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.

Det finnes ulike metoder for tunneldrift, og de 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

TBM er mye brukt som drivemetode i Europa, og det finnes i dag flere ulike maskiner som kan operere under mange ulike forhold. Tunneldiameter kan variere fra en meter til 19,25 meter pr. dags dato.

Metoden er mindre fleksibel ved uforutsette utfordringer som ras og store uventede vanninnbrudd. Det forutsetter derfor omfattende og grundige forundersøkelser. Planlegging og vurdering av TBM som metode må inn i en tidlig fase av prosjektet også med tanke på trasevalg og tverrslagsreduksjoner.

Fordeler og ulemper ved TBM vs. konvensjonell driving:

Fordeler

• Det sirkulære tverrsnitt gir et langt gunstigere tverrsnitt stabilitetsmessig.
• Boringen gir ingen eller minimale forstyrrelser og forandringer i fjellets beskaffenhet mht. sprekker. Boringen vil i liten eller ingen grad påvirke en forinjeksjon.
• Sikringsomfanget i en TBM boret tunnel er sterkt redusert i forhold til sprengte tunneler og er mer forutsigbart enn ved konvensjonell drift
• Tverrsnittet på vannoverføringstunneler boret med TBM kan reduseres til ca 2/3-deler av sprengt tverrsnitt. Deponering av boremasser i naturen reduseres dermed.
• Kan drive lengre tunneler uten tverrslag pga redusert ventilasjonsbehov og større drivehastighet (lengste kjente ca 25 km)
• Mye større potensial for tidligere ferdigstillelse i prosjekter hvor man vil unngå eller ikke har mulighet for ekstra tverrslag eller motstuff.
• Færre tverrslag/arbeidssteder gir redusert veibygging og mindre miljømessige forstyrrelser i naturen.
• Minimale miljømessige forstyrrelser på omgivelsen (støy, rystelser)
• Forbedret arbeidsmiljøet inne i tunnelen.
• Ingen skytegasser i tunnelen og i området utenfor tunnelportalen.
• Trenden nå er uttransport av boremasser med transportbånd (Continuous Conveyor System) og dette reduserer behovet for dieselkjøretøy i tunnelen til et minimum og dermed mindre dieselavgasser.
• Ved bruk av ren fornybar energi (for eksempel vannkraft) til kraftforsyning i prosjektet blir CO2-regnskapet langt gunstigere enn for konvensjonell sprengning da skytegasser inneholder CO2 og andre miljøskadelige gasser.
• Boring av tunneler i tettbygd område hvor det er fare for setninger i bygningsmassen pga. grunnvannssenkning langs tunneltraseen, kan utføres med skjoldmaskiner og vanntett betongforing; betongelementer som legges i bakre del av skjoldet etter hvert som maskinen avanserer.
• Bruk av lining for sikring og vanntetthet gir mer forutsigbar kostnad og fremdrift enn ved konvensjonell drift med injeksjon og tung sikring.
• Tunnelen kan i prinsippet gjøres ferdig parallelt med drivingen.
• For vegtunneler kan systemer for vann og frostsikring forenkles og optimaliseres fordi det monteres mot en jevn og eksakt profil.
• Levetidsomkostningene vil utvilsomt bli kraftig redusert for en TBM boret tunnel sammenlignet med sprengt tunnel.
• I fremtiden vil det nok være lettere å rekruttere personell til tunnelyrket ved mekanisert tunneldrift.
• Prosjekter planlagt for TBM som alternativ til D&B vil gjøre det mer attraktivt for utenlandske entreprenører, med omfattende TBM erfaring, å regne anbud på norske prosjekter.
• Sikkerheten i TBM tunnel bedre – unngår bruk av sprengstoff.
• Oppbevaring og handtering av sprengstoff vil bli mer problematisk i fremtiden.

Ulemper

• Større investeringsbehov
• Mer omfattende mobilisering
• Lengre leveringstid på nytt utstyr (10-12 mndr. for TBM vs 5-6 mndr for borrigg)
• Diameter endringer på TBM mulig ved ombygging, men noe begrenset.
• Rundt profil er i utgangspunktet mindre hensiktsmessig for vegformål. (Ved større diametre kan arealoverskuddet benyttes til tverrgående ventilasjon og for eks. kabel-/fjernvarmekanaler)
• Det kreves kraftigere strømforsyning til TBM drift enn ved konvensjonell drift.
• TBM metoden er mindre fleksibel enn konvensjonell sprengning, det er vanskeligere å justere og tilpasse tverrsnitt og linjeføring undervegs i prosjektet.
• Sprengning av nisjer, grentunneler, utslag etc. er mer plundrete ved bruk av TBM, særlig ved små tverrsnitt

Kilde: http://www.nff.no/article.php?id=259

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.