Rogfast. Rogfast - Geologisk samlerapport

Transkript

1 Rogfast Rogfast - Geologisk samlerapport R 25. juni 2010

2

3 Prosjekt Prosjekt: Rogfast Dokumentnr.: R Dokumenttittel: Rogfast - Geologisk samlerapport Dato: 25. juni 2010 Oppdragsgiver Oppdragsgiver: Statens vegvesen Region vest Oppdragsgivers kontaktperson: Ingar Hals Kontraktreferanse: Kontrakt av mars 2008 For NGI Prosjektleder: Utarbeidet av: Kontrollert av: Eystein Grimstad Eystein Grimstad Arnstein Aarset Sammendrag Rogfasttunnelen vil bli ca. 25 km lang med tillegg av en ca. 2 km lang arm opp til Kvitsøy. Største tunneldyp blir ca. 380 m under sjønivå. Denne rapporten er en ingeniørgeologisk samlerapport, basert på tekniske rapporter og masteroppgaver i flere ulike fagdisipliner som geologi, refraksjonsseismikk, akustikk, magnetometri og ingeniørgeologi. Disse rapportene er skrevet i perioden 2002 til I tillegg er det tatt inn erfaringer fra utførte tunnelanlegg i regionen omkring Rogfastprosjektet. Disse erfaringene har vært et viktig redskap for å kalibrere tolkningen av dataene fra de indirekte metodene for evaluering av begmassekvalitet og sikringsbehov, som refraksjonsseismikk og magnetometri. Rogfasttunnelen går gjennom et område med komplisert geologi i form av flere skyvedekker og forkastninger, hvor mange bergartstyper er representert. Det er definert fire skyvedekker over grunnfjellet, som hovedsakelig består av granittiske til diorittiske gneiser.

4 Sammendrag (forts.) Dokumentnr.: R Side: 4 Tunnelen ventes å gå gjennom fyllitt og glimmerskifer de første ca. 6,3 kilometer fra Randaberg, inntil den treffer en antatt forkastning i dette området. Dersom fylitten/glimmerskiferen er tynn, kan tunnelen komme ned i grunnfjellet før den når forkastningen. Avhengig av spranghøyden i forkastningen, ventes tunnelen deretter å gå inn i Karmøyofiolitten med gabbroide gneiser, gangbergarter, vulkanske bergarter og sedimenter, samt ultramafiske bergarter (mørke og kvartsfrie). Hvis spranghøyden er større, kan tunnelen komme inn i Storheiadekket med granittiske og diorittiske gneiser, som ligger under Karmøyofiolitten, eller helt ned til fyllitten. Det er antatt å være flere forkastninger mellom Alstein og Kvitsøy, som kan gi variasjoner mellom de nevnte bergartstypene i tunnelen. På kvitsøy og på småøyene øst og sør for Kvitsøy opptrer det i tillegg til de nevnte bergartene i Karmøyofiolitten også grønnstein og klorittskifer. Bergartsfordelingen mellom Kvitsøy og Bokn er svært usikker, men antas å gå gjennom en stor forkastning nær profil 15000, en snau kilometer nord for Kvitsøy, og deretter gå inn i tynne lag av de nevnte dekker og etter hvert inn i grunnfjellsgneiser. Folding eller undulering av dekkene kan føre til at tunnelen går inn og ut av dekkene flere ganger. Nær Arsvågen på Bokn vil tunnelen gå i fyllitt fram til påhugget. I følge sprekkemålinger, utført av flere, står både et fremherskende sprekkesett og foliasjonen i retning nordnordøst-sørsørvest både ved Randaberg og på Kvitsøy. Foliasjonen har lav fallvinkel mot vest på Randaberg og varierer mye på grunn av folding på Kvitsøy. Ved Arsvågen står både hovedsprekkene og foliasjonen omtrent nord-sør med varierende fall mot øst. Mange steder opptrer det et sett med tverrsprekker. Tunnelen vil krysse under mange djuprenner med lave seismiske hastigheter. Basert på målinger i regionen, antas det å være moderate til høye horisontale spenninger i bergrunnen langs Rogfasttunnelen. Refraksjonsseismiske målinger i nær alle djuprenner langs tunneltraseen viser hastigheter fra 2200 m/s til 6300 m/s, med 8 % av lengden mindre enn 4000 m/s, og 84,5 % over 4500 m/s. Disse tallene er konvertert til bergmassekvalitet etter Q- systemet, kalibrert mot erfaringer fra tunneler i nærheten, som grunnlag for sikringsestimat. Basert på alle seismiske profilene forventes nær 50 % av tunnellengden å ha Q-verdier over 4, dvs. middels til god bergmasekvalitet, mens 25 % ligger i intervallet Q = 1-4. Dette antas å være en konservativ prognose da de seismiske hastighetene er målt i djuprennene, som normalt har lavere hastighet enn gjennomsnitt for hele tunneltraseen. Tunnelene i Finnfast og Rennfastprosjektene har omtrent samme variasjonsområde for Q-verdier, men har mindre prosentandel med Q-verdi mindre enn 1. Sikringsestimatet er justert opp i henhold til Statens vegvesens nye Håndbok 21, som gir langt mer sikring enn de empiriske sikringsmengdene i Q-systemet. Fordelt på ulike energiabsorpsjonsklasser er det estimert ca. 3 m 3 fiberarmert sprøytebetong, 6,2 sikringsbolter og 2,9 forbolter per meter tunnel basert på en enkelt tunnel med tverrsnitt T9. Et tunnelløp nummer to forventes å få samme sikringsmengde. Det er utført en studie av potensialet for vannlekkasjer i tunnelen, basert på erfaringer fra tunneler i samme området. Det er erfart lite lekkasjer i fyllitt og glimmergneis, mens det er moderate lekkasjer i de andre bergartene, avhengig av

5 Sammendrag (forts.) Dokumentnr.: R Side: 5 spenninger og sprekkeretninger. Ut fra de samme studiene er det estimert lite injeksjonsbehov over 66 % av tunnellengden og lite til moderat injeksjonsbehov over ytterligere 27 % av tunnellengden. Over bare 7 % av tunnellengden antas det å være stort til meget stort injeksjonsbehov. I en studie basert på noen få laboratorietester og estimert bergartsfordeling, er det laget en prognose for borbarhet, borslitasje, kutterlevetid og sprengbarhet langs tunneltraseen. Borbarheten er størst for fyllitt og minst for gabbro og gneis. Borslitasjen er størst for gabbro og gneis, mens den er minst for grønnstein og fyllitt. Det skal utføres kompletterende seismiske undersøkelser langs mesteparten av tunneltraseen sommeren I tillegg er det planlagt å utføre kjerneboringer med et vertikalt hull på Alstein, et nesten 1 km langt hull med avviksboring mot nord, fra Kvitsøy (Leiaskjær), og et ca. 600 m langt hull med avviksboring fra Kråkøy, øst for Kvitsøy. Det er videre planlagt å utføre seismisk tomografi mellom de to sistnevnte kjerneborhhullene og sjøbunnen. Kjerneboringene vil kunne gi mer presis informasjon om svakhetssonene og gi grunnlag for bedre tolkning av seismikken.

6 Innhold 1 Innledning 7 2 Bakgrunnsmateriale - Utførte undersøkelser Refleksjonsseismiske undersøkelser utført av NGU i Akustikk og refraksjonsseismikk utført av Geomap i henholdsvis 2000 og Evalueringsrapport fra Vegdirektoratet Prosjektoppgave 2002 og hovedoppgave 2003, Arild Gjerde, NTNU Flymagnetometriske undersøkelser kombinert med innsamling av geologiske data i terrenget utført av NGU i Akustikk og refraksjonsseismiske undersøkelser 2006, Geomap Prosjektoppgave 2006 og masteroppgave 2007, Linda Nesje, NTNU Prosjektoppgave og masteroppgave 2008, Stefan Geir Árnason, NTNU 12 3 Regional berggrunnsgeologi 3.1 Ny geologisk kartlegging i Antatt bergartsfordeling langs tunneltraseen 3.3 Bruddstrukturer 4 Geofysiske registreringer Hovedtrekk av resultater fra geofysiske registreringer Flymagnetiske målinger Målinger av løsmassetykkelse (akustikk) Refraksjonsseismiske målinger i berggrunnen Korrelasjoner mellom geofysikk-resultater og dokumenterte forhold i nærliggende tunneler 32 5 Tunneltrasé inkludert arm til Kvitsøy 5.1 Påhuggene 5.2 Hovedtunnelen fra Randaberg til Arsvågen 5.3 Arm til Kvitsøy 6 Spenningsmålinger 7 Vannlekkasjer 8 Estimert bergmassekvalitet Bergmassekvalitet basert på kartlegging utført av A.Gjerde og S.Árnason Bergmassekvalitet basert på refraksjonsseismikk i mindre utvalgte områder omkring djupålene Basert på erfaringer fra tunnelprosjekter i nærliggende områder 46 9 Sikringsestimat 10 Injeksjon mot vannlekkasjer 11 Borbarhet og sprengbarhet 12 Videre undersøkelser Vedlegg A Kart og profiler Dokumentnr.: R Side: 6

7 Side: 7 1 Innledning I forbindelse med planarbeidet for undersjøisk tunnel mellom Stavanger og Bokna ble det opprettet en Ekspertgruppe Geologi i Ekspertgruppa består av følgende personer: Bjørn Martin Alsaker St.v.v, Eystein Grimstad, NGI, Ingar Hals, St.v.v., Bjorn Nilsen, NTNU, Knut Borge Pedersen, St.v.v., Jan Steinar Rønning, NGU, Rune Stumo, St.v.v.. Bjørn Martin Alsaker og Ingar Hals representerer oppdragsgiveren i denne gruppen. Ole Chr Pedersen fra GeoMap var med på en del av møtene. Gruppens mandat var å bistå med geofaglige innspill i et forprosjekt. Innspillene gikk på hvilke typer forundersøkelser som skulle gjøres, og på tolkninger og vurderinger av disse. På bakgrunn av det arbeidet som er utført både før og etter opprettelsen av denne ekspertgruppen er det bestemt å lage en ingeniørgeologisk samlerapport. Figur 1. Oversiktskart for Rogfast, undersjøisk tunnel mellom Stavanger og Bokn med arm til Kvitsøy.Under er innlagt lengdeprofil etter St.v.v På bakgrunn av tidligere utførte undersøkelser for Rogfastprosjektet har NGI ved Eystein Grimstad påtatt seg å sette sammen de tilgjengelige geologiske og geofysiske data i en samlet geologisk oversiktsrapport. Vurdering av stabilitet og sikringsmengder bygger dels på egne tolkninger og vurderinger, basert på det

8 Side: 8 tilgjengelige bakgrunnsmaterialet. Samlerapporten skal forsøke å gi en oversikt over de estimerte geologiske og stabilitetsmessige forholdene i en ca. 25 km lang undersjøisk tunnel under Boknafjorden mellom Mekjarvika på Randaberg, via Kvitsøy til Arsvågen i Vestre Bokn. Se figur 1 og kart og profil i vedlegg A. De tidligere arbeidene omfatter bl.a. akustiske undersøkelser utført av NGU i 1988, seismiske og akustiske undersøkelser utført av Geomap for Statens vegvesen i og i 2007, prosjektarbeid og hovedoppgave utført av daværende student Arild Gjerde ved NTNU (2002 og 2003), prosjektoppgave og masteroppgave utført av daværende student Linda Nesje ved NTNU (2006 og 2007), prosjektoppgave og masteroppgave utført av Stefan Arnason (2008) og rapport fra NGU (2006) i forbindelse med flymagnetometriske undersøkelser med påfølgende markarbeid. NGUs rapport gir en retolkning av de geologiske forholdene rundt Boknafjorden i forhold til tidligere tolkninger, som bl.a. kommer til uttrykk i Kartblad Haugesund 1: Utenom arbeidene til Arild Gjerde og Stefan Arnason er det ikke utført noen form for ingeniørgeologisk kartlegging med vekt på bergmassekvalitet og stabilitetsforhold i en planlagt tunnel i det aktuelle området. Det må derfor gjøres en del antagelser og tolkninger av relaterte opplysninger for å estimere bergmassekvalitet og stabilitetsforhold langs den planlagte tunneltraseen. Erfaringstall fra avløpsambandet IVAR på Randaberg, som ligger i samme område som Rogfasttunnelen, Rennfast-tunnelene, Karmøy- Kårstø-gassrør-tunnelene og Finnfastsambandet har vært viktige for evaluering av Rogfastprosjektet. 2 Bakgrunnsmateriale - Utførte undersøkelser Rapporter og undersøkelser i forbindelse med Rogfast- prosjektet. Dato Tittel Nummer Laget av Refleksjonsseismiske undersøkelser i Karmsundet, Boknafjorden og Kvitsøyfjorden, Rogaland Rapport nr NGU E 39 Rogfast Foreløpige vurderinger av grunnforholdene Analyse av ingeniørgeologiske forhold for Rogfast-tunnelen Rapport nr. L- 231 A Reidulv Bøe og Heidi A. Olsen, Knut Borge Pedersen, Vegdirektoratet Arild Gjerde, Prosjektoppgave NTNU Rogfast-tunnelen, ingeniørgeologisk analyse av trase/linjeføring og tverrsnittsutforming. Del 1 og Del 2 Arild Gjerde, Hovedoppgave NTNU

9 Side: 9 Rapporter og undersøkelser i forbindelse med Rogfast- prosjektet. Dato Tittel Nummer Laget av Rogfast. Vegtunnel mellom Tungenes GeoMap A/S på Randaberg og Arsvågen på Bokn. Samlerapport for Målinger utført i 2000 og Akustisk profilering og refraksjonsseismikk Notat: Bergmassefordeling Rogfast. Knut Borge Pedersen Geological and geophysical investigations for the Rogfast project (Engelsk) Rapport Jan Steinar Rønning et al., NGU ROGFAST-TUNNELEN Analyse av korrelasjoner mellom geofysikkresultater og påtrefte forhold i nærliggande tunneler E39 ROGFAST Vegtunnel mellom Tungenes på Randaberg og Arsvågen på Bokn ROGFAST-TUNNELEN Analyse av nøyaktigheita av geofysikk for kartlegging av svakheitssoner Rogfasttunnelen. Analyse av bergmassens borbarhet og sprengbarhet Prognose for tettingsinjeksjon i Rogfast undersjøiske tunneler Oversikt over utførte undersøkelser. Linda Nesje Prosjektoppgave NTNU GeoMap A/S Perm med rapport og masteroppgave Linda Nesje Masteroppgave NTNU Stefan Árnason Prosjektoppgave NTNU Stefan Árnason Masteroppgave NTNU 2.1 Refleksjonsseismiske undersøkelser utført av NGU i De første akustiske undersøkelsene av sjøbunnen i Boknafjorden ble utført av NGU på oppdrag fra Statens Vegvesen i Rogaland. Undersøkelsene ble utført i mai 1988, da det ble skutt til sammen ca. 185 km med refleksjonsseismikk. Resultatene er presentert på batymetrisk kart med ekvidistanse på 50 meter. Det undersøkte området strekker seg i grove trekk mellom Karmøy, Kvitsøy, Rennesøy og Bokn. I tillegg er Karmsundet undersøkt helt nord til Vormedal i Karmøy kommune. Undersøkelsene viste at det er store dyp ned til ca. 600 m mellom Bokn og Rennesøy, som gjør en tunnelforbindelse der lite realistisk. Rapporten fra undersøkelsene konkluderer derfor med at det gunstigste området for en fjordkryssing med tunnel under Boknafjorden ligger relativt langt mot vest, i en

