Tunneler/Prosjektering og bygging/Stabilitetssikring

Fra Teknisk regelverk utgitt 1. februar 2017
Hopp til: navigasjon, søk

1 Hensikt og omfang

Bane NORs tunneler bygges tradisjonelt som selvbærende konstruksjoner. Dette betyr at det er de stedlige bergmassene med tillegg av nødvendig bergsikring som utgjør den bærende konstruksjonen. Berget stabiliseres med sikringsmidler av forskjellige typer, avhengig av geologiske forhold. Dette kapitlet fastsetter krav til stabilitetssikring i tunnel, og materialkrav for bolter- og stålkonstruksjoner gjelder for stabilitetssikring og ikke andre jernbanetekniske installasjoner. For krav til andre jernbanetekniske installasjoner vises det til de respektive regelverk.

Generelt vises det til Statens vegvesens håndbok V520 Tunnelveiledning for mer utfyllende beskrivelse av de enkelte metodene.

2 Stabilitetssikring

a) Kontroll av utført permanent sikring skal utføres i henhold til Eurokode 7 (NS-EN 1997-1) før tunnelen kles med vannsikringsløsninger.

b) Bergmassen skal klassifiseres etter Q-systemet i hele tunnelens lengde som grunnlag for bestemmelse av permanent stabilitetssikring, og senere dokumentasjon av geologi og utført sikring. Av hensyn til bestandighet skal sprøytebetong påføres i minimum 8 cm tykkelse.

c) Geologisk kartlegging skal utføres i hele tunnelens lengde og i hele tunnelprofilet.

d) Arbeidssikring skal utføres slik at den inngår som en del av permanentsikringen.

e) Sikringsbolter skal oppfylle krav i Statens vegvesens Prosesskode 1, prosess 33.2

f) Ved stabilitetssikring i dårlig berg ved bruk av åpen grippertype TBM skal McNally-systemet vurderes som sikringsmetode.

2.1 Rensk

a) Rensk skal utføres før annen stabilitetssikring installeres.

b) Driftsrensk skal utføres etter at hver salve er sprengt.

c) Driftsrensk med maskin skal som hovedregel alltid etterfølges av driftsrensk med spett.

d) Der det er avskalling som følge av bergtrykk skal det utføres begrenset rensk, og berget skal sikres snarest mulig med endeforankrede bolter, stigebånd, nett og/eller sprøytebetong.

2.2 Bolting

Hovedbruksområder for bolter er:
  • Grovblokkig berg: Sikring mot utglidning/utfall (spredt bolting).
  • Tett oppsprukket berg: Systematisk bolting, vanligvis i kombinasjon med andre metoder.
  • Sprakeberg/høye spenninger: Systematisk bolting, vanligvis i kombinasjon med fiberarmert sprøytebetong.
  • Svakhetssoner: Som en del av et større konsept med f.eks. sprøytebetongbuer (forbolter og radielle bolter).
  • Påhugg: Sikring med forbolter.

2.2.1 Utførelse og kontroll

a) Boltetype, lengde, antall, retning og plassering skal være slik at boltingen stabiliserer det berget som skal sikres.

Hovedinndeling av boltetyper:
  • Forankrede bolter
  • Fullt innstøpte bolter
  • Kombinasjonsbolter
For beskrivelse av boltetyper henvises til Statens vegvesens Håndbok V224 Fjellbolting.

b) Endeforankrede bolter skal ikke benyttes som permanent sikring, men unntak av områder med høye bergspenninger.

c) Det skal utarbeides prosedyrer for kontroll av bolter. Kontrollomfanget kan bestemmes etter Norsk Standard for stikkprøvekontroll, NS-ISO-2859 ”Prosedyre for prøvetaking for attributtkontroll”. Dette gjelder endeforankrede bolter. For innstøpte bolter gjelder visuell kontroll av innstøpingen.

2.3 Stigebånd

a) Stigebånd skal benyttes lokalt i kombinasjon med bolter i grovblokket berg, og som supplement til sprøytebetong i spesielt svake partier.

