Tunnel/Vedlikehold av tunneler og fjellskjæringer

1 Innledning

De fleste tunneler og fjellskjæringer i Norge er av eldre dato, og de representerer byggverk som vanligvis har en svært lang levetid. Likevel har de behov for vedlikehold og oppgradering.

Behovet for vedlikehold avhenger av faktorer som baneprioritet, togtetthet, geologiske forhold og tilstand på eksisterende sikring.

Vedlikehold utføres i den hensikt å ivareta de krav som stilles til sikkerhet for togtrafikken, for å hindre skader på jernbanetekniske anlegg og for å sikre en avbruddsfri drift.

Hensikten med dette kapitlet er å gi en kortfattet gjennomgang av vedlikeholdsbehov og vedlikeholdstiltak i tunneler og fjellskjæringer langs jernbanen.

2 Tilstandskartlegging

Hensikten med tilstandskartlegging av tunneler og fjellskjæringer er i første rekke å avdekke forhold som kan medføre fare for sikkerheten langs jernbanen. Tilstandsrapporter må dokumentere behov for vedlikehold, og være et grunnlag for prioritering av tiltak og bevilgning av vedlikeholdsmidler.

Først gjennomføres en systematisk tilstandskartlegging av alle fjellskjæringer og tunneler, og deretter foretas en mer detaljert tilstandsvurdering av de usikre skjæringene og tunnelene som grunnlag for å prosjektere tiltak.

Ved kartlegging av områder med is- og vannproblemer er det viktig å innhente informasjon fra personell med lokalkjennskap, i tillegg til å vurdere konsekvenser og behov for tiltak.

2.1 Systematisk tilstandskartlegging

For å skaffe oversikt over tilstanden til de forskjellige strekninger må det foretas en systematisk kartlegging, som grunnlag for å prioritere hvor det er størst behov for tiltak.

I henhold til Jernbaneverkets regelverk skal det foretas en systematisk inspeksjon av tunneler med forskjæringer hvert 5. år, men spesielt utsatte lokaliteter skal inspiseres hvert år, eller etter behov.

Kartlegging i skjæringer med påhuggsområder og forskjæringer konsentreres om sprekkekartlegging, avløste blokker, vegetasjon i skjæringen, tilstand av overvannsgrøfter, tidligere nedfall og svakhetstegn i eksisterende sikring. I vanskelig tilgjengelige eller høye skjæringer blir det under den systematiske kartleggingen normalt anvist behov for nærmere undersøkelser. I tillegg vektlegges erfaringsdata med hensyn til isproblematikk.

Ved kartlegging i tunneler vektlegges observerte vannlekkasjer og spesielt drypp på skinnegangen, drenering over tunnelen, sprekkeavløste blokker i tunnelhengen og vederlag, nedfall i sporet og svakhetstegn i eksisterende sikring. Kartlegging av tunnelkonturen må utføres fra renskebukk, det vil si arbeidsvogn med hevbar plattform. Det må benyttes renskespett for å vurdere stabiliteten.

2.2 Prioritering av vedlikeholdstiltak

Etter at systematisk kartlegging er gjennomført bør det foretas en gjennomgående prioritering av tunnelene og fjellskjæringene. De bør i første rekke prioriteres etter sikkerhetsvurderinger og tiltak som reduserer vedlikeholdsbehovet. Tiltak som hindrer isdannelse i tunneler og trange forskjæringer er eksempler på vedlikeholdsreduserende prosjekter.

Ved prioritering av behov for tiltak vurderes også eventuelle konsekvenser av ras og nedfall av blokker. Dersom terrenget er bratt både ovenfor og nedenfor sporet må sikkerheten langs sporet vurderes ut fra skadekonsekvenser av eventuell togavsporing.

Det er ofte samme mannskap som utfører vedlikeholdstiltak langs lange banestrekninger, og da er det ofte rasjonelt å konsentrere vedlikeholdsprosjektene innenfor begrensede områder slik at det ikke brukes unødvendig mye tid på flytting av rigger, reising og transport.

