde wapeningspercentage is sterk afhankelijk van de diepteligging van de tunnel. Echter op alle onderzochte diepten is een dikte van slechts 1/58 D mogelijk gebleken. Voor een vermindering van de maatgevendheid van de groutinjectie kan een tijdelijke massa (bijvoorbeeld een zandlichaam) in de tunnel worden aangebracht. Eventueel kan deze massa na de bouwfase probleemloos worden verwijderd. Door het toepassen van zulke tijdelijke maatregelen tijdens de bouwfase kunnen zelfs liningdikten onder de 1/60 D worden gerealiseerd.
Dit was de samenvatting van het afstudeerrapport. Om het volledige rapport in te zien kunt u via deze link de pdf-versie downloaden.