Planlegging og designoptimalisering av vegtunneler basert på data fra Soknedalstunnelen

Abstract

E6 sør for Trondheim har svært varierende standard, og flere strekninger trenger en oppgradering. En av disse strekningene er veien mellom Korporalsbrua og Soknedals sentrum i Midtre Gauldal kommune. På grunn av svingete, uoversiktlige veger og flere ulykker ble det bestemt at veien skulle erstattes av en 3,6 km lang tunnel. Arbeidet startet tidlig i 2017 og tunnelen hadde gjennomslag tidlig i 2018.

Tunnelen er drevet gjennom kaledonske meta-sedimentære formasjoner bestående av hovedsakelig fyllitt, med noe innslag av tonalitt. Store løsmasseforekomster langs tunneltraseen har gjort undersøkelser av bergmassen vanskelig og bergmasseforholdene under drivingen svært usikre. Det var derfor interessant å vite hvor store forskjellene var, og om det finnes forbedringspotensial i dagens undersøkelsesmetoder.

Det forventes at trafikkmengden på strekningen vil øke i årene som kommer. Etter undersøkelser av ÅDT de seneste årene kan denne måtte utbygges allerede i 2032. For å undersøke stabiliteten til den eksisterende tunnelen ble det benyttet empiriske, analytiske og numeriske metoder, og numeriske metoder ble også brukt for å undersøke hvor tette tunnelene kan ligge hverandre før sikringsmengden må økes. Det forventes utfordringer ved det sørlige påhugget hvor det er usikkerhet rundt hvor tett påhuggene kan ligge og hvordan forholdene er ved et eventuelt sakset påhugg.

Evaluering av dagens undersøkelsesmetoder viser at systemene som finnes i dag er gode, men bør kun brukes som veiledning. Det må fokuseres mer på å ferdigstille informasjonsinnhentingen og ikke økonomien i startfasen. Dette fordi forundersøkelsene uansett bare er en liten del av de totale kostnadene. Rimelige metoder som feltkartlegging og kartstudier bør benyttes først, men også geofysiske metoder og kjerneboringer bør benyttes. I Soknedalstunnelen var tilgangen til bergmassen begrenset på grunn av store løsmasseoverdekninger og oppsprekkingen ble feiltolket. Dette førte til at sikringsmengden ble overvurdert og svakhetssonene feilplassert som igjen gav et dyrere prosjekt enn det hadde trengt å være.

Ved bruk av analytiske, empiriske og numeriske metoder ble det konkludert at blokkutfall ville bli det største problemet i den nåværende tunnelen, men også at oppsprekking på grunn av spenninger kunne bli et problem. Den installerte sikringsmengden ser ut til å være tilstrekkelig for å sikre tunnelen i nåværende bergmasse, men ved dobbeltløp bør sikringen økes ved avstander på under 15 m. Dette på grunn av betydelig økning i bruddelementer og redusert effektivitet av sikring på lavere avstander. Ved påhugget bestemmes avstanden både av bergmassen og portalenes utforming og fundament. Portalene fører til en nødvendig avstand på 3,3 m til 12,4 m, men på grunn av bergmassen bør ikke påhuggene ligge nærmere enn 5 m. En slik avstand kan føre til behov for et sakset påhugg hvor den nye skjæringen vil ha to sprekkesett i tillegg til sporadiske sprekker.

The European route E6 south of Trondheim has a variating standard, and several of the road sections needs upgrading. One of these road sections is located between Korporalsbrua and Soknedal center in Midtre Gauldal municipality. Due to unsafe roads with several accidents it was decided to replace the road section with a 3.6 km long tunnel instead. The work started in early 2017 and the tunnel had a breakthrough in early 2018.

The tunnel passes thorough Caledonian meta-sedimentary formations and consists mainly of phyllite, with some intrusions of tonalite. Large soil deposits along the tunnel have made the investigations of the rock mass difficult and the conditions under construction very uncertain. It was therefore interesting to know how great the differences were, and whether there was room for improvement in today's research methods.

The volume of traffic on the route is expected to increase in the years to come. After investigations of ÅDT in recent years, a new tunnel may have to be constructed as early as 2032. In order to investigate the stability of the existing tunnel, empirical, analytical and numerical methods were used. Numerical methods were also used to find out how close the two tunnels may lie before an increase in support is necessary. Challenges are expected at the southern entrance of the tunnel. It is uncertain how close the two tunnels can lie, and how the conditions are at a possible "scissored entrance".

Evaluation of current investigation methods shows that the systems that exist today are good, but should only be used as guidance. More attention must be paid to completing the collection of information and not to the economy in the initial phase. This is because the feasibility studies are only a small part of the total cost. Reasonable methods such as field mapping and map studies should be used first, but geophysical methods and core drilling should also be used. In the Soknedal tunnel, access to the rock mass was limited due to large soil covers, and the fracturing was misinterpreted. This led to overestimation of the rock support and misplacement of the weakness zones, which in turn gave a more expensive project than necesary.

Using analytical, empirical and numerical methods, it was concluded that unstable rock wedges was the main concern, but also that cracking due to stress may become a problem. The installed rock support seems to be sufficient to support the existing tunnel in today's rock mass. When the new lane is built the support should be increased at distances closer than 15 m. This is due to significant increase in fracture elements and reduced efficiency of support at lower distances. At the tunnel entrance the distance between the two tunnels are determined both by the rock mass and the portals' design and foundation. The portals lead to a necessary distance of 3.3 m to 12.4 m, but due to the rock mass, the tunnels should not be closer than 5 m. Such a distance can lead to the need for a "scissored" entrance there the new roadcut will have two discontinuity sets in addition to occasional fracturing.