NOTAT Ringeriksbanen, tunnelkonsept og drivemetode Rev juni 2018

Transkript

1 NOTAT Ringeriksbanen, tunnelkonsept og drivemetode Rev juni Innledning I forbindelse med utarbeidelse av teknisk detaljplan valgte Fellesprosjektet Ringeriksbanen og E16 (FRE16) et tunnelkonsept bestående av en dobbeltsportunnel og en langsgående service- og rømningstunnel. På grunn av det store tverrsnittet i en dobbeltsportunnel, utelukket dette i praksis bruk av TBM. FRE16 gjennomførte våren 2017 første utkast til kostnadsestimat for hele prosjektet. I den forbindelse ble det sommeren 2017 gjort en henvendelse til Follobanen for å få en kvalitetssikring av FRE16 estimat for tunnelen ved konvensjonell driving og en vurdering av om Ringeriksbanen kan egne seg som et TBM prosjekt. Follobanen leverte sin endelige rapport i februar Rapporten anbefaler endring av tunnelkonsept og drivemetode, men FRE16 er uenig i mange av vurderingene som er gjort. FRE16 har så i ettertid arbeidet videre med optimalisering og tatt hensyn til forslag levert av Follobanen. 1.1 Mandat For å få en ekstern vurdering av de motstridende konklusjoner som så langt er resultatet av prosjektarbeidet innen FRE16 og bestilt kvalitetssikring fra Follobanen, ble følgende mandat sendt til den eksterne ekspertgruppen (EEG): Ledelsen i Utbyggingsdivisjonen i Bane NOR ønsker en ekstern ekspertgjennomgang av relevant materiale før endelig beslutning av drivemetode. Fellesprosjektet Ringeriksbanen og E16 (FRE16) ber om en vurdering av om det er grunnlag for å velge TBM som drivemetode og med det endre tunnelkonsept på Ringeriksbanen. Det overordnede fokuset skal være på kostnader, men andre forhold som sikkerhet, risikoprofil mm bør også vurderes Kommentarer til mandatet EEG har valgt som første prioritet å vurdere om TBM som drivemetode tilbyr fordeler gode nok til å begrunne ekstra-arbeidet som må utføres for å avgjøre om eventuelle fordeler overstyrer identifiserte operative fordeler ved valgt konsept. Denne balanseringen er et resultat av enighet om at dersom TBM skal brukes, må konseptet endres til to enkeltsportunneler. Andre prioritet er tillagt muligheten for optimalisering ved boring og sprengning (D&B). Enten ved å endre konsept som for TBM, eller ved optimalisering av valgt konsept. Dette er det ikke konkret spurt om, men når ˮoverordnet fokusˮ skal være på kostnad, bør disse alternativene også nevnes. Det ble ellers etter hvert klart at valg av drivemetode koblet til grunnvannskontroll, geologi og hydrogeologi hadde stor innflytelse på teknisk anvendelighet, byggetid og risikoprofil. Dermed kunne 1/22

2 disse elementene også bli avgjørende for samlet økonomi under de prosjekt-spesifikke grunnforhold og krav. EEG ble ikke tildelt en tidsramme for arbeidet som tillot detaljerte kostnadskalkyler. EEG anser likevel at konklusjonene, som er basert på andre viktige aspekter ved prosjektet koblet til valg av drivemetode og konsept, ikke er i konflikt med et ønske om økonomisk fokus. Økonomi er direkte koblet til byggetid og risiko ang. byggetid og det er derfor uhyre viktig at riktige valg legges til grunn før byggestart, mens man enda har frihet til dette. 2. Sammendrag FRE16 og prosjektgruppen ved Follobanen har via avvikende vektlegging av diverse aspekter ved bygging av prosjektet og forskjellige oppfatninger om kapasiteter, kostnader og risikoprofiler, kommet til sterkt avvikende konklusjoner. Dette trass i at begge grupper har benyttet det samme grunnlagsmaterialet. Den eksterne ekspertgruppen (EEG) består av Elisabeth Grasbakken, Multiconsult ASA og Knut Garshol, K. Garshol Rock Engineering Ltd. Teknisk Regelverk innen Bane NOR og Teknisk Designbasis for InterCity-strekninger har gitt følgende prosjektutvikling: 1. Valg av konsept (for FRE16 gjort i desember 2016). 2. Valg av drivemetode (TBM i praksis utelukket ved valget gjort under pkt. 1) 3. Kontroll av om endring av drivemetode kan tilby store nok fordeler til at endring av konsept kan bli aktuelt. EEG er primært bedt om å vurdere pkt. 3 over og mener at de etterfølgende momenter må tillegges stor vekt, da de i stedet for å indikere fordeler, til dels reiser alvorlige mulige ulemper: Det synes å være enighet om at forventede, til dels store vannlekkasjer må tettes til «tillatt» innlekkasje for ferdig utdrevet tunnel for å unngå skade på overflaten. Ca. 62% av tunnellengden vil ved hydrostatisk vanntrykk utsettes for grunnvannstrykk over 17 bar, ref. [5]. Follobanen anbefaler dobbeltskjold TBM med vanntett segmentutforing. Segmentene kan maksimalt ta 17 bar vanntrykk og kan derfor ikke brukes alene som vanntetting for over 60% av strekningen. Forinjeksjon må derfor forventes å måtte utføres til samme krav som ved D&B. Med valgt type TBM vil et begrenset antall tilgjengelige hullposisjoner gi ansett av borehull ca. 12 m bakenfor stuff med begrensede valg av vinkeler i forhold til tunnelkonturen. Basert på store mengder erfaringsdata fra utførte prosjekter i inn og utland, er det med de begrensninger dette gir for injeksjonsarbeidene, høyst usikkert om det er mulig å tilfredsstille tetthetskravene. Ifølge ref. [2], kan summen av horisontale og steile svakhetssoner langsetter tunneltraseen bli mellom 8% og 15% av hele lengden, eller mellom ca m og 3300 m. Dette krever stor fleksibilitet ved utførelsen av forboring og forinjeksjon for å tilfredsstille tetthetskravene, noe TBM-alternativet ikke kan tilby. En ukjent andel av soner nevnt i forrige kulepunkt, kan føre til erosjon ved vannspyling under høyt trykk, eller hydraulisk grunnbrudd, hvis ikke tilstrekkelig godt tettet ved injeksjon. Det vil da kunne oppstå kollaps og piping på stuff. Risikoen ved bruk av TBM ved slike forhold er vesentlig større enn med D&B og kan føre til lengre stopp i drivingen ved bruk av TBM. 2/22

