Risicomodellen grote meerwaarde voor tunnelbouwprojecten

Causale modellen waarin risico-informatie wordt geïntegreerd, kunnen een belangrijke bijdrage leveren aan risicomanagement in bouwprojecten. Dat blijkt uit het promotieonderzoek van Ir. Ibsen Chivatá Cárdenas aan de Universiteit Twente. Experts van de Sluiskiltunnel werkten mee aan het onderzoek en zijn overtuigd van de meerwaarde.

De ondergrond heeft op verschillende manieren invloed op de stabiliteit van een tunnel. Voorbeelden zijn (ongewenste) interacties tussen het ontgravingsproces en de omliggende grond, onverwachte obstakels in de grond, grondverzetwerkzaamheden voor bouwprojecten op maaiveld en bestaande bovengrondse constructies. Het over het hoofd zien van deze risicofactoren kan vervelende gevolgen hebben. Door geotechnische risico’s systematisch te controleren met procedures en hulpmiddelen kan dit worden voorkomen.

Veelzijdig

Een causaal risicomodel is zo’n hulpmiddel. Risicogerelateerde informatie wordt hierin op een begrijpelijk manier geïntegreerd, zodat er rekening wordt gehouden met alle relevante scenario’s. Bovendien helpt het model bij de analyse van scenario’s, omdat het bezwijkmechanismen in kaart brengt en koppelt aan mogelijke tegenmaatregelen. Dit ondersteunt de besluitvorming ten aanzien van risicopreventie.

Causale risicomodellen vormen mogelijk een goed alternatief voor de databasesystemen die nu gebruikt worden in de bouwsector. Die zijn namelijk beperkt als het gaat om inzicht in de interactie tussen risicofactoren, omstandigheden en kritieke faalmomenten. Causale risicomodellen maken het voor professionals mogelijk om hun kennis op gestructureerde wijze te delen, waardoor de kwaliteit en de relevantie van de informatie toeneemt. Hierdoor kunnen er betere maatwerkoplossingen worden gedefinieerd voor risicopreventie.

Bij tunnelbouwprojecten worden dergelijke risicomodellen echter nog niet toegepast. Zelfs in literatuur over tunnelbouw worden geen modellen beschreven die de samenhang tussen risicofactoren en geotechnisch falen expliciet maken. Dat was voor Ibsen aanleiding om zijn promotieonderzoek hierop te richten.

Ibsen onderzocht in hoeverre geïntegreerde risico-informatie in de vorm van causale modellen, kan bijdragen aan risicomanagement in praktijkprojecten. Zijn onderzoek toont aan dat causale modellen op projectbasis toegepast kunnen worden, zowel als leidraad als voor de identificatie van specifieke tegenmaatregelen.

Expertkennis

Aan de hand van interviews is geïnventariseerd welke risico’s volgens specialisten het belangrijkst zijn tijdens de uitvoering van tunnelbouwprojecten. De kritieke faalsituaties in de lijst hieronder werden het meest genoemd en zijn in het verloop van het onderzoek in meer detail bestudeerd en gemodelleerd:

• Instabiliteit van het boorfront bij gebruik van slurryschild in zachte bodem
• Instabiliteit van het boorfront bij gebruik van gronddruk-balansschild in zachte bodem
• Instorting en grote vervormingen bij schachtontgravingen
• Instorting en grote vervormingen bij ontgraving van dwarsverbindingen in zachte bodem
• Overmatig volumeverlies resulterend in maaiveldzettingen bij geboorde tunnels in zachte bodem
• Overmatige vervormingen, schade of lekkage aan betonnen tunnelwand

(Zie achtergrondinformatie op de kennispagina over boortechnologie)

De informatie in de risicomodellen is hoofdzakelijk afkomstig uit risicodatabases, rapporten over geotechnisch falen en specialistische literatuur over tunnelbouw. Deze gegevens zijn aangevuld met expertkennis van relevante risicofactoren, de verbanden hiertussen en een inschattingen van de kans op optreden en de voorwaardelijke waarschijnlijkheden. Eenendertig experts werkten mee aan het onderzoek, allen betrokken bij lopende of afgeronde Nederlandse ondergrondse bouwprojecten. Hun kennis werd tevens gebruikt om het analyseren van de risico’s te vereenvoudigen.

De experts hielpen bij het identificeren van variabelen in zes geselecteerde faalsituaties. Elk model bestaat uit meer dan veertig variabelen. De modellen beschrijven oorzaken (in het ontgravingsproces), ontwerp, monitoring en testen op basis van ondergrondgerelateerde variabelen. De risico’s zijn vervolgens gemodelleerd met aangepaste Bayesiaanse netwerken.

Projectspecifiek

Het gebruik van modellen is niet vanzelfsprekend bij praktijkprojecten, omdat er behoefte is aan informatie over risico’s die afhangen van zowel het project als de omgeving. Grote variaties en onzekerheden in de bodem, gecombineerd met het unieke karakter van bouwprojecten, resulteren veelal in specifieke risicofactoren met specifieke gevolgen. Dat betekent dat er voor elk project een andere set met relevante risicofactoren bestaat, waardoor het lastig is om risicoinformatie verzameld bij het ene project, te gebruiken in het andere project.

De causale risicomodellen van Ibsen kunnen echter door middel van een gevoeligheidsanalyse de relevante risicofactoren van een project helpen bepalen. De modellen kunnen op maat gemaakt worden voor het project en tussentijds worden aangepast. De modellen zijn daarom zeer geschikt om te worden toegepast voor risicomanagement in tunnelprojecten.

Casus

Bij het Sluiskiltunnelproject zijn de ontwikkelde causale risicomodellen in praktijk gebracht. Om een maatwerk-risicomodel te verkrijgen zijn in de causale modellen specifieke kenmerken van het project verwerkt. Hierdoor werden risicofactoren meegenomen die niet standaard in de modellen aanwezig zijn. Het resultaat was een inschatting van geotechnische risico’s voor dit specifieke project (zie figuur 1). Met de verkregen informatie konden beheersmaatregelen worden vastgesteld en worden geprioriteerd.

Ibsen heeft de toegevoegde waarde van het model onder meer getoetst met een enquete. Hieruit bleek dat experts van de Sluiskiltunnel ervan overtuigd zijn dat de ontwikkelde risicomodellen waardevolle informatie leveren voor het in kaart brengen van risico’s in tunnelbouwprojecten (score 4 uit 5). Daarnaast vond men de modellen zeer bruikbaar bij het prioriteren van beheersmaatregelen. Eén expert gaf aan dat voor risico-identificatie de modellen vooral geschikt zijn voor relatief onervaren professionals.