1. No category

,#.pBrllrdal Strømme
Side:
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
KURS I FJELL-L,ÐRB
EN KORT INNFØRING I INGENIøRGEOLOGI
av
Dr. scient. Arild Palmstrøm, Berdal Strømme a.s
o:\303220O\dok\tsksLdoo
I
av 48
,r1lþ
BerdalSt¡ømme
Side:
2av48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
Innholdsfortegnelse
l.INNLEDNING
5
2 BERGGRUNNENS OPPBYGNING
2.l Mineraler
5
2.2Bergarter
6
2.2. 1 Størkningsbergarter
7
2.2.2 Sedtmentære bergarter
2.2.3 Omdarmede bergarter
8
2.3 Jordens oppbygning -
8
9
kontinentaldrift
t2
2.4 Dannelse av forkastninger og sprekker (tektonikk)
3 BERGGRUNNSKART
14
4 NORGES GEOLOGI
16
4,lLitt
t6
om bergartene i Norge
5 FAKTORER SOM INNVIRKER PA STABILITET OG DRIVEFORHOLD I TUNNELER 19
5.1 Stabilitet i tunneler og bergrom
19
5.2 Hva er bergkvalitet?
2t
5.3 Bergmasser
2t
5.4 Bergarter - mekaniske egenskaper
5.4. I Noen av bergartenes fysikalske egenskaper
5. 4.2 Metoder for bestemmelse av bergarters styrke
5.4.3 Sprøhetstallet
27
5.5 Oppsprekning - viktige parametre
5.5. 1 Bergmassenes oppqprekning
5.5.2 Sprekkenes mekaniske egenskaper
25
25
26
22
23
24
,,1
5.6 Dagfjellet
5.7 Svakhetssoner
5.7. I Svake bergartslag
5.7.2 Tektoniske bruddsoner (forkastninger)
5.7.3 Svakhetssoners ka¡akter
5.7.4 Sleppematerialer i wakhetssoner
27
28
5.8 Grunnvann - forhold av betydning for lekkasjer i bergrom og tunneler
5. 8. 1 Lekkasjeproblemer
32
o:\303220O\dok\tekst doo
28
29
30
32
29 05 9'l
"{t¡pkrdalStrømme
Side:
3av48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
5.9 Bergtrykk - ytringsformer i bergrom
5. 9. I B ergmassens innvirt<ning på qpenningsfordelingen
5.9.2 Bergtrykkets yEingsform i tunneler og bergrom
5. 9. 3 Bergmassenes innvirlning på bergtrykkets ytringsform
5.9.4 Spenninger i tunneler nær dalsider
6 HVORDAN FORETA BESKRIVELSE AV BERG?
6.1 Klassifiserings-systemer for beskrivelse av berg
6.
l.
I Klassifisering ved Q-systemet
7 FORUNDERSøKELSER
33
34
34
35
36
37
37
38
39
7.1 Plassering av anlegget
4l
7.2 Orientering av bergrom
42
8 BORBARHET OG SPRENGBARHET
8.1 Bergparametre som innvirker på borbarhet
8.2 Bergparametre som
innvirker på sprengbarhet
9 BEREGNING AV SIKRING OG INNDRIFT
1O
AVSLUTNING
44
44
45
45
48
,',lïii"'
Berdal Strømme
Side:
4av48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
1.
INNLEDNING
Bygging av tunneler og bergrom har vært og er fremdeles en meget betydelig industri i Norge.
Gjennom de siste 30 år har vi drevet mellom 75 og 150 km tunnel pr. år. Til sammen har vi i 1997
ca. TS}jernbanetunneler, ca. 850 veitunneler og mer enn 4000 km med vanntunneler for våre
kraftverk. Videre har vi ca.200 kraftstasjons-haller i berg (hvilket er nesten halvparten av verdens
underjordiske kraftstasjons-haller), samt en lang rekke haller for en rekke formål.
I mer moderne tid har vi i første rekke bygd berghaller for
å plassere vannkraftaggregat på en
200
kraftstasjons-haller
befinner seg i berg. Gjennom
måte,
Rundt
slike
og
sikker
økonomisk
byggingen av et slikt stort antall berghaller som befinner seg spredt over hele landet, har naturligvis
norsk anleggsteknikk skaffet seg en betydelig kompetanse. Påstanden om at vi her i landet bygger
verdens billigste berghaller skal vanskelig kunne la seg motbevise.
De teknisk-økonomiske fordeler som ofte vil ligge i å skaffe seg bygningsvolum under dagen
fremfor konvensjonelle bygg i dagen, er da også i de senere år blitt klart for mange utenfor
kraftverk-byggernes rekker. I dag kan en således finne en rekke forskjelligartete anlegg plassert i
berg, bl.a. kan nevnes:
o Lagerhaller for olje, gass og andre petrokjemiske produkter;
. siloanlegg for korn og malm;
o haller for renseanlegg for vann og kloakk, samt som høydebasseng for drikkevann,
. haller for parkeringsanlegg, fryselagre, telefonsentraler, arkiv, idrettsarenaer;
. haller for forskjellig former for forsvarsanlegg
. vêg- og togtunneler.
Økende tomtepriser og skjerpede krav til nærmiljø vil utvilsomtføre
berganleggstyper i årene som kommer vil bli meget lengre.
til
at denne listen over
Dere som til daglig er blant dem som utførerbygging av slike anlegg, har sikkert erfart naturens
mangfold under arbeidet med å sprenge av tunneler og bergrom. Jeg vil lro at mange av dere har
gjort ulike erfaringer med hva som er godt og hva som er dårlig berg. Og dere har kanskje mange
ganger lurt på hva årsaken til de mange variasjoner i grunnforholdene kan være. Mange av dere har
sikkert ulike meninger om dette.
gi informasjon om hva undergrunnen er bygget opp av
samt noen av årsakene til, og hvorfor og når vi møter godt og dårlig berg under tunneldriften. Dette
kurset om Fjell-lære tar derfor sikte pä â gi en kort innføring hvordan berggrunnen er bygget opp
og hvilke elementer eller parametre i denne som har betydning under driving av tunneler, og hva
som befinner seg utenfor tunnelen eller bergrommet.
Jeg ønsker med denne enkle innføringen å
Dere har på kurset fått utdelt noen geologiske bøker som gir en mengde informasjon om disse
forholdene. Jeg vil ikke komme med mye nytt i forhold til det som står der, men heller forklare
nærmere og koble sammen forhold i berget som virker inn på hverandre for at det skal bli lettere å
sette seg inn i disse bøkene.
I tillegg til disse bøkene (Steinar Skjeseths bok 'Norge blir til' og Norsk bergmekanikkgruppes bok
'Håndbok i ingeniørgeologi - berg') vil det bli benyttet materiale fra'Ingeniørgeologi - fiell' som
o13032200\dok\tekst doo
l0 06 97
f iiillii,,.
Berdal Strømme
Side:
5 av 48
Kurs i Fiell-lære for Selmer ASA
benyttes i undervisningen ved NTNU (tidligere NTH) Dessuten er stoff hentet fra
'Brukerveiledning til berggrunnskart over Norge 1:3 mill.' av geolog Ellen Sigmond, utgitt av
Tapir og Statens kartverk 1986 samt fra Prof. Rolf Selmer-Olsens 'Lærebok i ingeniørgeologi' fra
t964.
Litt forenklet kan en si at eningeniørgeolog ved hjelp av sine kunnskaper og ved å tolke de
geologiske forhold kan medvirke til at anleggstekniske problemer unngås eller løses på en
hensiktsmessig måte. Jeg skal komme inn på hvordan vi ingeniørgeologer arbeider - hvordan vi
analyserer den geologiske informasjon vi kan finne, utfører grunnundersøkelser og kobler de
tilgjengelige dafa sammen til våre vurderinger av berggrunnens sammensetning og kvalitet. Videre
vil jeg komme inn på noen av de metodene vi benytter oss av for å kunne foreta beregning av
stabilitet og sikring. Daingeniørgeologen bruker geologiske data, må han forstå fag-geologene;
oversette til tekniske begrep og tall de erfaringer og opplysninger geologene innehar. Han må også
kunne kommunisere med dere som driver tunneler, få opplysninger deres om hvordan f,ellet
oppfører seg når dere sprenger, rensker og sikrer. Han må videre forstä og sette seg inn i hva som
kan være årsaken til problemer dere måtte ha med boring, sprengning, sikring eller lignende.
vil bidra Ill økt interesse for geologi og bergteknikk,
og utveksling av erfaringer når vi neste gang møtes på stuff.
Jeg håper dette kurset
2
BERGGRUNNENS OPPBYGNING
2.1
Mineraler
og
til
en fruktbar dialog
Bergarter er sammensatt av ulike mineraler med varierende egenskaper. En beskrivelse av disse er
gittpä de siste sider i'Norge blir til'. For å identifisere mineralene benytter en seg av en rekke
fysikalske egenskaper såsom farge, strek, glans, ripehårdhet, spalteriss, lysbrytningsevne, spesifikk
vekt, magnetiske egenskaper osv. Også med hensyn til mekaniske egenskaper uttrykt ved elastisitet
og styrke viser mineralene store innbyrdes variasjoner. Spesielt er det viktig for bergartenes
materialtekniske egenskaper at enkelte mineraler viser meget stor forskjellig elastisitet og styrke i
ulike retninger.Bergarter som inneholder slike mineraler med samme orientering vil preges av
større eller mindre grad av anisotropi i sine egenskaper.
Foruten at bergarter som materiale varierer med typen, mengden, størrelsen, formen og
orienteringen av mineralene, vil også sammenbindingen mellom mineralkornene kunne ha en
betydelig innvirkning på materialegenskapene. De enkelte mineralkorn er bundet sammen med
uhyre tynne kontaktsoner som er av en annen beskaffenhet enn selve mineralene. "Limef' antas å
bestå av en vandig oppløsning med tykkelse mindre enn 1/1000 mm. Bindingskreftene mellom
mineralene langs denne kontaktsone kan være høyst forskjellige i bergartene selv ved de samme
mineralkombinasjoner. Der bindingen er særlig løs, skyldes dette ofte en forvitring (degenerering)
som bergarten har vært utsatt for.
Grensen mellom kornene kan være relativt enkle, jevne flater eller mer komplekse, hvor
fingerformete utuekster hos ett mineral griper inn i neste mineral, se Figur 1. Enkelte mineraler vil
kunne gi bergartsgrupper særpreg ved spesielle påkjenninger. Et eksempel er kvafts som har enhøy
ripehårdhet (7) og glassaktige bruddflater. Slitasjen på stål og hardmetall vil være sterkt avhengig
av kvartsinnholdet i eruptive og metamorfe bergarter. I sedimentære bergarter har kvartsinnholdet
to 06 91
,rÍpBrel'dlalSt¡ømme
Side:
6av48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
mindre innvirkning på slitasjen da kvartskornene her er avrundete og ofte løst sammenbundet. Ved
de fleste andre former for mekaniske pfüjenninger betyr varierende kvartsinnhold lite. Tabellen
under viser hardheten for noen karakteristiske mineraler.
Moh's
hå¡dhet
I
2
3
4
5
6
7
Mineral
Hardhet
Talk
Flusspat
Apatitt
risses vanskelig med
Feltspat
risser såvidt glass
risser lettere glass
Gips
Kalkspat
Kvarts
kniv
I
Topas
9
10
lett med neglen
mindre lett med neglen
lett med kniv
mindre lett med kniv
risses
risses
risses
risses
Konrnd (safr,
Diamant
rubin) I tisser med letthet glass
)
Mens det omtrent er samme lineære forholdet mellom hardheten
40 etter denne lineære skalaen.
cf
vorls
ronill)
Xorncl slruklur
(9
Figur
I
kvortsi ll)
Gronoblqslicl
(
slruk tur
til
de 9 første, har diamant hardhet
s)
Porotlcll ¡lruklur Of i-tislr slruklur
(
9lìmm crsl ilcr)
(diobo
( sondstein)
Bruddslykke
¡lruklur
Teksturer i ulike bergarter.