3 Ved bruk av TBM vil det gå mer tid til både boring og injeksjon enn ved valgt konsept (trass i at det bores færre hull pga. begrensninger påtvunget av plassforhold rundt TBM), samtidig som dette økte tidsbehovet per meter tunnel må anvendes over en sannsynlig tidskritisk stuff som er 4x så lang som tilsvarende kritiske stuff ved D&B. Dette kan gi en vesentlig økning av byggetiden, hvis realistiske mengder forboring og injeksjon legges til grunn. Forslaget om styrt og kontrollert trykkavlastning via ventiler i betongsegmentene, for å unngå overbelastning og ukontrollerte lekkasjer, er en høyst usikker metode av flere grunner. En av dem er at en slik trykkavlastning vil senke grunnvannsnivået. Med store mengder sement pumpet inn rundt tunnelen, er det grunn til å vente utfelling av karbonater og risiko for gjengroing av slike ventiler. Dette vil føre til et omfattende vedlikeholdsbehov. Manglende vedlikehold og tette drensløsninger kan føre til driftsavbrudd og skader på utforing grunnet trykkoppbygging. Punktene listet over viser at det finnes alvorlige tekniske innvendinger mot bruk av TBM. Prosjektet vil utsettes for en økt risiko mht. tid og økonomi. Det er derfor vanskelig å se at den foreslåtte løsningen med to tunneler drevet med TBM er egnet for FRE16. Detaljert diskusjon av byggetid og kostnad for denne løsningen har derfor begrenset hensikt. Ved bruk av D&B for endret konsept til to enkeltsportunneler, kan denne løsningen sannsynligvis lede til redusert kostnad og noe innspart tid, men løsningen er sensitiv til valgt tverrsnitt, som EEG forsøksvis har valgt å vurdere med 2x 75 m 2 tunneler. En nærmere analyse av to D&B enkeltsportunneler kunne ikke gjøres av EEG innenfor tildelt tidsramme og oppgaven krever dessuten både optimalisering av tverrsnitt og en grundig sammenligning med allerede identifiserte operative fordeler ved vedtatt konsept. En optimalisering av valgt konsept mht størrelse på både service/rømningstunnel og hovedtunnel kan også gi reduksjon av volumer og dermed redusert kostnad og noe innspart tid. Her vil man da beholde de operative fordeler man har identifisert og også ha mulige gevinster mht reduksjon av vann- og frostsikring. Dette belyses her bare som mulig optimaliseringspotensiale, da analyser av dette har vært utenfor mandatet til EEG. 3. Bergkvalitet og hydrogeologi 3.1 Generell geologi Bergartsfordelingen i det aktuelle området mellom Sandvika og Sundvollen kan grovt sett inndeles i tre grupper etter dannelsesmåte og alder, ref. [1A] kap ; De kambro-siluriske sedimentærbergarter (avsatt for ca. 430 millioner år siden) består av vekslende sedimentære lag av kalkstein og leirstein tilhørende Holegruppen, som ligger under et tykt lag med sandstein (Ringerikssandstein). Denne lagpakken ble opprinnelig avsatt horisontalt, men har i senere geologiske tidsperioder blitt tiltet, foldet og forkastet slik at den i dag er orientert i ulike retninger med fall fra flattliggende til steilt. De permiske sediment- og lavabergartene (dannet for ca. 250 millioner år siden) ble avsatt på den da «avrettede» kambro-siluriske bergoverflaten (peneplanet). Denne lagpakken består av ferskvannssedimenter som leirskifer, sandstein og konglomerat som senere ble dekket av lava, hovedsakelig rompeporfyr og basalter. 3/22

4 De permiske gangbergartene (ca. 250 millioner år gamle) består av smeltemasse som har trengt seg opp og igjennom sprekker i de overliggende bergartene. Innenfor det aktuelle området består disse hovedsakelig av diabasganger og porfyriske syenittganger. 3.2 Fagrapport ingeniørgeologi Strekning 1 Rapporten, ref. [2A] er en meget omfattende beskrivelse (224 sider) av bergforhold og ventede hydrogeologiske forhold for FRE16. Rapporten inneholder både oppsummeringer og detaljer fra kjernehull, geofysiske undersøkelser og erfaringer fra andre tunneler i området. Det vises til rapporten for detaljer som er utelatt i dette dokumentet, hvor bare informasjon som er vurdert som spesielt nyttig for aktuell oppgave blir kommentert nedenfor. Kap. 5.8 beskriver vannforsyningstunnel (D&B) mellom Toverud og Kattås. Tunnelen er 5,2 km lang, og har et tverrsnitt på ca. 8,6 m 2, i all hovedsak drevet i rombeporfyr (RP1 og RP2). Den første delen av tunnelen på Kattåssiden (ca. 600 til 700 m) er drevet i basalt (B1). Dette er noen av de samme bergartene som Krokskogtunnelen vil gå gjennom. I telefonkontakt med Tarald Nomeland , forteller han om god inndrift til å begynne med (i basalt), men i rombeporfyren var det store driveproblemer med til dels store vannlekkasjer; så mye at det var problemer med drenasjen i tunnelen (for skinnedriften). Det ble blant annet boret et hull opp til overflaten (som lå ganske nær) slik at vannet kunne pumpes ut for å bedre drenasjen. Injeksjon var meget vanskelig pga. vannmengdene og løse materialer samt at lekkasjesonen var flattliggende og fulgte tunnelen på langs. Først ble det benyttet tykk injeksjonsmasse i korte hull nærmest tunnelen for å hindre utvasking og for å få bedre feste for pakkere. Ofte måtte det til 3 injeksjonsomganger og det var store innganger av injeksjonsmasse. Det var også dårlig stabilitet, men stabiliteten ble tydelig forbedret på grunn av injeksjonen. Her kan det spesielt noteres at det ofte måtte brukes 3 injeksjonsomganger for å oppnå et tetthetsresultat som viser minst 2-3 ganger høyere innlekkasje, enn det som kreves for FRE16 ved 2 til 3 ganger høyere trykk. Problemer med å sette pakkere nevnes også og erfaring viser at å sette pakkere m inn i borehullet i en TBM situasjon under slike forhold kan føre til meget stort tidstap. At utført injeksjon generelt sett forbedrer stabiliteten er godt dokumentert, ref. [1B] og nevnes også av Nomeland. Kap. 6 ˮIngeniørgeologiske vurderingerˮ inneholder de tolkninger som gjøres for FRE16, basert på den forutgående faktadelen. Kapittelet starter med å fastslå at Som beskrevet i tidligere notater og rapporter, er både geologi og grunnvannsforhold mer kompliserte og utfordrende enn for de aller fleste andre tunnelanlegg som er bygget i Norge. Derfor er det knyttet større usikkerhet til vurderingene enn det som vanlig er for norske tunneler. Kap. 6.4 ˮBergartsfordeling i tunnelnivåˮ diskuterer og oppsummerer den tolkning som kan gjøres av forventet bergartsfordeling i tunnelnivå. Som det klart framgår av rapporten, er det til dels stor usikkerhet om faktisk fordeling, spesielt på grunn av nær flattliggende overganger og kjente og ukjente forkastninger med varierende vertikal spranghøyde. Kap ˮKrokskogentunnelen og servicetunnelenˮ inneholder Tabell 6-4, som oppsummerer den tolkning av bergartsfordeling som er gjort: 4/22

