Geologiske forundersøkelser: krav og veiledning, rapporter. Edvard Iversen Vegdirektoratet

Transkript

1 Geologiske forundersøkelser: krav og veiledning, rapporter Edvard Iversen Vegdirektoratet

2 Status N500 og V520 skal komme ut samtidig V520 kommer ut som foreløpig utgave De geologiske kapitlene er ferdigstilt (Mindre justeringer kan nok komme) Skal opp i ELM 4. okt. Kommer ut etter dette

3 Hvorfor nye håndbøker Gamle håndbok 021 og N500 beskriver de geologiske undersøkelsene på en god måte. En hver fagperson vil forstå hva som skal gjøres. Tidligere ble mye av forundersøkelsen utført av Statens vegvesens egne ansatte Konsulentene utførte sine arbeider etter samme målsetting: Å gi en best mulig beskrivelse av forholdene for tunneldriving ut fra de utførte undersøkelsene I de senere år er det kommet et kraftig økonomisk press på konsulentene: Arbeidet skal utføres for minst mulig innsats/timebruk Vi har til dels inntrykk av at konsulentene vil bruke mer tid på å argumentere for ikke å utføre arbeider enn det hadde vært bare å gjøre arbeidet

4 Mye læringsstoff og generell informasjon er fjernet fra teksten i N500 Hensikten er å få en mer presis utgave av N500 Nye N500 er likevel blitt på 97 sider Løsningen var å legge stoff inn i V520, veilederen. V520 er nå på 111 sider Egentlig skulle mye inn i kvalitetssystemet, men eksterne har ikke tilgang. Beskrivelsen i V520 er nå mye grundigere og mer detaljert Problemet er at uansett hvor grundig en er vil det ofte dukke opp problemstillinger som ikke er omtalt.

5 Undersøkelsens formål All geologisk undersøkelse for tunnel har som målsetting å vise geologien i tunnelnivået: Altså der selve tunnelarbeidet skal utføres. I alle planfaser betyr dette at ingeniørgeologens oppgave er å bruke informasjonen fra dagkartlegging, boringer og seismiske data til å presentere de geologiske forholdene i det nivået der tunnelen skal drives

6 Dimensjonerende brukstid skal være: 100 år for tunnelkonstruksjonen, inklusive drens- og overvannssystem, og føringsveier for kabler i grunnen 50 år for vann- og frostsikringskonstruksjon, teknisk infrastruktur som kabler inklusive føringsveier i tunnelrommet 25 år for tekniske installasjoner

7 Oslofjordtunnelen Bømlafjordtunnelen

8 2 GEOLOGISKE FORUNDERSØKELSER 2.1 Generelt En kvalitetsmessig og rasjonell gjennomføring krever at undersøkelsene utføres systematisk og trinnvis, og at resultatene vurderes grundig før neste planfase. Omfanget av forundersøkelsene skal tilpasses det aktuelle plannivået. Rapportene er selvstendige dokumenter og skal inneholde informasjon fra alle undersøkelsene som er utført. Det skal utføres bergmasseklassifisering med bruk av Q-metoden. Det skal skilles mellom måleresultater, faktiske observasjoner og tolkninger. Dette betyr at: Alle undersøkelser gjort i en planfase skal inn i rapporten Q-verdier skal inn i alle planfaser: Og de skal relateres til forholdene i tunnelnivået

9 Q-systemet skal benyttes i alle planfaser Q-systemet skal i alle planfaser knyttes til forholdene i tunnelnivået Utregningene/presentasjonen skal være sporbar og kontrollerbar. En samletabell med %-vis overslag over Q-verdier og sikringsmengder er ikke godt nok Vi (Statens vegvesen) må ha oversikt over bergmassekvaliteten, Q-verdien, langs traseen Vi ser relativt ofte at det ikke er samsvar med enkeltparameter i fastsettelse av Q-verdier. Derfor er det av avgjørende betydning at disse opplysningene er kontrollerbar

