FORORD. Konstruksjonen som ble brukt er utviklet ved SINTEF/NTNU og er produsert ved Fellesverkstedet (NTNU).

Transkript

1

2

3 FORORD Arbeidet med utvikling av georadarutstyr for måling i tunneler ble utført som en del av det Strategiske Institutt Progammet (SIP) som heter Future Rehabilitation Strategies for Physical Infrastructure. Prosjektet er finansiert av Norges forskningsråd over tre år ( ). Les mer om prosjektet på Selve undersøkelsene som er utført er finansiert av Statens vegvesen Region midt og Region sør. Kontaktperson i Region midt har vært Ine Gressetvold og det var hun som opprinnelig kontaktet SINTEF med spørsmålet om georadar kunne benyttes til dette formålet. Konstruksjonen som ble brukt er utviklet ved SINTEF/NTNU og er produsert ved Fellesverkstedet (NTNU).

4 2 1 Bakgrunn Etter rasulykken i Hanekleiva i jula 2006 (Figur 1) ble det bestemt at fjellet som er skjult av frostsikringshvel skulle inspiseres i alle tunneler i Norge. Disse hvelvene er stort sett prefabrikkert i armert betong og montert med varierende avstand til fjellet (0 2 meter). Dessverre ble det ikke tatt hensyn til inspeksjonsbehov da hvelvene ble montert slik at det ikke ble montert tilstrekkelig antall inspeksjonsluker. Avstanden mellom innsiden av hvelvet og fjellsiden er stort sett ikke kjent. Figur 1 Ras i Hanekleiva tunnel (Foto: Jarle Skoglund) Inspeksjon av fjell på baksiden av hvelv er en tøff oppgave og det er klare HMS-utfordringer med dette. Det er derfor viktig at lukene blir plassert slik at arbeidsforholdene blir best mulig og at størst mulig areal kan undersøkes når en først er inne. Den tradisjonelle metoden for å finne ut hvor lukene skal plasseres er prøveboringer. Dette er forholdsvis kostbart og gir ulemper for trafikantene siden tunnelen må stenges mens arbeidet utføres. Det er også vanskelig å danne seg et helhetlig bilde av avstanden ut fra et begrenset antall punkt. Georadar har ikke vært brukt til dette formålet tidligere.

5 3 2 Prinsipp for georadar Georadar er et utstyr som brukes til undersøkelse av undergrunnen. Den sender ut radiobølger i frekvensområdet 100 MHz 2GHz og registrer reflekterte signaler av objekter og materialendringer. En radiobølge blir reflektert når det er kontrastegenskaper i forhold til bakken. Ekkostyrken avhenger av dielektrisitetskonstanten ε. Vann, metall og leire gir gode ekkoer på grunn av ledningsevnen som er høy. Imidlertid dempes radiobølgene sterkt i bakken. I fravær av leire er dybdeundersøkelsen ca. 3 m. Figur 2 viser oppsettet for en stor antenne som i prinsippet er likt den lille antennen bortsett fra antall kanaler. Figur 3 viser et tverrsnitt av selve antennen. Figur 2 Prinsippskisse av georadaroppsett for stor antenne

6 4 Figur 3 Tverrprofil Utstyret er utviklet av det Trondheimsbaserte firmaet 3d-radar AS som startet med et konsept utviklet ved NTNU som del av et PhD-studium.

7 5 3 Utviklingsarbeid Siden betongelementene er tett armert er det viktig å komme nært inntil veggen. Dette gir radarbølgene bedre mulighet til å trenge gjennom åpningene i armeringsnettet. Det var derfor nødvendig at antennen fulgte veggen tett ved hjelp av hjul som rullet på veggen. Ved hjelp av Fellesverkstedet ved NTNU ble det laget en leddet arm som ble festet i rammen som vi allerede hadde laget for vanlig bruk av georadar. Vi kjøpte også inn en egen antenne som er vesentlig kortere enn den vanlige antennen for vegformål (se figur 4). Figur 4 Antenne montert på ny arm i bruk i Svølgjatunnelen For å kunne manøvrere rundt skilt og andre hindringer monterte vi en elektrisk vinsj og flere tau. Med litt forsiktig kjøring var det mulig å holde jevn høyde langs veggen og måle md 4 5 km/t hvis det ikke var hindringer. Alle tunnelene ble undersøkt i løpet av noen timer hver. Siden HMS-kravene for arbeid i tunnel krever stenging eller trafikkdirigering med ledebil er det en fordel at arbeidet kan utføres relativt raskt slik at ikke trafikken hindres unødig.

8 6 4 Resultater fra utførte undersøkelser 4.1 Undersøkte tunneler En rekke tunneler er undersøkt med godt resultat. De undersøkte tunnelene er opplistet i tabell 1. Tabell 1 Undersøkte tunneler Tunnel Veg Fylke Kontaktperson Hitra Rv 714 Sør-Trøndelag Hell Ev 6 Nord-Trøndelag Grillstadhaugen Ev 6 Sør-Trøndelag Svølgja Rv 30 Sør-Trøndelag Ine Louise Gressetvold Være Ev 6 Sør-Trøndelag Håggå Ev 6 Sør-Trøndelag Brattli Ev 6 Sør-Trøndelag Brattås Ev 18 Telemark Hove Ev 18 Telemark Audun Langelid Steinbrekka Ev 18 Telemark Blindheim Ev 39 Møre og Romsdal Furnes Rv 61 Møre og Romsdal Ine Louise Gressetvold Skuggen Ev 136 Møre og Romsdal For alle disse tunnelene (unntatt 1, Væretunnelen, se kap 4.2) var det relativt enkelt å finne fjelloverflaten og baksiden av hvelvet. Siden permitiviteten (ε) er konstant for luft kan avstanden beregnes med god nøyaktighet. Den målte avstanden varierte fra 0 cm (kontakt) til over 1 m. Det ble målt i to høyder på begge sider av vegen (figur 5) m/1,5m m/2,5m Figur 5 Plassering av målestriper