10 Side: 10 bue fra Bokn mot Kvitsøy. Området mellom Kvitsøy og Randaberg ble ikke undersøkt i Akustikk og refraksjonsseismikk utført av Geomap i henholdsvis 2000 og Det er utført refleksjons- og refraksjonsseismiske undersøkelser i tre omganger, første gang i juli 2000, deretter i april og mai 2002, og til slutt høsten Resultatene fra de to første undersøkelsene er gjengitt i en fellesrapport datert NGUs undersøkelse fra 1988 ble utført langs den planlagte traésen slik den var i 1988, mens seismikken utført av Geomap er konsentrert langs nåværende trasé og delvis litt til siden for denne. I grove trekk er linjevalget gitt ut fra de topografiske forholdene i fjorden, slik at tunnelen nå planlegges langs fjordterskelen, hvor tunnelen går under de grunneste partiene i Boknafjorden. Undersøkelsene er utført i størst detalj mellom Kvitsøy og Bokn. Det er her undersøkt i en ganske bred korridor. Det er også undersøkt mellom Kvitsøy og Tungenes i Randaberg. Spesielt ved Tungenes ble det utført grundige undersøkelser. I tillegg til kontinuerlig akustisk profilering ble det utført til sammen 8 refraksjonsseismiske profiler. Resultatene bekrefter i grove trekk resultatene fra de tidligere undersøkelsene til NGU som viser at det best egnede stedet for en fjordkryssing er i fjordterskelen fra Bokn mot Kvitsøy og videre til Tungenes i Randaberg. 2.3 Evalueringsrapport fra Vegdirektoratet Rapporten datert er skrevet i en fase av prosjektet hvor det var behov for å avklare om prosjektet var gjennomførbart. Vurderingene bygger på NGUs rapport fra 1988, seismikken utført av Geomap i 2000 og i 2002 og en befaring på Tungenes, Kvitsøy og Bokn. Rapporten konkluderer med at ut fra det foreliggende materialet synes prosjektet å være teknisk gjennomførbart. 2.4 Prosjektoppgave 2002 og hovedoppgave 2003, Arild Gjerde, NTNU. Prosjektoppgaven er gjennomført ved NTNU med Professor Bjørn Nilsen som veileder og Rune Stumo som medveileder. I sin prosjektoppgave beskriver Arild Gjerde de geologiske hovedtrekkene, samt de viktigste sprekkeretningene. Foliasjonssprekkene er det dominerende sprekkesettet. Gjerde har utført de eneste ingeniørgeologiske registreringene med karakterisering av sprekkene og observasjon av bergmassekvalitet som er gjort i Rogfastprosjektet. Han har utført strøk og fall målinger på hver av de tre hovedlokalitetene. Gjerde refererer også til erfaringer fra tidligere tunnelprosjekter i områdene nær Rogfastprosjektet, samt til de refraksjonsseismiske undersøkelsene som var utført til da. I hovedoppgaven beskriver Arild Gjerde områdets geologi. Han har laget et grovt ingeniørgeologisk oversiktskart med innlagte bergartsgrenser og skyvegrenser, basert på tidligere kartblad Haugesund 1: Kartet inneholder også sprekkeroser gruppert på foliasjon og andre sprekker fra målinger tatt på

11 Side: 11 henholdsvis Randaberg, Kvitsøy og Bokn. Gjerde har også på bakgrunn av laboratorietester beskrevet trykkfasthet, E-modul og poisons tall, samt borbarhet og borslitasjeindeks. Borslitasjeindeksen sies å være meget lav i grønnstein fra Kvitsøy, lav i fyllitt og middels i gneis fra Bokn. Videre beskriver Gjerde spenningsforholdene med referanse i utførte spenningsmålinger ved Kårstø og ved Tastevarden. Begge steder ligger i fyllitt. Begge stedene ble det påvist høye horisontalspenninger, hovedsakelig i retning N-S. Spenningsmålingene, sammen med laboratorietester ble brukt til numeriske simuleringer av bergmassen omkring planlagt tunnel. 2.5 Flymagnetometriske undersøkelser kombinert med innsamling av geologiske data i terrenget utført av NGU i NGU har tolket flymagnetometriske målinger over Boknafjorden med tilliggende områder utført av SGU (Sveriges Geologiske undersøkelse). Oppdraget ble definert som et forskningsprosjekt som skulle gi ny informasjon om den kompliserte berggrunnsgeologien i Boknafjordområdet. I tillegg er det utarbeidet et detaljert batymetrisk kart over sjøbunnen. Alle resultatene fra arbeidet er samlet i rapporten Geological and geophysical investigations for the Rogfast project datert 15. november 2006 (Rapporten er på engelsk). Undersøkelsene er gjennomført i 2006 og består av både flymålinger utført av SGU og feltarbeid utført av NGU. I feltarbeidet omfattet kartlegging av geologiske strukturer og bergartstyper med prøvetaking for kalibrering av de flymagnetometriske målingene. Magnetometrimålingene gjort fra fly er brukt som grunnlag for å indikere svakhetssoner i berggrunnen som kan være dypforvitret. På et stort antall lokaliteter er det samlet inn strukturgeologiske data og tatt bergartsprøver for måling av magnetisme i hver bergart, som er sammenlignet med magnetometridata fra flymålingene. 2.6 Akustikk og refraksjonsseismiske undersøkelser 2006, Geomap. Høsten 2006 ble det utført kontinuerlig akustisk profilering (ekkolodd og boomer/sparker) for bunn- og løsmassekartlegging med 50 og 100 m linjeavstand langs hele tunneltraseen. Det ble i tillegg målt 21 utvalgte refraksjonsseismiske profiler i sjøen og 9 profiler på land. Resultatene er presentert i GeoMap rapport nr av 12. januar 2007 med bunnkotekart og kurslinjekart som viser beliggenhet av alle seismiske profiler, samt tolkning av akustisk profilering. Det er god overensstemmelse mellom refraksjonsseismiske og akustiske data, og dermed entydig tolkning av overgangen mellom løsmasser og berg. De nye profilene kommer som et tillegg til profilene fra 2000 og Den justerte korridoren mellom Tungenes og Kvitsøy ligger litt lengre nord enn tidligere. 2.7 Prosjektoppgave 2006 og masteroppgave 2007, Linda Nesje, NTNU. Prosjektoppgaven til Linda Nesje har tittelen ROGFAST-TUNNELEN Analyse av korrelasjoner mellom geofysikk-resultater og påtrefte forhold i nærliggande tunneler og er datert Prosjektoppgaven er gjennomført ved NTNU

12 Side: 12 med Professor Bjørn Nilsen som veileder. Målet med arbeidet var å påvise mulige korrelasjoner mellom magnetometri-anomalier, lineamenter og refraksjonsseismiske lavhastighetssoner. Det er i tillegg sett på korrelasjoner mellom magnetometri-anomalier (MAG), lineamenter (LIN) og påtrufne svakhets- og knusningssoner i nærliggende tunneler. Masteroppgaven til Linda Nesje har tittelen ROGFAST-TUNNELEN - Analyse av geofysikk for kartlegging av svakhetssoner og er datert 29. juni Masteroppgaven er gjennomført ved NTNU med Professor Bjørn Nilsen som veileder. Oppgaven gikk ut på å analysere nøyaktigheten av geofysiske undersøkelser for kartlegging av svakhetssoner langs den planlagte 25 km lange undersjøiske Rogfasttunnelen. Sammenligning av geofysiske data mot påviste forhold i nærliggende tunneler har vært basis for evalueringen av geofysikkens nøyaktighet. Masteroppgaven har vært en videreføring av prosjektoppgaven. Resultatene av Linda Nesjes arbeid er gjengitt i kapittel Prosjektoppgave og masteroppgave 2008, Stefan Geir Árnason, NTNU Prosjektoppgaven til Stefan G. Árnason har tittelen Rogfasttunnelen Analyse av bergmassens borbarhet og sprengbarhet og er datert 9. januar Prosjektoppgaven er gjennomført ved NTNU med Professor Bjørn Nilsen som veileder. Målet med arbeidet var å utarbeide en prognose for forventet borbarhet og sprengbarhet basert på feltarbeid og laboratorietester og tynnslipanalyse på innsamlede prøver fra prosjektområdet. I tillegg til laboratorietestene utførte Árnason en sammenligning mellom europeiske og norske metoder for å predikere levetiden til borkroner i de ulike bergartene. Middelverdiene fra Árnason sine tester er gjengitt under kapittel 11. Masteroppgaven til Stefan G. Árnason har tittelen Prognose for tettingsinjeksjon i Rogfast undersjøiske tunnel og er datert 13. juni Masteroppgaven er gjennomført ved NTNU med Professor Bjørn Nilsen som veileder. Målet med arbeidet var å utarbeide en prognose for tettingsinjeksjon i den planlagte Rogfasttunnelen. Som grunnlag for prognosen er det antatt en spesifikk lengde av tunnelen i de fire definerte hovedbergartene fyllitt, gabbroide bergarter, grønnstein/grønnskifer og granittisk gneis. Disse fire bergartsgruppene har videre blitt analysert med hensyn til injeksjonsbehov, basert på erfaringer fra andre tunnelene i regionen og dels på generelle kunnskaper om de respektive bergartene. I tillegg er det antatt ulike lekkasjeforhold avhengig av løsmasseoverdekning, nærhet til svakhetssoner og spenningsforhold i bergmassen. 3 Regional berggrunnsgeologi Bergrunnen i Boknafjordområdet er relativt komplisert i sin tektoniske oppbygging med flere skyvedekker og forkastninger. Dette er bakgrunn for ulike tolkninger av områdets geologi gjennom tidene. I kartblad Haugesund i målestokk 1: , som ble utgitt av NGU i 1998, se figur 2, er det definert mange tektoniske enheter. I bunn ligger et autoktont (stedegent) grunnfjell (gneiser av

13 Side: 13 granittisk til diorittisk sammensetning med noen kropper av gabbro) som er blottlagt sørøst for Stavanger og nordover fra Vestre Bokn. På dette stedegne grunnfjellet ligger det noen steder et lag av stedegne sedimenter med et tynt lag av kvartsitt i bunn og fyllitt over dette. Disse stedegne sedimentene av antatt kambrisk alder, som er avsatt direkte på grunnfjellet, ser ut til å være skrelt vekk av de overliggende dekkebergartene i området som er relevant for tunnelen. Over disse stedegne bergartene er det skjøvet inn fire skyvedekker. Det underste skyvedekket er kalt Visteflaket, som hovedsakelig utgjøres av 5 km 1: Figur 2. Utsnitt av kartblad Haugesund 1: Geologisk kart utgitt av NGU i Rød stiplet linje er tunneltrasé. Forstørret til 1:

14 Side: 14 Ryfylkeskiferen som består av glimmerskifer og fyllitt med små kvartslinser. Dette flaket antas å være av Kambrisk til Ordovicisk alder, og kan være avsatt direkte på grunnfjellet før det ble skrellet av og flyttet med de kaledonske skyvedekkene. Ved Randaberg antas dette skyvedekket med fyllitt og glimmerskifer å være flere hundre meter tykt. Det kan være vanskelig å skille disse bergartene fra den stedegne fyllitten. Skyvedekke nummer to og tre over de stedegne bergartene er kalt henholdsvis Storheiadekket og Boknafjorddekket, og består mest av diorittiske og granittiske gneiser av prekambrisk alder med linser og lag av marmor og glimmerskifer. Ganger og lag av amfibolitt finnes også i Boknafjorddekket. Disse bergartene finnes bl.a. på Mosterøy og Rennesøy på østsiden av tunneltraseen. Det er likevel usikkert om de opptrer langs tunneltraseen for Rogfast. Det fjerde og øverste skyvedekket, som er kalt Hardangerdekket, er delt inn i ca. 20 underenheter. Men den dominerende tektoniske enheten er Karmøy- ofiolitten, som består av gabbroide bergarter, gangbergarter og vulkanske bergarter som putelava og tuffer og sedimenter av vulkansk opprinnelse. Alderen på dypbergartene i Karmøyofiolitten er datert til ca. 493 millioner år. Gangbergartene er datert til 480-millioner år. De vulkanske sedimentene (Torvastad gruppen) er datert til millioner år. I følge kartblad Haugesund (utsnitt i figur 2.) er det dagbergarter (tuffer, putelavaer, grønnstein og sedimenter tilhørende Torvastadgruppen og Visnesgruppen, som er en del av Karmøyofiolitten) som finnes på Kvitsøy og Alstein, samt øyene mellom disse. Vest for tunneltraseen og Kvitsøy ligger et basseng av unge, sedimentære bergarter, som sannsynligvis er fra Juratiden. De kan også være fra tiden Perm- Trias. Disse sedimentene strekker seg nordover og et stykke inn i Karmsundet 3.1 Ny geologisk kartlegging i 2006 Undersøkelsene NGU på oppdrag fra for Statens vegvesen i Rogfastprosjektet i 2006 indikerer at det finnes dypbergarter som gabbro og litt dioritt, samt ultrabasiske bergarter (mørke og kvartsfattige) på Alsten og på småøyene mot nordvest fra Randaberg fram til 2/3 avstand til Kvitsøy. Disse dypbergartene tilhører også Karmøyofiolitten. De større øyene som ligger nærmest Kvitsøy i sørøst, består mest av glimmerskifer, klorittskifer og små bånd av marmor. Noen vulkanske bergarter ble også observert der. 3.2 Antatt bergartsfordeling langs tunneltraseen NGI har evaluert de samlede opplysningene om bergarter langs tunneltraseen, som gir relativt sikker informasjon om bergartstypene på land i begge ender av tunneltraseen og på Kvitsøy. Etter de siste undersøkelsene synes det også å bli større sikkerhet omkring bergartsfordelingen nær sjøbunnen mellom Randaberg

