1 Fjellhallenes utvikling og tilstand fra 1966 til i dag

Transkript

1 Underlag til KU fra Hydro Geo Services AS Jan Erik Sørlie Fjellhallenes utvikling og tilstand fra 1966 til i dag Fjellhallenes miljø- og forurensningssituasjon, har vært påvirket av viktige forandringer for å tilpasse nye krav fra 2000, da Norske Shell AS begynte avviklingen av raffineriet og fjellhallene i Risavika. Tre miljørisikovurderingene er milepeler for de forbedrende tiltakene frem til nå. Det ble i 2009 søkt om å utnytte fjellhallene til deponi for borekaks, se vedlegg (NGI,2009). Siden da har fjellhallene vært kontinuerlig overvåket og rapporten behandler fjellhallene på samme grunnlag som eksisterer i dag. Det skal redegjøres i korthet for tiltakene og deres påvirkning på miljø og forurensningsituasjon. Figuren nedenunder viser tidsskala over fjellhallenes utvikling frem til Risavika Havn er i drift. Historikk over fjellhallene fra 1966 til 2010 Avslutning av råoljelagring i fjellhallene, Norske Shell AS, 2000 I 1966 før råoljelagringen begynte var innlekkasjen, etter ferdigstillelse av fjellhallene 9 til 23 m 3 /døgn. Tømmingen av råoljen fra fjellhallene i 2000, medførte at de er omgitt av innadrettet grunnvann fra alle kanter. Naturlig grunnvannslekkasje til de forskjellige hallene i år 2000 viser i snitt 0,3-6,8 m 3 /døgn som består av noe saltvann og mest ferskvann. Årsaken til denne kraftige reduksjon i innlekkasje, er at råolje og voks er blitt presset inn i de vannførende sprekkene og medførte at fjellhallene er blitt vesentlig tettere etter 35 år med

2 råoljelagring. Voksen/råoljeslam som ikke var pumpbar, lå igjen på bunnen av fjellhallene. Gassproduksjonen av metan og H2S økte og pga. luftlekkasje ned i hallene var det til tider eksplosjonsfare. Boringer viste ingen spredning av olje i det omkringliggende fjellet eller ut til sjøen. Tiltaksbasert miljørisikovurdering av fjellhallene (Risk assessment and risk-based corrective action) Norske Shell AS, Det ble anbefalt å fylle hallene med ferskvann. Dette medførte hydraulisk kontakt til det omkringliggende grunnvannet og mulighet for spredning av forurenset vann fra fjellhallene. Dette bidro også til at gassaktiviteten ble kraftig redusert og eksplosjonsfaren ble eliminert, da luft/oksygen ble presset ut av hallene. Oppløsning av hydrokarboner fra voksen forurenset vannet med BTEX verdier fra 250 til 2900 ug/l, Naftalen til 250 ug/l og alifater til 2160 ug/l. Andre PAH forbindelser var ubetydelige. Grunnvannsmodelleringen beregnet spredningen til strandsonen til vesentlig lavere konsentrasjoner enn akseptverdiene. Det ble ikke registrert hydrokarboner i overvåkingsbrønner i strandsonen. Det er forventet at disse hydrokarbonene, som er oppløst i vann, blir under spredningen i fjellsprekker utsatt for naturlige prosesser som mikrobiologisk nedbrytning, adsorpsjon, diffusjon og fordampning. Det viste seg at gassproduksjonen har avtatt kraftig i de tre indre fjellhallene, men det er fortsatt gassproduksjon i den ytre fjellhallen. Unifob Petroleum Micobiology Section ved UiB ble engasjert og konkluderte med at det med stor sannsynlighet vil være nok sulfat i vannet (fra saltvann som fulgte med råoljelagringen) til at det vil pågå metanproduksjon i lang tid. Overvåking (etter pålegg fra SFT) i tre år etter avsluttet tiltak (frem til nedsprengningsprosjektet startet) Norske Shell AS, Overvåkingen omfattet 21 punkter, hvor de fleste var etablert før oppfyllingstiltaket. Overvåkingspunktene dekket følgende: vanntrykk og vannkjemi i fjellhallene, grunnvannsbrønner for overvåking av grunnvannsnivå, spredning av olje og forurenset vann og inspeksjonskummer for olje/voks spredning. Tre års overvåking av mulig spredning av hydrokarboner viste seg å være vesentlig mindre enn det som var lagt til grunn i miljørisikovurderingen. Naturlige prosesser og tett fjell har bidratt til å eliminere spredningen til resipient. Gassproduksjonen i den ytre fjellhallen er mindre redusert, mens de tre andre fjellhallene er dette betraktelig redusert. Anleggsdriften, miljørisiko og ingeniørgeologisk vurdering, sikkerhetsanalyse, beredskapsplan og overvåking , Risavika Havn Nedsprengningen ble utført i to etapper og bidro til en kraftig reduksjon på det drivende vanntrykket i fjellhallene, fra kote 15 til 2 m, dvs. en faktor på 10. Dette vil, med erfaringene

