Sprøytebetong til bergsikring ved tunneldriving

Abstract

Helt siden år 2000 har produktiviteten i bygg- og anleggsvirksomheten falt. Byggenæringen står ovenfor mange av fremtidens lokale og globale utfordringer, hvor en av dem er klimatilpasning. Det vil si at bedrifter må kunne imøtekomme det grønne skiftet, og samtidig opprettholde økonomisk vekst. Produksjonen av byggematerialer står for rundt 2/3 av klimagassutslippet i anleggsfasen for norske veianlegg. Betong er ett av dem, der det finnes et stort potensial for redusering av forbruket. Masteroppgaven har i hovedsak tatt i bruk forskningsmetoder som litteraturstudie, casestudie, tidsstudie og dokumentstudie. Dette for å undersøke dagens bruk av sprøytebetong ved tunneldriving og utviklingen innen temaet. På bakgrunn av dette er derfor følgende forskningsspørsmål etablert: 1. Hvordan benyttes sprøytebetong ved tunneldriving i dag? 2. På hvilke måter kan en beregne produksjonskapasiteten? 3. På hvilke måter dokumenteres sprøyteprosessen? Masteroppgaven er utarbeidet ved både kvalitative og kvantitative metoder for å undersøke temaet. Førstnevnte metode inkluderte en litteraturstudie på blant annet tunneldriving, sprøytebetong, produksjonskapasitet, robotisering og laserskanning. Det er foretatt casestudie hos det pågående tunnelprosjektet; E16 Bjørum – Skaret, som inkluderer 3 tidsstudier i Sollihøgdatunnelen. Det tilrettela for en dokumentstudie til beregninger av sprøytekapasiteter basert på 132 sprøyterapporter fra samme tunnel. Avgrensningene i masteroppgaven begrenses av forskningsspørsmålene, den norske tunnelbransjen, konvensjonell tunneldriving og sprøytebetong ved bruk av våtmetoden til permanent bergsikring. Resultatene viser at sprøytebetongen påføres ved bruk av en sprøyterobot ved konvensjonell tunneldriving. Mengdeberegningen i forkant av sprøyt, beregnes basert på areal, fjellfaktor, tykkelsesmålinger og andre spesielle forhold. Det oppfordres til et samarbeid ved bestilling av betong, mellom sprøyteoperatør og innkjøper av betongen. Den norske tunnelarbeideren arbeider på akkord, og derfor er produktivitet et essensielt tema. Brutto sprøytekapasitet for tidsstudie I, II og III ender på 12.1 m3/t, 13.0 m3/t og 8.2 m3/t. Netto sprøytekapasitet påvirkes i større grad av sprøyteproblemer enn brutto sprøytekapasitet. Dette på grunn av at påføringen skjer bortimot kontinuerlig uten stans, under førstnevnte sprøytekapasitet. Ved sammenligning av produksjonskapasiteten for salvesprøyt fra masteroppgaven og tidligere enhetstall fra NTNU, viser det seg at sistnevnte er utdatert. Det oppfordres til å ta i bruk en verdi på 0.1 h/m3 som gjeldende enhetstall. På denne måten viser det at produksjonskapasitet for påføring av sprøytebetong har hatt en økning. Denne endringen vil føre til en reduksjon av betongforbruk, som igjen leder til økt bærekraft i sprøyteprosessen. Masteroppgaven antyder at laserskanning bør implementeres i sprøyteprosessen for å beregne tykkelse og volum til påført sprøytebetong. I tillegg vil sprøytingen muligens gå helt over til en automatisert påføring. Dersom disse endringene blir standard prosedyre, er det også grunn til å tro at dokumentering for sprøyting skjerpes.

Since year 2000, productivity in the construction industry has fallen. The construction industry face many of the future’s local and global challenges, where one of them is climate adaption. This means that companies must be able to adapt to the green transition, in addition to maintaining economic growth. The production of building materials accounts for roughly 2/3 of the greenhouse gas emmisions in the construction phase for Norwegian road construction. Concrete is one of them, which there is a great potential for reducing consumption. This master’s thesis has mainly used research methods such as literature study, case study, time study and document study. This contributes to investegate the current use of shotcrete in tunnel excavation and development within the topic. Therefore, the following research questions have been established: 1. How is shotcrete used in tunnelling today? 2. In what ways can the production capacity be calculated? 3. In what ways is the spraying process documented? This master’s thesis has been prepared using both qualitative and quantitative methods to investigate the topic. The qualitative method contained the use of a literature study on, among other things, tunnel excavation, shotcrete, production capacity, robotics, and laser scanning. A case study was included which found place at the ongoing tunnel project; E16 Bjørum – Skaret, which includes three time-studies in Sollihøgdatunnelen. It facilitated a document study for calculations of spraying capacities based on 132 spraying reports from the same tunnel. The scope of the study is limited to the research questions, the Norwegian tunnel industry, excavation with drill and blast and shotcrete using the wet mix process for permanent rock stabilization. Findings show that the shotcrete is applied using a shotcrete robot during excavation with drill and blast. Before the application of shotcrete, the quantity of concrete is calculated based on area, rock factor, roughness factor, thickness measurement and other special conditions. A collaboration between the operator and the purchaser of the concrete is encouraged when the ordering takes place. The Norwegian tunnel worker gets piecework as payment, and therefore productivity is an essential subject. Gross spray capacity for time studies I, II and III ends at 12.1 m3/t, 13.0 m3/t and 8.2 m3/t. Net spraying capacity is more affected by spraying problems than gross spraying capacity. This is because the application is executed almost continuously without stopping, within the former spraying capacity. When comparing the production capacity of spraying after a blast between the findings in this thesis and former values from NTNU, it turns out that the latter are outdated. It is encouraged to use a value of 0.1 h/m3 as the current unit time. This means that the production capacity for the application of shotcrete has increased. This change will lead to a reduction in concrete consumption, which in turn leads to increased sustainability in the spraying process. The master’s thesis suggests that laser scanning should be implemented in the spraying process, to calculate the thickness and volume of applied shotcrete. In addition, it is possible that the spraying process will become fully automated. If these changes become the standard procedure, there is also reason to believe that documentation for the spraying process will be strengthened.