Nadere analyse van cases m.b.t. opdrijven tunneltoeritten

Door klimaatverandering zal in Nederland het gemiddelde weerbeeld veranderen en neemt de frequentie en hevigheid van weersextremen toe. Om de prestaties van het hoofdwegennet (HWN) ook in een veranderend klimaat op orde te houden, is door Rijkswaterstaat (RWS) het project Klimaatbestendige Netwerken (KBN) gestart. Hierin werkt RWS toe naar een strategie (koers) voor het omgaan met de mogelijke effecten van klimaatverandering op netwerken. Daarvoor is in 2020 de landelijke klimaatstresstest van het hoofdwegennet uitgevoerd.

Met betrekking tot het onderwerp opdrijven tunnels, verdiepte liggingen enzovoort zijn twee nadere analyses uitgevoerd. Het betreft analyses volgens de in 2020 toegepaste methodiek waarbij in de voorliggende rapportage verslag wordt gedaan voor de objecten Vliettunnel (uitvoeringsvariant folie/ondoorlatende grondlagen) en Velsertunnel (uitvoeringsvariant gewichtsconstructie). Een case met de uitvoeringsvariant trekankers was binnen de looptijd van dit onderzoek niet beschikbaar.

Gezien de conclusies uit deze analyse worden de volgende aanbevelingen gedaan:

1. Specifiek voor object Velsertunnel kan op basis van de voorliggende analyse met de huidige uitgangspunten geen veilige situatie worden aangetoond. Aanbevolen wordt voor dit object een uitgebreidere analyse te gaan uitvoeren. Deze analyse moet meer informatie opleveren over in ieder geval werkelijke stijghoogtes van het grondwater en eventueel meer nauwkeuriger inzicht in weerstandsbiedende gewichten en krachten van de aanwezige moten en daaruit indien nodig vaststellen van mogelijke maatregelen.
2. De case Velsertunnel laat zien dat potentieel alle in de stresstest als gevoelig en zeer gevoelig gemarkeerde tunnels, verdiepte liggingen en aquaducten op termijn als gevolg van klimaatverandering eenzelfde benadering vergen, aangezien de analyse bij object Velsertunnel uitwijst dat de uitgangspunten in de klimaat stresstest juist kunnen zijn en bij deze gemarkeerde locaties potentieel op termijn tot een onveilige situatie kan leiden. De case geeft aan dat de grenswaarde mogelijk ruimer is dan bij de stresstest aangehouden (0,2 m) maar de analyse geeft ook aan dat er bij de analyse grote onzekerheden zitten in de bepaling van de rekenwaarde van de opwaartse waterdruk.
3. De cases laten zien dat de aanwezige stijghoogte van het grondwater een belangrijk uitgangspunt is in de analyse. De waarde is verantwoordelijk voor de grootte van de opwaartse krachten. In de cases is, bij het ontbreken van lokale meetgegevens (peilbuiswaarnemingen), de waarde van de hoge grondwaterstand GHG en de verandering ervan gebaseerd op modelresultaten van het LHM (www.NHI.nu), welke binnen het LHM niet zijn gevalideerd voor lokale omstandigheden. Een beperkte validatie met enkele lokale peilbuizen nabij de objecten geeft aan dat de GHG waarden liggen nabij de hoge waarden in de aangetroffen meetreeksen. Een rekenvoorbeeld met de laagste waterstand en hoogste waterstand en de methode van toetsen opdrijven conform de NEN norm geeft aan dat bij de Velsertunnel lagere veiligheden worden berekend. Aanbevolen wordt daarom de stijghoogte van het grondwater bij gevoelige tunnels als dat nog niet wordt gedaan, zoals case Velsertunnel, te monitoren. Dit gaat dan lokaal inzicht geven in hoe deze zich ontwikkelen richting de toekomst en welk scenario dan kan worden gevolgd.
4. Er is in de huidige analyse gebruik gemaakt van de modelresultaten die een voorspelling geven voor de situatie tot 2050. Aangezien er op basis van de huidige uitgangspunten een negatieve ontwikkeling te zien is, is het verstandig ook vast te stellen hoe het een en ander veranderd richting 2100.
5. Klimaatverandering en veranderingen van stijghoogten van het grondwater die daar door ontstaan, dienen expliciet meegenomen te worden in het ontwerp (bijvoorbeeld ROK)

De gevolgde aanpak van de nadere analyse
In overleg met Rijkswaterstaat zijn voor twee objecten gegevens uit het RWS-archief opgevraagd om, op basis van meer realistische gegevens dan gebruikt in de stresstest, na te gaan wanneer er een onveilige situatie ontstaat. Uit het archief van RWS zijn diverse tekeningen van de constructies (eindsituatie en bouwfasen) en soms algemene teksten over de tunnels teruggevonden waarop de analyse is gebaseerd. Voor de uitvoeringsvariant met trekankers kon op deze termijn geen case worden gevonden.

