Analyse av ingeniørgeologiske problemstillinger for Strindheimtunnelen
Abstract
Ved driving av samferdselstunneler i tettbebygde strøk utgjør innlekkasjer til tunnelen en stor fare for skader på omgivelsene. De fleste tunneler vil i nordisk klima drives under grunnvannsspeilet og innlekkasjer til tunnelen kan føre til setningsskader på bebyggelse som følge av senkning av poretrykket i overliggende løsmasser.
Strindheimtunnelen er en del av utbyggingsprosjektet Trondheim- Stjørdal og er et prosjekt der lekkasjeproblematikken er høyst aktuell. Tunnelen er under driving, og drives i to parallelle løp, med tilsluttende rampetunneler. Tunnelens influensområde er til dels preget av bløte marine leirer som er svært setningsømfintlige. Det er derfor satt strenge tetthetskrav langs hele tunnelen og det utføres systematisk for injeksjon for å oppfylle de strenge kravene. Tunnelen drives gjennom vekslende geologi med grønnstein som hovedbergart og innslag av kvartskeratofyrganger. Det skal også drives gjennom en dyprenne der kleberstein er hovedbergart.
Basert på generelle teorier, litteraturstudier og kartlagte ingeniørgeologiske forhold langs traseen er det i oppgaven utarbeidet en prognose for antatte innlekkasjer og injeksjonsbehov for ulikeseksjoner av tunnelen. Resultatet av prognosen tilsier at det kan forventes lite innlekkasje langs omlag 70 % av tunnelen, mens det for de resterende 30 % forventes middels store innlekkasjer. Prognosene for injeksjonsbehovet følger til en viss grad prognosene for innlekkasjer, men her er det også tatt hensyn de gitte innlekkasjekrav. Det forventes derfor at det for 53 % av tunnelen vil være lite injeksjonsbehov, mens 32 % vil ha middels behov og 15 % vil ha stort injeksjonsbehov.
Det er også utført analyser av de utførte injeksjonsarbeidene i tunnelen så langt, med hovedfokus på geologiens betydning for injeksjonsbehovet. Tunnelen har vært preget av grønnstein hvor det har vært observert lite innlekkasjer, men det har likevel vært store svingninger i masseforbruket per injeksjonsomgang. Ved analysene er det forsøkt å finne en sammenheng mellom masse forbrukparametere som inngår i Q-verdien. Resultatene viser imidlertid ingen klar korrelasjon mellom parameterne. Ved sammenligning av resultater fra lignende analyser utført ved andre prosjekt synes imidlertid å være de samme tendensene til:
- Avtagende masseinngang ved økende Q-verdi
- Avtagende masseinngang ved økende RQD/Jn
- Avtagende masseinngang ved økende Jr/Ja
Der tunnelen er drevet inn i ganger med kvartskeratofyr er det observert betydelig økte innlekkasjer fra enkelte borehull ved injeksjonsboring. Dette sammenfaller med erfaringer om økte innlekkasjer tilknyttet bergartsgrenser og ganger, og i harde, sprø bergarter. Water leakage and damages to the surrounding environment is one of the greatest challenges when tunnelling in an urban area. In Nordic climate zones most tunnels will be built below the groundwater table, and leakage in to the tunnel way cause settlement damages to buildings caused by lowered pore pressure in the soils above the tunnel.
The Strindheim road tunnel is currently being built as part of the major road project Trondheim –Stjørdal. The tunnel is currently under construction and consists of two parallel main tunnels with connecting exit tunnels. It is a project where possible problems due to water leakage are in focus.The tunnel is built in an urban area, where the soils partly consist of wet marine clay. This causes high risk of ground settlements, and therefor there are strict limitations to the allowable amount of waterleakage to the tunnel. To fulfil these limitations systematic pre-grouting is performed throughout the whole tunnel length. The rock mass in which the tunnel is built consists of various rock types where greenstone/green schist is the main type with dykes of quartz keratophyre. The tunnel will also pass through a zone where soap stone is the main rock type.
In this thesis a prognosis for predicted water leakage and grouting need for the Strindheim roadtunnel has been prepared. This prognosis is based on general theories, literature studies and descriptions of engineering geological conditions along the tunnel. The result of the prognosis indicates that there will be little water leakage for about 70 % of the tunnel length, and medium water leakage for 30 % of the tunnel. The grouting need will to an extent follow the prognosis for water leakage, but due to different leakage restrictions for sections of the tunnel if differs for some parts. Therefor 53 % of the tunnel length is expected to have a minor grouting need. 32 % will have a medium need, while 15 % of the tunnel will have a major grouting need.
The thesis also includes an analysis of the performed pre-grouting so far in the tunnel. The main focus the geological features influence on grout take. Most of the grouting rounds have been carried out in green schist, and it has not been observed any major water leakage in the tunnel. Still it has been great variations in grout take between the different rounds. In the analysis it has been tried to find a correlation between geological features described in the Q-value and grout take. The results show no clear correlation. However in comparison with results from similar studies on other tunnels the tendencies seem to be the same:
- Lower grout take with increasing Q-value
- Lower grout take with increasing RQD/Jn
- Lower grout take with increasing Jr/Ja
In addition it has been observed an increased amount of water leakage in the tunnel connected to rock type boundaries and dykes of quartz keratophyre in the greenstone. This is coincides with presented experience and theory of increased water leakage in connection to rock type boundaries and dykes, and also in hard brittle rocks.