Geologiske parameteres betydning for injeksjonsprosedyrer i utfordrende bergmasseforhold ved Fornebubanen

Abstract

I tunnelprosjekter i Norge er det et økende fokus på vannkontroll, for å unngå skader på naturmiljø, grunnvannssenkning og setningsutvikling. I urbane områder er den vanligste tilnærmingen for vanntetting, ved systematisk forinjeksjon av sement. Injeksjonsarbeidet utgjør en stor kostnadsandel av tunnelprosjekter, og det settes av store ressurser for å avdekke hydrogeologiske forhold. Norsk injeksjonspraksis er i stor grad erfaringsbasert, der det ikke er definerte rammer for utforming av vanntetting. Prosjektering og utførelse av injeksjonsarbeider er en komplisert og sammensatt problemstilling ved driving av tunnel. Oppnådd tetthet avhenger av stedlige geologiske forhold, prosjektets kompleksitet, erfaring, injeksjonsutforming og utførelse av injeksjon. I tilknytning til prosjektering og utførelse av injeksjon, vil det være nødvendig å utvikle kompetansen for betydningen av geologiske parametere. Litteraturen beskriver i liten grad hvordan prosjektering og utførelse av injeksjon bør foretas, i tilknytning til utfordrende bergmasseforhold. Liten bergoverdekninger, gangbergarter og svakhetssoner, kan gi betydelig økning av injeksjonsinnsats og følgelig økte kostnader.

Studien har tatt for seg injeksjon og geologiske parametere i forbindelse med utbyggingen av Fornebubanen. T-banetunnelen vil bli i underkant av 8 km lang, og vil utvide kollektivforbindelsene mellom Majorstua og Fornebu. Tunnelprosjektet beskrives som svært teknisk og komplekst, der store deler av traseen er under bebygde områder og eksisterende infrastruktur, med liten bergoverdekning. Tunnelen er per 2023 under driving, og vil etter planen settes i drift i 2029. Strekningen gjennomgår hovedsakelig kalkstein, skifer og knollekalk i veksling, med hyppig opptreden av svakhetssoner og gangbergarter. Tunnelen er underlagt svært strenge tetthetskrav, og det utføres omfattende systematisk injeksjon for alle strekninger. For å relatere injeksjon og geologi ved Fornebubanen, har studien analysert geologiske data og injeksjonsdata for totalt fem delstrekninger. Fire av strekningene beskrives fra prosjektering ved utfordrende bergmasseforhold, ved tilknytning til svakhetssoner, gangbergarter og liten bergoverdekning. De geologiske dataene som er gjennomgått innebefatter forundersøkelser med tilhørende rapporter, BIM-modell, ingeniørgeologisk kartlegging i tunnel og lidarscanning. Injeksjonsdata er analysert i detalj ved injeksjonslogger, borerapporter, injeksjonsprosedyrer og rapporter fra prosjektert vanntetting. En utstrakt datasammenstilling er foretatt for alle delstrekningene. Kvantitative undersøkelser er foretatt for å utforske sammenhenger mellom geologiske parametere og injeksjonsmengder. I tillegg er det foretatt kartlegging av fukt- og drypp i tunnel, for å vurdere oppnådd tetthet. Kvalitative undersøkelser for prosjektering av vanntetting og injeksjonsprosedyrer ved Fornebubanen, er gjort ved intervju. Geologiske parameteres betydning for prosjektert og utført injeksjon ved Fornebubanen blir diskutert.

Resultatene viser at injeksjonsmengdene øker betydelig i tilknytning til gangbergarter og svakhetssoner. Økningen injiserte mengder per m tunnel er henholdsvis 150% og 186%, og knyttes i liten grad til tilpasning av injeksjonsgeometri. Resultatene tilsier at det er sammenhenger knyttet til økning av antall bormeter og injeksjonsmengder, ved reduserende overdekning. Sammenstillingen av kvalitative data ved Fornebubanen viser at tilpasning av injeksjon, til geologiske parametere, praktiseres i noen grad. Erfaringer ved tettearbeidet som utføres i anleggsfasen, er styrende for tilpasning av injeksjonsprosedyrer og utførelse av injeksjon. Overordnet er det knyttet gode erfaringer ved bruk av poretrykksdata som aktivt tiltak for tilpasning av vanntetting. Det konkluderes med at tilpasninger av injeksjonsprosedyrer og injeksjonsinnsatsen ved Fornebubanen, har gitt tilfredsstillende oppnådd tetthet.

There is an increasing emphasis regarding water control in norweagian tunneling projects in Norway, to prevent damage to the natural environment, groundwater depletion and settlements. Systematic pre-grouting is regarded the most common approach for waterproofing in urban areas. The grouting efforts constitutes a significant portion of the costs in tunneling projects, and substantial resources are allocated to assess hydrogeological conditions. Norwegian grouting practice is largely based on experience, with no defined framework for waterproofing design. The design and execution of grouting work pose complex challenges during construction. The achieved tightness depends on geological conditions, project complexity, experience, grouting design, and execution. In regards of the design and execution of grouting, it is necessary to develop knowledge regarding the understanding of the significance of geological parameters. The literature has limited coverage on the design of grouting, in relation to challenging rockmass conditions. Shallow rock cover, dikes, and weakness zones can significantly increase grouting efforts and consequently lead to higher costs.

This study focuses on grouting and geological parameters at the Fornebu Line project. This i will be an 8 km long subwaytunnel, between Majorstua and Fornebu. The tunnel project is described as highly technical and complex, with several sections passing beneath built-up areas, infrastructur, and limited rock cover. As of 2023, the tunnel is under construction and scheduled to be operational in 2029. The region primarily consists of alternating limestone, slate, and nodular limestone, with frequent occurrence of weakness zones and dikes. The project is subject to stringent requirements regarding water inflow, and systematic pre-grouting is carried out for all parts of the tunnel. To describe relations between pre-grouting and geological parameters at the Fornebu Line, an in depth analyses of geological data and grouting data was carried out. The study conciders a total of five sections of the tunnel. Four sections are described in terms of challenging rock mass conditions, such as weakness zones, dikes and shallow rock cover. Geological data consists of preliminary investigations with associated reports, BIM-model, engineering geological mapping and lidar scanning of the tunnel face. Grouting data was analysed in detail, and includes grouting logs, drill-reports and grouting procedures. An extensive data compilation was carried out for all selected sections of tunnel. Quantitative assessments was made in regard to geological parameters and grout consumption. In addition, mapping of moisture and seepage was conducted to assess achieved watertightness. Qualitative assessments of the waterproofing design and grouting procedures at the Fornebu Line was carried out. The significance of geological parameters for the designed and executed grouting efforts at the Fornebu Line is discussed.

The results indicate a significant increase in grout consumption associated with dikes and weakness zones. The relative increase in consumptions are 150% and 186% respectively, and is not due to adjustments of the grout curtain. The results implies that there are some correlation of an increase in the number of drilled meters and grout consumption, when rock cover is reduced. The compilation of qualitative data from the Fornebu Line project, shows that some degree of adaptation is practiced, in regards of grouting and geological parameters. Experiences regarding grouting procedures and the excecution of grouting when tunneling, are highly emphasisized when adaptions of grouting procedures and execution of grouting are made. There is an overall contentment associated to the use of pore pressure data as an active measure for waterproofing adaptation. The adaptations of grouting procedures and efforts at the Fornebu Line, has given sufficient leakage reduction.