Innherred Samkommune. Konsekvensutredning for Tromsdalen kalksteindagbrudd. Grotter og sprengningsvibrasjoner

Transkript

1 Innherred Samkommune Konsekvensutredning for Tromsdalen kalksteindagbrudd Grotter og sprengningsvibrasjoner

2 Innhold 1 Innledning 2 Bakgrunn 3 Beskrivelse av Kvernhusbekkgrottene 4 Vibrasjonsmålinger utført av Verdalskalk AS 5 Dagens sprengningsopplegg 6 Fastsetting av grenseverdier 7 Sprengningsopplegg nær grottene.

3 Sammendrag På bakgrunn av anbefalte grenseverdier for tunneler og bergrom, erfaringer med sprengningsarbeider nær trafikkerte tunneler er det i denne rapporten forsøkt og komme fram til anbefalte verdier for kalksteinsgrottene i Verdalen. Det er også innhentet anbefalinger fra en utenlandsk grotte som riktignok har langt lavere grenseverdier enn anbefalt i denne rapporten pga store forekomster av stalakitter. Uansett hvilke grenseverdier som settes er det også pekt på at man kan sprenge forholdsvis nærme grottene under forutsetning av at man endrer dagens sprengningsopplegg for å redusere rystelsene for å holde de under gitte grenseverdier. Drammen Jan Mehren Daglig leder Nexconsult AS

4 1 Innledning Nexconsult AS har fra Innherred Samkommune fått i oppdrag og utrede konsekvensene for nærliggende kalksteinsgrotter fra sprengningsvibrasjoner i forbindelse med en eventuell framtidig utvidelse av gruvene ved Verdalskalk AS. Det viktigste med utredningen er følgende: 1 Beregning av framtidig vibrasjonsnivå på grottene 2 Vurdering av tillatte vibrasjoner for å unngå skade på grottene 3 Forslag til evt. sprengningsteknisk utførelse nær grottene. Denne rapporten ser kun på det vibrasjonsmessige og sprengningstekniske aspektet ved å sprenge forholdsvis nær kalksteinsgrottene i Verdalen. 2 Bakgrunn Innherred Samkommune er i gang med ny kommunedelplan for Tromsdalen i Verdal Kommune. Målsettingen med planarbeidet er i følge planprogrammet: «å avklare langsiktige arealmessige utfordringer knyttet til utnytting av berggrunnsressursene, øvrik bruk av Tromsdalen som område, og legge føringer for hvordan en på best mulig måte skal håndtere disse.» I den nye kommunedelplanen er fremtidige områder for bruddet tegnet inn, og deler av dette kommer meget nær noen kalksteinsgrotter som det finnes en del av i området. Nærmeste grotte, Kvernhusbekkgrotta øst, vil etter planen ligge ca 20 m bra fremtidig bruddkant.

5 3 Beskrivelse av Kvernhusbekkgrottene. Fra «Kalkgrottene i Verdal», oppdatert november 2006 av Trond Rian, Verdal Kommune finnes følgende om grottene i Verdalen, spesielt Kvernhusbekkgrotta som vil ligge nærmest framtidig dagbrudd. Beliggenheten er vist på flyfoto: Fyllitt dagbrudd Nåværende dagbrudd Den vestre Kvernhusbekkgrotta vil komme ca 150 m fra fremtidig dagbrudd mens den østre vil ligge ca 20 m bra bruddkanten. Dette vil således bli den absolutt nærmeste grotta til de fremtidige bruddene og som vil være dimensjonerende for et fremtidig sprengningsopplegg. «Kalkgrottene i Verdalen» beskriver Kvernhusbekkgrotta til å være i kategori 1 og 2, og at den er ca 50 m lang. At grotta er i kategori 1 vil si at den har vitenskapelig verdi og kategori 2 at den har estetisk/naturopplevelsesverdi for almenhet evt. organisert turisme. Dette ihht definisjoner fra Lauritsen (1991) Norsk Geografisk tidsskr. vol 45, s

6 Kart over Kvernhusbekkgrottene: Det er 2 grotter i Kvernhusbekken, i denne rapporten kalt østre og vestre Kvernhusbekkgrotte. Vestre grotte ligger der Kvernhusbekken møter Trongdøla og den østre grotta ligger ca 500 m fra veien gjennom Tromsdalen. Vestre Kvernhusbekkgrotta Østre Kvernhusbekkgrotta Dagens situasjon ved sprengning i nordre del av bruddet Vestre grotte Østre grotte Vestre grotte ligger i dag ca 320 m fra nordre del av sprengningsarbeidene mens tilsvarende er det ca 600 m til den østre grotta.

7 Ved befaring i grottene er det funnet noe dryppstein med ca 2,5 cm størrelse. Disse er forholdsvis store i diameter og ser ikke ut til å være sensitive mot vibrasjoner, se bildet: Like innenfor åpningen til grotta er det et parti med løse blokker i taket, se bilde: Disse kan være utsatt i forbindelse med vibrasjoner fra sprengningsarbeider.

