| dc.description.abstract | Tunneltverrsnittet i mange gamle vegtunneler på det norske og færøyske vegnettet er for lite til å oppfylle dimensjonskrav etter dagens standard. Økt årsdøgntrafikk (ÅDT), ønske om økt fartsgrense og bedre framkommelighet er faktorer som har utløst behov for strossing av eldre vegtunneler i Norge og på Færøyene. Behov for nytt kjørefelt i form av kollektivfelt eller gang- og sykkelveg er en annen årsak til at strossing i vegtunnel er et dagsaktuelt tema.
Formålet med masteroppgaven er å vurdere hvordan strossing av eldre vegtunneler kan utføres mest mulig effektivt med ulike drivemetoder, samtidig som stabiliteten i tunnelen bevares. I Norge har det blitt gjennomført relativt få prosjekter med strossing i tunnel, og erfaringer fra aktuelle fagpersoner har derfor vært viktig for oppgaven. Tre prosjekter med strossing i tunnel har blitt undersøkt for å samle inn nødvendig erfaring: Langnestunnelen, Mjåvannstunnelen og Forsatunnelen. Erfaringen har blitt brukt til å vurdere gunstig drivemetode, inndrift og stabilitet for strossing av Haumyrheitunnelen i Norge, Leirvíkartunnilin og Hvannasundstunnilin på Færøyene. Ulike drivemetoder har blitt undersøkt, derav strossing med boring og sprengning (D&B) og mekaniske brytningsmetoder.
Faktorer som er avgjørende for effektiv inndrift ved strossing i tunnel, er muligheten til å utføre arbeidsoperasjoner parallelt på flere stuffer og om tunnelen er stengt under drivingen. Det stilles større krav til entreprenørens planleggings- og tilpasningsevne med trafikkavvikling i tunnelen. Strosseinndrift i tunneler med trafikkavvikling avhenger hovedsakelig av tilgjengelig tid til bergsikring og lasting av masser mellom tunnelens stenge- og åpningstid. Strossing ved D&B er best egnet i massive og harde bergmasser med høy UCS. I bergmasser med UCS < 40 MPa og RQD < 70, og i områder med strenge krav til sprengningsrystelser, kan strossing med hydraulisk pigghammer eller roadheader være godt egnet. Bruk av hydraulisk pigghammer er best egnet i tunneler med små strossetverrsnitt (< 20 m3/m). Strossing ved bruk av roadheader er egnet først når tunnellengden er over 10 km, grunnet høy investeringskostnad. Med krav til uforhindret trafikk og uten mulighet for omkjøringsveg, kan strossing utføres med «Tunnel Enlargement Formwork», slik at arbeidet kan foregå uavhengig av trafikken.
Vurdering av inndrift ved strossing med D&B er basert på erfaringer, utarbeidede sprengnings-planer og NTNU-modellen. Utregningene er kun forenklede estimater og er ment som en veiledning til hva som kan forventes, og bør følgelig anses som et minimumsestimat. Total utregnet drivetid for strossing med D&B ble estimert til 16 uker med stengt tunnel og 35 uker med trafikkavvikling i Leirvíkartunnilin (3 skift per døgn).
Tilsvarende 20 og 57 uker for Hvannasundstunnilin, og 32 uker for driving av ny tunnel. Drivetid i Haumyrheitunnelen ble estimert til 5 uker med H1-profil (T8,5 til T13-profil, økt takhøyde) og 4,5 uker med H2-profil (T8,5 til T13-profil, uendret takhøyde).