3 fra spredningen så langt, eliminere mulig spredning fra fjellhallene, selv om havnebassenget (Vågen) nå står kun 15 m fra nærmeste fjellhall. Ingeniørgeologisk var nedsprengningen en utfordring da overdekningen er på 7 til 9 m i henget og avstanden til Vågen var kun 15 m. Imidlertid viste spenningsmålingene relativt høye horisontalspenninger som bidrar med ekstra strekkstyrke i henget over fjellhallene. Det ble videre stilt krav til systematisk sikring med skråbolting over alle 4 fjellhallene. Med nedsprengningen av havnebassenget til kote -15 m, bekreftet de åpne fjellveggene at fjellet var lite oppsprukket og kompetent. Bortsett fra en kortvarig oljelekkasje (ca. 200 l) som var forårsaket av gammel råolje fra en lukket fjellsprekk som Vågen kuttet over (se vedlagte bilde av nedsprengningen). Det ble heller ikke observert vannlekkasje, mens fjellveggen mot fjellhallen stod tørr i 4 mnd. For å sikre en eventuell utadrettet strømning fra fjellhallene til Vågen, ble vannstanden i fjellhallene valgt til en hver tid 0,5 til 1m over vannstanden i Risavika Havn. Dette er for å sikre at sjøvann som inneholder sulfat ikke kommer inn i fjellhallene. Dette er automatisk styrt slik at utpumpet vann går til rensing før utslipp til sjøen og innpumpet vann tas direkte fra den kommunale vannforsyningen. Gassituasjonen forble uforandret under disse arbeidene. Hele det nedsprengt planum ble kontrollert for gasslekkasjer og intet ble registrert. Det var ikke mulig å gjennomføre systematisk overvåking i brønnene i denne perioden pga. den intensive og omfattende anleggsdriften. De fleste overvåkingspunktene ble mer eller mindre ødelagt. Nye og bedre overvåkingspunkter ble etablert og et nytt og automatisert overvåkingssystem ble prosjektert og installert for den nye driftsfasen. Det nye overvåkingsprogrammet og den automatiserte og sentralisert styring av fjellhallene er beskrevet i vedlagte rapport, «Program for miljøovervåking av fjellhallene under drift av havnen». Overvåking av fjellhallene og Vågen Hovedkonklusjonen etter 5 år med overvåking, er at fjellhallene har jevnlig blitt tilført ferskvann/grunnvann som har redusert sulfatinnholdet og dermed mindre gassaktivitet. Hydrokarboninnholdet har kun endret seg svakt da det vil alltid pågå en likevektsutlekking fra voksen så lenge den er i kontakt med vannet i fjellhallene. Det er ikke påvist forurensningslekkasje av hverken fri fase olje eller oppløste hydrokarboner i retning av Risavika. Alle forhold har for øvrig vært stabile og ingen uventede forhold har inntruffet i disse fem årene. Mikrobiologisk testing av oljeholdig borekaks i 2009 Det var nødvendig å kontrollere om deponering av ubehandlet borekaks i fjellhallene ville stimulere mikrobiell aktivitet som kunne føre til produksjon av metan og H2S. Testing av

4 inkubert borekaks på-gikk i 6 mnd. ved Unifab petroleum, Seksjon for mikrobiologi, UIB. De var ikke i stand til å påvise metanogene mikroorganismer i kaksen og har ingen metanproduksjon i kulturer med borekaks og ferskvann. Forsøksrapporten er vedlagt NGI, 2009 rapporten.

