Fakultet for ingeniørvitenskap Institutt for bygg- og miljøteknikk
RAPPORT BACHELOROPPGAVEN
Tittel
Norsk: Sammenligning av antatt og faktisk tunnelsikring English: Comparison of estimated and actual tunnel support
Intern veileder:
Omar Kusay Sabri
Ekstern veileder:
Anders Aal og Ine Gressetvold Prosjektnr:
37 - 2017
Rapporten er ÅPEN Besvarelsen består følgende antall del-rapporter:
1 Rapport
Problemdefinering/prosjektbeskrivelse og resultatmål
Oppgaven er å sammenligne eventuelle forskjeller når det gjelder bergkvalitet, kartlegging og antatt bergsikring i forprosjektet og hvordan resultatet faktisk blir i en ferdigstilt sluttrapport for utvalgte tunnelanlegg. Vi skal vurdere om
sikringsanslag i plan-/prosjekteringsfase treffer, eller om det er en trend at de er for pessimistiske eller optimistiske, sett opp mot faktisk utført mengde av bergsikring.
Stikkord fra prosjektet:
• Bergsikring
• Tunneler
• Ingeniørgeologiske rapporter
• Kunnskap
• Grunnforhold
• Regioner
• Forundersøkelser
• Antatt og faktisk
• Q-metode
• Svakhetssoner
• Geologi
Oppgavetekst
Problemstilling og resultatmål
I samarbeid med Statens vegvesen ble det enighet om problemstillingen. Oppgaven er å sammenligne eventuelle forskjeller når det gjelder bergkvalitet, kartlegging og antatt bergsikring i forprosjektet og hvordan resultatet faktisk blir i en ferdigstilt sluttrapport for utvalgte tunnelanlegg. Vi skal vurdere om sikringsanslag i plan-/prosjekteringsfase treffer, eller om det er en trend at de er for pessimistiske eller optimistiske i sine anslag, sett opp mot faktisk utførte mengder.
Effektmål
Målet for gruppa er å få en større innsikt i tunneldrift og sikringsmetoder. Vi vil også tilegne oss større kunnskap om rapportskriving, jobbe i team og samarbeide med reelle aktører.
Kvalitetssikring
Kvalitetssikring ble gjennomført på møter med veileder og kontaktperson i Statens Vegvesen.
På disse møtene vil foreløpig produsert materiale bli fremvist og vurdert. Før et slikt møte vil materialet bli kontrollert og gjennomgått av alle gruppedeltagerne, som vil bli gjennomført på minimum fem gruppemøter.
i
Forord
Denne oppgaven er utført som en avsluttende oppgave for en 3-årig bachelorutdanning på Bygg- og miljøteknikk ved Norges teknisk – naturvitenskapelige universitet. Oppgaven er gjennomført i samarbeid med Statens vegvesen Region Midt. Eksterne veiledere under oppgaveskrivingen har vært Anders Aal og Ine Gressetvold. Oppgaven er skrevet med økonomisk støtte fra Statens vegvesen.
Vi vil takke Anders Aal og Ine Gressetvold for å være tilgjengelig på e-post, telefon og for gode veiledningsmøter, noe som ble satt stor pris på i forbindelse med utførelsen av oppgaven.
Gruppa vil også takke veileder ved NTNU Omar Kusay Sabri for god veiledning, hjelp til utforming av bacheloroppgaven, faglige råd og forelesningsmaterial rundt temaet til oppgaven.
Gruppemedlemmene hadde et felles ønske om en oppgave som omhandlet temaet tunnel bygging. Målet med oppgaven var å benytte kunnskap vi hadde tilegnet oss gjennom
studieretningen Anleggsteknikk og ingeniørgeologi, for utarbeidelse av en god og innholdsrik oppgave. Problemstilling ble bestemt i samarbeid med Statens vegvesen og ekstern veileder Anders Aal.
Oppgaven ble utført som en litteraturstudie, hvor det ble sett på antatt bergsikring i planleggingsfasen, og sammenlignet opp mot den utførte bergsikringen.
Prosessen med arbeidet har vært spennende og lærerikt, og alle på gruppa har fått en dypere fagkunnskap rundt driving og sikring av tunnelanlegg. Gruppas samarbeid og kommunikasjon har vært god, noe som har vært en viktig faktor for å få et godt sluttprodukt, med et resultat som vi håper Statens vegvesen får bruk for i videre arbeid.
Trondheim, 24. Mai 2017
______________ _______________ ______________
Daniel Hansen Magnus Fremstad Christoffer Dahl
ii
Abstract
This bachelor thesis is written for Statens vegvesen, and include about 1500 hours of work.
The thesis is written by three students from the study civil engineering, bachelor’s degree at Norwegian University of Science and Technology in Trondheim. Main theme for this task is to compare estimated and actual tunnel support on 23 tunnels in Norway. The tunnels are split up in four regions west, east, mid and north. These 23 tunnels all include up to three reports which are a regulatory plan, tender/construction plan and a final report.
All these reports are given to the group by Statens vegvesen and cannot be found on the internet nor a library. These reports are the main source of information. As told earlier the main theme is tunnel support, so all values of estimated and actual support are taken from the reports and written in a Microsoft Excel file. Values are mostly from support types like rock bolts, spilling bolts, shotcrete and ribs of reinforced shotcrete. It is important to note that all 23 tunnels have their support values in graphs throughout the thesis, but the group found it necessary to reduce amount of reports to study. Therefore, ten of the tunnels with
variations in estimated and actual support and tunnels of interest were chosen to get a deeper understanding of problems. The reason for this was to see if any deviation in support values had specific reasons behind them and if this was the case for more of the tunnels. To strengthen theories and some questions to the specific tunnels, three interviews was done with two people from Statens vegvesen and the last one from an entrepreneur.
About four weeks were given to study these 10 reports and write about them. It was easy to find that there were differences on how the reporting was written from region to region.
Estimate of mountain classification was given in mid region, and the rest didn’t have the estimated values in both regulatory plan and tender. Also, if there was a substantial difference in values regarding estimated and actual, it should be explained why. But this was not the case on numerous of the tunnels. N500 clearly states that both scenarios mentioned above, should be described in the tender and in the final report for the project.
iii
When the graphs and writing was complete, it was necessary to review the thesis to look for clues regarding why and which support methods had differences in its estimated and actual values and which method is most correct.
Tunnel support methods that have good estimations are rock bolts and shotcrete. Spill bolts and reinforced ribs of shotcrete are methods that have heavily pessimistic estimations across all regions. This can be seen visually in the graphs which follows this thesis. The group agree with recommendations for further research regarding:
• Spill bolts and reinforced ribs to make estimates more realistic for future tunnel projects.
• Make a nationwide template for the final reports with headline that states “reason for variance in tunnel support”
• A database to store reports for future research and technology. Easily accessible for persons of interest.
