Hoe leg je tunnels aan in dichtbevolkte gebieden?

(28-01-2022) Weixi Zhang maakte in zijn doctoraat een uitgebreide studie van het mechanisch gedrag van een vrij nieuw type tunnel, met een doorsnede die quasi rechthoekig is en die bijzonder geschikt is voor dichtbebouwde gebieden.

Door de snelle vooruitgang van de verstedelijking hebben ingenieurs in de afgelopen twee eeuwen over de hele wereld een toenemend aantal infrastructuurwerken aangelegd, waaronder vele tunnels. Een van de meest voorkomende types is de schildtunnel.

De meeste moderne tunnels die uitgevoerd worden volgens de schildmethode zijn boortunnels; vroeger werden ook tunnels gegraven. Ze worden meestal ontworpen met een cirkelvormige dwarsdoorsnede vanwege het optimale mechanisch gedrag. Door de sterke draagkracht van het dak van de tunnel kan dit soort tunnel ook diep aangelegd worden en dit in diverse grondsoorten. Bovendien moet geen open bouwput voorzien worden. De schildmethode wordt bij voorkeur gebruikt voor tunnels onder bebouwde gebieden en rivieren, zoals metro- en kanaaltunnels.

“Nu de stedelijke ruimte steeds dichter bebouwd wordt, moeten steeds meer stedelijke infrastructuren ondergronds worden aangelegd. De oplossing met twee cirkelvormige tunnelkokers, één voor elke rijrichting, neemt meer plaats in dan één quasi rechthoekige tunnelkoker met daarin twee sporen”, legt Weixi Zhang uit.

“Schildtunnels met speciale doorsnede kunnen worden ontworpen met een configuratie die beter past bij de tunneldoelstellingen, zodat de ondergrondse ruimte in de stad efficiënter kan worden benut en het volume van de tunneluitgravingen en de impact ervan op bestaande gebouwen kan worden verminderd”

In 2016 werd het concept van een quasi-rechthoekige schildtunnel (QRST) geïntroduceerd in een metroproject in de Chinese stad Ningbo, teneinde de bouwkosten verder te verlagen en het probleem van de metroaanleg bij het doorkruisen van een dicht stedelijk gebied beter te beheersen.

“Er is echter geen specifieke ontwerpnorm voor dit soort tunnels. De berekeningsmethode voor een schildtunnel met speciale doorsnede is gewoonlijk gebaseerd op deze voor cirkelvormige tunnels, maar de toepasselijkheid voor het ontwerp van QRST’s is tot dusver niet geverifieerd”, vertelt Weixi.

“Daarom heb ik in mijn proefschrift een uitgebreide studie van het mechanisch gedrag van de QRST’s uitgevoerd, met inbegrip van het nieuwe verbindingspatroon dat in de tunnel gebruikt wordt, het berekeningsmodel, de drukverdeling op het buitenvlak en een parameterstudie”, besluit Weixi. In het kader van dit onderzoek werden originele grootschalige belastingsproeven op een tunnelring uitgevoerd, evenals een unieke meetcampagne in een gerealiseerd tunnelproject.

Lees een uitgebreidere samenvatting of het volledige doctoraat

-

Titel doctoraat: Numerieke en experimentele analyse van het mechanisch gedrag van bekledingen in quasi-rechthoekige schildtunnels

-

Contact: Weixi Zhang, Wouter De Corte, Luc Taerwe

Weixi Zhang

Weixi Zhang is geboren in 1991 in Henan, China. Hij behaalde zijn masterdiploma in Architectural and Civil Engineering in 2017 aan het College of Civil Engineering van Tongji University.

Sinds 2018 is hij aan de slag als Ph.D. onderzoeker aan de Vakgroep Bouwkundige Constructies en Bouwmaterialen van de Universiteit Gent met een CSC beurs. Zijn onderzoek is gericht op het uitvoeren van een uitgebreide analyse van het mechanisch gedrag van quasi-rechthoekige schildtunnels, die een nieuw type zijn van schildtunnels met speciale doorsnede. Het doctoraatsonderzoek omvat het rotatie- en afschuifgedrag van het speciale voegverbindingstype dat in de bestudeerde tunnel wordt gebruikt, het berekeningsmodel, de drukverdelingen op de tunnelmantel, en de gerelateerde parametrische analyse op basis van experimenten en numerieke simulaties. De onderzoeksresultaten en -methoden worden geacht een goede referentie te zijn voor toekomstige studies met betrekking tot andere tunnels met speciale doorsnede.

Weixi is de eerste auteur van twee peer-reviewed tijdschriftartikelen en twee conferentiepapers. Tijdens zijn periode aan de Universiteit Gent werkte hij ook mee aan diensten voor het bedrijfsleven en onderwijsactiviteiten, zoals begeleiding van masterstudenten, trillingsmonitoring van bruggen en assistentie bij examens en conferenties.

-

Redacteur: Jeroen Ongenae - Eindredactie: Ilse Vercruysse - Illustrator: Roger Van Hecke