De viktigste bergartsdannende mineralene er:
Feltspat
Pyroksen og hornblende
Kvarts
59 Yo av jordskorpen
Glimmer
Andre mineraler (vesentlig kalkqpat, kloritt, olivin, ganat)
s%
9%
2.2
75 Y"
12%
Bergarter
En bergart er i internasjonal geologisk språkbruk alle de faste, naturlige bestanddeler som
jordskorpen er bygget opp av. Granitt, gneis, leire, sand, ja til og med is i en isbre er derfor strengt
tattbergarter. I mange andre land fînner man alle overganger mellom fast fie11, løse bergarter og
løsmasser, og der er en slik bruk av ordet bergart naturlig.
o:\3032200\dok\tekst doc
,r/&ærdalStrømme
Side:
7av48
Krus i Fjell-lære for Selmer ASA
Mineralene vil være forskjellige avhengig av hvordan bergartene er dannet. Derfor er det fornuftig
først å se litt på de de hovedprosesser som bergarter utsettes for. Diagrammet på siste side i
'Handbok ingeniørgeologi - berg' gir en samlet oversikt over bergartenes dannelse. I det følgende
skal det gis en del kommentarer til dette.
Etter sin dannelsesmåte kan bergartene deles i følgende grupper:
- størkningsbergarter
- sedimentære bergarter eller avsetningsbergarter
- omdannede bergarter (dannet fra de to andre nevnte grupper)
2.2.
1 Størkningsbergarter
Dette er bergarter som har størknet eller krystallisert ut fra en steinsmelte (et magma). Noen har
størknet dypt nede i jordskorpen i store masser; disse kalles dypbergarter (Fig. 2). Andre steder har
smelten trengt inn i sprekker og svakhetssoner og størknet som ganger, - disse bergartene betegnes
gangb er garte r (F igar 2).
Figur
2
Størhringsbergarter inndeles i dyp-, gang- og dngbergarter avhengig hvor de er sÍørhtet.
Under vulkanutbrudd trenger steinsmelten helt frem i dagen og renner som lava ut over større eller
mindre områder på land eller sjøbunnen. Bergarter som slik er dannet fra en steinsmelte som har
oppståU i dypet, men som er størknet i dagen kalles dagbergarter eller vulksnske bergarter.
Under den eksplosive fasen av et vulkanutbrudd slynges aske (vulkansk steinstøv), steinblokker og
biter av størknet lava ut fra vulkanen. Nærmest utbruddstedet avsettes agglomerater ogvulkanske
breksjer; disse består av større bergartsbruddstykker og størknede lavaklumper som ligger i en
usortert grunnmasse av mer finkornet vulkansk materiale. Lenger fra vulkanen vil de finere
askekornene falle ned, - det flrneste støvet kan holde seg svevendehøyr oppe i luften meget lenge, i
enkelte tilfelle i flere år. En bergart som er bygget opp av sammenkittede askekornkalles tuff.
o:\303220O\dok\tekst doc
29 05
9'7
+#gkrdalStrømme
Sde
8av48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
I de fleste dypbergarter (som er middels- til grovkornete) kan en se de enkelte mineralkorn tydelig.
I granitt f.eks. er de vanligste mineralene kvarts (hvit, grå, glassklar), kalifeltspat (lys rød),
plagioklas (hvit, stedvis med grønnligskjær) og biotitt (svartbrun). Gang- og dagbergarter som har
krystallisert raskere på grunn av hurtigere avkjøling, er finkornete.
2. 2.
2 Sedimentære bergarter
De sedimentære bergartene er opprinnelig avsaff på jordoverflaten som løsmasser (sedimenter),
som ved senere sammenkitting og sementering er blitt til faste bergarter. Løsmassene består av
partikler, korn og bruddstykker som er dannet ved nedbrytning (forvitring) av bergarter. Disse
rtøo. eller mindre partikler og bruddstykker forflyttes til avsetningsstedet ved hjelp av vann (elver,
havstrømmer, slamstrømmer), isbreer eller vind, eller ved direkte utrasning (skred). De avleires på
bunnen av hav, innsjøer og elver, i strandsonen, langs dalsider og foran og på sidene av isbreer.
Sedimentene som dannes (og de tilsvarende sedimentære bergartene) er leire (trl leirstein), slam (til
slamstein), sand (til sandstein), grus og rullestein (trl konglomerat), ur (til sedmentær breksje) og
morene (ttl tiilitt).
Sedimentære bergarter som er viktige av økonomiske grunner er kollcstein og dolomill. Kalkstein er
hovedsakelig dannet ved forsteining av alge- eller korallrev og fra sand og slam som består av korn
og partikler fra kalkskall og skjeletter (vesentlig fra bunnorganismer). Kalkstein kan videre dannes
ved kjemisk utfelling av sjøvann mettet på kalsiumkarbonat. Dolomitt og dolomittisk kall<stein er t
de fleste tilfeller dannet av kalkstein ved delvis utskifting av kalksteinens kalsium med hav-vannets
magnesium.
Karbonholdige sedimenter dannes av plantemateriale som begraves så hurtig under andre
avsetninger at det organiske stoffet ikke blir fullstendig nedbrutt (oksydert). Etterhvert som
sedimentet blir dypere begravet, vil vann og flyktige bestanddeler forsvinne, mens karbon (kull)
blir anriket. I enkelte sedimentære bergarter kan man fînne forsteininger eller fossiler. Dette er
rester etter døde planter og dyr som raskt ble begravet under leire, slam og sand, og derved
beskyttet mot ødeleggelse.
2.
2.3 Omdannede bergarter
dannet, er mange bergarter blitt foldet og skjøvet
sammen. Andre bergarter er førtned på stort dyp en eller flere ganger; de er blitt utsatt for stort
trykk, høy temperatur, og noen er smalet helt eller delvis. På grunn av formendring som skyldes
I løpet av den lange tiden som er gått siden de ble
omþstallisasjon eller nydannelse av mineraler under rettet (høyt) trykk oghøy temperatur, har de
fleste omdannede bergarter fåU en planparallell orientering av mineralene. Bergartene er blitt
eller skifrige, og de opprinnelige strukturene (som f.eks. bergartens lagdeling) kan være
ødelagt. På fagsprfüet kalles omdannede bergarter for metamorfe bergarter. Forstavelsen meta angir
folierte
at bergarten er meta-morfosert (= omdannet). F.eks. er metasandstein en omdannet sandstein.
Vi kan dele de omdannede bergarter i tre hovedtyper (se figur side 76.i 'Norges geologiske historie'
og Fig. 15.2 ogfigur side 141 i'Handbok i ingeniørgeologi'):
o:803220o\dok\tekst doo
29 05 91
,#¡EBr¿rdal
St¡ømme
Side
9av48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
1. Omdannede størkningsbergarter. Dette er granitter dioritter, gabbroer etc. som pga.
pfüjenninger (fra trykk og temperatur) har fått en viss parallellorientering av mineralene. Vi kan
se at de begynner å få strukturer i form av striper eller lignende.
2. Omdannede sedimentære bergarter. Her vil vi kunne få en rekke forskjellige bergarter. De mest
vanlige er lwartsitt, fyilitt, glimmerskifer,
3.
Omdannede bergarter av ukjent opprinnelse. Svært ofte er det vanskelig å kunne finne ut hva
den opprinnelige bergarten var. Dette er tilfelle med gneis som er den mest vanlige metamorfe
bergarten i Norge. De fleste gneisene er av ukjent opprinnelse, idet de kan være en omdannet
dyp- eller dagbergart, eller de kan opprinnelig ha vært en sandstein. Migmatitter og
migmatittiske bergarter er sterkt omdannede bergarter som består av en mørkere, vanligvis
gneislignende eldre del og en lysere granifiisk-nydannet del. Den sistnevnte danner vanligvis
uregelmessige årer og ganger som giennomsetter den eldre delen.
Langs skyvegrenser og forkastninger dannes det mange steder mylonitter. Dette er finkornete,
flintaktige bergarter som er dannet ved fullstendig nedknusing av bergartene langs bevegelsessoner,
2.3
Jordens oppbygn¡ng - kontinentaldrift
Jorden er en kule med radius 6377 krî. Den er flattrykt ved polene (21 km). Ujevnhetene på
jordoverflaten er nesten 20 km - fra dypeste hav (ca. 11 km) til høyeste topp (på knappe 9 km).
Denne høydeforskjellen er mindre enn ujenhetene på en appelsin hvis vi tenker oss jorden
forminsket til denne størrelsen.
A
B
c
D
5470
C) -
A)
B)
Figur
3
Atmosfær€n
Skravert = jordskorpa, E-35 km
liukk (s¡al-laget)
Den ovre delen av manlelen
(sima-lagel)
D) E) F) G) -
Overgangssone
Oen indre manlelen
Oen ylre kj€m€n (tett skrav€rl)
D€n indre kjernen (med rein Fe- Ni)
SterU forenklet snitt ov iorden
o:Li032200\dok\trk!td@
29 05 9'l
,{lfti,ærdal Strømme
10 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
Det er flere teorier om oppbygningen av jordskorpen. En av den er at den består av:
o Et ytre skall på 50 km tykkelse under fastlandene, mindre under dyphavene.
. Et (utrabasisk) lag ned til 1200 km.
. Under disse fastelagene eller skallene er det etter hvert mer og mer flytende masse ned
jordens sentrum.
til
En kan forenklet si at skallet (jordskorpen), som er delt opp i en rekke 'flak' eller kontinenter, flyter
på de tyngre, flytende lagene under.
Det tok mange ãr îra Alfred Wegener i 191 5 lanserte idéen med kontinentaldrift til den ble alment
akseprert i tõOO-årene. Da dette skjedde, fîkk geologene et meget viktig utgangspunkt til forståelse
giennom årene
au jordens utvikling. En mengde av de observasjoner geologene hadde giort opp
historie.
geologiske
kunne plustselig forklares. Dette gjelder ikke minst Norges
OOUKTER
jR0sJ0NSPRo0UKIER
SEOI MENTASJONSBASSEN
S
ã
6
FROSJONSPR
GRUNN
FJ
ELL
z.
2
ltJl
Y
É.
o
ll-
NEOSYNKNIN6 AV
BUNNEN
Fígur 4
Når kontinent som beveger segfra hverandre, dønnes store hwbasseng hvori det
qvsettes store mengder sedimenter
AKTIVITET
-OEKKE
SEDIMENTER
7
JELL
MA6MA
t
.',t
Fig 5
' ": " l-'
': 1;,
::
Når to kontinenter beveger seg mot hverandre presses de avsatte sedimentene sammen
(foldes). I tilteggforegår vulkansk aktivitet i forbindelse medfiellþededannelse
o:\3032200\dok\tekst doc
29 05
9'7
+¡,.þ.Berdal
Strømme
Side:
ll
av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
Når to eller flere kontinenter beveger seg fra hverandre dannes havbasseng mellom dem hvor det
avsettes sand silt og leire (Nordsjøen). Når de beveger seg mot hverandre presses bergartene
sammen, dannes fiellkjeder. Dette er blant annet tilfelle i Himalaya'
\-
-t----L
-- --t
-Y
\
\
135 mi
i- -l
'-7
I
-- /-
I
-t
I
_-L
I
t--
t-
ago
- --'^a..
__L
----t-
I
-
ll. y ears
I
I
-J-
Today
/-/gg
ñ
Figur
6
Scandinavia
Greenland
õ^
r- - -
\
aJ_ |l_-Y
-\->È\
,\/ñæ/-_
/-.0
50 mitt. years
fnom tod ay.
Beliggenhet av Grønland og Skandinavia.
