FOLLOBANEN: BERGMEKANISK OPPFØLGING. Kristin H. Holmøy & Nghia Q. Trinh

Transkript

1 FOLLOBANEN: BERGMEKANISK OPPFØLGING Kristin H. Holmøy & Nghia Q. Trinh Hanne Wiig Sagen SINTEF Byggforsk BaneNOR

2 Presentasjonen omhandler: Follobanen i Ekebergåseen - infrastrukturprosjekt i en "Jarlsbergost" Kort om bakgrunnen for den bergmekaniske oppfølgingen Oppbygging og verifisering av en numerisk 3D-modell Sekvensiell modellering av nye tunneler Måleprogram og oppfølging Noen resultater 2

3 Bakgrunn og innledning Nærføring mellom Follobanen og eksisterende tunneler SVV Vegdirektoratet krever kontroll på stabiliteten Bergmekanisk oppfølging Oppgaveforståelse - SINTEFs kompetanse Gruveindustrien Modellering kombinert med målinger og analytiske beregninger og empiri Krevende og interessant prosjekt 3

4 "Jarlsbergostens" hull - Ekebergåsens tunneler 4

5 5 Kryssingsområde

6 Lengdesnitt Inngående Follobane 3.74 m 3.88 m

7 Kontroll på stabiliteten Forutsetning at totalstabiliteten i eksisterende tunneler ikke blir påvirket negativt Nødvendig å analysere stabiliteten av de eksisterende tunnelene samt hvordan de nye tunnelene påvirker de allerede eksisterende tunnelene En endring i spenningsnivå og eventuelle deformasjoner må oppdages tidlig Siden det er komplisert geometri er det valgt å lage en 3D-numerisk modell Spenningsmålinger (viktig in-put parameter til numerisk modell) Måleprogram (kontinuerlig måling av spenninger og deformasjoner) 7

8 SINTEF bruker en "Tripod" filosofi Feltobservasjoner Måleprogram Spenningssituasjon i bergmassen Bergmassekvalitet Numerisk analyse Verifisering Kontroll og kalibrering av modellen Modellen brukes som planleggingsverktøy/prognostisering 8

9 Input parametere Bergmassens mekaniske egenskaper er hentet fra laboratorietester og geologisk kartlegging Geologisk kartlegging ble utført i desember 2014 i Ekebergtunnelene og Grønliatunnelen Det er blitt utført 2 omganger med laboratorietester i forbindelse med 3D- og 2D-spenningsmålinger i 2011 og 2012 SINTEF, 2011: Prosjekt rapport SBF2011F0026 "Bergspenningsmåling ved Follobanen 3D"; SINTEF, 2012: Prosjekt rapport SBF2012F0346 "2-dimensjonal bergspenningsmåling"; Ny 3D-spenningsmåling sommeren 2016 SINTEF, 2016: Prosjekt rapport SBF2016F0315 "3-dimensjonal bergspenningsmåling IØB pel 1890" 9

10 2011: In-situ 3D-spenningsmåling σ1 = 9,9 MPa ± 1,9 MPa, dip direction N248,4 / dip 24 SW 3D numerisk modell 3D-spenningsmåling (2016) σ2 = 7,5 MPa ± 1,9 MPa, dip direction N145 / dip 27 SE σ3 = 1,9 MPa ± 2,8 MPa, dip direction N14 / dip 61 NE σh=9,4 MPa, oriented N87 σh=5,7 MPa, oriented N177 σv=4,4 MPa 3D-spenningsmåling (2011) 10

11 2D-spenningsmålinger (2012) 2D-spenningsmåling i vertikal pilar mellom Ekebergtunnelene og i sidevegg i pumpestasjon i Ekebergtunnelen 2D spenningsmåling 1 2D spenningsmåling 2 11

12 Sammenligning mellom 2D- og 3D-spenningsmåling 2D spenningsmåling 2 Sigma-H: azimuth 240 o N Sigma-H = 5 to 9 MPa 3D spenningsmåling (2011) Sigma-1: 248 o N / 24 o Sigma-1 10 MPa 12

13 Numerisk modell - FLAC 3D-modell (x,y) (825,385) +70 m -70 m (x,y) (485,45) 13

14 Numerisk modell - FLAC 3D Modell Dimensjoner og in-situ spenninger +70 m -70 m Spenning Initial spenninger Nivå 0 Gradient (MPa/m) Nivå +70 Sigma 1 (MPa) Sxx (East-West) *(10/4.5) Sigma 2 (MPa) Syy (North-South) *(6/4.5) Sigma 3 (MPa) Szz (vertical)

15 Verifisering av initial spenninger Initial spenninger i Ekeberg tunnelen På nivå +5 moh 15 Spenninger Initial spenninger Nivå 0 Gradient (MPa/m) Nivå +70 Sigma 1 (MPa) Sxx (East-West) *(10/4.5) Sigma 2 (MPa) Syy (North-South) *(6/4.5) Sigma 3 (MPa) Szz (vertical)

16 Simulering av sekvensiell driving Eksisterende og nye tunneler med navn som brukt i den numeriske modellen Informasjon om planlagt drivemetode og rekkefølge dannet et grunnlag for inndeling i trinn Totalt ca. 250 trinn i en kjøring av 3D-modellen Det tar ca. en uke å kjøre hele modellen 16

