3D-modellering av bergmasse og stabilitetsvurdering av planlagt tunnel ved E6 Langnesberga
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3173262Utgivelsesdato
2024Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
E6 forbi Langnesberga har blitt identifisert av Meld. St. 14 (2023–2024) (2024) som et av de mest skredutsatte veiene i Trøndelag. Det er besluttet å bygge en tunnel gjennom Langnesberga for å unngå denne eksponeringen. Den planlagte tunnelen går gjennom flere svakhetssoner med dårlig bergkvalitet og lav overdekning. Denne masteroppgaven fokuserer på utvikling av en implisitt 3D geologisk modell og bruke denne til å evaluere bergmassekvaliteten og stabiliteten til tunnelen. Modellen er ment å kunne brukes fra planleggingsfasen til konstruksjon.
Dette ble oppnådd ved først å utforske de viktigste egenskapene til bergmassen med hensyn til tunnelstabilitet. Dette inkluderer metoder for å estimere skvising og avskalling i tillegg til generell bergmasseklassifisering som Q-systemet og RMR. Deretter blir BIM og 3D-modelleringsteori og metodologi utforsket for å bygge en implisitt geologisk modell i Leapfrog Geo-programvaren. Dette inkluderer en tilnærming for å utvikle en 3D geologisk modell og hvordan de forskjellige metodene for stabilitetsvurderinger er implementert. Denne modellen sammenlignes deretter med dedikert numerisk analyse for tre ulike tverrsnitt. I tillegg utføres en kileanalyse som viser tre kiler som kan være usikre. Den største stabilitetsutfordringen ved tunnelen er utfall av masser i soner med dårlig bergmasse. På det kan meste kan det forekomme skvising opp mot 3,2% av tunnelradien.
Utfordringen med usikkerhet ved 3D geologisk modellering blir utforsket og to ulike usikkerhetslag blir benyttet for å formidle dette. For videre å utforske usikkerheten gjennomføres det sensitivitetsanalyser som indikerer bedre modellprestasjon med høyere horisontale spenninger. I tillegg brukes de implisitte egenskapene ved modellen til å utforske påvirkningen ulikt fall for en svakhetssone har på fordelingen av sikringsklassene.
I modellen anvendes RBF-interpolasjon til å estimere bergmassekvaliteten langs tunnelen. Metoden vurderes som nyanserende og transparent. Sammenlignet med numerisk modellering presterer modellen godt for den generelle bergmassen, grønnstein, både med hensyn til spenninger, men også avskalling og skvising. For svakhetssonene predikerer den for lave spenninger ved lav overdekning og høy deformasjon på svakhetssonene med mest overdekning. E6 Langnesberga has been identified by Meld. St. 14 (2023–2024) (2024) as one of the most rockfall-prone roads in Trøndelag, and therefore, a tunnel will be constructed through Langnesberga. The planned tunnel passes through several weakness zones with poor rock quality and low overburden. This master's thesis focuses on developing an implicit 3D geological model and using it to evaluate the rock mass quality and the stability of the tunnel. The model is intended to be used from the planning phase through to construction.
This was achieved by first exploring the key properties of the rock mass in relation to tunnel stability. This includes methodologies for estimating squeezing and spalling as well as general rock mass classifications such as the Q-system and RMR. Following this, BIM and 3D modeling theory and methodology were explored to build an implicit geological model using the Leapfrog Geo software. This includes an approach to creating a 3D geological model and how various stability assessment methods are implemented. This model is then compared with dedicated numerical analysis for three different cross-sections. Additionally, a wedge analysis is performed, revealing three wedges that could be unstable. The major stability challenge for the tunnel is the risk of downfall in areas of poor rock mass. In these zones there may be squeezing of up to 3.2% of the tunnel radius.
The challenge of uncertainty in 3D geological modeling is explored, and two different uncertainty layers are used to convey this. To further explore uncertainty, sensitivity analyses are conducted, indicating better model performance with higher horizontal stresses. Additionally, the implicit properties of the model are used to explore the effects of different dips for a weak zone on the distribution of support classes.
In the model, RBF interpolation is used to estimate the rock mass quality along the tunnel. The method is considered nuanced and transparent. Compared to numerical modeling, the model performs well for the general rock mass, greenstone, both in terms of stresses, but also spalling and squeezing. For the weakness zones, the model predicts too low stresses at low overburden and high deformation in the weak zones with the most overburden compered to numerical modelling.