2.4 Sprøytebetong

a) Ved forsterkning av berg med sprøytebetong skal det kontrolleres at berget er tilstrekkelig rengjort før sprøyting.

b) Sprøytebetongen skal påføres når flatene er drypptørre, dvs. fuktige. Om nødvendig skal avfettingsmiddel brukes. Ved bruk av avfettingsmiddel må det sikres tilstrekkelig reaksjonstid før vasking starter. Avfetting er spesielt aktuelt hvis det har gått lang tid fra sprengning til sikring utføres.

c) Hvis sprøyting er nødvendig som umiddelbar sikring skal det utføres etterfølgende bolting. Hvis nødvendig kartlegging av bergoverflaten ikke er utført før sprøyting, skal etterfølgende bolting utføres som systematisk bolting.

d) I områder med leirslepper, i sprakeberg og der sprøytebetong benyttes som alternativ til full utstøping, skal sprøytebetongen normalt armeres med nettarmering eller fiber.

e) Ved dimensjonering skal følgende bestemmes:

  • Materialkvalitet
  • Behov for fiber eller armering, type og mengde
  • Omfang og tykkelse
  • Metode for sikring av herdebetingelser
  • Krav til minimumstykkelse

f) Av hensyn til bestandighet/levetid skal sprøytebetongen utføres med gjennomsnittstykkelse ikke mindre enn 80 mm, og med god kontroll med akseleratortilsetningen.

g) Sprøyting skal ikke foretas på flater med lavere temperatur enn + 2 °C. Sprøytebetong skal beskyttes mot frost inntil en min. fasthet på 5 MPa er oppnådd.

h) Ved armering av sprøytebetongen skal det vurderes konsekvenser mht.:

  • Induserte spenninger
  • Elektriske kretser for signalsystemer
  • Berøringsfare

2.5 Sprøytebetongbuer

Sprøytebetongbuer kan benyttes som permanent stabilitetssikring i de fleste tilfeller, bortsett fra i enkelte områder der sikringstøp skal utføres, se sikringstøp

a) Sprøytebetongbuer skal etableres med riktig teoretisk profil, og bygges opp med tilstrekkelig armering og tykkelse.

b) Sprøytebetongbuer skal fundamenteres.

Sprøytebetongbuer kan utføres enten enkeltarmert eller dobbeltarmert.

Gitterbuer kan benyttes i stedet for dobbeltarmerte sprøytebetongbuer.

For beskrivelse av utforming og utførelse, se Statens vegvesen håndbok V520 Tunnelveiledning.

2.6 Sikringstøp

Sikringstøp omfatter sikring av tunnel med betongutstøping ved og bak stuff, og kan benyttes som permanent sikring ved følgende forhold:
  • Svelleleiresoner med svelletrykk
  • Partier av tunnelen med kritisk bergoverdekning over en lengre strekning
  • Ugunstige geometriske forhold

a) Behov for armering og forankring samt utstøping av såle, skal vurderes i hvert enkelt tilfelle. Armering/forankring kan være nødvendig ved f.eks. sidetrykk eller ved flate partier i hengen.

b) Utstøping skal føres ned til rensket såle.

c) Det skal etableres fundament for å få en god overgang mellom vegg og såle. I spesielle tilfeller vil også utstøping av tunnelsålen være nødvendig.

d) Utstøping på stuff skal utføres slik at det er plass til eventuell membranisolering og ny permanent støp eller å føre vann- og frostsikringen forbi utstøpingen.

For nærmere beskrivelse av utforming og utførelse, se 6 Arbeider foran stuff og stabilitessikring, V520 Tunnelveildening.

2.7 Grunnfrysing

Grunnfrysing kan benyttes for å passere områder med løsmasser, dårlig fjell eller rasområder i forbindelse med tunnelbygging. Metoden gir en vanntett løsning under grunnvannstand.

