Vurdering av tunnellekkasje i en sprekkakvifer Fra feltdata til numerisk modellering

Transkript

1 Vurdering av tunnellekkasje i en sprekkakvifer Fra feltdata til numerisk modellering Bekkeheien, R.L. 1, Cuisiat, F.D.E. 2, Tuttle, K.J. 3, Andresen, A. 1, Aagaard, P. 1 1 Department of Geosciences, University of Oslo, P.O. BOX 1047 Blindern, 0316 Oslo 2 Norwegian Geotechnical Institue, P.O. BOX 3930 Ullevaal Stadion, 0806 Oslo 3 Norconsult AS, Vesterfjordgaten 4, 1338 Sandvika

2 Introduksjon og problemstilling Innsamling av sprekkedata av sprekkenettverk Simulering av tunnellekkasje Konklusjon

3 Introduksjon I forbindelse med utbygging av en ringvei i Tønsberg er en tunnel under konstruksjon ved Frodeåsen, nord for slottsfjellet Nødvendig å forstå påvirkning av grunnvannsspeil ved tunnel konstruksjon i sprekkakviferen På grunnlag av data fra feltarbeid er det etablert en sprekkemodell for simulering av grunnvannstrømning og tunnellekkasje ved hjelp av modelleringsverktøyet NAPSAC (Serco Assurance)

4 Regional skala Lineamentanalyse i Vestfold området, vest for Oslofjorden og øst for Kongsberg (NGU database) I Vestfold er det flere området med høy tetthet av lineament lengde hvor flere lineamenter og/eller forkastninger krysser hverandre, men ikke ved Tønsberg

5 Regional skala Relativ frekvens av lineamentlengde (%) V Ø Rosediagram for regional analyse viser en tilnærmet N-S retning for lineamenter og regionale forkastninger Fordeling av lineamentlengde er størst i N-S retning og avtar mot øst og vest

6 Lokal skala Innsamling av 2D data ved fotografering av sprekker i en 1x1m ramme Bildene ble analysert med hensyn på sprekkelengde og orientering ved hjelp av PC-basert tegneprogram

7 Lokal skala Innsamling av 3D data på vertikale blotninger (traversmetode) Dårlig tilgang på 3D data i området gir et ukomplett datasett Meter

8 Lokal skala Resultater fra sprekkeanalyser viser 5 sprekkesett: 1) N-S, 2) Ø-V, 3) NNØ, 4) NNV og 5) Horisontalt Størst lengde og intensitet for N-S og NNV sprekker og avtagende lengde og intensitet for henholdsvis Ø-V og NNØ sprekker Vanskelig å si noe om sub-horisontalt sprekkesett Relativ frekvens av sprekkelengde (%)

9 Felttester Senkningstest viser lav permeabilitet i Ø-V retning Indikasjoner på opphopning av grunnvann i observasjonsbrønner

10 Felttester Lugeontester gir et detaljert bilde av vanntap i borehull og er viktig med hensyn til å bestemme transmissivitet i sprekker Generelt mindre vannførende sprekker med økende dyp

11 Input parametere i sprekkemodell Før etablering av 3D sprekkemodell nødvendig å forstå geometri og hydrauliske egenskaper for sprekkenettverket og sprekkesoner Geometri av sprekkenettverk Sprekkesett og deres orientering Romlig tetthet (intensitet) for de ulike sprekkesettene Fordeling av sprekkelengde og vertikal utstrekning Hydrauliske egenskaper til sprekkenettverk Fordeling av transmissivtet til sprekkesett Vanskelig oppgave på grunn av spesifikk input data og liten tilgang på sprekkedata i felt

12 Kalibrering av sprekkenettverk egenskaper Nødvendig å kalibrere sprekke transmissivitet fra Lugeon tester for å identifisere hydraulisk aktive sprekker og tillegge riktige input parametere Topp i diagram tolket som sprekkesone Vanntap i borehull No flow Relativ frekvens (%)

13 Kalibrering av sprekkenettverk egenskaper av Lugeon test (10m intervall) i 50x50x50m kube Sprekkesoner er ikke tatt med Vanskelig å matche intervaller med høy og lav strømning Fordeling av vanntap Relativ frekvens (%)

14 Grensebetingelser for modell Egnet område for modellering av tunnellekkasje ble valgt ut med hensyn på hvor det foreligger mest data Ulike grensebetingelser ble undersøkt og modell med best resultat ble valgt for utvidet analyse av området

15 Kalibrering av modell Simulering av stasjonær grunnvannstrømning viser grei overensstemmelse med observert og simulert head For de fleste borehull er kalkulert head noe lavere enn observert head Regional strømning

16 Kalibrering av modell Et transient pumpeforsøk i modellen gir imidlertid dårlig overensstemmelse med observasjoner fra pumpeforsøk i felt Regional strømning Pumpetest Avvik tyder på et sprekkenettverk med for høy konnektivitet i Ø-V retning Stort avvik kan skyldes nedbør og snøsmelting under felttest Grunnvanns nivå (m.o.h) Grunnvanns nivå (m.o.h) Grunnvanns nivå (m.o.h) Tid (min) Tid (min) Tid (min)

17 Modelloppsett Regional strømning Pumpetest Tunnellekkasje Data fra refraksjonsseismikk i området viser begrenset vertikal utstrekning av sprekkesoner I simuleringen av tunnellekkasje er det derfor antatt at det ikke er direkte kontakt mellom tunnelen og sprekkesonene

18 Resultater N Regional strømning Pumpetest Tunnellekkasje Stasjonær trykkfordeling i akvifer og kotekart med grunnvannsnivå ved tunnellekkasje før sement injeksjon Ingen indikasjon på ekstrem senkning langs tunneltrasé

19 Resultater Uten injeksjon T 95.0% T 97.5% Regional strømning Pumpetest Tunnellekkasje Tunnellekasje (L/min/100m) Tunnellengde (m) Nødvendig med tetting av tunnel for å imøtekomme krav om innlekkasje En reduksjon på 97,5% i sprekke transmissivitet er nødvendig for å oppnå innlekkasje på 5L/min/100m i gjennomsnitt

20 Resultater N Regional strømning Pumpetest Tunnellekkasje Stasjonær trykkfordeling og kotekart med grunnvannstand ved sementinjeksjon tilsvarende 97,5 % reduksjon i sprekke transmissivitet Redusert og økt senkning av grunnvannstand i henholdsvis sentral og sørvestlig del av modellområdet

21 Konklusjon Lineamentanalyse i Vestfold området viser tydelig bruddretning tilnærmet N-S Regional strømning Pumpetest Tunnellekkasje Resultater fra sprekkanalyse langs tunneltrasé viser 5 sprekkesett med størst lengde og høy intensitet for N-S og NNV sprekker og avtagende lengde og intensitet for Ø-V og NNØ sprekker Observasjoner fra pumpetester viser anisotrop permeabilitet; 1) høy i N-S retning og 2) lav for sprekker orientert Ø-V Kalibrering av sprekkenettverk modeller er vanskelig på grunn av spesifikk input data Viktig med mange Lugeon tester for å karakterisere hydrauliske egenskaper til sprekkene Simulering av tunnellekkasje viser en nødvendig sementinjeksjon tilsvarende 97,5 % reduksjon i sprekke transmissivitet for å innfri krav om innlekkasje