iv
Innholdsfortegnelse
Forord ... i
Abstract ... ii
Figurliste ... vii
Tabelliste ... ix
Begrepsforklaring og forkortelser ... x
1 Innledning ... 1
1.1 Emnevalg ... 2
1.2 Problemstilling ... 2
1.3 Formål ... 2
2 Bakgrunnsteori ... 3
2.1 Forundersøkelser ... 3
2.1.1 De preliminære undersøkelser ... 3
2.1.2 De detaljerte undersøkelser i felten ... 3
2.1.3 Fjellkontrollboring ... 4
2.1.4 Kjerneboring ... 4
2.1.5 Seismiske undersøkelser ... 5
2.1.6 Resistivitetsmålinger ... 5
2.2 Undersøkelser under driving ... 5
2.2.1 Sonderboring ... 6
2.2.2 Rystelsesmålinger ... 7
2.2.3 Laboratorieundersøkelser for svelleleire ... 7
2.3 Q – metoden ... 8
2.4 Permanent sikring ... 9
2.4.1 Bolting ... 9
2.4.2 Forbolting ... 10
2.4.3 Rensk ... 11
v
2.4.4 Sprøytebetong ... 11
2.4.5 Armerte sprøytebetongbuer... 11
2.4.6 Full utstøping ... 12
2.4.7 Injeksjon ... 12
2.5 Planfaser ... 13
2.5.1 Reguleringsplan ... 13
2.5.2 Byggeplan/konkurransegrunnlag ... 13
2.5.3 Kontrakter ... 13
2.5.4 Sluttrapport ... 14
2.6 Kunnskap om norsk geologi ... 14
2.7 Hanekleiva ... 15
3 Metode ... 17
3.1 Litteraturstudie ... 17
3.2 Intervjuer ... 17
4 Resultat ... 19
4.1 Region nord ... 20
4.1.1 Kåfjordtunnelen ... 20
4.1.2 Bergsnevtunnelen ... 24
4.1.3 Talviktunnelen ... 29
4.1.4 Toventunnelen ... 33
4.2 Region midt ... 38
4.2.3 Harangstunnelen ... 38
4.2.4 Strindheimtunnelen ... 43
4.3 Region øst ... 52
4.3.1 Teigkamptunnelen ... 52
4.3.2 Lørentunnelen ... 56
4.4 Region vest ... 62
vi
4.4.1 Vangstunnelen ... 62
4.4.2 Borlaugstunnelen ... 67
5 Felles drøfting ... 72
5.1 Forhold mellom antatt og faktisk ... 72
5.2 Valg av verdier ... 74
5.3 Forundersøkelser ... 74
5.4 Bergsikring... 75
5.5 Tolkning av Q-Verdi ... 75
5.6 Andre årsaker til endring ... 76
6 Feilkilder ... 76
7 Konklusjon ... 77
7.1 Trender i region... 77
7.1.1 Radielle bolter ... 77
7.1.2 Forbolter ... 78
7.1.3 Buer ... 79
7.1.4 Sprøytebetong ... 80
7.2 Kort oppsummert ... 81
8 Forskning og utvikling ... 82
9 Kilder ... 84
Vedlegg ... 86
vii
Figurliste
Figur 1: Fjellkontrollboring ... 4
Figur 2: Eksempel på kjernelogging ... 4
Figur 3: Lydhastigheter i forskjellige medier (Nilsen, 2012) ... 5
Figur 4:Eksempel på plan for sonderboring foran stuff (SVV V520 tunnelveiledning, 2016)... 6
Figur 5: CT-bolt (Vik Ørsta A/S, u.d.) ... 9
Figur 6: Eksempel spredt bolting tv. og systematisk bolting th (SVV V224 fjellbolting, 2014, p. 58). ... 9
Figur 7: Bruk av forbolter i kombinasjon med sprøytebetongribber og sålestøp (Norsk Forening for Fjellspreningsteknikk, 2008) ... 10
Figur 8: Eksempel sprøtebetongbuer (Norsk Forening for Fjellspreningsteknikk, 2008, p. 34) . 11 Figur 9: Skisse av forinjisering (Norsk Forening for Fjellspregningsteknikk , 2010, p. 11). ... 12
Figur 10: Illustrerer omfanget av Hanekleivulykken (Morset, 2007) ... 15
Figur 11: Utklipp (Lindstrøm, 2008) ... 16
Figur 12: Bildet viser hele parsellen der Kåfjordtunnelen er vist på delparsell 5 med grønn stiplet linje. (Statens vegvesen, 2017) ... 20
Figur 13: Kåfjortunnelen i rød stiple linje gjennom Sáhkkobátnifjellet (E6guiden, 2013) ... 20
Figur 14: Radielle bolter, Kåfjortunnelen ... 22
Figur 15: Forbolter, Kåfjordtunnelen ... 22
Figur 16: Sprøytebetong, Kåfjordtunnelen ... 22
Figur 17: Buer, Kåfjordtunnelen ... 23
Figur 18: Tunnelportal, Bergsnevtunnelen ... 24
Figur 19: Radielle bolter, Bergsnevtunnelen ... 26
Figur 20: Forbolter, Bergsnevtunnelen ... 26
Figur 21: Sprøytebetong, Bergsnevtunnelen ... 27
Figur 22: Buer, Bergsnevunnelen ... 27
Figur 23: Buer, Bergsnevstunnelen ... 27
Figur 24: Plassering av Talviktunnelen ... 29
Figur 25: Påhugg A ved Talvik ... 30
Figur 26: Påhugg B ved Halselv ... 30
Figur 27: Oversikt faktiske bergklasser Talvik ... 30
Figur 28: Radielle bolter, Talviktunnelen ... 31
viii
Figur 29: Forbolter, Talviktunnelen ... 31
Figur 30: sprøytebetong Talviktunnelen ... 32
Figur 31: Plassering av Toventunnelen ... 33
Figur 32: Oversikt faktiske bergklasser Toven ... 34
Figur 33: Brattlivannet hvor tunnelen går under ... 35
Figur 34: Vann med høyt trykk fra stuff ... 35
Figur 35: Oversikt radielle bolter Toven ... 36
Figur 36: Oversikt forbolter Toven ... 36
Figur 37: Sprøyebetong, Toventunnelen ... 36
Figur 38: Buer, Toventunnelen ... 36
Figur 39: Viser Harangstunnelens topografi, sett fra vestlig innløp. (Byggeindustrien, 2014) .. 38
Figur 40: Antatt og faktisk berglassefordeling, Harangstunnelen ... 39
Figur 41: Sprekkerose fra forundersøkelse, Harangstunnelen ... 40
Figur 42: Sprekkerose ved kartlegging under driving etter de faktiske forhold ... 40
Figur 43: Radielle boter, Harangstunnelen ... 41
Figur 44: Forbolter, Harangstunnelen ... 41
Figur 45: Sprøytebetong, Harangstunnelen... 42
Figur 46: Buer, Harangstunnelen ... 42
Figur 47: Rød stiplet linje viser Strindheimtunnelen ... 43
Figur 48: Antatte og faktisk bergklassefordeling, Strindheimtunnelen ... 45
Figur 49: Radielle bolter, Strindheimtunnelen hovedløp ... 48
Figur 50: Radielle bolter, Strindheimtunnelen rampeløp ... 48
Figur 51: Forbolter, Strindheim hovedløp ... 48
Figur 52: Forbolter, Strindheim rampeløp ... 48
Figur 53: Sprøytebetong, Strindheimtunnelen hovedløp ... 49
Figur 54: Sprøytebetong, Strindheimtunnelen rampeløp ... 49
Figur 55: Buer, Strindheimtunnelen rampeløp ... 49
Figur 56: Buer, Strindheimtunnelen hovedløp ... 49
Figur 57: Oversiktsbilde av Biri-Otta-prosjektet der Teigkamptunnelen er illustrert med en rød og hvit stiplet linje på venstre halvdel av bildet ... 52
Figur 58: Forbolter, Teigkamptunnelen ... 54
Figur 59: Radielle bolter, Teigkamptunnelen ... 54
Figur 60: Sprøytebetong, Teigkamptunnelen ... 55
ix
Figur 61: Forholdet på antatt og den utførte mengde buer, beskrevet i kg ... 55
Figur 62:Oversikt over tunneltrasée, Lørentunnelen (ensjoavis, 2013). ... 56
Figur 63: Radielle bolter, Lørentunnelen ... 59
Figur 64: Sprøytebetong, Lørentunnelen ... 59
Figur 65: Buer, Lørentunnelen ... 60
Figur 66: Plassering av Vangstunnelen ... 62
Figur 67: Antatt og faktiske bergklassefordeling, Vangstunnelen ... 63
Figur 68: Støpning av betongplate over påhugg Vangstunnelen ... 63
Figur 69: Radielle bolter, Vangstunnelen ... 64
Figur 70: Forbolter, Vangstunnelen ... 64
Figur 71: Sprøytebetong, Vangstunnelen ... 65
Figur 72: Buer, Vangstunnelen ... 65
Figur 73: Oversiktsbilde av Borlaugstunnelen merket med mørkeblå stiplet linje. Den røde stiplede ellipsen viser til området for hele vegprosjektet. ... 67
Figur 74: Den faktiske fordelingen av bergklasser, Borlaugstunnelen ... 68
Figur 75: Radielle bolter, Borlaugstunnelen ... 69
Figur 76: Sprøytebetong, Borlaugstunnelen ... 70
Figur 77: Buer, Borlaugstunnelen ... 70
Figur 78: Antall tunneler i % som beskriver bergklassefordeling i regioner ... 72
Figur 79: Antall tunneler i % som beskriver forbolting i regioner ... 73
Figur 80: Antall tunneler i % som beskriver buer i regioner ... 73
Figur 81: Eksempel for mulig avvik på grunn av fallvinkel ... 74
Figur 82: Gjennomsnittet av den antatte og den utførte mengden for radielle bolter ... 78
Figur 83: Gjennomsnittet av den antatte og den utførte mengden av forbolter... 78
Figur 84: Gjennomsnittet for antatt og utførte buer ... 79
Figur 85: Gjennomsnittet for antatt og utført sprøytebetong ... 80
Tabelliste
Tabell 1 Parametre og verdier som brukes ved Q-metoden ... 8Tabell 2: Q-verdi for når bergmassen bør forsterkes med forbolter (Norsk Forening for Fjellspreningsteknikk, 2008) ... 10
Tabell 3: Nyttige spørsmål og svar fra utført intervju ... 18
x
Begrepsforklaring og forkortelser
Ord Betydning
Bolt Stålstang av forskjellig kvalitet og lengde
som brukes til sikring og stabilisering av fjell.
Heng Taket i tunnelen.
Injeksjon Tetting av naturlige sprekker i fjellet for å
hindre lekkasje av vann inn i tunnelen.
Overdekning Avstand fra tunnelheng til terrengoverflate,
enten i form av fjell eller løsmasser.
Salve Sprengning av et volum fjell, vanligvis en
lengde på 5,0 m.
Bergsikring Arbeid for å stabilisere bergmasser, hindre
nedfall av stein og blokker.
Sprøytebetong Betong som sprøytes på heng og vegg for å
stabilisere fjellet.
Stross Utviding av tverrsnitt.
Stuff Endevegg på tunnelen, så langt driving har
kommet.
Såle, ligg Gulvet i tunnelen.
Vederlag Overgangen mellom vegg og heng.
Tverrsnitt Størrelsen på tunnelen.
MWD Measuring While Drilling
Påhugg Der hvor første salve sprenges i tunnelen.
