Miljöforskning Nummer #2 maj 2010

Hur en tunnel kommer att uppföra sig vad gäller exempelvis grundvatteninflöde och stabilitet kan sällan mätas direkt, en lösning är att använda ställföreträdande parametrar, proxyparametrar som förutsäger hur systemet kommer att uppföra sig i verkligheten. Det handlar alltså om att identifiera fysiska, mätbara parametrar som är viktiga för systemets beteende.

Vi ser ett stort behov av ett ramverk för att tolka, beskriva och kommunicera geologisk och hydrogeologisk information både i tidiga och sena skeden av ett tunnelprojekt. I enlighet med Eurocode 7 eller den så kallade Observationsmetoden bör man beskriva såväl vanligast förekommande som ofördelaktiga men möjliga bergförhållanden för att sedan föreslå en design som gör att man kommer till rätta med förväntade problem. Designen kan tänkas hantera vatteninläckage till tunnlar och injektering, vilket vi vill ge ett exempel på här, men också stabilitet och miljökonsekvenser.

Jord, berg och vatten

Ur ett injekteringsperspektiv och i ett tidigt skede av ett tunnelprojekt bör beteendet hos systemet jord - berg - vatten beskrivas på ett sätt som underlättar kommunikationen angående vad som kan förväntas för det framtida tunnelbygget. Om mycket vatten läcker in i en tunnel, kan det leda till avsänkningar av grundvattennivån.

Tre huvudsakliga delar ser vi som särskilt viktiga: områdets bergförhållanden; skattningar av inflöde till tunneln; samt jordlagerföljder. Bergförhållandena beskriver den miljö där injekteringsarbetet skall utföras och utgör viktigt underlag för metodval. Skattningar av inflöde skall relateras till tunnelns krav på inflöde och ger en bild av omfattningen på tätningen. Jordlagerföljderna avgör hur känsligt området kan tänkas vara för avsänkningar av grundvattennivån med sättningar och torra brunnar som möjliga konsekvenser. Mycket av den information som behövs för att göra en sammanställning finns tillgänglig från exempelvis Sveriges Geologiska Undersökning (SGU).

Om det är nödvändigt att minska inflödet till tunneln är förinjektering en vanlig metod. Den används under byggandet av tunneln och innebär att man borrar hål in i den bergvolym där tunneln ska sprängas, och trycker in injekteringsmedel i hålen. Injekteringsmedlet sprids in i sprickorna i berget och tätar berget för vattenläckage. Detta är dock inte alltid så enkelt. Man måste väl känna till vilket berg man ska injektera, vilket man gör genom ändamålsenlig karakterisering, och man måste anpassa utförandet till storleken på de sprickor man vill täta. Man måste injektera så väl att grundvattnet inte eroderar och bryter ned injekteringsbruket innan det stelnat. Vidare kan speciella problem som dropp och istappsbildning bli följden om inte man gör rätt. Forskning relaterad till både karakterisering av berget, injekteringsutförande, t ex brukserosion och dropptätning, och injekteringsmaterialen i sig har utförts på Chalmers under många år. Flera av projekten har finansierats av Formas. För karakteriseringen har även forskningsmedel från Svensk Kärnbränslehantering (SKB) haft stor betydelse.

Bergmassan kan delas in i bergplintar (i principbild sidoberg eller protolit) och större förkastningar/sprickzoner, dessa består generellt av en kärna och en skadad zon.

Bergplintar och sprickzoner

Bergmassan kan principiellt delas in i bergplintar och större sprickzoner eller förkastningar. Ofta finns någon eller några få huvudsakliga sprickgrupper i bergplintarna och förkastningarna består generellt av en kärna med omvandlat material av varierande tjocklek och en skadad zon som ofta är vattenförande. En beskrivning av spricksystemet, både samtliga sprickor och de vattenförande sprickorna, är viktig information för bergbyggande och injekteringsdesign. Genom att utgå från generella beskrivningar av bergplintar och sprickzoner och hur de kan förväntas vara fördelade i bergmassan kan man tidigt göra en bedömning av svårighetsgrad. Prognos och beskrivning av bergförhållanden skall sedan uppdateras med hjälp av data från kartering av borrhål och tunnlar.

I tidiga skeden av planeringen är SGU:s brunnsarkiv en bra källa till information. Baserat på data från brunnar och deras placering i terrängen kan man tidigt bilda sig en uppfattning om problem med vattenläckage kan förväntas. Även här bör en indelning i bergplintar och sprickzoner kunna göras och topografin kan hjälpa till att ge en tidig (preliminär) uppdelning därför att dalar och svackor ofta finns som ett resultat av förkastningar och sprickzoner. Uppdateringar görs sedan med hjälp av tester i borrhål. Detta kan vara sonderingshål för att undersöka en delsträcka framför tunneln eller injekteringshål inför själva injekteringen. Arbetet sker parallellt med den geologiska karteringen.

Identifierade bergförhållanden, skattat inflöde (i relation till ställda krav) och jordlagrens känslighet ger en bild av vad som kan förväntas för det framtida tunnelbygget. Illustration: Karin Holmgren.

Vatteninflöde till tunnel

Förinjektering görs tyvärr ofta slentrianmässigt, men bättre är att först uppskatta behovet av tätning längs de enskilda tunnelsträckorna. Fördelaktigt är att det finns relativt enkla tester som kan ge relevant information. Man behöver veta både om injektering behövs, och hur eventuell injekteringsdesign kan väljas anpassat till bergvolymen.

Vilken omfattning injekteringen får påverkas av inflödeskraven. Att tidigt göra en skattning av förväntat inflöde är därför viktigt.

För att skatta förväntat inflöde till en tunnel kan man använda den specifika kapaciteten för borrhål, Q/dh som proxyparameter. Denna beskriver hur mycket vatten berget läcker, Q, under det tryck, dh, som föreligger. Vilka ekvationer som skall användas för skattning av inflöde och hur proxyparametern, i detta fall specifik kapacitet, skall hanteras är kopplat till det beskrivna vattenförande spricksystemet. I en bergplint med flera vattenförande sprickgrupper länkas flödet lättare till omgivande sprickor. Detta gör exempelvis att man riskerar att flytta vattnet när man injekterar.

Bättre tunnelbyggande!?

Det arbetssätt som beskrivs ovan skulle möjliggöra förbättringar i tunnelprojekt redan idag. Detta visar preliminära resultat. Att göra det till praxis tar dock tid. Bara att sammanställa och visualisera bergförhållandena så att beslutsfattare, beställare och entreprenörer får en gemensam bild av förutsättningarna ökar möjligheten att göra bra val med hänsyn till placering av tunnlar och val av utförande. Både tunneln i Hallandsåsen och tunneln vid Botniabanan är exempel på tunnlar där geologin har inneburit problem. För framtida projekt tror vi att vinsterna kommer att vara såväl miljömässiga som ekonomiska om förhållanden och design beskrivs tidigt och att detta sedan kontinuerligt uppdateras.

• Tipsa en vän
• Gilla
• Pusha Delicious Digg

Nummer

Konferenser