Voor tunnels ligt er een omvangrijke vervangings- en renovatieopgave, met geschatte kosten van tenminste € 4,5 miljard in de komende tien jaar. Infrastructuur vertegenwoordigt bovendien een grote economische en maatschappelijk waarde. Het CBS schatte de waarde in 2016 op 73 miljard euro waarvan 69 miljard euro afkomstig is van de exploitatie van bestaande infrastructuur.
Tunnelafsluitingen leiden dan ook tot hoge indirecte kosten.
Tunneleigenaren staan voor de uitdaging om renovaties zo slim en snel mogelijk uit te voeren. Dit wordt bemoeilijkt door het ontbreken van fundamentele kennis over het verouderingsproces van tunnels en tunnelcomponenten. Doelstelling van dit project is om de kennis over deformatie en degradatie van zinktunnels wezenlijk te vergroten. De focus ligt op ontwikkeling van nieuwe monitoringsmethoden en 3Dmodellen. Het project bestaat uit vijf deelprojecten die zijn gericht op de volgende onderzoeksvragen:
• Hoe kunnen tunneldeformatie en alle afzonderlijke omgevingsfactoren
continue worden gemonitord?
• Welke omgevingsfactoren spelen een (kritieke) rol in deformatie?
• Hoe wordt de deformatie en restlevensduur van segmentvoegen (met
kraagconstructie) beïnvloed door interacties met de ondergrond?
• Hoe kunnen alle tunnel-omgeving interacties worden gevat in een 3D model?
• Hoe verloopt materiaaldegradatie in tunnels?
Het project richt zich op zinktunnels, maar resultaten zijn van waarde voor tunnels en kunstwerken in brede zin.

De doelstelling van inzetproject COB-FPT1 is om de kennis van de veroudering van tunnels een wezenlijke stap verder te brengen en een solide basis op te bouwen voor een optimale renovatiestrategie. COB-FPT1 richt zich op het vullen van de kennisleemtes rond drie thema’s, die van het grootste belang zijn voor het ontwikkelen van de strategie:
• Verkrijgen van betere informatie: ontwikkeling van deformatiemonitoringsmethoden met hogere frequenties en langs meer vrijheidsgraden, en ontwikkeling van betrouwbare monitoring van materiaaldegradatie.
• Beter inzicht in interacties tussen tunnel en omgeving: toepassing van geavanceerde data-analyse, ontwikkeling van modellen voor degradatie van tunnelmaterialen, en ontwikkeling van realistische 3D-modellen van tunnels, tunnelcomponenten, ondergrond en hun wederzijdse interacties.
• Beter inzicht in restlevensduur: modelberekeningen voor segmentvoegen. In figuur 1 staan de stappen die in dit inzetproject worden gezet richting een optimale renovatiestrategie, die uiteindelijk leidt tot hoge betrouwbaarheid en beschikbaarheid van tunnels tegenover minimale kosten. De ontwikkeling van een 3Dinteractiemodel van een volledige zinktunnel (DP4) is een belangrijke bouwsteen voor het uiteindelijke voorspellen van restlevensduur voor complete tunnels, inclusief alle componenten. De ontwikkeling hiervan is echter te complex om uit te voeren binnen COB-FPT1 en zal plaatsvinden in vervolgonderzoek.
De resultaten uit de geplande deelprojecten bieden reeds belangrijke hulpmiddelen voor tunneleigenaren (zie sectie: Verwachte producten/resultaten). De kennis en methoden die in dit project worden ontwikkeld, zijn van toepassing op alle 37 zinktunnels in Nederland en de circa 150 zinktunnels wereldwijd. Gezien de zeer hoge indirecte economische kosten van tunnelrenovaties leiden de resultaten tot grote besparingen door de optimalisering van onderhoud. De verwachte indirecte besparing per tunnelproject ligt in de ordegrootte van tientallen miljoenen euro’s. De ontwikkelde kennis en systemen zijn tevens toepasbaar in internationale projecten en leveren daardoor exportkansen op voor Nederlandse bedrijven.