5 Her noterer EEG at ca. halve tunnellengden forventes å gå i rombeporfyr. Mulige problematiske forhold er først og fremst knyttet til relativt flattliggende overganger mellom lavastrømmer (lavatopper), som kan gi utfordrende driveforhold som følge av dårlig bergmassekvalitet og permeable soner. Videre noteres det at Askergruppen ventes å utgjøre 2264 m (eller 9%) og at Askergruppen er antatt å gi svært utfordrende driveforhold. Det kan bemerkes her at det per mars 2018 er foretatt en justering av antatt fordeling av bergarter basert på tolking av nye grunnundersøkelser. Det er da lagt til grunn noe lavere andel kambrosilurbergarter og Ringerikssandstein og noe høyere andel Askergruppen og rombeporfyr, ref. [3A] (FRE-10-A-25170). Kap ˮKrokskogentunnelen og servicetunnelenˮ: Tabell 6-14 gir en sammenstilling av 86 tolkede steile svakhetssoner, som til sammen utgjør nesten 800 m på langs av traseen. De forskjellige svakhetssonene er klassifisert i Tabell 6-12: Av de 86 antatte sonene er det 12 i klassene III og IV, som til sammen kan utgjøre mer enn 100 m langs traseen. Hvis noen av disse meterne fører til tap av stabilitetskontroll ved stuff (spyle-erosjon, hydraulisk grunnbrudd o.l.), kan problemene ved bruk av TBM bli store, med risiko for langvarig stans i drivingen. Kap og omhandler flattliggende svakhetssoner i rombeporfyr og innen Askergruppen s bergarter. Det er vel dokumentert at disse sonene kan gi store utfordringer mht. både stabilitet og tetting mot innlekkasje av vann. Det må her noteres at tilpasning av retning av sonderhull og forinjeksjonshull vil være meget viktig for et vellykket injeksjonsresultat og dermed redusert risiko for stabilitetsproblemer. Det vil også være nyttig og nødvendig å starte hull i stuffen, med varierende vertikalvinkler. Noter også at kap angir at 3-5% av tunnelen vil gå i steile svakhetssoner, hvor behovet for å bore hull i stuffen med varierende horisontalvinkler vil bli stort. Summen av tunnellengde i slike horisontale og vertikale soner blir dermed 8-15%, eller mellom 1700 og 3300 m av traseen. Driving 5/22

6 med dobbelt-skjold TBM innebærer så store begrensninger i boremønster foran stuff at dette behovet vanskelig kan tilfredsstilles. Kap. 6.8 ˮOmråder med antatt kompliserte grunnforholdˮ: Her oppsummeres de antatt mest kompliserte forhold for driving av tunneler for FRE16 og Kap gir en vurdering av de største usikkerhetene i grunnforholdene for Krokskogtunnelen, basert på foreliggende informasjon om geologien i området. De listede tre punktene a. b. og c. er meget viktige for de etterfølgende vurderinger av tunnelløsninger og er derfor kopiert og gjennomgått i det etterfølgende: a. Vann-/lekkasjeforhold som vil kunne innvirke sterkt på drivingen. Det vil kunne være til dels meget store problemer med å tette bergmassene foran stuff. Spesielt antas at mulige, flattliggende, permeable soner eller lag kan være vanskelig å tette. Disse kan forekomme både i de vulkanske bergartene og i Askergruppen. Ved lekkasjer fra overflaten i de områdene med størst bergoverdekning vil vanntrykket på stuff kunne være svært høyt (kan forventes i forbindelse med steile svakhetssoner og/eller eruptivganger). Her kan det være en risiko for at vanntrykket er så høyt at det vil kunne medføre problemer for å få feste for pakkere ved injeksjon. b. Meget dårlig stabilitet på stuff som vil kreve omfattende sikring. Slike bergmasser kan bestå av oppknust berg med eller uten leire, slik tilfellet kan være i en del svakhetssoner, samt i løse lag eller soner (som for eksempel i Askergruppen, og svake sedimentlag mellom vulkanske strømtopper). Slike dårlige bergmasser vil gi problematiske driveforhold og sterkt nedsette inndriften når de påtreffes. c. Kombinasjon av a) store vannlekkasjer og b) meget ustabile bergmasser. Slike forhold vil kunne forårsake store driveproblemer og føre til sterkt nedsatt inndrift. Hvis tunneldriving skjer med D&B, er det klart at forhold beskrevet under pkt. a. vil kreve omfattende forinjeksjon om innlekkasje til < 10 L/min/100 m per tunnelløp skal kunne oppnås og det vil lokalt redusere inndriftshastigheten vesentlig. Samtidig kan det fastslås at når injeksjonsarbeidet så er utført og verifisert, vil usikkerhet og problemer beskrevet under punktene b. og c. være sterkt redusert, så ytterligere innvirkning på drivehastighet av disse grunnene, vil opptre i vesentlig mindre grad, se [2B] og [1B]. Hvis tunneldriving skjer med TBM blir bildet vesentlig endret. Tetting til spesifiserte krav vil sannsynligvis bli meget vanskelig å oppnå og uansett vil prosessen bli mer tidkrevende enn ved D&B. Gevinsten ved at hastigheten på selve tunnelboringen med TBM vil kunne øke med forhold som nevnt i pkt. b, blir derfor minimal. Pkt. c. medfører alvorlig risiko for tap av stabilitetskontroll i stuffområdet, noe som kan gi full stopp i drivingen i lengre perioder. Kap avslutter vurderingene av største usikkerheter med: Grovt antatt vil 3 5 % av tunnelen gå i/krysse steile svakhetssoner og, meget usikkert anslått, 5 10% treffe flattliggende soner i vulkanske bergarter/askergr. Figur 6-52 angir områder med antatt størst usikkerhet. Ettersom forekomst av de flattliggende sonene i de vulkanske bergartene vanskelig kan påvises på annen måte enn ved boringer, er det stor usikkerhet mht. bergkvalitet og driveforhold knyttet til de strekninger av tunnelen som ligger i Krokskoggruppen. Det sies også at Lekkasjeforhold er kanskje den parameteren det er knyttet størst usikkerhet til. 6/22

7 Med et slikt risikobilde angående geologi og vannforhold, koblet med strenge tetthetskrav, høyt vanntrykk og begrensninger innebygget i foreslått drivemetode med TBM, er det vanskelig å se at de fordelene metoden tilbyr under egnede forhold, kan utnyttes for FRE16. Kap ˮHydrogeologiˮ kan betraktes som en oppsummering av innholdet i Ref. [1A], Fagrapport Hydrogeologi Strekning 1 og egne referanser til teksten i Ref. [1A] er derfor ikke benyttet. Det noteres likevel at kjerneborhull BH14/16 traff artesisk vann, med trykk omtrent 25 mvs høyere enn tilsvarende terrengkote i borepunktet. Kap ˮLekkasjekravˮ: Tabell 6-34 viser de foreslåtte tetthetskrav langs traseen for Krokskogentunnelen. Det skilles mellom <3; <5; <7 og <10 L/min/100 m per tunnelløp og det vises hvordan disse kravene forventes å fordele seg langs tunnelen. Her kan det legges til at for praktisk tilpasning til utførelse av forinjeksjon, vil det ikke være mulig å nøyaktig koble et definert tetthetskrav mot detaljer i utførelsen og videre til faktisk innlekkasje etter driving på en måte som kan forsvare en slik oppløsning. I høyden kan det være et poeng å skille mellom <5 og < 10 L/min/100 m per løp. Det kan så vurderes underveis om det er nødvendig å justere detaljer i utførelsen pga. for gode eller for dårlige resultater. Det bør her noteres at 38% av strekningen krever <5 L/min/100 m per tunnelløp og det meste av dette er under stor overdekning der vanntrykket er høyest. Kap ˮTetting av vannlekkasjerˮ: Her påpekes det at Entreprenørene i Norge har mye erfaring fra tetting ved forinjeksjon [D&B-drift] av steile soner mer eller mindre på tvers av tunnelen. I de fleste tilfellene med et godt resultat. Men i noen tilfeller har det vist seg vanskelig å få til en effektiv tetting. Selv ved flere omganger injeksjon og kontrollhull har resultatet vært lite tilfredsstillende. Påpekningen i rapporten er korrekt. De begrensninger TBM driving gir på boremønster for sonderhull og forinjeksjonshull, vil vesentlig forsterke vanskelighetene. Det påpekes videre at For Krokskogtunnelen vil ventelig de fleste steile svakhetssoner med lekkasje kunne la seg tette tilfredsstillende ved forinjeksjon. De flattliggende sedimentære bergartslagene, derimot, som opptrer ujevnt fordelt mellom en del av lavastrømmene i rombeporfyren, representerer store utfordringer når det gjelder tetting. De vil som nevnt opptre langsetter tunnelen og derved kunne ha innvirkning over lange tunnelstrekninger. I tillegg er de vanskelige å kartlegge på forhånd ettersom de kun kan påvises i borehull. At dette blir en utfordring er klart, men kravene vil lettere kunne tilfredsstilles med D&B og den fleksibilitet for nødvendig tilpasset boring som metoden gir. Det blir som nevnt omtrent samme problem når det påtreffes steile soner med spiss vinkel til tunnelaksen, der det vil kreves variasjon av horisontalvinkel både for påvisning og injeksjon. Ihht mottatte grunnlagsrapportene er antatt samlet sum av tunnelmeter i horisontale og steile soner som er nær parallelle med tunnelaksen ca m. Drivemetoden vil dermed få vesentlig betydning for tidsbehov og resultat. Rapporten påpeker helt korrekt at Injeksjonsopplegget bør være fleksibelt fordi injeksjonsprosedyren vil måtte tilpasses berg- og vannforholdene underveis i drivingen. Denne fleksibiliteten er ikke tilgjengelig i nødvendig grad ved TBM-driving. Rapporten sier videre at I Askergruppen opptrer det som beskrevet tidligere løse, til dels svakt kompakterte, sandige, grusige og siltige masser som vil kunne være vannførende og i tillegg ha dårlig stabilitet. Injeksjon her vil kunne være krevende. Dette synes å være en klar understatement for deler 7/22

