Kriterier for valg av tunnelkonstruksjoner

1 Bakgrunn

For tunnelens bærende konstruksjon gir Teknisk regelverk ingen krav til levetid, men kravene tilsier en levetid > 100 år på bakgrunn av erfaringer fra norske jernbanetunneler.

I Norge er berggrunnen generelt av en slik kvalitet at berget kan benyttes som bærende konstruksjon. I tillegg etableres det egne vann- og frostsikringskonstruksjoner som skal sikre tunnelene spesielt mot vann og is. De fleste norske jernbanetunneler er bergtunneler. Felles for mange tunneler i Europa er at grunnforholdene ofte er dårligere enn i Norge og at det er nødvendig med egne bærende konstruksjoner for å oppta kreftene fra overliggende berg- eller løsmasser. Denne konstruksjonen kan også fungere som vann- og frostsikring. Typisk er det at tunnelene bygges som fullt utstøpte konstruksjoner.

2 Stabilitetssikring

Erfaringer fra norske jernbanetunneler har vist at stabilitetssikringen ikke har vært noe stort problem, selv for tunneler som har 100 års levetid. I disse tunnelene er det lite bergsikring. Disse tunnelene hadde fokus på kontursprengning og grundig rensk.

Teknisk regelverk vil presisere krav til bergsikringskonstruksjonen gjennom kravendringer og -presiseringer for kontursprengning, rensk, bergsikring og forinjeksjon. Dette vil sikre at kravene til teknisk levetid oppnås. Kravene vil være tilstrekkelige for å sikre at det ikke er nødvendig med jevnlig inspeksjon fra begrensede rom mellom, bak eller inni konstruksjonsløsninger. Inspeksjon med personell bak heldekkende vann- og frostsikringshvelv er utfordrende sett ut fra helse, miljø og sikkerhet. Andre metoder finnes og/eller kan utvikles. For å tilfredsstille dette kravet er det en forutsetning med detaljert planlegging og oppfølging i drivefasen.

2.1 Forinjeksjon

Tilstedeværelse av vann er den faktoren som har størst påvirkning på levetiden for sikringsmidler, konstruksjoner og installasjoner i tunnelen.

Statens vegvesen foreslår i sin strategi for nye vegtunneler som er ute til høring, at det for vegtunneler med lav og middels trafikk skal utføres forinjeksjon som minst tilfredsstiller et tetthetskrav på 10 l/min pr. 100 m tunnel, siden dette normalt er grensen mellom drypplekkasjer og sildrende vann. For middels- og høytraffikerte tunneler er behovet mindre, 20 l/min pr. 100 m tunnel, siden disse skal ha gjennomgående full utstøping.

I Teknisk regelverk har vi i dag følgende krav til forinjeksjon: Forinjeksjon skal benyttes ved følgende forhold:

• Der det settes krav til maksimale vannlekkasjer for å hindre skader på bebyggelse og omgivelser som følge av en grunnvannssenking.
• Der vannlekkasjen inn i tunnel er så stor at den vil skape problemer både i anleggs- og driftsfasen.
• Stabilisering av partier med dårlig berg.

Det kan være aktuelt å presiserer kravet ytterligere, og evt. også skille mellom baneprioriteter:

• For tunneler på strekninger i baneprioritet 1 og 2 skal det utføres forinjeksjon som minst tilfredsstiller et tetthetskrav på [20 l/min pr. 100 m] tunnel
• For tunneler på strekninger i øvrige baneprioriteter skal det utføres forinjeksjon som minst tilfredsstiller et tetthetskrav på [10 l/min pr. 100 m] tunnel

2.2 Kontursprengning

Mer fokus på kontursprengning er ett av tiltakene som i Statens vegvesens etatsprogram er identifisert for å sikre at den bærende konstruksjonen i tunnelen skal ha minst 100 års teknisk levetid.

Fra etatsprogrammet er følgende definert som god følgende definert som god kontur:

• Jevnest mulige tunnelprofil etter sprengning, dvs. parallelle og synlige borpiper, minst mulig utfall av berg og ingen gjenstående knøler.
• Oppnådd tunnelprofil skal ligge nærmest mulig prosjektert kontur, med tilstrekkelig plass til nødvendig sikring.
• Lite overmasser.
• Ikke bare for hver salve, men også mellom salvene, dvs. helst små og avrundete hakk i salveskjøtene (minst mulig stikning).

