O N D E R S T R O M E N
v a n T U N N E L S .
De uitlooptermijn loopt af op
©
BIBLIOTHEEK B O U W D i E N S T RUKSWATERSTAATNR C 2 i r ^ . . 1 2 j D k A
L x j s t v a n a e i n a i t a e e i opgenomen c o l l a g e n
b i j l a g e nurrmer C m s c h r i j v i n g
A l g e m e e n
1-A A r t i k e l u i t "De i n g e n i e u r "
1-B A n a l y s e o n d e r s t r o m e n l a n d h o o f d c a i s s o n l e i d i n g t u n n e l
Oude Maas.
V l a k e t u n n e l
2-•AS i t u a t i e z i n k s l e u f
2-•B
D w a r s p r o f i e l e n z i n k s l e u f
2.1. 1. -A
V l o e r e n v a n moot 1 e n
2 met i n t e s t o r t e n o n d e r d e l e n .
2.1. 1. -B
O n d e r s t r o o m o p e n i n g
2.1. 1.
- cC o n t r o l e p u n t
2.1. 1. -D
S o n d e e r o p e n i n g
2.1. 1.
-E
D o o r v o e r i n g i n k o p s c h o t t e n
2.1.
2 .-A
B e r e k e n i n g " O n d e r s t r o m e n V l a k e t u n n e l "
2.1.
3 .-A
O n d e r s t r o o m i n s t a l l a t i e V l a k e t u n n e l
2.1.
3.-B
F o t o ' s o n d e r s t r o m e n V l a k e t u n n e l
2. 2.1. -A
D r a a i b o e k o n d e r s t r o m e n V l a k e t u n n e l ( g e d e e l t e )
2. 2. 2.-A
I l l u s t r a t i e s v a n g e r e g i s t r e e r d e g e g e v e n s
2. 2. 2 .-B
V e r l o o p v i j z e l d r u k k e n t i j d e n s h e t o n d e r s t r o m e n .
2 . 2 . 3 .-A
T h e o r e t i s c h b e n o d i g d e h o e v e e l h e i d o n d e r s t r o m e n z a n d .
2. 3 .-B
V e r w e r k t e h o e v e e l h e i d z a n d b i j h e t o n d e r s t r o m e n .
2. 2. 4.-A
K o r r e l v e r d e l i n g s d i a g r a m v a n h e t g e b r u i k t e z a n d .
2. 2. 4.-B
P e i l i n g e n v a n h e t z a n d n a a s t d e t u n n e l : Z u i d z i j d e
2 . 2. 4.-C
P e i l i n g e n v a n h e t z a n d n a a s t d e t u n n e l : N o o r d z i j d e
2. 2. 4.-D
A n a l y s e v a n g e r e g i s t r e e r d e g e g e v e n s .
2. 2 . 4.-E
Z e t t i n g s g r a f i e k v a n d e t u n n e l .
2. 2 . 4.-F
R a p p o r t v a n L.G.M. b e t r e f f e n d e s o n d e r i n g e n o n d e r d e
t u n n e l v l o e r .
D e e l
2
B I B L I O T H E E K Bouwdienst Rijlswalerstaat Postbus 20.000 3502 LA UtrechtO p g e m a a k t d o o r R i j k s w a t e r s t a a t D i r e k t i e S l u i z e n e n S t u w e n .
Deze b i j l a g e "bevat de bladzijden
B7T t/m B85 van "De ingenieur"
Bouw- en waterbowkunde 5» van 15 sept 1972.
D e I n g e n i e u r B o u w - e n W a t e r b o u w k u n d e 5
H M V u i — •
624.194:624.1 91.1
Ontwikkeling en onderzoek ten behoeve van
tunnel-fundatie door middel van onderstromen
d o o r i r . A . G r i f f i o e r i , Constructiebureau Combinatie Westerschelde
e n i r . R . v a n d e r V e e n , Afdeling Speurwerk en Ontwikkeling. Baliast-Nedam Groep
Synopsis: Research and Development of the Foundation of a Tunnel bv Means of the Sand-Flow-System.
During ihe preliminary investigations ordered by the Rijkswaterstaat for the crossing ol the river Westerscheldt in the southern part of The Netherlands, the sand-flow-system for the foundation of a sunken tunnel was developed. Preformed openings in the bottom of the tunnel elements are connected at predeiermined intervals to a central pipe-line inside the tunnel, and a mixture of sand/water is then simply forced to flow under the temporarily supported and adjusted elements. In this manner a dense layer of sand is regularly built up underneath the tunnel irrespective of the weather conditions and the depth of the tunnel, without obstruction to shipping.
The entire operation can be controlled from a central point in or
Voordracht, gehouden voor de Sectie voor Tunneltechniek van het Klvl op 17 februari 1972 te Utrecht. Voor de aankondiging zie 'De Ingenieur' 1972. nr. 2, biz. V.
outside the tunnel; this method is also suitable for the foundation of caissons in harbours or at sea.
The article describes the system and the model tests, and gives figures for the upward forces and the quality of the sandlayer.
Inleiding
Eind 1969 is door de Rijkswaterstaat aan de Combinatie Wester-schelde opdracht gegeven. hem bij te staan ten behoeve van het onderzoek naar de technische en economische realiseerbaarheid van een vaste oeververbinding in de Westerschelde. Dit onder-zoek heeft inmiddels geleid tot de beslissing om over te gaan tot het nader uitwerken van een brug-tunnelcombinatie volgens een trace dat op Zuid-Beveland. westelijk van Kruiningen. aan-sluiting geeft op rijksweg 58 en op Zeettws-Vlaanderen noorde-lijk van Kloosterzande. aansluiting geeft op rijksweg 60 (fig. 1).
Fig. 1. Situatie vaste oeverver-binding in de Westerschelde.
In het riviergedeelte van dit trace wordt het noordelijk ge-legen hoofdvaarwater (met een maximum bodemdiepte van ongeveer N A P — 23 m) gekruist door een ongeveer 2 km lang tunneldeel, het zuidelijk gelegen nevenvaarwater door een ca. 1.5 km lang brugdeel. terwijl de verbinding van de tunnel en de brug in de rivier wordt gevormd door een I km lang overgangs-eiland. gesitueerd op de bestaande Platen van Ossenisse. De tunnel verkrijgt een rechthoekige doorsnede met twee gescheiden rijbanen (fig. 2). uitgevoerd als zinktunnel; de brug wordt uit-gevoerd als kraagliggerbrug, zij verkrijgt overspanningen van
160 m. eveneens met gescheiden rijbanen.
De Westerschelde is een getijrivier met een aanzienlijk getij-debiet (in het trace van de oeververbinding ca. 400 miljoen m3
per getij) en een betrekkelijk geringe bovenafvoer (gemiddeld 3 miljoen m3 per getij). De rivierbodem tussen de dijken bestaat
in hoofdzaak uit jonge atzettingen. waarin door de getijstronten geulen zijn gevormd; deze geulen wijzigen zich nog voortdurend
omdat de eb- en vloedstromen aanzienlijke bodemverplaatsingen veroorzaken, hoofdzakelijk in de vorm van zwevend zandtrans-port. Ten einde een minimum vaardiepte in de rivier te kunnen handhaven moet dan ook. op de plaatsen waar in de vaargeul aanzanding plaatsvindt en zich drenipels vormen. bij voort-during aanzienlijk baggerwerk worden uitgevoerd. Ter plaatse wordt de Westerschelde zeer druk bevaren door de zeescheep-vaart op Antwerpen en door de binnenzeescheep-vaart die gebruik maakt van het Kanaal door Zuid-Beveland.
Bij het onderzoek naar de uitvoeringsalternatieven voor de tunnel hebben deze gegevens een belangrijke rol gespecld: zo moet bijv. bij de zinkmethode in de rivier achtereenvolgens een zinksleuf worden gebaggerd en onderhouden, de verschillende tunnelelementen in positie worden gebracht. afgezonken en tijdelijk in de zinksleuf worden afgesteld en daarna van een detlnitieve fundering worden voorzien. Eerst na deze hande-lingen kan de zinksleuf weer worden aangevuld
B 78
Fig. 4. Overzicht van beLmodelbassin.
Fig. 5. De beweegbare zuigleiding.
Fig. 6. Vijzel en drukdoos aan een der hoekpunten.
Gezien de te verwachten grote aanzanding van de zinksleuf in de Westerschelde is het voor een succesvolle toepassing van de zinkmethode in dit geval van essentieel belang. alle genoemoe
handelingen in een zo kort mogelijk tijdsbestek te doen plaats-vinden. Daarbij is uiteraard de randvoorwaarde dat bij het
ge-lijktijdig uitvoeren van de verschillende handelingen de scheep--vaart doorgang moet kunnen vinden; voor elke handeling geldt daarom dat de verstoring in de rivier qua duur en qua intensiteit tot een minimum moet worden beperkt.
Bij de uiteindelijke keuze van de uitvoeringsmethode van het tunnelgedeelte als zinktunnel hebben de uitkomsten van het onderzoek naar de wijze van funderen van de af te zinken tunnel-elementen een belangrijke rol gespeeld. De gedachte ontstond nl. ora de tunnelelementen. na het afzinken en het tijdelijk af-stellen boven de zinksieufbodem. te voorzien van een funderings-laag van zand (analoog als bij de welbekende onderspoel-methode): maar dan door de zandaanvoer te doen geschieden vanuit het gereedgekomen tunneldeel en het aanbrengen van het zand rechtstreeks te doen plaatsvinden door afsluitbarc openingen in de tunnelbodem. dus zonder gebruik te maken van een op de tunnelelementen gepiaatste onderspoelinstallatie.