NGU Norges geologiske undersøkelse
xi
Setningsmålinger Nøyaktig måling av evt. nedsøkking på
bygninger før, under og etter at tunnelen er bygd. Større bevegelse kan skade bygninger.
RQD Rock Quality Designation
ÅDT Årsdøgntrafikk
NFF Norsk Forening for Fjellsprengningsteknikk
SVV Statens vegvesen
Foliasjon Planstruktur i bergarter dannet som følge av
deformasjon
SRF Forholdet mellom bergspenninger og
bergartsstyrken omkring et bergrom
1
1 Innledning
På oppdrag fra Statens vegvesen, geotekniske avdeling i Midt-Norge, er det i denne bacheloroppgaven blitt utført en sammenligning over antatt og utført sikringsmengder i norske tunneler.
Det er fokusert på områdene radielle bolter, forbolter, buer og sprøytebetong. Denne
avgrensningen er gjort på grunnlag av tilgjengelig data, og for å få en god og komplett oversikt i sammenligningen av tunnelene. Andre bergsikringsmetoder som for eksempel sålestøp, betongutstøpning og bånd er ikke inkludert på grunn av manglende informasjon for å gjennomføre en god analyse. Data for sammenligning er hentet ut fra reguleringsplan, byggeplan, konkurransegrunnlag og sluttrapporter som er tildelt av Statens Vegvesen. Det er disse rapportene som danner grunnlaget for oppgaven.
Hensikten her er å se hvor godt estimatet for bergsikring i tunneler er, basert på de ingeniørgeologiske forundersøkelsene, i forhold til de utførte sikringsmengder som blir beregnet under driving av tunnelen. Samtidig belyse hvilke utfordringer som kan føre til eventuelle feilvurderinger i de geologiske antakelsene. Data over de antatte og utførte
bergsikringsmengdene som er hentet ut fra rapportene, er fremstilt grafisk i diagrammer for å få en god oversikt over omfanget av eventuelle avvik.
Det er totalt utlevert rapporter for 23 tunneler, fra 4 forskjellige regioner i Norge, (vedlegg 1).
Data for alle disse er satt i en database, (vedlegg 5) som viser ulikheter mellom antatt og faktisk sikringsmengde. Oppgaven avgrenser antallet tunneler ved fordypning i 10 tunneler, som skiller seg ut når det gjelder sikringsmengden, eller andre spesielle forhold. Dette ble gjort for å danne et bedre grunnlag når det kom til avvik i bergsikringen. Fordypningen viser om det var avvik som var spesifikk for den ene tunnelen, eller var det noe som var felles for flere.
For å se på om det er noe gjentakende for en region, er det valgt i denne oppgaven å vise et gjennomsnittlig forhold. Med dette er det meningen å gi et helhetlig bilde over regionen som helhet og forenkle sammenligningen regionene seg imellom.
2 1.1 Emnevalg
Forfatterne av denne oppgaven har gjennom studiet opparbeidet seg interesse for tunneler.
Dette var en grunnleggende årsak til valg av tema til bacheloroppgaven. Statens vegvesen har et ønske å få belyst om de ingeniørgeologiske forundersøkelsene stemmer overens med de registrerte forhold under driving. Et foranliggende ønske var å få en dypere kunnskap om prosessen rundt tunnelbyggingen. En slik oppgave ble både sett på som spennende og lærerik.
1.2 Problemstilling
Problemstillingen er å sammenligne eventuelle forskjeller når det gjelder bergkvalitet, kartlegging og antatt bergsikring i forprosjektet og hvordan resultatet faktisk blir i en ferdigstilt sluttrapport for utvalgte tunnelanlegg. Det skal vurderes om bergsikringsanslag i plan-/prosjekteringsfase treffer, eller om det er en trend at de er for pessimistiske eller optimistiske, sett opp mot de faktisk utførte mengder.
1.3 Formål
Statens vegvesen har et ønske å få belyst om de ingeniørgeologiske forundersøkelsene stemmer overens mot de registrerte forhold under driving. Dette sett opp mot mengde bergsikring som er antatt før bygging, stemmer med de utførte mengder som ble benyttet under driving.
3
2 Bakgrunnsteori
I dette kapitlet blir teorien som er sentral for tunneldriving presentert, og danner det faglige grunnlaget for analysen i denne oppgaven. Teorien er hentet fra håndbøker utgitt av Statens vegvesen, Norsk Forening for Fjellsprengningsteknikk og kompendium ingeniørgeologi (NTNU).
2.1 Forundersøkelser
Metoder for å kartlegge forhold på området før bygging av tunneler. Dette er viktig for å kunne gjøre gode antagelser i planleggingsfasen.
2.1.1 De preliminære undersøkelser
Her skal man vurdere mulighetene for å gjennomføre et berganlegg eller tunnel. Flere
alternativ skal settes opp mot hverandre for å enklere velge ut den løsningen som passer best til hvert enkelt prosjekt. Denne prosessen bør avsluttes med en oversiktlig rapport som beskriver relevante geologiske forhold, men også forteller byggherre om hvilke undersøkelser som bør gjennomføres videre i prosjektets levetid (Nilsen, 2012, p. 119).
Dette gjøres ved å bruke flyfoto som referanse. Ut fra disse kan man hente gode data om hvordan området er geologisk. Eksempel på dette er: bergartsfordelingen, foliasjon og markert detaljsprekkeretning, svakhetssoner, vannforhold og høye spenninger.
2.1.2 De detaljerte undersøkelser i felten
De detaljerte undersøkelsene har som oppgave å kartlegge tilgjengelig informasjon om det aktuelle området når det gjelder geologiske forhold. Dette skal danne en rapport som skal kunne gi en eventuell entreprenør mulighet til å regne et anbud på prosjektet.
Undersøkelser som utføres her vil gå mer i detalj enn tidligere, her vil man se på
svakhetssonenes orientering, grunnvannsforhold og spenningsforhold. Prøvetaking ved hjelp av boring er også brukt (Nilsen, 2012, p. 119).
4 2.1.3 Fjellkontrollboring
Dette er den billigste og enkleste måten å registrere lengden ned til fast fjell. Metoden skaffer relativt sikre data. Eventuelle feilkilder her kan være som vist på figur 1. Om en treffer en steinblokk som skaper en indikasjon på at man treffer fjell, må det bores noen meter ekstra for å få sikrest mulig data. En kan få informasjon om løsmassene som bores gjennom ved å måle nedgangshastigheten i mediet. Metoden kan bore ned til 20 meter (Nilsen, 2012, p. 128).
2.1.4 Kjerneboring
Om det er behov for å skaffe prøver av bergmassene, kan kjerneboring med diamantkrone og dobbelt kjernerør benyttes. Det kan borres ned til flere hundre meters dyp, men dette er en metode som er kostbar og det bør vites nøyaktig hvor disse skal brukes. Det bør ligge antatte forventninger om selve prøven når den blir brakt til undersøkelser på et laboratorium.
Undersøkelsene som ønskes gjort bør skje raskt på grunn av uttørking, frysing og lagring kan endre materialets egenskaper.
Figur 2 viser kjernelogging etter utført
kjerneboring, informasjon som kan hentes er:
• Dybdeskala og angivelse av hvert enkelt kjerneopptak.
• Angivelse av kjernetap
• Petrografisk beskrivelse med tekst og symboler.
• Opplysninger om oppsprekningsgrad og sprekkekarakter.
• Opplysninger om svakhetssoner
• Informasjon om permeabilitetsforhold (Nilsen, 2012, p. 129)
Figur 1: Fjellkontrollboring
Figur 2: Eksempel på kjernelogging (Nilsen, 2012, p. 129)
5 2.1.5 Seismiske undersøkelser Vi har to metoder som kan brukes:
refleksjons seismikk og refraksjons seismikk. Den sistnevnte metoden er den som blir mest brukt i
ingeniørgeologiske sammenhenger når det kommer til tunnel eller bergrom.
Seismikk vil bli brukt for å kartlegge
lengder ned til fast fjell og hvilke løsmasser som er tilstede før fast fjell, basert på lydhastighet gjennom mediet. Fjell og løsmasser har forskjellige lydhastigheter, noe som blir vist i figur 3.
2.1.6 Resistivitetsmålinger
Metoden går ut på å sende elektrisk strøm ned gjennom bakken, for å beregne resistiviteten nedover i grunnen på grunnlag av strøm- og potensialelektroder utplassert i et bestemt mønster og dataprosessering. Metoden egner seg til kartlegging av hvordan svakhetssoner opptrer nedover mot dypet, og til å kartlegge løsmassene over berg. Lav resistivitet angir mulig svakhetssone. Fordelen med resistivitetsmålinger i forhold til refraksjonsseismikk er at den når betydelig dypere ned i undergrunnen. Usikkerhetsmomenter ved denne metoden er om det finnes ledende mineraler eller kabler i grunnen, noe som kan skape feiltolkninger (Nilsen, 2016, p. 129).
