Boorfrontstabiliteit bij Vloeistofschilden

Abstract

Voor de aanleg van tunnels bieden boormethoden steeds grotere voordelen. In Nederlandse grond zal veelal slechts geboord kunnen worden gebruik makend van een schildmethode, in de meeste gevallen gecombineerd met boorfrontondersteuning. Het schild waarborgd de stabiliteit van de grond in radiale richting. Door middel van boorfrontondersteuning kan voorkomen worden dat het boorfront instort. Een van de mogelijkheden voor boorfrontondersteuning is de ondersteuning door middel van een onder druk staande vloeistof, zoals het geval bij de zogenaamde vloestofschilden. De vloeistof kan onder druk gezet worden door middel van een luchtkussen of door geregelde aanvoer van de steunvloeistof en afvoer van het grond-vloeistofmengsel. De steundruk moet enerzijds grondwaterstroming in de richting van de tunnelboormachine en anderzijds instorting van het boorfront voorkomen. Dit leidt tot de definitie van de minimaal benodigde steundruk. Daamaast mag de steundruk niet te hoog zijn, omdat clan een ander mechanisme kan optreden, te weten oppersing. Dit leidt tot de definitie van de maximaal toelaatbare steundruk. De steundruk wordt opgedeeld in de grondwater-gerelateerde steundruk en de minimale overdruk. De grondwatergerelateerde steundruk moet aan de bovenkant van de tunnelboormachine (TBM) minstens gelijk zijn aan de grondwaterdruk. De overdruk moet minstens gelijk zijn aan de effectieve horizontale gronddruk.. De gronddruk wordt be'invloed door boogwerking, wat leidt tot herverdeling van de grondspanningen en daaruit volgend een gereduceerde gronddruk ten opzichte van een twee-dimensionale spanningstoestand. Mede ten gevolge van deze ruimtelijke werking van de grond is de verscheidenheid aan modellen groot. Alle bestaande modellen gaan uit van homogene grond. Het doel van dit afstudeeronderzoek is een analytische beschouwing te geven van boorfrontstabiliteit in gelaagde grond. Daarvoor is eerst een inventarisatie gemaakt van bestaande modellen voor homogene grond. De bestaande modellen zijn gebaseerd op de grenstheorema's uit de plasticiteitstheorie of zijn daarvan afgeleid. Het bovengrenstheorema leidt tot een bovengrensbenadering van de toelaatbare belastingen en is per definitie een onveilige benadering. Het ondergrenstheorema leidt tot een ondergrensbenadering en is per definitie aan de veilige kant. De modellen kunnen onderscheiden worden in modellen uitgaande van het vloeicriterium van Tresca (voor zuiver cohesieve grond) en modellen uitgaande van het vloeicriterium van Mohr-Coulomb (voor grond met wrijving en al of niet cohesie). Modellen op basis van Tresca zijn afgeleid door Broms & Bennermark en Davis et al. Op basis van Mohr-Coulomb zijn modellen afgeleid door Atkinson & Potts, Leca & Panet, Leca & Dormieux en Jancsecz & Steiner. Deze modellen zijn in een overzicht gezet op basis van de verschillende kenmerken.