8 av denne strekningen. Flytende masser vil naturligvis kreve mer tid og innsats uansett, men stabilitetskontroll for kontrollert videre drift kan oppnås med D&B (Bjorøy tunnelen, HATS2A og andre). Med TBM vil risikoen for langvarige stopp etter EEGs vurdering være for høy. Som avslutning i dette kapitlet sies det at Som følge av utfordrende forhold kan det være aktuelt å utføre injeksjonen i flere omganger. Dette er heller regelen enn unntaket under slike forhold. Kap ˮStabilitet og sikringˮ: Eksempel presentert i ref. [1B] viser forbedring av Q-verdi fra 0,8 (Very Poor) til 17 (Good) som resultat av forinjeksjon. Prognosen for fordeling av Q-verdier langs Krokskogtunnelen er ikke justert for en slik effekt og det betyr at planlagt permanent sikring ved D&B nødvendigvis blir overdimensjonert. Her kan det spares både tid og penger, som ikke er med i regnestykket så langt. Kap ˮMulige tiltak i problemområderˮ: Noterer at For å også kunne avdekke eventuelle flattliggende dårlige bergartslag kan det for Krokskogtunnelen bli aktuelt å bore 5-15 m lange sonderborehull som vinkles opp og/eller ned, i tillegg til vanlige horisontale sonderboringshull. Det er rimelig sikkert at det vil bli behov for å utføre slik boring, både for sondering og enda viktigere for injeksjon og det samme gjelder borhull vinklet horisontalt når nær parallelle steile soner påtreffes. Som nevnt tildligere, vil er de begrensninger TBM driving gir på boremønster for sonderhull og forinjeksjonshull gi redusert fleksibilitet. Kap. 7, ˮAnbefalinger og forslag til videre undersøkelserˮ: Åpner med å fastslå de store usikkerhetene og frister med å avklare de største usikkerhetene ved prosjektet ved ytterligere forundersøkelser. Her kan det trygt påpekes at forventningene ikke må settes for høyt, som vel er uttrykt på en annen måte i rapporten når det sies at Det er allikevel så vanskelig geologi i området for Krokskogtunnelen at selv med omfattende grunnundersøkelser, vil usikkerheten være større enn vanlig for norske tunnelanlegg. 4. Grunnvannskontroll ved forinjeksjon 4.1 Generelt Det er klart at det uansett vil bli stilt strenge krav til kontroll av innlekkasje til tunnelene og at det beste og kanskje eneste alternativet for å tilfredsstille kravene er ved forinjeksjon. Blant annet må grunnvannet holdes oppe også gjennom byggefasen. Å unngå skade på overflaten forårsaket av nedtapping av grunnvannet, er et basiskrav som er uavhengig av tunnelkonsept og drivemåte. Det er videre klart at de vel 20 km med planlagt dobbel-tunnel og tverrforbindelser vil passere sterkt varierende bergforhold både hva angår stabilitet og vannlekkasje, noe som erfaringsmessig lett fører til undervurdering av både kompleksitet og samlet omfang av injeksjonsarbeider. Det ser også ut til å være en del av bildet i det grunnlagsmaterialet som EEG har fått utlevert. Med de langt på vei unike utfordringer som Ringeriksbanen gir, er det spesielt viktig at arbeidene som må gjøres for grunnvannskontroll blir mulige ved riktige beslutninger fra start av. 4.2 Viktige elementer fra prosjekterfaring Erfaring fra over 4 år driving av 20 km undersjøisk tunnel i Hong Kong med lignende meget strenge krav til tetting (D&B) og potensielt ekstreme konsekvenser på overflaten, er høyst relevant for Ringeriksbanen [2B]. Videre har de 2 siste år under igangværende driving av 15 km Ø4.3 m tunnel med 8/22