Het onderzoek past binnen de Missie F “Nederland is en blijft de best beschermde delta ter wereld, ook na 2100”. Meer specifiek sluit het project nauw aan bij MMIP F1 “Verduurzaming en kostenbeheersing uitvoeringsprojecten waterbeheer”. De focus van de MMIP en COB-FTP1 ligt op de aanstaande vervanging van waterinfrastructuur, in dit geval afgezonken tunnels. De nieuw ontwikkelde inzichten en modellen zijn gericht op het verklaren en voorspellen van
verouderingsgedrag en dragen hierdoor bij aan verantwoorde en kosten-efficiënte renovatie en vervanging van tunnels en componenten van tunnels. Dit past volledig binnen de Missie-doelstelling, die focust op het tijdig nemen van
toekomstbestendige en integrale maatregelen tegen beheersbare kosten. Het overkoepelende onderzoeksprogramma COB-Future proof tunnels richt zich op tunnels en kruisingen met primaire waterwegen. Dit project, COB-FPT1, vormt de
eerste fase van dit programma. De passendheid van COB-Future proof tunnels is vooraf afgestemd met TKI Deltatechnologie

A1.1 - Ontwikkeling standaard monitoringsstrategie voor tunneldeformatie (PhD, COB; M1-M15).
• Inventarisatie ontwikkelde meettechnieken voor deformatiemonitoring in zinktunnels (COB, PhD).
• Ontwikkeling standaard monitoringsstrategie voor tunneldeformatie (PhD, COB). Het COB (Werkwijzer
Monitoring) levert een basisstrategie aan die door PhD op wetenschappelijke gronden wordt doorontwikkeld en vervolgens wordt gevalideerd in A1.3/A1.4. Het doel van de monitoringsstrategie is het verkrijgen van dekkende datasets waarmee alle deformatiefenomenen kunnen worden onderkend.

A.1.2 - Ontwikkeling database en instrumentarium (PhD, COB; M1-M20).
• Opzet database en instrumentarium voor data-opslag en gestructureerde data-analyse (COB, PhD; M1-M20). Het COB ontwikkelt een databaseformat en instrumentarium voor tunneldata (incl. monitoringsdata) in nauwe samenwerking met de PhD- en PDEng-onderzoekers.
• Samenstellen overzicht historische deformatiemetingen en invoer in database (PhD; M1-M15)

A1.3 - Ontwerp, inrichting en uitvoering veldproeven voor continue deformatiemetingen (PhD, PDEng, COB; M6-M42)
• Ontwerp opzet veldproeven op basis van monitoringsstrategie (D1.1) door de PhD en PDEng, die tevens de veldproeven begeleiden. De PDEng is met name betrokken bij installatie van sensoren en opstarten van de veldproeven. De PhD richt zich op meerdere zinktunnels en de PDEng op een nader te bepalen specifieke selectie.
• Het COB verzorgt aanschaf en installatie van sensoren, alsmede toegang tot tunnels.
• Uitvoeren continue metingen (M18-M42) gezamenlijk door de PDEng, PhD en het COB.
• Data-acquisitie en opslag in gestandaardiseerde database (D1.1) door de PDEng en PhD.

A1.4 - Data-analyse veldproeven (PhD, PDEng, COB; M24-M48)
• Data-analyse van de dataset aan deformatiemetingen (D1.3) door de PhD en PDEng.
• Correlatie deformatie verschillende tunnels door de PhD.
• Validatie van monitoringsdata middels vergelijking met traditionele meetbouten (verticale deformatie) en
ontwikkelde 3D modellen in overige deelprojecten.

A1.5 - Vervolgonderzoek PDEng (M36-M60) en PhD (M48-M60) gericht op nieuwe onderzoeksvragen die in voorgaande activiteiten van het deelproject naar voren zijn gekomen.

Resultaat: D1.1 - Gestandaardiseerde monitoringsstrategie voor tunneldeformatie (M15). Na validatie in A1.3/A1.4 wordt de monitoringsstrategie ten eerste gebruikt door ProRail en Rijkswaterstaat, en vervolgens gehanteerd als minimum- monitoringsstandaard voor alle Nederlandse tunnels.

Resultaat: D1.2 - Database met instrumentarium (M20) voor monitoringsdata uit A1.3 en A5.3 en overige historische en toekomstige tunnelinformatie. Het initiële beheer van de database ligt bij het COB. De algemene informatie in de database is publiekelijk toegankelijk via het COB, voor gevoelige informatie komt een toegangscontrole.

Resultaat: D1.3 – Finale dataset deformatiemetingen (M42).

Resultaat: D1.4 - Rapport analyse veldproef en geobserveerde fenomenen (M48) voor de COB-commissie Deformatie. Eerder versies (D.1.4a) en verzamelde data (D1.3) worden gebruikt als input voor DP2 en DP4.

