ir.J.H. van LoenenStevin Groep nv Het drijvend transport vantunnelelementen1Laboratorium uitrusting voor het bepalenvan krachten F = kracht, d = verplaatsingGedeelte van een plotterkaartInleidingNadat de elementen in het bouwdok zijn vervaardigd, moeten deze naar hun uiteindelijkepostitie worden getransporteerd en daar worden afgezonken.Enige aspecten van dit transport zijn de volgende:a. het beproeven van het tunnelelement op het gedrag als schip;b. de sleepkrachten;de opzet van de sleepoperatie;d. het navigeren;e. de beslissingsprocedure tijdens het slepen.LaboratoriumproevenIn het bouwdok worden de elementen aan beide uiteinden voorzien van waterdichte schottenom drijven mogelijk te maken. Gedurende de bouw van de elementen worden eveneens anderevoorzieningen voor het afzinken aangebracht. Deze betreffen onder meer tijdelijke fundering,verbinding met andere elementen, onderstromen, toegang van de elementen in verschillendefasen, systemen voor waterballasten, communicatie, energie, plaatsbepaling, verankering, op-hanging, enz.Zodra de bouw van de elementen is voltooid, worden de elementen geballast om opdrijven tevoorkomen als het bouwdok wordt gevuld met water. Alvorens de elementen naar buiten teslepen, worden laboratoriumproeven verricht om de krachten te bepalen, die op de elementengedurende het slepen zullen werken (fig. 1). Deze krachten kunnen worden voorgesteld met deformule:F= ? A r - V 2- Rwaarin:A = gedeelte van het oppervlak van het element dat loodrecht op de stroom staat,r = soortelijk gewicht van het water,V = relatieve snelheid,R = weerstandsco?ffici?nt.Cement XXX (1978) nr. 12 578Laboratorium proevenDe relatieve snelheid is het verschil tussen de snelheid van het element en die van het water tenopzichte van de oever in een ongestoorde doorsnede.De weerstandsco?ffici?nt hangt af van de vorm van het element. Daarnaast zijn er factoren vaninvloed zoals diepgang ten opzichte van de waterdiepte en de verhouding van dwarsdoorsnedevan het element tot dwarsprofiel van de rivier.De wrijvingsco?ffici?nt varieert van ca. 1,5 onder zeer gunstige omstandigheden tot ca. 3 - 4normaal en wordt nog hoger onder ongunstige condities.Speciale aandacht moet worden geschonken aan bijzondere omstandigheden gedurende hetslepen, zoals condities in het bouwdok, het al of niet passeren van zijrivieren en bochten en deverankering bij de afzinksleuf. Deze gegevens zullen over het algemeen het minimum ver-mogen bepalen dat nodig is gedurende de sleepoperatie, wanneerde stroom loodrecht op de asvan het element staat. De wrijvingsco?ffici?nt neemt dan toe en kan een waarde van 6 of hogerbereiken. De co?ffici?nt kan zo hoog worden, dat sommige activiteiten op speciale tijdstippenten opzichte van het tij moeten worden gepland en dit kan het gehele tijdschema van de sleep-operatie beheersen.Gezien bovenomschreven omstandigheden, zal een modelstudie moeten worden uitgevoerd ineen waterloopkundig laboratorium, waarin de moeilijke gedeelten van het traject, zoals afzink-sleuf, zijrivieren, enz. nader op hun invloed worden onderzocht. In de laboratoriumproevenworden de stromingssnelheid, het waterniveau en de positie van het element gevarieerd.Verder is het mogelijk de invloed van de vormverandering van enige doorsneden te bestuderen,bijv. door het uitbaggeren van smalle doorgangen of het afvlakken van scherpe bochten.De wrijvingsco?ffici?nt wordt bepaald in het model. Het resultaat kan ook worden gebruikt vooridentieke omstandigheden langs het transporttraject. De modelproeven stellen ons in staat om uitte vinden hoe de elementen langs moeilijke punten gemanoeuvreerd moeten worden. Ditbetekent dat beperkingen worden opgelegd aan de snelheid of positie van het element en hettijdstip van het passeren van moeilijke punten met betrekking tot het tij.Over het algemeen zal het totale tijdschema van het transport alleen worden gemaakt op basisvan de resultaten van deze proeven. In de modelproef is altijd het moeilijkste gedeelte van hetgehele transport opgenomen, nl. de aankomst van het element bij de afzinkgeul (fig. 2).Bij aankomst bij de sleuf wordt het element gedraaid, zodat de as van het element samenvaltmet de as van het tunneltrac?, vaak is dat loodrecht op de as van de rivier. Daar wordt hetelement verankerd aan het ankersysteem. De modelproef geeft een uitstekend inzicht in de be-vestiging van het element aan de ankers en in het type krachten die tijdens de verankering op-treden.Naast de krachten veroorzaakt door de stroming is er een ander aspect dat in aanmerking moetworden genomen bij het ontwerp van het verankeringssysteem: De eenheden hebben een grotemassa. Het omringende water moet daar nog bij worden opgeteld. Dit betekent dat er tijd