Det har blitt utført empirisk, analytisk og numerisk analyse av stabilitet, for å vurdere hvor stor effekt strossing har på stabiliteten for ulike strossetverrsnitt. Strossing av tunnel i bergmasser med Q-verdi < 10 og RMR-verdi < 40 gir størst økning i sikringsbehov og reduksjon i «stand-up time». Strossetverrsnitt bør tilpasses spenningsfordelingen ved å ikke øke takhøyden i opprinnelig tunnel i tilfeller med høye horisontalspenninger. I tilfeller med høye vertikalspenninger, kan takhøyden med fordel økes. Orienteringen til sprekkesett har betydning for gunstig valg av driveretning knyttet til borehullsavvik og stabilitet. Med sprekkesett og strøk parallelt med tunnelaksen hvor det skal strosses på én side, bør det strosses på den siden som går mot fallretningen til sprekkesettet, og som følgelig fører til minst spenningsavløsning i hengen. | |
| dc.description.abstract | The tunnel cross-section of many old road tunnels on the Norwegian and Faroese road networks, is too small to meet dimensional requirements of the current standards. Increased annual traffic, a desire for increased speed limits and better accessibility are factors that have triggered the need for enlargement of older road tunnels in Norway and the Faroe Islands. The need for extra lanes in the form of public transport lanes or pedestrian- and bike paths is another reason why road tunnel enlargement is a relevant topic.
The purpose of this master's thesis is to assess how enlargement of older road tunnels’ cross-section can be carried out as efficiently as possible with different tunneling methods, while still maintaining the necessary stability in the tunnel. In Norway, relatively few tunnel-enlargement-projects have been carried out, and the experience of applicable professionals has therefore been important for this thesis. Three tunnel-enlargement-projects have been thoroughly examined to gather necessary knowledge and experience: Langnestunnelen, Mjåvannstunnelen and Forsatunnelen. The experience gathered from these prior projects, has been used to assess favorable tunneling methods, advance rate and rock stability while enlarging Haumyrheitunnelen in Norway, Leirvíkartunnilin and Hvannasundtunnilin in the Faroe Islands. Various tunneling methods have been investigated, hence tunneling by drill and blast (D&B) and mechanical methods.
Important factors affecting tunneling advance rate, are the possibilities of carrying out work operations simultaneously on several tunnel faces, and whether the tunnel is closed to traffic during tunneling. A heavy traffic load while tunneling, puts greater demands on the contractor's planning and adaptability. The advance rate of tunneling, while upholding traffic, depends primarily on the amount of time available for rock support and loading of masses between the tunnels closing- and opening hours. Tunnel enlargement with D&B is best suited in massive and hard rock masses with high UCS. In rock masses with UCS < 40 MPa and RQD < 70, while in areas with strict requirements to vibrations from blasting, tunnel enlargement with hydraulic spike hammer or a roadheader may be better suited. The use of a hydraulic spike hammer is best suited for smaller cross-sections (< 20 m3/m), while the use of a roadheader is more suitable for tunnels over 10 km in length, due to a high investment cost. With requirements for unobstructed traffic and without the possibility of redirecting traffic, tunnel enlargement can be carried out with “Tunnel Enlargement Formwork”.
Assessment of advance rate of tunneling with D&B, is based on experience, customized blasting plans and the NTNU-model. The calculations are only simplified estimates and are intended as a guide to what can be expected and should be considered as a minimum. In Leirvíkartunnilin (3 shifts per day), the total calculated time for tunneling enlargement with D&B was estimated at 16 weeks with the tunnel closed, and 35 weeks with ongoing traffic. Equivalently 20 and 57 weeks for Hvannasundstunnilin, and 32 weeks for the tunneling of a new tunnel. Tunneling time in Haumyrheitunnelen was estimated at 5 weeks with H1-profile (T8,5 to T13 profile, increased ceiling height) and 4.5 weeks with H2 profile (T8,5 to T13 profile, unchanged ceiling height).
Empirical, analytical, and numerical analysis of stability has also been carried out, to assess the impact of tunnel enlargement on the stability of various tunneling cross-sections. Enlargement of tunnels in rocks with RMR and Q value lower than 40 and 10 respectively, gives the greatest need for increased rock support and reduction in the tunnel's stand-up time. Tunnel enlargement cross-section should be adapted to the stress distribution, by not increasing the ceiling height of the original tunnel with high horizontal stresses. With high vertical stresses, the ceiling height can be increased. Orientation to joint sets has implications for the favorable choice of tunneling direction, in relation to borehole deviation and stability. With joint sets and corresponding strike, parallel to tunnel axis, where enlargement is to happen to only one side, enlargement should be done on the side that goes towards the dip direction of the joint set, due to the least destressing in the tunnel crown. | |