10 Q-systemet sprekkeparameter

11 Spennvidde for nesten alle tunneler i vegtunneler i Norge Sikringsklasse VI - Driving og permanent sikring dimensjoneres spesielt. Sikringsklasse II - Systematisk bolting (c/c 2 m), endeforankrete, forspente, gyste - Sprøytebetong B35 E700, tykkelse 80 mm, sprøytes ned til såle Sikringsklasse I - Spredt bolting - Sprøytebetong B35 E700 tykkelse 80 mm, ned til 2 m over såle Sikringsklasse V - Forbolting, c/c mm, ø32 mm eller stag (selvborende). - Sprøytebetong B35 E1000, tykkelse mm. - Systematisk bolting, c/c 1,0 1,5 m, gyste. - Armerte sprøytebetongbuer, buedimensjon D60/6+4, ø20 mm, c/c 1,5 2 m, buene boltes systematisk, c. 1,0 m, lengde 3 6 m. - Armert sålestøp, pilhøyde min. 10 % av tunnelbredden. Sikringsklasse IV - Forbolting ved Q < 0,2, ø25 mm, maks. c/c 300 mm - Sprøytebetong B35 E1000, tykkelse 150 mm. - Systematisk bolting, c/c 1,5 m, gyste - Armerte sprøytebetongbuer ved Q < 0,2, buedimensjon E30/6 ø20 mm, c/c 2 3 m, buene boltes systematisk, c. 1,5 m, lengde 3 4 m. - Sålestøp vurderes Sikringsklasse III - Sprøytebetong B35 E1000, tykkelse 100 mm eller mer. - Systematisk bolting (c/c 1,5 m), endeforankrete, endeforankrete som gyses i ettertid, eller gyste

12 Q-verdi fastsettes ut fra geologisk kartlegging langs traseen

13 Geologiske undersøkelser i de ulike planfaser VURDERING AV GJENNOMFØRBARHET. Forundersøkelsene skal gi grunnlag for å vurdere det geologiske grunnlaget for gjennomførbarheten av prosjektet. Spesielt regionalgeologiske forhold. OVERSIKTSPLAN (fylkes-/kommunedelplan). Forundersøkelsene skal danne det geologiske grunnlaget for valg av veglinjealternativ. REGULERINGSPLAN. Grunnlaget for prosjektering og utarbeidelse av konkurransegrunnlag. BYGGEPLANSRAPPORT (Til prosjektet Svv) RAPPORT TIL KONKURRANSEGRUNNLAGET Anbudsrapporten

14 Tidlig planfase Geologisk rapport Q-verdier og sikringsmengder for de forskjellige alternativer presenteres for å kunne sammenligne kostnader. For alternativer som krever dyre forundersøkelser og kompliserte utfordringer for tunneldriften beskrives disse. Ved plassering av tunnelpåhugg er det viktig å være oppmerksom på områder der det er fare for skred eller flom. I geologisk rapport legges spesiell vekt på plassering og utforming av påhugg og innkjøringssone. Her kan kart fra NVE være til hjelp, se kapittel I rapporten gis en konkret beskrivelse av de videre undersøkelsene for hvert alternativ

15 Vurdering av gjennomførbarhet

16 Månejordet

17

18 Tverrprofil E 18 Larvik

19 Kap. 2.2 Kartgrunnlag Kartets innhold og opptegning skal være egnet som grunnlag for å tegne inn geologiske registreringer for hånd. Objekter i kartgrunnlaget skal tegnes med omriss i svarthvitt. Kartet skal ikke ha fargelagte/skraverte flater Planlagt veg og tunnel, inklusive påhugg, skal vises på kartet. For veg og tunnel skal hele tverrsnittet vises, ikke bare senterlinjen(e) Høydekoter med 1m ekvidistanse og tellekoter pr. 5 meter, inklusive høydepåskrift på 5m kotene Elver, bekker og vann skal vises på kartet I områder som grenser mot vann/sjø/elv osv. skal koter under vannflaten også tas med Der det finnes grunnboringer skal borepunkt inngå i kartet For FKB-tema som kan inngå i kartet, se håndbok V520 [1]

