Om tommelfingerregler og konusplassering i norske kraftverk

Abstract

Et sentralt designprinsipp for uforede trykktunneler er at bergspenningene må overstige det innvendige vanntrykket i tunnelen. I motsatt fall kan man få hydraulisk jekking av tunnelen med store vannlekkasjer og tilhørende ekstrakostnader for ombygging eller rehabilitering. Tidligere ble plassering av konus, altså overgangen mellom foret og stålforet tunnel, basert på en tommelfingerregel hvor man antok at vekten av overliggende berg, korrigert for topografiske effekter, tilsvarte bergets minste hovedspenning. Dette designprinsippet ble i stor grad utviklet i Norge og er internasjonalt kjent som The Norwegian Criterion for Confinement. Det eksisterer flere varianter av slike overdekningskriterier, men til tross for deres tidligere store utbredelse og popularitet er det gode grunner til at de ikke bør benyttes som grunnlag for endelig plassering av trykktunneler. En sammenligning mellom in-situ målte verdier for bergets minste hovedspenning og verdier beregnet fra tommelfingerregelen er nylig utført for 15 norske kraftverk. Denne sammenligningen viser at ved sju av de undersøkte 15 prosjektene var målt minste hovedspenning lavere enn hva tommelfingerregelen skulle tilsi, en tydelig påminner om at direkte spenningsmåling absolutt bør kreves for sikrest mulig plassering av konus og trykktunnelen for øvrig. Arbeidet som presenteres er del av vannkraftsforskningen som utføres i forskningssenteret HydroCen ved NTNU i Trondheim.

A key requirement for unlined pressure tunnels is to ensure that the rock stresses exceed the internal water pressure from within the tunnel. Failure to fulfil this requirement can cause hydraulic jacking of the tunnel with excessive leakages and associated large costs for reconstruction or rehabilitation. Decisions on where to place the transition between steel-lined and unlined tunnel were in the past made based on a crude evaluation of the weight of the overburden, under the assumption that this weight would correspond to the least principal stress in the rock mass. Such design criteria, chiefly developed in Norway, are internationally known as The Norwegian Criterion for Confinement. Despite their previous widespread use, there is strong evidence supporting that their use for final design of pressure tunnels should be avoided. A comparison of the minimum principal stress, as found from in-situ rock stress measurements, with that calculated from the Norwegian Criterion for Confinement has recently been performed for 15 Norwegian hydropower plants. This comparison shows that for the 15 investigated cases, seven showed measured values lower than expected from the overburden criteria, a clear reminder that actual measurements are absolutely required for safe location of the unlined parts of pressure tunnels. The work presented is part of the hydropower research being performed at HydroCen, based at NTNU in Trondheim, Norway.