Het slagen van een dergelijke opzet zou als voordeel hebben dat door deze werkzaamheden geen verstoring in de rivier of hinder aan de scheepvaart wordt veroorzaakt en dat onafhanke-lijk van de aanwezige waterdiepte en de weersomstandigheden kan worden gewerkt. In een eenvoudig speelmodel is toen ge-tracht het effect van deze werkmethode na te gaan. aanvankelijk met het idee het zand in de vorm van een zandwatermengsel via een buisleiding door het reeds afgezonken tunneldeel aan te voeren en met horizontaal gerichte draaibare spuitpijpen, die op regelmatige afstand door de tunnelbodem worden gevoerd. in de ruimte tussen zinksleuf- en tunnelbodem te spuiten onder gelijktijdig afzuigen van water ter plaatse.
Al experimenterend is daarbij bij het onderstroomproces ont-wikkeld. waarbij het funderingszand niet door gericht spuiten in de ruimte onder de tunnelbodem wordt gebracht. maai /ich vanuit de onderstroomopeningen in de vorm van cirkelvormige sedimentatiewallen op de bodem van de zinksleuf afzet. De sedimentatiewallen blijken zich tijdens het proces nl. eerst op te bouwen tot tegen de tunnelbodem. terwijl het door de onder-stroomopening toestromende zand daarna wordt afgezet op het buitentalud van de gevormde sedimentatiewal, aangevoerd via een zich kings de tunnelbodern bewegend rondgaand erosie-riviertje (fig. 3). De sedimentatiewal breidt zich alsdan centrisch uit en vtilt zodoende de gehele ruimte tussen zinksleuf en tunnel-bodem. Deze op zichzelf zeer eenvoudige oplossing leek zulke interessante mogelijkheden te bieden dat werd besloten een modelonderzoek op grote schaal op te zetten om een dieper in-zicht te krijgen in de wetmatigheden van het proces en de kwali-teit van de gevormde funderingslaag te kunnen bepalen. Dit nader onderzoek is door de Combinatie Westerschelde in over-leg met de Rijkswaterstaat opgedragen aan de Afdeling Speur-werk en Ontwikkeling van de Ballast-Nedam Groep. die bij het voorbereidend onderzoek ook een belangrijke bijdrage leverde. De werkwijze is inmiddels octrooirechtelijk beschermd.
Modelproeven
Bij het kleine speelmodel was reeds gebleken dat er tijdens het proces op het afgezonken element opwaartse krachten gaan werken. Voor een praktische toepassing van het onderstromen is het noodzakelijk. deze krachten te kunnen berekenen: daar-toe is een uitvoering op een schaal die meer met de werkelijkheid overeenstemt onmisbaar zo lang de wetmatigheden op dit gebied niet bekend zijn.
Besloten is. in een rechthoekig bassin van 22 m lang. 11 m breed en 1,80 m diep proeven te doen aan een element met een bodemoppervlakte van 10 bij 10 m (fig. 4). In de vrije
helft werd het benodigde zand aangebracht, van waar uit het met een beweegbare zuigmond kon worden verwijderd om het onder hei element te brengen (tig. 5). Het element werd aan de vier hoekpunten opgehangen om d.m.v..drukdozen (fig. 6) het schijnbare gewicht onder water tijdens het onderstroomproces te kunnen meten. Naast dit gewicht werden de waterspanningen onder het element op een aantal plaatsen gemeten; in de bodem van het element werden ook nog-gronddrukopnemers aange-bracht. terwijl uiteraard het debiet en de concentrate van het zandwatermengsel moesten worden vastgelegd In fig. 7 is de bij de proeven gebruikte meet- en registratie-apparatuur te zien. terwijl in tig. 8 een voorbeeld is gegeven van de op een meer-kanaalsschrijver weergegeven meetwaarden.
Perspex kijkvensters in de bodem van het element maakten het mogelijk. het proces visueel te volgen. In het geheel zijn een achttal proeven uitgevoerd met verschillende soorten zand bij verschillende debieten en concentraties; de soorten zand waren; - plaatzand met een dso van ongeveer 100 um;
- betonzand met een d}0 van ongeveer 400 urn; en
- Zeeuws zand met een d$0 van ongeveer 200 um.
De debieten varieerden van 60 m3/h ... 300 m3/h; de soortelijke
gewichten van de mengsels van ca. 1.05 ... 1.25 t/m3.
Achtereenvolgens zullen nu de verschillende aspecten die bij het onderstromen van belang zijn worden behandeld; deze zijn:
• de geleidelijke verzanding van de ruimte onder het element tot
het moment waarop het zandpakket de onderzijde gaat raken;
• de aanraking van het element: • het rondwentelende zandriviertje; • de waterspanningen onder het element; • de opwaartse krachten op het element: • de kwaliteil van de aangehrachte zandlaag.
De geleidelijke verzanding
Onder de geleidelijke verzanding wordt de sedimentatie van het ztmd verstaan in de tijd. vooratgaande aan het raken van het zand tegen het element.
Het mengsel wordt via een opening in de bodem in verticale richting in de tussenruimte tussen de bodem van de sleuf en het afgezonken tunnelelement gebracht; het kan daarbij vrij in alle richtingen wegstromen. Zowel door de initiele richting als door de zwaartekracht zal het in hoofdzaak langs de bodem van de sleuf gaan bewegen en wel rotatiesymmetrisch vanuit het toe-voerpunt. Tijdens de beweging door het water treedt een menging op met het omringende water, doch tijdens het over de bodem wegvloeien in alle richtingen treedt er weer ontmenging op.
Stel dat de laagdikte bij het over de bodem stromen d is. de gemiddelde snelheid v en de afstand tot het toevoerpunt r. dan bestaat het volgende verband tussen deze variabelen:
2n rvd= Qm + Qw . (1)
waarin Qm het toegevoerde debiet is en (?w de hoeveelheid per
tijdseenheid meegesleurd water. De snelheid v op een afstand r is daarom:
Qm + Qw
2TT rd (2)
De snelheid neemt dus omgekeerd evenredig met de afstand r af en naarmate de snelheid van het mengsel afneemt, zullen de in het mengsel aanwezige korrels gaan bezinken en bij een be-paalde snelheid zelfs tot rust komen; het uit het mengsel tredende water zal rotatiesymmetrisch van het toevoerpunt wegstromen. De sedimentatie zal om bovenstaande redenen beginnen als een
Fig. 7. De meet- en registratieapparatuur.
—2- —3-— 4-6 . 2 mwk 5min 1234S6
Ulliii
1,5 t/m3Fig. 8. Registratievoorbeeld: Kanaal 1: waterspanningen resp. 1, 2. 3, 4, 5 en 6 met 0 en ijkwaarde; Kanaal 2-3-4-5: gewichten op de vier hoekpunten: Kanaal 6: snelheid in 15 cm-leiding; Kanaal 7: soortelijk gewicht.
zuiver cirkelvormige wal (fig. 9); zodra de wal is gevormd be-tekent dit een belemmering voor het daarna komende mengsel en de voortgaande verzanding zal de wal daarom zowel aan de binnenzijde doen aangroeien als steeds hoger doen worden. De ruimte tussen het toevoerpunt en de wal wordt steeds kleiner naarmate er meer zand is aangebracht; binnen de wal blijft op een zeker ogenblik een met mengsel gevulde ruimte (krater) over, waarin de snelheden zo hoog zijn dat er geen bezinking aan de B 80 D E I N G E N I E U R / J R G 3 4 / N R 3 7 / 1 5 S E P T E M B E R 1 9 7 2
Fig. 9. Cirkelvormige sedimentatiewal direct na het begin van het proces l.bovenaanzicht).
binnenzijde meer mogelijk is (fig. 10). De afmetingen van deze krater zullen afhangen van het debiet en de zandsoort.
In de naast de toevoerstraal aanwezige doorsnede beweegt het gehele mengsel Qm weer omhoog en bij een zekere snelheid
vk r zal er geen zand meer kunnen bezinken. De diameter van de
krater rk zal een evenredigheid met <J Qm vertonen omdat de
oppervlaktedoorsnede evenredig is met r2 k. Bij een aantal
proe-ven is de straai van de overgebleproe-ven kratermond (in m) bepaald; gevonden is dat in het algemeen geldt:
r, = ra + c jQm (3)
met c = 2,75 voor het Zeeuwse zand. c = 2.0 voor betonzand en
c = 4.5 voor het plaatzand (bij Qm in m3/s).
Zodra deze krater is ontstaan beweegt het mengsel na enige verblijl'tijd daarin over de rand; het bezinkt aan de buiten-zijde van de wal, waar het een van de zandsoort en het debiet afhankelijke taludhelling aanneemt (fig. 11). De wal blijft in principe cirkelvormig tot het moment dat deze het element raakt.
De aanraking van het element
Door de meting van de waterspanning nabij het toevoerpunt kon het moment worden bepaald waarop de aanraking tot stand kwam. Uit de hoeveelheid zand die onder het element was bracht vanaf het begin tot het moment van raken kan de ge-middelde taludhelling van de aldus ontstane 'vulkaan' worden berekend.