Krav i dagens Tekniske regelverk som omhandler sprengning og herunder også krav til kontur:

• Det settes toleransekrav ved sprenging av konturen. Normalt gjeler at ansett kan plasseres inntil 200 mm utenfor teoretisk sprengningsprofil. Ansett og retningsavvik skal samlet ikke gi større avvik fra teoretisk sprengningsprofil enn +500/-0 mm. Kravene gjelder uavhengig av valgt salvelengde.
• Det sprenges med redusert ladning og tettere borehullmønster i konturen.
• Det før sprengingsarbeider tar til, utarbeides sprengningsplan inneholdende alle data som er nødvendig for å bedømme salvens virkninger på omliggende fjell og de nærmeste omgivelser. Sprengningsplanen skal vise borehullplassering, ladning pr. hull, spesifikk ladning og tenningsrekkefølge.
• Sprengningen skal utføres slik at en får jevnest mulig tunnelprofil.

Forslag til nye krav/presiseringer:

• Ansett skal plasseres inntil [200 mm] utenfor teoretisk sprengningsprofil
• Ansett og retningsavvik skal samlet ikke gi større avvik fra teoretisk sprengningsprofil enn [+500]/-0 mm
• Kontursprengning skal utføres med redusert ladning og tettere borehullsmønster [presisere redusert ladning og borehull?]
• En sprengningsplan skal utarbeides før sprengningsarbeider tar til
• Sprengningsplanen skal vise borehullsplassering, ladning pr. hull, spesifikk ladning og tenningsrekkefølge

2.3 Rensk

Forslag til presiseringer i forhold til dagens Tekniske regelverk:

• Rensk skal utføres før annen stabilitetssikring installeres
• Bakenforliggende salvestrekninger skal kontrolleres og etterrenskes. Spesielt gjelder dette inntil 3 - 5 salver bak stuff.
• Partier med bomt berg skal merkes for bolting eller eventuell annen sikring
• Der det er avskalling som følge av bergtrykk skal det utføres begrenset rensk, og berget skal sikres snarest mulig med endeforankrede bolter, fjellbånd, nett og/eller sprøytebetong.
• Rensken skal som hovedregel utføres som manuell rensk.
• Mekanisk rensk eller rensk med høytrykksspyling kan benyttes der det er egnet ut fra en vurdering av bergforholdene. Dette gjelder særlig ved grovblokket berg.
• Mekanisk rensk og spylerensk skal alltid avsluttes med manuell rensk.
• Etter at all sprengning er utført skal vegger og tak renskes grundig.
• For å avdekke svakheter i berget kan konturen spyles før sluttrensk.
• Sluttrensken kan utføres seksjonsvis etter hvert som tunnelen ferdigstilles.

Alternativt kan regelverkskravet ta utgangspunkt i nøyaktighetsklasser tilsvarende NS 3420:

Rensk skal utføres i henhold til nøyaktighetsklasse, se tabell.

Nøyaktighetsklasse	Krav
1	Berget renskes for alt løst materiale
2	Berget renskes slik at det ligger igjen maksimalt 0,02 m3 løsmasse per m2 bergoverflate
3	Berget renskes slik at det ligger igjen maksimalt 0,05 m3 løsmasse per m2 bergoverflate
4	Berget renskes slik at boring og lading kan utføres
5	Berget renskes ned til knøl

• Nøyaktighetsklasse 1 anbefales for partier der det skal utføres støp mot berg med spesielle krav til tetthet mot vannlekkasje under støpen.
• Nøyaktighetsklasse 2 anbefales for partier der det skal utføres støp mot berg der setninger ikke skal forekomme, men ellers uten krav til tetthet mot vannlekkasje under støpen.
• Nøyaktighetsklasse 3 anbefales for partier der det skal utføres støp mot berg uten strenge krav til verken setninger eller tetthet mot vannlekkasje under støpen.
• Nøyaktighetsklasse 4 brukes ved avgraving av løsmasser for boring og sprenging i dagen.
• Nøyaktighetsklasse 5 brukes ved sålerensk.

