Kartlegging og analyse av sammenheng mellom innlekkasje og de bergmekaniske forholdene i fjellhallene til Boliden Odda

Abstract

Masteroppgaven utført ved Institutt for geovitenskap og petroleum ved NTNU, våren 2024, fokuserer på de bergmekaniske og hydrogeologiske forholdene ved fjellhallene til Boliden Odda i Mulen, Vestland fylke. Formålet med oppgaven er å undersøke hvordan spenningsforholdene i bergmassene påvirker vannlekkasjer inn i fjellhallene, med mål om å optimalisere plassering og orientering av fremtidige fjellhaller med hensyn til både stabilitet og vannlekkasje.

Kapittel 2 presenterer bergmekaniske og spenningsrelaterte prinsipper. I kapittel 3 blir annen relevant litteratur presentert. Kapittel 4 tar for seg fjellhallene til Boliden Odda, hvor prosjektrelevant informasjon blir presentert. I kapittel 5 blir det gjennomført en tolkning av spenningene og lekkasjepunktene i fjellhallsystemet. Videre i kapittel 6 blir en numerisk modell av spenningene i området presentert. Aktuelle tiltak for å redusere innlekkasjevann blir presentert i kapittel 7. Til slutt blir det i kapittel 8 diskutert blant annet hvilke tiltak som er aktuelle for fjellhallene til Boliden Odda.

Bergmassen i fjellhallsystemet består i hovedsak av granittisk gneis. Det er flere lekkasjepunkter i fjellhallene og transporttunnelene som er blitt kartlagt og målt. Spenningene i fjellhallene er høye, og bergtrykksproblemer i form av avskalling forekommer. Spenningene er også topografisk avhengige. Sammenligning av spenningsorientering og lekkasjeområder viser at lekkasjene i hovedsak forekommer i sprekkerplan parallelt med største hovedspenning, som også er parallell med foliasjonen til bergmassen. Lekkasjemengden blir redusert ved økende overdekning og høyere spenninger, slik det blir vist i kapittel 5. Miljødirektoratet krever at Boliden Odda gjennomfører tiltak for å redusere innlekkasjemengden i fjellhallene. Det er dermed foretatt en vurdering av ulike tiltak som kan gjennomføres. I hovedsak er det aktuelt å gjennomføre tiltak i fjellhall 1 til 12, siden lekkasjene er størst her. Siden det ikke er tilkomst i fjellhallene, vil boring av dreneringshull være det mest aktuelle tiltaket. Bruk av renseanlegg kunne også vært et kostnadsgunstig alternativ, men det vil ikke følge fastsatte krav fra Miljødirektoratet.

Orienteringen og plasseringen til fjellhallene er god, både med tanke på stabilitet og vannproblematikk. Fjellhall 1 til 12 har lavere overdekning sammenlignet med fjellhall 13 til 22, slik at innlekkasjene er større ved fjellhall 1 til 12. Det er antatt at overdekningen og bergmassekvaliteten i det området fjellhall 21 og 22 ligger i er tilnærmet optimal. Orienteringen til fjellhallene gjør at de mest vannførende sonene krysser normalt på fjellhallene, som er tilnærmet optimal med tanke på vanninntrengning.

This master thesis, conducted at the Department of Geoscience and Petroleum at NTNU in the spring of 2024, focuses on the rock mechanical and hydrogeological conditions of the rock caverns at Boliden Odda in Mulen, Vestland county. The purpose of the thesis is to investigate how stress conditions in the rock masses affect water leakage into the rock caverns, with the aim of optimizing the location and orientation of future rock caverns with respect to both stability and water leakage.

Chapter 2 presents rock mechanical and stress-related principles. Chapter 3 presents other relevant literature for the thesis. Chapter 4 addresses the rock caverns of Boliden Odda where project-relevant information is presented. Chapter 5 interprets the stresses and leakage points in the rock cavern system. Chapter 6 presents a numerical model of the stresses in the area. Relevant measures to reduce water ingress are presented in Chapter 7. Chapter 8 discusses, among other things, the measures applicable to the rock caverns of Boliden Odda.

The rock mass in the rock cavern system consists mainly of granitic gneiss. Several leakage points in the rock caverns and transport tunnels have been mapped and measured. The stresses in the rock caverns are high, and rock pressure problems in the form of spalling occur. The stresses are also topographically dependent. Comparison of stress orientation and leakage areas shows that the leaks mainly occur in fracture planes parallel to the maximum principal stress, which is also parallel to the foliation of the rock mass. The amount of leakage is reduced with increasing overburden and higher stresses, as shown in Chapter 5. Measures to reduce the amount of ingress water are required by the Miljødirektoratet. Therefore, an assessment of various measures that can be implemented is conducted. Primarily, it is feasible to implement measures in rock caverns 1 to 12, as the leaks are largest there. Since there is no access in the rock caverns, drilling of drainage holes would be the most feasible measure. The use of a treatment plant could also have been a cost-effective alternative, but it would not meet current requirements from the Miljødirektoratet.

The orientation and placement of the rock caverns are good both in terms of stability and water issues. Rock caverns 1 to 12 have lower overburden compared to rock caverns 13 to 22, resulting in larger leaks at rock caverns 1 to 12. It is assumed that the overburden and rock mass quality in the area where rock caverns 21 and 22 are located are approximately optimal. The orientation of the rock caverns causes the most water-bearing zones to intersect normally on the rock caverns, minimizing the influences from fracture planes.