Kontaktstøp med membran som vann- og frostsikringskonsept. Sivilingeniør Morten Knudsmoen, Norconsult AS Teknologidagene, Trondheim 2015.

Transkript

1 Kontaktstøp med membran som vann- og frostsikringskonsept Sivilingeniør Morten Knudsmoen, Norconsult AS Teknologidagene, Trondheim 2015.

2 Innhold Bakgrunn o Vann- og frostsikring i norske trafikktunneler o Godkjente løsninger i dagens regelverk o Driftserfaringer/Vedlikehold (eller mangel på slik) Moderne vegtunneler (MVT) Valg av V/F-metode for jernbanetunnelene i Fellesprosjektet E6 - Db RAM- og risikovurdering av V/F-løsninger i Jernbaneverket LCC-analyse (levetidskostnader) av V/F-løsninger i Trafikverket V/F-sikring utenfor Norden (Sveits - Tyskland) Konseptet fra Fellesprosjektet Dovrebanen - E6

3 Bakgrunn Vedlikeholdskostnader Skade på teknisk utstyr Oppetid Levetid konstruksjoner og teknisk utstyr

4 Godkjente metoder i dag (Norge) Statens vegvesen: Ref.: Håndbok N500/NA-rundskriv 04/20

5 Utvikling av V/F-løsninger i vegtunneler PE- skum 1984 (Vålerenga, Fløyfjellet) PE-skum med brannsikring "Ekeberghvelv" 1995 Fra punktvis til full dekning Betongelementer i hele tverrsnittet i høytrafikktunneler (klasse D og E) Begrenset erfaring med full utstøping: o Festningstunnelen (uten membran) o Kleivene (membran) o Portaler

6 Godkjente metoder i dag Jernbaneverket: Ref.: Jernbaneverkets tekniske regelverk, JD521 Tunneler,

7 JBV har ca. 700 tunneler, 53 lenger enn 1 km. Liste over ferdigstilte tunneler de siste 25 år med valgt VF-metode:

8 JBV Driftserfaringer fra eksisterende tunneler (driftsleder): Dette gjelder tunneler som Romeriksporten, Askertunnelene og Bærumstunnelen

9 Moderne vegtunneler, Strategi for bygging av nye vegtunneler. Grunnlagsdokument. Rapport nr. 130: Norske vegtunneler skal i fremtiden dimensjoneres for 100 års levetid når det gjelder selve tunnelbergsikringskonstruksjonen Tunnelene skal ikke være utvidet for inspeksjons-mulighet mellom berget og vann- og frostsikringen Middels/høy- og høytrafikkerte tunneler skal støpes ut i hele tunnelens lengde for minimalt vedlikeholdsbehov og høy grad av oppetid. Bruk av større tunneltverrsnitt i noen tunnelklasser for økt trafikksikkerhet og enhetlig tunnelprofil.

10 Moderne vegtunneler Berget skal sikres som før med 100 års levetid. Berget er det bærende element Ny vann- og frostsikring ved uarmert utstøpning med membran foreslås i programmet av SVV for høytrafikkerte veitunneler med ÅDT > 4000 Jernbanetunneler som høytrafikkerte tunneler? Løsninger med kontaktstøp og membran er brukt i over 30 år i Sveits og Europa

11 Valg av V/F-metode for jernbanetunnelene i Fellesprosjektet E6 - Dovrebanen - Resultat av evaluering for byggeplan i Alternativ Alternativ 4 Helstøpt tunnelhvelv, vanntett membran Alternativ 2 Hvelv av betongelementer Alternativ 1 Hvelv av PE-skum brannbeskyttet med armert sprøytebetong Alternativ 3 Hvelv av sprøytemembran dekket med sprøytebetong Overall score Vekting Kriterium 6 Kvalitet 6 Vedlikehold 6 Oppetid 6 Vanntetthet 6 Levetid 6 Brann 6 SHA/YM 4 Byggekostnad 5 Driftskostnader 3 Byggetid 6 Drenerende egenskaper

12 RAMS-analyse JBV Teknologi, mai - juni ) Alternativ 1, Full utstøping fremstår som den totalt sett mest pålitelige løsningen med hensyn til pålitelighet, vedlikeholdbarhet og sikkerhet. Alternativ 2, Betongelementer har flere komponenter som kan feile, og det må påregnes et visst behov for tilsyn og utskifting i løpet av levetiden til systemet. Alternativ 3, PE-skum med sprøytebetong fremstår som den løsningen som det totalt er knyttet mest usikkerhet til Løsningen vil kreve tilsyn og systematisk vedlikehold i driftsfasen. Alternativ 4, Sprøytbar membran har sine begrensninger i bruk i tunneler med hvor det er svært mye frost, og i tunneler med mange og store innlekkasjer 1) RAM- og risikovurdering. Vann- og frostsikringsløsninger. Høringsutgave, JBV