Aannemende dat deze kegelvormig is en dus een inhoud heeft van \ nhr2, kan het verband worden bepaald tussen / (de talud-helling) en de tijd / die verloopt tussen het begin van de toevoer en het moment van raken:
Fig. 10. Sedimentatiewal met krater.
Fig. 11. Zijaanzicht van de wal met krater (kleine model).
zal het mengsel in principe nog rotatiesymmetrisch vanuit de krater blijven stromen in een dunne laag aan de bovenzijde van de wal. Doordat de snelheid dan echter ook omgekeerd even-redig met de afstand blijft afnemen. zal op een gegeven moment bij breder wordende wal de snelheid ergens zo laag worden dat daar geen korrels meer kunnen worden getransporteerd Op die plaats wordt het wegstromende water tegengehouden. dit zal dan een 'gemakkelijker' weg gaan kiezen; op andere plaatsen wordt daardoor de stroming versterkt met het gevolg dat al spoedig het 'riviertje' ontstaat. Dit houdt verband met het ook bij hydraulisch transport door pijpleidingen bekende verschijnsel dat er bij een zekere kritieke snelheid een minimum aan weer-stand optreedt: daar beneden neemt de weerweer-stand toe, evenals daarboven.
I3Q t
cotg i= / — - — (4)
Hierin is Ql de per tijdseenheid toegevoerde hoeveelheid zand;
uit de proeven is gebleken dat voor het Zeeuwse zand de helling
i ca. 9", voor het betonzand ca. I2; en voor het plaatzand ca. 2
bedraagt.
Wanneer de wal overal de onderzijde van het element raakt.
Het rondwentelende zandriviertje
Het zandriviertje is het meest interessante verschijnsel dat zich bij de ontwikkeling van het onderstroomproces voordeed.
Bij de kleine modelproeven trad het op, maar eveneens bij de grotere proeven; dat dit verschijnsel ontstaat kan uit het eerder genoemde effect van de kritieke snelheid bij hydraulisch trans-port door pijpleidingen van vaste korrelvormige stoffen geheel
Fig. 12. Snelhcidsverdeling in een stroombuan van het riviertje.
Fig. 13. Overgebleven rivierbedding in grote modelproef.
worden verklaard. Dat het telkens een andere richting kiest en dus gaat rondwentelen is evenzo een zeer belangrijk verschijnsel: dit effect maakt met name het onderstromen zo aantrekkelijk. omdat de gehele ruimte juist daardoor automatisch vanuit het toevoerpunt wordt opgevuld zonder enige bijzondere maatregel. In het riviertje treedt. zoals eerder gesteld. juist de kritieke snel-heid op, d.w.z. de snelsnel-heid waarbij de weerstand een minimale waarde heeft. De breedte en diepte passen zich daar geheel bij aan: in een smalle stroombaan in het riviertje zal het snelheids-profiel er uitzien als getekend in fig. 12.
Het zand zal zich hoofdzakelijk langs de bodem bewegen met een dunne laag water er boven. In de laag stromend zand zal bij benadering een constante snelheidsgradient aanwezig zijn om de laag in beweging te houden; in de laag water is de snelheid ongeveer zo groot als de snelheid van het bovenste deel van het bewegende zand/watermengsel: v, is daarom lager dan vw. De
dikte van de laag stromend zand dz zal daarom groter zijn dan
de waarde die zou volgen uit de toegevoerde transportconcen-tratie: naarmate de concentratie stijgt zal dt groter moeten
worden en vm eveneens; buiten het midden van het riviertje
neemt vw weer af tot de waarde nul bij de oevers. Uit deze
be-schouwing volgt dat het riviertje in het midden (of althans daar waar de watersnelheid het grootst is) de grootste diepte heeft en naar de oevers toe in diepte moet afnemen. De breedte wordt vooral bepaald door het totale debiet Qm, want:
Qm = bvd (j)
of:
v
Doordat de diepte toeneemt bij hogere gemiddelde snelheid en deze ook afhangt van de transportconcentrutie. kan er geen eenvoudig verband worden gevonden tussen de breedte van het riviertje en het totale debiet. Wel zijn na afloop de breedten van de riviertjes bij de verschillende proeven gemeten dig. 13); voor het Zeeuwse zand is gevonden, dat.:
* = 29(?m 0^ (7)
waarin b in m en Qm in m3/s moet worden aangegeven; dit
concen-Zandsoort Debiet Soortelijk Waterspanning (m3/'s) gewicht (maximaal) (m3/'s) (t/m3) (m wk) Plaatzand 0.020 1,07 0,175 Betonzand 0.0153 1.25 1.00 Zeeuvvs zand 0,020 1,10 0,55 0.019 1.12 0,45 0.0167 1,15 0,65 0,0X6 1,06 0,25 0.053 1.15 0.50 0,085 1.08 ' 0.40 0,053 1,11 0.50
Tube! 1. Relatie tussen debiet. soortelijk gewicht en water-spanning.
tratie van ca. 1,10 t/m3. Bij het na afloop van de proef gedurende
lange tijd onderstromen met schoon water blijkt de rivierbedding steeds breder te worden, totdat de doorsnede zo groot is dat de gemiddelde snelheid in de bedding is afgenomen tot onder de erosiesnelheid (tig. 14).
De doorsnedevergroting svordt vooral verkregen door ver-breding, niet door verdieping. Bij de grote modelproeven bleek de gemiddelde diepte in het Zeeuwse zand ca. 0,04 m te zijn; uit het gevonden verband van de breedte als functie van het debiet kan dan worden berekend dat de gemiddelde snelheid in het riviertje in de orde van 0,5 m/s ligt.
Het rondwentelen van het riviertje kan worden verklaard uit het voortdurend aanzanden bij de uitmonding van het riviertje in de vrije ruimte. Vlak ernaast is de lengte minder en doordat het 'riviertje' steeds de weg van de minste weerstand "zoekt', beweegt het zich voortdurend in de richting waar het zandpakket het minst ver van het toevoerpunt is verwijderd.
Het pakket groeit aan met schillen van een bepaalde dikte. De snelheid van rondwentelen is duidelijk gebonden aan een maximum, hetgeen ook verklaarbaar is uit het feit dat een oever zich door erosie moet verplaatsen. De grote betonzand-proef bijv. is een duidelijke demonstratie geweest dat deze beperkte snelheid van rondwentelen hinderlijk kan zijn: in een hoek was de ruimte onder het element geheel gevuld, terwijl het op andere plaatsen nog niet tot de helft was gekomen (fig. 15). Deze proef
Fig. 15. Resultaal na afgebroken betonzandproef.
moest worden beeindigd omdat ook de opwaartse krachten in een hoek te groot werden.
De waterspanningen onder het element
Zodra de cirkelvormige wal de onderzijde van het element gaat raken en het riviertje ontstaat, zal de druk in het toevoerpunt gaan oplopen omdat de weerstand van het riviertje moet worden overwonnen. Naarmate de lengte van het riviertje toeneemt, neemt ook de druk toe: doordat de doorsnede van het riviertje constant blijft (i.e. de breedte) zal het drukverval in de stroom-richting constant zijn. Dit drukverval is afhankelijk van ver-schillende factoren:
• de gemiddelde snelheid: • de concentratie; • de zandsoort;
• de dwarsdoorsnede van het riviertje; • de wrijvingscoefficient of frictiefactor.
Uit de meetresultaten van de modelproeven in het grote bassin zijn voor verschillende debieten en concentraties de maximaal opgetreden waterspanningen in het toevoerpunt bepaald. Tegen het einde van het onderstromen traden deze op zoals te ver-wachten was, want dan had het riviertje de grootste lengte <ge-middeld ca. 6 m). In tabel 1 zijn deze resultaten samengevat.
Het is moeilijk om een duidelijk verband met het debiet te vinden, doch van veel grotere invloed zijn de zandsoort en de concentratie. Door de zich aan het debiet aanpassende breedte is het ontbreken van een duidelijk verband met het debiet wel begrijpelijk. In fig. 16 zijn voor het Zeeuwse zand de water-spanningen gecorreleerd met het soortgelijk gewicht van het mengsel; als correlatiecoefticient werd gevonden /• = 0.81 wan-neer er lineaire regressie werd toegepast. Het gevonden verband heeft dezelfde vorm als gevonden is voor het zandtransport door pijpleidingen. nl.: .
A HZ= - J Hw( l + <p C\) <8>
In dit geval is A W, * 0.14 mwk. en <p dan 35.5. Tussen C, en y bestaat nl. een eenvoudig verband wanneer het soortelijk ge-wicht van de stof bekend is (voor zand is dit 2.65 g/cm3):
C, x 2.65 +(1 - C,) * 1.0= 1 x •• (9)
of:
C = 1 ^ (10)
' 1,65
Uit de door R. Gibert beschreven onderzoekingen
band bekend tussen de waarde van <p en de dimensieloze groot-is een ver-heid J e
' 4gR V " * ' w a a r i n vid e k r i t i e k e s ne l b e i d i s , i ?hd e h y d r a u
-lische straai en v/cfeen voor het zand karakteristieke grootheid,
ingevoerd tijdens genoemde onderzoekingen en die ook het Setal van Froude voor de afzonderlijke zandkorreltjes zou
kun-nen worden genoemd. Deze is voor het Zeeuwse zand ca. 3,5. terwijl de hydraulische straai in dit geval van het brede zand-riviertje de halve diepte is. Uit de gevonden <p van 35,5 volgt
2
t>,
V 0°r ZVr~ ' VC'1 * 3 ; h V } e e n d i ePt e van ° '0 4 m l e v e r t dit een
• h
v, op van ca. 0.7 m/s. hetgeen redelijk goed overeenkomt met de al eerder gevonden gemiddelde snelheid van 0.5 m/s.