2.2 Undersøkelser under driving
Undersøkelser av bergmasser og grunnforhold blir ikke avsluttet selv om byggingen på anlegget starter. Det skal foretas systematiske målinger og prøvetaking av materialer inne i tunnelen mellom salvene. Kartleggingen må utføres før eventuell sprøytebetong og annen sikring dekker fjelloverflaten. Disse undersøkelsene er nødvendig for eventuelle justeringer av tidligere tolkninger i forundersøkelsene, for å få en mer presis og riktig sikringsprognose (Nilsen, 2016).
Figur 3: Lydhastigheter i forskjellige medier (Nilsen, 2012)
6 2.2.1 Sonderboring
Sonderboring brukes for å skaffe informasjon om bergkvalitet og vannlekkasjer som befinner seg foran stuff. Etter en vurdering av området foran stuff, avgjør man om det skal benyttes spesielle metoder som for eksempel forbolting, forinjisering, redusert salvelengde eller at man gjennomfører flere sonderboringer. Sonderboring er ekstra viktig med tanke på lekkasjer som kan befinne seg foran stuff.
Sonderboring utføres med borparametertolkning, eller Measuring while drilling (MWD). Dette er en metode som bruker data fra boreloggen fra boreriggens salve-, sonder-, bolte- eller injeksjonsboringer til å kartlegge svakhetssoner, oppsprekkinger, bergmassens hardhet og vanninntrenging foran stuff som kan skape problemer for videre driving av tunnelløp.
Sonderboring utføres som slagboring fra stuff eller som kjerneboring. Kjerneboring utføres dersom man ønsker ytterligere info om bergmassene foran stuff. Dette utføres som oftest i hengen (SVV V520 tunnelveiledning, 2016, p. 46).
Figur 4:Eksempel på plan for sonderboring foran stuff (SVV V520 tunnelveiledning, 2016).
7 2.2.2 Rystelsesmålinger
I områder der det er fastsatt en grenseverdi for svingehastighet skal det gjennomføres vibrasjonsmålinger. Dette er for å forhindre skader på bygg og miljø rundt anleggsområdet.
Data fra vibrasjonsmålingene brukes for å tilpasse salveplanen for den videre drivingen av tunnelen (Nilsen, 2016, p. 271).
2.2.3 Laboratorieundersøkelser for svelleleire
Hensikten med laboratorieundersøkelser er å undersøke egenskapene til leira som befinner seg i slepper og svakhetssoner i tunnelområdet. Dette er viktig med tanke på bestemmelse av sikringsmengde for tunnelen. Det finnes tre ulike metoder for å undersøke svelleleire:
- Mineralidentifikasjon (XRD) - Frisvellingstest
- Svelletrykksmåling
Leirmineral som er dannet ved dypforvitring, deles opp i fire ulike kategorier etter hvilke egenskaper de innehar:
- Sterkt svellende: Smektittgruppa; Montmorillonitt, saponitt, m.fl.
- Mindre svellende: Vermikulitt
- Lite – ikke svellende: Kaolingruppa; Kaolinitt, dickitt - Ikke – svellende: Illitt, kloritt
Svelling av leirmaterialet oppstår ved at den trekker til seg vann, noe som stort sett oppstår en liten tid etter at sprengning er gjennomført og vann kommer til.
For beskrivelse av metoder for undersøkelse av svelleleire, se Håndbok R210 Laboratorieundersøkelser (SVV R210 labratorieundersøkelser, 2016, p. 24).
8 2.3 Q – metoden
Under prosjektering av tunnel er sikringen av den sentralt. Dette er en kostbar del av
prosjekteringen og kan utgjøre en stor andel av totalkostnaden, men er også høyst nødvendig for å opprettholde trygg ferdsel for de som skal benytte den. Hvis man sikrer for mye vil det medføre uønskede utgifter, og sikres det for lite kan det få store konsekvenser, i verstefall tap av liv. Derfor er det viktig med kartlegging av berggrunnen og et klassifikasjonssystem til å bestemme sikringstiltak som skal til for å opprettholde tilstrekkelig stabilitet.
I Norge er det mest vanlig å bruke Q-metoden, en empirisk modell som har blitt utviklet etter bruk i utallige tunneler siden 1970-tallet, (Norges Geotekniske Institutt, 1997). Den brukes både ved forundersøkelser og under utførelsen av arbeidet. Q-metoden baserer seg på 6 forskjellige grunnparametre.
Tabell 1 Parametre og verdier som brukes ved Q-metoden
Verdiene på de forskjellige parameterne vurderes og settes inn i formelen, og man får en Q- verdi som bestemmer hvilke sikringstiltak det kreves. Se vedlegg 2.
Formel med parametere: 𝑄 =𝑅𝑄𝐷
𝐽𝑛 ∗𝐽𝑟
𝐽𝑟∗ 𝐽𝑤
𝑆𝑅𝐹
𝑵𝒓 𝑷𝒂𝒓𝒂𝒎𝒆𝒕𝒆𝒓 𝑫𝒆𝒇𝒊𝒏𝒊𝒔𝒋𝒐𝒏 𝑽𝒆𝒓𝒅𝒊
1 𝑅𝑄𝐷 𝑂𝑝𝑝𝑠𝑝𝑟𝑒𝑘𝑘𝑖𝑛𝑔𝑡𝑎𝑙𝑙 0 − 100 [%]
2 𝐽𝑛 𝑇𝑎𝑙𝑙 𝑓𝑜𝑟 𝑠𝑝𝑟𝑒𝑘𝑘𝑒𝑠𝑒𝑡𝑡 0,5 − 20
3 𝐽𝑟 𝑆𝑝𝑟𝑒𝑘𝑘𝑒𝑟𝑢ℎ𝑒𝑡𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙 0,5 − 4
4 𝐽𝑎 𝑇𝑎𝑙𝑙 𝑓𝑜𝑟 𝑠𝑝𝑟𝑒𝑘𝑘𝑒𝑓𝑦𝑙𝑙𝑖𝑛𝑔 0,75 − 20
5 𝐽𝑤 𝑆𝑝𝑟𝑒𝑘𝑘𝑒𝑣𝑎𝑛𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙 0,05 − 1
6 𝑆𝑅𝐹 𝑆𝑝𝑒𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙 0,5 − 400
9 2.4 Permanent sikring
Metoder som skal sikre trygg bruk av tunnelen gjennom dens livstid. Dette er sikring som;
bolting, forbolting, rensk, sprøytebetong, armerte sprøytebetongbuer, full utstøpning og injeksjon. Bruken av disse metodene blir beskrevet nærmere i dette kapittelet.
2.4.1 Bolting
Bolting er blant de mest vanlige sikringsmetodene som blir benyttet i tunneler. Vi skiller mellom to hovedprinsipper; spredt bolting og systematisk bolting. Spredt bolting betyr at man sikrer enkelt blokker som er ustabile, mens systematisk bolting betyr at man sikrer etter et forhåndsbestemt mønster på en strekning eller parti. Man skiller mellom øyeblikkelig sikring og sikring bak stuff. For øyeblikkelig sikring brukes det stort sett endeforankrede bolter, som det finnes to typer av. Det ene er ekspansjonsbolter og det andre er polyesterforankrede bolter. Bolter for øyeblikkelig sikring består av plate, mutter og sfærisk mellombrikke for å sentrere belastningen. Disse boltene blir oppspent til 25-50% av boltens bruddstyrke, unntatt i situasjoner med sprakeberg. For bolting bak stuff benyttes det innstøpte kamstålbolter. Disse omsluttes med sementmørtel, men oppspennes ikke.
Kombinasjonsbolter er den mest benyttede bolten for veg- og jernbanetunneler. Disse forankres først med ekspansjonshylse, for så å bli gyst i ettertid med sementmørtel gjennom hull i halvkula ytterst og en plasthylse som ligger rundt bolten. Hovedtyper av kombinasjonsbolter er CT-bolt, rørbolt, endeforankret
og ettergyst bolt (SVV V224 fjellbolting, 2014, p. 58) (Nilsen, 2016, p. 178).
Figur 6: Eksempel spredt bolting tv. og systematisk bolting th (SVV V224 fjellbolting, 2014, p. 58).
Figur 5: CT-bolt (Vik Ørsta A/S, u.d.)
10 2.4.2 Forbolting
Forbolting brukes i situasjoner der man møter på dårlige bergmasser/svakhetssoner, og i fjell der man har lite overdekning. Metoden er også vanlig å bruke ved tunnelpåhugg. Hensikten med forbolting er å bevare profilen til
tunnelen, slik at de dårlige fjellmassene hviler på forboltene til annen sikring som radielle bolter og sprøytebetong kommer på plass. Lengden på forbolter er 6 meter, og settes med en vinkel på 10-25° rundt tunnelprofilen. Salvene ved driving ved bruk av 6 meter bolter, bør være 2,5-3 m.
På denne måten vil man få utført en ny serie med forbolter, mens det fortsatt er opplegg fra forrige serie.
Forboltene kan også brukes i kombinasjon med sprøytebetongbuer. Forboltene armerer da området mellom buene, og fordeler lasten på buene i lengderetning. Den inngår da som en del av den permanente sikringen, og det må da benyttes forbolter som er korrosjons beskyttet. Det er viktig at forboltene
forankres godt i enden før neste salve skytes. Her benyttes det som regel bånd, radielle bolter og fiberarmert
sprøytebetong.