15 Side: 15 og Kvitsøy, selv om grensene mellom ulike bergarter, samt deres nivå basert på spranghøyder i forkastningene fremdeles er noe usikre. Mellom Kvitsøy og Bokn er det fortsatt svært usikkert hvor bergartsgrensene går, og hvilke bergarter som befinner seg langs sjøbunen. På Randaberg er det fyllitt og glimmerskifer med små linser av kvarts. Dette er de samme bergartene som Byfjordtunnelen går i fra Randaberg. Det kan være vanskelig å skille de overskjøvne fyllittene og glimmeskifrene fra den stedegne fyllitten der det ikke er en gneissåle mellom. Det er usikkert hvor dypt under overflaten grensen til den stedegne fyllitten og grunnfjellsgneisen ligger, og hvor langt ut fra land tunnelen vil gå i fyllitt og glimmerskifer før den møter grensen til Karmøyofiolitten, som antas å være begrenset ved en forkastning (se figur 3). Denne forkastninger er nær profil 6300, som vises ved en seismisk lavhastighetssone i figur 12 og 13. Karmøyofiolitten består av bergarter som gabbro, gangbergarter og noen ultramafiske bergarter (mørke og kvartsfattige) som er funnet på Alstein og småøyene og skjærene mellom Alstein og de større øyene nærmere Kvitsøy. Noen av utramafittene er indirekte funnet (indikert) og tolket ved hjelp av flymagnetometriske målinger. Det er også usikkert hvordan grensen mellom fyllitt i sør og bergartene i Karmøyofiolitten fremstår. Det er lansert flere modeller for denne grensen, se figur 3. Mest sannsynlig er det en stor forkastning mellom Randaberg og Alstein, samt en eller flere forkastninger mellom Alstein og Kvitsøy, som vist i figur 3. I modellene i figur 3 er det usikkert hvor dypt de ulike bergartene går. Dersom skyvedekket mellom Karmøyofioliten og underliggende Storheiadekke ligger grunt, som antydet i figur 3, kan det i verste fall gå i tunnelnivå. Det er ikke kjent hvordan dette skyveplanet opptrer med hensyn til oppsprekkingsgrad og stabilitet i tunnel. Ut fra usikkerheten omkring dybden til de ulike bergartene, kan tunnelen komme til å gå både i Ryfylkeskifer (fyllitt /glimmerskifer) og i stedegent grunnfjell før den går inn i den antatte forkastningen til høyre i figur 3. Avhengig av tykkelsen på Karmøyofiloitten og Storheiaflaket kan tunnelen komme til å gå litt i begge tektoniske enheter eller i bare en av dem. Dersom de begge er svært tynne, kan tunnelen igjen komme inn i fyllitt/glimmerskifer, som ligger under de to andre dekkene. På Kvitsøy er det mest grønnstein og grønnskifer, dels med putestruktur, breksjer og diabasganger, samt glimmerskifer og klorittskifer. Det opptrer også litt vulkanske bergarter som tuffer og andre lavabergarter, samt og litt marmor i vestre del av dette området. På de større, langstrakte øyene sørøst for Kvitsøy opptrer det glimmerskifer og klorittskifer, samt noen vulkanske bergarter. Disse bergartene tilhører Torvastadgruppen, som er en del av Hardangerfjorddekket sammen med Karmøyofiolitten. Den omtalte nye tolkningen av bergartsfordelingen og de store tektoniske enhetene er gjengitt i det forenklede berggrunnskartet i figur 4.

16 Side: 16 Bergartsfordelingen videre fra Kvitsøy mot Bokn er svært usikker, da det ikke finnes blotninger på øyer eller annen sikker informasjon om bergarter fra den undersjøiske delen av tunneltraseen. Imidlertid er det noen indikasjoner fra de flymagnetometriske målingene, sammenstilt med resultater fra de seismiske undersøkelsene, samt geologiske data fra land i nord og øst, som kan gi grunnlag for nye tolkninger av bergartsfordeling og tektonikk i dette området. Dette går fram av figur 4, og særlig figur 5. Figur 3. Profiler basert på ny tolkning av forkastninger mellom Randaberg og Kvitsøy. Formen og tykkelsen på de tektoniske enhetene er fremdeles usikre. Se figur 1 og 4. Etter NGU rapport

17 Side: 17 Figur 4. Forenklet berggrunnskart/ tektonisk kart etter ny tolkning. Etter NGU rapport Figur 5 viser bl.a. en antiklinal /(oppbuling) av grunnfjellet med fyllitten i Ryfylkeskiferen og Storheiadekket liggende over som tynne lag. Denne oppbulingen er tolket ut fra magnetometriske målinger (figur 10), som antyder at

18 Side: 18 grunnfjellet ligger grunt, samt regionale geologiske data. Den store forkastningen er tolket ut fra seismiske hastigheter, magnetiske dislokasjoner, batymetriske lineamenter og fortsettelse av lineamentene og en normalforkastning på land i nordøst. Ut fra profilet i figur 5, ligger grensen mellom grunnfjell og overliggende dekker så grunt at det er svært usikkert om tunnelen vil gå i grunnfjell eller i de overliggende dekkene i partier av den undersjøiske delen av tunnelen. Det er også muligheter for at tunnelen kan krysse dekkegrensen to eller tre ganger. På land i Vestre Bokn er det grunnfjell (granittiske, granodiorittiske og migmatittiske gneiser) med et lite felt av fyllitt som tilhører Ryfylkeskiferen nærmest påhugget ved Arsvågen. Figur 5. Et mulig geologisk profil etter nyere tolkning. En antatt stor normalforkastning som heller mot nord er basert på kunnskaper om regionale strukturer lengre mot nord. Etter NGU rapport Bruddstrukturer Både Arild Gjerde, NGU og Stefan Árnason har utført sprekkemålinger i felt. Arild Gjerde har i tillegg til retningene også beskrevet sprekkenes karakter og sprekkeavstand for de ulike sprekkesettene. NGU har i sin rapport en rekke bilder som viser litt av sprekkenes karakter i tillegg til at de har målt inn 507 planstrukturer. Planstrukturene er av NGU differensiert mellom ulike typer struktur, og delt inn etter geografiske områder og tektoniske enheter, samt forskjellige bergarter. Videre har NGU lagt stor vekt på glidestriper og bevegelsesretning i forkastninger og skjærsoner. Dette gir et forbedret grunnlag for tolkning av tektonikken, men har relativt lite å si for stabiliteten i en tunnel. I de følgende avsnittene blir de tre hovedområdene omtalt hver for seg med hensyn til geologiske strukturer Randaberg Gjerde har målt 55 sprekker på Randaberg, fordelt med omtrent halvparten på Tungeneset og halvparten nær fergekaia i Mekjarvika. NGU har målt mange sprekker over et større område, til dels langt fra tunneltraseen. Resultatene er vist i figur 6.

19 Side: 19 Alle plan målt av Gjerde Sprekker Randaberg målt av NGU Foliasjon målt av Gjerde Foliasjon målt av NGU Sprekker målt av Gjerde Figur 6. Stereoplott fra Randaberg etter A. Gjerde t.v. og NGU t.h.. Foliasjonssprekkene faller i følge Gjerde 0-45 i retning mellom vest og nordvest. Målingene er tatt i småfoldet fyllitt. Avstanden mellom de ru og undulerende foliasjonssprekkene er ca. 20 cm. Et annet sprekkesett står fra nord-sør til nordøst-sørvest med fall fra 20 til 90 mot vest til nordvest. Disse sprekkene er også plane og utholdende med sprekkeavstand 5-10 m. Et tredje sprekkesett står omtrent øst-vest med steilt fall. Disse sprekkene er plane med stor utstrekning og sprekkeavstand 5-10 m. NGU har målt 119 planstrukturer på Randaberg fordelt på 10 ulike lokaliteter. NGUs stereonett viser en tydelig foretrukket retning i foliasjonen med lite til moderat fall (10-20 ) og (30-50 ) mot vest og i mindre grad mot nordvest, dvs. i butt vinkel i forhold til tunnelaksen.

20 Side: 20 Et annet sprekkesett står steilt i retning østsørøst- vestnordvest til øst-vest. Et tredje sprekkesett står omtrent nord-sør med steilt fall mest mot øst. Et fjerde sprekkesett står omkring nordøst-sørvest med steilt fall mot nordvest, og er utholdende. Noen bilder viser rustfarget sprekkebelegg. Dette står omtrent vinkelrett på tunnelaksen. I tillegg opptrer det en del sprekker som ikke tilhører noen av de nevnte sprekkesettene. På Tungeneset står foliasjonen med fall mot vest, kombinert med noen relativt steile sprekker som står nordvest-sørøst, dvs. på langs av tunnelaksen. Denne kombinasjonen kan gi et kasseformet tunnelprofil. Árnason har målt i alt 29 sprekkeplan på Randaberg. Hans stereoplott viser foliasjon med fall mot nordvest og nordnordvest. Et annet sprekkesett står med strøk omkring nord-sør med en del variasjon til begge sider, og fall mot øst. Et tredje sprekkesett står vestnordvest-østsørøst med steilt fall mot nordnordøst. Som en samlet evaluering kan en si at sprekkemålingene utført av Gjerde, Árnason og NGU faller bra sammen og bekrefter hverandre Øyene mellom Randaberg og Kvitsøy På Alstein og de små øyene og skjærene mellom Alstein og de langstrakte øyene nærmere Kvitsøy er det kun NGU som har vært. NGU har målt til sammen 15 planstrukturer her uten at de i følge rapporten ga noen systematisk retning. Ingen stereografisk plott er presentert fra Alstein. Árnason har målt 16 sprekkeplan på Alstein. Her faller spekkesett mot østsørøst. Sprekkesett 2 faller mot nordnordvest. Sprekkesett 3 faller mot sørvest. Selv om det er få punkter, faller sprekkene i relativt klare grupper Kvitsøy Gjerde har målt 75 sprekker på Kvitsøy. Her er det for det meste registrert to sprekkesett pluss tilfeldige sprekker. På noen lokaliteter er det registrert tre sprekkesett. Foliasjonssprekkene står omkring nord-sør men varierer fra N30 Ø til N20 V, med fall fra til 80 både mot øst og vest. Det viser at de er fordelt langs en storsirkel på grunn av folding. De fleste målingene faller mot øst. Foliasjonssprekken er ru og plane, og opptrer med avstand cm. Noen steder er avstanden mindre, slik at bergmassen er skifrig. Et annet sprekkesett står med strøk fra øst-vest til vestnordvest-østsørøst med steilt fall. Sprekkene er utholdende og opptrer med avstand 1-2 m.

21 Side: 21 Alle plan målt av Gjerde Sprekker målt av NGU Foliasjon målt av Gjerde Foliasjon målt av NGU Sprekker målt av gjerde Figur 7. Stereoplott fra Kvitsøy etter A. Gjerde t.v. og NGU t.h.. Et tredje sprekkesett som opptrer mer sjelden, står med strøk mellom nordnordøstsørsørvest og nordøst-sørvest med steilt fall. Også her er det i stor grad sammenfallende retninger på deler av de tre plottene som er gjengitt i figur 7. NGU har målt 171 planstrukturer på Kvitsøy fordelt på 10 ulike lokaliteter. NGUs mange stereonett for Kvitsøy viser flere retninger for dominerende retning i foliasjonen. Basert på målinger tatt langt nord og øst på Kvitsøy viser stereoplottene foliasjonsplan med slakt fall (15 ) mot øst (Site = lokalitet 7) og 20 mot vestnordvest (lokalitet 34). Litt lengre sør i den østlige delen av Kvitsøy faller foliasjonen ca. 30 mot øst (lokalitet9) og varierer mellom fall mot nordvest og mot sørøst med en del spredning mellom disse hovedretningene ved lokalitet 6. Det synes som foliasjonen her er foldet om en akse som faller 0-10 mot nordøst. Lengre vest på Kvitsøy, ved lokalitet 36, faller foliasjonen mot østsørøst.

22 Side: 22 Et annet sprekkesett står med steilt fall (60-80 ) mot østsørøst i følge plottet. Steilt fall mot øst og østsørøst går også igjen på mange av de andre lokalitetene sør og vest på Kvitsøy. Et tredje sprekkesett ser ut til å stå steilt med fall både mot sørsørvest og nordnordøst i den østre delen av Kvitsøy. På lokalitet 34 synes sprekkene å stå i mange retninger. Árnason har målt 21 sprekkeplan på Kvitsøy. Her står spekkesett 1 vestnordvestøstsørøst med fall både mot nordnordøst og sørsørvest. Foliasjonen står for det meste nordøst-sørvest med fall mot nordvest, men er foldet, og varierer derfor mye. En annen men mindre hyppig sprekkeretning faller mot østsørøst. Som en samlet evaluering kan en si at sprekkemålingene utført av Gjerde, Árnason og NGU faller bra sammen og bekrefter hverandre også på Kvitsøy. 25 m Figur 8. Vertikalfoto av Jartholmen nordøst for Kvitsøy, viser både foliasjon (NØ- SV) og hovedsprekkeretning (NV-SØ) Vestre Bokn Gjerde har tatt 90 strøk- og fallmålinger på Vestre Bokn. For å unngå et kaotisk rosediagram ble målingene delt inn to grupper med et strukturdiagram for fyllitt og et annet for grunnfjellsgneiser. Foliasjonen i fyllitten står med strøk fra NNØ-SSV til NV-SØ med fall mellom 20 og 60 i østlig retning. Foliasjonen i fyllitten er bølget og ru, med sprekkeavstand cm, og noen steder større. Se figur 9.

23 Side: 23 Foliasjonen i grunnfjellet antas å gå i samme retning som i fylliten men er plan og ru, og opptrer med større sprekkeavstand. Et annet sprekkesett står VNV-ØSØ med fall fra 60 mot SSV til steilt, og i både i fyllitt og grunnfjellet. I begge bergartstyper er disse sprekkene ru og plane, og har stor utstrekning. Sprekkeavstanden i fyllitten er 5-10 m, mens den i grunnfjellet er 0,5-5 m. Et tredje sprekkesett, som opptrer mest i grunnfjellet, ser ut fra de stereografiske plottene til å ha strøk omkring ØSØ-VNV til Ø-V med steilt fall mot sør. Sprekkeavstanden i fyllitten er 5-10 m og noe mindre grunnfjellet. NGU har målt 79 sprekkeplan og 33 foliasjonsplan på Bokn. Alle plan målt av Gjerde Sprekker målt av NGU Foliasjon i fyllitt målt av Gjerde Foliasjon målt av NGU Sprekker i fyllitt målt av Gjerde Figur 9. Stereoplott fra Bokn etter A. Gjerde t.v. og NGU t.h..