Statens vegvesens tiltak for måloppnåelse:

• Bruk av forinjeksjon
• Fokus på kontursprengning
• Benytte mer bestandige sikringsmidler

Fra etatsprogrammet: Det pågår et arbeid med nye krav til sprøytebetong og bolter. Det vil være naturlig at vi implementerer dette i Jernbaneverket når disse er vedtatt benyttet hos Statens vegvesen.

2.4 Forslag til regler for stabilitetssikring:

• Berget og bergsikringen skal ha minst 100 års levetid
• Bergsikringen skal utføres iht. Statens vegvesens håndbok 021, Vegtunneler, tabell 7.1

3 Vann- og frostsikring

3.1 Dagens krav i Teknisk regelverk

Krav til prosjektering og bygging av vann- og frostsikring i jernbanetunneler er angitt i Teknisk regelverk. Krav til vedlikehold er angitt i Teknisk regelverk og i generiske arbeidsrutiner.

3.1.1 Funksjonskrav til vann- og frostsikring

• Lekkasjevannet skal føres frostfritt ned i dreneringssystemet
• I frostsonen skal tunnelen ha en isolert kledning som hindrer vanndrypp og isdannelse
• I frostfri del skal det være en vannavskjerming som sikrer at det unngås vanndrypp
• Vannavskjermingen skal gå over hele tunnelens lengdeprofil og tverrprofil over sålen
• For dimensjonering og valg av materialer for vann- og frostsikring skal det tas utgangspunkt i en levetid på 50 år

3.1.2 Valg av metode for vann- og frostsikring skal bestemmes ut fra følgende kriterier

• Tunnellengde
• Tunnelstandard
• Togtetthet
• Frostmengde
• Krav til økonomi
• Krav til vedlikehold

3.1.3 Følgende konstruksjoner kan benyttes

• Hvelv av betongelementer
• Hvelv av PE-skum armert med sprøytebetong
• Godkjente vann- og frostsikringskonstruksjoner

3.1.4 Dimensjonering av frostisolasjon

• Teknisk regelverk stiller krav om at frostmengden F100 legges til grunn for dimensjonering av frostisolasjon. F100 defineres som den frostmengde som statistisk sett overskrides en gang i 100-årsperioden.

3.1.5 Dagens krav til vedlikehold

• Kontrollér vann- og frostsikringsmidler. Intervall 60 mnd.

Dersom full utstøpning velges som stabilitetssikring, vil denne også fungere som vann- og frostsikring forutsatt at konstruksjonen bygges med membran og drenssjikt.

Grunnlaget for dagens levetidskrav er at de fleste av dagens løsninger ikke har dokumentert lenger levetid enn 50 år.

4 Forslag til nye krav til stabilitetssikring og vann- og frostsikring

4.1 Levetid

I dagens Teknisk regelverk benyttes levetidskrav for jernbanebroer, sporkonstruksjoner, sikringsanlegg, lyskilder, støyskjermer og kabler. Et levetidskrav for en jernbanebro på 100 år betyr at broen skal med foreskrevet vedlikehold, holde i minst 100 år før broen må skiftes ut med en ny. Tilsvarende vil et levetidskrav for en tunnelkonstruksjon angi minste antall år før konstruksjonen må skiftes ut.

I konstruksjonens levetid utføres vedlikehold i henhold til generiske arbeidsrutiner. Feil og mangler som oppdages under inspeksjon skal utbedres eller holdes under oppsikt avhengig av feiltype og alvorlighetsgrad.

Det er innhentet erfaring fra norske jernbanetunneler som viser at vedlikeholdskostnader for tunnelene i hovedsak er knyttet til installasjoner og iskjøving. Forhold som totalt tilsier mindre vedlikehold i tunneler enn for fri linje er fravær av sikringsanlegg og kontaktledningsmaster. Dette er markant forskjellig fra veisektoren der store deler av vedlikeholdskostnadene er knyttet til renhold og kontroll av teknisk utstyr.

Det velges å benytte begrepet teknisk levetid for tunnelkonstruksjoner. Teknisk levetid er tiden det tar før komponentene eller utstyret ikke lenger oppfyller sin tiltenkte funksjon. Krav til teknisk levetid (TL) uttrykkes som antall år som forventes oppnådd med minst 90 % sannsynlighet. Middelverdien av teknisk levetid antas å være minst 25 % større enn levetidskravet. Forventet middelverdi av teknisk levetid blir dermed 150 år for TL = 120, 100 år for TL = 80, 62,5 år for TL = 50 osv.