8 4 Vibrasjonsmålinger utført av Verdalskalk AS Verdalskalk AS har utplassert 1 stk vibrasjonsmåler på Tromsdalsgården som er nærmeste nabo til bruddet. Denne har stått ute siden januar 2011 og samtlige salver etter dette er registrert i en egen database administrert av Nitro Consult AS. Ved befaring i området snakket vi med huseier som fortalte at bygget er fundamentert på ett tynt avrettingslag over berg. Sensoren som benyttes er ihht. Norsk Standard NS 8141 «Vibrasjoner og støt. Måling av svingehastighet og beregning av veiledende grenseverdier for å unngå skade på byggverk». 2. utgave 2001 Samtlige registreringer utført i 2011 er vist på vedlagte plott. I følge kartet hvor salvene er markert med rødt lå disse ca 130 m fra Tromsdalsgården og med maks registrering på ca. 9,0 mm/s. Det ligger mange utslag rundt 1 2 mm/s, og disse kommer sannsynligvis fra området kalt VB02 VB36. Avstanden til disse er på ca 450 m. Målepunktet markert med rød ring. Festet på nordøstre hjørne Av grunnmur.

9 Vibrasjonsmålinger utført første halvår 2012: I følge kartet hvor salvene er markert med rødt lå disse ca 130 m fra Tromsdalen gård og med en maks registrering på 10,3 mm/s. En god del registreringer ligger på 0,5 til 0,8 mm/s og stammer sannsynligvis fra området markert VBa, og avstanden her er ca 560 m. I september 2012 ble det målt vibrasjoner ved den østre grotta med triaksiell sensor fra to forskjellige salver i nordre del av bruddet. Salvene var ca 600 m fra grotta. Maksimale registreringer ble: 0,58 mm/s i vertikal retning, 0,515 mm/s i longitudinell retning og 0,395 mm/s i transversell retning.

10 5 Dagens sprengningsopplegg I følge opplysninger fra utførende bergsprenger i Verdalskalk, foregår så å si all sprengning med tilnærmet like salver med hensyn på geometri, volum og sprengstoffmengder. Det benyttes pallhøyder på ca 12 m, borediameter er 3 ½» og det lades med emulsjonssprengstoff med en spesifikk ladningsmengde på 0,36 kg/m3. Tennsystemet er Nonel med etthulls-tenning, dette vil si at det kun er ett hull pr intervall. Ladningsmengden bli følgelig ca 70 kg/intervall, og denne opplysningen er viktig med tanke på beregningene av vibrasjonsforplantningen på stedet og ved evt forslag til sprengningsopplegg ved sprengning nær konstruksjoner eller grotter. Bormønstret er oppgitt til å være ca 3 x 5 m. Dette varierer noe på forskjellige steder i bruddet. 6 Fastsetting av grenseverdier Vi har ikke kjennskap til om tilsvarende problematikk andre steder i Norge, men vi har fått noen opplysninger fra Østerrike hvor det er sprengning i nærheten av kalksteinsgrotter og hvor anbefalt grenseverdi er satt til 5,0 mm/s. Dette grunnet at grotten inneholder de største stalakittene og stalakmittene i Østerrike. Dette er et meget strengt krav, og overført til Verdalen tilsier dette at man med dagens sprengningsopplegg ikke kan sprenge nærmere enn ca 200 m med mindre man gjør endringer i sprengningsopplegget som nevnt i kap. 7. Kravet i Østerrike er som nevnt grunnet stalakittene, og hvis det ikke er slike i Kvernhusbekkgrottene kan grenseverdien settes en god del høyere. I Benkeberggrotta er det oppgitt å være en del dryppstein på opptil 10 cm lengde. Disse kan nok være meget sårbare for vibrasjoner, og på lik linje med grottene i Østerrike anbefales det en maksimal grenseverdi på 5,0 mm/s for denne. For dryppsteinene i Kvernhusbekkgrotta som er av en annen karakter, utgjør ikke vibrasjonene fra framtidige sprengningsarbeider noen fare.

11 I februar 2012 fikk vi ny standard for måling av vibrasjoner ved sprengningsarbeider i Norge: Norsk Standard NS «Vibrasjoner og støt. Veiledende grenseverdier for bygge- og anleggsvirksomhet, bergverk og trafikk Del 1: Virkning av vibrasjoner og lufttrykkstøt fra sprengning på byggverk, inkludert tunneler og bergrom». Utdrag fra NS

