Afstudeeronderzoek: afkeurniveau zinkvoegen in bestaande tunnels

Een groot deel van de Nederlandse afzinktunnels nadert de helft van de ontwerplevensduur. Dat betekent dat een grote onderhoudsbeurt op de planning staat, zoals bij de Eerste Heinenoordtunnel en de Kiltunnel het geval is. De lekkages in de Eerste Coentunnel in 2009 en 2010 hebben ons doen twijfelen aan de betrouwbaarheid van de Gina- en Omega-afdichting. Wanneer voldoet een bestaande waterdichting in een tunnel niet meer? In dit afstudeeronderzoek zijn de faalmechanismen van de Gina- en Omega-afdichting kwalitatief en kwantitatief bepaald en bestudeerd voor de Kiltunnel.

Afzinktunnels bestaan uit meerdere tunnelelementen, die met elkaar verbonden zijn met zogeheten zinkvoegen. De waterafdichting in deze voeg wordt verzorgd door twee rubberprofielen: de Gina en de Omega. Het Gina-profiel is ontworpen als een tijdelijke afdichting tijdens de bouw. Vervolgens wordt er een tweede, definitieve afdichting geplaatst: het Omega-profiel. Wanneer beide onderdelen falen, zal er lekkage in een tunnel optreden met een tunnelafsluiting tot gevolg.

Tijdens de renovatie van de Eerste Coentunnel is er corrosie aangetroffen op de klemverbindingen van het Omega-profiel. Deze stalen onderdelen houden het Omega-profiel op haar plek. De corrosie is vermoedelijk veroorzaakt door aanwezigheid van water met dooizouten in de voeg. Hoewel dit bij de Eerste Coentunnel niet gezien werd als de oorzaak voor de lekkages, vormt dit wel een potentieel risico voor andere tunnels. Het COB heeft in 2013 een werkgroep van tunnelexperts (de commissie Zinkvoegen) opgericht. Deze werkgroep heeft in de loop van de tijd informatie vanuit verschillende projecten gedeeld en besproken. Aan het theoretische afkeurniveau was nog niet gerekend. Dit niveau is wel relevant voor het geplande onderhoud van verschillende Nederlandse afzinktunnels. Een mooi vraagstuk voor een afstudeerder.

Allereerst zijn de faalmechanismen van het Gina- en Omega-profiel kwalitatief bepaald. Vervolgens zijn hieraan berekeningen gekoppeld. Deze zijn toegepast op de casus Kiltunnel. Om deze beschouwing te maken, is er gebruikgemaakt van verschillende documentatie. De belangrijkste hiervan zijn de ontwerpdocumenten vanuit Trelleborg, de goed bewaard gebleven bouwtekeningen en de gedane metingen en inspecties in de Kiltunnel.

Falen van Gina-afdichting

Tijdens de levensduur van de Gina-afdichting zijn er verschillende processen werkzaam die de waterdichtheid doen afnemen. In de winter zijn (door de lagere temperaturen) de tunnelelementen iets korter, waardoor de voegen wijder zijn. Dit zorgt voor een lagere klemdruk in het Gina-profiel met een verlaging van de weerstand tegen water tot gevolg. Ook kan, als gevolg van cyclische winter-zomerbewegingen van de voeg, de grond aan de buitenzijde van het Gina-profiel ‘opspannen’. Dit kan leiden tot het naar binnen drukken van het Gina-profiel, waardoor ook het Omega-profiel beschadigd kan raken. Als laatste kan door verschilzettingen het Gina-profiel het contact met het tegenoverliggende element verliezen.

De Kiltunnel is (theoretisch) getoetst op de benoemde faalmechanismen. Hieruit volgde dat het Gina-profiel in wand en vloer naar alle waarschijnlijkheid nog uitstekend functioneert. In het dak kan het Gina-profiel in de loop van de tijd naar binnen gedrukt worden als gevolg van het ‘opspannen’ van grond. Daar dit een complex verschijnsel is, wordt aanbevolen om – indien de situatie het toestaat – de voeg te openen en dit van dichtbij te bekijken. Verder zijn er metingen van de voegbewegingen in langsrichting nodig om te kunnen voorspellen of het Gina-profiel waterdicht zal zijn.

Falen van Omega-afdichting

Het Omega-profiel wordt op haar plek gehouden door klemlijsten die met voorgespannen bouten aan de tunnelementen verbonden zijn. Over de tijd wordt ook de Omega-afdichting door verschillende mechanismen belast. Wanneer deze bouten corroderen kan de voorspanning afnemen, waardoor water het Omega-profiel kan passeren. Door verschilzettingen in de voeg kan scheurvorming als gevolg van rek ontstaan in het Omega-profiel. Daarnaast kunnen de verschilzettingen ertoe leiden dat een Omega-profiel onder de klemverbinding vandaan getrokken wordt. Een laatste manier van falen kan plaatsvinden als gevolg van een Gina-profiel dat naar binnen gedrukt wordt.

Uit analyse bij de Kiltunnel volgt dat de indrukking van de flens van het Omega-profiel van groot belang is voor de werking van het Omega-profiel. Volgens het ontwerp is de indrukking 6 mm. In de praktijk kan er falen optreden wanneer de indrukking van de flens van het Omega-profiel onder de 5 mm komt. Er is aanbevolen om dit bij inspecties te meten. Verder is er gerekend aan de corrosie die er in de bouten mag optreden. De bouten mogen rondom maximaal 2 mm staal verliezen ten opzichte van de kern. Ergo, er is nu nog marge, maar bij een doorgaand corrosieproces kan die binnen enkele jaren verloren gaan. Het project heeft een basis gecreëerd voor de analyse van de betrouwbaarheid van bestaande Gina- en Omega-profielen. Samen met metingen en inspecties kan deze beschouwing tunnelbeheerders helpen om de afweging te maken of er onderhoud nodig is. Met het oog op de verschillende afzinktunnels die de komende jaren onderhouden gaan worden, is dit waardevolle kennis.