5 2 Deponering av miljøstabilisert og solidifisert masse (oljeholdig borekaks) Oljeholdig borekaks er i henhold til Avfallsforskriften klassifisert som farlig avfall. Borekaksen som skal deponeres i fjellhallene vil bli forbehandlet etter STSO-metoden. Det innebærer at sement og bindemidler tilsettes for å stabilisere eventuelle forurensninger og kapsle massene inn i en fast struktur, dvs. at massene solidifiseres til en fast herdet masse. Det pågår fortiden et større pilotforsøk med STSO behandlet borekaks omgitt av vann fra fjellhallene i en container. Eventuell utlekking fra STSO -massen blir overvåket jevnlig og resultater vil etter hvert foreligge. Utlekkingen fra disse massene forventes å bli minimal. Det mikrobiologiske forsøket av ubehandlet oljeholdig borekaks fra 2009 kunne ikke påvise spor av metanogene mikroorganismer. Disse resultatene er mer enn gode nok for STSO behandlet borekaks som i tillegg kapsler inn eventuelle forurensninger. Det er imidlertid meget viktig å kunne påvise at den STSO - behandlede borekaksen, ikke bidrar til mikrobiell aktivitet. Det samme container - opplegget blir derfor også overvåket med testing av de relevante parametere både i vann og headspace. Her vil også resultater foreligge utover høsten. Å fylle opp fjellhallene med STSO masser i en fjellhall vil krev 4 til 5 år. I løpet av denne driftsperioden er det fjellhallens opprinnelige forurensede ferskvann som vil være kilden til eventuell forurensningsspredning. Etter at oppfyllingen er avsluttet vil det sannsynligvis være lite med vann og i så fall helt øverst i fjellhallen og lite tilgjengelig for spredning.

6 3 Forurensning fra fjellhallene, forurenset vann, fri fase olje og gass Etter oppfyllingen av fjellhallene med vann som ble forurenset av utlekking fra voksen (BTEX, PAH (Naftalen) og Alifater) var utlekkingen fra fjellhallene meget liten. Da trykkgradienten over fjellhallene ble fjernet ved nedsprengningen, er eventuell utlekking fra fjellhallene blitt ubetydelig og hallene må betraktes som nærmest tette. Denne situasjonen gjelder i driftsperioden frem til fjellhallen er fylt opp med STSO-masse. Deretter i etterdriftstiden med sannsynligvis små mengder med vann helt øverst i fjellhallen, vil ikke spredningsmulighetene være tilstede. Utviklingen av gassene metan og hydrogensulfid har etter nedsprengningen avtatt. Under driften blir vannmengdene gradvis utskiftet med STSO-masser og tilgangen på sulfat via vannet til voksen i henget vil gradvis forsvinne og gassutviklingen vil også gradvis forsvinne. Under driften vil nuværende overvåking fortsette stort sett som nå. Overvåkingen i etterdriftstiden vil bli avklaret underveis, avhengig av de erfaringer man får under oppfyllingen av den første fjellhallen. Nå ser man ikke behovet for eventuelle avbøtende tiltak, dette v men det blir også eventuelt avklaret under driftsfasen.

