Analyse grond-tunnelinteractie: Analytische en numerieke bepaling van veerstijfheid van de grond voor toepassing in ring- en liggermodel

Analyse grond-tunnelinteractie: Analytische en numerieke bepaling van veerstijfheid van de grond voor toepassing in ring- en liggermodel

Lengkeek, H.J.

Bakker, K.J. (mentor)
Van Scheldt, W. (mentor)
Vrijling, J.K. (mentor)

Civil Engineering and Geosciences

Hydraulic Engineering

1997-02-04

Het boren van tunnels is een 'oude bekende' bouwmethodiek. In het buitenland is hier al veel ervaring mee opgedaan. Het grote voordeel van het boren is de geringe verstoring tijdens de bouwfase. Tot op heden is deze bouwmethodiek alleen toegepast in stevige grondsoorten, zoals rots en harde klei en is er geen ervaring opgedaan met het boren in slappe grondsoorten, zoals veen. Het afstudeeronderzoek richt zich daarom op het invloed van de grond op de tunnel. Uit literatuuronderzoek is naar voren gekomen dat de snedekrachten (momenten en dwarskrachten) in de tunnel-lining toenemen wanneer de stijfheidsverhouding tussen de grond en de tunnel afneemt. Binnen het toepassingsgebied, van tunnels in een minder stevige grondsoorten, is de uitkomst van de modellen gevoeliger voor de invoerparameters en randvoorwaarden. Met name de tangentiale belasting en bedding zijn van grotere invloed op de uitkomst. Het betreffende onderzoek is geldig in de dwarsrichting van de tunnel. Voor de langsrichting van de tunnel kan de stijfheidsverhouding worden uitgedrukt in de "natuurlijke golflengte". van de tunnelbuis. In minder stevige grond neemt de natuurlijke golflengte toe. Wanneer de stijfheid van de grond afneemt met bijvoorbeeld een factor 10, nemen de verplaatsingen toe met een factor 10, nemen de momenten toe met een factor -3 en de dwarskrachten met een factor -2. De snedekrachten in dwarsdoosnede en langsrichting kunnen worden bepaald met behulp van verenmodellen. De veren schematiseren de ondersteuning van de grond. In een ringmodel (dwarsrichting) wordt de ondersteuning van de grond geschematiseerd door een radiale en tangentiale beddingsconstante. In een liggermodel (Iangsrichting) wordt de ondersteuning van de grond geschematiseerd door een verticale grondveerstijfheid. Analytisch en numeriek onderzoek bevestigen de uitkomst voor de radiale beddingsconstante volgens Duddeck (1980), voor tunnels met een diepe ligging in een stevige ondergrond. Voor ondiep gelegen tunnels in een slappere ondergrond komen de resultaten overeen met de waarde volgens Ahrens (1982). Bij de benaderingen is uitgegaan van een lineair elastisch medium waarin de tunnel een zuivere contractie wordt opgelegd. De waarde voor de verticale grondveerstijfheid is numeriek bepaald. Hierbij wordt de tunnel in de dwarsdoorsnede belast met een verticale kracht. Door de spannings- en verplaatsingsverandering op elkaar te delen kan de verticale beddingsconstante bepaald worden. De sommatie over de tunnelring geeft de verticale grondveerstijfheid. De verticale grondveerstijfheid heeft een radiaal en tangentiaal aandeel. Wanneer de maximale schuifspanning niet wordt overschreden zijn deze aandelen ongeveer gelijk. De totale grondveerstijfheid is orde van grootte gelijk aan de elasticiteitsmodulus van de grond (E). De verticale grondveerstijfheid dient als invoerparameter voor de bepaling van de krachtswerking in de langsrichting van de tunnelbuis. Krachtswerking, ook wel liggerwerking, treedt op wanneer de tunnel plaatselijk wordt belast met een resulterende verticale kracht. De resulterende kracht kan het gevolg zijn van het afzetten van de tunnelboormachine, door het plaatselijk opdrijven van de tunnel of door zettingsverschillen. Opdrijven treedt alleen op wanneer de tunnel te weinig dekking heeft zodat de betreffende tunnelringen voor het verticale evenwicht afhankelijk zijn van de naburige ringen. Hiervoor is in het rapport een criterium opgesteld. De tunnel wordt in deze berekeningen geschematiseerd als een buig/-afschuifligger. De invloed van de voegen en het voegmateriaal is verwerkt in de equivalente stijfheid van de tunnel.

bored tunnels
ground stiffness

http://resolver.tudelft.nl/uuid:322cf6df-f7d0-4b0b-be33-c6260cba01c3

Student theses

master thesis

(c) 1997 Lengkeek, H.J.