Sammenligning mellom vann og frostsikring ved kontaktstøp med membran vs. betongelementer

Transkript

1 Sammenligning mellom vann og frostsikring ved kontaktstøp med membran vs. betongelementer Sivilingeniør Tom Frode Hansen, Teknologidagene, Trondheim 2015.

2 Innhold Forutsetning for sammenligning Utvikling av Vann og Frostsikring i nyere norske jernbanetunneler Video av gjennomføring Sprengningstekniske forhold Ingeniørgeologiske forhold Geometri av tunnelrommet Dimensjonering RAMS Reability, Availability, Maintainability, Safety SHA Sikkerhet Helse og Arbeidsmiljø Brann Kvalitetssikring Kostnader og fremdrift Ulikheter veg og bane Hvor går veien videre?

3 Forutsetninger for sammenligning med membran er kun utført for jernbanetunneler. For å sammenligne like forhold, sammenlignes derfor i hovedsak med montering av betongelementer for jernbanetunneler på Vestfoldbanen. Mange av prinsippene er likevel generelle og gjelder også for vegtunneler.

4 Utvikling av Vann og Frostsikring i nyere norske jernbanetunneler Åpnet Navn Linje Lengde VF-metode Problem 1998 Bekkedalshøgda Gardermobanen 1656 m Sprø membran 1999 Gråskallen Bergensbanen 2710 m PE-skum med sprøytebetong 1999 Romeriksporten Gardermobanen m Sprøytebetonghvelv / (1,5 km). Vanndrypp på skinner fører til skinnebrudd. KL-anlegg ødelegges Tanumtunnelen Askerbanen 3590 m Sprøytebetonghvelv ikke 100% Isdannelse ødelegger rømningsveier. Is må hakkes bort. Plaskesviller Skaugumtunnelen Askerbanen 3790 m Sprøytebetonghvelv ikke 100% Isdannelse ødelegger rømningsveier. Is må hakkes bort. Kabelkanaler fylles med vann Bærumstunnelen Askerbanen 5500 m Sprøytebetonghvelv ikke frem mot rømningstunneler i kryss Gevingåsen tunnel Meråkerbanen 4400 m Sprøytebetonghvelv / Sprøytbar membran 2011 Jarlsbergtunnelen Vestfoldbanen 1750 m Sprøytebetonghvelv 2015 Fellesprosjektet Ulvin, Molykkja, Morstua Dovrebanen 3900 m / 580 m med membran 2016 Holmestrandporten Vestfoldbanen m / Sprøytebetonghvelv i overgangssoner 2018 Farriseidet Porsgrunn. 4 lange tunneler Løsninger med: Lengre levetid, Mindre drift og vedlikehold, Høyere sikkerhet, Sikrer høyere oppetid på banen. Fokus på lavest LCC Vestfoldbanen m / Sprøytebetonghvelv i kryss Isdannelse i kryss ved rømningstunneler

5 Video av gjennomføring Montering av betongelementer på Vestfoldbanen med membran i Fellesprosjektet

6 Sprengningstekniske forhold Utsprengt volum 125 m 2. Mindre sprengningsprofil er ikke skall-løsning. 132 m 2. Fra normalprofil til sprengningsprofil i skall-løsninger er det typisk 60 cm.

7 Sprengningstekniske forhold Krav til kontur Tiltak: Høy. Viktig for god kvalitet på membran, omfang av utjavningssprut og betongforbruk ved utstøpning. Viktig med kontraktincentiver for å oppnå dette. 30 cm prosjektert tykkelse (54 cm inkl. hakk pga. stikning) økte til gjennomsnitt 63 cm i praksis. Middels. Kontur er viktig for å unngå mye overberg, omfang av bakstøp bak elementfundamenter, redusert sikringsomfang og bedre SHA på stuff. Nøyaktig boring, mindre hullavstand, redusert ladning i kontur, elektroniske tennere, slangetrekk, nødvendig stikning for salvehull etc.

8 Sprengningstekniske forhold Sprengning av grøft Tiltak: Sensitiv for normal sprengning av grøft. Må boltes, forskales og støpes opp «nytt» fundament for kontaktstøp. Mindre sensitiv, men normal sprengning av grøft gir behov for stor fylling under fundament >>> større potensial for setning av fundamenter. Viktig med god kvalitet på oppfyllingsmasser og komprimering. Flytte grøft inn i profilet, Sprengningstekniske og kontraktsmessige grep.