20 Kart med farger

21 2.3 Kontroll og kvalitetssikring etter Eurokode 7 Kontroll etter Eurokode 7 deles inn i tre geotekniske kategorier med tilhørende kontrollnivå. Alle vegtunnelprosjekter skal i utgangspunktet ligge i geoteknisk kategori 3. For tunneler der forundersøkelsene viser godt og forutsigbart berg kan det være aktuelt å benytte geoteknisk kategori 2. Ingen deler av tunnelprosjekter skal ligge i geoteknisk kategori 1. «Busstunnel 2 m under Granfosstunnelen i geotekn. Kat. 1»

22 Tabell 2.1 Tunnelstrekninger der geoteknisk kategori 3 (GK3) beholdes gjennom prosjektering og bygging: Geoteknisk kategori 3 Undersjøiske tunneler Tunnelpåhugg Tunneler/tunnelstrekninger i tettbygd strøk/byområder Liten bergoverdekning, dvs. strekninger der bergoverdekning tunneltverrsnittet (teoretisk sprengningsprofil) Tunnel/tunnelstrekninger der det forventes ugunstige grunn- og stabilitetsforhold, eller kombinasjon av flere uheldige forhold Merknad Tunneltraseen ligger ikke nødvendigvis i de optimale grunnforholdene Eksempler: Nærhet til andre bygg, konstruksjoner og tunnelrom, strenge tetthetskrav, bergspenninger, etc. Også kombinasjoner som spesielle bergarter og/eller sprekkemønster og stor spennvidde Under bygging kan også områder i GK2 klassifiseres opp til GK3, ut fra registreringer og erfaringer fra bygging

23 Håndbok N500 Kap. 2.4 Geologisk rapport til konkurransegrunnlaget Del 1: Faktadelen skal inneholde: Geologisk kart og profil av traseen (målestokk 1:1000 i A3). Alle registreringer skal presenteres på kart og profil sammen med tunneltraseen. Kart skal vise geologiske observasjoner: bart berg/løsmasser, bergarter/bergartsgrenser, svakhetssoner, sprekker/foliasjon, alle typer boringer, eventuelle seismiske undersøkelser og eventuelle øvrige undersøkelser Geologisk kart og profiler av påhuggsområdene (målestokk 1:500-1:1000) Geologiske profiler skal presenteres med høyde/lengde 1:1 Beskrivelse av bergarter, foliasjon, strukturer og andre geologiske observasjoner Analyse av sprekketetthet og sprekkeorientering. Sprekkerose og stereoplott Resultater av grunnboringer Resultater av eventuelle kjerneboringer Resultater av eventuelle geofysiske undersøkelser Resultater av eventuelle andre undersøkelser og målinger Spesielle lokale hensyn Referanseliste over alle rapporter og annet som rapporten bygger på

24 Del 2: Tolkningsdelen skal inneholde: Tolkninger av de geologiske forholdene langs tunneltraseen: bergartsgrenser, bruddstrukturer og svakhetssoner og mulig lokalisering i tunnelnivå Usikkerhet med hensyn til bergoverdekning og påhugg Bergmasseklassifisering (Q-verdier) i felt, langs trasé og fra eventuell kjernelogging Løsmasser og geotekniske forhold. Konsekvenser for skredfare, setninger og miljø Hydrogeologiske forhold, eventuelle brønner og vannmagasiner Sannsynligheten for å påtreffe vann som kan skape driveproblemer Anbefalt innlekkasjenivå for å unngå skadelig poretrykksenkning Antatt omfang av injeksjonsarbeider Påpekning av eventuelle forhold som kan ha betydning for boring og sprengning (boreavvik, ladevansker o.a.) Sannsynlighet for å påtreffe høye/lave bergspenninger Påpekning av usikkerheter eller spesielle risikoer. Spesielle/lokale forhold kan medføre at tolkningsdelen utvides med flere punkt

