Tunneler/Prosjektering og bygging/Tunneldriving og stabilitetssikring

1 Hensikt og omfang

Dette kapitlet fastsetter krav tunneldriving, herunder ytre miljø, arbeider foran stuff og stabilitetssikring for både bergtunneler og andre bærende konstruksjoner med funksjon som tunnel.

2 Tunneler drevet med boring og sprengning

2.1 Forskjæring og påhugg

TRV:00101

Etablering av forskjæring og påhugg:

  • det skal utarbeides en egen sprengings- og sikringsplan for å sikre god kontur og stabilitet
  • ved sprengning av to parallelle tunnelløp skal minste avstand mellom sprengingsprofilene være 10 m
  • i områder nær påhugg der avstanden mellom tunnelløpene reduseres skal stabilitetsforhold og omfang av forskjæringsarbeidene vurderes spesielt

2.2 Ytre miljø

Det skal stilles krav som sikrer at forholdet til omgivelsene er ivaretatt. Normalt vil dette gjelde:
  • støy fra boring, sprengning, pigging, massetransport, ventilasjonsanlegg mv.
  • rystelser fra sprengning
  • setninger som følge av grunnvannssenkning
  • utdrenering av brønner
  • utslipp fra anlegget (drensvann, luft fra tunnelventilasjon, støv m.v.)
Maksimalt rystelsesnivå fastsettes ut fra opplysninger om type bygning, byggemateriale og fundamenteringsforhold for bygninger eller konstruksjoner i sonen som berøres av sprengningsarbeidet, i tillegg til erfaringer fra tidligere sprengningsarbeider ved tilsvarende forhold.

TRV:00048

Vibrasjoner: Vibrasjonskrav skal beregnes i henhold til NS 8141:2001 Vibrasjoner og støt.

TRV:00049

Støy: Behandling av støy skal vurderes i henhold til T-1442 Retningslinje for behandling av støy i arealplanlegging.

For TBM er ikke rystelser noe problem, derimot kan strukturstøy være et problem opptil et par hundre meter fra TBM'en.

TRV:00050

Skader: Tunnelarbeidet skal utføres slik at nærliggende bebyggelse ikke påføres uakseptable skader. Det skal foretas en risikovurdering av hvilke skader som kan oppstå. Ut fra en kartlegging av forholdene skal følgende tiltak vurderes og organiseres:

  • omfang og behov for bygningsbesiktigelse og registrering. Utføres normalt så nær opp til sprengningstidspunktet som praktisk mulig.
  • program for rystelsesmålinger.
  • behov for setningsbolter for senere kontrollmålinger.
  • behov for poretrykksmålere.
  • behov for vanninfiltrasjon i byggetida.
  • vannkvalitet for utslippsvann fra tunnel etter forutsatt rensing.

Det skal i tillegg vurderes om det er spesielle forhold som krever registrering/kontrollmåling

TRV:00053

Måleprogram: Basert på vurderingene skal det utarbeides et måleprogram. Målingene inngår i den løpende vurdering av salveoppdeling, injeksjonsomfang m.v.

TRV:00054

Dokumentasjon: Målingene skal gi en sikker dokumentasjon av reelle skader i forbindelse med ev. erstatningssaker og sikre at anlegget ikke belastes med påståtte skader som ikke har sammenheng med arbeidene.

TRV:00056

Utslipp av drensvann: Det skal søkes om utslipp av drensvann for midlertidig og permanent situasjon.

TRV:00058

Ventilasjon: For ikke-elektrifiserte strekninger eller strekninger der dieseldrift utgjør en stor del av togtrafikken, skal tunneler over 2000 m vurderes mht. luftkvalitet og avtrekk for å unngå konsentrasjon av CO og CO2.

2.3 Sprengning

TRV:00057

Kontur: Sprengningen skal utføres slik at en får en jevn god kontur med minst mulig skade på gjenstående berg og lite overmasser. Kontursprengningen skal tilpasses bergforholdene.

TRV:08257

Tennsystem: Det skal benyttes elektroniske tennere.

TRV:08256

Lading: Boring og lading skal ikke utføres samtidig.

2.4 Arbeider foran stuff

TRV:08165

Systematisk sonderboring: Det skal gjennomføres systematisk sonderboring ved følgende forhold:

  • i områder med definerte krav til innlekkasje for å unngå uønsket grunnvannssenkning eller drenering
  • der forundersøkelsene indikerer svakhetssoner og dårlig bergmassekvalitet generelt
  • ved liten og usikker bergoverdekning
Sonderboring benyttes der det er behov for å skaffe informasjon om bergkvalitet og vannlekkasjer foran stuff.