9 Herrenknecht dobbeltskjold TBM for Uma Oya, Sri Lanka, også gitt veldig nyttige erfaringer. Bl.a. med dette som basis antas det relevant å gjennomgå hva som mest sannsynlig vil kreves og hvordan dette kan slå ut for de forskjellige alternative konsepter og drivemetoder som nå vurderes. Faktum er at det kan være enklere og mer illustrerende å se på forinjeksjon separat i relasjon til konsepter og drivemetoder for å illustrere relative utslag, heller enn komplette tids- og kostnadsanalyser. Dette kan gjøres på et forenklet overordnet nivå og likevel gi rimelig korrekte relative resultater. Det er uklart hvilke mengder for bormeter og injeksjonsmaterialer som er benyttet i de forskjellige mottatte kalkyler som er presentert angående kostnader og byggetid. Antall bormeter er klart viktigst, men også mengder sement og eventuelle andre injeksjonsmidler vil ha stor innflytelse. Til og med tid for håndtering av pakkere kan bli viktig når antall plasseringer kan bli mer enn Tetthetskrav, høyt vanntrykk og 2 parallelle tunneler med tverrforbindelser gjør det høyst sannsynlig at forinjeksjon vil måtte utføres for praktisk talt 100% av strekningen. En god grunn er forenkling og effektivisering av arbeid i tunnelene ved at boring for første runde injeksjon ikke krever et ekstra skritt med først sonderhull og måling av vanninngang og deretter beslutning om injeksjon eller ikke. En slipper derfor samtidig en vanskelig balansegang mht. minimum hvor mange sonderhull som er nødvendig og unødig risiko for at vannførende kanaler som faktisk krever injeksjon, ikke blir påvist. Etter injeksjon av første runde borhull i vifte foran stuff, må det kontrolleres om resultatet er akseptabelt ved at det bores kontrollhull. Det må spesifiseres hvilken maksimal vannmengde i enkelthull og i sum, som kan tillates uten at en neste runde injeksjon må utføres. Hvis grensen for utførelse av injeksjon er >4-5 L/min innlekkasje fra enkelthull eller sum av hull, vil dette normalt lede til mer enn en runde injeksjon, men dette vil typisk variere fra en runde til 4-5 runder under mer kompliserte forhold. I gjennomsnitt kan en anta at hullavstand ved ansett på stuff (D&B) kan bli ca m når alle hull telles med og det suppleres med Kolloidal Silica (KS) etter behov (KS har penetrasjonsevne som vann og vil derfor ved riktig bruk redusere antall hull som ellers må bores). Videre vil det være nyttig og nødvendig å bore noen hull i stuffen, avhengig av lokale forhold. Det påpekes her at det har vært antatt at den sydlige delen av traseen vil kreve forinjeksjon over 40% av lengden og tilsvarende 60% nordover. Senere er dette justert opp til 70% for den nordlige delen. Dette gir uansett et falskt inntrykk av at det enten må utføres forinjeksjon, eller overhodet ikke. Realiteten vil snarere bli (og bør bli) at gunstige forhold gir seg selv ved at kontrollboring verifiserer at en omgang injeksjon er nok, mens to eller tre vil være mye nærmere normalen. Med de kravene som er stilt, betyr dette tross alt at det må leveres en tunnel som for lange strekninger er omtrent dryppfri, med bare noen få synlig fuktige felter i påført sprøytebetong. En forestilling om at eksempelvis 30% av traseen kan drives uforstyrret med bare noen få sonderhull, mens resten forinjiseres til et antatt typisk omfang, er sannsynligvis for optimistisk. Det må spesifiseres hvor lange hull som skal brukes ved forinjeksjon (målt fra stuff og med hvilken vinkel i forhold til tunnelperiferien disse skal bores). Det må legges inn en buffersone (overlapp mellom injiserte seksjoner), slik at pakkere kan plasseres i injisert berg og at det så langt mulig unngås problemer med lekkasjer i stuffen. Her kan det nevnes at moderne borerigger med automatisk stanghåndtering og stangmagasin kan bore inntil 30 m lange hull. Fordelene med slik utrustning er vesentlige ved at produksjonskapasiteten ved forboring blir omtrent doblet. Gjennomsnittlig lengde for en injisert seksjon, minus gjennomsnittlig buffersone, gir netto drivelengde mellom stopp-stasjoner for 9/22

10 forinjeksjon. Det er ofte et press for å bore og injisere lange seksjoner med kort buffersone, da dette bedrer effektiviteten for uttak av berg. Problemet er at lengre borehull gir større konduktivitetskontrast langs hullet, noe som typisk fører til flere injeksjonsrunder før resultatet kan verifiseres som akseptabelt. Dessuten bortfaller fordelen med automatisk stanghåndtering og risikoen for fastboring øker, så mer enn 30 m lange hull er sjelden noen fordel. 4.3 Estimat av tidsbehov for grunnvannskontroll Ved hjelp av et enkelt regneark, ref. [3B], er det gjort overslag over mengder og tidsforbruk for forinjeksjon for tre scenarier: 1. FRE16, valgt konsept med D&B (123 m m 2 ) 2. To enkeltsportunneler med D&B (2 x 75 m 2 ) 3. Follobanekonseptet tilpasset Ringeriksbanen (2 x Ø10.15 m, 80.9 m 2, med TBM) Hvordan gjennomføring av grunnvannskontrollen slår ut på byggetiden avhenger av hvilke strekninger som blir på tidskritisk linje. Som en tilnærmet illustrasjon kan det antas at kritisk strekning blir den nordlige halvdelen, som med D&B drives fra 4 (x2) stuffer. Det vil si at ca. 1 / 8-del av samlet traselengde kan bli tidskritisk. For Follobanekonseptet, som drives nordover fra 1 stuff (x2), blir ca. ½-del sannsynligvis tidskritisk. Mengder og tider er beregnet for de antatt kritiske traselengder dobbeltunnel utført som enkeltvis sekvensielle aktiviteter. Scenario 2 og 3 er begge sammenlignet med FRE16, som er det valgte konseptet per dags dato Anvendte inngangsdata og resultater Lengde av tunnelperiferi for FRE16 med 123 m 2 og 60 m 2 tunneler er tatt fra mottatt regneark <Tunnel-S1.xlsx>, som også inneholder data for 83 m 2 tunnel. Periferilengde for 75 m 2 er justert i forhold til dette. Mengde sement er satt til 1200 kg/m dobbeltunnel 75 m 2, som korrigert for det større tverrsnittet gir 1338 kg/m for FRE16. TBM med Ø10.15 m tar da 1197 kg/m. Det er antatt et forbruk av KS ferdig blanding på 5% av mengde sement. Borekapasitet med stanghåndtering og 2 aktive borhammere/matere for D&B er satt til 1.67 m/min., mens 2 maskiner på TBM antas å bore 1.22 m/min. D&B sementinjeksjon med 4 linjer tilgjengelig (som i praksis betyr 2 eller 3 i drift) er satt til 3000 kg/time, mens 2 linjer i TBM-tunnelen klarer 2000 kg/time. For håndtering av pakkere er det ikke tillagt tid under noe alternativ, da pakkere stort sett administreres samtidig med andre aktiviteter. Det må likevel noteres at erfaringsmessig kan det oppstå store problemer når det påtreffes mye vann, høyt trykk og dårlig berg. Ved 25 bar trykk på et Ø64 mm borhull må pakkeren evt. skyves inn mot over 3 tonn kraft hvis ikke vannet slipper igjennom, eller forbi pakkeren og noe av kraften derved avlastes. Det sier seg selv at med m lange pakkere for TBM-driften, vil slike forhold lokalt kreve vesentlig mer tid. 10/22

11 Med beskrevne inngangsdata fås følgende resultat (se vedlagte regneark, ref. [3B]): SAMMENLIGNING AV TIDSBEHOV FOR BORING OG INJEKSJON D&B TBM FB Innspart tid sammenlignet m. FRE16 ved 2x 75 m 2 - D&B [timer] 328 [uker] 3 Ekstra tid sammenlignet m. FRE16 ved 2x 80.9 m 2 - TBM [timer] [uker] 136 Med 46 arbeidsuker per år [år] Kommentarer til resultatet Siden FRE16-konseptet og to 75 m 2 tunneler begge drives med D&B er forskjellene som framkommer bare et resultat av endret tverrsnitt og derav endrede mengder for grunnvannskontroll. Kapasiteter i utførelsen er de samme og det er regnet med 101 timer per arbeidsuke. Follobanekonseptet er beregnet på samme måte, med noen nødvendige endringer. Det er antatt at det ikke blir plass til mer enn 32 boreposisjoner på TBM en, så gjennomsnittlig hullavstand blir dermed 1.0 m (mot 0.75 for D&B). Det er ikke regnet med å bore hull i stuffen (mot et gjennomsnitt på 3 for D&B). For å kompensere for større hullavstand (og manglende mulighet for stuffhull og varierte vinkler) er bufferlengden økt fra 8 m til 12 m og ved å bore 42 m lange hull som settes an 12 m bak stuff, blir injisert tunnelseksjon per injeksjonsstuff 18 lm, som for D&B. For behandling av ca m lange pakkere er det ikke lagt til ekstra tid, men for vanskelige strekninger kan dette erfaringsmessig gi mye tidstap. Figur 1. Boring av injeksjons-skjerm ved TBM-drift (dimensjoner gitt i meter). For TBM-drift er derfor regnestykket egentlig for optimistisk, da sannsynligheten for et tilfredsstillende resultat av utført injeksjon blir lav ved et slikt opplegg. En viss bedring kan oppnås ved ytterligere forlengelse av buffersonen (da dette gir mer overlapp av injeksjons-skjermer), men det øker antall bormeter og tar mer tid. Kapasiteter per meter borhull og pumping av sement per kg er ikke 11/22