24 Side: 24 Árnason har målt 28 sprekkeplan i grunnfjellet på Vestre Bokn. Sprekkesett 1 faller mot østnordøst med stor spredning i strøkretningen. Grensen mellom grunnfjellet og fyllitten faller også innenfor denne retningen. Et annet sprekkesett som også har stor spredning i strøkretningen, faller i sørlig retning. Også på Bokn kan en si at sprekkemålingene utført av Gjerde, Árnason og NGU i store trekk faller bra sammen og bekrefter hverandre Forkastninger og skyveplan Som beskrevet under avsnitt 3.2, Antatt bergartsfordeling langs tunneltraseen, er det stor usikkerhet med hensyn til de store tektoniske strukturene i tunnelens undersjøiske del. NGUs nyere tolkning av tektonikken kan tyde på at det kan være en normalforkastning omkring profil 6250 som skiller fyllitten i Ryfylkeskiferen og Karmøyofiolitten eller Storheiadekket som ligger under Karmøyofiolitten, atskilt av et skyvedekke, som antydet figur 3. Lydhastigheter på i m brede soner kan tyde på tett oppsprekking eller knusning, eventuelt med leire i denne forkastningen. Dersom det nevnte skyveplanet ligger grunt, kan tunnelen komme inn i det, og følge det over en betydelig lengde. Karakteren av dette skyveplanet er ukjent. Men erfaringer fra de kaledonske skyveplanene lengre nord er at bergmassen for det meste er rekrystallisert til en skifrig, men fast bergart. Disse bergartene har ofte en mylonittisk (hard og finkornet) eller kataklastisk karakter (preget av mikroriss og sammenvokste fragmenter). Unntakene er dersom disse skyveplanene er blitt aktivisert ved senere forkastninger. Den neste store forkastningen antas å krysse tunneltraseen omkring profil 11000, hvor grensen mellom Karmøyofiolitten og Torvastad-gruppen er antatt å gå. Her viser seismikken 7-20 m brede soner med hastigheter mellom 3000 og 3800 m/sek. Dette tyder også på svakhetssoner med tett oppsprekking eller delvis knusning. Retningen på denne sonen er usikker, men er antatt å ha moderat fall mot nordvest. I figur 3 er det antydet to forkastninger, som til dels kan falle sammen med dyprenna mellom profil og 13500, hvor seismikken har påvist hastigheter mellom 2800 og 3800 i soner med bredde m. Dette kan også være normalforkastninger som er reaktivert senere, og dermed kan inneholde sprø brudd med knusning og leire. 4 Geofysiske registreringer 4.1 Hovedtrekk av resultater fra geofysiske registreringer Akustiske og refraksjonsseismiske målinger viser to dypåler mellom Kvitsøy og Tungenes. Den dypeste ligger ca. 2,0 km ut fra Tungenes og det er registret et dyp til bergoverflaten ned til -215 meter. I den andre dypålen, som ligger nær Kvitsøy, er dybden til bergoverflaten ca meter. Generelt ligger den seismiske

25 Side: 25 lydhastigheten i bergmassen på mellom 5000 og 6200 meter pr. sekund, noe som tyder på god bergmassekvalitet. I korte partier i dypålene, hvor det der utført refraksjonsseismikk, er det registrert flere lavhastighetssoner med lydhastigheter mellom 3100 og 3700 meter per sekund (ca. 2 km fra Tungenes og på østsiden av Kvitsøy). Umiddelbart øst for Kvitsøy er det registrert hastigheter ned til 3000 m/s. Fra Kvitsøy mot Bokn viser dataene at dybden til bergoverflaten varierer en del langs traseen, og går helt ned mot kote -320 ca 6 km sør for påhugget ved Arsvågen i Bokn. Det er utført noen få refraksjonsseismiske profiler i dypålene. Lydhastighetene varierer mellom 5000 og 5600, og unntaksvis opp til 6000 meter per sekund utenom lavhastighetssonene. Ca. 0,5-1 km nord for Kvitsøy er det registrert lydhastigheter ned til 2500 og 2800 m/s over m brede soner. I dypålen på -320 m er det kun to refraksjonsseismiske profiler. Disse dekker ikke hele bredden av dyprenna. Her ble det registrert hastigheter ned til 3500 m/s. 4.2 Flymagnetiske målinger De flymagnetisk målingene utført av SGU (Sveriges Geologiske Undersøkelse) og tolket av NGU viser at det kan være dypforvitring i deler av tunneltraseen. Slik dypforvitring, som ikke er mye utbredt i Norge, er tidligere observert i Oslofjordområdet. For å se om det kunne være dypforvitring også i Boknafjordområdet, er det utført tilsvarende analyser her som for Oslofjordområdet. Magnetiske anomalier faller i mange tilfeller sammen med linjamenter fra det batymetriske kartet. Dybden av magnetiske kropper (magnetiske bergartstyper) er beregnet ut fra de magnetometriske målingene. Resultatene er presentert på kart med tittel Topographic and magnetic lineaments with possible deep weathering zones. Figurene 10 og 11 viser oversiktskart med resultatene fra disse målingene, som er tolket og sammenstilt med magnetiske egenskaper i bergartsprøver tatt i terrenget og testet i laboratorium. Kartet skiller mellom hvor det er sannsynlig dypforvitring og hvor det er mulig dypforvitring. Linjene som er tolket som magnetisk dislokasjon (sprang i magnetiske egenskaper) faller i grove trekk sammen med noen av lavhastighetssonene fra de seismiske undersøkelsene. De feltene i figur 11 som viser sannsynlig dypforvitring, er vanskelige å korrelere med seismiske hastigheter eller lineamenter da kartet i figur 11 er for grovt. De partiene som har en generell lavere seismisk hastighet enn ellers, også utenom lavhastighetssonene, faller i liten grad sammen med områdene som er markert som sannsynlig dypforvitring. Derimot synes de å falle samen med linjene for magnetisk dislokasjon. Erfaringer fra andre områder tilsier at forvitring i bergmasser uten sprekkedannelse ikke nødvendigvis gir spesielt lav seismisk hastighet. For eksempel i Nordkapptunnelen ble det målt seismisk hastighet på 5100 m/sek i en fullstendig omvandlet bergmasse som minnet mest om tørrskorpeleire under utlasting. Bergmassekvaliteten var omkring Q = 0,01, dvs. mellom eksepsjonelt og ekstremt dårlig, og førte til utstøping eller sprøyting av

26 Side: 26 armerte buer. Også høye spenninger kan gi tilsvarende avvikende seismiske hastigheter. Etter feltkartleggingen på øyene ble det konkludert med at bergarter fra Karmøyofiolitten (basiske dypbergarter) opptrer også på øyene mellom Kvitsøy og Randaberg. Nord for Kvitsøy, mot Bokn, hvor det ikke finnes eksponert bergoverflate i form av øyer og det ikke ble observert noen magnetisk signatur, var det ikke mulig å komme fram til noen konklusjon om de geologiske forholdene. Figur 10. Flymagnetisk kart fra ytre Boknafjordområde. Fargene gir et uttrykk for magnetisk anomali, hvor den røde-fiolette siden viser sterkt magnetisk felt og den grønn-blå siden viser svak magnetisme uttrykt i nt = nanotesla. Skyggelagt relieff av topografisk og batymetrisk kart lagt over fargekart. Etter NGU-rapport

27 Side: 27 Figur 11. Tolket magnetisk dislokasjon er markert med røde linjer. Blå flekker er sannsynlig dypforvitring. Gule flekker er mulig dypforvitring. Etter NGU-rapport Den nye kunnskapen om magnetiske egenskaper, sjøbunnstopografi, strukturgeologi og bergartsgrenser danner grunnlaget for en ny geologisk tolkning av hvordan berggrunnen i området er bygget opp. Dette er viktig for å kunne estimere fordelingen av bergarter og strukturer, inkludert svakhetssoner langs tunneltraseen. Det er særlig svakhetssonene, som ofte er tolket som forkastninger, som antas å være dypforvitret. Tolkningen av de magnetometriske målingene indikerer også at et skyvedekke kan ligge noen hundre meter under overflaten mellom Randaberg og Kvitsøy. NGU sier i sin rapport at det på grunn av lav magnetisk susceptibilitet (motakelighet for magnetisk felt) i berggrunnen ikke er mulig å beregne dybden på en mulig forvitring.

28 Side: Målinger av løsmassetykkelse (akustikk) Dyprenna 1,5-2 km ut fra Tungenes har registrert bergoverflate på mellom -220 og -237 m på det dypeste. Her er det påvist løsmassemektigheter opp til m i alle 4 refraksjonsseismiske profilene. Løsmassehastighetene ligger mellom 1900 og 2200 m/s, som er typisk for morene. Tre grunne renner ligger henholdsvis 4, 5 og 6 km ut fra Tungenes. Den dypeste bergoverflaten ligger henholdsvis -73 m, -84 m og -107 m i de respektive rennene, hvor løsmassetykkelsen ser ut til å variere mellom 5 og 20 m. Den nord-sørgående dyprenna øst for Krågøya, ca. 8,5 km fra Tungenes, har en bergoverflate mellom -100 og -140 m. Løsmassetykkelsen ligger mellom 5 og 20 m i selve renna. Løsmassehastighetene ligger mellom 1900 og 2500 m/s, som er typisk for morene. Dyprenna ca. 1 km nord for Kvitsøy har registrert bergoverflate mellom -200m i sørvest og -250 m i nordøst. Her faller bunnen meget bratt av mot nord og nordvest (fra ca. -60 m ned til ca m, dvs. 130 m ned over 20 m horisontalt). Løsmassemektigheten her er ca. 20 m i sørvest. I midten er det ubetydelige løsmasser, mens det er ca. 15 m tykke løsmasser i nordøst. En annen dyprenne med bergoverflate ned til ca m ligger ca. 2,5 km nord for Kvitsøy. Løsmassetykkelsen i selve renna er m, mens det er lite løsmasser opp i sidene av renna. Ca. 3,5 km nord for Kvitsøy viser akustikken bergoverflate med liten løsmassetykkelse på ca m. I tunneltraseens dypeste parti med bergoverflate ned til -320 m ca. 5 km nord for Kvitsøy og ca. 6 km sør for påhugget ved Arsvågen er det for det meste lite løsmasser i den brede renna. Renna, som er ca. 1 km bred, har mindre løsmassetykkelser (10-20 m) i et par smale, lokale dyprenner, som kommer inn fra vest. Ca. 6 km nord for Kvitsøy er det registrert et refraksjonsseismisk profil (P3/06) i utgangen av en renne, som kommer inn fra nordvest. Bergoverflaten ligger her mellom -240 og -250 m. Det er lite løsmasser i profilet, men akustikken viser en stor flate med m tykke løsmasser øst for profilet. Ca. 7 km nord for Kvitsøy er det registrert et refraksjonsseismisk profil (P11/06) over et relativt flatt område mer helling mot vest. Bergoverflaten som er nesten fri for løsmasser, ligger på -65 til -82. Ca. 8 km nord for Kvitsøy og ca. 2,5-3 km sør for Arsvågen er det registrert et refraksjonsseismisk profil (P02/06) i et relativt flatt område. Bergoverflaten som er nesten fri for løsmasser, ligger på -78 til -120.

29 Side: 29 Ca. 9 km nord for Kvitsøy og ca. 1,5-2 km sør for Arsvågen er det registrert tre refraksjonsseismiske profiler i et relativt flatt område med en liten forsenking. Bergoverflaten i forsenkningen ligger mellom -40 og -60 m. Det opptrer ca. 10m tykke løsmasser i det midterste profilet. Eller er det lite løsmasser her. 4.4 Refraksjonsseismiske målinger i berggrunnen I dyprenna, mellom 1,5 og 2 km ut fra Tungenes, (se vedlagt kart i vedlegg A) omkring profil nr.6200 til 6600 med bergoverflate på ca m er det blant annet påvist m brede soner med registrerte lydhastigheter på m/s. Det kan se ut som en gjennomgående lavhastighetssone går langs foten av en brattkant nærmest Tungnes. Se figur 12 og 13. Utenom sonene er den generelle målte seismiske hastigheten mellom 4100 og 6000 m/s, noe som kan antyde enten ulike bergarter eller varierende bergmassekvalitet m -300 m Figur 12. Dyprenna nordvest for Tungesnes/Randaberg. Rutestørrelse er 50 m horisontalt og 10 m vertikalt.

30 Side: m N Tungenes Figur 13. Mulige gjennomgående lavhastighetssoner ut for brattkanten nordvest for Randaberg kan være skyveplan eller forkastninger. Jfr. figurene 3 og 4. Tre stiplede linjer er mulige svakhetssoner. Tre grunne renner som ligger henholdsvis 4 km (pr ), 5 km (pr. 9650) og 6 km (pr ) nordvest for Tungenes viser flere 7-20 m brede soner med lydhastigheter i intervallet 3000 til 3800 m/s. Seismisk hastighet utenom lavhastighetssonene m/s bortsett fra et parti med 4500 m/s i et av profilene. I den nord-sørgående dyprenna øst for Krågøya, ca. 8,5 km fra Tungenes (pr ), med bergoverflate mellom -100 og -140 m, er det påvist to til tre lavhastighetssoner. Sonene opptrer med bredder m i hvert av profilene som krysser renna, og har påvist seismiske hastigheter mellom 2700 og 3800 m/s. De to nordligste profilene har lavere generell seismisk hastighet ( m/s) utenom sonene enn det som er vanlig i området ellers. I de sørligste profilene går hastigheten opp til 6000 m/s. Dyprenna ca. 1 km nord for Kvitsøy (pr ) har registrert bergoverflate mellom -200 og -250 m, med lydhastigheter mellom 2500 og 3400 m/s i 20 til over 50 m brede soner. På grunn av bratt bunntopografi og mulig kabelheng er de laveste hastighetene (2500 m/s) usikre. De fire sonene med laveste hastighet på 2500 m/s, som alle ligger i bunn av skrentene kan likevel tyde på en utholdende svakhetssone i dette området. Lengre nord, i bunn av samme dyprenna, opptrer en annen lavhastighetssone med hastighet m/s. Også her er det generelle seismiske hastigheten i renna ( m/s) noe lavere enn vanlig i området. I dyprenna med bergoverflate ned til ca m, ca. 2,5 km nord for Kvitsøy (pr ) er det kun et par mindre (10-15 m brede) lavhastighetssoner med hastighet 2600 og 3200 m/s i det ene profilet som krysser renna. Seismisk hastighet for øvrig er m/s, bortsett fra et lite parti med 5800 m/s.

31 Side: 31 I den åpne renna ca. 3,5 km nord for Kvitsøy (pr ) med bergoverflate på -240 m, er det registrert en ca. 15 m bred sone med hastighet 3500 m/s. Seismisk hastighet for øvrig er m/s. Tunneltraseens dypeste parti med bergoverflate ned til -320 m ligger ca. 5 km nord for Kvitsøy og ca. 6 km sør for påhugget ved Arsvågen (pr ). Her er det registrert seismiske hastigheter mellom 2500 og 3800 m/s i m brede soner. To lavhastighetssoner på 2700 og 2800 m/s i profil P04/06 følger sannsynligvis lokale forsenkninger, som går sør for de andre profilene. Disse sonene er ca. 10 m brede. For øvrig er seismikk hastighet i det dypeste partiet mellom 4100 og 6000 m/s. En markert skrent i sjøbunnen krysser tunneltraseen ca. ved pr Her er det ikke noe seismisk profil. Ca. 6 km nord for Kvitsøy(pr ) er det registrert et refraksjonsseismisk profil (P3/06) i utgangen av en renne, som kommer inn fra nordvest. Her er det registrert to lavhastighetssoner på henholdsvis 2200 og 3700 m/s. Sonene er henholdsvis 7 og 20 m brede. Sonen på 2200 m/s ligger i bunnen av skrent og kan være usikker på grunn av kabelheng. Ca. 7 km nord for Kvitsøy (pr ) er det registrert et refraksjonsseismisk profil (P11/06) over et relativt flatt område med helling mot vest. Her er det ikke registrert noen lavhastighetssoner. Seismisk hastighet varierer mellom 4400 og 5900 m/s. Ca. 8 km nord for Kvitsøy (pr ) er det registrert et refraksjonsseismisk profil (P02/06) i et relativt flatt område. Det er ikke registrert noen hastigheter lavere enn 4000 m/s som opptrer i en ca. 20 bred sone. Seismisk hastighet varierer for øvrig mellom 4700 og 5700 m/s. Ca. 9 km nord for Kvitsøy og ca. 1,5-2 km sør for Arsvågen (pr ) er det registrert tre refraksjonsseismiske profiler i et relativt flatt område med en liten forsenking. Det er registrert en m bred lavhastighetssone (2400 og 3500 m/s) i forsenkningen i de to vestligste profilene. Denne sonen finnes ikke i det østligste profilet, hvor hastigheten er 5800 m/s. En lokal lavhastighetssone (4000 m/s i 10 m bredde) opptrer i det midterste profilet. For øvrig varierer seismisk hastighet mellom 4300 og 6200 m/s. Målinger på land viser store løsmassemektigheter på Harestad ved Randaberg, og varierende seismiske hastigheter i bergmassen under. Løsmassetykkelsen ser ut til å variere mellom 10 og 25 m. Fem ulike refraksjonsseismiske profiler viser flere lavhastighetssoner med hastigheter mellom 2500 og 3000 m/s. Sonene er 7-10 m brede. Seismisk hastighet varierer for øvrig mellom 3900 og 6000 m/s. Innerst i et smalt sund, lengst nord på Kvitsøy som er fylt igjen med løsmasser og med bratte sider, viser et refraksjonsseismisk profil en lavhastighetssone på 2200 m/s. Sonen er snaut 20 m bred. Seismisk hastighet varierer for øvrig mellom 4700 og 6000 m/s.