In elk punt van het riviertje kan nu de op het element werkende waterspanning worden berekend. Buiten het riviertje zijn er ook nog niet-verwaarloosbare waterspanningen aanwezig, zoals ook tijdens de proeven duidelijk is gebleken, Wanneer er ergens in een zandpakket een verschil in waterspanning aanwezig is, zal er een stroming ontstaan tussen de korreltjes door volgens de wet van Darcy:
»-*•/
( U )Daarin is v de optredende snelheid, k de doorlatendheid van het zandpakket en i het drukverval. Nu is er bij het onderstromen een verschil in waterspanning aanwezig tussen het toevoerpunt en het omringende zand; met name direct langs de onderzijde van het element zal daardoor een zich rotatiesymmetrisch uttbrei-dende waterstroming ontstaan, waarvoor de doorlatendheid
ks groter zal zijn dan die in het zandpakket. Op het grensvlak
geldt dus eveneens de wet van Darcy:
6H
(12)
v.. = - A- • zLL dr
Aangezien bij benadering de hoeveelheid langs het grensvlak wegstromend water Qt constant is, geldt ook:
Q.
' 2k r d
waarin df de dikte van de grenslaag is.
Voor de waterspanning als functie van r geldt dus: — = g«
dr litrd^
waaruit door integratie volgt: e.
(13)
(14)
2TCA- d
In J i
Wanneer r = rm a i zal H = 0 zijn, waaruit volgt dat:
In r - In r
m J X k
(15)
(16)
Het verloop van H als functie van r blijkt dus onafhankelijk te worden van de doorlatendheid kf, indien althans k over de
voile straai constant blijft. In fig. 17 is het in vergelij'king (16) gegeven verband voor een afstand van 6 m weergegeven Deze vorm komt geheel overeen met de gemeten waterspanningen
') Gilbert, R.: Transport Hydraulique et Refoulement des mixtures en Conduites (Grenoble, Laboratoire Hydraulique; Annalcs des Pontset Chaussees. No. 130/131 (1960).
8 84
Fig. 16. AH als functie van y voor'Zeeuws zand.
i,o
^ in het riviertje buiten het riviertje
Fig. 17. H als functie van r.
tijdens de proeven. De gestreepte rechte lijn is de waterspanning in het zandriviertje, terwijl in de krater de waterspanning
onge-veer constant is. Dit nu wetend is het ook duidelijk daf er e°en
onderste grens is aan het onderstromen voor wat het totale debiet betreft, want indien de toegevoerde hoeveelheid water op deze wijze langs het grensvlak geheel zou weglekken is er geen riviertje meer mogelijk en kan er ook geen zand meer worden getransporteerd. By het grovere zand met een grote doorlatendheid zal dit eerder optreden dan bij het fijncre zand; het onderstromen met grind bijv. zou dus slechts met een zeer groot debiet mogelijk zijn.
De opwaartse krachten op het element
Uit de verschillende proeven zijn de totale opwaartse krachten die op het element hebben gewerkt bekend. Ofschoon de water-spanning weinig afhankeiijk was van het debiet, kan uit fig. 18 worden gezien dat, wanneer wij een onderscheid maken tussen de totale opwaartse krachten en de na het onderstromen over-bhjvende opwaartse krachten, er met name voor deze laatste een niet te miskennen verband is met het debiet.
Naast de krachten uit de waterspanningen is er kennelijk ook een opwaartse kracht aanwezig ten gevolae van korrelspan-ningen. Nabij de kraterrand en langs de oevers van het riviertje (waar het drukverval het grootst is) worden individuele korrels als een wig tussen het zandpakket en de onderzijde gedreven; door het verschil in druk tussen de voor- en achterzijde van een korreltje is dit ook niet verwonderlijk. Dat deze korrelspanning bij een groter debiet minder invloed heeft kan worden verklaard uit het feit dat deze krachten vooral nabij het toevoerpunt zullen optreden. Bij een groter debiet is zowel de kraterdoorsnede als de breedte van de riviertjes groter; het is gebleken dat er bij een bepaald groot debiet twee riviertjes i.p.v. een optreden.
. totale opwaartse kracht
: rosterende opwaartse kracht
3
j| i i — \ i 6 7 8 9 —- x 10"2m3/s
Fig. 18. Opwaartse kracht als functie van het debiet.
Kin. 19. Gemiddelde sondeerwaarden: 1. Plaatzand, laagdikte 0,2 m, debiet 0,02 ni3's: 2. Betonzand. laagdikte 0,4 m, debiel 0,015 m3s;
3 Zeeuws zand, laagdikte 0,7 m, debiet 0,02 m3/s; 4. Zeeuws zand,
laagdikte 0.6 m, debiet 0,06 m3/s; 5. Zeeuws zand, laagdikte 0,6 m,
debiet 0.08 mJ/s.
Integrate van de uit de waterspanningen berekende opwaartse krachten levert inderdaad een kracht op die bij benadering gclijk is aan het verschil in de totale opwaartse kracht en de overblijvende opwaartse kracht.
De kwaliteit van de aangebrachte zandlaag
Ter beoordeling van de kwaliteit van de zandlaag zijn twee ver->chillcnde methoden toegepast. nl.:
het bepalen van de sondeerwaarden; en
het bepalen van de zakking nadat het element op het pakket werd neergelaten.
In het element zijn een zestal sondeeropeningen aangebracht; in lig 19 zijn de gemiddelden van deze zes plaatsen weergegeven. Lit de aradienten van de sondeerwaarden kan bij benadering
Fig. 20. Zakkingen als functie van de belasting (per 100 m2): 1.
Plaat-zand, laagdikte 0,2 m, debiet 0,02 m\'s; 2. Zeeuws Plaat-zand, laagdikte 0,2 m, debiet 0,02 m\'s; 3. Zeeuws zand, laagdikte 0,7 m, debiet 0,02 m3/s; 4. Zeeuws zand, laagdikte 0,6 m, debiet 0,06 m3/s; 5. Zeeuws
zand, laagdikte 0,6 m, debiet 0,08 m\/s.
iets worden gezegd over het porienvolume van de verschillende zandsoorten; voor het Zeeuws zand was dit ca. 40%, terwijl voor het betonzand en plaatzand 43 % werd gevonden.
In fig. 20 is het resultaat van de zakkingsmetingen samenge-vat. Het gewicht van het element kon eenvoudig vergroot worden door het waterniveau buiten het element ca. 0.5 m te laten dalen; voor het Zeeuws zand blijkt de C-waarde volgens de formule van Terzaghi:
Ai= — -In — (17)
ca. 450 te zijn. Het horizontaal stromend aanbrengen van het zand heeft blijkbaar een enigszins verdichtende invloed, terwijl ook de waterspanning onder het element als een voorbelasting werkzaam is geweest.
Conclusies met het oog op een praktische toepassing van het onder-stromen
Op grond van de uitgevoerde proeven is het duidelijk dat het onderstromen praktisch uitvoerbaar is. Het zand moet bij voor-keur niet al te fijn zijn, noch te grof; het Zeeuws zand lijkt ideaal voor dit doel {ciso tussen 150 en 300 um).
Om de opwaartse krachten te beperken mag de concentratie niet te hoog worden opgevoerd. doch het is gunstig, het debiet zodanig op te voeren dat de korrelspanningen van geringe be-tekenis blijven.
Voorts kan het ontstaan van meer riviertjes uit een oogpunt van goede verdeling van de opwaartse krachten worden aan-bevolen. Door het debiet t.o.v. de optredende kraterdiameter en de rivierbreedte gunstig te kiezen kan zells het aantal riviertjes in de hand worden gehouden. Het is nl. uit de waarnemingen gebleken dat de breedte van een afzonderlijk riviertje ongeveer met de kraterdiameter overeenkomt; wordt het debiet groter. dan ontstaat een tweede riviertje in een andere richting. Gebruik-makend van de gevonden modeluitkomsten is nu een zodanige installatie ontwikkeld dat het gehele onderstroomproces kan worden beheerst.
Deze "bijlage bevat de bladzijden 1 t/m 8
benevens de b i j l a g e n 1 t/m k van het rapport
Analyseresultaat van het onderspoelen van het
landhoofdcaisson van de leidingtunnel Oude Maas.