12 vesensforskjellige mellom D&B og TBM, men når alt tar noe mer tid og må utføres over en sannsynlig kritisk strekning som er 4x lengre, da blir det meget store utslag. Selv 2x høyere ren drivehastighet for TBM sammenlignet med D&B kan ikke kompensere for dette. 5. To enkeltsportunneler drevet med TBM 5.1 Kommentarer til FRE-10-A «Vurdering av drivemetoder» I ref. [4A] har en prosjektgruppe ved Follobanen gjennomført en vurdering av det allerede valgte konsept og drivemetode med D&B for FRE16 Strekning 1. Prosjektgruppen har anbefalt bruk av TBM med endring av konsept til to enkelsportunneler. I det etterfølgende er det bare gitt kommentarer til innholdet i Ref. [4A], der dette synes nødvendig og relevant for den oppgaven som er tildelt EEG. Under Kap. 2 hevdes det at Konseptet med to enkeltsportunneler og TBM som er beskrevet i denne rapporten er basert på et Ringerikstilpasset Follobanekonsept og videre at Prosjektgruppen har lagt til grunn de geologiske og hydrogeologiske vurderinger som Ringeriksbanen har gjort pr. dato. Som kommentert under, er EEG uenig i at det er gjort tilpasninger som dekker geologi og vannforhold på noen rimelig måte. Kap. 3 omhandler det valgte D&B konseptet (FRE16) sammenlignet med de foreslåtte to enkeltsportunneler drevet med TBM. Dette kapitlet kommenteres ikke her. Kap. 4 åpner med at Valg av drivemetode er avgjørende for risikoen som prosjektet vil bli eksponert for, noe som kan være riktig. Ut ifra et konstatert felles grunnlag for geologi og vannforhold, vil risikoen for overskridelser av tid og kostnad etter EEGs vurdering være vesentlig større for driving med TBM, spesielt hvis behovet for forinjeksjon har blitt undervurdert. Kap : Det sies at Vurderingene av drivemetoder som ble utført på Follobanen viste at TBM-boring og driving med D&B var tilnærmet likeverdige med hensyn til fremdrift og kostnader, lagt til grunn konseptet med to enkeltsportunneler. EEG oppfatter utsagnet som å gjelde for Follobanen og dermed også forventet omfang av forinjeksjon og tid for utførelse av injeksjon, gjeldende for Follobanen. Utsagnet vurderes som ikke overførbart til geologiske og hydrogeologiske forhold ved Ringeriksbanen. Nest siste kulepunkt angir som avgjørende fordeler for valg av TBM ved Follobanen: TBM-metoden ga sikrere fremdrift fordi boring med skjoldmaskiner gjennom svakhetssoner gir lite tidsheft sammenlignet med D&B. Det skrives videre i kap at slike soner vil kreve korte salver, spiling etc. ved konvensjonell driving og at dette vil forsinke fremdriften. Her blir det underslått at det blir lagt inn tid for ekstra sikring, buer, halve salvelengder etc. i fremdriftsplaner for D&B for driving gjennom kjente svakhetssoner. Disse gir dermed ingen ytterligere forsinkelse. Ved økning i omfang av svakhetssoner kan dette gi mer tidsheft for D&B enn for TBM, men det er bare riktig til et visst punkt. Ved større vanninnbrudd, eventuelt koblet med hydraulisk kollaps i siltige og sandige masser, spyle-erosjon under høyt vanntrykk og lignende situasjoner, kan det føre til tap av stabilitetskontroll i stuff og heng (piping), og problemet blir mye mer tidkrevende enn med D&B. Det finnes mange eksempler på maskiner som stoppet i månedsvis under slike forhold. Kap omhandler utstyr for forinjeksjon. Det anbefales 4 stk. injeksjonslinjer med utstyret plassert i bakriggen og også 4 stk. bevegelige borhammere/matere for boring foran stuff. Tilrådningen for 12/22

13 plassering av blande- og pumpeutstyret kan støttes. Det bør plasseres så langt fram som mulig, men det er neppe realistisk å få til en løsning med hverken 4 linjer eller 4 bore-maskiner på en måte som hjelper på kapasiteten. Til slutt hevdes det at Erfaringene fra Follobanen viser at en full injeksjonsskjerm bestående av 20 hull er tilstrekkelig for nødvendig innlekkasjekontroll. Med de aktuelle tetthetskrav for Ringeriksbanen og forventet kompleks geologi, er EEG uenig i dette og mener at tilpasningen til Ringeriksbanen ikke er realistisk. Kap. 5 omhandler TBM boring, stabilitet og vann- og frostsikring. Under overskriften Vann og frostsikring listes det opp flere påstander som ikke kan støttes. I tredje avsnitt framstilles tverrforbindelsene ved Follobanen som en fordel, da de gir drenasje (kontekst: trykkreduksjon). Problemet er bare at det er totallekkasjen til 2 tunnelløp inklusive tverrtunneler, som må reduseres til mindre enn spesifisert maksimal innlekkasje. Dette for å unngå skader på overflaten. Slik sett blir tverrforbindelsene et problem og ikke en fordel. I fjerde avsnitt innrømmes det at segmentutforingen kan overbelastes av vanntrykket og det hevdes at Prosjektgruppen har derfor lagt til grunn en løsning med ensgradert grus (pea gravel) til oppfylling mellom berg og betongsegment. Et slikt materiale brukes på mange prosjekter rundt om i verden der hvor det kan forekomme store vanntrykk som må kontrolleres. Det er korrekt at pea gravel brukes over hele verden, men ikke for å kontrollere store vanntrykk. Siste avsnitt under Kap. 5, Vann og frostsikring : Det sies at Dersom dette [vanntrykket] skulle stige til et nivå som kan skade utforingen med risiko for ukontrollerte vannlekkasjer, kan trykket avlastes ved å slippe vann kontrollert inn i tunnelen. Dette er i prinsippet riktig hvis det ikke er strenge begrensninger på hvor mye vann som kan slippes igjennom segmentene. Men uansett, forutsetter det løpende kontroll av trykket, vedlikehold av ventiler og styringsmekanismer som skal fungere i 100 år. Første avsnitt under Kap. 5, Forinjeksjon : Prosjektgruppen har lagt til grunn forinjeksjon for å kontrollere innlekkasjen før den vanntette betongliningen kommer i funksjon. Erfaringer fra Follobanen viser at dette fungerer godt. På Follobanen gjøre injeksjon for redusere innlekkasjen midlertidig før vanntett lining installeres. Prosjektgruppen kan ikke legge til grunn en løsning som ikke kan benyttes for vanntrykk over 17 bar når løsningen foreslås brukt for FRE16. Kap om ˮStrekningen Lorangmyr Sundvollenˮ sies det en del om både omfang av forinjeksjon og om de innlekkasjekrav som er satt av FRE16. Det er vanskelig å være enig i at en forutsetning om at 60% av strekningen må forinjiseres til og med kan tenkes å bli redusert. Erfaring fra bl.a. 20 km tunneldrift i Hong Kong indikerer heller at en må vente å forinjisere 100% av denne strekningen. Videre hevdes det at tetthetskravene er satt svært strenge. Når det skal stoppes innlekkasje til 2 tunneler, er det liten grunn til å anta at kravene er for strenge. At kravene er vanskelige å oppnå, er riktig, men med D&B og supplert med Kolloidal Silica (KS, om nødvendig), viser erfaring fra Hong Kong, HATS2A at det kan gjøres med godt resultat [2B]. Eksempelvis ble 600 m tunnel tettet til bedre enn kravet på 2.5 L/min/100 m. Krav-sammenligningen med vannforsyningstunnelen fra Holsfjorden til Oslo på 25 L/min/100 m, noe som tilsvarer 12.5 L/min/100 m per løp for to parallelle tunneler, er dermed ikke vesensforskjellig fra FRE16. I Kap. 7 ˮByggetidˮ starter Prosjektgruppen med en kritisk gjennomgang av måten FRE16 har analysert byggetiden på for driving med D&B og av de ekvivalenttider som er benyttet. Det kan legges til at analysen er basert også på en direkte henvisning til ref. [2A], Fagrapport ingeniørgeologi Strekning 1 (første utgave). Det henvises spesielt til at «Askergruppen» og rombeporfyr er kjent for dårlig stabilitet og forekomster av store vannlekkasjer. 13/22