Øverstfor 135 tnitl. år siden; i midten i dag; nederst antatt om 50 mill. år
Norge har vært mye nærmere ekvator enn i dag. Kullforekomster i Nordsjøen og på Andøya viser
dette. Geologene antar alNorge i fremtiden vil bevege seg østover mot Sibir.
o:\3032200\dok\t€tst doc
.,.43rBerdalStrømme
12 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
2.4
Dannelse av forkastninger og sprekker (tektonikk)
Den faste del av jordskorpen er aldri helt i ro. Bevegelser foregår til alle tider og i alle strøk av
verden. En viktig del av disse er de tehoniske bevegelsene. Dette er brå, voldsomme bevegelser
innen avgrensede områder. De foregår som plutselige spenningsutløsninger (ordskjelv) ved at deler
av jordskorpen forskyver seg i forhold til hverandre langs en bruddsone som følge av bevegelser
dypere nede i jordskorpen. Bruddsonen er ofte tilnærmet plan.
Størrelsen av forskyvningen kan være fra noen få centimeter ved små forkastninger. Ved store
forkastninger kan den løpe opp i flere tusen meter. Slike store forskyvninger skyldes ikke bare en
enkelt spenningsutløsning, men kanskje mange tusen små forskyvninger fordelt over et langt
tidsrom.
Disse store bruddlinjene (svakhetssonene) danner grove mønstre av mer regional karakter, Figur 7.
Parallellitet sonene vil ofte ha lik utvikling med henblikk på type av mineralutfellinger og
leirdannelser. I noen regioner ligger sonene meget spredt, i andre forholdsvis tett med få hundre
meter mellom større soner. Større forkastninger fînnes sjelden alene. Det finnes ofte flere parallelle,
mindre forkastninger innen fä hundre meters avstand, slik det fremgå av Figur 8.
Figur
7
Regionalt bruddmønster av svakhetssoner (linjer) i og bergart-struhurer (prikket) i
Fosenområdet.
Det er i første rekke den kraftige erosjonen eller høvlingen av f,elloverflaten under istiden som er
grunnen til at svakhetssonene i berggrunnen i dag fremtrer som kløfter og depresjoner og på denne
måten danner mønstre i det topografiske bildet (Figur 8).
o:LÎ032200\dok\tek!t doo
+#fukrdalStrømme
13 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
Snit
t
gjcnnom fckoslrúrPsone.
Forkostct flell
3cncre erodcrt.)
Den cksisterendc
f
llovcdlorto
Figur
8
*ningJ-
iellôvcrllote.
\-\.¡o.¡orrninger mcd l¡ldG13
frl¡t
korotter
i
bruddsø¡cn.
Snitt gjennom enforkastningssone som er blitt erodert.
I Norge har vi et system av store forkastninger blant annet i Oslo-feltet (Se side 38 i boken 'Norges
geologiske historie'). En 40 - 70 km bred landstripe fra Langesund til Mjøsa har sunket sk¡ått ned.
Jordskorpen har også sprukket opp i en mengde mindre flak. Innsynkningen er opptil 3000 meter i
forhold til bergmassene på østsiden, se Figur 9). Gjennom denne forkastningen skal Drøbaktunnelen drives.
Et vanlig fenomen som henger sammen med foldninger er overskyvninger. Dette er store, relativt
tynne flak av jordskorpen som blir revet løs og skjøvet frem over andre fiellpartier. Slike flak kalles
sþvedekker. Disse kan være liggende folder som er slitt av etter plan nær parallelt foldningsplanet
og skjøvet framover det underliggende.
Samtidig mecl dannelse av bruddsoner dannes sprekker. Sprekkene kan enten ha oppstått som
strekkbruddsprekker ved at sidene på sprekken har beveget seg fra hverandre, eller som
skjærbruddsprekker ved at sidene har beveget seg langs hverandre. En sprekk kan i sin levetid ha
vært utsatt for flere forskjelligartete påkjenninger, jo flere dess eldre den er. Graden av
oppsprukkethet og typen av sprekker i en bergmasse vil være avhengig både av bergartens
mekaniske egenskaper og de påkjenninger bergmassen har vært utsatt for.
29 05 91
,fifrkrdalSt¡ømme
Sde
14 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
BERGGRUNNSKART
Geologenes observasjoner på jordoverflaten blir plottet på geologiske kart. Et geologisk kart er
geologisk kunnskap om et område i konsentrat, det inneholder både en mengde iakttagelser og gir
geologens samlede vurdering av berggrunnens oppbygging. Geologiske kart gir oftest også
opplysninger om hvilken alder de enkelte bergartene har. Videre viser de forløpet av større
forkastninger og skyvegrenser.
Fig.
9
Forenklet tverrsnitt av den store forkastningen langs østsiden av Oslofiorden. De
prekømbriske, kømbro-siluriske og permiske bergartene på vestsiden av þrkøstningen er
sunket ca. 2000 m i forhold til de prekambnriske bergartene på østsiden.
Et berggrunnskart viser således utbredelsen av ulike typer bergarter og løsmasser. I Norge er det et
skarpt skille mellom fast !ell og løsmasser, ettersom så å si alle bergartene er harde (sterke).
Et geologisk kart er et nødvendig grunnlag ved arealplanlegging, ved anleggsarbeide i {ell, for
leting etter bygningsstein, verdifulle mineraler, malmer, pukk, grunnvann eller olje. Det meste av
o:L103220O\dok\tekst
doc
29 05
9'7
,¿{tf¡,Èrdal Strømme
15 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
^\
a-')
--<r_iJ_,9
\t
,\_
'
)rL--
n/?
v;
Foúastning hvor betgadene et sleßl
op pkn u sl I angs bevege lse sql a n el
Dypberganat som giennomsetlet gne¡sene
q da sedimenlære Þetganene
Berggrunnskart
I
Norges geologiske undersøkelse
HAVSØYA
: 50000
í/. - -.-r'/
-,
\ I
// \
l'-,-, t/-',
'
g2s
|
r J - r-r
\
t
ñt),
,- , .'
, !'t'-,,L_-/o,.t
l¡-, t - -, ' --ìtt
t t
.'r-.'.'''
/-\
\ - I / -i
'--
l,
/
trî)
\ I I f . - )\
\r\t*¡yr¡l
*=--:Y
r rÁ/
i..Jr-
tlr+-!
I
l'-\ , ,4
Gangbergârt av silurisk alder
Diabas
oybbergart av ordovicisk alder
Syen¡lt
Sedlmentære bergarter av kambrisk alder
l--l
Fyll¡tt
-
Metasandste¡n
E-"¡
Fig.
9
Konglomerat
l-
;¡
l'-vl
-l*l
_;
Omdannede be.garter av
prekambrisk alder
Granitt, foliert
Amfibolitl, anlatt omdannet basall
Kvarîsrik gneis, antatt omdannet
sediment
Bergarlsgrense
Forkastning
Strok og lall
Øverst "Havsøya" sett i fugle perspeUiv, nederst et geologisk knrt over øya.
Bergartene på Havsøya har vært gjennom en lang og komplisert historie. Med noe trening kan man lese dette
hendelsesþrløpet direkte ut av det geologiske kartet. En geolog vil f,eks. strdks se at den mest fundamentale grense
på det geotogiske kartblad "Havsøya" er den mellom de gamle prekambriske gneisene og konglomeratet. Her er
aldersforskjellen mellom de bergartene geologen står på og de han ser på er over 400 millioner år!
29 05 91
*#þærdal Strømme
Side:
16 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
Norge er i dag geologisk kartlagt, men kvaliteten på kartene er en del varierende fordi mange av de
geologiske observasjonene kartene bygger på er gamle og unøyaktige ved at de ble plottet på et
dårlig topografisk grunnlag.
En bergartsgrense danner skillet mellom to bergarter. Grensestreken på kartet viser hvor
grenseflaten kommer ut i dagen.
Enfortrastning er som nevnt en bruddsone hvor bergartene på den ene siden av sonen har beveget
seg i forhold til den andre siden. Små bevegelser over meget lange tidsrom kan bevirke at den
samlede forskyvningen langs en forkastning til slutt kan bli flere kilometer. En slik forkastning
finnes langs østsiden av Oslofiorden, hvor bergartene vest for bruddsonen ved Jeløya har sunket ca.
2000 m i forhold til bergartene øst for bruddsonen. (Fig. 9).
En sþvegrense eÍ en opprinnelig tilnærmet flattliggende forkastningsflate. På denne flaten er store
bergmasser skjøvet frem over underlaget, og den relative bevegelsen kan være over 100 km.
Tegnforklaringen på geologiske kart er satt normalt opp slik at de eldste bergartene står nederst og
de yngste øverst. Overskriftene forteller hvilke hovedgrupper av bergarter som inngår, og i hvilket
tidsrom de er dannet. For en som ikke er fagmann kan tegnforklaringen inneholde mange
vanskelige navn på bergarter og tidsrom: granitt, tonalitt, prekambrium, arkeikum osv. Imidlertid
trenger man ikke å forstå alle disse betegnelsene for å ha glede av kartet. Det er viktigere å vite
hvilken hovedgruppe hver enkelt bergart tilhører, og hvilken alder den har. Disse forhold fremgår
av figuren på side l4l i 'Handbok i ineniørgeologi', hvor bergartenes dannelsesmåte er skjematisk
fremstilt, samt av oversikten på kartet hvor alderen for de enkelte tidsrom ofte er angitt. (En tabell
som viser tidsinndelingen også i kvartærtiden er vist på side 139 i 'Håndbok i ingeniørgeologi')'
NORGES GEOLOGI
på de geologiske kartene over Norge (som fînnes i begge de to tidligere nevnte bøkene) er de eldste
bergartene ca. 2800 mill. år gamle, de yngste ca. 100 mill. år.
noe ti-tusener år vil normalt bergartene i og nær overflaten giennomgå forvitring og etter
hvert få karakter av løsmasser hvis forvitringen får fortsette. Denne forvitringssonen kan i land der
den har har vart lenge, være mange titalls meter tykk I Norge har breene gjennom flere istider de
siste 2 mill. år høvlet ned og f ernet løsmassene samt de forvitrede bergartene ved overflaten.
Derfor er geologien generelt lettere å studere i vårt land enn i de fleste andre land.
lløpetav
4.1
Litt om bergartene i Norge
Dypbergarter ftnnes mange steder i Norge, blant annet består berggrunnen langs ytre Oslofiord for
,nìto. del av dypbergarter. Folk bor her på bergarter som opprinnelig størknet dypt nede i
jordskorpen. Det forhold at disse nå er kommet i dagen, skyldes at bergartene som den gang 1å over
dypbergartene, er slitt (erodert) vekk gjennom millioner av år.
Gangbergarter er vanlige i Norge, men disse er for små til å komme med på det geologiske Norgeskartet. Enkelte permiske ganger av rombeporfyr kan imidlertid ha en meget stor utstrekning;
mellom Tyrifiorden og Valdres kan den lengste følges over I l5 km! Dagbergarter eller vulkanske
bergarter forekommer f.eks. päJeløyaog på vestsiden av Oslofiorden. Disse bergartene var
o:13032200\dok\tekst
doc
.,,i.1.r,bærdalstømme
Side:
L7 av 48
Kurs i fiell-lære for Selmer ASA
opprinnelig glødende lava som fløt utover under vulkanutbrudd i permtiden for 250 - 290 mill. år
siden.
Et vulkanutbrudd kan vare i årevis med en jevn lavautstrømning, eller det kan foregå som en serie
gigantiske eksplosjoner. I det siste tilfellet etterlates det bare et stort eksplosjonslcrater. Etter et slikt
ãtsptosivt utbrudd kan det senere skje en ringformet innsynkning av jordskorpen; det kan bli dannet
Oslofeltet er det mulig å studere de fleste vulkanske bergarter og fenomener, og her
"n-l*ld"ro.I
finnes også rester etter eksplosjonskratere og store kalderaer, bl.a. ved Glitrevann, Drammen og
Ramnes. Kalderaene fremtrer ikke som fordypninger i landskapet i dag; erosjonen etter permtiden
har utjevnet jordoverflaten, se side 38 i'Norges geologiske historie'..
