Vurdering av nytteverdi av seismikk på stuff (TSP) for prediksjon av ingeniørgeologiske utfordringer på Rogfast

Abstract

Den systematiske bruken av seismikk på stuff på E39 Rogfast vil bli et pilotprosjekt i norsk tunnelsammenheng. Det er antatt at tunnelen vil måtte krysse en rekke krevende og mektige svakhetssoner og partier med til dels uoversiktlig grunnforhold. I denne masteroppgaven er det vurdert potensialet for bruk av seismikk på stuff for prediksjon av ingeniørgeologiske utfordringer på Rogfast.

Det er til nå utført 11 seismiske undersøkelser på stuff i en tverrslagstunnel på Arsvågen. Fra disse undersøkelsene er det erfart at seismikk på stuff er godt egnet til å påvise fysiske kontraster og endringer i bergmassen. Metoden har imidlertid vist seg å predikere betydelig flere lavhastighetssoner enn det kartlagt bergmassekvalitet viser. Analysen i kapittel 6 viser at det kreves god kjennskap til metoden for å skille mellom hvilke strukturer i seismikken som har betydning for stabiliteten til tunnelen.

I masteroppgaven er det vist hvilken rolle den systematiske bruken av seismikk på stuff vil kunne ha under drivingen av hovedløpene på Rogfast. Det er vurdert at metoden kan brukes til å gi en innledende vurdering av de forutliggende grunnforholdene foran stuff, verifisere den ingeniørgeologiske modellen og framskaffe ytterligere opplysninger om svakhetssoner. Metoden vil være av spesiell viktig betydning i partiet hvor tunnelen går under Boknafjorden, hvor den ingeniørgeologiske usikkerheten er høy.

Det er også foretatt analyser av hvordan seismikk på stuff kan brukes til å påvise fem spesielt krevende partier på Rogfast. Her vil metoden kunne brukes til å gi supplerende informasjon om svakhetssoners orientering og mektighet på tunnelnivå, verifisere overdekning og til å gi en vurdering av sannsynligheten for vanninnbrudd i tunnel. Dette kan igjen brukes til å begrense ekstensiv bruk av kjerneboring på stuff.

Seismikk på stuff vil ikke kunne avsløre alle detaljer om bergmassens egenskaper. Fra analysen i kapittel 6 er det for eksempel erfart at metodens evne til å forutse vannforhold i bergmassen er usikker. I tillegg er metodens evne til å avbilde ingeniørgeologiske utfordringer begrenset av en rekke strukturelle forhold, som for eksempel subhorisontale sprekker og svakhetssoner. For å unngå uforutsette hendelser under drivingen av hovedløpene på Rogfast, og for å avgjøre relevansen til strukturer påvist med seismikk, er det derfor svært viktig at undersøkelsene suppleres med andre ingeniørgeologiske data som sonderboringer og MWD (Measurement While Drilling). Det er også vurdert at de seismiske prognosene av bergmasseforhold bør være enkle og begrenset til de viktigste oppdagelsene.

The systematic use of Tunnel Seismic Prediction (TSP) at E39 Rogfast will provide new knowledge in Norwegian tunnelling. Excavation of the tunnel will include passing of large and complex weakness zones and areas in which knowledge of the site ground conditions are limited. This master's thesis evaluates the potential of using TSP for predicting engineering geological challenges at E39 Rogfast.

To date, a total of 11 seismic campaigns are performed in an access tunnel at Arsvågen. Analyses of these campaigns showed that that tunnel seismic prediction is a valuable tool to obtain additional information about the rock mass. However, the method predicts a larger number of low velocity zones compared to what has actually been mapped in the tunnel. The analysis in Chapter 6 shows that good knowledge of the method is required to distinguish which structures that are of importance to the stability of the tunnel.

In the present study, the possible function of the systematic use of tunnel seismic prediction at E39 Rogfast is presented. The method will be an important tool while constructing the main tunnels, by providing a first assesment of the ground conditions to be expected ahead. Therefore, the method can be used to verify the engineering geological model and obtain further information about weakness zones. This will be of particular importance while crossing the Bokna fjord, where the engineering geological uncertainty is high.

Furthermore, how the method can be used to predict the ground conditions while crossing five of the most challenging sections at Rogfast is assessed. It is expected that the method will provide information about the extent and orientation of weakness zones, the overburden and the possibility of water ingress. This information may be used to limit extensive use core drilling.

Seismic exploration can not reveal all geological details. In Chapter 6, the uncertainty of predicting water ingress is discussed. The method is also limited by certain structural geological conditions, such as subhorizontal joints and weakness zones. To avoid any unexpected events while excavating the main tunnels at Rogfast, and to determine the relevance of geological features detected by the seismic surveys, the method must be supplemented by systematic geological investigation during construction, such as probe drilling and MWD (Measurement While Drilling). The geological forecasts provided by TSP should also be simple and limited to the most important features.