TRV:08166

Borparametertolkning:

  • sonderboring skal utføres med Measurement While Drilling (MWD) og borparametertolkning
  • program for borparametertolkning skal kalibreres for hver enkelt tunnelrigg og for representativ bergmasse på stedet.
  • det skal utarbeides en borerapport fra sonderboringen

TRV:00103

Behov for forinjeksjon: Forinjeksjon skal utføres ut fra prosjektspesifikke innlekkasjekrav for å:

  • hindre uønsket reduksjon av poretrykk i løsmasser og skadelige setninger
  • hindre grunnvannssenkning og skader på ytre miljø
  • ha kontroll på vannlekkasje inn i tunnelen

Det skal utarbeides borerapport fra injeksjonsboringen.

TRV:07907

Injeksjonsmidler:

  • det skal benyttes sementbaserte injeksjonsmidler
  • mineralsk injeksjonsmiddel som kolloidal silika kan benyttes for å oppnå tilstrekkelig tetthet

2.5 Stabilitetssikring

For beskrivelse av bakgrunn for anbefalinger om bergsikring etter Q-systemet ved bruk av endelig kledningskonstruksjon i kontakt med stabilitetssikret tunnelkontur, se NGI-rapport: Bergsikring etter Q-systemet i jernbanetunneler.

TRV:00104

Geologisk kartlegging: Det skal utføres geologisk kartlegging av hele tunnelprofilet i hele tunnelens lengde. Bergart, strukturer, sprekkegeometri, bruddsoners orientering og bredde, og ev. leire skal registreres.

TRV:00105

Bergmasseklassifisering: Bergmassen skal klassifiseres etter Q-systemet som grunnlag for bestemmelse av stabilitetssikring.

Angitt Q-verdi er å anse som en veiledning om et sikringsnivå. Justeringer og detaljbeslutninger om sikring vil alltid måtte foretas på grunnlag av en ingeniørgeologisk vurdering. Det vil forekomme situasjoner der det lokalt vil være behov for detaljtilpasset sikring som f.eks. kan skyldes geometrien til sprekkesettene, geometrien til enkeltblokker som må sikres, eller lokalt skifrige og "småfalne" bergpartier som kan kreve sprøytebetong utover det gjennomsnittlige behovet for en gitt bergklasse.

TRV:00106

Sikringskategorier: Sikringskategorier, herunder boltelengde, bolteavstand, nominelle sprøytebetongtykkelser, sprøytebetongbuer mm., skal bestemmes ut fra Figur: Sikringskategorier og korreksjonsfaktorer.

Prosjektering, utforming og utførelse av sikringstiltak (rørparaply, grunnfrysing, stålbuer mv.) i sikringskategori 9 skal vurderes særskilt for det enkelte prosjekt. Sikringstiltakene skal basere seg på nasjonale og internasjonale standarder.

Q-systemet har sine begrensninger ved svake bergarter (Q < 1). Ved vurdering av sikringsbehov i slike bergarter bør andre metoder vurderes brukt i tillegg til sikring i henhold til Q-systemet. Det er viktig å kombinere bruken av Q-systemet med deformasjonsmålinger og numeriske simuleringer i skviseberg eller svært svakt berg. I dårlig bergmassekvalitet kan det være nødvendig å bruke forbolter, dvs. bolter foran stuff for å holde tunnelprofilet og unngå utrasing.

Forbolting er ikke direkte inkludert i sikringsdiagrammet for Q-systemet. Den foreslåtte bergsikringen i bergmasser med lave Q-verdier er imidlertid basert på bruk av forbolting under driving. Behov for forbolter avhenger av spennet på bergrommet og kvaliteten på bergmassen. For ytterligere beskrivelse, se NGIs håndbok for Q-systemet 2015, kap. 5.4. For beskrivelse av hovedprinsipper for forbolting, se Statens vegvesen håndbok V521 Geologi og bergsikring i tunnel (april 2022).
Figur: Sikringskategorier og korreksjonsfaktorer

TRV:00108

Stabilitetssikring ved installert bergnær vannsikringsløsning: For jernbanetunneler der det blir installert en endelig permanent kledning med kontaktstøpt betonghvelv med membran eller sprøytebetongbasert kledning, skal verdier for Excavation Support Ratio (ESR) og korreksjonsfaktor (k) benyttes i henhold til Tabell: Veiledende verdier for ESR og k for Q for ulike bergklasser og deler av tunnelprofilet.