17 Måleprogram Ekstensometer LTDM i horisontalt hull; LTDM i vertikaltnedadgående hull; LTDM i vertikalt oppadgående hull; LTDM-Pilar LTDM-Heng LTDM-Såle Ekstensometer-Såle LTDM-Heng Ekstensometer-nisje

18 18 Feltarbeid

19 Oppfølging Spennings- og deformasjonsendringer blir logget kontinuerlig; Data blir automatisk overført til en nettside SMS og e-poster blir sendt ut ved forhåndsbestemte grenseverdier

20 Kriterier for alarmnivå Samme fargekode som på trafikklys: Rødt nivå betyr at stabiliteten er ugunstig, og kan føre til instabilitet i eksisterende tunneler. All tunneldriving må stoppes, og eksperter må tilkalles umiddelbart. En inspeksjon og evaluering av stabilitetsbildet må utføres. En plan for å forbedre stabiliteten må utarbeides; eksempelvis ytterligere bergsikring og utvidet stabilitetskontroll. Gult nivå betyr at det er i ferd med å utvikle seg en situasjon som kan utvikle seg til instabilitet. Dette må følges opp ekstra tett med evalueringer og møter for å avklare om det er behov for tiltak. Grønt nivå betyr at totalstabiliteten er god, og tunneldriving og bergsikring kan utføres som planlagt.

21 Alarmnivå Basert på utførte målinger og numerisk modellering er alarmnivåene nå: Spenninger: Gult nivå ved økning over 10 MPa Rødt nivå ved økning over 20 MPa 20 MPa (~300 micro-strain) 8 mm Deformasjoner: Gult nivå ved deformasjoner over 4 mm Rødt nivå ved deformasjoner over 8 mm 10 MPa (~150 micro-strain) 4 mm 21

22 Ekstensometer og LTDM i pilarer over IFL 4.3 m dypt fra såle 22

23 LTDM Såle Fremdrift per uke ; Tøyning (strain) Spenningsutvikling pga driving i inngående Østfoldbane (IØL)

24 LTDM Såle Fremdrift per uke ; Etter at drivingen var passert, ble ingen endringer observert.

25 LTDM Såle Fremdrift per uke ; Spenningsutvikling pga driving av IFL

26 LTDM Såle Fremdrift per uke ; Spenningsutviklingen starter igjen; Spenningen i dette punktet øker gradvis Stor avstand og over tid

27 LTDM Såle Fremdrift per uke ; Spenningen fortsetter å øke pga. uttak av bunnpall i IØF Gul alarm medførte tett oppfølging (feltobservasjoner), møter og evalueringer "Yellow" value

28 LTDM-1342-Floor Fremdrift per uke ; Spenningsutviklingen har stoppet opp; Resultatet stemmer godt med forventet spenningsoppbygging prognostisert i numerisk modell "Yellow" value

29 Prognose vs. måling: LTDM-1342 såle Den numeriske modellen viser en spenningsøkning til 12,5 MPa (sigma-1) Om man regner om til tøyning: Ɛ = σ /E = 12,5 MPa / (65 000MPa Mpa) 192 til 285 micro-strain 29

30 Displacement (mm) Ekstensometer-1342-Såle Fremdrift uke ; Deformasjoner i ekstensometer 1342; Utviklingen starter i det tunnelen drives direkte under Displacement at 1342-Extensometer: installed above Follo Series1 Series2 Series3 Series Date

31 Displacement (mm) Ekstensometer-1342-Såle Fremdrift uke ; Etter tunneldrivingen var passert stoppet deformasjonsutviklingen nesten opp. Displacement at 1342-Extensometer: installed above Follo Series1 Series2 Series3 Series Date

32 Ekstensometer-1342-Såle Fremdrift uke ; Videre deformasjonsutvikling ved uttak av bunnpall. Deformasjonen kan kvantifiseres: Top heading: 2 mm; Bunnpall: 0.5 mm.

33 Prognose vs måling: Ekstensometer 1342 såle Den numeriske modellen viser en deformasjonsutvikling på drøyt 2,5 mm Noen små endringer siden modellen ikke tar hensyn til uttak med bunnpall 33

34 Tunneldriving og måleprogram

35 Iterasjon: modell målinger - kalibrering Feltobservasjoner Måleprogram Spenningssituasjon i bergmassen Bergmassekvalitet Numerisk analyse Verifisering Kontroll og kalibrering av modellen Modellen brukes som planleggingsverktøy/prognostisering

36 Konkluderende kommentarer Kontrollere om modellen gir resultater som stemmer med virkeligheten Eventuelt kalibrere modellen slik at den gir riktige resultat for deformasjoner og spenninger Kontinuerlige målinger med overføring digitalt gir god kontroll og sikkerhet Totalstabiliteten i Ekebergtunnelene har vært god Modell og målinger viser sammenfallende utvikling av deformasjoner og spenninger Utvikling av spenninger kan skje over tid og på avstander større enn 1,5 * D 36

37 Teknologi for et bedre samfunn