9 Ingeniørgeologiske forhold Standard arbeids- og permanent sikring Standard berginjeksjon Ja. Berget er byggematerialet. Sikres i hovedsak etter Q-systemet. 8 cm sprøytebetong, bolter med duplex korrosjonssikring, sprøytebetongbuer. Bolteender må kappes før utjavningssprut. For tilfeller hvor tung sikring monteres bak stuff, med tanke på lang tids stabilitet, f.eks i svelleleiresoner, kan sprøytebetongbuer eventuelt erstattes av armert kontaktstøp. Dette kan være en rimeligere og raskere metode enn sprøytebetongbuer for slike forhold. Ja. Grunnvannsnivå skal opprettholdes. Minst mulig isdannelse og vanntrykk bak støp. Ja. Berget er byggematerialet. Sikres i hovedsak etter Q-systemet. 8 cm sprøytebetong, bolter med duplex korrosjonssikring, sprøytebetongbuer. Må kjernebore for opphengsbolter. Særlig i dårlige soner med mange sprøytebetongbuer og spiling. Ja. Grunnvannsnivå skal opprettholdes. Minst mulig vann for korrosjon av bolter og tekniske utstyr som eventuelt er montert på innsiden av hvelv.

10 Geometri av tunnelrommet Nisjer, kryss og siktutvidelser avvikende geometri. Tiltak: Fremdrift og kostnader er sensitivt for avvikende geometri. Mer kompleks forskaling og behov for armering av støp. Fremdrift og kostnader er sensitivt for avvikende geometri. Mulig med kompleks tilpasning med elementer, men blir blant annet mer omfattende oppheng av elementer. I praksis ble det i Farriseidet Porsgrunn og delvis i Holmestrand brukt PE-skum i nisjer og kryss. Redusere behov for tele og signalnisjer ved å legge skap og trekkerørsløsninger på trafikksiden. Unngår siktutvidelse ved å gå over ERTMS, dvs. system uten krav til sikt til signal.

11 Geometri av tunnelrommet Kummer, trekkerørsløsninge, tekniske skap etc. Tiltak: Fremdrift og kostnader er sensitivt for avvikende geometri. Mer kompleks forskaling og behov for armering av støp. I fellesprosjektet var det bla. behov for nisjer ved kummer, tekniske skap, loddavspenning etc. Hochtief beskrev i et innlegg på Tunneldagene i 2015 at det er svært få nisjer i kontaktstøp i Europa. Mindre sensitivt, men ønskelig å unngå utsparing i elementer og trekkerør bak elementer. Her blir det «alltid» feil og omprosjektering. Redusere behov for nisjer ved å trekke VA-kummer og trekkerørsløsninger lenger inn i profilet. Nye tekniske løsninger.

12 Dimensjonering Tykkelse 30 cm 20 cm - armert Istrykk / Isolering Bestandighet av system mht. trykk og sug i togtunneler Oppheng i konstruksjon Ikke isolert. Lite hulrom bak støp gir lite potensielt istrykk. Filtduk drenerer. Høy Ok, er dimensjonert for dette Elementer isoleres i frostsone Høy/Middels? Må tåle 10^7 lastsykler. Komplekst å modellere samvirke av elementer, bolter, fuger etc. mht. lastsykler. Ok, er dimensjonert for dette

13 RAMS Inspeksjons og vedlikeholdsbehov Vedlikeholdbarhet Lavt. Få komponenter som kan feile. Drensledninger må spyles. Er kontakt mellom betong og berg. Vil kunne se utvikling i ustabilitet i berg ved inspeksjon av kontaktstøp. Vanskelig å tette eventuelle lekkasjer i membran. Lekkasjepotensialet er lavt. Middels. Løsning har flere komponenter som kan feile. Det må forventes noe utskiftning over lang tid. Hulrom bak hvelv må til en viss grad inspiseres. Det er ikke ønskelig og nærmest umulig. Enklere å tette membran. Større lekkasjepotensial pga. boltegjennomføringer. Levetid (bolter, fuger, armering, fundamenter mm.). Oppetid. Hvis avgjørende komponenter må oppgraderes og skiftes ut slik at tunnelen og derved banen blir stengt i lange perioder etter eksempelvis år, vil dette være svært negativt for omdømmet til tunneler som samferdselsløsning. Høy forventet oppetid Høy -

14 Fra RAMS analyse i JBV juni 2015 Bredt sammensatt faggruppe Alternativ 1 Full utstøpning og alternativ 2 Betongelementhvelv stiller i utgangspunktet ganske likt med hensyn på levetid og kostnader i investering. Betongelementhvelvene har flere komponenter som kan feile, og det må påregnes et visst behov for tilsyn og utskifting i løpet av levetiden til systemet. Denne løsningen vil også alltid etterlate et spørsmål om hva som skjer bak hvelvet. Full utstøpning har et fortrinn ved at det utgjør en konstruksjon i samvirke med berget og en vil kunne visitere og følge utviklingen av eventuelle store stabilitetsendringer i berget fra innsiden av tunnelen. Alternativ 1 fremstår som den totalt sett mest pålitelige løsningen med hensyn til både pålitelighet, vedlikeholdbarhet og sikkerhet.