voornodig is om het element op gang te brengen, maar ook om het af te remmen.Bij de afzinksleuf wordt het element in het begin met een grote nauwkeurigheid door sleepbotenin positie gehouden. Dan wordt het verankerd met zware kabels. De ervaring heeft geleerd, datdan grote kabelkrachten ontstaan daar het element?is het ware in de kabels valt. Figuur 2 toontde laboratorium-apparatuurdie gebruikt wordt om de massa van het geheel te bepalen, inclusiefde extra massa van het water. De berekening is gebaseerd op de wet van Newton: = M a.Er trekt een constante kracht aan het element. Ten gevolge van deze kracht wordt het elementversneld en uit de relatie tussen tijd, snelheid en kracht kan de totale kracht worden berekend.De extra massa van het water hangt af van de richting van de beweging, evenwijdig aan of lood-recht op de as van het element. De massa van het element en de extra massa bepalen dekrachten die nodig zijn voor het versnellen of vertragen van het element.2Meten van de extra massa: = m aTransport van een tunnelelementfoto: Luchtfoto Bart Hofmeester, RotterdamCement XXX (1978) nr. 12 579Een tunnelelement bij de zinksleuffoto: Van der Kloet, SliedrechtVerankeren van een tunnelelementfoto: Van der Kloet, SliedrechtSleepkracht; breedte van de transportgeulDe ge?nstalleerde hoeveelheid paardekrachten die vereist is om het tunnelstuk te verslepen,wordt be?nvloed door verschillende factoren.Ten eerste is er de weerstand uit de relatieve snelheid van de stroming, die kan worden ver-wacht gedurende het geplande tijdschema. Dan moet ook de fluctuatie van de stroming tengevolge van de veranderingen in het gewone tij in aanmerking worden genomen. Naast de pk's,nodig om de elementen te slepen, is er extra capaciteit nodig om de elementen te sturen. Datlaatste hangt af van de breedte van het water en de problemen die optreden in de specifieketrajectgedeelten van het transport, zoals bochten, zijrivieren e.d. De massa be?nvloedt het ver-eiste stuurvermogen.Het moet ook in geval van nood mogelijk zijn het element gedurende een tij met de sleepboten ofmet een verankering gaande te houden.Er bestaat een bepaalde verhouding tussen het ge?nstalleerde vermogen van een sleepboot ende maximale trekkracht. Dit wordt be?nvloed door het type voortstuwing enz. Over het alge-meen kunnen de sleepboten niet continu op volle kracht werken.Verder kunnen de rivierbeheerders hun toestemming voor een transport afhankelijk stellen vanalle genomen veiligheidsmaatregelen, inclusief de veiligheidsmarge van de ge?nstalleerde pk's.Cement XXX (1978) nr. 12 580Onder water zetten van een bouwputControle-torens, uitgerust met winchesfoto: Van der Kloet, SliedrechtVoor de autoriteiten is het verlies van een element minder belangrijk dan de consequenties vanhet blokkeren van de vaarroute, speciaal in het geval van een belangrijke waterweg waar geenalternatieve routes aanwezig zijn.Al deze extra eisen betreffende stuurvaardigheid, efficiency, veiligheid enz. resulteren in eensleepbootopstelling die 2 ? 3 maal de met proeven berekende pk's overtreft.Het kan nodig zijn om een transportgeul te baggeren alvorens de elementen worden versleept.Uit economische overwegingen zal de aslijn van het transport niet samenvallen met de hartlijnvan de rivier.De totale hoeveelheid baggerwerk, dat ten behoeve van de transportroute moet worden uit-gevoerd, kan worden beperkt door gebruik te maken van het diepe gedeelte in de rivier.Over het algemeen hebben de elementen zeer weinig vrijboord. De diepte van het water moetvoldoende zijn om de elementen zelfs bij laag water te kunnen slepen. Bij grote relatievesnelheden ten opzichte van het water helt de voorkant van het element naar beneden. Dit be-?nvloedt de vereiste waterdiepte. Om de waterdiepte te checken wordt een uitgebreide echo-peiling uitgevoerd.Speciale aandacht wordt besteed aan de ondiepe gebieden van de rivier en de obstakels op derivierbodem. Deze kunnen de elementen beschadigen, met name het rubber Ginaprofiel aan devoorzijde, bedoeld om de elementen met elkaar te verbinden.Echo-peilingen worden bij het transport van elk element herhaald. Voor het slepen kunnenondiepe gebieden dan tot de vereiste diepte worden gebaggerd en obstakels worden verwij-derd.De breedte van de transportgeul wordt in de eerste plaats bepaald door de breedte van hetelement. Slingeringen tijdens het transport vereisen extra breedte ?n de transportroute. Het slin-geren is het gevolg van de massa van de elementen en van factoren zoals over-correcties, mis-verstanden gedurende de communicatie enz. Op bepaalde plaatsen moet de transportgeulbreder zijn wanneer omstandigheden zoals bochten, zijrivieren enz. dit vereisen.Tijdschema voor de sleepoperatieAls