Av sedimentære bergarter har vi i Norge leirstein, leirskifer og sandstein. Kalksteiner finnes
særlig i Oslo-Mjøsa området og i Nordland. På nordøst-siden av Andøya forekommer faslandsNorgãs eneste sedimentære bergarter som inneholder lag av kull. I tillegg er disse sedimentene
fastifudets yngste bergarter, "bare" ca. 100-150 millioner år gamle. Andøya er det eneste sted på
"fastlandet'j huor vi finner de samme unge bergartene som ute på kontinentalsokkelen.
I Norge forekommer fossiler i lagene fra kambrium- til permtiden. I Oslofeltet der disse bergartene
er lite omdannet, er det mange steder fossilførende lag. Også i de yngre bergartene pã Andøyafra
jura- og krittiden er det fossiler.
Fig. I I
Devonske (400 milt. år gamle) meta-sandsteiner nær Ålfotbreen på W-landet.
Bergartene er tydetig lagdelt, og lagene heller innover i bildet.
o:\303220o\dok\tlk!Ld@
2905n
,,.f,pþrdalStrømme
Side:
18 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
De fleste bergarter i Norge er som nevnt over gamle, og er mer eller mindre omdannet. Omdnnnede
dypbergarterfinnes svært mange steder, de vanligste av disse er folierte granitter av prekambrisk
alder.
i lagrekker fra ulike tidsrom. Disse viser at vulkanutbrudd
jordhistorien
(fra de tidligste tider - arkeikum - til perm).
har forekommet i Norge gjennom hele
Bergarter av vulkansk opprinnelse fînnes i alle norske fylker (muligens med unntak av VestAgdir). Den mest utbredte dagbergart på jorden i det hele er basalt. Svakt omdannet basalt
grønnsteinene har en kjemisk
$yønnstein) dekker store områder f.eks. i Trøndelag. Disse
sammensetning som er svært lik den til basaltene som finnes på havbunnen i dag. De grønne
bergartene i Trondheim er altså opprinnelig basaltiske lavaer som fløt utover den daværende
havbunnen en gang i kambro-ordovicisk tid. Mange av landets viktigste kobber- og
svovelkismalmer opptrer i forbindelse med disse omdannede basaltene.
Omdonnede dagbergarler forekommer
Ved middel-grads omdanning av basalt dannes amfibolin (metabasalt). Denne, - og andre
omdannede vulkanske bergarter som meta-andesiu og metarhyolitt, - er utbredt i den nordlige del
av Setesdal og Telemark og å Finnmarksvidda.
Figur 12 Utbredelse øv kaledonskefiellkjede-bergarter i Sknndinavia
er
Slike bergarter dekker store områder av vårt land. Vi finner f.eks. omdannede sandsteiner i
Gaustatoppen, på Lifiell og i Seljord, (metasandstein), i området fra Gudbrandsdalen østover til
svenskegìãnr.n og fra Reisadalen til Tanafiorden. I områder hvor disse er sterkt deformert, er det
dannet skifer som kan nyttes til bygningsstein, f.eks. skifer fra Oppdal og Alta. Med økende
omdanning av leirstein får vi henholdsvis leirskifer, fyllitt, glimmerskifer og glimmergneis. Slike
O mdanne
de
o:\3 0322O0\dok\tcksLdoc
se
di me nlær e b er gart
29.05 91
+tfsMalStrømme
Side:
19 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
bergarter forekommer fra Jæren helt opp til Finnmark. Leirskifer og fyllitt smuldrer lett opp og gir
vanligvis god jord. Kalkspatmarmor og dolomittmqrmor, dvs. omdannet kalkstein og dolomitt,
fînnes flere steder i landet, men er særlig utbredt i Nordland.
Omdonnede bergarter qv stedvis ukjent opprinnelse
Mange bergarter er så sterkf omdannet at vi stedvis ikke kan finne ut hva de opprinnelig har vært.
En slik bergart er gneis. Dette er en bergart som mere enn noen annen kjennetegner Norge; det er
lettere å fortelle hvor i landet gneis mangler, enn.å fortelle hvor den forekommer!
Amfibotitt er en annen bergart som kan være omdannet fra ulike typer bergarter; den kan være
dannet av en dypbergart, en dagbergart, eller være av usikker opprinnelse.
Migmatittisk gneis og migmatlll finnes bl.a. i det store gneisområdet fra Sognefiorden til Vikna.
Her har bergartene vært omdannet på stort dyp under så høyt trykk at man enkelte steder kan finne
den sjeldne bergarten eklogitt. Ved å undersøke disse bergartene kan man finne ut noe om
forholdene på store dyp (kanskje 60-70 k- dyp), eklogitter er derfor gienstand for interesse fra
forskere over hele verden.
I Norge er (helt uomdannede) størkningsbergarter og sedimentærebergarter sjeldne,dette mye fordi
vi på fastlands-Norge ikke har bergarter yngre enn ca. 250 mill. år.
Det viktigste geologiske trekk i Norge kan summeres til:
. Grunnûell bestående av gamle (prekambriske, dvs eldre enn ca. 600 mill. år) gneiser og granitter
. Fjellkjede-bergarter (kaledonske, opprinnelige sedimentære og vulkanske bergarter dannet for
400 - 600 mill år siden). Figur 12 viser utbredelse av disse.
. Unge løsmasser i form av sedimenter (sand silt leire) og morene avsatt under og etter siste istid
(som sluttet for 10.000 år siden)
FAKTORER SOM INNVIRKER PA STABILITET OG DRIVEFORHOLD
TUNNELER
5.1
I
Stabilitet i tunneler og bergrom
Ved vurdering av stabilitetsforholdene er det egenskapene hos bergmassene rundt bergrommet eller
tunnelen og den situasjon de befînner seg i, som interesserer. På grunnlag av de måter
stabilitetsproblemene ytrer seg i et anlegg, kan en dele dem opp i fire hovedtyper:
1.
inntreffer ved ugunstige vinkler mellom
i bergrom med svært lave spenninger (som i
dagfiellssonen), ved fremstikkende hjørner i et bergrom samt nær og i svakhetssoner.
Orienteringene av sprekker, slepper og svakhetssoner i forhold til konturen samt
friksjonsforholdene på disse sprekkene er av avg¡ørende betydning.
Utfalt
cN masser pga. deres egen tyngde. Dette
sprekkene slik at blokker løsner, blant annet
2.
Avskallinger øv bergmasser i form av bergslag og sprakeberg. Dette inntreffer i deler av
konturen i bergrom der det er høye eller særlig anisotrope spenninger som lokalt overskrider
o:\3032200\dok\tckst doo
29 05 9'7
+fr',¡,B¿y¿^l
5tømme
20 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
bergmassenes styrke. Vann
bergartene.
J
til kunne
ha innflytelse ved at det påvirker styrken på
Utpressing qv mqsser fra svakhetssoner og svake bergarter. Dette skyldes enten utviklingen
av svelletrykk i enkelte leirmineraler når disse får tilgang på vann, eller det skyldes alene
bergtrykket på svake bergarter eller sterkt oppknuste masser, såkalt'skvise- eller tyteberg'.
Også i det siste tilfelle vil vann medvirke til utviklingen av stabilitetsproblemet idet den
indre friksjon i den oppknuste masse reduseres ved tilgang på vann. Materialegenskapene,
\
spenningssituasjonen og vannforholdene viktigste faktorer ved denne type
stab ilitetsprob lemer.
T.tl':9*á
SVAK OG GLAII
V,
Figur
13
o:\303220o\dok\tckst doc
SKJ€RSONE
Utfall av skifrige bergmasser nær slepper og svakhetssoner. Eksempelfra Bratsberg
lcrafiverk
29 05 9'l
,¿ifþBfJrdal
Stømme
Side:
2I
av 18
Kurs i Flell-lære for Selmer ASA
4.
Unasking cN masser fra svakhetssoner eller lettsmuldrende bergarter. Dette inntreffer hvor
enten selve svakhetssonen er sterkt vannførende eller hvor sonen umiddelbart innenfor
konturen krysses av en sprekk med høyt sprekkevannstrykk og stor vannføringskapasitet.
Typisk lettsmuldrende bergarter er unge, porøse sandsteiner med lav diagenesegrad (dvs.
dårlig sammenliming mellom mineralkornene). Sammensetning og egenskaper hos sone- og
bergartsmaterialet, bl.a. materialets oppløsningsevne, er sammen med vannmengder og
vanntrykk de dominerende faktorer ved denne type stabilitetsproblemer.
5.2
Hva er bergkvalitet?
Bergkvalitet - når det gjelder driving av tunneler og bergrom - knytter seg for en stor del til
stabiliteten og behovet for sikring i anlegget, men omfatter også borbarhet og sprengbarhet. Videre
er slitasje på borkroner (og TBM disk-kuttere) faktorer som kommer innunder dette begrepet. I
mange tilfelle regnes også lekkasjer som en del av bergkvaliteten. En klassifisering av
bergkvaliteten med hensyn på stabilitet, er gitt i Q-systemet
.
I tillegg til forekomst av enkelte mineraler (glimmer, kloritt, visse type kvarts) nevnt tidligere er det
for en stor del styrken og mengden av bruddplan (sprekker, slepper, soner) som er de parametre
som sterkest innvirker på bergkvaliteten for tunneldrift.
5.3
Bergmasser
I material- og anleggsteknisk
henseende kan det være hensiktsmessig å deflrnere begrepet bersmasse
som det faste materiale som finnes in situ bestående av bergarter gjennomsatt av sprekker.
Spennings- og grunnvannsforhold er faktorer som.innvirker på den tilstand bergmassene beflrnner
seg i.
Bergmasser er derfor materialer som i teknisk henseende er ytterligere mer kompliserte enn
bergarter idet de foruten å være inhomogene og anisotrope også er diskontinuerlige. Ved
stabilitetsvurderinger av bergmasser både i dagen og under jord vil ofte det faktum at materialet er
gjennomsatt av svakhetsplan fullstendig overskygge andre materialegenskaper som f.eks. bergartens
styrke.
Bergmassene utg¡ør så store volum at de materialtekniske egenskaper må måles in situ. Det finnes
imidlertid få direkte metoder for dette. Derfor karakteriseres oftest bergmasser ved hjelp av de to
hovedfaktorene som er med og karakteriserer materialet, nemlig bergartenes egenskaper og
sprekkenes egenskaper, antall, lengde og orientering. Det siste omtales i kapittel 6.
5.4
Bergarter - mekan¡ske egenskaper
Som nevnt foran er bergarter bygget opp av en varierende mengde av ulike mineraler med til dels
store variasjoner i egenskaper, egenskaper som for mange mineraler er retningsavhengige. En må
derfor vente at bergarter som materiale kan spenne over meget vide registre, noe som også til fulle
o:8032200\dok\tekst,doc
29059'l
¿i#þ
BerdalStrømme
22 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
demonstreres i naturen. Enkelte bergarter er så svake at de kan brekkes med hendene, mens andre
kan være vanskelig å dele med slegge.
De eruptive bergartene har ofte en helt ut tilfeldig orientering av kornene, og er følgelig nær
isotrope i sine egenskaper. I hyperitter og diabaser har vanligvis feltspatkornene liste- eller
plateform og ligger orientert i alle mulige retninger som fibrene i filt. Dette øker styrken idet
spalteretningene i feltspaten ikke i særlig grad svekker bergarten. Samtidig er oftest både
kornform en o g korngrens eforho I d en e fordel aktige fo r styrken.
I
de sedimentære og regionalmetamorfe bergartene er det ofte en god parallellorientering av
mineralene, noe som gir disse bergarter typisk anisotrope egenskaper med utpreget svakhetsretning.
Under sedimentasjonen vil bladige mineralkorn bli liggende med sin største sideflate parallelt
bunnen. Komprimeringen vil øke parallellorienteringen. Under regionalmetamorfose vil mineralene
vokse i plan som står normalt største hovedspenningsretning. Glimmermineralenes meget
anisotrope og elastiske karakter vil derfor gi de sedimentære og metamorfe glimmerrike bergarter
sine særpregete materialtekniske egenskaper. Likeledes vil klorittmineralene gi de metamorfe,
basiske eruptiv-bergarter noe av sin bløte og svake karakter med glatte stikkflatene.