Spesielt langs strekninger hvor det er nedsatt hastighet på grunn av usikkerhet til stabilitet i fjellskjæringer og fjellskråninger skal det prioriteres å iverksette tiltak.

2.3 Detaljert tilstandskartlegging

Detaljert tilstandskartlegging er en mer grundig vurdering av de prioriterte fjellskjæringene og tunnelene.

Ved detaljkartlegging befares hele tunnelen eller skjæringen nøye. For fjellskjæringene er det ofte like viktig å kartlegge ovenforliggende terreng, inkludert overvanngrøfter og vegetasjonsforhold.

Denne kartleggingen skal gi grunnlag for å beskrive tiltak og gjøre kostnadsoverslag for utførelse av jobben.

3 Vedlikeholdsbehov

3.1 Tunneler

Fjellsikringen i de fleste jernbanetunnelene i Norge har tradisjonelt vært fjellrensk. Det vil si at avløste blokker ble rensket ned til det gjenstod klinkt fjell. Denne form for sikring krever at det utføres jevnlig rensk i tunnelene. Tørre tunneler drevet i bestandige bergarter krever minimalt med vedlikehold, mens vedlikeholdsbehovet i tunneler med vannlekkasjer og dårlig fjellkvalitet kan være stort. Nedenfor er det gitt noen eksempler på problemstillinger som medfører behov for vedlikehold.

Utvasking av slepper og økt forvitring resulterer i redusert stabilitet i konturen. Ofte gir disse tilfellene mindre nedfall i form av småfallent fjell og sleppemateriale. Det forekommer også at større blokker blir undergravd, og faller ned.

Rustskader på skinnehode medfører at det oppstår et slag når toghjulet passerer over. Dette resulterer i at pukken blir nedknust og drenerer dårligere, slik at vann blir stående høyere enn formasjonsplanet og sporstabiliteten avtar. Dryppskader på skinnene kan derfor resultere i ustabilt (vaskesviller).

Korrosjonskader på tekniske installasjoner er ofte et resultat av manglende vannisolering. Spesielt er dette et problem i områder der stoffer i berggrunnen reagerer med vann og medfører aggressivt lekkasjevann.

Armeringskorrosjon og utvasking av betongelementer er et utbredt problem der denne form for sikring er benyttet. Betongelementer som ble montert på 1960-tallet hadde ofte for liten betongoverdekning på armeringsjernene, og betongkvaliteten var ikke bestandig for de miljøpåkjenningene de ble utsatt for. Resultatet er at elementene sprekker opp, betong flaker av og elementenes kapasitet avtar. Elementene ble benyttet som erstatning for utmuring i områder med ustabile fjellforhold, og skadde betongelementer må derfor erstattes eller opprustes før det blir et sikkerhetsproblem.

I tillegg kan ugunstige bergspenninger medføre nedfall av blokker i tunneler. De fleste problemstillingene ved spenningsvurderinger i gamle tunneler er knyttet til manglende innspenning. Store utfall av bergmasser ved driving av tunnelene medførte til dels meget ujevn kontur, slik at sprekkeavløste blokker mangler sidestøtte.

3.2 Skjæringer

Vedlikehold av fjellskjæringer langs norske jernbanelinjer skal bidra til å redusere og forebygge nedfall og ras. Alderen på det norske jernbanenettet er høy, og ulike fysiske og kjemiske prosesser har gjennom årene påvirket fjellet, og dermed skjæringenes stabilitet. Det er flere årsaker til at det raser eller faller ned fjellblokker i skjæringer. Dette kan være prosesser som forvitring, utvasking, frost- og rotsprengning eller endring av skjæringsgeometri.

Graden av forvitring og nedtæring av bergmassene avhengig av lokale forhold. Spesielt leir- og kalkskiferbergartene i Oslofeltet forvitrer raskt når de eksponeres for vann og luft. Dette resulterer i svakheter i bergmassen og medfører nedfall av større eller mindre art. Nedraste forvitringsmasser fører ofte til at dreneringen langs sporet tettes.

