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):

I Norge er berggrunnen stort sett av en slik kvalitet at berget kan benyttes som hovedkonstruksjonmateriale. Norsk tunnelpraksis 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. Norsk tunnelpraksis skiller seg fra andre lands tunnelmetoder (spesielt sammenlignet med land på kontinentet). Felles for mange tunneler i Europa er at grunnforholdene ofte er dårligere enn i Norge og det er nødvendig med solide bergsikringkonstruksjoner for å oppta krefter fra overliggende berg/løsmasser. Tunnelene drives hovedsakelig etter NATM-metoden.

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. For en mer detaljert beskrivelse av metodene NTM og NATM, se link til lærebok

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. Metodene er ikke direkte sammenlignbare og i artikkel fra Teknisk ukeblad fra desember 2011 refereres det til at NATM er fem ganger så dyr som NTM.

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 (må justeres noe):

Fordeler

• Det sirkulære tverrsnittet 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
• 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 arbeidsmiljø og sikkerhet inne i tunnelen pga. at man unngår bruk av sprengstoff.
• Uttransport av masser med transportbånd reduserer behovet for dieselkjøretøy i tunnelen til et minimum og dermed mindre dieselavgasser.
• 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.
• Bruk av lining for sikring og vanntetthet gir mer forutsigbar kostnad og fremdrift enn ved konvensjonell drift med injeksjon og tung sikring.
• Systemer for vann og frostsikring forenkles og optimaliseres fordi det monteres mot en jevn og eksakt profil.

Ulemper

• Større investeringsbehov.
• Mer omfattende mobilisering.
• Lengre leveringstid på nytt utstyr (10-12 mndr. for TBM vs 5-6 mndr for borrigg)
• Diameterendringer på TBM mulig ved ombygging, men noe begrenset.
• Det kreves kraftigere strømforsyning til TBM-drift enn ved konvensjonell drift.
• TBM-drift 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 vanskeligere ved bruk av TBM, særlig ved små tverrsnitt.
• TBM er en mindre fleksibel teknikk ved uforutsette utfordringer som ras og store uventede vanninnbrudd. Det er derfor veldig viktig med gode og omfattende forundersøkelser.

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:

Kriterium	Beskrivelse
Geologiske forhold	Følgende områder vurderes: bergets beskaffenhet vanntetthet av tunnelen
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, riggområder og logistikk
Prosjektorganisering	Vurdering av administrasjon og kontrakter.
RAMS	Pålitelighet, tilgjengelighet, vedlikeholdbarhet og sikkerhet, inkl. kostnader ved drift og vedlikehold i levetiden.

3 Referanser

• Norsk forening for fjellsprengningsteknikk, NFF: http://www.nff.no/article.php?id=259
• Aas-Jacobsen, rapport UFB-30-A-31003: Sammenligning av drivemetoder Follobanen
• Lærebok tunneler, Drivemetoder
• Artikkel i Teknisk Ukeblad desember 2011: http://www.tu.no/meninger/leserinnlegg/2011/12/05/-baklengssalto-for-norsk-tunnelbygging
• Beskrivelse av NATM og NTM, http://pacificfogg.com/220morningside/RFP_EXHIBITS/2.%20PARKING%20TUNNEL%20and%20ELEVATOR%20SHAFT/45_Barton-et-al_on_Design_tunnel_support.pdf
• Artikkel i Byggeindustrien mars 2012: http://www.bygg.no/2012/03/87143.0