14 Uten å kommentere detaljene i det som framlegges, eller å indikere noe om hvor realistisk resultat som vises, konstateres det at konklusjonen er en sannsynlig byggetid på 8 år og 10 måneder for FRE s tunnelkonsept og drivemetode D&B. Videre blir byggetiden for bruk av TBM analysert (to enkeltsportunneler, som ved Follobanen), basert på NTNU prognosemodell for TBM, med korreksjoner for antatt andel av tunnellengde som krever forinjeksjon (40% av tunnellengden mot syd og 60% mot nord). Prosjektgruppen konkluderer med en total byggetid for TBM på 7 år og 6 måneder (med henvisning til Vedlegg 2b), eller 16 måneder mindre enn for konseptet valgt av FRE16. Den viktigste detaljen i dette arbeidet er antakelsen om at 40% og 60% av tunnellengden må forinjiseres. Med de krav til tetthet som er fastlagt i ref. [2A], viser erfaring at det oftest kreves 100% forinjeksjon og spesielt vil dette være aktuelt ved driving mot nord med det høyeste grunnvannstrykket og ca. 50% av strekningen med tetthetskrav < 5 L/min/100 m per løp. Se Kap. 2.5 i ref. [3A], der prosentsatsene allerede er økt til 60% fra Kattås til Høgås og til 70% mellom Høgås og Sundvollen. Mye mer vesentlig er at Prosjektgruppen i sine kalkulasjoner reduserer daglig inndrift med bare 20% når forinjeksjon inkluderes, sammenlignet med driving uten forinjeksjon. Denne antakelsen skyldes helt klart en undervurdering av injeksjonsmengden og nødvendig tid for forboring og forinjeksjon. Hvis drivingen mot nord i stedet inkluderer injeksjon for hele strekningen og med inndrift redusert med mer realistiske 50% sammenlignet med uten injeksjon, vil denne stuffen ta 17 måneder mer enn kalkulert av prosjektgruppen (ved bruk av prosjektgruppens egen beregningsmåte). De indikerte 7 år og 6 mnd. blir da 8 år og 11 mnd. (hvis denne stuffen er på kritisk linje). Prosjektgruppen har, som nevnt over, videre undervurdert mengde forboring og kg sement, noe som krever ytterligere tillegg av tid. I Kap. 8 ˮUsikkerhetˮ kommenterer Prosjektgruppen dette temaet på en måte som lett kan gi feil inntrykk. I prinsippet er det riktig det som sies om effektene av mer oppsprukket berg enn forutsatt for de to drivemetodene, men fire meget vesentlige momenter er utelatt: 1. Hvis samlet tid og kostnad beregnet for begge metodene er riktige og basert på samme forventede oppsprekking, er de totale utslagene angående sikringsomfang og inndrift av mer oppsprekking enn forventet, neppe vesentlige. 2. Derimot er utslagene ved mer injeksjon enn forventet (som er sannsynlig hvis oppsprekkingen øker, men det kan også skje uavhengig av dette), mer alvorlige ved driving med TBM. 3. Risikoen for å lokalt ikke tilfredsstille tetthetskravene med påfølgende skade på overflaten og å måtte utføre ettertetting eller gjennomføre andre tiltak, er større ved bruk av TBM. 4. Risikoen for full stopp i månedsvis, dersom en påtreffer ekstreme forhold med vanninnbrudd, hydraulisk grunnbrudd, erosjon på grunn av spyle-effekt og lignende er større for TBM enn for D&B. Helt til slutt sies det at Prosjektgruppen vurderer at det totalt sett er betydelig større usikkerhet heftet ved drivemetoden D&B enn drivemetoden med TBM for bygging av Ringerikstunnelen. Denne oppfatningen vurderes som ubalansert og sannsynligvis uriktig. Poenget er nettopp at det er Ringeriksbanen som er byggeobjektet. Bergforholdene og de strenge kravene til tetthet gjør totalt sett at risikobildet snus helt på hodet. Samlet risiko vurderes av EEG som vesentlig større ved bruk av TBM. 14/22

15 5.2 Betraktninger vedrørende TBM for Ringeriksbanen Generelt Ved all tunneldriving må arbeidet tilpasses den eksisterende berggrunnen. Byggematerialet er gitt når tunneltraseen er fastlagt og omfatter også hydrogeologiske forhold, topografi og sårbarhet av natur bl.a. Dette er rammer som er gitt av beliggenheten og som varierer fra prosjekt til prosjekt. Som beskrevet i ref. [2A] ligger tunnelen i et komplisert, geologisk område. Berggrunnen er preget av flattliggende strukturer, forkastninger og kompliserte hydrogeologiske forhold TBM for Ringeriksbanen Viktige forutsetninger for et eventuelt valg av TBM, kunne være at det gir enklere, raskere og billigere bygging med et robust sluttprodukt. For Follobanen med relativt homogen og oversiktlig geologi og relativt greie hydrogeologiske forhold har dette vært en anvendelig løsning. Her benyttes dobbelt-skjold maskiner som setter betongringer fortløpende. Mellom ringene monteres pakninger som sørger for at hele utforingen er vanntett, se løsning A i fig. 5. Da selve sluttproduktet er vanntett, vil injeksjonsarbeidet ved driving begrense seg til reduksjon av vannmengder frem til vanntett løsning er montert. Dette er ikke injeksjonsarbeid i tradisjonell forstand som permanent vanntetting for en drenert løsning. Begrensninger for ett-lags segment-utforing (single shell segment lining, eller SSSL) med pakninger blir omtalt av Maidl et. al, ref. [4B], som rapporterer at det erfaringsmessig i praksis aldri er mulig å oppnå kravene for vanntetting med denne løsningen, selv med to-lags vanntetningsløsninger. Dammyr et al, ref. [6B], konkluderer at det var banebrytende da Hallandsåsen ble designet for å takle 154 m vanntrykk, og at Follobanen har tatt løsningen enda et skritt videre med 170 m vanntrykk. Det understrekes at det ikke finnes erfaring med holdbarheten over tid for en slik løsning med høye vanntrykk, det vises bl.a. til at Storebelt-tunnelen er bygget så sent som i Videre vises det til Strappler et al, ref. [5B], som sier det samme, at det finnes ikke erfaringsgrunnlag per i dag fra jernbanetunneler i drift, til å bedømme holdbarhet og vedlikeholdsbehov for pakninger designet for store vanntrykk. For strekningen Rustan-Sundvollen (ca. 62% av den totale tunnellengden) er overdekningen over 170 m, stedvis opp mot 350 m, ref. [3A]. Dette gir et høyt utvendig trykk som overskrider kapasiteten på tilgjengelige pakninger i markedet. Dette medfører at for størstedelen av tunnelene på Ringeriksbanen vil ikke en Follobane-løsning være mulig. Det betyr at hoveddelen av TBM-tunnelene vil måtte ha de samme tetthetskrav til injeksjon som en tradisjonell boret og sprengt tunnel. Injeksjon fra TBM har noen klare begrensninger i forhold til injeksjon i en sprengt tunnel. Antall posisjoner for hullboring er gitt av TBM-designet. Her kan man riktig nok med en stor diameter få plass til mange hull langs omkretsen av skjoldet, men vinkelen er låst. Dette vil være særlig problematisk i flattliggende formasjoner eller steiltstående sprekker og soner som er nær parallelle med tunnelretningen, der vinkling av hull kan bli avgjørende for gode tetteresultater. I tillegg kan det kreves hull i stuffen, men dette er noe TBM entreprenører er tilbakeholdne med da de ikke vil risikere å sette igjen stål foran stuffen som kan skade kutterhodet. Det er også vanskeligere å få optimal pakkerplassering og lengde av injeksjonshull med tanke på overlapp av injeksjonsrunder da hullene startes et godt stykke bak stuffen, og vinklene gjør at hullene raskere får stor avstand til tunnelen, se fig /22