32 Side: 32 I en forsenkning over tunneltraseen ved Arsvågen er det målt et seismisk profil, som viser to lavhastighetssoner på henholdsvis 2800 og 3000 m/s. Sonene er tolket til å være ca. 5-7 m brede. For øvrig varierer seismisk hastighet mellom 5200 og 5800 m/s. 4.5 Korrelasjoner mellom geofysikk-resultater og dokumenterte forhold i nærliggende tunneler Prosjektoppgave og Masteroppgave utført av Linda Nesje ved NTNU konkluderer med at bare en liten del av magnetometrianomaliene og lineamentene korrelerer med dokumenterte svakhetssoner i ferdig bygde tunneler i området omkring Rogfastprosjektet. Da batymetrien i følge NGU ikke er detaljert nok til å få fram de mindre lineamentene i området omkring de utbygde tunnelene, kan det være at konklusjonen er litt for bastant. Med en bedre oppløsning i de batymetriske kartene kan det hende at korrelasjonen ville ha blitt bedre. Korrelasjonen mellom kartlagte lineamenter og refraksjonsseismiske målinger av lavhastighetssoner synes heller ikke å være god. Resultatet fra arbeidet antyder også at magnetometrimålingene er bedre til å påvise svakhetssoner enn lineamentanalyse. Med bedre oppløsning i batymetrikartet, kunne resultatet ha blitt annerledes. Ellers har Linda Nesje sett på tilfeller der både lineamenter (LIN) og magnetometrianomalier (MAG) gir respons. Disse metodene utfyller hverandre. Områder med lavt magnetfelt eller uten tydelige anomalier kan gi respons på batymetri (LIN), mens områder hvor det batymetriske relieff er visket bort pga løsmasser kan gi respons på MAG. Et annet spørsmål etter NGIs vurdering, er om løsmassefylte kløfter kan tolkes som dypforvitring. Resultatene fra Linda Nesjes materoppgave viser at ca. 50 % av de utstøpte partiene korrelerte med seismiske lavhastighetssoner, mens 67 % av de utstøpte partiene korrelerte med hastighetsfoholdet v/v max 0,8. Magnetometrimålingene korrelerte med 33 % av totalt utstøpte partier. Videre viser resultatene at magnetometrimålingene korrelerte med 63 % av antall lavhastighetssoner påvist med refraksjonsseismikk. Lineamentene korrelerte med 16 % av totalt utstøpte partier. Selv om det ble påvist relativ svak korrelasjon mellom magnometri og lineamenter og de utstøpte partiene i de undersøkte prosjektene, kan metodene være verdifulle som supplement til refraksjonsseismikken. Resultatene må sees i lys av at det er relativt svak dokumentasjon av virkelige påtrufne svakhetssoner i mange av de ferdig bygde tunnelene, fordi bare de utstøpte partiene er lagt inn i sammenligningsgrunnlaget. 5 Tunneltrasé inkludert arm til Kvitsøy Lengden av hovedløpet mellom påhogget på Harestad på Randaberg og Arsvågen i Bokn blir ca. 24,5 km, avhengig av hvor påhoggene plasseres, se figur 1. I tillegg til hovedløpet blir det en ca. 2,5 km lang arm opp til Kvitsøy og ca m med ramper i forbindelse med det planskilte krysset i avkjøring til Kvitsøy fra hovedtunnelen

33 Side: Påhuggene Påhugg ved Harestad i Randaberg Figur 14. Påhugg ved Harestad på Randaberg. Alt. 1 er det aktuelle påhugget. N Harestad Figur 15. Landseismikk i Mekjarvika viser flere lavhastighetssoner. Ca. plassering av tunneltrase er merket med rød stiplet linje.

34 Side: 34 Området (se figur 14) utenom selve påhugget er dekket av til dels store løsmassetykkelser. Dette er verifisert med både seismikk og boringer. Seismiske målinger viser store løsmassemektigheter på Harestad og varierende seismiske hastigheter i bergmassen under. Løsmassetykkelsen ser ut til å variere mellom 10 og drøyt 20 m. Fem ulike refraksjonsseismiske profiler viser flere lavhastighetssoner. De tre sonene med lavest hastighet (2500, 2900 og 3000 m/s) er vist på kartet i figur 15. Sonene er anslått til å være 5-10 m brede. I tillegg er det flere ca. 20 til 30 m brede partier med hastigheter mellom 4100 og 4600 m/sek. Dette er også er klar reduksjon i forhold til de høyeste hastighetene som ligger rundt 6000 m/sek Påhugg på Kvitsøy Det planlagte påhogget på Kvitsøy ligger i eksponert bergoverflate. Tunnelen vil gå med mellom 10 og drøyt 20 m terrengoverdekning de første 300 m fra påhugget på Kvitsøy. Dette går fram av figur 24. Bergmassekvaliteten i dette området er ikke dokumentert Påhugget ved Arsvågen N Figur 16. Påhugg ved Arsvågen. Forsenkning med lavhastighetssoner er markert med stiplet pil mellom figur 16 og figur Figur 17. Ca. 20 m terrengoverdekning de første 320 m fra påhugget ved Arsvågen.

35 Side: 35 Påhugget i Arsvågen ligger i område med vekslende men overveiende tynt løsmassedekke. Som det går frem av profilet i figur 17, er ikke mer en ca. 20 m terrengoverdekning fra påhugget ved profil til en forsenkning ved ca. profil I denne forsenkningen viser seismisk profil 28/06 to lavhastighetssoner på henholdsvis 2800 og 3000 m/sek, begge tolket til å være 5 m brede, mens hastighetene for øvrig er 5200 og 5800 m/sek. Dybde til fjell i forsenkninger er tolket til opptil 5 m. Bergmassekvaliteten i påhuggsområdet er ikke dokumentert. 5.2 Hovedtunnelen fra Randaberg til Arsvågen De første 5,5 km fra Harestad vil gå parallelt med og nær avløpstunnelen til avløpssambandet IVAR, se figur 18. Her var erfaringene at tunnelen gikk i fyllitt og Ryfylkeskifer uten noen svakhetssoner. Det var imidlertid oppsprukket bergmasse som krevde store mengder sementinjeksjon de siste 18 meterne ved utslaget i brattskrenten ut mot dyprenna til høyre på figur 18. Mellom 1,5 og 2 km ut fra Tungenes, omkring profil nr.6200 til 6600 går en dyprenne med fjelloverflate ned til ca m. Tunnelhengen vil her ligger på ca m. Dyprenna er også vist i figur 12 og 13. Figur. 18. Oversikt over de første 6 km av Rogfasttunnelen ut fra Randaberg med IVAR anlegget inntegnet med stiplet rød linje. Vertikal plassering av avløpstunnelen er usikker, bortsett fra utslaget på -89 m.

36 Side: 36? Figur 19. Detalj av djupål ved pr nord for Kvitsøy med ca. 40 m bergoverdekning over tunnelhengen. Forkastningen og bergartsgrensen som er tegnet inn i figur 5 kan gå her.? Figur 20. Detalj av djupål mellom pr og 19700, hvor bergoverdekningen ligger omkring m. For øvrig ventes ingen djupåler med liten bergoverdeknig langs hovedtunnelen før ved pr , nord for Kvitsøy, hvor bergoverflaten er estimert til å gå ned til -300 m, mens tunnelhengen vil ligge på drøyt -340 m på samme sted. Det vil si ca. 40 m bergoverdekning. Dette er vist i figur 19. Antatt bergartsgrense med forkastning mellom Torvastad-gruppen med grønnstein og vulkanske sedimenter i sør og grunnfjellsgneis med antatt overliggende dekkebergarter i nord, som er vist i figur 5, kan gå her. Det må vurderes om tunnelen bør senkes her, eller om en satser på å komme gjennom en eventuell svakhetssone med liten fjelloverdekning

37 Side: 37 ved å benytte alle tilgjenglige metoder for sondering og sikring under tunneldriften. Mellom profil og er det et langt parti med liten overdekning. Overdekningen ligger mellom m over en lengre strekning, kombinert med flere lavhastighetssoner, som vist på figur Figur 21. Terrengoverdekning m kombinert med lavhastighetssoner mellom pr og Figur 22. Mellom profil og går terrengoverdekningen ned til m i to djupåler.

38 Side: 38 Mellom profil og er det overdekning mellom 50 og 60 m kombinert med to lavhastighetssoner. Se figur 21. Inntegnet bergartsgrense i figur 21 går trolig lengre sør, nær profil 17000, som antydet i figur 19. Mellom pr og går overdekningen ned til m i to djupåler, kombinert med lavhastighetssoner eller antatte svakhetssoner. Se figur Arm til Kvitsøy Figur 23. Arm fra Kvitsøy mot hovedtunnel på E39 med antydet plassering av kjerneborhull ut fra Krågøya. Ny trasé er blå stiplet linje. Figur 24. Lengdeprofil av arm fra Kvitsøy mot E39.

39 Side: Figur 25. Detalj av djupål med svakhetssoner i armen fra Kvitsøy, ved profil Her er det i følge profilet ned mot 20 bergoverdekning langs den opprinnelige traseen. En nord-sørgående dyprenne med estimert fjelloverflate mellom ca og -135 m.u.h. går øst for Krågøya, ca. 8,5 km fra Tungenes, (pr ). Tunnelhengen vil her ligge ca. 220 m under sjønivå. Se figur 23. Armen fra Kvitsøy går under en djupål mellom profil 3200 og 3600, dvs. mellom ca og 1700 m fra påhogget på Kvitsøy. Dette er vist på figur 24 og i større detalj i figur 25. På det minste er i følge profilet bergoverdekningen i underkant av 20 m i en svakhetssone. Mellom profil 3300 og 3550 er fjelloverdeknigen 30 m eller mindre. To lavhastighetssoner med henholdsvis 3500 og 3800 m/sek. er påvist sentralt i djupålen. Her må tunnelen senkes eller legges om. Foreslått ny trasé er vist i figur 23. Ekstra seismisk profil langs den nye traseen og kjerneboringer er påkrevet som vurderingsgrunnlag og planlegging. Plassering av kjerneborhullet er antydet med rød linje i figur Spenningsmålinger I Stavanger-Bokn-regionen er det målt høye horisontale spenninger flere steder. På Kårstø ble det ved hjelp av overboring registrert høye horisontalspenninger med største hovedspenning 8,1 MPa i retning ca. nord-sør. Dette er ca. 4 ganger Så høyt som den teoretiske gravitativt induserte spenningen i måleområdet. Måling med hydraulisk splitting indikerte største hovedspenning mer i retning VNV-ØSØ. Ved Tastevarden i Stavanger ble det også målt høye horisontalspenninger ved hjelp av overboring. Her lå største hovedspenning på 5,6 MPa mer i østlig retning. NGI utførte spenningsmålinger i Risavika, sør for Stavanger, i forbindelse med bygging av ny havn der. Målingene ble utført ved hjelp av hydraulisk splitting, som ga minste hovedspenning på 3 MPa i Ø-V retning på bare 11 m dyp. Dette indikerer at også her er det høye horisontalspenninger godt over 3 MPa i retning omkring N-S, som må være tektonisk betinget. Det ble også målt noe høye horisontale spenninger i Finnfasttunnelen. Denne målingen ble imidlertid utført kun fra 0 til 4 m over hengen i eksisterende tunnel. Målingen er derfor sterkt påvirket av tunnelen, (mer lik

40 Side: 40 tangentialspenning indusert rundt tunnelen) og kan ikke sammenlignes med hovedspenninger målt i uforstyrret bergmasse. Dersom en tilbakeregner den største målte spenningen ca. 1,5 m fra tunnelhengen, som var ca. 12 MPa, etter Kirsch s lov, kan den største horisontale spenningen være i størrelsesorden 5 MPa, noe som ligger godt over teoretisk gravitativt indusert spenning på målestedet. De målte horisontalspenningene i området, som synes å ligge i størrelsesorden 5-10 MPa på aktuelt dyp, er etter NGIs vurdering, gunstige for stabiliteten i hengen idet den øker innspenningen av potensielt løse blokker, som er avgrenset av for eksempel vertikale sprekker. 7 Vannlekkasjer Estimering av vannlekkasjer er svært usikkert, men kan vinkles mot erfaringer fra andre tunneler, og relateres mot kunnskapen om generelt høye horisontale spenninger i regionen. Erfaringer fra både Byfjordtunnelen og Mastrafjordtunnel I i Rennfastprosjektet, beskrevet av Ann Elisabeth Bøyeie, viste størst vannlekkasjer fra øst-vest-gående sprekker. De dominerende sprekkeretningene i Mastrafjord II stryker både NØ-SV og NV-SØ. Av disse er det sprekker som stryker NØ-SV som gir mest vann. I harde bergarter som gneis, mylonitt og kvartsitt kom vannlekkasjene hovdesakelig ut fra sprekkesoner og fra enkeltsprekker, mens det i fylliten kom langs foliasjonsplanet og ble spredd mer jevnt utover i tunnelen. Det var betydelige lekkasjer der hvor det vekslet mellom svake og harde bergarter. Dette er et kjent fenomen fra mange andre områder i verden. Stefan Árnason har i sin masteroppgave av 2008 utført en studie av lekkasjepotensialet og behovet for injeksjon i Rogfastsambandet. Han har gått gjennom erfaringstall fra avløpsambandet IVAR på Randaberg, som ligger i samme område som Rogfasttunnelen, Rennfast-tunnelene, Karmøy- Kårstø gassrør-tunnelene og Finnfastsambandet. Særlig IVAR, som har en avløpstunnel i 4,1 km lengde mot nordvest fra Mekjarvika, parallell med Rogfasttunnelen, i liten avstand fra denne, er av stor viktighet som referanse. Avløpstunnelen går ut i sjøbunnen 89 m under sjønivå, ca. 1,3 km ut fra land. Dette ligger i brattskrenten over djupålen, som vises på figur 12. Rogfasttunnelen vil ligge på ca m på samme sted. Avløpstunnelen hadde lite lekkasjer, bortsett fra de siste 18 meterne, som var oppsprukne og ga store lekkasjer før injeksjon og utslag i brattskrenten. Det er godt dokumentert i litteraturen og fra mange anlegg at den hydrauliske konduktiviteten og lekkasjer i undergrunnsanlegg avtar betydelig med økende dyp og spenninger i bergmassen.