Resultaat analyse uitvoeringsvariant folie/ ondoorlatende grondlagen: Vliettunnel
De toerit ligt verdiept en er is een polder gecreëerd met een lagere freatische grondwaterstand dan in de omgeving. Het gewicht van de grondkolom van slecht waterdoorlatende lagen biedt weerstand aan de opwaartse waterdruk.

De belangrijkste conclusies zijn:

• De huidige veiligheid tegen opdrijven op het maatgevende toetsdiepte op basis van de gehanteerde uitgangspunten bedraagt 1,17.
  - Als gevolg van de verandering van de GHG tot 2050 (0,17 m o.b.v. het maatgevende Deltascenario) neemt de veiligheid met 2% af tot 1,15, een beperkte afname.
• Om een afname van de veiligheidsfactor tot 1,0 te bewerkstelligen is bij de huidige uitgangspunten een ΔGHG nodig van +1,6 m.
• De stresstest gaf een resultaat ‘gevoelig voor opdrijven’ als gevolg van 0,17 m toename van de waterstand bij een grenswaarde van 0,2 m.

De nadere analyse laat hier zien dat de situatie gunstiger is dan aangenomen in de stresstest. De reden is vermoedelijk gelegen in:

• Het evenwichtsvlak (daar waar de opwaartse belasting aangrijpt) van de maatgevende toetsdiepte ligt vrij diep. De getalwaarden van de weerstandsbiedende kracht en de waterdruk zijn dusdanig hoog dat een verandering van de waterdruk een relatief klein effect effect heeft. Er is hierdoor meer ruimte in de veiligheid, een verandering van zeg 0,6 m leidt tot een 5% afname.

Resultaat analyse Uitvoeringsvariant gewichtsconstructie: Velsertunnel
Bij de Velsertunnel moet het gewicht van de tunnelmoten met de opwaartse druk van het water op die moot evenwicht maken.

De belangrijkste conclusies zijn:

• De huidige veiligheid tegen opdrijven op basis van de gehanteerde uitgangspunten bedraagt 1,07.
• Als gevolg van de verandering van de GHG tot 2050 (0,40 m o.b.v. het maatgevende Deltascenario) neemt de veiligheid met 7% af tot 0,99, een behoorlijke afname.
• Bij de gehanteerde uitgangspunten is tot een waterstandverandering van 0,34 m de veiligheid groter dan 1, voor grotere waterstandsveranderingen kan met de huidige analyse geen veilige situatie worden aangetoond.
• De gevonden waarde van 0,34 m alvorens een zogenaamde onveilige situatie kan ontstaan is wat ruimer dan de in de stresstest gehanteerde waarde van 0,2 m. Echter opgemerkt moet worden dat de validatie berekening conform de NEN9997-1 op basis van 41 jaar oude peilbuisgegevens uit de omgeving van de toerit een minder gunstig beeld laat zien waarbij de op basis van de GHG berekende marge 0,34 m mogelijk niet aanwezig is.
• De maatgevende waterstand zoals toegepast in de analyse (op basis van GHG uit modelresultaat) is geen extreme waterstand. Er is geen ontwerpwaarde (vanuit bijvoorbeeld een meetreeks) beschikbaar. Derhalve blijft de kans aanwezig dat de 6 van 50 Nadere analyse van cases m.b.t. opdrijven tunneltoeritten 11205274-018-BGS-0002, 23 mei 2022 veiligheidsfactoren lager zijn dan gegeven. Dit wordt bevestigd in de eenvoudige evaluatie waarbij de meetreeks uit een nabije peilbuis wordt toegepast met de werkwijze conform de norm. Daarbij wordt wel opgemerkt dat de peilbuis meetreeks mogelijk niet representatief is. Aanvullende lokale monitoring wordt derhalve aanbevolen.

De nadere analyse laat hier zien dat de situatie overeenkomt met de situatie aangenomen in de stresstest. De reden is vermoedelijk gelegen in:

• De waterdruk staat direct tegen de constructie (in dit geval een gewichtsconstructie van betonnen toeritten). Dit evenwichtsniveau ligt ondiep (circa. 7 m diep). Het effect van een waterstandsverandering zal daardoor relatief meer doorwerken.