Ved bruk av forbolter i påhuggsområder kan det være mulig at man må bruke to raster med forbolter. Dette på grunn av lite innspenning i lengderetningen (Norsk Forening for
Fjellspreningsteknikk, 2008, p. 26) (Nilsen, 2016, p. 181).
Figur 7: Bruk av forbolter i kombinasjon med sprøytebetongribber og sålestøp (Norsk Forening for Fjellspreningsteknikk, 2008)
Tabell 2: Q-verdi for når bergmassen bør forsterkes med forbolter (Norsk Forening for Fjellspreningsteknikk, 2008)
11 2.4.3 Rensk
For hver salve som sprenges utføres det en driftsrensk for å fjerne løst berg, som først utføres mekanisk med pigghammer og som avsluttes med manuell rensk med spett (Nilsen, 2016, p.
176).
2.4.4 Sprøytebetong
I dag brukes det oftest fiberarmert sprøytebetong i sikring av tunnel. Fiberarmert
sprøytebetong utgjør mer enn 90 % av dagens forbruk av sprøytebetong i Norge, og har tatt over for stålnettarmering, som tidligere var mye brukt for armering av sprøytebetong. I Norge er våtsprøyting dominerende, mens det i mange andre land fortsatt brukes tørrsprøyting.
Fordeler med våt kontra tørrsprøyting er høyere kapasitet, lavere prelletap, bedret arbeidsmiljø og bedre egnet fibertilsetting.
Sprøytebetong brukes mer og mer som øyeblikkelig sikring og permanent sikring.
Begrensninger ved bruk av sprøytebetong er i svakhetssoner med svelleleire og på
bergoverflater med leire eller belegg av mineraler. Her kan man risikere å ikke få heft i det hele tatt. Hvis man ikke er klar over dette kan man få store alvorlige ras inn i tunnelen.
Sprøytebetong brukes oftest for sikring av tett oppsprukket fjell eller småfallent berg.
Tykkelsen på sprøytebetongen skal være gjennomsnittlig på 80 mm for vanlige tunneler og 100 mm for undersjøiske tunneler etter dagens krav i Håndbok N500 (Nilsen, 2016, p. 182) (SVV V520 tunnelveiledning, 2016, p. 40).
2.4.5 Armerte sprøytebetongbuer
Et viktig område ved bruk av sprøytebetong er i forbindelse med armerte sprøytebetongbuer.
Prinsippet med denne sikringsmetoden er at et ca.10 cm tykt lag med fiberarmert
sprøytebetong sprøytes på berget, deretter legges armeringsjern rundt tunnelprofilet. Buene armeres så til berget med radielle bolter, som
vanligvis har en avstand på 1,5 m og som bør inngå som en del av den permanente sikringen.
Avstanden mellom buene er vanligvis mellom 1-3 m. Buer har blitt mer og mer vanlig som et alternativ til full utstøping på grunn av at det er
Figur 8: Eksempel sprøtebetongbuer (Norsk Forening for Fjellspreningsteknikk, 2008, p. 34)
12
tids- og kostnadsbesparende, men det har sine begrensninger ved mektige svelleleirsoner og ved gjenoppbygging av profilet etter ras.
Det mest vanlige er å bruke 6 stk. Ø20 mm kamstål med tverrstykker på 40 til 60 cm.
Tverrstykket festes til de radielle boltene, og armeringsjernet klemmes fast bak disse (Norsk Forening for Fjellspreningsteknikk, 2008, p. 33) (Nilsen, 2016, p. 188).
2.4.6 Full utstøping
Full utstøping brukes som regel bare når man krysser områder med spesielt dårlige
bergmasser, altså markerte knusningssoner og områder med leireomdannet berg. Ved full utstøping benytter man et støpeskjold av stål, som vanligvis har en lengde på 6 meter.
Støpeskjold kan også brukes som sikring der hvor det er vanskelig eller farlig å gjennomføre sikringstiltak. Med full utstøping er det utstøping av tak og vegger, og ikke såle som inngår.
Denne metoden er tidkrevende og kostbar i forhold til andre sikringsmetoder (Nilsen, 2016, p.
189).
2.4.7 Injeksjon
Hovedprinsippet ved bruk av injeksjon i vegtunneler vil være å tette mot
vannlekkasjer. Blir også sjeldent brukt til
stabilitetssikring. Forinjisering brukes oftest med tanke på krysning av
svakhetssoner/knusningssoner og dyprenner med løsmasser. Injisering stabiliserer og øker fastheten av massene som det skal drives gjennom. Det skilles mellom to ulike
injeksjonsmidler, sementbasert og kjemisk. Sementbasert er det mest brukte, men vanlige produkter av denne vil ikke kunne trenge inn i mindre sprekkeåpninger enn 0,1-0,2 mm. Jo større krav til tetthet, jo oftere brukes kjemiske midler i prosessen.
Figur 9: Skisse av forinjisering (Norsk Forening for Fjellspregningsteknikk , 2010, p. 11).
13
Omfanget av tetting med injeksjon avhenger av kravet til tetthet i tunnelen, og det som er tillatt av innlekkasje. Det er som oftest ved store innlekkasjer som vil forsinke og skape forstyrrelser for driving at man benytter seg av injisering. Tunneler som ligger i byområder og undersjøiske tunneler har et strengere krav til tetthet, og injeksjon blir derfor brukt i et større omfang i slike tunneltyper. I byområder er dette knyttet opp mot setninger som kan oppstå på bygninger på grunn av grunnvannsenkninger.
Det vanligste er å foreta injeksjon fra foran stuff med 1-2 salvelengder overlapp rundt hele tunnelprofilet. Avgjørelsen for bruk av injeksjon avgjøres ved hjelp av sonderboring (Nilsen, 2016, p. 191).
2.5 Planfaser
I byggeprosessen av prosjekter har man ulike faser som et prosjekt må gjennom før det kan bli ferdigstilt. Her vises det til de forskjellige fasene og kontraktsformene som benyttes i
bransjen.
2.5.1 Reguleringsplan
En kommune har plikt til å utforme en reguleringsplan for et større byggeprosjekt som vil ha en innvirkning på nærmiljøet. Planen gjelder for et avgrenset område innen den aktuelle kommunen.
2.5.2 Byggeplan/konkurransegrunnlag
Konkurransegrunnlaget skal inneholde viktig data for å utføre arbeid i fjell, som
bergartsfordeling, overdekning, grunnvann, svakhetssoner, antatte Q-verdier, sikring og bergtrykk. Ut fra dette skal det være mulig for aktuelle entreprenører å regne et anbud.
2.5.3 Kontrakter
Kontrakt blir skrevet etter en anbudsrunde der et valgt firma med mest gunstige
løsninger/pris blir valgt for å utføre en jobb. Det er flere forskjellige typer kontrakter som benyttes:
14
• Fikssumkontrakt
Her skal arbeidet leveres til en fast avtalt sum. Om tiltakshaver gjøre endringer i utformingen eller størrelse og det fører til økte utgifter, vil kontraktssummen justeres til det nye nivået.
• Fastpriskontrakt
Arbeidet skal leveres til en fast pris, men entreprenøren tar en risiko når det gjelder økning i pris for byggevarepriser og lønninger. Om omfanget av prosjektet blir større enn antatt skal entreprenør ha kompensasjon for dette.
• Sumkontrakt
Arbeidet skal levers til en bestemt sum, som er beregnet utfra forutsetninger som omfang og pris. Summen må justeres om en av forutsetningene forandrer seg underveis.
• Enhetspriskontrakt
Partene går inn og blir enige om en enhetspris på for eksempel m3 betong. Etter arbeidets slutt skal en endelig pris beregnes.
2.5.4 Sluttrapport
Sluttrapport skal oppsummere og gi en innsikt i hvordan driftsfasen var og antatte
sikringsmengder angitt i byggeplan/konkurransegrunnlag. Uforutsette hendelser og avvik bør også nevnes.
2.6 Kunnskap om norsk geologi
Geologien i et område betyr mye for planleggingen av tunnelbygging, noe som vi har fått kunnskap i gjennom flere hundre år. Fra utbygging av bergrom for gruvedrift, til dagens undersjøiske tunneler. Norsk berggrunn er generelt av god kvalitet, og egner seg godt til tunnelbygging. Men det er ikke bestandig uten utfordringer.
I det siste århundre har det blitt samlet mye geologiske data, som har økt veldig i den senere tid. NGU har etablert en database til samling av slik geologisk informasjon, og kan finnes på nettet i forhold til det området som er ønsket (Løset, 2006, p. 2). Ingeniørgeologer har
15
opparbeidet seg en bred kompetanse på norsk geologi og benytter i dag empiriske modeller for beregning av den nødvendige bergsikring i tunnelbygging og andre bergrom.
2.7 Hanekleiva
Hanekleivtunnelen er bygget rett sør for Drammen i Vestfold på strekningen E18 Gutu – Helland, og ble åpnet for kjøring i oktober 2001. Den er 1750 meter og har to tunnelløp retning nord til sør, med to kjørefelt i hvert løp (Wikipedia, 2016). Hanekleivtunnelen er én av totalt 7 tunneler langs en 30 km strekning på E18 i Vestfold. De 6 andre tunnelene som inngår i den samme geologien var ferdigstilt og åpnet i 2001.