Krav til teknisk levetid gjelder helt system. Det forutsettes at visse komponenter kan vedlikeholdes eller byttes i løpet av den angitte tekniske levetiden.

4.2 Vann- og frostsikring

4.2.1 Uendrede funksjonskrav

• Lekkasjevannet skal føres frostfritt ned i dreneringssystemet
• I frostsonen skal tunnelen ha en isolert kledning som hindrer vanndrypp og isdannelse
• I frostfri del skal det være en vannavskjerming som sikrer at det unngås vanndrypp
• Vannavskjermingen skal gå over hele tunnelens lengdeprofil og tverrprofil over sålen

4.2.2 Endrede funksjonskrav

For dimensjonering av vann- og frostsikringsløsning skal konstruksjonen ha en teknisk levetid = 80 for baneprioritet 1 og 2, og 50 for baneprioritet 3, 4 og 5. Livsløpskostnaden skal beregnes over en tidsperiode tilsvarende teknisk levetid.

For nye tekniske løsninger kan det legges til grunn en redusert teknisk levetid dersom denne begrunnes med en livsløpskostnad. Livsløpskostnaden skal beregnes over en periode tilsvarende krav til teknisk levetid for vann- og frostsikringskonstruksjonen. Det skal også inngå trafikkostnader tilknyttet avstengning for vedlikehold og utskifting.

For dimensjonering av valg av materialer for vann- og frostsikring gjelder følgende:

• For baneprioritet 1 og 2 kan følgende konstruksjoner benyttes:

Hvelv av betongelementer

Full utstøpning

Godkjente vann- og frostsikringskonstruksjoner

• For baneprioritet 3, 4 og 5 kan følgende konstruksjoner benyttes:

Hvelv av betongelementer

Hvelv av PE-skum brannbeskyttet med armert sprøytebetong

Full utstøpning

Godkjente vann- og frostsikringskonstruksjoner

Dette kan sammenfattes i følgende tabell:

Konstruksjon/anleggsdel	Teknisk levetid (TL)
Tunnelens bærende konstruksjon (stabilitetssikring	120
Vann- og frostsikring (baneprioritet 1 og 2)	80
Vann- og frostsikring (baneprioritet 3, 4 og 5)	50

4.2.3 Begrunnelse for kravendringer

Setningen “valg av metode for vann- og frostsikring bestemmes ut fra tunnellengde, tunnelstandard, togtetthet, frostmengde og krav til økonomi/vedlikehold”, presiseres for å tydeliggjøre hvilke krav som skal legges til grunn. Tunnelstandard og togtetthet er erstattet med baneprioriteter. Frostmengde benyttes som tidligere. Tunnellengde, økonomi og vedlikehold inngår i livsløpskostnadsvurderingene.

• Krav for baneprioritet 1 og 2 begrunnes med følgende:

Hvelv av armert sprøytebetong vil ikke være et alternativ for jernbanetunneler i baneprioritet 1 og 2 på grunn av usikkerhet i langtidsvirkninger av lastvekslinger med tanke på utmatting, og at løsningen gir et dårligere omdømme på grunn av manglende fremtidsrettethet og materialets brannegenskaper og bestandighet.

Det blir enklere å utvikle nye løsninger for vann- og frostsikring.

En utskifting av en vann- og frostsikringsløsning i jernbanetunneler i baneprioritet 1 og 2 kan få større konsekvenser for trafikkavvikling.

Harmonisering med krav til svenske jernbanetunneler

4.2.4 Materialkrav

Teknisk regelverk stiller i dag ulike krav til materialer som skal benyttes i tunnelen. Disse kravene vil gjennomgås i forbindelse med revisjon av Teknisk regelverk 1.7.12. Det tas utgangspunkt i europeiske standarder på dette område når det gjelder utforming av selve kravene.