De fleste bergarter har fått utviklet svakhetsretninger eller sfüalte kløyv-retninger som en følge av
de spenningsendringer de har vært utsatt for. Dette er et slags mikrobruddfenomen som er knyttet
til bergartenes forhistorie og følgelig vil veksle med bergart og sted. Det er ofte opptil tre
kløyvretninger hvorav den ene er sterkere enn de to andre. Langs disse retninger kløyver bergartene
meget lettere enn langs andre retninger. Ofte vil den mest markerte kløyveretningen falle sammen
med en av de retninger som fremgår av bergartenes tekstur eller foliasjon. Oppsprekningsretninger i
en bergmasse faller som oftest sammen med retningene for kløyven. Kløyvegenskapene er av de
typiske ting som skiller bergarter fra andre materialer (f.eks. betong) og dette benyttes ved
produksjon av hoggen stein.
I
det ovenstående er det i korte trekk beskrevet hvordan bergarter er bygd opp og at det er meget
komplekse og varierte materialer det dreier seg om. For teknisk utnyttelse er det derfor nødvendig å
foreta målinger av dets materialtekniske egenskaper. Det har til dels vært nødvendig å utvikle
metoder som er spesielle for bergarter.
5.4.1 Noen
av bergartenes fysikalske egenskaper
Egenvefuen (densiteten) for norske, ikke malmholdige bergarter va¡ierer fra 2,60 ttl 3,25
Noen eksempler på målte verdier er vist i Tabell 1.
gl"
t
.
Bergartenes styrke kan uttrykkes ved enal<set tryklcfasthel. Noen verdier er gitt i Tabell 1. En annen
fasthetsangivelse er indusert strekkfasthet målt ved pundlaststyrken som beskrevet i neste kapittel.
Porøsitet er definert som volumet av porer i prosent av massens totale volum. Porøsiteten hos
norske bergarter er gjennomgående meget lav, oftest undre 1,0 yo. Enkelte forvitrete
kalkspatholdige bergarter har noe høyere porøsitet. Den høyeste effektive porøsitet som så vidt
vites er målt på en norsk fastlandsbergart, er ca. 15 Yo. Den ble målt på en Brumunddalsandstein er
permisk alder. Hos unge sedimentære bergarter på kontinentalsokkelen er det målt så høye
porøsiteter som ca. 30 %.
29 05 9'l
4ftu'krdalStrømme
Side:
23 av 48
Kurs i fiell-lære for Selmer ASA
Et materiale sies å være duhill dersom det kan utholde permanente tøyninger uten å tape sin evne
til å motstå en last. Det sies å være sprøtt dersom evnen til å motstå last avtar med økende tøyning.
Glimmerskifer, grønnskifer og fyllitt regnes som duktile bergarter. Granitt, kvartsitt, kalkstein er
sprø bergarter, mens gabbro regnes som seig bergart.
5.4.2 Metoderfor
bestemmclse øv bergørters styrke
Enal<set trykkforsøk
Den enaksete trykkfasthet bestemmes ved trykkforsøk - der sylindere (borkjerner) eller prismer av
bergarter paføres et trykk parallelt deres lengdeakse - er en av de eldste og mest anvendte metoder
for å bestemme mekaniske egenskaper hos bergarter.
Punhlastforsøk
Punktlasttesten er en styrkeparameter som er fremkommet ved al et prwestykke av en bergart (det
kan være en utboret kjerne, en tilsaget terning eller et uregulært håndstykke) påføres to
punktformete laster. De sentrale deler av prøvestykket utsettes derfor for strekkspenninger og ved
brudd gir testen således en indikasjon på bergartens strekkstyrke, ofte kalt den induserte
strekkstyrke. En vanlig korrelasjonen mellom enakset trykkfasthet (o") og punktlaststyrkeindeks
(I.) er:
o":hxIr:22xI.
Dette er for 50 mm kjerne. Da prøvestykkets størelse har forskjellig innvirkning på resultatene fra
de to styrketestene, vil en ikke ha noe konstant forholdstall. Størrelseseffekten er meget utpreget for
punktlasttesten, noe som fører til at forholdstallet vil minke med minkende prøvestykker. Målinger
utført på 25 mm kjerner har vist lq : 16.
o:\3032200\dok\tekst doc
+{;.PBrrd¡alStrømme
Kurs
Side:
24 av 48
i Fjell-lære for Selmer ASA
Tabell
2
PunHlaststyrke på 32 mm kierner for en del norske bergarter.
Kjernene er boret parallelt og normalt foliasjons- eller skifrighetsplan i bergarten.
Alle bergarter er testet i vannmettet tilstand,
LGz) MN/m1
Bergart, lokalitet
Pa¡allelt
/,o
Nordmarkitt' Giell
Granitt, Drammen
Trondhjemitt, Støren
Oppdalitt, Ulsberg
8,5
Normaft
T
6,7
8,9
- 10,4
11,5
Gabbro, Solør
10,0
Kvartsporfyr, Sylane
Rombeporfp, Holsf orden
Basalt, Steinsskogen
)?)
Svafskifer, Slemmestad
Siltstein, Sr¡ndvollen
Sandstein, Sundvollen
Sandstein, Svelgen
r7,7
Sparagmitt, Tretten
Kalkstein, Ringerike
Glimmerskifer, Tydalen
t7,s
5,1
17,2
6,3
6,3
rt,4
2,0
Gneis, Fosen
Gneisgranitt, Lenwik
8,6
'7,8
t2,I
8,5
15,5
15,4
\)
20,1
16,8
9,6
12,4
8,8
7,8
18,'7
Kvartsitt, Ringebu
Marmor, Fosen (Gjølja)
22,3
8,0
11
5.4.3 Sprøhetstallet
Dette er et mål for bergarters evne til å motstå slagpåkjenninger. Enkelt sagt er det nedknusningen
av et aggregat av bergarten ved påkjenning fra et fall-lodd fra en viss høyde. Sprøhettallet for våre
bergarter varierer normalt mellom ca.25 og 80, se Tabell 3. Spredningen innen den enkelte
bergartsgruppe er stor. Gjennomgående er det imidlertid slik at de finkornete variantene er de
seigeste (lavest sprøhetstall).
Tabell 3
tstall
for noen be
:45
o:Ll03220o\dok\teksLdoo
- 65 middels, S > 65 stort
29 05 91
.,i{;y*Brclrdal
Strømme
Side:
25 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
5.5
Oppsprekning - viktige parametre
5.5.1 Bergmnssenes oppsprekníng
Under sin dannelse kan sprekkene enten ha oppstått som strekkbruddsprekker ved at sidene på
sprekken har beveget seg fra hverandre, eller som skjærbruddsprekker ved at sidene har beveget seg
langs hverandre. En sprekk kan i sin levetid ha vært utsatt for flere forskjelligartete påkjenninger, jo
flere dess eldre den er. Graden av oppsprukkethet og typen av sprekker i en bergmasse vil være
avhengig både av bergartens mekaniske egenskaper og de påkjenninger bergmassen har vært utsatt
for. Riss og sprekker kan også være sekundært dannet som en følge av de pakjenninger
bergmassene utsettes for under gruve- og anleggsdrift, f.eks. ved sprenging eller ved at ekstra
spenninger induseres rundt bergrom og i pilarer. Avhengig av dannelsesmåten kan bruddflatene
være plane eller mer eller mindre krumme.
b
CI
C
Figur
14
Oppsprehtingsmønstre
for
bergmasser.
-
a : rertuinklet oppsprelcning; b = tilfeldig eller uregulær oppsprekning;
d : søyleþrmet oppsprelcning
o:\3032200\dok\tetst doc
c = plateþrmet oppsprekning;
,4T#
krdalStrømme
Side:
26 av 48
Kurs i FjellJære for Selmer ASA
Sprekkene i berggrunnen vil ofte danne spesielle mønstre, - gjerne kalt detaf sprekkemønstre. Ãv
disse finnes flere typer avhengig av hvilke spenninger et {ellmassiv har vært utsatt for. Typen av
bergarter, og da spesielt deres elastiske egenskaper og deres anisotropiforhold, vil også influere på
detaljsprekkemønsteret. Noen av disse mønstre er
Søyleoppsprekning er oftest med sekskantet tverrsnitt, forekommer i umetamorfe basalter, og er et
rent avkjølingsfenomen, se Figur 14. Denne er lite utbredt i Norge, da slike basalter sjelden fltnnes.
Rombedrisk oppsprekning forekommer hos en del mer plastiske, metamorfe ofte fra
har vært
fiellkjedefoldninger. I selve de oppknuste forkastningssonene hvor skjærbevegelsene
6.7 side 80
Fig.
se
dominerende, vil en også ofte finne en rombedrisk form på bergartsfragmentene,
i'Handbok i ingeniør geologi'.
Rettvinklet oppsprekning er langt det vanligste detaljsprekkemønster (Figur l4). I sedimentære og
planfolierte metamorfe bergarter vil den mest markerte sprekkeretning normalt være parallell
bergartsstrukturen. Vinkelrett eller nær vinkelrett på denne vil en finne to andre svakhetsretninger.
Bergarter med liten eller ingen bestemt orientering av mineralene, som f.eks. granitter og
gneisgranitter, vil ofte sprekke opp i blokker som er nær kubiske, mens mer skifrige bergarter vil
danne plateformete b lokker.
I forbindelse med ethvert sprekkesystem vil det fînnes en del såkalte villsprekke,'som ikke passer
inn i mønsteret. Når mange av sprekkene ikke tilhører noe sprekkesett (av innbyrdes parallelle
sprekker) opptrer det vi kan kalle eturegelmesslg oppsprekningsmønster, se Figur 14.
I meget gamle bergmasser kan flere sprekkesystemer og oppsprekningsmønstre fra forskjellige
geologiske perioder overlappe hverandre. I de yngre bergartsformasjoner er gjerne bare ett
oppsprekningsmønster representert.
5.5.2
Sprekkenes mekøniske egenskaper
Med sprekkenes mekaniske egenskaper menes friksjonsforholdene eller skjærfastheten langs
sprekkeplan. Disse forhold sammen med normalspenningen avg¡ør om utglidning langs et
sprekkeplan kan finne sted. De er således av avg¡ørende betydning for stabiliteten i f,elanlegg. Det
er i første rekke to forhold som bestemmer skjærfastheten:
o Sprekkeplanets ruhet. Ruheten er et indirekte mål for mengden av stabiliserende
uregelmessigheter langs sprekkeplanet.
¡ Eventuelt innhold av sleppemateriale og sprekkeflatens styrke.
dels vil også lengden av sprekken innvirke og hvorvidt den ender mot en annen sprekk eller'dør
ut' i bergarten.
Til
Innhold av sleppemateriale kan påvirke skjærfastheten ved at det "smøreC' sprekkeplanet og gir
nedsatt friksjon. Som eksempler på vanlig forekommende og særlig stabilitetsfarlige materialtyper
nevnes leirmineraler, kloritt, talk og grafitt.
o:\3032200\dok\tekst.doc
4iÍþ
BerdalStrømme
Sde
27 av 48
Kurs i fiell-lære for Selmer ASA
qqpuqqe rnetj
Figur
5.6
I5
rn
!9r
Ruhet for sprekkeflater angis både ved planhet(øverst
i cm skala)
i meters skala) og glatthet nederst
Dagfjellet
Bergmassene i den øverste sone av fiellgrunnen vil vanligvis ha noe annen karakter enn de masser
som ligger på større dyp. Under det nedre grunnvannsspeil vil sprekkene til enhver tid være
vannfylte. Over dette vil det gjennom tidene har vært tilførsel av luft og en nedadrettet strøm av
vann fra overflaten. Dette har førttil at åpne sprekker ofte har fått et belegg av jernoksyd slik at
friksjonen på disse er redusert i forhold til dypere ned i fiellet.