9 7 Den nederste stripen er målt der lukene skal plasseres og den høyeste er målt litt over hodehøyde for å kunne klatre opp å inspisere fjellet i overkant. 4.2 Det spesielle tilfellet med Væretunnelen Den andre tunnelen som ble undersøkt var Væretunnelen (E6 øst for Trondheim). Til vår overraskelse viste det seg at det ikke var mulig å tolke signalene fra denne tunnelen. Det var ingen klare reflekser og signalene bare døde ut. Ved nærmere etterforskning viste det seg at hvelvene her var bygd i lettbetong med Leca-kuler som tilslag. Vår teori er at denne blandingen med leca-kuler med veldig lav densitet og mørtel med høy densitet diffunderer strålene slik at det ikke blir mulig å tolke refleksene. Heldigvis er denne typen hvelv svært uvanlig i Norge slik at det bare vil være noen få tunneler der dette problemet vil oppstå. 4.3 Pilotforsøk for å finne løst materiale i kontakt med hvelvet Selv om det har vært nyttig å kartlegge hulrommet er det fortsatt nødvendig å gjennomføre en manuell inspeksjon av fjelloverflaten. Hvis det var mulig å detektere løse steiner og materiale som ligger oppe på taket kunne bruke georadaren til å avdekke områder som er spesielt viktig å undersøke. For å undersøke om radaren kunne brukes til et slikt formål gjorde vi en innledende undersøkelse ved å henge opp noen sandsekker på innsiden av hvelvet i Grillstadhaugen tunnel (E6 i Trondheim). Figur 6 viser sekkene plassert på innsiden av veggen. Sekkene er av plast og fylt med fuktig knust fjell. Hver sekk veier ca kg. Figur 6 Plassering av sandsekker

10 8 Figur 7 Tolkning av pilotforsøk Som vist på figur 7 er det mulig å finne igjen sandsekkene på bildet, vist med den røde parabelen. Skjøtene mellom de ulike elementene kommer også klart fram. Imidlertid må det bemerkes at vi i dette tilfellet visste hvor sekkene var slik at vi kunne konsentrere analysen om akkurat dette området. Det gjenstår en del arbeid før en kan si noe om hvor store objektene må være for at vi med rimelig sikkerhet kan regne med å finne dem uten noen annen informasjon.

11 9 5 Planer for videre arbeid Utstyret har fungert meget bra til det formålet vi har tenkt og en rekke tunneler har blitt undersøkt og gode plasseringer av inspeksjonsluker er funnet. I enkelte tunneler er det vanskelig å få gjennomført en manuell inspeksjon fordi det rett og slett er for liten plass til å klatre på innsiden på en sikker måte. For disse tunnelene mener vi det kan være fornuftig å bruke en georadar til å lete etter stein som ligger oppe på hvelvet. Slike løse steiner som har falt ned vil være et faresignal om at fjellet er ustabilt og at det her må undersøkes nærmere. Gjennom et pilotforsøk har vi vist at utstyret er godt egnet til å finne materiale som ligger i kontakt med hvelvet. Før vi kan gjennomføre slike undersøkelser er vi nødt til å utvikle utstyret videre for å kunne undersøke taket i tunnelen og ikke bare veggene som dagens utstyr passer til. Dette kan gjøres relativt enkelt ved hjelp av en selvgående lift av typen som vist i Figur 8, Kostnadene for å leie en slik lift er beskjedne og det finnes mulighet for å leie slikt utstyr over nesten hele landet. Figur 8 Selvgående sakselift som kan brukes til undersøkelse av tak i tunneler

12 10 6 Konklusjoner Følgende konklusjoner kan trekkes ut fra de gjennomførte undersøkelsene: Utstyret har vist seg å være pålitelig og nyttig for å bestemme avstand mellom innsiden av hvelvene og fjelloverflaten. For hvelv med lettbetong med Leca som tilslag ser det ut som om metoden ikke kan brukes Det er mulig å finne gjenstander som er i kontakt med hvelvet som en stein som har falt ned fra taket Det trengs litt tilpassningsarbeid før en kan gå videre med undersøkelser av taket i tunnelene, men konseptet er trolig klart. Det trengs erfaring med undersøkelser av materiale i kontakt med hvelv før en kan si noe om hvor sikkert en kan oppdage slikt materiale. Gjennom det utviklingsarbeidet som er utført mht bruk av georader i det strategiske prosjektet Future Rehabilitation Strategies for Physical Infrastructure synes dette å kunne være et anvendelig ustyr for tilstandsundersøkelser av ulike infrastrukturer som ligger i undergrunnen. Dette gjelder veger, jernbanestrekninger, vann- og avløpsledninger og kabler, samt andre konstruksjoner som blant annet kulverter. Det gjenstår imidlertid noe utviklingsarbeide før utstyret kan anvendes på en optimal måte for alle disse.