A N A L Y S E RE SULTAAT V A N HET ONDERSPOELEN VAN HET LANDHOOFDCAISSON V A N DE L E I D I N G T U N N E L OUDE MAAS 1 . I n l e i d i n g . H e t N o o r d e l i j k l a n d h o o f d v a n d e l e i d i n g t u n n e l o n d e r d e Oude M a a s w e r d g e b o u w d a l s c a i s s o n e n a f g e z o n k e n a l s l a a t s t e e l e m e n t v a n d e t u n n e l . De bodem b e s t o n d u i t e e n c i r k e l v o r m i g e p l a a t met e e n d i a m e t e r v a n 12 m e t e r . H e t c a i s s o n w e r d t i j d e l i j k g e s t e l d o p 3 v i j z e l p o t e n e n v e r v o l g e n s o n d e r s p o e l d met z a n d v a n u i t e e n p u n t i n h e t m i d d e n v a n d e b o d e m p l a a t . De t o e v o e r v a n z a n d w e r d g e r e g e l d m i d d e l s e e n s t e l t r e c h t e r s met . r e g e l b a a r o v e r l o o p n i v e a u z o a l s s c h e m a t i s c h i n b i j l a g e 1 i s w e e r g e -g e v e n . T i j d e n s h e t p r o c e s w e r d e n d e v o l -g e n d e -g r o o t h e d e n -g e m e t e n ( z i e b i j l a g e 1 ) : - d e s t r o o m s n e l h e i d v ^ ; d e s t r o o m s n e l h e i d v • o * • * • • ' d e v i j z e l d r u k k e n v a n d e 3 v i j z e l p o t e n . H e t d e b i e t a a n t o e g e v o e r d z a n d w as i n s t e l b a a r d o o r m i d d e l v a n e e n a f s t r i j k e r op d e a a n v o e r e n d e t r a n s p o r t b a n d . De k a r a k t e r i s t i e k e n v a n d e o n d e r s p o e l i n s t a l l a t i e w e r d e n v o o r a f o p m o d e l s c h a a l u i t g e t e s t e n v e r v o l g e n s o o k v a n h e t p r o t o t y p e b e p a a l d , z o d a t met d e t i j d e n s h e t o n d e r s p o e l e n g e r e g i s t r e e r d e g r o o t h e d e n e e n a n a l y s e v a n h e t o n d e r s p o e l p r o c e s k o n w o r d e n g e m a a k t . De r e s u l t a t e n h i e r v a n z i j n i n d i t r a p p o r t w e e r g e g e v e n .
kombinatie
tunneibouw
blad 12 . C o n c l u s i e s ; 1 . D o o r d e i n s t a l l a t i e w e r d c a . 1 5 0 m z a n d v e r p e r s t . 2 . De v r i j e h o o g t e o n d e r h e t c a i s s o n m o e t g e m i d d e l d c a . 0 , 5 0 m h e b b e n b e d r a g e n . 3 . De c o n c e n t r a t i e v a n d e m e n g s e l s t r o o m o n d e r d e c a i s s o n b o d e m • s c h o m m e l d e t u s s e n 2 5 e n 3 0 X (v m = 1 , 3 0 ) . 4 . De d r u k i n h e t o n d e r s p o e l p u n t i s o p g e l o p e n v a n c a . 0 , 1 0 m . w . k . b i j h e t b e g i n v a n h e t p r o c e s v i a c a . 0 , 5 0 m . w . k . b i j h e t b e r e i k e n v a n de c a i s s o n r a n d t o t c a . 0 , 8 5 m . w . k . b i j h e t e i n d v a n h e t p r o c e s . 5 . T i j d e n s h e t p r o c e s i s e e n moment v a n b i j n a v e r z a n d i n g v o o r g e -k o m e n . De d r u -k l i e p d a a r b i j o p t o t 1 , 1 6 m . w . -k . 6 . O f s c h o o n de v e r e i s t e p e r s d r u k s t e r k e v a r i a t i e s v e r t o o n d e ( i n h e t b i j z o n d e r a a n h e t e i n d e v a n h e t p r o c e s ) b l i j k t t u s s e n d e d r u k e n de l e n g t e v a n h e t z a n d r i v i e r t j e d e r e l a t i e A H = f . L . Y w a a r b i j f = 0 , 0 7 t e v o l d o e n . • m 7 . H e t o n d e r s p o e l z a n d h a d e e n d 5 0 v a n 2 1 0 m u . 8 . D o o r d e o p w a a r t s e d r u k w e r d e e n t o t a l e k r a c h t o p h e t c a i s s o n u i t g e o e f e n d o p l o p e n d t o t c a . 6 0 t o n met e e n p i e k w a a r d e v a n 7 0 t o n . 9 . D r u k v a r i a t i e s i n h e t o n d e r s p o e l p u n t w e r d e n d o o r d e o p w a a r t s e k r a c h t g e v o l g d met e n i g e n a i j l i n g . 1 0 . " H e t c a i s s o n w e r d d o o r h e t o n d e r s p o e l e n c a . 2 mm o p g e h e v e n . 1 1 . N a o n t l a s t i n g v a n d e t i j d e l i j k e o n d e r s t e u n i n g w e r d e e n z e t t i n g v a n c a . 15 mm g e k o n s t a t e e r d .
kombinatie fDRECHTTUNNEL
tunnelbouw L - ^ w - ^ w w -
b l a d 2A n a l y s e , 3 . 1 . V e r w e r k t e h o e v e e l h e d e n : E r w e r d c a . 3 0 0 t o n z a n d u i t h e t b e u n s c h i p g e l o s t . H e t o v e r -l o o p v e r -l i e s v i a d e t r e c h t e r r a n d z a -l c a . 15 % h e b b e n b e d r a g e n 3 (= 4 5 t o n ) . E r i s d u s 2 5 5 t o n = 1 5 0 m z a n d o n d e r s p o e l d . 3 . 2 . V r i j e _ h o o g t e o n d e r _ h e t _ c a i s s o n ; H e t z a n d l a g c a . 0 , 6 0 m h o o g o p g e b o u w d r o n d d e c a i s s o n r a n d . B i j e e n t a l u d v a n 1 : 3 , 5 g e e f t d i t , i n d i e n d e v r i j e h o o g t e 0 , 5 0 m b e d r a a g t : O n d e r h e t c a i s s o n 57 m
3
R o n d h e t c a i s s o n 1 0 0 m3
T o t a a l 1 5 7 m C o n t r o l e : De d u i k e r c o n s t a t e e r d e , n a d a t 6 0 % v a n d e t o t a l e e f f e c t i e v e t i j d was g e w e r k t , d a t o v e r a l h e t z a n d o n d e r h e t c a i s s o n u i t kwam, e c h t e r n o g n a u w e l i j k s r o n d d e r a n d d i e 3 3 was o p g e b o u w d ( 6 0 % x 1 5 0 m = 9 0 m ) . D i t i s i n o v e r e e n s t e m m i n g m e t h e t v o o r g a a n d e . 3 . 3 . P e r s c o n c e n t r a t i e s :3
G e g e v e n s : V e r w e r k t e h o e v e e l h e i d z a n d : 1 5 0 m E f f e c t i e v e d r a a i t i j d : 1 7 5 m i n u t e n 3 H e t g e m i d d e l d e z a n d d e b i e t b e d r o e g d u s : 0 , 8 5 m / m i n u u t o f 1 4 , 2 1 / s e c . H e t g e m i d d e l d e d e b i e t t i j d e n s d e e f f e c t i e v e d r a a i t i j d b e d r o e g : 3 Q l = 4 5 1 / s e c t o t 5 0 1 / s e c . z o d a t Y ^ J v a r i e e r t r o n d de 1 , 3 0 . t / m . 3 . 4 . D r u k v e r v a l o v e r h e t z a n d r i v i e r t j e ; U i t d e l e i d i n g v e r l i e s k a r a k t e r i s t i e k e n , m i d d e l s p r o e v e n b e p a a l d , d e v e r w e r k t e h o e v e e l h e i d z a n d e n d e g e r e g i s t r e e r d e s n e l h e d e n ( z i e b i j l a g e 3 ) a l s f u n c t i e v a n t i j d s t i p t , i s d e Q-^, Y m l ' d S l e n g t e v a n h e t z a n d r i v i e r t j e L , e n d e d r u k o v e r h e t z a n d r i v i e r t j e A H b e p a a l d . D e z e i s i n de v o l g e n d e t a b e l v o o r e n k e l e k a r a k t e r i s t i e k e m o m e n t e n g e n o t e e r d ;kombinatie
tunnelbouw
DRECHTTUNNEL
b l a d 3T a b e l t ( u r e n ) Q l 1 / s e c Y m l3 t / m V e r w e r k t z a n d m3 L • AH a O p m e r k i n g e n 1 2 . 0 7 5 1 , 0 1 , 2 3 7 2 , 0 0 0 , 1 6 1 2 . 3 0 4 6 , 2 1 , 2 1 22 3 , 1 0 0 , 3 0 1 3 . 0 8 4 2 , 0 1 , 0 3 33 4 , 0 0 0 , 2 1 a 1 3 . 2 1 4 7 , 4 1 , 3 0 5 0 5 , 1 0 0 , 4 5 b( 1 3 . 2 8 5 1 , 0 1 , 2 8 55 5 , 2 0 0 , 2 2 b 1 4 . 4 8 3 7 , 1 1 , 0 3 95 > 6 , 0 0 0 , 4 7 a 1 4 . 5 8 4 3 , 5 1 , 3 5 1 0 5 \ > 6 , 0 0 0 , 8 2 c 1 5 . 0 3 4 6 , 1 1 , 3 2 1 1 0 > 6 , 0 0 0 , 6 4 c 1 5 . 3 5 3 6 , 9 1 , 3 9 1 2 8 » 6 , 0 0 1 , 1 6 d 1 5 . 3 8 4 6 , 2 1 , 3 3 1 3 0 » 6 , 0 0 0 , 7 0 d 1 6 . 0 0 4 0 , 4 1 , 3 2 1 5 0 » 6 , 0 0 0 , 7 2 e O p m e r k i n g e n ^ a . t i j d e n s w a t e r d r a a i e n , v o o r h e t r e i n i g e n v a n h e t r o o s t e r ; b . k o r t n a e l k a a r s t e r k e d r u k v a r i a t i e ; c . i d e m b ; d . o p 1 5 . 3 5 d r e i g d e v e r z a n d i n g w a a r d o o r d e d r u k s t e r k o p l i e p , o p 1 5 . 3 8 was a l l e s n o r m a a l ; e . h i e r n a i s v e r z a n d e n v e r s t o p t . O p v a l l e n d i s : 1 . d a t d e d r u k w e i n i g a f h a n k e l i j k i s v a n de c o n c e n t r a t i e ; 2 . d a t d e d r u k b e i n v l o e d w e r d d o o r d e a a n w e z i g h e i d v a n d e v . i j z e l -o n d e r s t e u n i n g e n e n d e a a n s l u i t e n d e t u n n e l b u i s ( d e p i e k e n i n d e d r u k v a r i a t i e s v a l l e n s t e e d s s a m e n met v e r s t e r k t e o n t l a s t i n g v a n 1 v i j z e l o p l e g g i n g ) . 3 . d a t a l s h e t z a n d o n d e r d e r a n d u i t k o m t ^ d e d r u k i n h e t z a n d -r i v i e -r t j e moet w o -r d e n v e -r g -r o o t met d i e , d o o -r d e z a n d w a t e -r k o l o m i n h e t k r a t e r t j e l a n g s d e c a i s s o n r a n d v e r o o r z a a k t .