Den øvre del av fiellgrunnen som på disse måter har fått sine mekaniske egenskaper endret, kalles
dagfiellssonen, og de bergmasser som befînner seg i denne sonen betegnes som dagfiell. Dette
materiale er normalt svakere enn de underliggende bergmasser, i første rekke pga. en større mengde
sprekker og riss. Dagfiellssonen går dypere i sterkt oppknuste partier og i tektoniske bruddsoner
enn i lellgrunnen for øvrig.I dag{ellssonen er oftest spenningene lave, hvilket er ugunstig ved
driving av tunnelen.
5.7
Svakhetssoner
Det er to hovedtyper av svakhetssoner i berggrunnen som dannelsesmessig er helt forskjellige, men
som det under forundersøkelsesstadiet for et fiellanlegg ofte er vanskelig å skille. Disse er.
1. De svake bergartslag
2. De tektoniske bruddsoner (dannet ved jordskjelv), se kapittel2.4.
Begge typer av svakhetssoner vil langs sitt utgående i dagen gi seg til kjenne som mer eller mindre
markerte kløfter og depresjoner i det topografiske bildet i de områder hvor isbreerosjonen har virket
o:\30f 2200\dok\tekst doc
29 0S 91
,ur,þ¡¡Brel.d¡alStrømme
Side:
28 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
(Figur 7). I andre deler av verden, hvor bergartene i overflaten er forvitret, behøver disse soner ikke
på samme måte å gi seg til kjenne i dagen.
5.7.1
Svøke bergartslag
Følgende typer svake bergartslag er mest vanlig:
o Lageleller sonen kan være bergarter med høyt innhold av svake parallellorienterte mineraler
som f.eks. talk, grafiÍt kloritt, glimmer. Det siste kan forekomme i unge, sedimentære løse
sandsteiner.
o Laget eller sonen kan være et resultat av forvitringsprosesser ved at de opprinnelig sterke
mineraler er blitt omvandlet til svakere mineraler, f.eks. kan en ha fått en omvandling av feltspat
til leirmineraler. En utluting av enkelte bergarter med fullstendig fierning av et mineral kan også
forekomme. Normalt følger disse omvandlinger slepper og tektoniske bruddsoner i berggrunnen.
. Svake bergartslag kan en også finne i enkelte pegmatittganger og under diabasganger.
5.7.2
Tektoniske bruddsoner (forkostninger)
De tektoniske bruddsoner i berggrunnen er som nevnt et resultat av jordskorpebevegelser. Det
karakteristiske for slike bruddsoner er at det har foregått bevegelser langs dem enten ved strekk
eller skjær. Når dannelsen av bruddsonene ikke er entydig klarlagt, betegnes de pga. sitt utseende
og oppbygning som henholdsvis spaltesoner og knusningssoner.
Spaltesonene er karal<terisert ved at de har et relativt uoppsprukket og uforvitret sideberg og
føIgelig en klart definert tykkelse, selv om denne kan variere langs sonen. De kan være fylt med
tllførtog/eller utfelt materiale som f.eks. kalkspat, leir, silt, jord etc. Spaltesoner betegnes etter
typen av materialfylling.
Knusningssonene er karakterisert ved at de har en gradvis overgang fra et sentralt oppknust parti via
små slepper og stikk til helt sideberg. Det sentrale parti kan foruten bruddstykker av bergarter og
frisk bergartsmel, også inneholde omvandlete og nyutfelte stoffer som leirmineraler, kloritt, epidot,
kalkspat, kvarts etc. Massen i disse soner vil derfor variere i kornstørrelse fra blokk til leir.
Oppknusningsgraden, mengden og typen av leirmineraler samt innholdet av f.eks. bladig eller porøs
kalkspat er de viktigste karakteristika. I Figur l6 er de viktigste typer av knusningssoner vist
sammen med angivelse av bredde eller mektighet (for det eller de sentrale leirsoner: bredden a,
for knusningssonens totale bredde iberegnet det svake sideberg: bredden b).
De groufragmenterte knusningssoner har et grovt oppsprekningsmønster (Figur 16 A). De
kan være praktisk talt uten leirmineraler, men har oftest noen cm tykke leirlag på mer
spredte slepper. Definfragmenterte knusningssoner (Figur 16 B) kan være leirfrie eller
inneholde leire i meget tynne lagpï stikk og glideflater. Disse forekommer i alle typer
bergarter, mens de grovfragmenterte i første rekke finnes i de mer homogene og samtidig
sterke bergarter. I basiske bergarter (gabbro etc.) har de ofte kloritt eller svelleleire på
sprekkeflatene.
De enkle leirrike knusningssoner (Figur 16 C) har et sentralt leirrikt parti og mer spredte
leirfylte slepper i det oppknuste sideberget.Komplekse leirrike knusningssoner (Figur l6 D)
o:\1032200\dok\totst.doc
29 05 91
',..t\,.r¡
Br¿rdal
Støm me
Side:
29 av 48
Kurs i Fiell-lære for Selmer ASA
har flere klart atskilte slike leinike soner med et mellomliggende oppsprukket bergparti med
leire på en del av sprekkene og med et svakt oppsprukket sideberg med små leirslepper.
De omdannel¿ knusningssoner (Figur 16 E) har sideberg hvor bergarten er delvis omvandlet
til leire. Da feltspatene er de mineraler som i større mengder kan omvandles til
leirmineraler, forekommer disse oftest i feltspatrike bergarter. Den sentrale del kan være
leirsone eller en leirsleppe.
2
Grov- KNUSNINGSSONER.
A.trogmGntGrt 2 B.Finf rogmêntert 2C.Ent.r teirr
r-b
r-b
2E\xomptck¡ tcirrik
Figur 16
5.7.3
i
k
F-o-{
F-b-{
2 E.omdonner
Ulike typer av knusningssoner
Svøkhetssoners karakter
Hvor knusningssonen skjærer bergarter med ulike mekaniske egenskaper, vil sonen ofte få et
utegelmessigfoÅøp, slik det som eksempel er vist i Figur l7 . Der to knusningssoner møter
hverandre eller krysser hverandre, vil gjerne oppknusingen av bergmassen bli sterkere, se Figur l8
Som nevnt utg¡ør svakhetssoner oftest nær plane flater i berggrunnen. Dette forholdet ved g¡ør at
forløpet av sonen lar seg beregne. Generelt kan en si atjo steilere en sone står, dess større er
sannsynligheten for at den er plan. Størst avvik fra den plane flate har gjerne de flattliggende
knusningssoner dannet ved overskyvninger. Disse er da også vanskeligst å beregne forløpet av
nedover i berggrunnen. Det er videre disse soner som kanskje har størst variasjon i mektighet fra
sted
til
sted
i
o:\3032200\dok\tckst doo
samme sone.
29 05 97
+f¡pBrydalStrømme
Side:
30 av 48
Kurs i FjellJære for Selmer ASA
Da det har foregått erosjon og forvitring i overflaten, må en ha en frisk skjæring eller foreta en
diamantborþerneboring gjennom sonen for å finne ut hva slags materiale den inneholder.
Forlôp av knusningsonc nær parallell sl¡l"rsl¡utlur
re
Gnci¡'.
Aygrrn¡ng rv lnutningron? i mer mós¡ve t.tloniilcr
Knurningronoar
Figar
lcrltþ glr.m,n rri¡r c¡ rprö b.rgl.?t.r
17 Utvikling ogforløp
øv krusningssoner
i ulike bergarter
/
Figur
I8
Utvikling av
lcryss
mellom to knusningssoner
5.7.4 Sleppemnteriøler i svakhetssoner
Leirholdige knusningssoner representerer et av de vanligste stabilitetsproblemer ved flellanlegg.
o/o
i vannÍtnneler).
Her i landet står slike soner for en stor del av de totale sikrignskostnader (ca, 7 5
i mange
har
leirsoner
I tilfelle hvor det ikke har vært utført tilfredsstillende sikringsarbeider,
tilfeller forårsaket store ras, særlig i vanntunneler.
"sleppemateriale" er en fellesbetegnelse for løsmateriale i slepper og svakhetssoner. Karakteren til
sleppematerialet kan variere innen vide grenser med hensyn til kornfordeling og kornform, og ikke
o:\303220o\dok\t€kst.doc
¿1lft,BerdalStømme
Side:
31 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
minst med hensyn til mineralogi. De vanligst forekommende mineraler i sleppematerialer kan
inndeles i følgende hovedgrupper:
- Inaktive mineraler("steinmel", sand etc.), som utg¡øt den største gruppen
- Mineraler som er glatte (kloritt, talk, grafitt etc.)
- Mineraler som kan løses opp (kalkspat)
- Mineraler som har spesielle svelleegenskaper (svelleleire) of lav friksjon.
Det er den sistnevnte gruppen som vanligvis forårsaker de største stabilitetsproblemene, og som vil
vesentlig bli omtalt i det følgende.
Materialet i de fleste tekfoniske bruddsoner er dannet ved mekanisk nedknusning under de
jordskorpebevegelser som har funnet sted. Grovfraksjonen i sleppematerialer består vanligvis av
bergartsfragmenter. Leirmaterialet i flrnfraksjonen er vanligvis en blanding av flere mineraler.
Leirmineralene kan være dannet på to måter:
1. Omdanning av nedknust materiale og sidebergart. Omdanning i denne sammenhengen betyr
vanligvis at feltspaten i sidebergarten er omdannet til leirmineral. Der sidebergarten er
omdannet, gir dette seg vanligvis til kjenne ved en bleking av feltspaten.
gasser eller oppløsninger) og avsetning. For at dette skal
foregå kreves at sonen opprinnelig må ha vært permeabel. Hvilke mineraler som dannes, vil først
og fremst være avhen gig av den gjennomstørmmende væskens sammensetning og temperatur.
2. Hydrotermal tilførsel (fra sirkulerende
Utfelte mineraler vil ofte ikke ha noen sammenheng med sideberget. En vil derfor kunne finne nær
sagt alle typer av leirmineraler i slepper og knusningssoner uavhengig av sidebergartenes
sammensetning. Det er likevel ofte sammenheng mellom soner innen et område. Har en først
påtruffet en sone med en viss karakter, er det sannsynlig at de senere parallelle soner vil ha en
liknende karakfer.
Det kan slås fast at svelleleire forekommer i alle geologiske formasjoner i Norge. Mengde og type
varierer imidlertid en del, slik at det i denne sammenheng nok kan snakkes om gunstige og mindre
gunstige regioner. Det synes som om dannelsen av svelleleire som sleppemateriale i de fleste
tilfeller er meget gammel. Det er karakteristisk at de prekambriske gneisene ofte har et sterkt
innslag av rød feltspat nær knusningssonene.
Ute på anlegget vil forekomst av svelleleire i enkelte tilfeller kunne gi seg til kjenne ved en
karakteristisk bleking eller "sykelig" rødliglgrønnlig farging av feltspaten. En viktig egenskap ved
svelleleire er at det ofte er svært glatt når det er vått. Dersom leirmaterialet i vå,t tilstand er såpeglatt
når det gnis mellom fingrene, er også dette en indikasjon på at svelleleire kan være til stede. Andre
mineraler som f,eks. kalkspat, kloritt og grafitlkan ofte identifiseres ute på anlegget på grunnlag av
fargen og måten mineralet forekommer på.
tilfeller er det imidlertid svært vanskelig å foreta noen sikker kvalitativ bestemmelse av
sleppemateriale i tunnelen. Ofte tas det derfor med prøver til laboratoriet for nærmere undersøkelse.