13 Kostnader og levetidsbetraktninger Tabell fra RAM- og risikovurdering. Vann- og frostsikringsløsninger. Høringsutgave, JBV Alternativ Levetid Investeringskostnader [kr/m2] 1 Full utstøpning 2 Betongelementhvelv 80 års levetid + God betongkvalitet med lang levetid. PE- eller PP-membran bør benyttes 80 års levetid - Kan oppnå teknisk levetid på 80 år under forutsetning at løsningen er montert riktig. Krever inspeksjon for å overvåke løsningen. Miljøet bak hvelvet har betydning (uten rigg) (uten rigg)1 Vedlikeholdskostnader [kr/lm] 2 x kostnad nyanlegg2 3 PE-skum + Sprøytebetong 4 Sprøytbar membran års levetid Løsningen antas i utgangspunktet å ha en levetid på ca. 50 år. Levetiden kan økes opp mot teknisk levetid på 80 år, men dette krever tiltak i form av: Bruk av rustfrie bolter Økt sprøytebetongtykkelse Vedlikehold av delområder som svekkes under drift må påregnes 80 års levetid - Komponentene som inngår i membranløsningen har i utgangspunktet en levetid som tilfredsstiller kravet om 80 år teknisk levetid. Dette under forutsetning av riktig montasje. Vedlikehold på punktlekkasjer i drift må påregnes (uten rigg) 1 2 x kostnad nyanlegg (uten rigg) 1 1,2 x kostnad nyanlegg2

14 Vann- og frostsikring LCC-analyser för vattenavlednings- og bergförstärkningssystem, BeFo-rapport 131, Stockholm ) : 1. Drensmatter, dekningsgrad 50 % 2. Tunnelduk med sprøytebetong (sprøytebetonghvelv) 3. Sprøytebetong med kanalnett som drenering 4. Uarmert kontaktstøpt hvelv med membran, drenert (basert på Ulvintunnelen) 5. Udrenert kontaktstøp med membran. Armert betonghvelv. 1): Stiftelsen Bergteknisk Forskning

15 Vann- og frostsikring LCC-analyse Rapport utført av Norconsults Göteborgskontor for Trafikverket, desember Sammenligning av tre metoder: Insprutade dräner (PE-skum på knøl) Nedpendlad inklädnad (kombinasjon betongelement/peskum med brannsikring) Motgjuten dränerad inklädnad (drenert kontaktstøp m/membran)

16 Vann- og frostsikring Inklädnadskoncept för väg- och järnvägstunnlar 1) Kalkulasjonsrente benyttet av Trafikverket, 3 % Tilsvarende fra Samferdselsdepartementet, 7 % (2011) - 4,5 % (2014) 1) Rapport til Trafikverket fra Norconsult AB (Göteborg),

17 V/F-sikring utenfor Norden - Sveits Naxberg tunnel. Ulykke med betongelementhvelv

18 V/F-sikring utenfor Norden - Tyskland VDE 8 Ebensfeldt - Erfurt. I alt 22 tunneler på strekningen. Varierende bergforhold. Kontaktstøp tilpasset forholdene (hovedsakelig armert)

19 V/F-sikring utenfor Norden - Tyske anbefalinger for uarmert støp 1), 2) Forutsetter "solid berg" i ekvilibrium før støp av hvelv Hvelvstøp tjener primært til å sikre installasjoner og bæring av forsegling (membran) Minimum tykkelse armert hvelv: 35 cm Uarmert hvelv: 30cm 1) German Committee for Underground Construction (DAUB) Working Group for Unreinforced Tunnel Inner Linings April 24th, ) New German recommendations for geomembrane sealings systems in tunnel construction, Brummermann, Saathoff, Shlütter

20 Konseptet kontaktstøp med membran Dovrebanen Dim. hastighet 200 km/t Innvendig tverrsnitt 97 m 2 Sprengningstversnitt 125 m 2

21 Tunneltverrsnitt Minimum betongtykkelse 30 cm (teoretisk) Avretting utenpå bergsikringen med uarmert sprøytebetong t min= 50 mm, tilslag D maks = 4 mm. Membran PE/TPO, t = 2 mm Fiberduk som avretting/drenssjikt minimum 900 g/m 2, (polypropylen eller HDPE)

22 Krav til avjevning før montering av fiberduk og membran i henhold til leverandørens krav: Krumningsradius 200 mm Avstand mellom høy- og lavpunkter minst 5 : 1 (10 : 1) Bolteender dekkes med min. 50 mm sprøytebetong

23 Betongspesifikasjon Ulvintunnelen Konstruksjonsfasthet B35 (ved 90 dager) iht NS-EN Bestandighetsklasse MF45 Tilsetning av flyveaske inntil 35 % av bindemiddelinnholdet PP-fiber 2 kg/m 3 betong (brannsikkerhet/motvirker avskalling ved brann) Flytting av støpeform ved betongfasthet ca. 3 MPa etter timer (entreprenørens ansvar) All produksjon av betong foregår på anlegget med tilslag fra stedlig tunnelstein (kortreist betong)

24 Støpehastighet Ulvintunnelen : 12m støpeseksjoner, én støp pr dag, 60 m/uke

25 Uarmert betong - hva har Pantheon I Roma med saken å gjøre? Nesten to tusen år etter den sto ferdig i år 126 AD er Pantheons kuppel fortsatt verdens største uarmerte betongkuppel med sin diameter på 43 meter. Bilder: Wikipedia

26 Sammenligning av levetid uarmert/armert betong Smestadtunnelen, betongtunnel åpnet i 1983, gjennomgår nå, etter 32 år en fullstendig renovering Fravær av armering som ruster og tilsetning av pozzolaner (vulkansk aske/flyveaske) medfører at uarmert betong kan oppnå svært lang levetid uten behov for vedlikehold og utbedring, Bilder: Statens vegvesen