7 4 Hydrogeologiske og ingeniørgeologiske forhold Hele Risavika Havn er et 10 til 20 m nedsprengt område, hvor oppsprukket og forvitret dagfjell er fjernet. Fjellet er i dag fast og kompetent og det er ingen store eller markante svakhetssoner i fjellhallområdet. Det er flere steder oppsprukket, men sprekkene er små og lite sammenhengende. Nedsprengningen for havnebassenget bekreftet dette, da fjellveggen sto tørr i flere måneder med oppfylt fjellhall på innsiden. Bergarten består av mica gneis, mica schist, amfibolitt, kvartsitt og noe marmor. Bergartene er stabilitetsmessig stabile med Q-verdier mellom 15 og 40. Alle fjellhallene ble i sin tid sikret med fjellbolter i henget. Det er ikke kjent hvilken tilstand boltene er i dag. Nedsprengning til kote 2, ga en overdekning på 7 til 9 m over fjellhallene som er 17 m brede. Avstanden mellom ytre fjellhall og nedsprengningen for kaia er 15 m. Dette er minimumsverdier og spenningsmodelleringen krevde at både henget og avstanden mellom ytre fjellhall og kaikanten ble forsterket med bolting. Spenningsmålingene viste relativt høye horisontalspenninger som bidrar med ekstra strekkstyrke i henget over fjellhallene og ut mot kaia. Stabiliteten er derfor tilfredsstillende. Fjellhallene vil kunne tåle blokkinnfall pga. boltingen (boltet fra både over- og undersiden) samt ekstra strekkstyrke. Fjellhallene er nå 50 år. Råoljelagringen pågikk i ca. 35 år og havnedriften har pågått i 5 år uten problemer. Fjellhallene har ikke vært inspisert siden de ble stengt for råoljelagringen.

8 5 Havnivå og klimaendring Havnedekket i Risavika Havn er på kote 2,20 m i kaikanten og stiger med 2 %. Fjellhallene er mettet med ferskvann og vanntrykket i fjellhallene styres automatisk slik at man alltid har et overtrykk i forhold til vannstanden i havnebassenget. Dette er meget viktig slik at man med sikkerhet, unngår inntrengning av saltvann som inneholder SO4. Basert på observasjoner og statistikk siden 1987 foreligger følgende relevante havnivå data for Stavanger: 1,25 m - Høyvann med 1000 års gjentaksintervall 1,16 m - Høyvann med 200 års gjentaksintervall som også er høyeste observerte havnivå - ( ) 0,43 m - Høyeste astronomiske tidevann På tidlig 90- tallet var det flere år med meget høy stormflo og ekstremvær. Det samme var tilfellet på tidlig sytti-tallet (ikke registrert digitalt). Stavangerregionens kontor har, etter innhentet informasjon, ikke forandret høydene på kaiene og ha heller ingen planer om å gjøre det. Når det gjelder fremtidig økning av havnivået pga. klimaendringer foreligger det lokale beregninger for Norge, ref. Kartverket 2012, en mulig netto økning på 30 cm for Stavanger frem til år 2100, i motsetning til ICPP tidligere globale beregninger til 130 cm. Kainivået i Risavika Havn ligger med en frihøyde på 0.95 m over høyvann med 1000 års gjentaksinntervall som er betryggende. Når fjellhallen er fylt med STSO behandlet borekaks vil fjellhallenes situasjon med forurenset vann og generering av gass være avviklet og ekstreme havnivåer vil ikke lenger være en miljøtrussel.