25 Utdrag fra V520 Følgende registreres ved geologisk feltkartlegging: Bergblotninger Bergarter og bergartsgrenser Lagdeling og foliasjon Sprekkemønster og sprekketetthet Svakhetssoner Løsmasser Hydrogeologiske forhold Skredfare Nærliggende bergrom kartlegges der det er mulig. For alle faser utføres bergmasseklassifisering langs traseen ved hjelp av Q-metoden, se kapittel

26 2 GEOLOGISKE FORUNDERSØKELSER 2.1 Generelt En kvalitetsmessig og rasjonell gjennomføring krever at undersøkelsene utføres systematisk og trinnvis, og at resultatene vurderes grundig før neste planfase. Omfanget av forundersøkelsene skal tilpasses det aktuelle plannivået. Rapportene er selvstendige dokumenter og skal inneholde informasjon fra alle undersøkelsene som er utført. Det skal utføres bergmasseklassifisering med bruk av Q-metoden. Det skal skilles mellom måleresultater, faktiske observasjoner og tolkninger. Dette betyr at: Alle undersøkelser gjort i en planfase skal inn i rapporten Q-verdier skal inn i alle planfaser: Og de skal relateres til forholdene i tunnelnivået

27 Hvorfor mer detaljert beskrivelse (V520) Eksempel Manglende geologisk forståelse av geologien i tunnelområdet Manglende evne/vilje til å presentere de geologiske forhold i tunnelområdet Manglende strukturgeologisk forståelse av området Utstrakt motvilje til å presentere date på en forståelig måte Argumenterer for at det er for komplisert å vise geologien riktig. Feltarbeid er ikke utført over trase Resultat av kjerneboringer er ikke vist på kart/profil Presentasjon av data er kun knyttet til digital terrengmodell. Data som vises i geologisk rapport er så smått at det ikke kan leses

28 Geologisk forståelse Det er avgjørende at den geologiske rapporten viser at utførende har forstått geologien i området der tunnelen skal drives Det gjelder også regionalgeologisk forståelse Ofte manglende forståelse av viktige strukturgeologiske forhold Selv om det kan argumenteres for at bergartene har liten bergmekaniske forskjeller, kan ikke dette brukes til å argumentere for manglende geologisk forståelse og presentasjon

29 Feil tolkning av strøk og fall Med kjent fall på bergartene 45 grader mot sydvest, må utførende klare å tegne dette riktig i profilet. Kartet mangler også strukturmålinger og lineament fra kartet er ikke utført

30 Her er foliasjonen tegnet inn, men bergartsgrensen er tegnet feil vei NGUs grenser er tegnet inn fra kart i M 1: med en stor forkastning Forkastningslinjen legges over en ås og ikke i søkket med svakhetssone

31 Utvidelser er ikke med i vurderingen Sedimentasjonsbasseng og tverrforbindelser Hvordan er geologien her? Hvordan sprenge ut disse bergrommene Tverrprofiler er viktig. Ikke minst for de som utfører beskrivelsen