5 Kriterier for valg av vann- og frostsikringsløsning

5.1 Evalueringskriterier Holm-Nykirke

Nr.	Vekting	Kriterium	Definisjon
1	6	Sikkerhet drift	Nedfall, sikkerhet mot sammenbrudd.
2	6	Brann	Brannmotstand i driftsfase. Omfang av utbedring etter en evt. brann.
3	6	Bruksegnethet	Oppfyllelse av regelverk og funksjon, tåler trykkrefter, vanntetthet, løsningens påvirkning på tekniske installasjoner.
4	5	Vedlikeholdsvennlighet	Reparasjonstid, behov for inspeksjoner, vedlikeholdskostnader, behov for og lagring av reservedeler. Inspeksjonsmuligheter.
5	4	Levetid	Løsningens antatte levetid utover 50 år.
6	3	Byggekostnad	Kostnader knyttet til innkjøp, bygging og installasjon.
7	2	Byggefase	Oppheng av andre installasjoner, påvirkning for andre fagområder, nisjer og andre endringer i tverrsnitt. Fleksibilitet ved montering. Miljøforhold ved utførelse.
8	2	Fremdrift	Bestilling, logistikk og fremdrift.

5.2 Evalueringskriterier Fellesprosjektet

Nr.	Vekting	Kriterium	Definisjon
1	6	Kvalitet	Kompleksitet ved utførselse (nisjer etc.). Innfesting av teknisk utstyr. Robusthet i forhold til utførelsesavvik. Evnen til å ta opp trykk- og sugkrefter.
2	6	Vedlikehold	Vedlikeholdsbehov. Tilgjengelighet for vedlikehold (bergsikringskontroll).
3	6	Oppetid	Behov for stengning i forbindelse med vedlikehold/sikringskontroll.
4	6	Vanntetthet	Evnen til å oppfylle vanntetthet i levetiden. Løsningens påvirkning på tekniske installasjoner.
5	6	Levetid	Løsningens antatte levetid.
6	6	Brann	Brannmotstand i driftsfase. Omfang av utbedring etter en evt. brann.
7	6	SHA/YM	Stein nedfall i driftsfase. Arbeidsklima ved inspeksjon i driftsfasen.
8	6	Drenerende egenskaper	Vanntrykk, frost og drenerende egenskaper.
9	5	Driftskostnader	Kostnader i levetid til drift, vedlikehold, inspeksjon og utskifting. Ikke følge-/samfunnskostnader ved stengning, vurderes under oppetid. Driftskostnader vurderes i levetid som antas å være 100 år.
10	4	Byggekostnad	Kostnader knyttet il innkjøp, bygging og installasjon.
11	3	Byggetid	Byggetid på respektive løsninger.

6 Drift og vedlikehold av norske jernbanetunneler - erfaringer

• Erfaringer fra Sørlandsbanen (ref. e-post fra Arne Bujordet 13.april):

Sørlandsbanen har mange tunneler som er bygget på 40-tallet, dvs. de er 70 år gamle. De lengste er Kvineshei og Hægebosta som er 8-9 km lange (se e-post under). Erfaringene med vedlikehold av tunneler på Sørlandsbanen viser at det ikke er høyere vedlikeholdskostnader for tunneler bygget etter meget gamle byggemetoder

• Erfaringer fra Ski-Moss:

Referer til telefonsamtale Schive/Sørlig den 18.april. Totalt er det ikke mer vedlikeholdsbehov for tunneler enn for fri linje pga. mye mindre kl-anlegg og signal. Vedlikeholdsbehovet i tunnelene er i hovedsak knyttet til belysning og isskjøving. Tunnelene er mellom 15-20 år gamle.

• Erfaringer fra Gardermobanen (ref. e-post fra Jan-Magne Kvernmo 25.april):

Vedlikeholdskostnader for tunneldrift går på problemer med vannintrening som har medført store ekstakostnader med med div. kontroller, sliping av skinner, bytte av skinner, og montering av matter i tak for bortledning av vann etc.

• Samtale med Brede Nermoen 20.april:

Erfaringen med våre 100 år gamle jernbanetunneler er vel at stabilitetssikring ikke har vært noe stort problem, selv om det nesten ikke finnes en bolt. Vi sliter mest med vannet, og kanskje mest i stivnet form. Vegtunneler er vesentlig anderledes i bruk enn jernbanetunneler. Statens vegvesen har mye renhold og kontroll av teknisk utstyr. Vi trenger ikke renholdet, og alt det tekniske utstyret er uavhengig av bergsikring og lining.