Den 25 desember i 2006 raste 250m3 bergmasse ned fra henget i tunnelens sørgående retning. For å sette dette i perspektiv så vil massen som falt fra henget tilsvare omtrent 600 tonn i vekt. Området var begrenset til 25 meter langt og 0,5 - 2,5 meter bredt, omkretset av lite oppsprukken syenitt. Tunnelen ble stengt for normal trafikk og ble ikke åpnet før
desember 2007 etter omfattende sikringsarbeid (Lindstrøm, 2008).
Figur 10: Illustrerer omfanget av Hanekleivulykken (Morset, 2007)
Den direkte årsaken til raset var en middels aktiv svelleleire og forvitret bergart langs en svakhetssone med steilt fall. Leiren i svakhetssonen absorberte fukt over tid og utvidet seg.
16
Dette skapte trykk i tunnelkonstruksjonen, og etter tid ble trykket større enn tunnelens bergsikringsevne. Prosessen tok åtte år før raset inntraff.
Den indirekte årsaken var flere. Angivelig var det ikke ingeniørgeologer med den nødvendige kompetansen som deltok i byggingen, og ifølge Statens vegvesen var den geologiske
oppfølgingen og dokumentering av sikringsarbeidet ufullstendig gjennom prosjektet.
Fordelingen av ansvar var uklart, og det var ikke satt noen klare retningslinjer for periodisk inspeksjon av den utførte sikringen.
Etter raset ble seks resterende tunnelene på strekket stengt til det var utført en grundig inspeksjon og oppgradering, for å forhindre flere ras som Hanekleiva. Kostnadene for inspeksjonen og oppgraderingen var antatt å komme på rundt 200 millioner kroner.
(Lindstrøm, 2008)
Raset i Hanekleivtunnelen skapte stor oppmerksomhet både hos media, Norges Automobil- Forbund (NAF) og Statens Vegvesen. I etterkant ble det satt i gang skjerpede tiltak for å forhindre slike hendelser å skje igjen.
Konklusjoner og tiltak som ble innført etter 2006:
Figur 11: Utklipp (Lindstrøm, 2008)
Det hadde tidligere vært noen mindre hendelser i norske tunneler, men det var raset i Hanekleivtunnelen som skapte oppstyr og et paradigmeskifte rundt sikring, oppfølging og rapportering av tunnelbygging i Norge.
17
3 Metode
Det er hentet informasjon gjennom rapporter gitt av oppdragsgiver Statens vegvesen, her er mengder angående sikring hentet ut og blitt lagt inn i en database. Rapportene som er gitt inneholder for det meste reguleringsplan, konkurransegrunnlag og sluttrapport. Databasen har blitt laget i Microsoft Excel der parametere som bergklasse, radielle bolter, forbolter, sprøytebetong og sprøytebetongbuer er lagt inn. Deretter ble dette framstilt grafisk for å skaffe en god oversikt over antatte og faktisk utførte sikringsmengder. Dette var nødvendig for å gjøre sammenligning både i og mot andre regioner enklere, for å se etter eventuelle trender og større avvik.
3.1 Litteraturstudie
Tunnelene som er gitt av oppdragsgiver er vist i vedlegg 1, med navn, lengde og profil. I database ble det utført studie av alle 23 tunneler, der det ble mest fokus å hente ut
sikringsmengder fra rapportene. Det ble så valgt 10 tunneler som gruppen ville fordype seg i, dette var tunneler som hadde større avvik i antatt og faktisk bergsikring, og noen ble tatt med på grunn av interesse. Årsaken til dette var et ønske om å finne begrunnelser til disse
forskjellene i bergsikringen.
3.2 Intervjuer
Gjennom denne oppgaven har det blitt gjennomført intervjuer av 3 personer som har vært med i prosessen gjennom planlegging og bygging av tunnelene. Se intervju, (vedlegg 6).
I en tidlig fase av oppgaven ble det enighet om at det var nødvendig med bidrag fra bransjen på begge sider av prosjektet, entreprenøren og byggherrens side. Innspill og synspunkter fra begge sider anses som viktig for å belyse meninger fra begge sider av en sak eller
problemstilling. Resultatene fra intervjuene var ment å brukes i oppgaven for å skaffe mer informasjon fra fagfolk i de enkelte prosjektene. Noen viktige punkter;
• Se om noe informasjon fra intervjuobjekter gjentar seg
• Styrke teorier
• Spesifikke spørsmål om prosjektet intervjuobjektet deltok på
18
Det ble gjennomført tre intervjuer i oppgaven, to med bakgrunn fra Statens vegvesen og én fra entreprenør. Intervjuene ble utført sent i prosjektet. Dette var nødvendig for å få mer kunnskap om det tildelte materialet, og dermed vite hvilke spørsmål som kunne støtte eventuelle teorier og spørsmål. To av intervjuene ble utført gjennom telefon og det siste ved et møte.
Viktige spørsmål som ble nyttig under oppgaven:
Tabell 3: Nyttige spørsmål og svar fra utført intervju
Spørsmål Svar
Hvorfor var det benyttet nesten dobbelt med sprøytebetong og armerte buer når det var nedgang i antatt radielle bolter?
Bestiller større tykkelse av sprøytebetong enn hva som beskrives i sikringsklasser.
Reduseres bruken av forbolting som sikring?
Det kan se slikt ut. Etter at sikringsbuer kom på markedet, så ser det ut som forbolting har gått litt ned. Men i veldig dårlig fjell så må forbolting benyttes. Det er ikke alle entreprenører som er glad i forbolter heller. De mener at tett boring rundt tunnelprofilet klipper opp fjellet.
Hva kan være årsak når det er ubalanse i den utførte sikringsmengden i forhold til antatte forhold? (eller motsatt der forhold blir bedre enn antatt og samtidig sikres det mer enn antatt)
I utgangspunktet skal det være samsvar med sikringsmengden som er benyttet med de kartlagte sikringsklasser. Det kan for eksempel være dårlig kommunikasjon med geolog og entreprenør. Dårlig oppfølging på dette området.
19
4 Resultat
I startfasen av oppgaven valgte gruppa å sette opp en database for alle de tildelte tunnelene, med informasjon om det antatte og utførte sikringsmengdene for radielle bolter,
sprøytebetong, forbolter, buer og bånd (vedlegg 3). Det ble også satt opp en statistikk for bergklassefordeling på de ulike tunnelene, hvor data for dette var tilgjengelig. Etter å ha satt opp alle tunnelen i en database, fikk gruppa en oversikt over for hvilke tunneler det var tydelige forskjeller på de antatte og faktiske verdiene. Gruppa valgte da å gjennomføre en fordypning i 10 tunneler som det var en tydelig endring i det antatte og faktiske, for å få et bedre innblikk i ulike årsaker til denne endringen. Dette ble gjort for å se om det var årsaker som gikk igjen til at de antatte verdiene ble pessimistiske eller optimistiske, i forhold til de faktiske verdiene. Her ble det valgt å se på 7 felles punkter (a-g) for hver tunnel, for å oppnå en god struktur som gjorde analysen enklere og oversiktlig. Det ble også satt opp et
gjennomsnitt for det antatte og faktiske for de ulike sikringsmengdene fra regionene.
(vedlegg 5)
20 4.1 Region nord
For denne regionen ble det tildelt totalt 10 tunneler og det ble valgt å fordype seg i 4 av disse.
4.1.1 Kåfjordtunnelen a. Innledning
Kåfjordtunnelen er én del av en delparsell av totalt 6 parseller, som er et større
infrastrukturprosjekt på strekningen Storsandnes – Alta. Denne ombyggingen av E6 er et prosjekt for å øke fremkommeligheten og bedre trafikksikkerheten på strekningen.
Ombyggingen av E6 vil også gjøre strekningen 12 kilometer kortere. Her er traséen på figur 12 fremstillet med uthevet linje (Statens vegvesen, 2017).
Kåfjordtunnelen går gjennom Sáhkkobátnifjellet, illustrert på Figur 13 med rød stiplet linje. Fjellet tunnelen går gjennom er omtrent 350 meter høyt.
Tunnelen ligger på en maksimal dybde av omtrent 300 meter, og utgjør en ny og kortere forbindelse mellom Kåfjord og Kvenvik i Alta kommune.
Tunnelen har en lengde på 1209 meter og er bygget i tunnelklasse B med utforming T9,5. Det tok 10
måneder å ferdigstille den, fra august 2011 – juni 2012. Den har en forventet trafikkmengde på 1150 ÅDT i 2040.
Figur 12: Bildet viser hele parsellen der Kåfjordtunnelen er vist på delparsell 5 med grønn stiplet linje. (Statens vegvesen, 2017)
Figur 13: Kåfjortunnelen i rød stiple linje gjennom Sáhkkobátnifjellet (E6guiden, 2013)
21 b. Forundersøkelser
Forundersøkelser som er utført ved Kåfjordtunnelen:
• Feltundersøkelser, sommeren 2009
• Oppdaterte kart fra NGUs berggrunnsgeologiske kart over Alta
• Ingeniørgeologiske kartlegging av I. Reiertsen (konkurransegrunnlaget)
c. Forhold på området
Resultatene fra feltkartleggingen indikerer at bergarten langs tunnelløpet vil i hovedsak være metabasalt. Det ble registrert ometrent 0,5 – 2 meter tynne lag av tuffitt og dolomitt på området. Det ble ikke registrert noe tegn til putelava under feltkartleggingen. Under driving av tunnelen ble det derimot putelava registrert.