Tabell: Veiledende verdier for ESR og k for Q for ulike bergklasser og deler av tunnelprofilet
Bergklasse/Q-verdi Vegger Heng og vederlag
k
ESR
k
ESR
Q > 10
5
1,5
1
1,5
1 < Q < 10
2,5
1,5
1
1,5
Q < 1
1
1
1
1

TRV:00109

Stabilitetssikring uten vannsikring:

  • i jernbanetunneler med områder uten vannsikring skal det benyttes en ESR-verdi = 1 og korreksjonsfaktor, k = 1
  • minimumstykkelse for sprøytebetong i disse områdene skal være 8 cm

TRV:00110

Stabilitetssikring av tverrslag/tverrpassasjer/servicetunneler: For tverrslag/tverrpassasjer/servicetunneler skal verdier for ESR og korreksjonsfaktor angitt i Tabell: Verdier for tilstøtende tunneler benyttes.

Tabell: Verdier for tilstøtende tunneler
Q-verdi ESR-verdi Korreksjonsfaktor
Q ≥ 1
1,5
1
Q < 1
1,3
1

TRV:00112

Rensk:

  • det skal utføres rensk av utsprengt bergflate for hver salve
  • ev. manuell rensk skal alltid følge etter maskinell rensk
  • bakenforliggende salvestrekninger skal kontrolleres og etterrenskes ved behov
  • det skal utføres vask og sluttrensk av usprøytet bergoverflate før jernbanetekniske installasjoner.

TRV:00113

Bergsikringsbolter: For krav til bergsikringsbolter, se kap. 7.6 Bergbolter i Statens vegvesen vegnormal N500 Vegtunneler (mars 2022).

TRV:00115

Sprøytebetong: For krav til sprøytebetong til stabilitetssikring, se Statens vegvesen håndbok R761, Prosesskode - 1 prosess 33.4.

  1. Unntak: I jernbanetunneler der det blir installert en endelig permanent kledning med kontaktstøpt betonghvelv med membran eller sprøytebetongbasert kledning, skal midlere utført sprøytebetongtykkelse være minst lik de nominelle sprøytebetongtykkelsene angitt i Figur: Sikringskategorier og korreksjonsfaktorer. Minste målte sprøytebetongtykkelse skal være minst 50 % av beskrevet midlere tykkelse.
  2. Unntak: Der lekkasjevann er saltvann, eller aggressivt av andre grunner, skal det benyttes en nominell sprøytebetongtykkelse på 10 cm.
Før påføring av sprøytebetong bør prosjektering av jordingsanlegget kontrolleres i tilfelle det er noe som skal jordes.

TRV:00116

Bergbånd: For krav til sikring med bergbånd, se Statens vegvesen håndbok R761, Prosesskode - 1, prosess 33.3

TRV:00117

Sprøytebetongbuer:

For ytterligere beskrivelse se også Statens vegvesen håndbok V521 Geologi og bergsikring i tunnel (april 2022)

TRV:00120

Betongutstøping: Dimensjonering av betongutstøping skal vurderes spesielt for det enkelte prosjekt. For krav til betongutstøping, se Statens vegvesen håndbok R761, Prosesskode - 1 prosess 33.5.

For ytterligere beskrivelse se også Statens vegvesen håndbok V521 Geologi og bergsikring i tunnel (april 2022)

Ved ekstremt dårlig bergmasse kan andre metoder beskrevet i NFF Håndbok Nr. 05 Tung bergsikring i undergrunnsanlegg benyttes i samråd med byggherre.

TRV:00099

Ingeniørgeologisk sluttrapportering:

  • det skal utarbeides en ingeniørgeologisk sluttrapport som viser dokumentasjon av utført sikring, geologiske registreringer, injeksjon mm.
  • rapporten skal utføres i henhold til Statens vegvesen vegnormal N500 Vegtunneler (mars 2022) kap. 7.10 Ingeniørgeologisk sluttrapportering

3 Tunneler drevet med TBM

3.1 TBM-type og spesifikasjon

For en oversikt over de ulike typer TBM og spesifikasjoner, vises til BTS (The British Tunneling Society (BTS)/Institution of Civil Engineers (ICE)), seksjon 314-318 og jernbanekompetanse.no.

