Rijkswaterstaat voert regelmatig inspecties en deformatiemetingen uit om de onderhoudstoestand en vervormingen van afgezonken tunnels te volgen en tijdig te kunnen ingrijpen bij potentiële gebreken. Samen met adviesbureau Arcadis is onderzocht of deze monitoring verder kan worden verbeterd. Daartoe is onder andere als pilot een 3D-scan gemaakt van de Kiltunnel.
“De meeste Nederlandse zinktunnels zijn op staal gefundeerd”, vertelt Harry Dekker, coördinerend adviseur Tunnels bij Rijkswaterstaat. “Concreet betekent dit dat de verschillende elementen waaruit deze tunnels zijn opgebouwd, op een relatief losgepakte zandlaag liggen. Daardoor zijn afgezonken tunnels gevoelig voor zettingen. Als deze zettingen groot en ongelijkmatig zijn, ontstaan er spanningen in de tunnelconstructie die tot scheurvorming en lekkage kunnen leiden. Daarom ligt de nadruk bij onze inspecties op het meten van vervormingen.”
“Onlangs heeft Arcadis een analyse gemaakt van de meetsystemen voor het monitoren van de deformaties van afgezonken tunnels. Daaruit bleek dat we in diverse afgezonken tunnels wel periodiek de verplaatsingen van de zinkvoegen meten, maar niet van de tussenliggende mootvoegen (zie kader). Tegelijkertijd blijkt bij tunnels waar de mootvoegen wel worden ingemeten, dat de grootste deformaties vaak juist dáár optreden. Op basis van deze analyse hebben we het advies gekregen om in meerdere tunnels de mootvoegen van meetbouten te voorzien, zodat we voortaan ook deformaties op die plekken kunnen meten. Dat advies volgen we zeker op, maar we weten dan nog niet hoe groot de vervormingen van de mootvoegen zijn sinds het gereedkomen van een tunnel. Inzicht in deze absolute deformaties maakt het mogelijk om per mootvoeg een inschatting te geven van de kans op lekkage of andere mogelijke schades of risico’s.
Nulsituatie
Dekker vervolgt: “Voor de absolute deformaties zouden we van iedere tunnel de nulsituatie moeten kennen. Dat is helaas niet zo. Van de meeste tunnels zijn de zettingsmetingen pas een jaar na oplevering gestart – waarbij de mootvoegen zelden zijn meegenomen – terwijl je ervan uit kunt gaan dat in de eerste maanden na het afzinken, onderspoelen en aanvullen van de zinksleuf al forse zettingen optreden.”
“Om te onderzoeken of we de vervorming van de mootvoegen toch kunnen kwantificeren, ook als er in het verleden geen metingen ter plaatse zijn uitgevoerd, hebben we met Arcadis een pilot gedaan met een 3D-scan. De pilot hebben we uitgevoerd bij de Kiltunnel, omdat dit een van de weinige afgezonken tunnels is waar een goede nulmeting is gedaan en vervolgens ook regelmatig zettingsmetingen zijn gedaan bij de mootvoegen. Dat biedt de mogelijkheid om de uitkomsten van de pilot te vergelijken met de werkelijk opgetreden zettingen.”
Nauwkeurig ingemeten
“Voor de proef hebben we de huidige geometrie van de tunnel met een 3D-scan nauwkeurig ingemeten”, legt senior-projectleider Joost Visschedijk van Arcadis uit. “Ook hebben we op basis van de ontwerptekeningen een 3D-model van de tunnel gemaakt om na te gaan of ontwerptekeningen te gebruiken zijn om de zogeheten ‘as built’ situatie vast te stellen. Daarvoor hebben we de actuele metingen vergeleken met het model. Daaruit bleek snel dat de tunnel niet op de hoogte is gebouwd die op de tekeningen is aangegeven. Zo lag het model op sommige plekken lager dan de gescande hoogte. Dat zou betekenen dat de tunnel is in de loop van de tijd is gestegen, terwijl we uit de zettingsmetingen weten dat de constructie op een aantal plekken fors is verzakt.”
Boven de ruwe puntenwolk ter plaatste van de zink-landhoofdvoeg, onder een visualisatie van de scan aan binnenzijde van de tunnel. (Bron: rapportage Arcadis)
Als volgende stap heeft Arcadis gekeken of je de relatieve vervormingen van mootvoegen kunt bepalen als je alleen de opgetreden zettingen van de zinkvoegen kent. Daarvoor hebben de onderzoekers gewerkt met een referentievlak. Dit vlak ligt met de hoekpunten boven de meetbouten in de zinkvoegen, waarbij de hoogte van elk hoekpunt afhangt van de gemeten zetting. Hierdoor kan het referentievlak exact op de hoogte worden gebracht van de meetbouten direct na de bouw. Visschedijk: “Om de vervormingen over de hele lengte van de constructie vast te stellen, hebben we de verschillen tussen het referentievlak en de scan bepaald. Deze verschillen laten zien hoe de constructie over de gehele lengte is vervormd. De vervormingen van de mootvoegen ten opzichte van het referentievlak die met de scan zijn bepaald, komen goed overeen met de eerder gemeten deformaties.”
Waardevol
“Natuurlijk vermoedden we al dat je de nulsituatie achteraf niet betrouwbaar kunt reconstrueren”, stelt Dekker. “Dat betekent dat je de absolute zettingen van de mootvoegen niet kunt achterhalen. We weten nu echter wel dat je de relatieve vervormingen van de mootvoegen met een 3D-scan snel en goed kunt bepalen. Die uitkomst betekent niet dat we binnenkort alle oude zinktunnels gaan inscannen. Hebben we echter het idee dat een mootvoeg beschadigd is, met lekkage als gevolg, dan kunnen we een 3D-scan laten maken om de relatieve vervormingen goed in beeld te brengen.”
“Vervormingen van mootvoegen zijn een serieus probleem: we denken dat lekkages bij afgezonken tunnels vrijwel altijd het gevolg zijn van een beschadiging van een mootvoeg. Daarom hebben we dit probleem ook door TU Delft en TNO laten onderzoeken. Uit numerieke berekeningen blijkt dat de kraagconstructie inderdaad zodanig kan beschadigen dat er een scheur ontstaat die tot lekkage leidt.”
“Dat de meeste tunnels een beetje lekken is al lang bekend en in de praktijk goed te beheersen, maar we willen wel graag weten of lekken op termijn steeds groter worden. En als dat zo is, hoe we ze dan afdoende kunnen repareren. Een aantal zinktunnels is inmiddels bijna vijftig jaar oud en het is de bedoeling dat ze na een grondige renovatie minimaal nog eens vijftig jaar meegaan.”