Utvasking av sleppemateriale i sprekker medfører at stabiliteten i bergmassen gradvis avtas, og at fjellblokker dermed kan løsne og rase ned.

Frostsprengning er en prosess som virker først og fremst i fjellskjæringer hvor det er naturlig vannsig. Når vannet trenger ned i sprekkene, og fryser utvider det seg ca 10%. Denne volumutvidelsen medfører spenninger som kan føre til utrasninger. Prosessen har størst effekt i sørvendte skjæringer, hvor fryse/tineprosessen gjentas flest ganger. Samme prinsippet gjelder ved rotsprengning hvor røtter vokser ned i sprekker. Etterhvert som røttene vokser presser de sprekkene ut og deler av fjellet kan løsne og rase ned.

Endring av geometriske forhold ved profilutvidelse i fjellskjæringer medfører ofte at stabiliteten blir redusert. Ved etablering av kabelkanaler utenfor sporet finnes en rekke eksempler på at skjæringsfoten er fjernet for å gi plass.

4 Tiltak

4.1 Generelt

Ved mindre blokknedfall i skjæringer, hvor det ikke er fare for sikkerheten, vil det ofte være mer hensiktsmessig å rydde opp fremfor å sikre. Men ved de lokaliteter hvor det avdekkes at ras kan medføre fare for sikkerheten, skal det iverksettes tiltak. Løsneområdet for mindre nedfall skal alltid undersøkes med tanke på å vurdere fare for mer og større nedfall. Ofte indikerer nedfall av småblokker større ustabiliteter.

Når det ikke er fare for sikkerheten, må forebyggende sikring kontra opprydning etter eventuelle nedfall, vurderes i forhold til hvor mye ressurser som er tilgjengelig, og hvor mye ressurser som kreves til utbedring. Det må også vurderes hvor mye vedlikeholdsressurser som kan spares ved utbedret sikring, og hvordan den stabilitetsmessige situasjonen er.

4.2 Tiltak i tunneler

I norske jernbanetunneler skal det utføres systematisk tilstandskontroll med bruk av renskespett minimum hvert 5. år, eller i henhold til vedlikeholdsplan for det enkelte anlegg. Ved denne typen inspeksjon legges spesielt vekt på innlekkasjer og isdannelse, behov for fjellrensk, behov for ny eller utbedret sikring og tilstand for kummer og dreneringssystemer.

Dersom det avdekkes nedfall i en tunnel skal dette umiddelbart undersøkes og eventuelle tiltak iverksettes. Registrerte blokknedfall i en tunnel skal fjernes straks, slik at blokker som oppdages i tunnelsålen ved visitasjon gir et varsel om behov for nærmere undersøkelser.

Ved rensk undersøkes tunnelen nøye med hensyn på å avdekke avspente blokker. Eventuelle blokker festes med fjellbolter, eller tas ned slik at faren for nedfall i sporet reduseres. Ved småfallent fjell er også montering av fjellnett eller stabilisering ved hjelp av sprøytebetong aktuelle alternativer.

Figur 1 Ettermontering av fjellbolter fra korg montert på hjullaster

I de fleste eldre jernbanetunnelene her i landet ble det ikke montert noen form for vann- og frostsikring under bygging. Det medfører i dag et tildels meget stort vedlikeholdsbehov som følge av vannlekkasjer og isdannelse. I vinterhalvåret har det i enkelte tunneler periodevis vært nødvendig med daglig ishugging og fjerning av ismasser.

Vedlikehold eller ettermontering av vann- og frostsikring i tunneler skal utføres i den hensikt å begrense behov for jevnlig fjerning av is for å opprettholde sikker togframføring.

Behovet for rehabilitering av plasstøpt betongutmuring eller betongelementer er økende i de tunnelene som har denne form for sikring. Her må det i hvert enkelt tilfelle foretas en vurdering av hvilke tiltak som er mest hensiktsmessig. De mest aktuelle tiltak kan være tradisjonell rehabilitering med meisling av bom betong og påføring av sprøytebetong, eller riving av betongelementene og erstatte dem med bolter i kombinasjon med sprøytebetong.