15 SHA (Sikkerhet helse og arbeidsmiljø) Utførelsesfase Få tilløp Relativt mange tilløp og ulykker. Monteringsmaskiner mistet trykk pga motorfeil, pakningssvikt etc. >>> Element falt ned Feilmontering av gjengehylse, element løsnet og falt ned Transportmaskin for elementer mistet tilhenger med elementer. Elementer falt av tilhenger og ned på såle. Driftsfase Enkelt å utføre drift og vedlikehold Mange av tilløpene til skade er kun centimetere fra å bli alvorlige skader og dødsulykker. Dårlig arbeidsmiljø ved eventuell inspeksjon bak hvelv. Risikoarbeid ved å bytte ut bolter, elementer etc. Risiko for nedfall av elementer ved påkjørsel. I Holmestrand var det i år en dødsulykke knyttet til fuging av betongelementer. Det var også en dødsulykke i Fellesprosjektet. Denne var imidlertid ikke knyttet til kontaktstøp som metode, men til rygging av lastebil i tunnel.

16 Brann Brannbestandighet PP-fiber i betong. Noe uklart hva som blir behov for utskiftning ved brann da dette ikke tidligere er erfart i Norge. Trolig mindre avskalling av betong. Er ikke armering i støp, som kan miste bæreevne, slik som for betongelementer. PP-fiber i betong. Elementer må ofte skiftes ut ved brann. Mye diskusjon om detaljer ved fuger. Brannskiller Ikke behov Brannskille hver 200. meter.

17 Kvalitetssikring Riktig utført bergsikring og injeksjon Kapping av bolteender Riktig utjevningssprut mht. toleranse for membran Membran uten skade ved montering Riktig fundamentering Riktig betongkvalitet Riktig betongtykkelse Injeksjon av sementsuspensjon Kontroll av innstøpningsgods Riktig geometri Riktig utført bergsikring og injeksjon Bolter: Korrosjonssikring, stålkvalitet, forankring, gjengehylser Sikkerhetsplater : armeringsoverdekning, riktig armering, betongkvalitet. Sjekk nøye ut nye leverandører mht. kvalitetssystem, erfaring, prosedyrer, løpende kontroll, referanser. Fabrikkbesøk. Riktig geometri av hvelv. Fuger: Riktig utførelse av alle detaljer Riktig utførelse av pukkpute under fundament: Komprimering og riktige masser Montering uten skade på elementer Membran uten skade ved montering >>> Mange komponenter som kommer fra hele verden. Oppfølging blir aldri like bra som den kontrollen man kan foreta hver dag på anlegget.

18 Kostnader og fremdrift Gjennomsnittlig fremdrift pr. støpeform eller monteringslag. Kostnader til slutt (priser fra Fellesprosjektet inkl tillegg og 30% rigg) Ca 60 m pr. uke ,- pr løpemeter (7% mer enn betongelementer) (priser fra Farriseidet Porsgrunn inkl tillegg og 30% rigg) Ca 100 m pr uke (som beskrevet i ekvivalenttidsregnskapet) ,- pr løpemeter Tilbudspriser ,- pr løpemeter ,- pr løpemeter kr pr m 2 økte til 1700 pr m 2 med tillegg (uten rigg) Til sammenligning var kontraktspris for betongelementer i vegtunnel i Fellesprosjektet 1230 pr m2 (inkluderer syrefaste bolter).

19 Ulikheter veg og bane Tunneler for bane har et høyere oppetidskrav. Det finnes ingen omkjøringsmulighet. Samfunnet aksepterer ikke en lengre stengeperiode av en IC-tunnel Reduserte muligheter for vedlikehold. Ca 4 timer hvite tider hvert døgn. Kostnadsdifferansen mellom kontaktstøp og betongelementer er sannsynligvis lavere for bane enn for veg for bane er større, tyngre og skal heises høyere. Dette gir typisk flere SHA-hendelser i utførelsesfase

20 Hvor går veien videre for IC-tunneler? Det bygges for 100 års levetid og lavest mulig LCC: i hele tunnelen? i hele tunnelen? Eventuelle andre løsninger som gir 100 års levetid og lav LCC?