I
de fleste
,,..,tt,¡krdalStrømme
Side:
32 av 48
Kurs i $ell-lære for Selmer ASA
5.8
Grunnvann - forhold av betydning for lekkasjer i bergrom og tunneler
Under dagfiellssonen er sprekkene bare i sjeldne tilfeller åpne i noen utstrekning. De tynne,
gjennomsettende sprekkene under dagfiellssonen vil oftest inneholde forskjellig materiale som
karbonat, epidot, kvarts, leire m.m.
i intakt berg må en derfor anta at vanntransporten
rør langs sprekkene. Dette kan en se i tunneler
kanaler
eller
separate
er begrenset til uregelmessige,
som er utboret med "full face" tunnelmaskiner (TBM) (der bergmassene er minimalt forstyrret av
jevnt over sprekkene, men i
rystelser eller andre påkjenninger) der vannlekkasjene ikke fordeler seg
stedet er konsentrert til et begrenset antall enkeltpunkter langs sprekkene. Dersom vanntrykket er
tilstrekkeli ghøyt, vil disse lekkasjepunktene fremtre som separate, tynne vannstråler i
tunneloverflaten. Ofte er det ikke mer enn noen få promille av sprekkenes utgående som er
På grunn av forekomst av materiale på sprekkene
lekkasjeførende.
På en sprengt flate ser det ofte ut til at vannet siver ut fra tynne, åpne sprekker i berget, men det er
ingen garanti for at dette representerer situasjonen der hvor bergmassen ikke er påvirket av
sprengningen. Det er ganske klart at selv en meget konsentrert vannstrømning vil kunne spre seg ut
på det nett av tynne sprekker som dannes ved sprengningen.
Dette er å¡saken til at det er svært vanskelig å forutsi vannstrømninger i bergmasser. Et spørsmål
som naturlig melder seg dersom en går ut fra at vannstrømningen skjer langs et system av kanaler
eller rør, er hvor god forbindelse det kan være mellom de enkelte kanaler, og om eventuelt flere
kanaler vil kunne mates fra samme vannreservoar.
Bergsprekkers ledningsevne (konduktivitet) vil aldri kunne bestemmes annet enn empirisk. En
beskrivelse av sprekkene i en bergmasse kan ikke bli fullstendig fordi sprekkene aldri har konstant
sprekkeåpning, er fullstendig kontinuerlige eller har samme ruhet. Den mikroskopiske geometri hos
en ru sprekk er svært forskjellig fra den idealiserte, glatte parallellplate sprekkemodell i teoretiske
beregninger.
5.8.1 Lekkasjeproblemer
De vanskeligheter for selve anleggsdriften som forårsakes av lekkasjevannet, er mangeartede.
Under boring i stuffen kan vannlommer under stort trykk punkteres slik at boring, ladning og
sprengning vanskeliggjøres. En kan også under sprengning få slaminnbrudd i hele stuffen fra størte,
lite konsoliderte leirsoner som er rike på vann. Utvasking langs leirslepper foregår også ofte i
sjenerende omfang.
Vannlekkasjer har imidlertid normalt ikke vært noe stort problem i norske tunnelanlegg. Det har
derfor vært vanlig at samlede lekkasjer på inntil 500 l/min. har vært inkludert i utsprengningsprisen
for tunneler. Virkelig store lekkasjer, mer enn 5000 l/min., har et stort sett bare opplevd i
forbindelse med tunneldrift i områder med karst.
I yngre bergarter andre steder i verden kan imidlertid vannproblemene ved tunneldriving bli
formidable. Det kan være i porøse kalksteiner eller i porøse, høy-permeable lavabergarter. Her kan
o:\3032200\dok\tekst doc
29 05 91
4?jlÞ
BerdalStrømme
Side:
33 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
lekkasjene raskt komme opp i 10 - 25.000 l/min. Et særlig vanskelig problem oppstår i porøse,
dårlig sementerte sandsteiner nå¡ disse står under ethøyt grunnvannstrykk. Når det bores inn i slike
bergarter, vil vann komme strømmende ut av borhullet. Vannet vil rive med seg sandkorn fra
bergarten og etter hvert utvide borhullet. I verste fall kan dette utvikle seg til en fullstendig
sammenrasing og utvasking av tunnelstuffen.
Dersom en tunnel drives på synk, vil lekkasjer fra berget ofte forårsake heft i driften og nedsatt
arbeidseffekt. Et stadig vannsilder fra heng og vegger krever pumping av vannet fra samlebrønner
og g¡ør på mange vis arbeidsplassen utrivelig, noe som kan føre til nedsatt effektivitet.
Vannlekkasjer kan være til skade for utkjøringen enten fordi vegdekket i tunnelen lettere blir
ødelagt og krever større vedlikehold eller fordi skinnegangen ligger mer urolig og slammes ned.
Videre vanskeliggjøres boring og ladning, og maskinparken blir utsatt for større slitasje.
Da sprekkene gjerne er blitt noe åpnet under tunnelsprengningen de første par meter innover fra
tunnelveggene, vil ofte sprekkevanntrykket måtte tas opp av bergmassen et stykke innenfor
tunneloverflaten. Sprekkevanntrykketfører derfor sjelden til stabilitetsforstyrrelser. Vannet vil
imidlertid ofte nedsette friksjonen på slepper og stikk, særlig hvor en har kloritt og svelleleire.
Dette er grunnen til at det ofte er mest overmasse på fuktige steder i et anlegg.
På grunn av åpne sprekker i dagfiellssonen er lekkasjene her langt større enn i de underliggende
bergmasser. Bergarten som lar seg lettere plastisk deformere slike som metamorfe skifere som
fyllitter og glimmerskifere, er gjennomgående tørrere enn andre bergarter. Disse bergartene fører
også minst vann selv på oppknuste soner. Videre er det normalt at massive bergarter gir mindre
lekkasje enn de mer oppsprukne.
En kan stoppe vannlekkasjer ved injisering av bergmassen, dvs. pumpe inn sementvelling eller et
annet tetningsstoff under høyttrykk, men en må være klar over at en da lar vannet bygge opp et
langt større sprekkevannstrykk. Stabilitetsmessig betyr dette vanligvis ikke så mye, men det fører
ofte til at vannet presses frem på nye steder, og injiseringsarbeidene kan derfor bli langt mer
omfattende enn antatt.
Den drenerende virkning av en tunnel kan ofte merkes i store områder i dagen over tunnelen selv
om lekkasjen i tunnelen er relativt liten. En senkning av grunnvannsstanden i teübygde områder
hvor bygninger er fundamentert på leire, kan føreltl betydelige setninger og bygningsskader. Ved
drivingen av kloakktunnelen under sentrale deler av Oslo ble det stilt som krav at innlekkasjen
langs 100 m av tunnelen ikke skulle overstige 2 - 3llmin Det ble samtidig holdt nøye kontroll med
grannvannsspeilets nivå.
5.9
Bergtrykk - ytringsformer i bergrom
De spenninger som oppstår rundt et bergrom, er et resultat av de to forhold, nemlig bergrommets
form og de spenninger som eksisterte på stedet før rommet ble utsprengt. Når disse to forhold er
kjent, kan en i prinsippet beregne fordelingen av spenningene rundt bergrommet.
De vurderinger som i dag legges til grunn for å finne ut om det vil oppstå bergtrykksproblemer i et
fiellanlegg, er i stor grad basert på empiriske erfaringer. For at slike erfaringer skal bli utnyttet på
o:\303220O\dok\teÌst doc
29 05 9'l
.,i,,f¡
Berdal Strømme
Side:
34 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
en
riktig måte, er det imidlertid nødvendig med en forståelse av de teoretiske forhold omkring
problemene.
Bergtrykket er et resultat av ulike spenningsbidrag. Egenvekten av massene over tunnelen er
generelt viktigste bidrag. Det er videre kjent at jordskorpebevegelser påvirker bergspenningene og
blant annet føre tll økte horisontale spenninger, hvilket ihøy grad vil kunne på påvirket
spenningsbildet.
Restspenninger (som er låst fast i materialet fra dets tidligere historie) kan være forårsaket av
temperaturforandringer (størkning av eruptiver). Slike spenninger kan muligens også være
fremkommet ved en hurtig avlastning, f.eks. ved at erosjonen geologisk sett foregår så hurtig at de
spenninger som opprinnelig var til stede i materialet, ennå ikke har rukket å bli utløst. Det er særlig
i homogene, massive dyperuptive bergarter som f.eks. granitter og dioritter at slike spenninger kan
forekomme.
De spenninger som på ethvert punkt nær et bergroms overflate står radielt til denne, betegnes som
radial-spenninger, mens de spenninger som står tangentielt til (langs) overflaten, betegnes som
tangential-spenninger. Det er i første rekke tangential-spenningene som kan føre til
bergtrykksproblemer i et bergrom.
5.9.1
Bergmassens innvirkning på spenningsfordelíngen
Teoretiske betraktninger som gjøres om fordelingen av spenninger rundt åpne rom, er ofte basert på
den forutsetning at materialet, dvs. bergmassen, ikke endrer egenskaper frem mot tunneloverflaten.
Dette vil tilnærmet kunne være tilfelle i massive bergarter hvor massene er fiernet ved bruk av en
fullprofil tunnelbormaskin (TBM) eller ved meget forsiktig sprengning. Det normale vil imidlertid
væÍe atbergmassen i den umiddelbare nærhet av rommets overflate vil være knust og oppsprukket
pga. sprengningen. Dette materialet har følgelig reduserte muligheter for å oppta spenninger, noe
som resulterer i et fall i tangential-spenningene umiddelbart innenfor tunneloverflaten.
5.9.2 Bergtrykkets ytringsþrm i tunneler og bergrom
Av det foregående fremgår det at det i overflaten av et bergrom vil kunne være områder med høye
såvel som lave spenninger. Blir enten spenninger store nok eller små nok (negative) i forhold til
bergmassens styrke, vil brudd kunne inntreffe henholdsvis i trykkområdet eller i strekkområdet.
Bruddutviklingen i disse to områder gir vanligvis meget forskjellige stabilitetsmessige problemer
og behandles her hver for seg.
Brudd i strekkområdet
Da bergmassens evne til å motstå' rene strekkspenninger er vanligvis meget lav, vil radielle riss og
sprekker lett kunne dannes og eksusterende sprekker åpnes . Dersom strekkområdet ligger høyt i
profîlet og bergmassen har en markert detaljsprekkeretning i dette området, vil blokker kunne løsne
og falle ut. Samtidig er det også grunn til å regne med at en åpning av sprekker i et bergrom vil øke
mulighetene for vannlekkasjer inn i rommet.
o:\303220o\dok\tekst doc
,É¡EÈrdalStrømme
Side
35 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
Brudd i trykkområdet
Når de tangentielle trykkspenninger i et område langs periferien av et bergrom blir store nok, vil
det dannes bruddplan berget parallelt overflaten. Denne brudd-dannelsen følges av lyder, fra små
knepp ved mindre rissdannelse til kraftige smell ved store sprekkedannelser. Fenomenet betegnes
som sprakefiell eller sprakeberg.
Ved midlere spenningsnivå vil denne sprekkedannelsen føre tl| dannelse av såkalt bomt berg. När
en slår på berget, vil en pga. de innenforliggende riss og sprekker få en mer eller mindre hul
bomlyd. Ved høyere spenningsnivå vil dannelsen av bomt berg bli så kraftig at avskallinger i
overflaten finner sted. Ved meget høyt spenningsnivå kan denne avskallingen skje med voldsom
kraft. Store steinflak slynges ut fra berget med stor hastighet. Det er karakteristisk at slike steinflak
er større enn det hulrom som står igjen etter dem i berget, se Figur 19. Slike avskallinger pga. stort
bergtrykk betegnes bergslag. De kan utg¡øre et betydelig faremoment under drivingen av tunneler
og bergrom og vil kreve omfattende sikring.
xx
x
x
x
x
x
¡
x
x
Figur
5.9.