Før det treffes valg av en TBMs egenskaper og spesifikasjoner, skal kravene under overholdes. Ved valg av åpen TBM er det også viktig å ha klarhet i risiko for vanninntrengning, og ha beredskap planlagt i tilfelle verst tenkelig innlekkasje.

TRV:00059

Sikkerhet: TBM'en skal fremstilles slik at den tilfredsstiller gjeldende sikkerhetskrav. Design og layout av kontrollstasjon samt øvrige arbeidsstasjoner, skal sørge for gode ergonomiske forhold, godt utsyn og et sikkert arbeidsmiljø.

TRV:00060

Vedlikehold: Det skal være mulig å utføre vedlikehold, herunder utskifting av tungt materiell, som for eksempel kuttere, elektromotorer, hydrauliske pumper og stempler, på en sikker måte.

TRV:00061

Undersøkelsesboring: Boring av sonder-, injeksjons- og kjernehull skal kunne utføres i overenstemmelse med gjeldende krav til f.eks. diameter, lengde og vinkel. Ved dimensjonering av pakninger skal det tas hensyn til endrede egenskaper over tid.

TRV:00062

Stabilitetssikring: TBM'en skal utstyres slik at stabilitetssikringen kan utføres i det omfang som kreves, herunder blant annet fasiliteter til å utføre bolting og forbolting, sprøytebetong, stålbuer og injeksjon. Det bør vurderes hvordan, og i hvilket omfang, de forskjellige sikringstypene kan utføres i kombinasjon.

TRV:00063

Betongsegmenter: Dersom tunnelen skal fores med prefabrikkerte betongsegmenter, skal systemet for oppsetting av betongsegmenter være i stand til å samle opp og plassere segmenter sikkert og presist. Fasiliteter til å løfte og gripe skal være fremstilt slik at de kan håndtere de gjeldende laster med en tilstrekkelig sikkerhetsfaktor uten å skade segmentforseglingssystemet.

TRV:00064

TBM-operasjonssystem: Alle funksjoner for å styre TBM'en, herunder TBM-skjoldet, skal være tilgjengelig for TBM-operatøren. TBM'en skal være utstyrt med et styresystem som gjør det mulig å nøyaktig avgjøre posisjon og avvike fra planlagt linjeføring.

TRV:00065

Brannbeskyttelse: Brannbeskyttelse og brannbekjempelse skal innrettes og utføres etter relevante standarder, og skal blant annet omfatte alarmsystemer og systemer til brannslukking.

For tunneler som drives med lukket TBM helt eller delvis i løsmasser, gjelder også følgende krav:

TRV:00066

Driving: Tunneler som drives med lukket TBM skal utføres slik at trykket i borekammeret og stabiliteten av stuffen til enhver tid er opprettholdt.

TRV:00067

Grunnforhold: For tunneler i løsmasse skal de faktiske grunnforholdene sammenlignes med de forventede forhold basert på det utgravde materialet. Dette er kun relevant for EPB-type TBM.

Det er viktig å ha kontroll på teoretisk masse og virkelig mengde masse for å få varsel om eventuell overboring/begynnende ras foran borhodet.

TRV:00068

Inngrep: For tunneler som drives med lukket TBM helt eller delvis i løsmasser gjelder det at inngrep skal utføres under trykksatte forhold. Det skal sikres at stuffen er stabil og at ingen innlekkasje forekommer under inngrepet.

TRV:00055

Dokumentasjon: Under boring av tunnelen skal all relevant informasjon registreres og dokumenteres. Dette gjelder informasjon relatert til:

1. TBM og skjold, herunder:

  • boretrykk
  • rotasjonshastighet av kutterhodet
  • transportband og mengde av utgravd materiale

2. Produksjon og geometri, herunder:

  • fremdriftsrate
  • Trasé
Ofte spesifiseres det et tillatt boreavvik på 15 cm som det tas hensyn til ved bestemmelse av boretverrsnittet.
  • nivå
  • tverrsnitt

3. Injeksjon og sikring, herunder:

  • injeksjonstype og mengde
  • sonder- og kjernehull
  • type, posisjon og antall bolter
  • posisjon og antall stålbuer
  • mengde av sprøytebetong
  • oppmåling og kontroll av presisjon av plasserte betongsegmenter og foring.

3.2 Stabilitetssikring

TRV:00121

Kartlegging: Det skal utføres geologisk kartlegging av hele tunnelprofilet i hele tunnelens lengde. For beskrivelse av kartlegging av tunneler drevet med TBM henvises det til NGIs håndbok for Q-systemet 2015 kap.6.3.