32

33 Lagning - foliasjon skifrighet - sprekker

34 Sandsteinen kan ofte være massiv

35 Kap. 2.2: Kartgrunnlag Krav til kart og kartgrunnlag Ny håndbok N500 setter krav til kartgrunnlaget

36 Krav til kart, kap 2.2 Kartgrunnlaget skal brukes til registrering i forbindelse med geologiske forundersøkelser i felt, samt til digitalisering av registreringene. Kartets innhold og opptegning skal være egnet som grunnlag for å tegne inn geologiske registreringer for hånd. Kart-data (FKB; Felles kartdatabase) skal ha nøyaktighet minimum: +/- 0,2 m til 2 m. Der det finnes terrengmodeller med bedre nøyaktighet i vegprosjektet (for eksempel etter flybåren skanning) skal disse brukes som grunnlag for høydekotene i kartet. Innhold i kartgrunnlaget: Objekter i kartgrunnlaget skal tegnes med omriss i svart-hvitt. Kartet skal ikke ha fargelagte/skraverte flater Planlagt veg og tunnel, inklusive påhugg, skal vises på kartet. For veg og tunnel skal hele tverrsnittet vises, ikke bare senterlinjen(e) Høydekoter med 1m ekvidistanse og tellekoter pr. 5 meter, inklusive høydepåskrift på 5m kotene Elver, bekker og vann skal vises på kartet I områder som grenser mot vann/sjø/elv osv. skal koter under vannflaten også tas med Der det finnes grunnboringer skal borepunkt inngå i kartet For FKB-tema som kan inngå i kartet, se håndbok V520 [1]. Digitalt kart skal leveres som vektor-kart på SOSI-format. Kartet skal foreligge i vegprosjektets vedtatte koordinatreferansesystem og sone

37 2.5.6 Påhugg og forskjæringer, andre kritiske områder Det utarbeides egne detaljerte kart, lengde- og tverrprofiler for påhuggsområdene med forskjæringer. Påhuggsområder kan med fordel presenteres på 1:500 eller 1:200 kart, slik at alle terrengformer kommer fram i profilet. Det anbefales å utarbeide tverrprofiler for hver 5-10 meter. Generelle profiler hentet fra terrengmodellen er ikke godt nok. Eventuelle grunnboringer presenteres i profilene og reelle løsmassemektigheter presenteres, sammen med resultater fra eventuelle geofysiske/geoelektriske undersøkelser. Alle aktuelle påhuggsalternativer vises. For toløpstunneler utarbeides det profil for hvert løp

38 Kritiske områder Dette krever detaljprofiler og utredninger Minimum anbefalt bergoverdekning for tunnelpåhugget er 5 meter. Normal tunnelhøyde er 7 meter; planum kommer da mer enn 12 meter under bergnivået i dagen. Dersom det er aktuelt å gå inn i marginale områder vurderes også dreneringsforholdene med hensyn til bekker, elver og myrområder og flomfare ved påhugget og vegtraseen inn til påhugget. Bergoverdekning <5 meter er også mulig, men krever flere tiltak under bygging. Eventuelle andre kritiske områder kan med fordel presenteres i målestokk 1:500 eller 1:200, avhengig av områdets kompleksitet/vanskelighetsgrad

39 Sokna Ørgenvika, tunnel under Bergensbanen

40

41

42 Ringveg vest Bergen, passering under Bjørgeveien

43 Lengdeprofil

44

45 Sammenligning av gammelt og nytt kartgrunnlag

46

47

48

49

50

51 Laserscannet kart Seljestadjuvet

52 Lengdeprofil fra NGU

53 Format?

54

55 Geologisk forståelse, strukturgeologi

56 Eksempel på geologiske profil fra NGU Geologisk profil Asker og Bærum

57 Overforhøyning 5:1 gir feil geologisk bilde

58 Grunnboringer må inn på kart og profiler

59 Viktig med detaljerte tverrprofil i vanskelige områder

60 Borpunktene er lagt inn på profilet

61 Kjerneboring Kjerneboring fra overflaten i plan- og prosjekteringsfasen gir verdifull informasjon om bergmassekvalitet, svakhetssoner og grunnvannsforhold. Det lages egne rapporter fra kjerneboringer med tekstdel og detaljerte logger med alle observasjoner som f.eks. bergart, sprekkefylling, samt registrering av Q-parametere. Q-verdi fra kjerneboring presenteres i intervaller med minimum en meters lengde. Det presenteres bilder av hver kjernekasse, tydelig merket og med målestokk. I geologisk rapport presenteres profiler med en slik målestokk at bergartsfordeling og Q-verdier/RQD blir synlig i profilet. Dette er spesielt viktig der kjerneborhullet er boret langs / over traseen. Egnet målestokk for presentasjon av resultatene i kart/profiler kan være 1:1000 eller 1:500. For å få en god oversikt er det viktig at dataene sammenstilles i det ingeniørgeologiske kartgrunnlaget

