| dc.description.abstract | I forbindelse med utbyggingen av jernbanetunnelen Drammenstunnelen fra Drammen stasjon til Skoger, møtte drivende entreprenør Veidekke på flere spenningsrelaterte problemer. Lav overdekning og høye horisontalspenninger fører til spenningsrelaterte problemer i tunnelhengen. Gjennom driften ble det opplevd alt fra lyder fra profilet, spraking, og alvorlige bergslag med stor dybde i tunnelhengen. Tunnelen opplevde de aller fleste spenningshendelser når den ble drevet i granitt, men også i overgangen til hornfels ble det hørt tegn til spenninger.
Med utgangspunkt at det ikke ble gjort noen in-situ bergspenningsmålinger på prosjektet, er det uvisst for hvilke spenningsnivå som har vært til stede og hvilke retninger disse spenningene har hatt. I denne oppgaven ble det brukt alt tilgjengelig materiale fra tunneldriften i Drammenstunnelen og omliggende anlegg, bergmekaniske forsøk på bergartene funnet i tunnelen og numeriske simuleringer. Det skal da bygges en forståelse for hvilke spenningsnivåer som finnes i tunnelen og hvordan spenningene varierer basert på geologiske forhold.
Ved hjelp av kartlegginger og erfaringer gjort av Veidekke sine ingeniørgeologer og tunnelarbeidere har det blitt kartlagt hvilke soner i Drammenstunnelen som har opplevd direkte konsekvenser av høye spenninger De kartlagte områdene er deretter systematisert for å undersøke om det ble opplevd noen form for retningsendring på spenningene i tunnelen.
Akustisk emisjon viste at kjernene med granitt og hornfels hadde store forskjeller når det kom til hvordan de oppførte seg under pålasting. Granitt viste at nye brudd begynte forsiktig å danne seg når pålastingen var mellom 60% - 75% av UCS før den videre begynte å sprake med gradvis økende intensitet over 75% av UCS. Hornfels hadde generelt lite hendelser i kjernen og viste lite tegn til store endringer før etter pålastingen var 90-95 % av UCS. Spenninger fra 45 - 55 MPa kan ha vært til stede i store deler av granitten, med spenning opp mot 55 – 65 MPa i områdene nærmere bergartsgrensen i studieområdet hvor man hadde episodene med alvorlig sprak og bergslag. Hornfels kan ha opplevd spenninger opp mot 45-60 MPa i bergartsgrensen i studieområdet.
Størkningsspenninger er hovedårsaken til de høye spenningene, både i Drammenstunnelen, men også i omliggende tunnelprosjekt drevet i granitt. Spenningene er stort sett horisontale, men varierende over korte områder. Det er en tydelig økning i spenning når driving nærmer seg bergartsgrenser, men det er stor forskjell fra grense til grense når det kommer til hvor spenningskonsentrasjon som forekommer.
Bergmassen sine karakteristikker bestemmer i stor grad hvor mye spenning som blir tatt opp på forskjellige punkter. Hardere og deler av bergmassen med lavere grad av svakheter og oppsprekking tar lokalt opp mer spenning enn de delene som er av dårligere kvalitet. Det noe som fører til alvorlig spraking og bergslag i de delene hvor bergmassen er av god kvalitet. Hornfels har en høyere E-modul enn granitt og vil derfor ta opp mer spenning nærme grensene. Det fører til en spenningsreduksjon i granitten når man nærmer seg overgangen til hornfels. Dette ble også erfart i en kloakktunnel som Drammenstunnelen krysser under. | |
| dc.description.abstract | As a part of the new railroad-project Vestfoldbanen in eastern part of Norway, the tunnel Drammenstunnelen is being excavated from central Drammen to Skoger. The contractor, Veidekke, has had several incidents during the tunneling where high stresses have caused stability problems. Low overburden combined with high horizontal stresses induce high tangential - stresses in the roof of the tunnel. Tunnellers have experienced everything from cracking noises to spalling and rockbursts during the project. Mostly, these problems occured when tunneling through granite, but also in the transition into hornfels.
No stress-measurements were done during the projects, and the exact magnitude and orientation of the stresses are unknown. Every available data, experiences and mapping from the project and surrounding tunnels have been used, in addition to rock-mechanics and numerical simulations to get the best estimation of the in-situ stresses. The mapping and observations done by the engineering geologists and tunnellers at Veidekke provides sufficient information to achieve an overview over the areas where stress-concentrations are highest and where the stability issues occur in the tunnel profile.
Cores from granite and hornfels showed huge differences in the results gathered from the acoustic emission. In the granite-cores, crack initiation started to appear when the loading phase was 60% - 75% of the UCS, where significant cracking started to appear at 75% of UCS and above. Hornfels show very little significant activity until 90 – 95 % of UCS, where a sudden increase in energy levels suggests the occurrence substantial fracturing in the core. Stresses from 45 – 55 MPa have been present in longer parts of the granite, which have led to moderate spalling and noises from the profile. In the study-area where substantial spalling and rock bursts have occurred, stresses from 55 – 65 MPa have been present. The hornfels have experienced 45 – 60 MPa at the boundary in the study-area.
Residual stresses from the cooling of the granite-batholite are the main source in the high horizontal stress, both in Drammenstunnelen, but also in the surrounding tunnel-projects. While the stresses are mostly horizontal, their direction is varying. When approaching a boundary between granite and hornfels, there is a clear increase in stress-concentration.
However, the amount of increases stress varies greatly from border to border. The rock-mass characteristics plays a major role in the intensity of stress related incidents. It appears that harder and more competent parts of the rock mass absorb more of the stress and have more intense spalling and rock bursts.
Hornfels has a higher young’s modulus than granite and will absorb more stresses along the boundaries. This reduces the stresses in the granite that lies near the hornfels This means that the most serious stresses occur a substantial distance before reaching the boundary. This phenomenon was also experienced in an old sewage-tunnel, which Drammenstunnelen crosses beneath. | |