4.3 Tiltak i fjellskjæringer

For å redusere faren for ulykker på grunn av ras eller blokknedfall i fjellskjæringer kan det monteres rasvarslingssystemer, eller etableres forebyggende tiltak.

Aktuelle forebyggende tiltak i fjellskjæringer er støttemurer, geometriske endringer (for eksempel fanggrøfter), vegetasjonsrensk, utbedring av overvannsgrøfter eller utsprengning av isnisjer, rensk av løse blokker, feste løse blokker ved hjelp av bolter eller fjellbånd og fjellnett, eller stabilitetssikre med sprøytebetong.

For å redusere faren for at et tog skal kjøre inn i et ras eller blokknedfall kan det i vanskelig terreng være hensiktsmessig å montere rasvarslingsgjerder som gir stoppsignal når det raser. Bruk av målebolter for å følge med på eventuelle bevegelser i store blokker blir også benyttet.

I tillegg må det i rasutsatte områder finnes rutiner for visitasjon og varsling. Eksempelvis bør det vies ekstra oppmerksomhet ved spesielle værsituasjoner.

5 Erfaringer

Erfaringene fra tilstandskontroller og vedlikeholdsarbeid i fjellskjæringer og tunneler viser at problemer knyttet til vann forårsaker det største vedlikeholdsbehovet. Områder med vannlekkasjer utsettes ofte for utvasking av sleppemateriale og frostsprengning, og over tid medfører dette ofte redusert stabilitet i bergmassene.

Resultatene fra tilstandskartleggingen viser at det er større usikkerhet knyttet til stabiliteten i fjellskjæringene enn i tunnelene. Etterslep på vedlikehold de senere år har medført at fjellrensk, vegetasjonsrensk og rensk av overvannsgrøfter er blitt nedprioritert. Ofte er det lite som skal til for å utbedre forholdene i skjæringene for å forebygge uønskede hendelser.

Under byggingen av banenettet ble det i bratt terreng foretatt omfattende sikringstiltak i de naturlige skråningene ovenfor fjellskjæringene. Tilstandskontroll har vist at denne sikringen flere steder må fornyes. Eksempler på slik sikring er store blokker som ble støttes opp med jernbaneskinner eller bolter i bakkant og wire rundt. Mye av denne sikringen har etter hvert mistet sin funksjon. Med dagens lette borutstyr er det ofte mest rasjonelt å splitte blokkene og ta dem ned kontrollert.

I tunnelene har det stort sett vært gjennomført tilstrekkelig fjellrensk. Det er derfor relativt lite nedfall i tunnelene, men det er stort behov for ettermontering av vann- og frostisolasjon.

Generelt er det påhuggsområdene det knyttes størst usikkerhet til med hensyn til stabilitet. Mange gamle tunneler er bygget uten portal, og spesielt i sørvendte tunnelpåhugg, som er mest eksponert for tine/fryseprosesser avdekkes ofte manglende stabilitetssikring.

Forebyggende vedlikeholdsarbeid er billig forsikring, sammenliknet med konsekvensen av mangelfullt vedlikehold.

LITTERATURHENVISNINGER

1. Broch Einar, Nilsen Bjørn ”Ingeniørgeologi – fjell” (aug 1991)

2. NTH, Johannesen Odd ”Tunnelsikring – Bolting”, Prosjektrapport 10A-91

3. NTH, Johannesen Odd ”Tunnelsikring – Sprøytebetong”, Prosjektrapport 10B-91

4. NTH, Johannesen Odd ”Tunnelsikring – Full utstøping”, Prosjektrapport 10C-91

5. Statens vegvesen, ”Fjellbolting” Publikasjon nr 72, 1994

6. Statens vegvesen, ”Vann- og frostsikring i tunneler” Håndbok nr. 163, 1995