Onderzoek A
Er is relatief weinig data beschikbaar voor onderzoek naar de interacties tussen ondergrond en civiele constructies. Hierdoor vormen het omgaan met datavariatie en het correleren van data grote uitdagingen. In de eerste activiteit van dit deelproject wordt een nieuwe data-analyse methode ontwikkeld voor civiele constructie-ondergrond interacties met gebruik van reeds beschikbare data (bijvoorbeeld hoogtedata, grondboringen). Bestaande data-analyse modellen zijn te complex en multidimensionaal, waardoor de correlatie tussen data ontbreekt. Daarom wordt een simpeler model beoogd waarbij datapunten worden geclusterd in secties van gemeenschappelijke kenmerken. Dit maakt het mogelijk om de belangrijkste oorzaken van tunnelgedrag en -deformatie aan te wijzen voor verschillende (gecombineerde) secties. Er wordt naar verwachting gebruik gemaakt van methoden uit de probalistiek (beslissingsboom-algoritmes) en/of kunstmatige intelligentie (neurale netwerken). Probalistiek heeft als bijkomend voordeel dat risico op falen als output wordt gegeven.

Onderzoek B
In de tweede activiteit wordt een nieuwe methode ontwikkeld voor het verkrijgen van betrouwbare bodemdata met kegelpenetratietesten, als verdieping van de hierboven beschreven methode. Kegeltesten hebben de potentie om de kritieke inputdata te leveren om ondergrond-constructie-interacties te begrijpen, modelleren en voorspellen. Echter, de huidige methoden voor interpretatie van kegeltestdata zijn ongeschikt voor de unieke, complexe Nederlandse bodem. Met name het hoge organische stofgehalte vormt een uitdaging. Daarom wordt een nieuw model ontwikkeld dat kegeltestdata kwantitatief correleert met traditionele, kostbare boringen met bijbehorend laboratoriumonderzoek.

Onderzoek C
De overige activiteiten zijn gericht op modellering. Huidige bodemmodellering is grotendeels beperkt tot eendimensionele zettingsmodellen. In dit deelproject worden nieuwe 3D-FEM-bodem(interactie)modellen ontwikkeld in PLAXIS op basis van monitoringsdata (DP1) en open-source data. Hierin worden alle geobserveerde effecten (zettingsmetingen, waterpeil, temperatuur, geotechnische kenmerken) gecombineerd voor toepassing in FEM. Geavanceerde methodologieën, algoritmes en modellen voor machine learning worden ontwikkeld om de systeemdynamica realistisch en betrouwbaar te modelleren. Bij de analyses wordt een probabilistische benadering
gebruikt vanwege onzekerheid over ondergrondeigenschappen.

Valorisatie van resultaten
De resultaten van dit inzetproject zijn van toepassing voor meerdere belanghebbenden:
i) Tunneleigenaren en-beheerders
ii) Ingenieursbureaus en aannemers
iii) Wetenschappelijke gemeenschap.
Voor ingenieursbureaus en tunneleigenaren worden workshops en bijbehorende elearning modules georganiseerd om directe toepassing van de resultaten te bevorderen. Tevens worden interactieve presentaties gegeven op nationale en internationale congressen (bijvoorbeeld COB-congres, ITA WTC) en worden met regelmaat informatieve artikelen en aansprekende blogs gepubliceerd in vaktijdschriften en op vakwebsites. De database wordt publiek toegankelijk gemaakt. Voor het beheer en verdere ontwikkeling na het project zullen afspraken gemaakt worden met kennisinstellingen.

‘Product’ (zie boven) IP bij welke partner(s) Hoe wordt dit product toegankelijk gemaakt
1* COB Format en opbouw database publiek via open access publicaties
2 TU Delft Plaatsing in COB-kennisbank (openbaar), plaatsing publicatie database TU Delft (Pure)
3-12 TU Delft COB-kennisbank 13 TU Delft Open access publicaties in (inter)nationale tijdschriften

De voortgang van het project zal worden gecommuniceerd via de COBwebsite, sociale media van het COB, en in COB-nieuwsbrieven, alsmede via de TKI-website. Voor het algemeen publiek worden wetenschappelijke inzichten en resultaten omgezet in aansprekende infographics en blogs, en waar van toepassing korte aansprekende en informatieve video’s

*Toegang tot de database en meetdata (1) kan door RWS en ProRail worden beperkt i.v.m. veiligheidsoverwegingen. Afgeleide gegevens zoals gebruikt voor analyses zijn vrij toegankelijk.