For beskrivelse av metoden, dimensjonering og utførelse, se kap. 1.10 Grunnfrysing i Statens vegvesens håndbok V221

2.8 Rørparaply

Rørparaply kan benyttes for å passere områder med løsmasser.

a) Dimensjonering av stålrør og prosedyre for gysing skal tilpasses det enkelte tunnelprosjekt.

Beskrivelse av metoden:

Perforerte stålrør bores i berg og løsmasser over tunnelen. Rørene blir deretter injisert. Rørene kan bores inn i flere omganger slik at en får flere før over hverandre. Injeksjonsmassen fyller rørene i tillegg til åpne rom i løsmassene mellom rørene. Dette vil da utgjøre en forholdsvis vanntett "paraply" over tunnelen.

Eksempel fra Holm-Nykrike:

På Snekkestandentreprisen ble det boret inn 15 m lange, 114 mm stålrør med perforering for hver meter. Rørene ble boret inn med c/c 30 ca, og det ble satt inn en ny runde med rør for hver 7. tunnelmeter slik at det i praksis ble en dobbel rørparaply gjennom løsmasseområdet. Rørene ble så injisert med injeksjonsmasse med v/c = 0,8-0,5, og injeksjonstrykk opp mot 15 bar. Etter injeksjon ble rørene etterfylt med gysemasse for å sikre at de ble fullstendig fylt opp.

Det ble så boret inn 12 m lange injiserbarer bolter i stuffen, og disse ble påmonert armeringsnett og sprøytet inn. Deretter ble det sprengt 1 m lange salver med forsiktig lading. Etter påføring av sprøytebetong ble det montert stålbuer med c/c 1 m. Deretter ble det montering armeringsnett bakk/mellom stålbuene som ble sprutet inn med sprøytebetong.

2.9 Stålbuer

For en åpen TBM kan stålbuer etableres for å opprettholde tunnelens form, og om nødvendig for å skape en øyeblikkelig sikring av tunneloverflaten bak kutterhodet.

a) Ved planlegging av stålbuer skal følgende tas i betraktning:

  • Aksial spenning og bøyende moment i stålbuen som følge av lastpåvirkningen av bergmaterialet
  • Lateral stabilitet og understøtting av stålbuen
  • Metoden som brukes til å sette opp stålbuen
  • Bergmaterialets bæreevne ved foten av stålbuen
  • Den tid som den usikrede del av tunnelen kan stå oppreist
  • Grunnvannssituasjonen og permeabilitet av materialet det bores i

2.10 Betongsegmenter

Dersom kravene til innlekkasje er strenge, eller grunnforholdene er vurdert som uengede til TBM-driving uten skjold, bør skjoldmaskindrift med vanntett betongforing vurderes. Betongutforingen bygges opp av segmenter som til sammen utgjør en sammenhengende betongring som typisk er 1,5-2 m lang. Betongforingen har en ytre diameter som er i størrelseorden 250 mm mindre enn boret tunneldiameter. Etter montering av betongringen injiseres dette rommet. Elementene utstyres med gummipakninger og boltes sammen slik at utforingen blir vanntett.

For foring med prefabrikerte betongsegmenter gjelder det at:

a) Prefabrikerte betongsegmenter skal være designet og utført for å motstå spenninger og laster som påføres under håndtering, transport og montering, samt de permanente laster fra berg. Det bemerkes at disse lastene kan være mer kritiske enn de permanente lastene. Segmentene skal i tillegg også være designet for å kunne ta maskintekniske laster under boreprosessen. Lastene som påføres av tog i driftsfasen av tunnelen må også legges inn.

b) Betong og armering skal være i overensstemmelse med gjeldende norske standarder.

c) Produksjonsfasiliteter skal være underlagt kvalitetskontroll i overenstemmelse med ISO 9001.

d) For krav til toleranser og forhold vedrørende produksjon og materialer i forbindelser med fremstilling av betongsegmenter, henvises til BTS seksjon 203.

e) Injeksjonshull skal være tilstede i alle segmenter, unntatt nøkkelsegmentet, og skal være minimum 50 mm i diameter.