Fra byggeplanrapporten ble det registrert 5 svakhetssoner som tunnelen vi krysse, to av disse lå ved det østre påhugget ved Kvenvik. Det ble anbefalt at påhugget legges utenom disse. De andre tre svakhetssonene hadde en antatt mektighet mellom 10 – 100 meter. Under driving var det én av disse svakhetssonene som var fremtredende. De andre kom ikke til uttrykk som det var en antatt mulighet for.
d. Informasjon om driving
Ved prosjektering av Kåfjordtunnelen er tolkningen av bruken av Q-systemet noe forskjellig mellom byggherre og entreprenør. Den avgjørende forskjellen er tolkningen av SRF-verdien, noe som gir stort utslag på Q-verdien.
Det ble utført sonderboring på stuff ved svakhetsonene og der det var kryssning av vann i dagen. Det viste seg å være lite vann, men at berggrunnen var tett oppsprukket.
Ingeniørgeologisk anleggsoppfølging ved driving ble gjort etter prosjektklasse 2.
22 e. Bergsikring
I kontrakten var det anslått behov for 10080 stk. radielle bolter i tunnelen, noe som tilsvarer 8,3 stk/lm. Under driving ble det montert 9292 stk. bolter som tilsvarer 7,7 stk/lm. Illustrasjon er vist på Figur 14. Den utførte verdien er 0,93 ganger den anslåtte verdien.
I følge byggeplan var det antatt å bruke 500 stk.
forbolter. Dette tilsvarer et antall på 0,4 stk/lm.
Under driving av tunnelen er det benyttet totalt 173 stk. Dette vil si 0,14 stk/lm, noe som er 0,35 ganger den den anslåtte mengden i
byggeplanen. Illustrasjon av den antatte og det utførte mengdeforhold vises på Figur 15.
I følge kontrakten til Kåfjordtunnelen er den anslått mengden sprøytebetong 3340 m3 noe som tilsvarer 2,7 m3/lm. Mens den utførende mengden var 6614 m3, som blir tilsvarende 5,5 m3/lm. Den mengde sprøytebetong som ble benyttet ved utførelsen er omtrent dobbelt så mye som den antatte i kontrakten. Dette vises i grafen på Figur 16.
For øvrig var det vurdert i byggeplanrapporten en mengde på 3229 m3, som er i samsvar med kontraktmengden.
Figur 14: Radielle bolter, Kåfjortunnelen
Figur 15: Forbolter, Kåfjordtunnelen
Figur 16: Sprøytebetong, Kåfjordtunnelen 8,3 7,70
0 2 4 6 8 10 12
Kåfjortunnelen
Bolter/lm
Radielle bolter
Antatt Faktisk
0,4
0,14
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Kåfjordtunnelen
Antall/lm
Forbolter
Antatt Faktisk
2,67 5,47
0 1 2 3 4 5 6 7
Kåfjordtunnelen
m^3/lm
Sprøytebetong
Antatt Faktisk
23 Det er tatt i bruk 42 stk. armerte
sprøytebetongbuer. Dette tilsvarer 0,035 stk/lm. Den mengden som var anslått i byggeplanrapporten for Kåfjordtunnelen ble satt til å være 24 stk. eller tilsvarende 0,02 stk/lm.
Antallet til den utførte mengden er 1,75 ganger mer enn den antatte verdien.
Forholdet mellom antall er vist på Figur 17.
f. Tolking av data
Fra forundersøkelsene ble det registrert fem svake soner som kunne krysse tunnelen. Siden det bare var én som kom til uttrykk ved byggingen, kan det tenkes at dette var en årsak til avviket fra antall forbolter som var foreslått i konkurransegrunnlaget.
Det er ikke anslått noen fordeling av bergklasser i den ingeniørgeologiske rapporten for konkurransegrunnlaget, heller ikke i rapporten for byggeplan. Men ut fra intervju med en av deltakerne ved tunnelen så var det antatt noe bedre kvalitet enn det som ble registrert under driving. Dette er noe som kan begrunne den økte mengde av buer og sprøytebetong som ble brukt, som er omtrent det dobbelte av den antatte mengden.
I sluttrapporten ble det antydet at det var forskjellig oppfatning av tolkningen av SRF-Verdien til Q-metoden. Dette ble bekreftet under intervjuet som ble gjennomført, og det kan tenkes at dette kunne hatt en påvirkning i forhold til de ulikhetene i mengde tunnelsikring som ble utført.
g. Oppfatning av rapportering
Det ble tildelt ingeniørgeologisk rapport for byggeplan, konkurransegrunnlaget og sluttrapport. De er oversiktlige og tar for seg forholdene, og de ingeniørgeologiske utfordringer som var for Kåfjordtunnelen. Det er ikke oppgitt prosentvis anslag på bergklassefordelingen, noe som gjør det vanskelig å vurdere eventuelle endringer på det
Figur 17: Buer, Kåfjordtunnelen 0,02
0,035
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
Kåfjordtunnelen
Antall/lm
Buer
Antatt Faktisk
24
området. Sluttrapporten forklarer ikke hvorfor det er avvik på de forskjellige
sikringsmengdene som er utført, noe som ville gjort det mer oversiktlig til å se på forholdet mellom antatt og utført bergsikringsmengde.
4.1.2 Bergsnevtunnelen a. Innledning
Bergsnevtunnelen ligger langs ny Fv78 i Vefsn kommune. Den er bygget av Statens Vegvesen på oppdrag fra Nordlands fylkeskommune. Tunnelen er bygd i
perioden februar 2012 til juni 2012. Den er bygget med tunnelprofil T8,5 og
tunnelklasse B, og den har en lengde på 675 meter.
b. Forundersøkelser og berg Undersøkelsene har bestått av:
• Studie av geologiske- og kvartærgeologiske kart, ingeniørgeologisk feltkartlegging i dagen
• Fjellkontrollboringer
• Det er også gjennomført en inspeksjon i den nærliggende jernbanetunnelen før oppstart av tunneldrivingen, for å registrere tilstanden i denne
c. Forhold på området
Den planlagte tunneltraseen er gjennom en fjellkam som er skogbevokst. Fra påhugg A opp fjellkammen er det gode blotninger. Ned mot påhugg B er det løsmasser og enkelte
blotninger. Det er antatt at vegetasjonsdekket er tynt, men at dette bør sjekkes nærmere. Det antas en overdekning på ca.100 meter på det meste. Bergartene som befinner seg langs tunneltraseen antas å være i hovedsak granatglimmerskifer med ganger og linser av granittiske bergarter.
Figur 18: Tunnelportal, Bergsnevtunnelen
25
I reguleringsplanen ble det ikke beskrevet noen spesielle svakhetssoner, men ut fra kart og flybilder ble lineamenter/kløfter tolket. Det ble ikke funnet tegn til knusning, stor skifrighet eller tettere oppsprekking. For å undersøke dette nærmere ble det gjennomført befaring i nærliggende jernbanetunnel som har liknende forhold.
Det kan forventes innlekkasjer ca. 50-100 m inn fra hvert påhugg på grunn av lav overdekning.
Dette kan også forekomme i noen soner lengre inn i tunnelen på grunn av hyppigere oppsprekking enn antatt. Det antas ingen spenningsproblemer.
Tunneltraséen går som nevnt tidligere gjennom en fjellkam, og på det meste hadde tunnelen en overdekning på 110 meter. Bergart som i hovedsak ble oppdaget ved driving var
glimmerskifer, og ubetydelige mengder med kvartslinser/-slirer. Det ble i den geologiske rapporten beskrevet tre sprekkesett, og 7 svakhetssoner. 5 av disse svakhetssonene var forventet å krysse tunnelen, mens sone 3-4 var forventet å ha en bredde på over 10 meter.
Ingen av disse kom tydelig fram under drivingen av tunnelen. Fuktig i deler av tunnelen, enkelte partier med drypp av vann.
d. Informasjon om driving
Under drivingen har det vært en ingeniørgeolog og tre kontrollingeniører på anlegget. Disse har vært til stede på anlegget for kartlegging av bergkvalitet etter Q-systemet, endring av sikringsklasser og sikringsomfang i dialog med entreprenør og etter Q-verdi, bomkontroll av sprøytebetong og permanentsikring.
Det ble utført rystelsesmålinger i den nærliggende jernbanetunnelen. Avstanden mellom Bergsnevtunnelen og jernbanetunnelen er 140-160 m, og jernbanetunnelen ligger ca. 20 m lavere. Her ble det bestemt et rystelseskrav på 25 mm/s for portal i øst. Inspeksjon av tunnel ble gjort etter hver salve. Maks verdi på rystelsesmåleren var 2,8 mm/s, med en horisontal avstand på ca. 200 m fra tunnelstuff.