12 Når det gjelder ny NS er det viktig å merke seg at denne setter krav til frekvensveid svingehastighet. Dette medfører at vi ikke direkte kan sammenligne målingene gjort på Tromsdalen gård av 2 grunner: 1 Målingene på Tromsdalen gård er uveid svingehastighet i vertikal retning 2 Grottene ligger i det samme berget det skal sprenges i, mens Tromsdalen gård har et «dempende» lag med tynt avrettingslag over berg. For å kunne sammenligne disse to forskjellige metodene å måle etter må vi kjenne frekvensene på vibrasjonene som måles på Tromsdalen gård. Det er pr i dag så å si ikke utført vibrasjonsmålinger på tunneler og bergrom etter ny NS , mens det har vært flere prosjekter med grenseverdier og målinger ihht. forrige utgave. Vil her ta med en del eksempler fra senere tid på anbefalte grenseverdier, reelle målinger og evt erfaringer med utrasing av berg. 1 Ny jernbanetunnel beliggende ca 3 4 m over taket på 2 eksisterende vegtunneler. Her var absolutt grenseverdi satt til 70 mm/s og enkelte av salvene ga opp mot 100 mm/s. Det ble ikke registrert uønsket utfall av berg. 2 Ny vegtunnel beliggende ca 38 m fra en eldre jernbanetunnel. Maks registrering var på 7,4 mm/s og ingen uønskede utfall. 3 Ny Tverrslagstunnel ca 15 m under 2 vegtunneler på E 18. Krav til maksimalt vibrasjonsnivå ble satt til 50 mm/s og ved en av salvene kom man opp mot 100 mm/s. Tunnelen ble befart av ingeniørgeolog etter hver salve og ingen utfall ble registrert. 4 Ny kloakktunnel er for tiden i ferd med å krysse under Ekebergtunnelene i Oslo med ca 16 m overdekning. Her måles det etter NS 8141 men samtlige registreringer er pr i dag kjørt gjennom frekvensveiefilteret i NS Her er grenseverdien 25 mm/s, pga tekniske installasjoner etc og ikke bare berget. Hittil har vi 25 registreringer på ett målepunkt montert direkte på berg hvor den høyeste er på 19,9 mm/s. Middelverdien på de 25 registreringene er på 11,4 mm/s uveid svingehastighet og 6,9 mm/s frekvensveid. Det vil si en faktor på 1,65 mellom uveid og veid svingehastighet. Pr i dag er det ikke rapportert om utfall av berg ved sprengning.

13 Overført til Kvernhusbekkgrottene, som i åpningen har ett parti med oppsprukket berg i taket, og ett tverrsnitt som er adskillig mindre enn de ovennevnte veg- og jernbanetunneler som i tillegg har skadesoner innover i berget fra selve sprengningsarbeidene, er det ikke unaturlig å sette ett vibrasjonskrav på 10 mm/s frekvensveid svingehastighet. Dette er det samme kravet som i framtiden vil bli satt for trafikkert veg- og jernbanetunneler med dårlig berg uten sprøytebetong og som med god sikkerhetsmargin ikke skal forårsake skader eller utfall av berg. Med en antatt omregningsfaktor til uveid svingehastighet tilsvarer dette 16 mm/s uveid svingehastighet.

14 7 Sprengningsopplegg nær grottene. For Verdalskalk AS er det i dag kun målt på ett hus som ligger nær bruddet, og resultatene fra disse er satt opp i etterfølgende tabell med teoretisk beregning av Vibrasjoner forplanter seg i alle retninger ut fra sprengningsstedet. Intensiteten avtar med avstand og geologien har stor innvirkning på dempningen. Bergets overføringsevne for vibrasjoner uttrykkes med Bergkonstanten K, og når vi har kjente sprengstoffmengder, avstander og vibrasjonsmålinger, kan vi beregne denne. I tillegg er det tatt med resultatet fra målingen i Kvernhusbekkgrotta. Målepunkt Avstand i m mm/s Sprengstoff K Kommentar. Pr intervall, kg Grotte Teoretisk Grotte beregnet Grotte Hus , Faktiske Hus 560 0, målinger Grotte 600 0, I kurven under viser målt og teoretisk beregnet utvikling av vibrasjonsnivået i grotta med dagens sprengningsopplegg, Kurve med vibrasjonsutvikling med avstand: Ca 100 m gir 16 mm/s med dagens sprengningsopplegg Ca 200 m gir ca 5 mm/s med dagens sprengningsopplegg

15 Med en avstand på ca 100 m vil vibrasjonsnivået ligge tilnærmet anbefalt grenseverdi, og dette medfører at man inn mot 100 m fra grotta kan sprenge slik man gjør i dag. Ved kortere avstander må sprengningsopplegget endres, f. eks kun 6 m høye paller, evt en reduksjon av borediameter når man er innenfor 100 m sonen, se prinsippskisser: De markerte områdene er hvor det med 16 mm/s som anbefalt grenseverdi må sprenges med mindre pallhøyder, mindre borehullsdiameter etc. Området må justeres på bakgrunn av vibrasjonsmålinger som må utføres ved grotten. Det kan således bli større eller mindre sone avhengig av resultatene fra disse. Til slutt må det nevnes at det må innføres prosedyrer som unngår at det sprenges mens det er mennesker inne i grottene.

16