41 Side: 41 8 Estimert bergmassekvalitet 8.1 Bergmassekvalitet basert på kartlegging utført av A.Gjerde og S.Árnason I følge A. Gjerde har fyllitten ved Randaberg en gjennomsnittlig bergmassekvalitet, Q på ca. 12. Árnason har gitt fyllitten på Randaberg en Q-verdi på 15. På Alstein har Árnason satt Q-verdien til 14 i det han kaller metagabbro i prosjektoppgaven. På Kvitsøy har Gjerde observert Q-verdier rundt 9. Árnason har satt Q-verdien lik 7 i grønnskifer og 14 i grønnstein. På Vestre Bokn og gir Gjerde en Q-verdi på 27 i fylliten og 9 i grunnfjellsgniesen. Árnason har gitt grunnfjellsgneisen på Vestre Bokn en Q-verdi på 14. Q-verdiene, som representerer både oppsprekkingsgrad, antall sprekkesett, ruhet, sprekkefylling, vannlekkasjer og spenningsforhold vil normalt variere ganske mye selv innen en bergartsprovins. Svakhetssoner og sprekkebelter, samt varierende sprekketetthet vil normalt gi en betydelig variasjon i bergmassekvaliteten, Q. De nevnte observasjonene på land refererer til oppstikkende bergknauser, som må antas å representere den beste delen av bergmassen. Også erfaringer fra tunnelene i samme regionen viser store variasjoner i Q- verdien, selv innen en og samme bergart. Erfaringene fra Rennfast og Finnfast viser dette. 8.2 Bergmassekvalitet basert på refraksjonsseismikk i mindre utvalgte områder omkring djupålene Det finnes en empirisk sammenheng mellom bergmassekvaliteten uttrykt ved Q- verdien og seismisk hastighet, V p. Noen har tidligere forsøkt å sammenligne bergmassene oppsprekking, RQD med seismisk hastighet. Dette er enda mer unøyaktig enn å korrelere med Q-verdien. Nick Barton har utviklet en enkel formel for denne sammenhengen justert for bergartens trykkstyrke, σ c. ( V 3,5) V p log Q + 3,5 10 p c Her er Q c definert ved følgende relasjon: σ c RQD J r Qc = Q = 100 J n J a J w σ c SRF 100 I stedet for å bruke denne formelen kan en bruke et diagram som er bygget opp på samme formel, og som i tillegg justerer for innspenningen uttrykt ved dybden under bergoverflaten og bergartens porøsitet. Se figur 26. Formelen og diagrammet er empirisk, og kan derfor gi feil relasjon mellom Q-verdi og seismisk hastighet i en del tilfeller. Normalt er de seismiske hastighetene målt nær Q c

42 Side: 42 bergoverflaten. Derfor brukes i de fleste tilfeller linjen som representerer 25 m dyp. Det er påvist hastigheter opp til 6000 m/sek i fyllitt i dette området. Dette er høyere enn normalt for fyllitt, og kan best forklares ved høye spenninger. Figur 26. Diagram som viser korrelasjon mellom seismisk hastighet og Q-verdier, justert for spenning og porøsitet. Etter Nick Barton Dersom det opptrer høye horisontale spenninger nær bergoverflaten, vil de seismiske hastighetene vise høyere verdier enn om det ikke var høye spenninger. Med andre ord kan korrelasjon med seismiske hastigheter ved høye spenninger gi for høye Q-verdier i forhold til den virkelige bergmassekvaliteten. Seismisk hastighet er høyere på langs av foliasjonen enn på tvers av denne. Det er også kjent at den seismiske hastigheten varierer med bergartstype. Tunge bergarter som gabbro og diabas har normalt høyere hastighet enn for eksempel sandstein og fyllitt. NGI-rapport av 21. desember 2001 analyserer sammenhengen mellom Q-verdier, spenninger og seismiske hastigheter, basert på erfaringer fra mange tunnelanlegg. Relasjonen har i praksis vist seg å stemme ganske bra for det meste ved seismiske hastigheter ned til 3000 m/sek, når en tar høyde for ulike bergarter og spenninger. For V p < 3000 m/sek er sammenhengen svært usikker og kan ofte være feilaktig. En må da vite mer om de spesifikke geologiske forholdene for å tolke riktig. For eksempel kan overkonsolidert morene ha seismiske hastigheter opp til 3000 m/sek. Bergmasse med åpne sprekker viser langt lavere hastighet enn fylte sprekker med for eksempel leire. Et eksempel på dette er Nordkapptunnelen under Magerøysundet, hvor det ble påvist seismiske hastigheter på over 5000 m/sek i en fullstendig knust og forvitret bergmasse, som var uten åpne sprekker. Bergmassen

43 Side: 43 besto av terninger i 1-3 cm størrelse som hadde klorittbelegg på sprekkeflatene. Bergmassen hadde konsistens som tørrskorpeleire når den ble lastet ut. Tunnelen ble sikret dels med utstøping og dels med armerte sprøytebetongbuer. Også ved Forus, sør for Stavanger, er det erfart svært dårlig og oppknust bergmasse med leir, selv om den seismiske hastigheten var høy. I tillegg til høye spenninger nær overflaten er grunnvannsnivået også helt avgjørende for seismisk hastighet. Videre finnes det mange eksempler på at kabelheng langs bratte skrenter i sjøen gir gjennomsnittshastig mellom fjell og vann, som da blir ekstremt lav, og kan gi inntrykk av lavhastighetssoner der det overhodet ikke er lave hastigheter. Også bunntopografien og løsmasselag kan være helt avgjørende for tolkningen av seismikken. Videre er det viktig å huske at tradisjonell refraksjonsseismikk gir hastigheter målt nær overflaten, mens tunnelen som oftest ligger dypere. Til tross for mange mulige feilkilder og muligheter for feiltolkning, er de seismiske undersøkelsene den viktigste kilden til å estimere bergmassekvalitet og sikringsbehov i en undersjøisk tunnel. I de fleste tilfellene er det brukbar sammenheng mellom seismisk hastighet og observert bergmassekvalitet Estimat av bergmassekvalitet ut fra utført seismikk i Rogfast. Fordi det er dokumentert at det opptrer høye horisontalspenninger i hele området fra Sola i sør via Finnfasttunnelen til Kårstø i nord, velges her å ta høyde for høye spenninger ved korrelasjon fra seismiske hastigheter til Q-verdier. Det viser seg også at Q-verdiene blir usannsynlig høye uten en slik kalibrering for høye spenninger. For eksempel vil en hastighet på 6200 m/sek gi en Q-verdi på ca. 400 uten en slik kalibrering. Ved å ta høyde for et spenningsnivå tilsvarende 100 m dyp (ca. 2,8 MPa) for en bergart med spesifikk vekt 28 kn/m 3, får vi en Q-verdi på ca. 300, og for 250 m dyp (7 MPa) ca. 200 i Q-verdi. Det er sannsynlig at svakhetssonene er avspente på grunn av oppsprekking, knusning og forvitring. Derfor bør ikke de laveste hastighetene kalibreres for høye spenninger. Dersom det gjøres får vi urealistisk lave Q-verdier. Dermed vil bruk av diagrammet i figur 26 gi gale verdier uten en betydelig kalibrering for høyeste hastighetene, og avtagende kalibrering for lavere hastigheter. Seismiske hastigheter, som kan representere ulike bergarter og spenningsnivåer bør imidlertid kalibreres for å unngå store feil i bergmassekvaliteten. En kan da relatere hastighetene i et og samme profil eller et lite område på noen hundre meter til den høyeste målte hastigheten i samme profil eller område. Dermed vil man normalt oppnå en relativt lik spennig og minimal variasjon i bergartstype. Utgangspunktet må da være at de høyeste hastighetene representerer relativt høye, men sannsynlige Q-verdier, som for eksempel Q=10-40, som er høyeste dokumenterte hastigheter i flere nærliggende anlegg. De lavere hastighetene vil da vise økende oppsprekking og knusning med fallende hastighet relatert til den høyeste målte hastighet i nærområdet.

44 Side: 44 NGI har utført en slik kalibrering for noen av de seismiske profilene langs den planlagte traseen for Rogfasttunnelen. Det er uført en relatering mot høyeste seismiske hastighet for hvert seismisk profil som ligger alene, og for flere seismiske profiler som ligger tett sammen i samme dyprenne. Tabell 1. Eksempel på Q-verdier som er korrelert til forholdstall mellom den enkelte hastighet og høyeste seismiske hastighet. Basis for relasjoner mellom målte hastighet og høyeste målte hastighet i profilet. Utgangs- Relasjon tall V/V maks Q-verdi 6000/ /6000 0, /6000 0, /6000 0,75 0, /6000 0,67 0,1-0,4 3600/6000 0,60 0,04-0,1 3200/6000 0,53 0,01-0, /6000 0,47 0,004-0, /6000 0,42 0,001-0, /6000 0,33 0,001 Tabell 2. Eksempel fra pr på oversikt over seismiske hastigheter og Q- verdier som kommer ut av relasjon mellom høyeste målte hastighet, Vmaks i de aktuelle seismiske profilene og den enkelte målte hastighet, V. Dyprenne omkring pr Hastighet m/sek Relasjon V/ Vmaks Lengde m P 7/02 Maks hastighet 6000 m/s Bergmassekvalitet, Q , , , , , P 8/02 Maks hastighet 6000 m/s , , , , , , ,

45 Side: 45 Forts. tabell 2. Eksempel fra pr på oversikt over seismiske hastigheter og Q-verdier som kommer ut av relasjon mellom høyeste målte hastighet, Vmaks i de aktuelle seismiske profilene og den enkelte målte hastighet, V. Hastighet m/sek Dyprenne omkring pr Relasjon V/ Vmaks Lengde m Bergmassekvalitet, Q P 4/06 Maks hastighet 6000 m/s i dyprenna , , , ,45 9 0, , , , , P 5/06 Maks hastighet 6000 m/s i dyprenna , , , , , , ,43 7 0, , P 12/06 Maks hastighet 6000 m/s i dyprenna , , , , , m I tabell 1 er vist et eksempel på hvordan bergmassekvaliteten, Q er korrelert til forholdstallet mellom høyeste målte hastighet og den enkelte målte hastighet i gruppen av seismiske profiler i samme område. Tabell 2 viser hver målt hastighet, relasjon mellom hver målt hastighet mot høyeste hastighet i gruppen av profiler, lengden i profilet med denne hastigheten, og korrelert bergmassekvalitet, Q. Lengden av alle profilene i gruppen er summert i tabellen. De ulike Q-verdiene og de tilhørende lengdene blir overført til regneark for bestemmelse av sikringsmengder for hvert intervall for Q-verdiene 0,001-0,004, 0,004-0,01, 0,01-0,04, 0,04-0,1 osv. til Q = 40. Denne metoden er brukt i de etterfølgende avsnitt av rapporten.

46 Side: Basert på erfaringer fra tunnelprosjekter i nærliggende områder Rennfast Erfaringer fra Rennfast som er beskrevet av Ann Elisabeth Bøyeie i hovedoppgave ved Universitetet i Oslo i 1993, konkluderer med at sonderboringer, resistivitetsmålinger og georadar ikke ga gode forvarsler om svakhetssoner i fyllitten, mens de virket langt bedre i gneiser. Her var det stor forskjell på den svarte og sterkt deformerte, ofte jordaktige fyllitten som senere viste seg å gi tyteberg eller skvising, og den langt mer kompetente (faste), kvartsrike fyllitten. Refraksjonsseismikken påviste et moderat antall svakhetssoner i alle bergartstyper. Få av disse ga behov for tung sikring under drivingen. Dette gjelder også i gneisen, hvor lavhastighetssoner ofte var glimmerrike lag uten spesiell sterk oppsprekking eller behov for tung sikring. Refraksjonsseismikken var den eneste geofysiske metoden som påviste svakhetssoner i fyllitten. Mange av svakhetssonene som ble påtruffet i tunnelen var på andre steder enn seismikken hadde antydet. Dette kan skyldes at lavhastighetssoner blir tolket rett ned i vertikal retning, mens svakhetssonene ofte står på skrå med lav fallvinkel. Det var ofte relativt høye seismiske hastigheter i fyllitten, hvor det noen steder viste seg å opptre tyteberg og behov for tung sikring. Dette er tolket som mulig effekt av høye spenninger. Det er målt høye horisontale spenninger nær overflaten både ved Kårstø nord for Rogfast-prosjektet og i Risavika ved Sola, sør for Stavanger. Tytefjellet førte til oppsprekking i betongen i utstøpte partier. Disse partiene inneholdt ikke svelleleire. Kjørebanen har det siste året (2008) blitt presset opp i partier i en av Rennfasttunnelene. Dette bekrefter høye aktive horisontale spenninger i berggrunnen. I noen tilfeller viste det seg at områder i fyllitten hvor seismikken hadde påvist tre separate svakhetssoner, besto av en kontinuerlig svakhetssone over flere hundre meter. Bøyeie har oppgitt en mengde eksempler på bergklasser beskrevet ved hjelp av bl.a. Q-systemet, og tilhørende virkelig utført sikring på samme sted i tunnelen. Her vises bl.a. ekstremt til eksepsjonelt dårlig bergmasse i partier med tyteberg, med Q-verdier ned til 0,003-0,004. Forøvrig viser tabellene at Q-verdiene stort sett ligger mellom 2 og 5 i Byfjord 1, mellom 2 og 6 i Byfjord 2, mellom 3,5 og 6 i Mastrafjord 1, og mellom 3 og 13 i Mastrafjord 2, men noen unntak både over og under disse verdiene. Det vil si at Rennfasttunnelene utenom tyteberget og noen få mindre svakhetssoner, stort sett går i bergmasse som kan karakteriseres som dårlig til middels (Q=2-10) i Q-systemet. De observerte seismiske hastighetene i bergmassene utenom svakhetssonene er omtrent som for Rogfast.