kombinatie
f ^ ^ ^ ^ ^ Ctunnelbouw
' b l a d 4 •I n h e t a l g e r a e e n g e l d t d a t b i j b e n a d e r i n g : AH = 0 , 0 7 . L . y o m z o d a t v o o r L = 6 m e n y = 1 , 0 a 1 , 3 AH = 0 , 4 2 a 0 , 5 5 m 0 m Op t i j d s t i p t = 1 5 . 3 5 , t o e n b i j n a v e r z a n d i n g o p t r a d , was l a n g s d e r a n d h e t k r a t e r t j e b i j n a v e r z a n d . I m m e r s : • Y = 1 , 3 9 0 ra I n h e t r i v i e r t j e : AH = 0 , 0 7 x 6 x 1 , 3 9 = 0 , 5 8 m De d r u k w a s 1 , 1 6 m B l i j f t 0 , 5 8 m I n d e k r a t e r g e f l u i d i s e e r d z a n d V o n d e r w a t e r = 0 , 8 0 t / m , d e o p -0 , 5 8 „ b o u w h o o g t e i s d u s - = 0 , 7 2 m O, oU p7i A H = 0 , 5 8 mwk h = 0 , 7 2 B A H = 0 , 5 8 m . w . k . L BE 6 . 0 0 B 3 . 5 . H e t g e b r u i k t e z a n d : V a n h e t z a n d u i t h e t b e u n s c h i p z o w e l a l s v a n h e t z a n d d a t n a o n d e r -s p o e l e n o p d e bodem w e r d a a n g e t r o f f e n w e r d e e n m o n -s t e r g e n o m e n . De z e e f k r o m r a e n v a n b e i d e m o n s t e r s z i j n p r a k t i s c h i d e n t i e k . De d 5 0 b e d r a a g t 2 1 0 mu ( z i e b i j l a g e 2 ) . 3 . 6 . De o p w a a r t s e d r u k ; De v i j z e l d r u k k e n b e d r o e g e n b i j d e a a n v a n g v a n h e t o n d e r s p o e l e n 2 c a . 1 6 0 k g / c m . D i t k o m t o v e r e e n met e e n t o t a a l k r a c h t v a n 2 0 9 t o n . T i j d e n s h e t o n d e r s p o e l e n nam d e z e a f t o t 1 4 6 t o n . T i j d e n s h e t o n d e r s p o e l e n d a a l d e d e w a t e r s t a n d ( g e t i j ) z o d a t 0 , 7 5 m b e t o n r a n d u i t h e t w a t e r k w a m .
kombinatie
tunnelbouw
DRECHTTUNNEL
b l a d 5H i e r d o o r i s : B e g i n g e w i c h t c a i s s o n G e w i c h t s t o e n a r n e d o o r g e t i j w e r k i n g E i n d g e w i c h t t i j d e n s o n d e r s p o e l e n G e w i c h t s a f n a m e 2 0 9 t o n 7 t o n 2 1 6 t o n 1 4 6 t o n 7 0 t o n De o p w a a r t s e k r a c h t , d o o r h e t o n d e r s p o e l e n o p h e t c a i s s o n u i t g e o e f e n d , k a n w o r d e n b e r e k e n d u i t A H e n v e r g e l e k e n met d e g e m e t e n w a a r d e n . V o o r de o n d e r p u n t 3 . 4 . g e n o e m d e t i j d s t i p p e n l e i d t d a t t o t d e v o l g e n d e t a b e l v a n d e o p w a a r t s e k r a c h t T . t AH T 1 ) T 3 ) b e r . O p r a e r k i n g 1 2 . 0 7 0 , 1 6 0 1 , 3 . g o e d 1 2 . 3 0 0 , 3 0 7 4 , 5 g o e d 1 3 . 0 8 0 , 2 1 2 „ 4 , 6 2 x 1 3 . 2 1 0 , 4 5 1 6 1 4 , 1 g o e d 1 3 . 2 8 0 , 2 2 1 6 7 , 1 i x 2 ) i x 1 4 . 4 8 0 , 4 7 n . g . 1 8 , 7 — 1 4 . 5 8 0 , 8 2 44 4 1 , 5 g o e d 1 5 . 0 3 0 , 64 4 5 2 8 , 4
\
*
1 5 . 3 5 1 16 t 72 6 6 , 6 g o e d 1 5 . 3 8 0 , 7 0 4 6 3 2 , 8 2 / 3 x 1 6 . 0 0 0 , 7 2 57 3 4 , 3 2 / 3 x 1 ) T = b e r e k e n d u i t d e m e t i n g e n , d o o r de o p l e g k r a c h t K a a n h e t o b e g i n v a n h e t p r o c e s t e c o r r i g e r e n v o o r h e t g e t i j s t a n d -v e r s c h i l op t i j d s t i p t e n -v e r -v o l g e n s t e -v e r m i n d e r e n met d e g e m e t e n o p l e g k r a c h t K op t i j d s t i p t . ( V o o r K z i e b i j l a g e 4 ) . 2 ) n , g . = n i e t g e r e g i s t r e e r d . 3 ) . b e r , b e r e k e n d u i t d e d r u k AH v o o r k r a t e r , r i v i e r t j e e n o v e r i g g e b i e d a l s f u n c t i e v a n Q , y e n L v o l g e n s h e t t h e o r e t i s c h d r u k v e r l o o p o n d e r h e t c a i s s o n .kombinatie
O p m e r k i n g 1 . De b e r e k e n i n g v a n T h e e f t e e n k l e i n e a b s o l u t e n a u w k e u r i g h e i d i m m e r s K e n K z i j n v o o r a l i n h e t b e g i n v r i j w e l e v e n g r o o t o t w a a r d o o r d e v e r s c h i l w a a r d e T g e l i j k i s a a n d e f o u t . De b e r e k e n i n e v o o r T g e e f t e v e n z o e e n k l e i n e a b s o l u t e b e r . n a u w k e u r i g h e i d omdat d e l e n g t e L e e n v r i j g r o t e r o l s p e e l t e n d e z e u i t d e h o e v e e l h e i d v e r w e r k t z a n d i s m o e t e n w o r d e n a f g e l e i d . U i t h e t v e r g e l i j k v a n T e n T,_ b l i j k t s t e e d s e e n g o e d e o r d e b e r . v a n g r o o t t e o v e r e e n k o m s t v o o r t i j d s t i p p e n w a a r o p A H e e n p i e k -w a a r d e b e r e i k t . 4 . A l s d e w a a r d e v a n A H a f n e e m t n a e e n p i e k w a a r d e , i s ^ h e r s t e e d s t e k l e i n . D i t v a l t t e v e r k l a r e n u i t n a i j l i n g v a n h e t d r u k v e r l o o p i n h e t z a n d p a k k e t ; B i j s t i j g e n d e A H i s h e t d r u k v e r l o o p z o a l s t h e o r e t i s c h A H 2 4 -B i j d a l e n d e A H i j l t h e t d r u k v e r l o o p n a r 3 . 7 . De z e t t i n g : H e t c a i s s o n h e e f t e e n o n g u n s t i g e v e r h o u d i n g b o d e m o p p e r v l a k ( 1 1 0 m ) e n r a n d l e n g t e ( 3 8 m) t e n o p z i c h t e v a n b i j v o o r b e e l d v e r k e e r s t u n n e l s . Ook b i j e e n g e r i n g e z e t t i n g m o e t t o c h e e n a a n z i e n l i j k v o l u m e w a t e r w o r d e n u i t -g e d r e v e n n a a r de r a n d w a a r d o o r h e t z a n d v e r p l a a t s t e n h e r s c h i k t . D o o r d i t e f f e c t z a l b i j d e g e n o e m d e v e r h o u d i n g d e z e t t i n g w a t g r o t e r k u n n e n z i j n d a n b i j v e r k e e r s t u n n e l s .
kombinatie
tunnelbouw
DRECHTTUNNEL
b l a dN a o n t l a s t i n g v a n de d r i e t i j d e l i j k e o n d e r s t e u n i n g s p u n t e n N o o r d , O o s t e n W e s t , w e r d e e n z e t t i n g g e c o n s t a t e e r d v a n 1 1 , 5 ; 15 r e s p e c t i e v e l i j k 1 0 , 5 mm. D i r e c t n a h e t wegnemen v a n d e v i j z e l p o t e n w e r d n o g e e n e x t r a z e t t i n g g e c o n s t a t e e r d v a n - e n k e l e m i l l i m e t e r s . P a p e n d r e c h t , d e c e m b e r 1 9 7 3 . I r . F . C . v a n R o o d e
BOS K A L I S WESTMINSTER GROUP N . V . R e s e a r c h & D e v e l o p m e n t D e p a r t m e n t .