Typisk sprengningsplan som ble benyttet var 110-120 ladete hull pr salve. Det ble brukt 48 mm borkrone og typisk lengde på salvene var 5 m. Fra påhugg i øst ble det sprengt kortere salver og delte salver for å bevare konturen best mulig. Tunnelen er drevet fra øst mot vest i en stuff ved konvensjonell driving.
26 e. Bergsikring
Sikringen i tunnelen har bestått av maskinell rensk, spettrensk og spredt bolting med
fiberarmert sprøytebetong. Arbeidssikring ble utført av entreprenør på stuff. Sprøytebetong er blitt benyttet fra 2 meter over såle, og denne ble
som regel sprøytet på natten. Permanentsikring, sikring bak stuff har bestått av supplerende bolting.
Det er benyttet endeforankrede bolter som permanent sikring, og det er brukt forbolter for de første salvene ved påhuggene.
I kontrakten ble det antatt et forbruk av 5800 stk bolter, noe som tilsvarer 8,6 bolt/lm. Mengden som ble brukt var vesentlig mindre. Det ble utført 2041 stk bolter, noe som tilsvarer 3,0 bolt/lm.
I kontrakt var det anslått en mengde på 450 stk forbolter, som tilsvarer 0,67 bolt/lm. Her ble det montert 144 stk., som tilsvarer 0,21 bolt/lm. Dette utgjør et forbruk på 64 % mindre enn det som er antatt.
Figur 19: Radielle bolter, Bergsnevtunnelen
Figur 20: Forbolter, Bergsnevtunnelen 8,6
3,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Bergsnevtunnelen
Bolter/lm
Radielle bolter
Antatt Faktisk
0,67
0,21
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Bergsnevtunnelen
Antall/lm
Forbolter
Antatt Faktisk
27 Det er benyttet fiberarmert sprøytebetong av typen E700 og E1000. I kontrakten var det antatt en mengde på 2500 m3, som tilsvarer 3,7 m3/lm. Den utførte mengden sprøytebetong ble totalt 1964 m3, som tilsvarer 2,9 m3/lm.
Den gjennomsnittlige tykkelsen på
sprøytebetongen er 12,71 cm gjennom hele tunnelen.
Det er ikke montert noen buer på hele tunnelens lengde, selv om det var antatt 14 stk. armerte buer i kontrakten.
Figur 21: Sprøytebetong, Bergsnevtunnelen
Figur 22: Buer, Bergsnevunnelen
Figur 23: Buer, Bergsnevstunnelen 3,7
2,9
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
Bergsnevtunnelen
m^3/lm
Sprøytebetong
Antatt Faktisk
0,02
0 0
0,01 0,02 0,03
Bergsnevaksla
Antall/lm
Buer
Antatt Faktisk
28 f. Tolkning av data
Det ble i den ingeniørgeologiske rapporten antatt 7 svakhetssoner, hvor det var forventet å møte på 5 av disse på tunnelnivå. To av disse sonene var antatt å ha en bredde på over 10 meter. Ingen av disse sonene kom til syne på tunnelnivå under driving. Dette er nok en av årsakene til at den utførte sikringsmengde er vesentlig mindre enn det som ble antatt på forhånd. En annen årsak er nok omfanget av undersøkelser som ble gjort i planleggingsfasen.
Hadde man gjennomført bedre forundersøkelser med kjerneboring og seismikk, hadde man fått et bedre bilde over hvordan svakhetssonene hadde opptrådt på tunnelnivå. I tillegg ble det kartlagt at hele 74 % av tunnelen hadde bergklasse B, og 19 % i bergklasse A. Dette betyr at bergmassene langs hele tunneltraséen var meget gode, og kun minimale mengder med bergmasse var dårlig. Ut fra rapportene som vi hadde tilgjengelig fantes det ingen data på antatte verdier for bergmasseklassifisering.
g. Oppfatning av rapportering
For denne tunnelen ble det tildelt reguleringsplan og sluttrapport for uthenting av data til oppgaven. Rapportene inneholdt antatte og faktiske sikringsmengder for radielle bolter, forbolter, sprøytebetong og buer. Rapportene inneholdt også god informasjon om svakhetssoner og forhold på området. I likhet med mange andre tunneler manglet vi de antatte verdiene for bergklassefordelingen. Årsak til endring av sikringsmengde var ikke spesielt nevnt, men man kunne tolke mulige årsaker ut fra tekst.
29 4.1.3 Talviktunnelen
a. Innledning
Talviktunnelen ble bygget i perioden 2011 til 2013. Tunnelen har en lengde på 835 meter og har en forventet trafikkmengde på ÅDT = 1150 i tunnelklasse B, profil T9,5.
Figur 24: Plassering av Talviktunnelen
b. Forundersøkeler
Forundersøkelser som ble brukt:
• Studier av topografiske, berggrunnsgeologiske og kvartærgeologiske kart
• Ingeniørgeologisk feltkartlegging
• Refraksjonsseismikk i svakhetssoner
• Fjellkontrollboringer
c. Forhold på området
I konkurransegrunnlaget er det antatt at bergartene i området hovedsakelig vil bestå av grønnstein og grønnskifer. Omkring 230 meter av den nordlige tunnelen er antatt til å bestå av grønnstein, mens resterende del vil være dominert av grønnskifer. Metagabbro er en bergart som kan forekomme ved drivingen. Sprakefjell er ikke forventet, da fjelloverdekningen er lav. Gjennom tunnellengden er det påvist åtte svakhetssoner/knusninsgsoner med
30
varierende mektighet mellom 0,5 til 10 meter (gitt med sone a – h). Disse er funnet med ved feltarbeid på området, i all hovedsak utført i fjellskjæringene langs eksisterende veg.
Bergartene på stedet kan ha åpne sprekkesystemer som kan medføre vannlekkasjer i tunnelen. Det er også en relativt lav tunneloverdekning så med mye nedbør bør dette medregnes. Både vegger, grøfter og heng bør sikres for frost som kan gå gjennom hele tunnellengden.
Påhugg A på talviksiden skal ikke by på noen spesielle
utfordringer i bergarten grønnstein. Redusert salvelengde og forsiktig sprenging vil være nødvendig på grunn av nærliggende bebyggelse.
Påhugg B ved Halselv har en fjellskråning med sprekker som ligger parallelle med fjellsiden. Redusert salvelengde og forsiktig sprenging vil også her være nødvendig på grunn av nærliggende bebyggelse.
I sluttrapport ble grønnstein og grønnskifer
dominerende langs hele tunnellengden. Metagabbro ståes fortsatt som usikkert etter sluttrapport er ferdigstilt. Bergklassene til høyre er beregnet fra vedlegg i sluttrapport. Det var ikke antatt noen bergklassefordeling i byggeplan eller
konkurransegrunnlag.
De åtte antatte svakhetssonene i byggeplan og konkurransegrunnlag fremkom tydelig på tunnelnivå. Mektigheten på sonene var gjennomsnittlig mindre enn antatt, men den største sonen var en grafittsone rundt 5 – 6 meter i venstre side og 2 – 3 meter i østre side. Sonene var også forskjøvet 5 – 10 meter mer mot nord enn i byggeplan.
Figur 25: Påhugg A ved Talvik
Figur 26: Påhugg B ved Halselv
Figur 27: Oversikt faktiske bergklasser Talvik 6,6
35,3 12,3
45
0 10 20 30 40 50
A/B C D E F G
Prosent
Talvik
Bergklasser
Faktisk
31 d. Informasjon om driving
Q- verdiene som ble registrert på stuff av entreprenørens geolog var lavere enn det byggherre registrerte. Det blir beskrevet slik at byggherre og entreprenørens geolog tolker bruken av Q- systemet noe ulikt. Uenigheten kommer av ulik bruk av verdier for SRF. SRF har et stort utslag når det kommer til sikring med Q- systemet.
Det ble brukt sprøytebetong ca. 2 meter over vegbanen som permanentsikring.
Entreprenøren valgte å bruke dette som en del av arbeidssikringen. Enkelte steder ble det sprøytet helt ned til vegbanen, spesielt der fjell var tett oppsprukket.
Det ble vanligvis benyttet ca. 137 ladede hull og 4 grovhull for hver salve med vanlig profil. Det ble benyttet 48 mm krone for salvehull og 125 mm for grovhull, borlengde er 5,3 meter per hull.
Det ble registrert lite til ingen inntrenging av vann under driving. Noe drypp kom med vinteren og noe under smelting av is. Det ble benyttet 70 mm PE – skum i innkjøringssonene og 60 mm i resterende tunnel, brannsikret med 8 cm nettarmert sprøytebetong.
e. Bergsikring
Tunnelen er antatt å kunne sikres med hovedsak av bolter og sprøytebetong. Full utstøpning er ikke forventet, men tyngre sikring med forbolting og et tykkere lag med fiberarmert sprøytebetong kan forekomme. Spesielt inn mot de registrerte knusningssonene. Armerte buer for de bredeste sonene.
Figur 29: Radielle bolter, Talviktunnelen 8,6
5,23
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Talviktunnelen
Bolter/lm
Radielle bolter
Antatt Faktisk
Figur 28: Forbolter, Talviktunnelen 0,23
0 0,1 0,2 0,3
Talviktunnelen
Antall/lm
Forbolter
Antatt Faktisk