47 Side: Finnfast Opplysninger gitt av byggeleder Anne Merete Gilje viser stor variasjon i bergmassekvaliteten også i Finnfasttunnelen, som går i grunnfjellsgneiser og amfibolitt. Her er de dårligste svakhetssonene kartlagt under driving med gjennomsnittlige Q-verdier i intervallet 0,01-0,1. Bredden på disse sonene er fra 10 til 43 m. Det ble utført tung sikring med armerte buer kombinert med reduserte salvelengder og forbolting i disse sonene. For øvrig er gneisene over lengre strekninger dokumentert til å ligge i intervallene 1,5 til 10 i gjennomsnittlig Q- verdi. Som bakgrunn for disse gjennomsnittstallene kan Q-verdien variere en god del fra salve til salve. De beste bergmassene i Finnfast- tunnelen har dokumenterte Q-verdier i området og opp til Q = 37. I tabell 3 og 4 har NGI lagt inn tolkede seismiske hastigheter i berggrunnen langs seismiske profiler på sjøbunnen og konvertert til Q-verdier ved å bruke V/Vmaks med konstant Vmaks på 5700 m/s og 6000 m/s. Videre er observerte Q-verdier i tunnelen under driving satt inn i egne kolonner for å kunne sammenligne med Q- verdiene basert på seismikken. I de tilfellene der avgrensede svakhetssoner i tunnelen ga betydelig lavere Q-verdier enn ellers mellom de oppgitte profilnumrene, er det lagt inn en ekstra kolonne for de laveste Q-verdiene. I resten av samme intervallet i profilnumrene er Q-verdiene utenom svakhetssonene oppgitt, dersom ikke hele intervallet består av svakhetssone. I tabellene 3 og 4 er det lagt inn korresponderende bakgrunnsfarger i enkelte celler for å markere mulig samhørighet mellom seismiske lavhastighetssoner og observerte svakhetssoner i tunnelen. Fordi sonene ofte står på skrå, er ikke profilnumrene helt sammenfallende. Områder i tunnelen eller langs de seismiske profilene med lave Q-verdier som ikke har noen sannsynlig samhørighet i henholdsvis seismikk profil eller i tunnelen, er markert med rød farge. Q-verdiene basert på forholdet mellom seismisk hastighet og maskimal seismisk hastighet i parsellen, stemmer bra med observerte Q-verdier mellom profilnummer 1280 og 2380 i tabell 3, mens det er langt dårligere korrelasjon mellom profilnummer 3020 og 4720 i tabell 4, hvor de observerte Q-verdiene i tunnelen for det meste er høyere en estimert fra seismikken. Mest sannsynlig er årsaken at den seismiske maksimalhastigheten på 6000 m/s som er brukt for estimering av Q-verdien for denne parsellen, er atypisk og for høy. Videre kan ulike spenningsforhold, foliasjonsretning etc. også gi variasjoner i seismisk hastighet. Intervallene i de seismiske profilene vil normalt også være forskjellig fra intervallene med like Q-verdier i tunnelen.

48 Side: 48 Tabell 3. Sammenligning mellom tolkede seismiske hastigheter, konvertert til Q- verdier og observerte Q-verdier i tunnelen under driving mellom profilnummer1280 og 2380, hvor det var gjort seismiske undersøkelser. Like fargekoder i kolonne 4 og 7 antas å representere samme svakhetssone med sammenfallend e Q-verdier. Rød farge viser ingen korrelasjon. Finnfast. Seismiske hastigheter og Q-verdier fra tunnelen Seismisk hastighet i sjøbunn m/s Q-verdi fra V/Vmax i sjøbunn Q-verdi i tunnelen utenom svakhetssone Svakhetssone i tunn. Profilnr. Q-verdi i svakhetssone Profilnummer V/Vmax , ,9-3, ,79 0,9 3,6-9, , ,8-15, ,05-1, ,65 0,09 1,1-1, , ,3-11, ,82 1 6,7-12, ,6-1, ,75 0,6 0,3-0, ,65 0,09 0,7-2, ,008-0, ,91 6 0,4-2, , ,81 1 1,2-4, ,89 5 1,3-22, ,2-0, ,77 0,7 3,8-5, ,93 8 0,4-8, ,4-0, ,84 2 0,9-9, ,65 0,09 1,7-3, ,86 3 3,3-22, ,05-0, ,93 8 5, ,54 0,02 4, ,03-0, ,81 1 0,8-1, ,46 0,006 0,7-1, ,84 2 0, ,01-0, ,47 0,007 0, ,84 2 3,3-3,9

49 Side: 49 Tabell 4. Tabell 3. Sammenligning mellom tolkede seismiske hastigheter, konvertert til Q-verdier og observerte Q-verdier i tunnelen under driving mellom profilnummer 3020 og 4720, hvor det var gjort seismiske undersøkelser. Finnfast. Seismiske hastigheter og Q-verdier fra tunnelen Q-verdi i Seismisk hastighet i V/Vmax Q-verdi fra tunnelen utenom Svakhetssone i Q-verdi sjøbunn Vmax = V/Vmax i svakhetssone tunn. svakhets- Profilnummer m/s 6000 m/s sjøbunn Profilnr. sone ,77 0,7 0,4-3, ,53 0,01 0, , ,6-13, ,01-0, ,60 0, , ,60 0, ,93 8 6,7-7, ,77 0,7 6, ,88 4 6,7-11, ,3-1, ,63 0,07 5,0-10, , ,3-37, ,90 5 2,2-5, ,75 0,6 1,0-3, ,1-1, ,85 3 4,4-37, ,58 0,04 5, ,85 3 3,3-11, ,78 0,8 3, ,47 0,007 10, ,87 4 8,8-11, ,58 0,04 7, , , ,7-11, ,4-0, ,58 0,04 11,7-26, , ,3-33, ,90 5 3, ,60 0,05 1,1-3, ,87 4 0,4-1, ,4-1, ,67 0,2 17,5-22, ,75 0,6 6,3-11,3 i

50 Side: 50 9 Sikringsestimat Det er ikke utført noen systematisk form for ingeniørgeologisk kartlegging med estimering av bergmassekvalitet på land i dette prosjektet. Noen spredte enkeltobservasjoner er utført av A.Gjerde og S.Árnason, i forbindelse med prosjektoppgaver eller masteroppgaver. Se avsnitt 8.1. Dermed må sikringsestimatet hovedsakelig baseres på geofysiske data og erfaringer fra nærliggende tunnelanlegg. Sikringsestimat basert utelukkende på indirekte metoder som seismikk, flymagnometri og lineamentsanalyse er ofte svært usikkert. Imidlertid kan kalibrering mot andre tunnelanlegg i samme distrikt gi en form for kalibrering og kvalitetssikring av estimatene. Sikringsprognosene som følger er derfor basert mest på bergmassekvaliteten som er estimert ut fra refraksjonsseismikken, kalibrert mot erfaringer fra andre anlegg i nærheten og i noen grad på spredte observasjoner på land. Figur. 27. Sikringsdiagram etter Q-systemet. Etter E. Grimstad Som grunnlag for estimering av sikringsmengdene er sikringsdiagrammet i figur 27 brukt. For de høyere Q-verdiene er det lagt til grunn at Statens vegvesen nå har

51 Side: 51 øket minimum tykkelse på sprøytebetongen til 8 cm, slik at sikringsmengdene ligger godt over det som er anbefalt ut fra figur 27 for Q-verdier over 1. Statens vegvesen har revidert Håndbok 021 og har laget et tillegg som er kalt rapport 2538_ Arbeider foran stuff og stabilitetssikring i vegtunneler. Det er her foreslått langt mer sikring enn det som er anbefalt på empirisk grunnlag i Q-systemet for de fleste bergklasser. Derfor er sikringsmengdene i Rogfast oppjustert også for de lavere Q-verdiene. I grove trekk viser det seg at de foreslåtte sikringsmengdene i Håndbok 21 og teknologirapport 2538 kommer nær Q-systemets empiriske erfaringsmengder når ESR (excavation support ratio) i sikringsdiagrammet endres fra 1 til 0,5 for vegtunneler. Sikringsmengdene vil da tilsvare mengdene i en spennvidde som er dobbelt stå stor som den reelle spennvidden i tunnelen. I den justerte prognosen er det tatt høyde for minimum 8 cm tykkelse på sprøytebetongen i heng og vederlag, men ned til 6 cm i veggene, der hvor det sprøytes. I de beste bergmassekvalitetene, over Q > 10, er det ikke tatt høyde for annet enn sporadisk sprøytebetong i veggene. Som eksempel på fremgangsmåte for beregning av sikringsmengder i Rogfast er eksempler på regneark, kopiert fra Excel gjengitt her. Tabell 5. Sikringsmengder per meter tunnel relatert til hvert intervall av Q- verdiene i de seismiske profilene i djupålen ved profil Total lengde av de seismiske profilene i tabellen er 1749 m. De oppgitte lengdene er samlede lengder for hvert intervall av Q-verdien. CCA = utstøping, RRS = armerte sprøytebetongbuer, S = uarmert sprøytebetong, SfrE500 = fiberarmert sprøytebetong med energiabsorpsjonsklasse E500, B = bolter og Forb = forbolter Lengde: 1749 Rogfast. Dypeste renne omkring Profil Andel i Lengde Q-verdi % i m CCA RRS S SfrE500 SfrE700 SfrE1000 B Forb m3 stk m3 m3 m3 m3 stk stk 0,001-0,004 0, ,7 0,0 0,0 0,0 6,0 20,0 20,0 0,004-0,01 0,9 16 0,5 6,0 6,0 20,0 17,0 0,01-0,04 1,4 25 0,4 5,0 5,8 16,0 12,0 0,04-0,1 2,5 43 0,3 4,5 5,4 13,0 9,0 0,1-0,4 0,7 12 0,3 3,5 4,3 9,5 6,0 0,4-1,0 8, ,5 7,5 1,0-4,0 2,9 50 2,7 5,4 4,0-10,0 45, ,4 4,2 10,0-40,0 37, ,5 3, ,0 0 1,4 2, For å komme fram til en sikringsmengde basert på seismiske data, er det laget excel regneark hvor det for hver bergklasse (hvert intervall av Q-verdier) er lagt

52 Side: 52 inn en bestemt mengde av hver sikringstype per meter tunnel. Se tabell 5. Disse mengdene er fordelt over de lengdene hvor de ulike Q-verdier opptrer. Videre i samme regneark er sikringsmengdene per meter tunnel multiplisert med antall meter for hvert intervall av Q-verdier som vist i tabell 6. I bunnen av tabellen er summen av hver sikringstype gitt for den aktuelle tunnelstrekningen. I tabell 6 er summen relatert til lengden (1749 m) av de seismiske profilene i djupålen ved profil Regnearket inneholder bl.a. energiabsorpsjonsklasse E500, som er tatt inn i E700 i Håndbok 021. Dette betyr at mesteparten (75 %) av sprøytebetongen (som anvendes i moderat til god bergmassekvalitet) får langt mer fiber. Tabell 6. Totale sikringsmengder for en tunnel med lengde tilsvarende den totale lengden på 1749 m av seismiske profiler i dyprenna omkring profil Mengdene er generert ut fra regnearket i tabell 5, som i Excel henger sammen med tabell 4. Forklaring på forkortelsene for sikringstypene er gitt i tabell 5. CCA S, Sfr,E500 Sfr,E700 Sfr, B, Forb, Q-verdi m3 RRS,stk m3 m3 m3 E1000 stk stk 0,001-0, ,004-0, ,01-0, ,04-0,1 14,2 63, , ,1-0,4 3,6 12,6 0 51, ,4-1, , ,5 0 1,0-4, ,0-10, , ,4 0 10,0-40, , , ,8 174,5 3033,3 573,1 473,2 8164, Når tilsvarende regneark er laget for alle seismiske profilene, har man en statistikk over fordelingen av seismiske hastigheter med tilhørende bergmassekvalitet i alle seismiske profil. For en total evaluering av sikringsbehovet i Rogfasttunnelen må en ta høyde for at tilsvarende fordeling av seismiske hastigheter med tilhørende bergmassekvalitet gjelder langs hele tunnelen. Dett vil gi et konservativt sikringsestimat, da en må regne med at de seismiske hastighetene er gjennomgående høyere utenfor dyprennene, enn i dyprennene hvor seismikken til nå er utført. Særlig bør en kunne regne med at de laveste hastighetene med tilhørende lave Q-verdier vil være relativt sjeldne utenom dyprennene. I tabell 7 er sikringsmengdene per meter tunnel fra den 1749 meter lange samlede lengde av seismisk profiler i djuprenna ved profil lagt inn på hele tunnellengden. Dersom hele tunnelen har tilsvarende fordeling av seismiske hastigheter som i seksjonen ved profil 19000, vil dette tilsvare total sikringsmengde i tunnelen.

53 Side: 53 Tabell 7. En tenkt overføring av sikringsmengdene fra 1749 m seismiske profiler ved pr til m tunnel. Sikringstype CCA RRS, S, Sfr,E500 Sfr,E700 Sfr, B, Forb, m3 stk m3 m3 m3 E1000 stk stk 1749 m ,8 174,5 3033,3 573,1 473,2 8164, m Pr. m 0,06 0,02 0,10 1,73 0,33 0,27 4,7 0,59 Vi ser at det her blir normal sikring i forhold til det som har vært erfart i mange tunneler de siste par årene, men mer enn for eksempel i Rennfast-tunnelene. Dette gjelder særlig sprøytebetong, hvor det gikk med fra 0,9 m 3 /m i Mastrafjordtunnelen til 1,3 m 3 /m i Byfjordtunnelen. Samlet blir det 2,33 m 3 /m fiberarmert sprøytebetong i tillegg til sprøytebetong i buene i følge tabell 7. Prosentvis andel av lengden med utstøping eller armerte buer er også større her enn i Rennfast. Tabell 8. Fordeling av seismiske hastigheter basert på alle seismiske profilene med samlet lengde m. Relasjon mellom målte hastigheter og den tilnærmet mest vanlige høyeste hastighet i de fleste profilene, korrelert med Q-verdier. Seismisk hastighet Antall meter Prosent av total Utgangstall Relasjon V/V maks Q-verdi ,3 2300/6000 0,38 0, ,4 2600/6000 0,43 0, ,7 2900/6000 0,48 0, ,4 3200/6000 0,53 0, ,3 3500/6000 0,58 0, ,9 3800/6000 0,63 0, ,1 4100/6000 0,68 0, ,3 4400/6000 0,73 0, ,3 4700/6000 0,78 0, ,9 5000/6000 0, ,3 5300/6000 0, ,2 5600/6000 0, ,5 5900/6000 0, ,3 6200/6000 1, Sum ,00 Noen av dyprennene lengre sør har enda lavere seismiske hastigheter enn ved profil 19000, mens mange andre av de seismiske profilene har høyere hastigheter slik at totalinntrykket fra alle de seismiske profilene kan bli noe i nærheten av det som er vist her. Det er imidlertid tre av dyprennene hvor den jevne hastigheten utenom lavhastighetssonene er vesentlig lavere enn ellers. Dette gjelder mellom profilene , og , som beskrevet i større

