Frostens utvikling mellom tunnel og bergmasse.: Felt- og laboratoriemålinger med WG Tunnelhvelv T100.

Abstract

I Norge er vinterkulden et problem i forbindelse med tunneldrift. I løpet av vinteren utsettes tunneler for frost i varierende grad, og det kan oppstå problemene med isdannelser som utgjør en trussel for sikkerheten og fører til økt nedbrytning.Siden klimaet i Norge er svært varierende, er det derfor nyttig å sette en verdi på hvor stor frostpåkjenning som kan ventes ved tunneler i ulike områder. I dag benyttes frostmengde som et felles begrep for å beskrive frostpåskjenninger over hele landet. Begrepet tar hensyn til temperatur og tid ved å ta tidsintegralet av negativ temperatur gjennom hele vinteren. Etter erfaringer fra tidligere forsøk i Frostlaboratoriet er det satt spørsmålstegn ved hvor egnet frostmengdebegrepet er til å beskrive kuldepåkjenning. Denne oppgaven er en del av et videre arbeid for å lære mer om hvordan frosten utvikler seg fra tunnellufta og videre inn i berget.Resultatene etter flere forsøk i Frostlaboratoriet og feltmålinger i Melkøysundtunnelen viser at temperaturen i elementene fra tunnellufta og inn til det punktet i bergmassen som holder en konstant temperatur, er avhengig av den temperaturen som påføres fra tunnellufta. Temperaturutviklingen i elementene (luftrom, sprøytebetong og granitt) følger en utvikling hvor temperaturen synker brått før den flater ut mot en minimumstemperatur. Det ble funnet at ved gitte temperaturer i tunnelrommet flatet temperaturene i elementene ut mot den samme minimumstemperaturen hver gang. Resultatene viste også at temperaturutviklingen i elementene ikke påvirkes av hvor mange frostsykluser som påføres, utviklingen skjer likt hver gang. Tidsparameteren spiller derfor ingen rolle for hvordan utviklingen skjer.For å isolere berget mot kulden blir ulike vann og frostsikringskonsepter benyttet. Et av disse er WG Tunnelhvelv T100 levert av Giertsen Tunnel AS. Dette konseptet går ut på å isolere et luftrom utenpå tunnelkonturen, med en lufttett duk, slik at det skapes en termoseffekt. Etter brev fra Vegdirektoratet i 2005 ble konseptet nedjustert til å være godkjent for bruk ved F10=3.000 h⁰C, fra tidligere godkjenning på F10=10.000 h⁰C. Den ble dermed også karakterisert som en uisolert løsning, da en frostmengde på 3.000 h⁰C representerer en angitt grense for når det kreves tiltak for isolering.Resultatene fra flere forsøk med T100 i Frostlaboratoriet, samt feltmålinger ved Melkøysundtunnelen er det konkludert med at konseptet reduserer frostpåkjenningen på konturen. Størrelsen på frostdempningen avhenger av temperaturforløpet i tunnelen. Luftrommet bak T100 faller mot en stagnasjonstemperatur, som representerer laveste mulig verdi, som avhenger av temperaturen i Tunnelen. I tillegg til dempningseffekten forsinkes også frostutviklingen, på grunn av tregheten i temperaturendring. Slik at en skiftende temperatur i tunnelen, gjør at temperaturen i luftrommet ikke rekker å nå stagnasjon.