16 Segmentutforingen i en TBM tunnel monteres kort tid etter injeksjonsinnsatsen. Dette medfører at det kan være vanskelig å kontrollere resultatet av injeksjonen. Dersom man finner at det i et område er for høye innlekkasjer etter at utforingen er satt opp er det vanskelig å vite hvor man skal sette inn tiltak. Lokalisering av konduktive kanaler kan ikke skje ved direkte observasjon og det kan være 10-talls meter mellom der vannet observeres inne i tunnelen og der kilden faktisk er. I tillegg til injeksjon for å overholde strenge tetthetskrav, kan det også bli behov for tetting og stabilisering av store punktlekkasjer av rene driftsmessige hensyn. Prosjektgruppen ved Follobanen stiller for øvrig spørsmålstegn ved om tetthetskravene er unødvendig strenge og EEG har i den sammenheng ikke funnet at f.eks. numeriske hydrogeologiske analyser er gjennomført. Det er likevel ikke identifisert noen grunn til å forvente vesentlige endringer av stilte krav. Dessuten ville selv en dobling av akseptabel innlekkasje ikke endre at Ringeriksbanen blir et prosjekt med omfattende injeksjonsarbeider uansett drivemetode, eller de konklusjoner EEG har kommet fram til. I tillegg til mye injeksjon må trykkavlastning på betongsegmentene løses for mesteparten av tunnellengden der vanntrykket overstiger 17 bar. Dersom vanntrykket, tross forinjeksjonsarbeider, bygger seg opp rundt segmentene vil det måtte dreneres. Prosjektgruppen på Follobanen har foreslått styrt og kontrollert trykkavlastning som løsning. Maidl et al, ref. [7B] skriver i sin Handbook of Tunnel Engineering II fra 2014, at drenerte tunneler er noe den tyske jernbanen har gått bort fra etter at de har hatt store problemer med gjengroing av drensløsninger, noe som har vært kostbart og tidkrevende. Som vist i fig. 2, hentet fra Maidl [7B], vil styrt trykkavlastning senke grunnvannstanden og dermed være en uakseptabel løsning for Ringeriksbanen. Skulle man mot formodning godta en slik senkning av grunnvannsstanden er man fortsatt avhengig av at løsningen er teknisk holdbar over tid. Det er en kostbar løsning grunnet det avanserte drenssystemet, og det finnes lite driftserfaring med dette, da det er få trykkregulerte tunneler i drift (to stk. per 2014), ref. [7B]. Figur 2. De ulike drenskonsepter for tunneler, ref. [7B] table /22

17 Vedrørende selve trykkavlastningsløsningen er det to-lags-betongutforing med membran, som har vært brukt for dobbelt-skjold TBM-drift, se fig. 5, løsning B. Her vises kontakstøpt betong med membran på innsiden av segment-utforingen, som drenerer og trykkavlaster. Dette er ihht. Strappler et al ref. [5B], et velkjent konsept i Østerrike som generelt fungerer bra, men som har et enormt vedlikeholdsbehov. Manglende vedlikehold og tette drensløsninger har ført til driftsavbrudd og skader på utforing grunnet trykkoppbygging, se fig. 3. Figur 3. Utfelt karbonat i drensledning, ref. [11B] Løsningen med ett-lags betongutforing med drenshull, for dobbeltskjold TBM, er en ny løsning som nå brukes på Koralm Tunnel prosjektet. Dette tilsvarer løsningen prosjektgruppen til Follobanen har skissert. Dette er imidlertid ikke sammenlignbare prosjekter. Schneider et al, ref. [9B] skriver at for KAT3 f.eks. med opptil 1250 m overdekning og høye vanntrykk, blir tunnelene drenert under driving. Det er ingen forinjeksjon for å hindre grunnvannssenkning, kun for stabilisering av dårlig berg eller reduksjon av vannproblemer med tanke på driving. Videre står det at The standard section is therefore designed for the optional installation of an inner lining and has been optimised from the points of view of operational, construction and structural requirements (feeder rail, drainage system, signals, communications and power supply equipment). The entire tunnel will be constructed with relief from water pressure, which will be achieved by systematic drainage drillings through the segments. The segment sealing gaskets will therefore only be exposed to slight hydrostatic pressures. Her var det altså ingen krav til opprettholdelse av grunnvannsnivå. Videre var det to-lags betongutforing for de første 5 km tunnel med dårligst berg, ref. [10B] og videre opsjon på installasjon av to-lags betongutforing for problemområder. 17/22

18 Figur 4. Detalj av drensløsning fra Koralm, ref. [11B] Figur 4 viser detalj av drensløsning fra Koralm. Det mulig at det er dette prosjektgruppen til Follobanen har skjelet til når de skriver at det må etableres en forbindelse til hoved-dreneringsrøret. Dette kan gjøres med dreneringsrør fra spesielle dreneringslag. Dette krever ifølge Harer ref. [11B] proper workmanship, avoiding steps, kinks and blockages of the flow path. Det finnes ingen driftserfaringer over tid for dette dreneringskonseptet da prosjektet ikke er ferdigstilt. Figur 5. To designløsninger for utforing i jernbanetunneler drevet med TBM. A: Ett-lags-betongutforing, løsning som på Follobanen med udrenert utforing tettet med pakninger. B: To-lags-betongutforing; drenert utforing med betongsegmenter ytterst og membran og kontakstøpt betong innerst. Ref. [5B] og [8B]. Det kan være lett å hevde at det må gjøres mer undersøkelser av berggrunnen for å få bedre oversikt over geologiske og hydrogeologiske forhold, og generelt er dette riktig og viktig, men for en 23 km lang tunnel med generelt stor overdekning, vil kjerneborhull og seismikk fremstå som nålestikk. En ekstra utfordring i dette prosjektet er flattliggende bergartslag som gjør at det man kan kartlegge i dagen i stor grad vil være irrelevant for det man vil møte på tunnelnivå. Det vil altså uansett mengde 18/22