f) Bruk av fiber i segmentbetongen skal være i overensstemmelse med BTS spesifikasjon, seksjon 203.14.

g) Oppsetting av betongsegmentene skal utføres via et mekanisk system som er bygget til formålet, og det skal ikke avvikes fra den godkjente prosedyre.

h) Smøring av pakninger skal foretas for å unngå skader. Dette gjelder spesielt ved montering av det siste låsesegmentet.

i) Rommet mellom betongforingen og berget bak, skal injiseres i henhold til godkjent metodebeskrivelse.

j) Injeksjonstrykk skal ikke overskride godkjent verdi.

k) For jernbanetekniske formål skal det legges inn ekstra toleranse pga. mulig unøyaktig boring på ca. 150 mm.

3 Materialkrav for betong- og stålkonstruksjoner

Generelt vises det til NS-EN 206-1, NS-EN 13670, NS 3576-3 og ISO 12944. Tabellen nedenfor sammenstiller krav til eksponeringsklasse og korrosjonsklasse i henhold til standardene.

Plassering iht. figur Eksponeringsklasse mhp. karbonatisering/kloridkorrosjon Eksponeringsklasse mhp. frysing/opptining Korrosjonsklasse for konstruksjonsstål
Plassering i tunnelanlegg
Tunnelmiljø
1
XC4
XF3
C3
Oppvarmet og ventilert område (f.eks. teknisk rom)
2
XC2
-
C3
Område bak heldekkende kledning
3
XC3
XF3
C4
Rømningsvei og øvrige områder (f.eks ventilasjonssjakt)
4
XC3
XF3
C4
Omgivende jord og berg
Marint miljø
5
XS3
XF4
Im3
Øvrig miljø
5
XC4
XF3
Im3
Omgivende vann
Ferskvann
5
XC2
XF3
Im1
Salt- eller brakkvann
5
XS2
XF4
Im2
Figur 1: Tunnelskisse

3.1 Bolter og stigebånd

a) Det skal som et minimum benyttes 20 mm bolter med stålkvalitet B500NC i henhold til kravene i NS 3576-3. Bolter av annen type skal være godkjent av Bane NOR.

Følgende andre boltetyper er godkjent av Bane NOR:
  • NC-bolt M20 fra Pretec
  • PC-bolt gen. 3 fra Pretec

b) Boltene skal varmforsinkes minst 65 μm i henhold til NS-EN ISO 1461, og pulverlakkeres med epoksy i henhold til EN 13438.

c) Underlagsplater, halvkuler og muttere skal ha samme korrosjonsbeskyttelse som boltene.

d) Stigebånd skal være pulverlakkert med epoksy.

3.2 Sprøytebetong

3.2.1 Generelt

a) Ved valg av materialsammensetning og utførelse skal det benyttes en materialsammensetning som er tilpasset bruksområdet, og som sikrer god innstøping av armering og festedetaljer. Det skal også vektlegges at materialsammensetningen gir redusert svinn.

b) Materialer og betongproduksjon skal tilfredsstille kravene i NS-EN 13670 med tilleggskrav i Norsk Betongforenings Publikasjon nr. 7 (NB7).

c) Dokumentasjon av oppnådd fasthetsklasse skal skje i henhold til NS 3420.

d) Fibertype og -dosering skal tilfredsstille energiabsorbsjonsklasse E500, E700 eller E1000.

3.2.2 Nettarmert sprøytebetong

a) Toleransekrav for tykkelse etter sprøyting skal være bestemt i hvert enkelt tilfelle, men skal min. tilfredsstille bestandighetsklasse M45 og eksponeringsklasse XC4 (NS-EN 206-1).

Ved skjøting av armeringsnett, innstøpte ståldeler m.v. kan det være nødvendig å øke tykkelsen lokalt for å ivareta krav til overdekning.

3.2.3 Etterbehandling

a) Umiddelbart etter påsprøyting skal det påføres min. 0,5 l/m2 membranherder.