Kriterier for valg av drivemetode

1 Drivemetoder

Jernbanetunneler har relativt stiv kurvatur både vertikalt og horisontalt, og det er normalt få muligheter til å legge om traséen for å unngå svakhetssoner. I tillegg går ofte jernbanetunneler gjennom sentrale områder med mye bebyggelse som er ømtålig for miljøforstyrrelser. Dette byr ofte på krevende utfordringer, og stiller store krav til planlegging og forberedende arbeider.

De ulike metodene for tunneldrift har sine områder hvor de passer best, og hvor de kommer best til sin rett. For kort oversikt over ulike drivemetoder og deres egnethet i ulike bergarter, se lærebok, kapittel om drivemetoder

Konvensjonell driving med boring og sprengning er den vanligste drivemetoden i Norge, og fleksibiliteten gjør den svært passende ved varierende fjellforhold og geometri. Fullprofilboring med TBM (tunnelboremaskin) er godt egnet for lange tunneler og skånsom mot det ytre miljøet. Hittil har ikke TBM blitt brukt i norske jernbanetunneler, men metoden er vanlig på prosjekter internasjonalt. Pigging eller fresing er metoder som kan vurderes ved spesielt svakt berg, ved profilutvidelse eller når fjellanleggets geometri varierer, som ved avgreningstunneler og lignende. I tillegg kan cut&cover-metoden benyttes i områder med løsmasser.

1.1 Konvensjonell drift

Konvensjonell driving med boring og sprengning er en fleksibel metode som er egnet i alle bergarter. Det er i hovedsak to hovedmetoder som benyttes for konvensjonell driving av tunneler;

NTM (Norwegian Tunneling Method):

Bygger på prinsippet "design as you go", og er en fleksibel metode hvor fremdrift og behov for stabilitetssikring vurderes fortløpende. Dette krever at det tas beslutninger på stuff, da valg av sikringsmetode og -mengde skal tilpasses bergforholdene. Q-systemet er tatt inn som en viktig del av NMT.

NATM (New Austrian Tunneling Method):

Bygger på prinsippet "design as you monitor", og er en metode som benyttes for å utnytte armeringseffekt i sikringsmidlene for å motvirke/kontrollere deformasjon av tunnelrommet. Tverrsnittet tas ut delvis, og sikringsmidlene installeres umiddelbart. Metoden bygger på deformasjonsmåling og opererer med sikringsklasser og forhåndsprosjekterte løsninger.

NMT var ment som et norsk "svar" på den nye østerrikske tunnelmetoden NATM som ble utviklet mellom 1957 og 1964 hovedsakelig for driving i svakt berg og i skviseberg. NATM ble utviklet med empirisk tilnærming basert på erfaringer fra tidligere tunnelanlegg. I Norge har vi alltid benyttet berget som bærende konstruksjon, hovedsakelig fordi vi har berg av bedre kvalitet enn Europa.

1.2 TBM

En tunnel kjedelig maskin ( TBM ) også kjent som en "muldvarp", er en maskin som brukes til å grave tunneler med en sirkulær tverrsnitt gjennom en rekke jord-og steinlag . De kan bore gjennom alt fra hardrock til sand . Tunnel diameter kan variere fra en meter (ferdig med mikro-TBMs) til 19,25 m til dato. Tunneler på mindre enn en meter eller så i diameter er vanligvis gjort ved hjelp grøfteløs bygging metoder eller horisontal retningsboring snarere enn TBMs. Tunnel boremaskiner brukes som et alternativ til boring og sprengning (D & B) metoder i berg og konvensjonell "hånd mining" i jord. TBMs har fordelene av å begrense inngrepene i terrenget, og produsere en jevn tunnel vegg. Dette reduserer kostnadene for fôr tunnelen, og gjør dem egnet til bruk i sterkt urbaniserte områder. Den store ulempen er den upfront pris. TBMs er dyre å bygge, og kan være vanskelig å transportere. Men som moderne tunneler blir lengre, er kostnaden for tunnel boremaskiner versus drill og blast faktisk mindre dette er fordi tunnelering med TBMs er mye mer effektiv og resulterer i en kortere prosjekt. TBM er mye brukt som drivemetode i Europa, og det finnes flere ulike maskiner som kan operere under mange ulike forhold.

er en mindre fleksibel teknikk ved uforutsette utfordringer som ras og store uventede vanninnbrudd. Det er derfor veldig viktig med gode og omfattende forundersøkelser.

TBM har ofte lang leveringstid (opptil 1 år). Dette forutsetter at TBM blir vurdert som drivemetode på et tidlig stadie slik at forundersøkelser og planlegging kan tilpasses dette.

Ved konvensjonell drift er det god tilgang til stuffen for hullboring og injisering. Ved fullprofilboring er det trangere og vanskeligere å komme til, men det er fullt mulig å få til et tilfredsstillende opplegg for sonder- og injeksjonsboring på stuff dersom dette planlegges fra starten av. Jo større TBM-diameteren er, desto mer tverrsnittsareal er tilgjengelig for plassering av boreutstyret. Dersom kravene til innlekkasje er strenge, bør skjoldmaskindrift med vanntett betongforing vurderes.

1.3 Cut & cover

I områder med løsmasser og liten overdekning er det ofte mest økonomisk å drive tunneler som ”cut&cover. Det er en enkel metode for konstruksjon for grunne tunneler der en grøft blir gravd ut og overbygd med et overhead-støtte system sterk nok til å bære belastningen av hva som skal bygges over tunnelen.

2 Valg av drivemetode

Følgende kriterier er bestemmende for valg av drivemetode (ref. rapport fra Follobanen):

Kriterium	Beskrivelse
Konstruksjonsteknikk	Følgende områder vurderes: bergmassens beskaffenhet vanntetthet av tunnelen forinjeksjon stabilisering av berget sonderboring riggområder logistikk
Byggetid	Vurdering av total byggetid, herunder risiko for forsinkelser.
Hensynet til omgivelsene	Drivemetode vurderes i forhold til: utslipp av vann støy vibrasjoner massetransport
Helse og sikkerhet	Helse og sikkerhet til personell under driving relatert til: luftkvalitet og støvproblematikk støy skiftarbeid ulykker
Jernbaneteknikk	Jernbanetekniske installasjoner knyttet til drivemetode (tunneltverrsnitt)
Byggekostnader	Kostnader knyttet til bygging.
Prosjektorganisering	Vurdering av administrasjon og kontrakter.
RAMS	Vedlikeholdbarhet og sikkerhet vurderes. Pålitelighet og tilgjengelighet vurderes likt uavhengig av drivemetode.
Livsløpskostnader	Kostnader ved drift og vedlikehold i levetiden.

Henvis til pågående PhD - ikke-publisert artikkel.

Resultater fra PhD-oppgaven vil være nyttig informasjon i forbindelse med en eventuell utarbeidelse av en veileder for valg av drivemetode.