Forinjeksjon med strenge krav til tetthet

Abstract

Tetting av berg er nødvendig for å hindre skader på omgivelsene ved driving av tunnel. I urbane områder stilles det strenge krav til tetthet som følge av faren for senket grunnvannsstand og setningsskader. Tetting gjennomføres i hovedsak ved forinjeksjon. Injeksjon i urbane tunneler dekker en stor andel av totalkostnadene til et prosjekt og optimalisering av prosessen vil derfor kunne tjene prosjektet – og samfunnet – store summer. Injeksjonsfaget er erfaringsbasert, og flere undersøkelser må gjennomføres for optimalisering.

Ved injisering med strenge krav til tetthet stilles det strenge krav til materialegenskapene til injeksjonsmaterialet. Materialet bør ha en kontrollert herdetid og gode flyteegenskaper. Laboratorieundersøkelser er gjennomført for å teste herdetid og flytegenskapene til ulike sementblandinger og kolloidal silika-blandinger. Flere av sementblandingene hadde en svært lang herdetid som kan resultere i nedetid på prosjekter. Tilsetning av en herdeakselerator viste lovende resultater for redusert herdetid. Kolloidal silika hadde en kontrollert geltid som enkelt kunne justeres ved justering av akseleratormengde. Undersøkelsene viste videre at flytespenningen spiller en avgjørende rolle for inntrengningsevnen.

I Norge brukes i hovedsak sementbasert injeksjon til tetting av berg. Om det ikke oppnås tilstrekkelig tetthet ved driving av en tunnel i urbane strøk benyttes fullstøpt betong til tetting av berget. Dette er en svært kostbar metode som bør unngås. Fullskala forsøk ved Fornebubanen er gjennomført for å undersøke hvor tett resultat som kan oppnås med kolloidal silika. Kolloidal silika er benyttet som et tilleggsmateriale til sementbasert injeksjon ved bruk av dobbel injeksjonsskjerm. Vanntapsmålinger gjennomført etter injisering med kolloidal silika viser til en hydraulisk konduktivitet i størrelsesorden 10^-10 m/s. Resultatet viser at svært høy tetthet kan oppnås med kolloidal silika.

Water control is necessary to prevent damage on the surroundings during tunnel constructions. In urban areas, strict requirements are set due to the risk of groundwater lowering and damages caused by settlements. In Norway, water control is mainly carried out by pre-grouting. Grouting in urban tunnels covers a large part of the total costs of a tunnel project and an optimization of the process can potentially earn the project – and the society – large costs. Grouting in Norway is carried out based on experiences from previous projects and more investigations must be carried out for optimization.

Grouting with strict tightness requirements leads to strict requirements for the material parameters of the grouting material. The grout should have a controlled setting time and satisfactory rheological properties. Laboratory experiments have been carried out to test the setting time and the rheological properties of cement-based grout and colloidal silica. Several of the cement-based grout-mixes had a long setting time that can cause down time on a construction site. Use of an accelerator showed promising results by reducing the setting time. Colloidal silica had a controlled and easy adjustable setting time. The experiments showed that the yield stress had a significant influence on the penetrability.

In Norway cement-based grout is the material mainly used for rock grouting. If the result is not satisfactory according to the required tightness, concrete linings need to be installed. This is expensive and should be avoided. Grouting with colloidal silica at Fornebubanen has been carried out to investigate which results can be achieved with the material. Colloidal silica is used as an additional material to cement-based grout. Water loss measurements carried out after grouting with colloidal silica resulted in a hydraulic conductivity in the order of magnitude of 10^-10 m/s. The results indicates that a high level of tightness can be provided by colloidal silica.