Estimering av presskrefter ved mikrotunnelering i varierende grunnforhold

Abstract

Hensikten med denne masteroppgaven har vært å undersøke ulike metoder for å beregne presskraft som oppstår under mikrotunnelering i varierende grunnforhold. Grunnlag under bakken var delt opp som følgende lag: tørrskropleire, fast silt, bløt leire, fast leire, sand, fast sand og fast leire langs trassen.

Mikrotunnelering er en rørpressingsmetode der hydrauliske sylindre presser kuttehode i løsmasser under bakken som trekker med seg andre rør som blir installert underveis. Denne metoden ofte fører til store og unødvendige kostnader og årsaken er at pressgroper er dimensjonert på noen presskrefter som overstiger den faktiske presskraften. Mitt bidrag er å teste noen metoder og hypoteser for beregning av disse krefter langs rørtrassen og gi et godt overslag over de fatktiske kreftene slik at pressgroper kan dimensjoneres mer effektivt.

Ved mikrotunnelering oppstår generert presskraft hovedsakelig på grunn av friksjon langs røret og spissmotstand ved rørfronten. Denne kraften påvirkes av flere faktorer, inkludert grunnforhold og prosjektspesifikke variabler som rørdimensjon, trasehelning, bruk av smøremiddel og hyppighet/varighet på stans under pressingen. To metoder for beregning av friksjon og to metoder for beregning av spissmotstand blir undersøkt i denne masteroppgaven, basert på et referanseprosjekt som hadde varierende grunnforhold.

På grunn av mangel på informasjon om grunnforhold, grunnundersøkelser....osv, har det blitt anttat flere antakelser. Noe som kunne forventes å føre til noen resultater ikke vil stemme helt med registrerte presskrefter. Disse anatkeslene er troverdige og nøyaktige for de har basert seg på noen standard, Statens vegvesen håndbøker, pensumbøker og tidligere forskninger og tips fra veilederen.

En av de foreslåtte modellene for friksjonsberegning er presentert av Ye et al. (2019). Denne modellen ga resultat som ikke stemte helt med registrert presskraft. Det virker som om modellen er sensitiv overfor visse parametere, noe som kan føre til feil i beregningene. En viktig ulempe med denne modellen er at den ikke tar hensyn til omrørt skjærstyrke, noe som kan være en betydelig faktor i norske forhold der det er tilstedeværelse av sensitive masser. I den pågående forskningen er det derfor viktig å forbedre modellene for å gjøre dem mer pålitelige og relevante for norske forhold. Dette kan inkludere å ta hensyn til omrørt skjærstyrke, samt å identifisere og justere de følsomme parametrene som påvirker presskraftberegningene. Ved å gjøre dette vil man kunne øke nøyaktigheten og påliteligheten til beregningene og dermed bidra til bedre planlegging og gjennomføring av mikrotunnelprosjekter i Norge.

Den andre tilnærmingen for beregning av friksjon tar utgangspunkt i massenes omrørte skjærfasthet. Det har blitt brukt tre forskjellige hypoteser b,c og d om hvordan massene rundt røret er plassert. Resultatene viser at hypotese c gav et resultat som stemte med de registrete presskrefter mens hypoteser b og d underestimerer de. Når det gjelder spissmotstand, anbefales det å teorien for offshore skjørtpenetrering. Nøyaktige grunnundersøkelser og bestemmelse av geotekniske parametre er nøkkelen til å få gode resultater som stemmer med vikeligheten.

Idunn Bue er en tidliger student og har skrevet en masteroppgave om liggnende tema. Masteroppgaven hennes har blitt brukt som hovedreferanse for arbeidet mitt. Det som skiller masteroppgaven min enn hennes er at jeg tester modeller og finner ut presskrefter i varierende grunnforhld og ikke bare for leire som Bue gjorde.

The purpose of this master's thesis has been to investigate different methods for calculating the compressive force that occurs during microtunneling in varying ground conditions. The foundation below the ground was divided into the following layers: dry crumbly clay, firm silt, soft clay, firm clay, sand, firm sand and firm clay along the route.

Microtunneling is a pipe pressing method where hydraulic cylinders press a cutting head into loose masses under the ground which pulls other pipes that are installed along the way with it. This method often leads to large and unnecessary costs and the reason is that pressure pits are designed for some pressure forces that exceed the actual pressure force. My contribution is to test some methods and hypotheses for calculating these forces along the pipe route and give a good estimate of the actual forces so that pressure pits can be dimensioned more effectively.

In microtunneling, the generated pressure force occurs mainly due to friction along the pipe and tip resistance at the pipe front. This force is affected by several factors, including ground conditions and project-specific variables such as pipe dimensions, route slope, use of lubricant and frequency/duration of stops during pressing. Two methods for calculating friction and two methods for calculating tip resistance are investigated in this master's thesis, based on a reference project that had varying basic conditions.

Due to a lack of information about ground conditions, ground surveys...etc, several assumptions have been made. Something that could be expected to lead to some results will not agree completely with recorded pressure forces. These anatskeles are credible and accurate because they are based on some standard, Norwegian Road Administration handbooks, syllabus books and previous research and tips from the supervisor.

One of the proposed models for friction calculation is presented by Ye et al. (2019). This model produced results that did not fully match the recorded pressure force. It seems that the model is sensitive to certain parameters, which can lead to errors in the calculations. An important disadvantage of this model is that it does not take stirred shear strength into account, which can be a significant factor in Norwegian conditions where there is a presence of sensitive masses. In the ongoing research, it is therefore important to improve the models to make them more reliable and relevant to Norwegian conditions. This may include taking stirred shear strength into account, as well as identifying and adjusting the sensitive parameters that affect the compressive force calculations. By doing this, it will be possible to increase the accuracy and reliability of the calculations and thus contribute to better planning and implementation of microtunnel projects in Norway.

The second approach for calculating friction is based on the stirred shear strength of the masses. Three different hypotheses b, c and d have been used about how the masses around the pipe are placed. The results show that hypothesis c gave a result that agreed with the recorded pressure forces, while hypotheses b and d underestimate them. When it comes to tip resistance, the offshore skirt penetration theory is recommended. Accurate ground investigations and the determination of geotechnical parameters are the key to obtaining good results that agree with the reliability.

Idunn Bue is a former student and has written a master's thesis on a similar topic. Her master's thesis has been used as the main reference for my work. What distinguishes my master's thesis from hers is that I test models and find out pressure forces in varying basic conditions and not just for clay as Bue did.