62

63 Bjarkøyforbindelsen Resultat av kjerneboringer lagt inn i profil

64 Eksempel på tilbakemelding 4.8 Geoteknisk kategori Vi mener tunnelen må være i Geoteknisk kategori 3. Undersøkelsene eller presentasjonen er ikke grundig nok til å sette tunnelen ned i klasse 2. Viser også til beskrivelse i kap. 4.3 der det brukes «kritiske punkt». Påhuggsområdene har ikke blotninger og en har derfor stor usikkerhet for påhuggsområdene. Tunnelen skal gjennom flere svakhetssoner med dypforvitring. Rapporten dokumenterer ikke overdekning og bergkvalitet i disse områdene godt nok. Ved grundigere dokumentasjon kan eventuelt deler av tunnelen klassifiseres i kat. 2. Det er også eksempel på at tunneler settes i geoteknisk kategori

65 Eksempel på ufullstendige informasjon «Til bergsikring brukes radielle bolter og sprøytebetong» Statens vegvesen skal vite hvor mange bolter og mengden sprøytebetong med presentasjon av svakhetssoner og siringsmengden i forbindelse med disse. Det er ikke nødvendig med mer undersøkelser av påhugget fordi der ikke er bergblotninger Statens vegvesen skal vite hva slags undersøkelser som er nødvendig for å avklare de geologiske forholdene ved påhugget

66 Geologiske undersøkelser for nytt tunnelløp ved siden av eksisterende løp De geologiske undersøkelsene for nytt tunnelløp ved siden av eksisterende løp har et annet utgangspunkt enn nye tunneler. Her er kjennskap til de geologiske forholdene bare meter ved siden av det nye løpet. Det er viktig å samle og systematisere tilgjengelige data. Det anbefales at alle data fra tunneldriften legges inn i Novapoint Tunnel Geologi Oppdatert kartgrunnlag hentes inn. Geologi tolkes over i området for nytt løp. Tolkningen samordnes med overflateobservasjoner og observasjoner fra karttolkning og eventuelt flyfoto. Det utarbeides oversikt over forventet bergkvalitet for det nye løpet, samt forventede Q-verdier i tunnelnivå i det nye løpet. Foliasjon, sprekkesystemer og svakhetssoner fra løp nr. 1 tolkes over i området for nytt løp. De geologiske forhold for nye tverrslag, bergrom etc. beskrives ut fra dataene.

67 2.3.3 Geofysiske og geoelektriske metoder Refraksjonsseismikk Den mest brukte og trolig den mest effektive metoden for undersøkelse av svakhetssoner og bergartskvalitet 2D Resistivitet Kan vise fallet på svakhetssoner. Mye fine farger, men variabelt resultat Refleksjonsseismikk (akustisk) Bergoverflate og overdekning under vann Televiwer i borhull Akustisk og optisk registrering av sprekker og strukturer i borhull. Kan gi flere resultater enn kjerneboring. F.eks temperatur, radioaktivitet, seismisk hastighet med mer. Refraksjonsseismisk tomografi

68 Seismikk, presentasjon

69 Seismikk og resistivitet skal presenteres i forhold til tunneltraseen

70 Oslofjordtunnelen, Hurumsonen Tomografi

71 Oslofjordtunnelen Tolket bergoverflate fra tomografi

72 Modellering av bergoverflate Hurumsonen

73 Konklusjon, sluttkommentar Ny N500 og V520 har en mer detaljert beskrivelse av hva som må utføres i den geologiske forundersøkelsen Geologiske rapporter svarer ikke med nødvendig grundighet på de geologiske undersøkelsene som er påkrevet for dagens tunneldriving Kontraktene for geologiske undersøkelser har ikke vært gode nok. Henvisning til dagens N500 gir ikke tilstrekkelig klarhet i omfanget for undersøkelsene Ny N500 og V520 vil klargjøre dette på en bedre måte