54 Side: 54 detalj i avsnitt 4.4. Disse lavere generelle hastighetene kan være forårsaket av andre bergarter, lavere spenninger eller at området er generelt forvitret eller med oppsprukket enn ellers. Mellom de seismiske profilene undersøkt til og med 2006, som stort sette er tatt i forsenkninger, er det grunn til å anta at seismiske hastigheter vil være høyere. Tabell 8 er basert på oppmåling av antall meter opptreden av de ulike seismiske hastighetene i alle seismiske profil målt langs planlagt tunneltrase i Rogfast til og med For at ikke tabellen skulle bli for stor og uoversiktlig er det lagt inn intervaller av seismiske hastigheter. I tabell 9 og 10 er det lagt inn sikringsmengder som samsvarer med føringer lagt i Håndbok 021 og teknisk rapport 2538 fra vegdirektoratet, og som omtrent tilsvarer et ESR-tall på 0,5 i stedet for 1 for vegtunneler i Q-systemet. Tabell 9. Sikringsmengder per meter tunnel for hver bergklasse basert på de seismiske hastighetene fra alle seismiske profilene konvertert til Q-verdier i tabell 8. Rogfast. Summen av alle seismiske profiler Lengde: Andel Lengde CCA RRS S SfrE500 SfrE700 SfrE1000 B Forb. Q-verdi i % i m m3/m stk/m m3/m m3/m m3/m m3/m stk/m stk/m 0,001-0,004 1, ,7 0,0 0,0 0,0 7,0 20,0 30,0 0,004-0,01 2, ,5 6,0 7,0 20,0 25,0 0,01-0,04 3, ,4 5,0 6 16,0 20,0 0,04-0,1 3, ,3 4,5 5,4 13,0 15,0 0,1-0,4 3, ,3 3,5 4,3 9,5 9,0 0,4-1,0 17, ,5 7,5 1,0-4,0 24, ,7 5,4 4,0-10,0 31, ,4 4,2 10,0-40,0 11, ,7 3, , ,5 2, Tabell 10 viser store sikringsmengder per meter tunnel. Tabellen gir ca. 3 m 3 sprøytebetong per m, som er mer enn dobbelt så mye sprøytebetong i forhold til utført sikring i Rennfast-tunnelene. Energiabsorpsjonsklassen E500 er beholdt for å vise at mesteparten av sprøytebetongen tilhører denne klassen, som i håndbok 021 er lagt inn i E700. En av grunnene til de store sikringsmengdene kan også være at de seismiske profilene stort sett er målt i forsenkninger og dyprenner, som forventes å ha gjennomgående lavere hastighet enn ellers. Det kan også skrive seg fra konservativ konvertering av seismisk hastighet mot Q-verdier fordi alle

55 Side: 55 seismiske hastigheter er relatert til de høyeste målte hastighetene langs hele tunnelen, som går gjennom flere bergartstyper og sannsynligvis ligger for høyt for noen av delområdene. Føringene i Håndbok 021 og teknisk rapport 2538 fra Vegdirektoratet gir også langt høyere sikringsmengder enn det vi er vant med fra tidligere. Tabell 10. Totale sikringsmengder for en tunnel med lengde tilsvarende den totale lengden av alle seismiske profilene på m basert på tabell 9. Mengdene er generert ut fra regnearket i tabell 8. Forklaring på forkortelsene for sikringstypene er gitt i tabell 5. CCA Q-verdi m3 RRS,stk S, m3 Sfr,E500 m3 Sfr,E700 m3 Sfr, E1000 B, stk Forb, stk 0,001-0, , ,004-0, ,01-0,04 163, ,04-0,1 132,3 595, ,1-0, ,4-1, ,0-4, ,0-10, ,0-40, ,8 0 Total sikring Sikring /m 0,21 0,05 0,21 1,64 0,77 0,56 6,20 1,20 10 Injeksjon mot vannlekkasjer Alle undersjøiske tunneler har behov for injeksjon mot vannlekkasjer over et definert nivå per 100 m eller per km tunnel. Det ble på møte i den oppnevnte ekspertgruppa foreslått å sette 200 l per km eller 20 l per 100 m per minutt som kriterium for injeksjon. For undersjøiske tunneler har det vært vanlig å injisere % av den undersjøiske lengden. Árnason har laget en sammenstilling av estimert bergartsfordeling langs tunnelen, delvis basert på NGUs rapport fra Se tabell 11. Dette er brukt som et av grunnlagene for å estimere innlekkasje av vann i tunnelen.

56 Side: 56 Tabell 11. Etter Árnason. Estimert lengde under sjøen og under land av de ulike bergartstypene langs tunneltraseen i Rogfast. Prognosen for vannlekkasjer er basert på erfaringer fra andre tunneler i distriktet, og er justert for spenninger, bergartstype, svakhetssoner, oppsprekkingsgrad, sprekkekarakter samt løsmasseoverdekning på sjøbunnen. Árnason antar at svakhetssonene er relativt tette i sentrale deler, og med større konduktivitet i overgangen til intakt bergmasse på begge sider. På grunn av den antatt nordsørgående horisontale hovedspenningen i området antar han at de nord-sørgående sprekke- og forkastningssonene vil gi mest lekkasjer. Árnasons konklusjon tilsier at det vil bli lite injeksjon (mindre enn 10 % av tunnellengden) i bergartene fylitt og grønnstein, mens det kan ventes lite til moderat injeksjon (mindre enn 10 til 20 %) i gabbroen som tilhører Karmøyofiolitten, og moderat (10-20 %) i den prekambriske gneisen. Tabell 12 viser absolutte og prosentvise lengder av tunnelen hvor det antas å være ulike behov for injeksjon. Vi ser at det ventes lite injeksjonsbehov i 66% av tunnellengden, mens det ventes lite til moderat injeksjonsbehov over til sammen 27% av tunnellengden. Erfaringene fra Avløpsambandet IVAR som går i ca. 4 km tunnel parallelt med Rogfast fra Mekjarvika mot nordvest, var at det gikk med kg sement i den undersjøiske delen fram til det gjensto 18 m til utslaget i brattskrenten som ligger over en antatt forkastning mellom profil 6000 og Se figur 12 og 18. På de siste 18 m gikk det med kg sement. Dette underbygger antakelsen om at det er en svakhetssone eller forkastning her. Tabell 12. Etter Árnason. Estimerte lengder av tunnelen med ulike behov for injeksjon, målt langs tunneltraseen.

57 Side: Borbarhet og sprengbarhet Basert på opplysninger fra Stefan G. Árnason sin prosjektoppgave er det mulig å gi en oversikt over gjennomsnittsverdier for borsynkindeks, DRI, borslitasjeindeks, BWI og kutterslitasje, CLI. Alle verdiene er basert på et fåtall laboratorieprøver tatt fra landområdene og øyene nær Rogfasttunnelen. Resultatene delt inn etter bergartstype, som her er delt inn i fire hovedbergarter: Fyllitt, metagabbro, grønnstein og granittisk gneis. Enaksial trykkfasthet ble testet av Stefan Árnason under sin prosjektoppgave. Se tabell 13. Det bør gjøres oppmerksom på at trykkfastheten ofte varierer mye for hver bergart. Gjennomsnittlige tall med enkel forklaring for borsynkindeks, DRI, borslitasjeindeks BWI og sprengbarhet er gitt i tabell 14. Det bør understrekes at dette er gjennomsnittstall basert på noen få prøver tatt på land, som kan avvike betydelig fra det virkelige gjennomsnittet i den undersjøiske tunnelen, som høyst sannsynlig har en stor variasjon i bergartstyper og mineralinnhold inne hver bergartstype. Tabell 13. Enaksial trykkfasthet i utvalgte bergarter. Etter prosjektoppgave utarbeidet av Stefan Árnason. Tabell 14. Borbarhetsindekser DRI, BWI, CLI og RBLI for bergartsprøver fra Rogfast. Etter prosjektoppgave utarbeidet av Stefan G. Árnason. Bergart Borsynk DRI Borslitasje BWI Kutterlevetid CLI Sprengbarhet RBLI Fyllitt 55 medium 34 medium 18 høy Noe dårlig -Dårlig Metagabbro 23 ekstremt 63 meget 11,7 medium Noe dårlig lav høy Grønnstein 43 medium 28 lav 52,3 meget høy Noe dårlig Granittisk gneis 36 lav 53 høy 8,6 medium God

58 Side: Videre undersøkelser Ut fra den kunnskapen prosjektet til nå har skaffet til veie gjennom geofysiske undersøkelser og litt feltkartlegging, er det to sentrale spørsmål som bør besvares når prosjektet skal videreføres til reguleringsplan, og som kan få betydelige konsekvenser for vanskelighetsgraden av tunnelbyggingen. 1) Den nye tektoniske modellen med kombinerte skyvedekker og forkastninger bør verifiseres gjennom boringer. 2) En rekke djupåler med 50 m bergoverdekning og mindre, kombinert med lavhastighetssoner, som bør undersøkes nøyere, dersom tunnelen ikke senkes. a) De antatte skyvedekkene under havbunnen omkring Alstein, som er vist i figur 3 bør verifiseres ved boringer med et steilt hull fra Alstein. Et steilt hull fra Alstein vil kunne kartlegge tykkelsen på de ulike dekkene og gi en indikasjon på om skyveplanene i seg selv er svakhetsplan. På denne måten får vi vite om tunnelen vil gå i Karmøyofioliten, Storheiadekket eller Ryfylkeskiferen med fyllitt og/eller glimmerskifer, og om det kan ventes dårlig stabilitet langs eventuelle skyveplan. I tilknytning til kjerneboringene bør det utføres vanntapsmålinger og utføres tester av leir for eventuelle svelleegenskaper. b) Armen fra hovedtunnelen til Kvitsøy vil med den opprinnelige linjeføringen passere under en djupål med kun ca. 20 m fjelloverdekning kombinert med lavhastighetssoner. Denne djupålen krysser hovedtunnelen mellom p og med ca 120 m overdekning. Dersom ikke tunnelen skal legges betydelig dypere, eller med endret linjeføring her, bør det kjernebores gjennom denne sonen. Det kan gjøres med et vel 600 m langt hull med avviksboring fra nærmeste øy i vest. Da det er gjennomgående lavere generell seismisk hastighet i dette området enn ellers, er det en ekstra grunn til å gjennomføre denne kjerneboringen. c) Nord for Kvitsøy er det antatt å være en stor forkastning, som antydet på figur 5. Videre er det ut fra magnetometriske målinger antatt at grunnfjellsgneisene buler opp i en antiform et stykke nord for forkastningen, som vist i figur 5. De geologiske forholdene her er mer usikre enn noe annet sted langs tunnelen. Et langt borehull med avviksboring, på skrå ut fra Kvitsøy vil kunne gi noen svar på disse usikkerhetene. Et borhull må bli ca. 1 km langt for å rekke ut til det usikre området omkring den antatte forkastningen, og inn i bergartene på nordsiden av forkastningen. Videre bør hele den undersjøiske tunneltraseen undersøkes med refraksjonsseismikk. Det er nå under utvikling en helt ny type firekanals seismikk som vil gi en 3D visning av seismiske hastigheter ned i dypet. Denne metoden analyserer også skjærbølgene, som bl.a. gir et grunnlag for å bestemme E- modulen i de svake bergmassene. Dette gjør det mulig å se retningen på lavhastighetssoner, samt å gi en langt sikrere angivelse av bredde og hastighet. Det anbefales å benytte dette nye verktøyet dersom det er ferdig utviklet når

59 Side: 59 videre undersøkelser skal finne sted. (Metoden ble testet senhøsten 2008, og vil bli utprøvd i større skala sommeren 2010). Det finnes i tillegg sensorer som kan registrere skjærbølger uten bruk av firekanals seismikk. Disse brukes i offshoreindustrien, og er kostbare. Skjærbølgene gir i motsetning til P-bølgene mye informasjon om materialet i svakhetssonene. I forbindelse med kjerneboringene bør det utføres seismisk tomografi mellom sjøbunnen og borehullene øst og nord for Kvitsøy. Dette vil gi langt bedre informasjon om bergmassen over borehullene. Når det skal utføres tomografiske målinger fra borehull til sjøbunn, er det stor sannsynlighet for at hullene blir ødelagte, og ikke kan brukes senere. Derfor bør det også registreres skjærbølger ved de tomografiske undersøkelsene den ene gangen de kan utføres. Referanser: Árnason, G. Stefan 2008, Rogfasttunnelen Analyse av bergmassens borbarhet og sprengbarhet Prosjektoppgave NTNU 9. januar Árnason, G. Stefan 2008, Prognose for tettingsinjeksjon i Rogfast undersjøiske tunnel Masteroppgave NTNU 13. juni Barton, Nick, 1995, The Influence of Joint Properties in Modelling Jointed Rock Masses. Keynote Lecture, 8 th ISRM Congress, Tokyo. Bøyeie, Ann Elisabeth Bergtekniske vurderinger med hovedvekt på klassifikasjonssystemer, basert på ingeniørgeologiske data fra Rennfast-tunnelene, Rogaland Hovedoppgave for Cand. Scient. grad ved Inst. For Geologi, UiO, november Geomap Akustisk profilering Refraksjonsseismikk. E39 Rogfast. Rapport nr , 12. januar Gilje, Anne Merete Personlig korrespondanse med oversendelse av erfaringsdata fra Finnfast-prosjektet. Gjerde, Arild, 2002, Prosjektoppgave NTNU. Gjerde, Arild, 2003, hovedoppgave NTNU. Grimstad, Eystein et.al Bergmassekvalitet Q, brukt for dimensjonering av armerte sprøytede buer og energiabsorpsjon. Fjellsprengningsteknikk/bergmekanikk/geoteknikk nov Nesje, Linda 2006, ROGFAST-TUNNELEN Analyse av korrelasjoner mellom geofysikk-resultater og påtrefte forhold i nærliggande tunneler Prosjektoppgave NTNU

60 Side: 60 Nesje, Linda 2007, ROGFAST-TUNNELEN - Analyse av geofysikk for kartlegging av svakhetssoner Masteroppgave NTNU 29. juni 2007 NGI Sammenligning mellomq-verdi og seismisk hastighet. NGI-rapport desember NGU Geological and geophysical investigations for the Rogfast project. Rapport , 15. november St.v.v E39 Rogfast Konsekvensutredning. Høringsutkast Juli 2007

61 Kontroll- og referanseside/ Review and reference page Dokumentinformasjon/Document information Dokumenttittel/Document title Rogfast Dokument nr/document No R Dokumenttype/Type of document Rapport/Report Teknisk notat/technical Note Oppdragsgiver/Client Statens vegvesen, Region vest Distribusjon/Distribution Fri/Unlimited Begrenset/Limited Ingen/None Dato/Date Rev.nr./Rev.No. 0 Emneord/Keywords Tunnel, submarine tunnel, rock classification, geophysical survey, geology Stedfesting/Geographical information Land, fylke/country, County Rogaland Kommune/Municipality Randaberg og Bokn Sted/Location Randaberg-Kvitsøy-Bokn Kartblad/Map 1213III Rennesøy og 1113II Skudneshavn Havområde/Offshore area Feltnavn/Field name Sted/Location Felt, blokknr./field, Block No. UTM-koordinater/UTM-coordinates til Dokumentkontroll/Document control Kvalitetssikring i henhold til/quality assurance according to NS-EN ISO9001 Rev./ Rev. Revisjonsgrunnlag/Reason for revision Egenkontroll/ Self review av/by: Sidemannskontroll/ Colleague review av/by: Uavhengig kontroll/ Independent review av/by: Tverrfaglig kontroll/ Interdisciplinary review av/by: 0 Originaldokument EG AAr Dokument godkjent for utsendelse/ Document approved for release Dato/Date Sign. Prosjektleder/Project Manager Eystein Grimstad Skj.nr. 043

62

63