regel wordt de sleepoperatie nooit gepland voor alle getij-omstandigheden. Daarom moeter een intensieve studie worden gemaakt van de getijde-cyclus.Navigatie-middelenCement XXX (1978) nr. 12 5813Het navigeren in kaart gebrachtsysteem I: bepaling lengte CA/CBsysteem II: bepaling lengte AC, hoekDe relatie tussen verschillende getijde-omstandigheden en de frequentie van hun optreden kanbelangrijk zijn. Het normale tij kan worden be?nvloed door astronomische en meteorologischeaspecten en door de afvoer van de rivieren. Economische motieven kunnen ertoe leiden dat deoperatie niet op de meest extreme omstandigheden wordt gebaseerd. Optimalisatie van kostenen andere aspecten bepalen de getijde-omstandigheden met de bijbehorende frequentie-verdeling, waaronder de operatie nog kan plaatshebben.Gebaseerd op de gemiddelde getijde-situatie wordt een tijdschema voorbereid, dat dient alsprovisorisch plan voor verdere uitwerking. Het gehele transport wordt gerelateerd aan hetgetijde. De moeilijke gedeeltes van het transport krijgen speciale aandacht. Deze gedeeltesmoeten op gunstige tijdstippen ten opzichte van het tij worden gepasseerd.Vlak voor de aanvang van elke operatie worden de laatste veranderingen in het tijdschema aan-gebracht, in overeenstemming met de voorspellingen van astronomische en meteorologischeaard en betreffende de rivierafvoer.Het is steeds noodzakelijk, met het oog op het tij, om bepaalde punten op tijd te bereiken. Teneinde flexibiliteit in het sleepprogramma te brengen, worden er plaatsen in het programmaopgenomen waar het transport voor korte of langere tijd kan wachten. Op deze manier kunner ercorrecties worden aangebracht met het oog op het tij.Gedurende het transport worden door peilboten, stations enz. gegevens verzameld, die in eencontrolecentrum via de radio worden ontvangen. Specialisten gebruiken deze gegevens om hetopgestelde programma eventueel aan te passen.Aan het einde van de transportoperatie wordt het element in een ankersysteem verankerd. Ineen script voor verankering is de gehele procedure in detail vastgelegd. Er wordt voorzichtiggewerkt, aangezien door het vallen van de elementen in de kabels extreme ankerkrachten ont-staan. De verankeringsoperatie vereist speciale aandacht, omdat er veel boten, pontons enz.samengebracht zijn in een klein gebied, doorkruist met kabels die lopen van het element naar deverschillende verankeringen.NavigatieOver het algemeen zal de geul de diepe gedeelten van de rivier volgen. Waar het niet mogelijk isom de positie van de transportgeul met visuele middelen als boeien aan te geven, kan dat meteen automatisch navigatie-systeem geschieden. Met moderne apparatuur kunnen posities overgrote afstanden met een hoge graad van nauwkeurigheid worden vastgesteld. Figuur 3 toonttwee navigatie-systemen:Systeem 1 meet radiografisch de afstanden tot twee vaste bakens. De zender staat op hetelement. De stations op de oever reflecteren het signaal naar de ontvanger en hieruit wordt depositie bepaald.Met systeem 2 wordt in het meetpunt op de oever de afstand van, en de hoek met het elementbepaald, zoals aangegeven in de figuur.In beide systemen kan de positie van de as van het element worden vastgesteld met behulp vaneen gyrokompas. De systemen zijn duurder dan een optische plaatsbepaling, maar radio-systemen werken ook als er mist is.De gegevens van deze systemen worden ingevoerd in een computer die is aangesloten op eenbeeldscherm of een plotter. De computer controleert de positie van het element in de rivier. Hetbeeldscherm of de plotter moet een continue registratie geven van de plaats van het element.Met proefvaarten kan het systeem worden getest, waaruit zal volgen welke extra veiligheids-maatregelen en middelen moeten worden ge?ntroduceerd.Omstandigheden tijdens de operatieGedurende de voorbereiding van de sleep worden het tij en de weersomstandigheden voort-durend waargenomen. Het hele transportsysteem is ontworpen voor een specifieke getijde-situatie. Zodra met voldoende zekerheid bekend is, dat het gedrag van het tij en de stromingbuiten de geplande omstandigheden vallen, wordt de operatie uitgesteld.Ook storm, zware mist of lage temperaturen kunnen mogelijkerwijze veroorzaken dat deoperatie niet kan worden uitgevoerd. Over het algemeen zijn de voorspellingen overwind entemperatuur betrouwbaar, maar die met betrekking tot het zicht, blijken moeilijker te zijn.Gedurende de transport- en afzinkoperatie kan het scheepvaartverkeer gestremd zijn. Het tijd-schema van deze stremming wordt van tevoren aangekondigd. In het belang van de scheep-vaart en van de bij zo'n operatie betrokken partijen moet een afgelasting zo vroeg mogelijkworden aangekondigd.Cement XXX (1978) nr. 12 582