Transport van tunnelelementen over zee

Abstract

In Nederland wordt het steeds moeilijker om bouwdokken, voor het vervaardigen van afzinkelementen van een afzinktunnel, aan te leggen. Daarom wordt uitgeweken naar reeds bestaande bouwdokken, en worden de tunnelelementen over langere afstanden en ook over zee vervoerd. De krachten en momenten die door de golfbelasting, tijdens transport over zee, in de elementen worden opgewekt zullen door middel van voorspanning moeten worden opgenomen. Dit afstudeeronderzoek omvat een studie naar de optredende krachten en momenten in tunnelelementen als gevolg van golfbelastingen en de optimalisatie van de benodigde voorspanning alsmede de lengte van tunnelelementen. Bij het onderzoek is uitgegaan van het transport van de elementen van de Wijkertunnel, dat plaatsvindt over de Noordzee tussen de Nieuwe Waterweg en het Noordzeekanaal. De lange-termijn verdeling van golven op de Noordzee is bepaald met behulp van 3-uurlijkse waarnemingen, van twee meetstations op de Noordzee over een periode van 13 jaar voor de zomermaanden mei tot en met augustus, van de significante golfhoogte Hs, de piekperiode Tp en de invalshoek van de golven. Uit de waarnemingen blijkt dat de piekperiode, de pieksteilheid en de hoek van inval onafhankelijk zijn van elkaar, zodat de kans op voorkomen van een karakteristieke golf wordt verkregen door vermenigvuldiging van de verdelingsfuncties van deze variabelen. De piekperiode en pieksteilheid zijn normaal verdeeld met respectievelijk j1 = 5,326 ,~ = 1,034 seconde voor de periode en j1 = 1,9 %, ~ = 0,9 % voor de steilheid. De invalshoek is uniform verdeeld. Voor de deining is een significante hoogte van 0,5 m. met een piekperiode van 10 sec. aangehouden. Uit de beschrijving van golven met behulp van verdelingsfuncties volgt een probabilistische aanpak van het probleem. Om de krachten en momenten in de elementen te kunnen bepalen wordt, met behulp van spectraalanalyse, een karakteristieke golf vertaald naar een golfspectrum; door middel van overdrachtsfuncties worden dan de krachten- en momentenspectra bepaald. De overdrachtsfuncties zijn bepaald met een dynamisch rekenprogramma dat gebruikt maakt van de lineaire striptheorie, en zijn gecontroleerd aan de hand van overdrachtsfuncties bepaald met modelproeven voor de Wijkertunnel. Hieruit blijkt dat de berekende overdrachtsfuncties zeer goed voldoen aan de werkelijkheid. Met de momentenspectra zijn de significante buigende momenten bepaald, waaruit de significante benodigde voorspanning voor elke karakteristieke golf is berekend. De kans op falen van het tunnelelement tijdens zeetransport als functie van de voorspanning is gelijk aan de kans op overschrijden van de significante voorspanning tijdens transport over zee (extreme Rayleigh verdeling) vermenigvuldigd met de kans op voorkomen van een karakteristieke golf (Iange-termijn verdeling) gesommeerd over alle voorkomende golven. Met behulp van deze faalkans als functie van de voorspanning en eisen ten aanzien van de faalkans voor de gebruiks- en bezwijkfase van het transport is bepaald dat de benodigde voorspanning gelijk is aan Fp = 74000 kN. De gebruiksfase is hierbij maatgevend. De optimalisatie van de voorspanning is gedaan naar de kosten van bezwijken van een element tijdens transport. Het blijkt dat de optimale voorspanning lager Iigt dan de toegepaste voorspanning, echter omdat de gebruiksfase maatgevend is wordt de werkbaarheid, bij een lagere, optimale' voorspanning te klein. Kostenoptimalisatie van de voorspanning moet dus geschieden aan de hand van wachttijden voor de gebruiksfase.