  1. Unntak: Ved bruk av lukket TBM er det begrenset med kartleggingsmuligheter. Behov og mulighet for å benytte andre metoder for kartlegging skal vurderes av det enkelte prosjekt.

TRV:00122

Bergmasseklassifisering: Bergmassen skal klassifiseres etter Q-systemet som grunnlag for bestemmelse av stabilitetssikring.

  1. Unntak: Ved bruk av lukket TBM er det begrenset med kartleggingsmuligheter. Behov og mulighet for å benytte andre metoder for kartlegging skal vurderes av det enkelte prosjekt.

TRV:00123

Sikringskategorier: Sikringskategorier, herunder boltelengde/-avstand, og nominelle sprøytebetongtykkelser mm., skal bestemmes ut fra Figur: Sikringskategorier.

Figur: Sikringskategorier

TRV:00124

Krav til bergsikringsbolter: For krav til bergsikringsbolter, se TRV:00113.

TRV:00125

Krav til sprøytebetong: For krav til sprøytebetong, se TRV:00115

TRV:00126

Gitterbuer: Ved behov for tyngre sikring ved dårlig bergmasse skal det benyttes gitterdragere.

Konvensjonelle sprøytebetongbuer bygger mye, og i TBM-tunneler vil det ikke være rasjonelt med et stort sikringsrom. Likevel må man ha plass til ev. tung sikring. Erfaringer viser at utvidelse av profilet med strossing i ettertid ikke er optimalt. Dette gjelder også løsninger med overboring (dvs. sette inn større kutterringer for å øke tunneltverrsnittet). Anbefalt løsning for tung sikring med åpen TBM er derfor en løsning med ferdigbøyde og korrosjonsbehandlede gitterdragere. Disse bygger lite, har stor lastkapasitet, og er enkle og raske å montere.
Dersom kravene til innlekkasje er strenge, eller grunnforholdene er vurdert som uengede til TBM-driving uten skjold, bør skjoldmaskindrift med vanntett betongforing vurderes. Betongutforingen bygges opp av segmenter som til sammen utgjør en sammenhengende betongring som typisk er 1,5-2 m lang. Betongforingen har en ytre diameter som er i størrelseorden 250 mm mindre enn boret tunneldiameter. Etter montering av betongringen injiseres dette rommet. Elementene utstyres med gummipakninger og boltes sammen slik at utforingen blir vanntett.

For foring med prefabrikerte betongsegmenter gjelder:

TRV:00127

Laster på betongsegmenter:

  • prefabrikerte betongsegmenter skal være designet og utført for å motstå spenninger og laster som påføres under håndtering, transport og montering, samt de permanente laster fra berg. Det bemerkes at disse lastene kan være mer kritiske enn de permanente lastene.
  • betongsegmentene skal i tillegg også være designet for å kunne ta maskintekniske laster under boreprosessen. Det skal også dimensjoneres for laster som påføres av tog i driftsfasen av tunnelen.

TRV:00128

Materialer: Betong og armering skal være i overensstemmelse med gjeldende norske standarder.

TRV:00129

Produksjon: Produksjonsfasiliteter skal være underlagt kvalitetskontroll i overensstemmelse med ISO 9001.

TRV:00130

Produksjon: For krav til toleranser og forhold vedrørende produksjon og materialer i forbindelser med fremstilling av betongsegmenter, gjelder BTS seksjon 203.

TRV:00131

Injeksjonshull: Det skal være injeksjonshull i alle segmenter unntatt i nøkkelsegmentet. Hullene skal være minimum 50 mm i diameter.

TRV:00132

Fiber: Bruk av fiber i segmentbetongen skal være i overensstemmelse med BTS spesifikasjon, seksjon 203.14.

TRV:00133

Montering: Oppsetting av betongsegmentene skal utføres via et mekanisk system som er bygget til formålet og det skal ikke avvikes fra godkjent prosedyre.

TRV:00134

Smøring: Smøring av pakninger skal foretas for å unngå skader. Dette gjelder spesielt ved montering av det siste låsesegmentet.

TRV:00135

Injeksjon: Rommet mellom betongforingen og berget bak skal injiseres i henhold til godkjent metodebeskrivelse.

TRV:00136

Toleranse: For jernbanetekniske formål skal det legges inn ekstra toleranse pga. mulig unøyaktig boring på ca. 150 mm.