9 6 Effekt av jordskjelv på fjellhallene i Risavika havn De siste 50 årene har det vært bygget mange fjellhaller og spesielt i områder hvor de seismiske aktivitetene er vesentlig større enn i Norge. Det dreier seg om fjellhaller til lagring av olje, radioaktivt avfall, vann, kraftstasjoner, tilfluktsrom, militære formål og kjøpesentre ofte kombinert med undergrunnsbaner. Fjellhaller ansees som sikre og trygge mot kollaps og skader fra jordskjelv. De seismiske bevegelser nede i fjellet er små sammenlignet med fjelloverflaten og spesielt på løsmasser, hvor bløt leire er ugunstigst. Fjellhallene ligger i en seismisk sone (sydvest sonen av Norge) med spissverdi for berggrunnens akselerasjon lik 0,5 m/s 2 som er klassifisert som lav hasardiøs, som er nest lavest av seks klasser. Generelt sies det at jordskjelvseffekten i en fjellhall er1/4 til 1/3 av effekten på overflaten. Dette forutsetter at fjellkvaliteten er god, dvs. fast og homogent fjell og ikke dagfjell, uten forkastingssoner eller gjennomgående store sprekker. Det er spesielt henget (portalen) som er mest utsatt for skader i en fjellhall. Det forutsetter også at sprengningsarbeidene er utført av en erfaren entreprenør. Fjellhallene i Risavika ble utført av Astrup og Aubert AS, som sannsynligvis var en av de mest erfarne entreprenørene i Norge den gang. Deres «as built» rapport «Construction of m 3 underground crude oil storage for Shell-Raffineriet, Sola. A/S Norske Shell, Aug. 65 til Sept. 67», er av meget høy standard. Fjelloverdekningen består av friskt fjell, da terrenget er sprengt ned 10 til 15 m og det er ingen forkastningssoner eller andre hoved- sprekker. Det har imidlertid vært sprekker i henget med fare for blokkfall, som medførte at et omfattende boltsikringsarbeide ble det satt i gang under byggingen ( ). Etter nedsprengningen til nivå for containerhavnen, ble som en ekstra sikkerhet, skråbolter systematisk gyset inn skråbolter i henget på alle fire fjellhallene ( ). Jordskjelvsregistreringer i området har vist utallige små jordskjelv etter at fjellhallene var bygget i Intet tyder på at det har skadet fjellhallene, men det kan heller ikke kontrolleres. Etter nedsprengningen og sprengningen av Vågen ligger hallene i dag vesentlig nærmere overflaten og med mindre overdekning enn noen gang tidligere. Dette vil øke sannsynligheten for at jordskjelv kan skade henget. I dag er fjellhallene fylt med vann og et lite overtrykk opprettholdes i fjellhallene. Vokslaget, (1-3 m tykt og 5 % lettere enn vann) ligger pga. oppdriften, klistret oppunder henget. Når den STSO behandlede massen pumpes inn i fjellhallene vil de bli fylt opp fra bunnen og vil erstatte vannet helt opp til voksen. Hvis man finner en løsning på å fjerne voksen vil STSO massen kunne fylles helt opp og understøtte henget direkte. Hvis voksen ikke fjernes vil det allikevel være etablert et fast underlag under voksen som vil gjøre det mulig å kunne reparere eventuelle skader i henget.

10 7 Deponering av borekaks i forhold til radioaktivitet Borekaksen som er benyttet til diverse testing og sementstabiliseringen er også testet for radioaktivitet. Det viser seg at 226 Ra (radium)og 228 Th (thorium), 232 Th er ikke påvist, inneholder henholdsvis 21,7 Bq/kg og 16,8 Bq/kg. Typiske verdier for sedimentære bergarter (som i Nordsjøen) er fra 2 til 60 Bq/kg for radium og 0,5 til 40 Bq/kg for thorium. Bergarten i Risavika Havn og i fjellhallene er gneis som inneholder 25 til 130 Bq/kg radium og 20 til 80 Bq/kg Thorium. Når borekaksen er deponert som STSO behandlet masse vil den være en fast og herdet masse. Utlekking av radongass vil bli begrenset til diffusjon da massene ikke inneholder sprekker eller strukturelle svakheter. Moderfjellet som består av gneisbergarter inneholder sprekker som vil bidra til en lettere utlekking av radongass. På dette grunnlaget vil de deponerte miljøstabilisert og solidifiserte massene bidra minimalt med radongass i forhold til stedets gneisbergarter. Referanser Eurokode 8 (2014): Prosjektering av konstruksjoner for seismisk påvirkning. Samling av nasjonale tillegg (NA). Masanori, H (2009): Engineering for Earthquake Disaster Mitigation. Goel, R.K. et al (2010): Underground infrastructures: Planning, Design, and Construction.