Bergmekanisk analyse av koplingssporet mellom ny og gammel Ulriken jernbanetunnel

Abstract

I denne masteroppgaven presenteres en bergmekanisk analyse for koplingssporet mellom ny og gammel jernbanetunnel i Ulriken. For å møte fremtidens behov har et nytt tunnelløp blitt drevet parallelt det gamle tunnelløpet. Ved Arna stasjon har et koplingsspor mellom de to tunnelløpene blitt sprengt ut. Sommeren 2021 blir gjenstående berg sprengt ut, slik at koplingssporet får gjennomslag. Mellom det nye tunnelløpet og dobbeltsporet hvor koplingstunnelen møter gammelt tunnelløp, ligger teknisk rom N2. I dette området krysser en svakhetssone tunnelen. Ingeniørgeologisk kartlegging ved bruk av Q-systemet viser at dobbelarmerte sprøytebetongbuer anbefales som permanent sikring i dobbeltsporet. På grunn av Q-systemets begrensninger i svakhetssoner og kompleks bergromsgeometri, har andre verktøy blitt benyttet for å undersøke stabilitetssituasjonen; i) laboratorieundersøkelser, ii) analytiske beregningsmetoder og iii) numerisk modellering. Laboratorieundersøkelsene beskriver berget i svakhetssonen som svakt, som svært sterkt anisotropt og med høy holdbarhet mot slaking. I svakhetssonen, som beskrives som en kompleks leirrik knusningssone med leirinfisert sideberg, ble svært aggresivt materiale påvist ved undersøkelse av svelleegenskaper ved utdriving. Skattepliktig arealmetode indikerer at bergstabben mellom dobbeltsporet og N2 vil gå i brudd, forutsatt at den er usikret. Videre antyder beregninger av bøyemoment at gitterdragere alene ikke tåler belastningen fra en løs kile i dobbeltsporet. For å beskrive deformasjoner knyttet til spenningsomlagringer ved berguttaket har numerisk modellering blitt utført i EX3 og RS2. Spenningsinduserte deformasjoner i dobbeltsporet antas å være størst i veggene. I dobbeltsporet anses det mest kritiske stabilitetsproblemet å være utpressing av kiler som følge av svelleprosesser. Resultatene fra numerisk modellering indikerer at armerte sprøytebetongbuer vil gi tilstrekkelig sikringseffekt på grunn av evnen til å ta opp tilleggslaster påført av svelling. For å overvåke langtidsstabiliteten i bergrommet, anbefales spennings- og deformasjonsmålinger i henhold til observasjonsmetoden.

In this master thesis, a rock mechanical analysis of the connection tunnel between the new and old Ulriken railroad tunnel is presented. To meet future demands, a new tunnel tube has been excavated parallel to the old tunnel. Nearby Arna Station, a connection tunnel has been excavated to connect the two tubes. In the summer of 2021, the remaining rock mass will be excavated, and the diagonal tunnel will be connected to the old tunnel. Between the new tunnel tube and the double-track connection point in the old tunnel, a technical room, N2, is located. In this area, the tunnel is intersected by a weakness zone. The Q-system recommends double reinforced ribs of sprayed concrete as permanent rock support in the double-track tunnel. Due to the limitations of the Q-system in weakness zones and complex excavation geometries, other tools have been used to investigate the stability; i) laboratory tests, ii) analytical calculations and iii) numerical modelling. Laboratory tests indicate that the rock mass in the weakness zone has low strength, is very highly anisotropic, and has high slake durability. In the weakness zone, which is described as a complex clay-rich crushing zone, material with high activity was detected in testing of swelling properties while excavating the new tunnel tube. Tributary area approach suggests that failure will occur in the pillar between the double track and N2 if the pilar is unsupported. Calculations imply that a lattice girder alone will not be able to endure the bending moment inflicted by a loose wedge. To describe stress induced deformations numerical modelling has been conducted in EX3 and RS2. The most critical stability problem is considered to be the loosening of blocks due to swelling. Results from numerical modelling imply that reinforced lattice girders or ribs will give acceptable safety due to the ability to endure additional loads from swelling. To monitor the long-term stability of the tunnel, stress- and deformation measurements are recommended according to the observational method.