P 1 6 3 5 F C v R / i p '
kombinatie
2
a
52 = 6 . 0 0 l-r-V
N I E T T O P * S C H A A L
kombinatie tunnelbouw
ANAiySERESUlTAAT ONDERSPOELEN LANDHOOFDCAISSON
kombinatie tunnelbouw
P J S I N C I P E -5 C H E . T S
O N D t R S P O t U
-I N S T A L . L - A T -I E : M E T C3E.BR.. N O T A T -I E S[ D R E C H T T U N N T L !
P J S I N C I P E -5 C H E . T S
O N D t R S P O t U
-I N S T A L . L - A T -I E : M E T C3E.BR.. N O T A T -I E S[ D R E C H T T U N N T L !
1*7.10.73 bijlage
11*7.10.73 bijlage
1M O N S T E R V A N H E T A A N G E V O E R D E 2 A N D M O N S T E R V A N H E T V E R W E R K T E Z A N D , D O O R
D U I K E R V A N D E B O D E M N A A S T H E T C A I S S O N G E N O N E N
kombinatie tunnelbouw
D R E C H T T U N N E L
ANAWSERESULTAAT ONDERSPOELEN LAWOHOOFDCAISSON
2 E E F K E O M M E N V E L ? 2 W E - f £ > C T E . 2 A N D
2a~^ i ' r too" " i 'AO & S 3 5 J- —- f, " '"^.-05 1 r 14 %0
W4-3 •iS'oo M oI
-i 5^0 30 .00kombinatie r r ^ ^ ^ ^
tunnelbouw
L ^ ^ ^ a w w . s ^ J
SrJEL>«iOSRE.SlSTRA-nE. ONDERSPOELEN LAMDHOOPDCAISSON TUNNEL OUOE MAAS |kombinatie r r ^ ^ ^ ^
1-fO t i l * 2 \ 0 VJVJ 1 : j I 4o I 'So -13' oo
^1
Mo . ' , 1l!20 iio-3.—•-;'J
13.120 i'20 I I30 " j - £ - - t Z i i . ^ ^ j - ~t ft*.•L1 j^F- -1.- r? T- n., -. - . ] -I4,.CXJ : . . L L | —1 J/j
H O 2 " I TI-
-2---i-f -14 looHIT
. ^ ^ . . i . -I — T I150
M o 15.'2o <4o ^ O P L E G K E A C H T K V J A S J D E C T N O E E S T E U N I M G E N I N T O M N E . N ( .00.kombinatie f r T r ^ ^ ^ T n
tunnelbouw
VEBLOOP VAN DC OPLE6KBACWT
LANDHOOPOCAISSON TUNNEL OUDE MAA3
.kombinatie f r T r ^ ^ ^ T n
H o — 5-' ~ ~ i i
+ 4
+
1
0S7 T OSC+
z NLU
O
+
1
+
e2+
V
<§>• > > 'I i
•II
c « "5-* C M V o! t
CNO
O
M Ct: 0 LU1 O
9 00£ o ' •3
o tr o o z Q N oi
Q 3 Nl44
6 0 xr
6 0 i 0 N9 ?5-6 3 Hi no a <»•r
/i
/x 4>/rt* -her* 2. ^o^*-' nr. '««tum 3f«! ' 1 / S M J E K : V L 3 2 4 .b i j l a g e 2 . 1 . 1 - C
•4 Nl V
V
^5
1
i
I: i
1
0S
1 9 « 0 *1
N!I
If 5i
1 1 • . ( 1 ? _ JL 7* • o1
• o1
>• S( sj N !J)
-S-/S- J "4|
HI 0 (I Nl 1ft?
•1
• 1 J Ni
f r"-" TI
cs
ft* Q
If - c I 0 c4 N
i f 1
• 4
4
» 5
1
1
c 0 HI I ft\
* "5 ft « sc s? ^ "s C S ? 5 0>^
•0 0 S 3K
5n
0i
3 h 0 c I c < c v V! N V V c0
S3
IH ^ f
c N5 ii<5
J k
1 :T--A
ui
u
i
s si4
Hi 0 0 0 UJ 00>
J Ld2
2
ul
< J>
Z2
u
0 .o
Qi
ui
ui
O
2
O
0)
0)P0
Cd)
i f
s 4M I J.
C f H 1 ^ c • V >• c s » 9ft-1 §
c s? 1 N •i L ^ <1 ^ J1 B si 5 c i f» « (I £St
5E
E,
CO ! I I ; U JE
CD
i4-C O i ) UJ cO L L U J L U
£
CO CO —' L U ; ! = o o >Csl
LOCD
E
NL U <
c r h
-O C T
> L U
O z
o o QBIJLAGE 2.1.1. - E
•Deze b i j l a g e bevat 17 b l a d z i j d e n ,
betreffende de berekening "Onderstromen Vlaketunnel"
bladzijde 1 t/m 8 - Algemeen
GEBRUIKTE NOTAT IES
Qm = m e n g s e l d e b i e t m / s e c .
= c o n c e n t r a t i e • t/m"
3r k = s t r a a i van de k r a t e r (m)
ro = s t r a a i v a n de u i t s t r o o m o p e n i n g (m)
r max = s t r a a i v a n de o n d e r s t r o o m c i r k e l (m)
v • s n e l h e i d (m/sec)
vo = b e g i n s n e l h e i d (m/sec)
v k r i t = k r i t i s c h e s n e l h e i d (m/sec)
F = d o o r s n e d e (m )
H = w a t e r s p a n n i n g (mWK) ,
b t o t = t o t a l e b r e e d t e ' d e r r i v i e r t j e s (m)
do = d i a m e t e r v a n de u i t s t r o o m o p e n i n g (m)
d ,= l a a g d i k t e {m)
h = h o o g t e v a n de aan t e b r e n g e n z a n d l a a g
Werk : V l a k e t u n n e l
V 2555
O n d e r d e e l : O n d e r s t r o m e n
Datum
1. Algemeen
In h e t k a d e r van de v a s t e o e v e r v e r b i n d i n g i n de W e s t e r s c h e l d e
i s een methode o n t w i k k e l d v o o r h e t a a n b r e n g e n van een z a n d p a k k e t
onder de t u n n e l , h e t zogenaamde o n d e r s t r o m e n . B i j d i t o n d e r s t r o
-men s p u i t m e n , v a n u i t een l e i d i n g d i e b i n n e n i n h e t e l e m e n t l o o p t ,
door de t u n n e l b o d e m een z a n d - w a t e r mengsel onder h e t e l e m e n t .
H i e r b i j doen z i c h de v o l g e n d e a s p e k t e n v o o r , d i e a c h t e r e e n v o l g e n s
z u l l e n worden b e s p r o k e n .
1.1 Het g e l e i d e l i j k v e r z a n d e n van de r u i m t e onder de t u n n e l .
1.2 Het r o n d w e n t e l e n d e " z a n d r i v i e r t j e " .
1.3 De o p t r e d e n d e w a t e r s p a n n i n g e n .
1.4 De o p w a a r t s e k r a c h t e n op h e t t u n n e l e l e m e n t .
1.1 Het g e l e i d e l i j k v e r z a n d e n van de r u i m t e onder h e t t u n n e l e l e -
ment
Wanneer i n een r u i m t e met w a t e r een mengsel van zand en
w a t e r g e s p o t e n w o r d t , z i j n e r v e r s c h i l l e n d e g r o o t h e d e n v a n
b e l a n g v o o r d e p o t v o r m i n g .
a. de i n i t i e l e s n e l h e i d en r i c h t i n g , waarmede h e t mengsel
de r u i m t e w o r d t i n g e b r a c h t ;
b. de h o o g t e van de t e v u l l e n r u i m t e , alsmede de g r o o t t e
van h e t g r o n d o p p e r v l a k ;
c. de p l a a t s ( e n ) waarheen h e t o v e r t o l l i g e w a t e r kan
a f v l o e i e n ;
-d. de h o e v e e l h e i d m e n g s e l , d i e p e r t i j d s e e n h e i d w o r d t
t o e g e v o e r d ;
e. de c o n c e n t r a t i e van d i t m e n g s e l ;
£. de e v e n t u e e l i n de r u i m t e v a n b u i t e n a f komende s t r o m i n g .
Het s t r o m i n g s b e e l d d a t o n t s t a a t wanneer men h e t z a n d - w a t e r
meng"sel o n d e r de r u i m t e b r e n g t i s h i e r o n d e r aangegeven.
T u n n e l
In de bodem z a l een k u i l met w e r v e l s o n t s t a a n v a n w a a r u i t
het e n i g s z i n s v e r d u n d e mengsel r o t a t i e s y m e t r i s c h z a l
weg-s t r o m e n met een b e p a a l d e l a a g d i k t e d.
J
Werk : V l a k e t u n n e l ' W 2555
O n d e r d e e l : O n d e r s t r o m e n B l a d n r . : 1
Qm +Qw (1)
Door de w r i j v i n g l a n g s de bodem neemt de s n e l h e i d s t e e d s
v e r d e r a f , z o d a t h e t zand op een b e p a a l d o g e n b l i k
sedimen-t e e r sedimen-t . H i e r d o o r o n sedimen-t s sedimen-t a a sedimen-t een w a l . De g r o v e r e d e l e n z u l l e n
e e r s t b l i j v e n l i g g e n , d a a r n a de f i j n e r e en t e n s l o t t e de
a l l e r f i j n s t e . Zodra de w a l gevormd i s , w o r d t de s n e l h e i d v a n
de l a a g b i j n a d e r i n g van de w a l nog l a g e r en g r o e i t de w a l
s n e l n a a r b i n n e n toe aan.
B i n n e n de w a l o n t s t a a t na e n i g e t i j d een i n g e s l o t e n r u i m t e ,
w a a r i n h e t i n s t r o m e n d e mengsel t u r b u l e n t e bewegingen i n
s t a n d h o u d t . Nadat de w a l gevormd i s en m a x i m a a l n a a r b i n n e n
i s a a n g e g r o e i d , z a l de s e d i m e n t a t i e v o o r n a m e l i j k aan de
b u i t e n z i j d e p l a a t s v i n d e n . Z o l a n g de w a l de o n d e r z i j d e v a n
h e t e l e m e n t n i e t r a a k t , b e s t a a t e r geen e n k e l e v o o r k e u r s
-r i c h t i n g v o o -r de u i t h e t t o e v o e -r p u n t komende m e n g s e l s t -r o o m .
De s n e l h e i d i n de k r a t e r kan dan a l s v o l g t worden u i t g e b e e l d ,
De f i g u u r i s r o t a t i e s y m e t r i s c h .
i na
1
i t
Het d e b i e t wat n a a r beneden s t r o o m t i s g e l i j k aan h e t d e b i e t
d a t n a a r boven b e w e e g t , b i j b e n a d e r i n g .
2-rTrvdr • Qm (4)
* TO ' -';"' -'• . v - - • ' " ' - > . ' " ",- •-•;/'•••'- ^ ' " ^
B i j een z e k e r e k r i t i s c h e waarde v a n de omhoog g e r i c h t e
s n e l h e i d . z a l h e t zand- j u i s t op de b i n n e n k a n t van de k r a t e r
b l i j v e n l i g g e n . E r z a l een g e m i d d e l d e v,, - z i j n w a a r b i j
e v e n w i c h t i s . x n t
De o p l o s s i n g van f o r m u l e (4) wordt dan
v
k r i t
x(
T°
2"
r k 2) -
7 T =Q
m(5)
W 2555
B l a d n r . : 2
f
U i t de f o r m u l e b l i j k t , d a t r k min o f meer e v e n r e d i g i s met
/Qm. U i t p r o e v e n i s g e b l e k e n d a t de s t r a a i m i n d e r s t e r k
toeneemt dan de w o r t e l u i t h e t d e b i e t . Voor Zeeuws zand
(met d50 —
9- 1S0u en 200u) wordt de f o r m u l e v o o r rK
r k = r o + 2,75
/§m
(6)
~ • 3,
w a a r m Qm m m / s e c .
1.2 Het r o n d w e n t e l e n d e z a n d r i v i e r t j e
Wanneer de zandwal de bodem van h e t e l e m e n t g a a t r a k e n ,
t r e e d t e r een ander p r o c e s van v e r z a n d i n g op dan b i j h e t
b e g i n . A a n v a n k e l i j k kan h e t mengsel o v e r a l h e e n , maar
wanneer de zandwal de bodem v a n h e t e l e m e n t r a a k t , z a l h e t
m e n g s e l z i c h een weg moeten z o e k e n . Er o n t s t a a t dan een
zogenaamd z a n d r i v i e r t j e o v e r de zandwal l a n g s de bodem van
het e l e m e n t , w a a r i n de s n e l h e i d o n g e v e e r c o n s t a n t i s
( s n e l h e i d t u s s e n s e d i m e n t a t i e en e r o s i e ) .
Het r i v i e r t j e h e e f t d e z e l f d e t r a n s p o r t c o n c e n t r a t i e a l s d i e
van h e t t o e g e v o e r d e m e n g s e l , ( b i n n e n de w a l i s immers
a l l e s a l o p g e v u l d ) en b i j het v e r l a t e n van h e t a a n r a k i n g s
-v l a k , (waar d e d o o r s n e d e weer g r o t e r w o r d t ) z a l a f z e t t i n g -v a n
zand op h e t b u i t e n t a l u d van de w a l p l a a t s v i n d e n .
Kenmerken van d i t r i v i e r t j e z i j n
a. o v e r de v o i l e l e n g t e o n g e v e e r d e z e l f d e b r e e d t e ;
b. de b r e e d t e v a n een r i v i e r t j e i s g e l i j k aan de k r a t e r d i a
-m e t e r ;
c. b i j g r o t e r e d e b i e t e n kunnen m e e r d e r e r i v i e r t j e s o n t s t a a n .
De t o t a l e b r e e d t e van deze r i v i e r t j e s i s v o o r Zeeuws
z a n d :
b r \ - 29 Qm ° >
8 4(7)
t o t 2
Qm i n m / s e c .
b x v x d = Qm (8)
Het r i v i e r t j e z o e k t s t e e d s de k o r t s t e weg v a n u i t h e t
t o e v o e r p u n t n a a r de v r i j e r u i m t e en v u l t a l r o n d w e n t e l e n d
de r u i m t e van h e t t o e v o e r p u n t u i t op.
1 .3 De o p t r e d e n d e w a t e r s p a n n i n g e n .
Z o d r a de c i r k e l v o r m i g e w a l de bodem v a n h e t e l e m e n t g a a t
r a k e n en h e t r i v i e r t j e o n t s t a a t z a l de d r u k i n h e t t o e v o e r ~
p u n t s t i j g e n omdat de w r i j ' v i n g i n h e t r i v i e r t j e moet worden
overwonnen.
D o o r d a t h e t r i v i e r t j e i n l e n g t e r i c h t i n g nagenoeg d e z e l f d e
b r e e d t e h e e f t , z a l h e t d r u k v e r v a l i n de r i c h t i n g van de
s t r o m i n g c o n s t a n t z i j n ( z i e f i g . (1) pag. 6 ) .
- ~sW 2555
B l a d n r . : 3
Datum : 3-8-1972
-Het d r u k v e r v a l i n h e t r i v i e r t j e h a n g t a f v a n :
a. de s n e l h e i d , s a m e n g e s t e l d u i t de w a t e r s n e l h e i d boven de
l a a g stromend zand en de s n e l h e i d v a n h e t zand;
- b. de c o n c e n t r a t i e ;
c. de z a n d s o o r t ;
d. de a f m e t i n g i n d w a r s d o o r s n e d e v a n h e t r i v i e r t j e ;
e. de w r i j v i n g s c o e f f i c i e n t i n h e t r i v i e r t j e .
In h e t r i v i e r t j e i s h e t v e r h a n g c o n s t a n t . N a a s t h e t r i v i e r t j e
v o l g t de w a t e r s t r o m i n g de v e t v a n D a r c y :
v - k x i ( 9 )
In de g r e n s l a a g t u s s e n h e t e l e m e n t en h e t v a s t e z a n d , t r e e d t
een s t r o m i n g op d i e l a g e r i s dan i n h e t r i v i e r t j e . V a n u i t
het t o e v o e r p u n t g e r e k e n d d a a l t de w a t e r s p a n n i n g en z a l deze
v o l d o e n aan de f o r m u l e : ( z i e f i g . (1) pag.6 )
c
Qg = 2ur dg v g (11)
v g =Qg (12)
62irrdg
(12) i n v u l l e n i n (10) l e v e r t :
&d r 27rrdg kg
i n t e g r a t e : H
C r )=
2v% kg
ln r + C C 15 )1e r a n d v o o r w a a r d e : H = AH b i j r = r k
AH =
Z§4—i l n r k + C
2ndg kg
C = AH + Qg ' I n r k ^ (16)
2irdg kg
i n v u l l e n i n (16)
« W
- AH t 72 | ^
l n$
( " )
2e r a n d v o o r w a a r d e : H =0 b i j r = r max.
0 * AH + •
l n r k(18)
2ndg kg r max. *
og
-
2f f i
rf r * " '*<«•>
r max
W 2 555
B l a d n r . : 4
Datum : 3-8-1972
iw,
1
i n v u l l e n i n (17) l e v e r t :
i n l i s