3
x
X
19 Bergslag i massivt berg
Bergmnssenes innvirkning på bergtrykkets ytringsþrm
Det er i første rekke bergartenes elastiske egenskaper og anisotropi samt bergmassens oppsprekning
som vil ha innflytelse på den ytringsform bergtrykket vil få. Da brudd-dannelsen i trykkområdene
vil bli initiert som strekkbrudd, er det klart at bergartenes strekkfasthet må påvirke uftiklingen av
sprakeberg og bergslag. Ved brudd-dannelse i bergarter med høy strekkfasthet vil flak som dannes
ofte være store, og avskallingen skje med stor voldsomhet og kraftige smell. For svakere bergarter
kreves et lavere spenningsnivå for at brudd skal dannes. I slike bergarter blir sprakingen mer
beskjeden, men det dannes lett bomflak. Disse flakene løsner ikke helt, og det er ofte lite nedfall i
slike bergarter.
Skifrige og folierte bergarter vil gjerne ha stor anisotropi i sine styrkeegenskaper. Skifrighetsplanet
vil derfor danne potensielle bruddplan. Dersom dette er orientert parallelt med største den
spenningen, vil en kunne få utknekning av skiferplater selv ved relativt lave spenningsnivå.
Det som hittil er sagt om bergtrykkets ytringsform, forutsetter at en har bergarter som oppfører seg
tilnærmet elastisk. Det vil derfor stort sett være dekkende for de bergarter vi har her i landet. I mer
plastiske bergarter vil tilstrekkelighøyt bergtrykk kunne føre ttl så store deformasjoner av
bergmassene rundt et bergrom at vegger, eventuelt heng og såle, presses inn og i ekstreme tilfeller
tenderer til å lukke bergrommet helt. Dette kalles tyteberg eller skviseberg, engelsk "squeezing
rock", se Figur 20. Fenomenet er relativt ukjent i norske tunneler, men er observert i gruver her i
o:\3032200\dok\t6kst
doc
29 05 9'l
,r!¡¡¡krdalStrømme
36 av 48
Side:
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
landet. Mest kjent i så måte er gruven i Sulitjelma hvor hele stoller er presset sammen av
skviseberg.
Figar
20
Innpressing ov bløte bergarter i tunneler som står under høye vertikale spenninger
5.9.4 Spenninger i tunneler nær dalsider
det opp bergtrykk nær overflaten. Dersom det i
nedre del av en dalside sprenges en tunnel parallelt dalen, vil en derfor få eventuelle
bergslagsproblemer i den hengside som vender ut mot dalen og i overgangen mellom vegg og såle
på motsatt side. Ved høye spenninger kan en også få problemer i stuffen. Går tunnelen inn normalt
I fiellområdene mellom dalene (og fiordene) bygges
på dalsiden, er vanligvis situasjonen gunstigere, men ved høyt spenningsnivå, spesielt dersom den
midlere hovedspenning er stor, kan en få bergslagsproblemer i heng og stuff.
En steil svakhetssone nær parallelt dalen vil kunne endre spenningsbildet i betydelig grad. Det
flellpartiet som ligger utenfor sonen, vil virke relativt avspent. Innenfor sonen vil spenningene øke.
Normalt vil derfor bergslagsaktiviteten være særlig høy umiddelbart innenfor en slik sone og vil
synke etter hvert som en fierner seg fra sonen. Dette er skjematisk vist i Figur 21
.
Lovt I Hoyt +
I
Figur
2l
Normott spcnningsnivó
På grunn av svakhetssonen i dalsiden vil bergtrykket variere i de tre tunnelene som visl
o:\303220o\dok\teksLdoc
29 05 91
+ttltr.krdalstrømme
Sde
3'7 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
HVORDAN FORETA BESKRIVELSE AV BERG?
Med de mange variasjoner det er i sammensetning og oppbygning av en bergmasse, er det en
skikkelig utfordring å kunne gi en eksakt beskrivelse av dette materiale som i tillegg varierer i
utbredelse selv innenfor små områder. Bergmassene utgjør så store volum at deres materialtekniske
egenskaper må måles i felten (in situ). Derfor er slik testing meget kostbart og vanskelig for ikke å
si umulig. De bergmasse-egenskaper som benyttes i beregninger, må således for en stor del baseres
på beskrivelser og observasjoner. Disse konsentreres særlig om de to hovedfaktorene som er med
og karakteriserer materialet, nemlig
¡ bergartenes oppbygning, sammensetnin og egenskaper, og
. sprekkenes egenskaper, antall, lengde og orientering.
For oppbygning og sammensetning vises til kapittel 5 der de viktigste faktorer i bergrunnen er
beskrevet.
Når det gjelder bergartene gis disse først og fremst navn etter sin dannelsesmåte,
mineralsammensetning og metamorfosegrad. Det er derfor naturlig at en vil registrere store
spredninger i de forskjellige fysikalske og mekaniske egenskaper ikke bare mellom de ulike
bèrgartestyper, men også innen en og s¿unme gruppe bergarter. De forhold som innvirker på disse
egenskaper vil nemlig være, foruten dem som allerede er nevnt i kapittel 5.4, slike som
mineralkornenes størrelse, form og orientering, samt sammenbindingen mellom kornene. Disse
forhold tas kun i liten grad i betraktning når bergartene gis navn.
Selv om bergartsnavnene ikke direkte gir opplysninger om materialets mekaniske egenskaper, bør
det inngå i en funksjonell klassifisering av berg. Viktige materialegenskaper kan være inkludert i
geologiske uttrykk som "middelskornig, porøs kalksandstein" eller "grovkorning, uforvitret
biotittgranat". For en generell teknisk vurdering av masser bør de imidlertid suppleres med målte
data som gir uttrykk for oppsprekningsgraden, styrken og anisotropien.
For å kunne oversette observasjoner og beskrivelser til tallverdier som kan benyttes i beregninger,
er det utviklet ulike såkalte klassifikasjonssystemer. Jeg skal kort nevne noen få av disse.
6.1
Klassifiser¡ngs-systemer for beskrivelse av berg
I forbindelse med undersøkelser av bergmasser kan det ofte være hensiktsmessig å gruppere
resultatene i passende klasser. En mengde forskjellige klassifikasjonssystemer er utviklet. Grovt
kan disse deles i to hovedgrupper: 1) systemer av generell karakter og 2) systemer av spesiell
sett
karakter.
Felles for systemer i den første gruppen er at de er utviklet for å beskrive generelle geologiske og
tekniske egenskaper ved bergmassen. De spesielle klassifikasjonssystemer derimot er utviklet for å
være til hjelp når tekniske vurderinger og til dels beregninger må foretas i forbindelse med
avgrensete og ofte klart definerte bergtekniske problemer, som f.eks. sikring av tunneler,
fundamentering, graving, boring og sprengning.
o:\303220O\dok\tekst
doc
29 05 91
,4f'gerdal St¡ømme
38 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
Bergmassenes mekaniske egenskaper influeres av en rekke faktorer. To av disse må sies å være av
vesentlig betydning ved de fleste bergtekniske problemer, nemlig bergartenes mekaniske
egenskaper og bergmassens oppsprekningsgrad (antall sprekker pr. meter eller pr. m3 )
Bergmassens oppsprekningsgrad karakteriseres enklest ved å bruke den midlere avstand mellom
,pr.kk.n". Midlere sprekkeavstand kan brukes så vel ved direkte observasjoner i felten, som ved
målinger utførtpå kjerner fra diamantborhull. Et system for beskrivelse av bergkvalitet basert på
borkjerner er det amerikanske "Rock Quality Designation" eller forkortet RQD-tallet. Istedenfor å
milé sprekkeavstander i en kjerne, fås et indirekte tall for oppsprukkethet ved å summere opp den
samletã lengde av kjernebiter som er lengre enn l0 cm (4") og beregne denne sums prosentvise
andel av total, brutto kjernelengde. Systemet fremgår av Figur 22. Andre systemer basert på måling
av kjernebiter er også utviklet.
RQD=18+14+28=60
w
"Rock Quatity Designation" (RQD) som er sammen att kjernebiter lengre enn
I0 cm pr. meter kjerne
Figur 22 Måling
Når bergartenes mekaniske egenskaper skal vurderes, er det viktig at to ting kommer frem, nemlig
bergartenes styrke og deres anisotropi'
Styrken kan uttrykkes som f.eks. sprøhetstallet oppnådd ved fallhammermetoden pil aggtegater,
enakset trykkstyrke eller punktlaststyrken. Det siste har bl.a. den fordel at det kan oppnås ved bruk
av bærbar apparatur slik at bestemmelsen kan foregå direkte i felten. Også stykeanisotrop kan
enkelt oppnås ed bruk av punklasttesteren. Flisighetstallet for aggregater gir også et uttrykk for
b ergartens anisotropi.
6. 1.
1
Klassifiseríng ved Q-sYstemct
Det er utviklet diverse funksjonelle klassifikasjonssystem for ulike formåI. Et av de mest brukt for
anslå sikringen i tunneler og bergrom er Q-systemet som er utviklet ved Norges geotekniske
institutt lg74.Idag benyttes dette i mange land. I dette systemet inngår 6 forskjellige parametre
som representerer viktige egenskaper i berggrunnen. Disse er:
RQD: indirekte uttrykk oppsprekningsgraden (se Figur 22)
Jn : verdi for antall sprekksett (sett av sprekker med samme orientering)
Jr : verdi for ruheten av sprekkeplanet
Ia : verdi for sprekke- eller sleppematerialets fasthet
faktor for sprekkevanntrykket eller lekkasjeforholdene
faktor for bergspenningene
SRF
Jw =
=
o:\303220O\dok\tekst
doo
å
'qlfuBr¿rdal
Side:
Strømme
39 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
Disse parametrene er satt sammen til følgende uttrykk:
J*
o=RQD,,J.,.
\
Jn Ja
sRF
Gruppert på følgende måte gir parametrene tallverdier for tre ulike hovedegenskaper i berggrunnen.
RQD/Jn
1. Blokkstørelse
2. Sprekkenes skjærfasthet JrlJa
3. Aktiv
spenning
JdSRF
Selv om Q-systemet forutsetningsvis benyttes til sikringsvurderinger, er systemet - siden det
inneholder viktige parametre i bergmassene - også egnet for å beskrive bergmassene. Det gir en
enkel tallmessig karakteristikk av bergmassen på det aktuelle stedet.
c!
!
tl
U
J<
!
E
3l,'i';[tq:
a
c
o
Ø
(),4 r
Belgurirssckvulite,
KIIINGSKA'TI'COIIIIiR
l)
Usiktct
2) Sprc(lt l)olt¡rg, slt
J) Syslcrrratisk boll.jilts,
Figur
7
2
)
3
o
À
rr,
(t
24F
il
0,1
SI
o
5ûå
:.
E
ll
a= 11o
4
l0
"
jl, 3+
4) Systctrìiltisk bolting, (og uarnrcrt sprøylcbctong, 4-10 cltr), ll+(s)
5) Fibcraflttcrl. sprøy(cbctong og bolting, 5-9 crn, Sfr+ll
6) [;ibcrarrrtcrt sPrlylcbcton8 og bolting, 9-12 cln, Sfr]ll
7) t;¡l)crrrnìcrl sprøytcbctotrg og bolting, l2-15 cnt, Sfr-ill
E) Fibcrarrncrt sprfty(cbctotrg > l5 cm, arnìcrtc ribbcr av sprøylcl)clorrg oB bolting, cllcr utstøpning, Str, ltRS+ll cllcr CC^
9) ßctu¡gutsløpning, CC^
3 Siløingsdiagrammet i Q-systemet
FORUNDERSøKELSER
på en måte betraktes som en negativ byggeprosess. Det vanlige er jo at en
bygger noe ved äføye ting, dvs. materialer, sammen. Bergrommet bygges ved at en del av
materialet (berget) tas bort. Det er det gjenstående som utg¡ør selve konstruksjonen. Det er i dette
materialet krefter og spenninger skal opptas slik at "bygningen" blir sikker. Det kan synes
Ä lage et bergrom kan
o:\3032200\dok\tekst
doc
29 05 9'7
''.¡1Pær¿al Strømme
Side:
40 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
selvfølgelig, men er likevel viktig å ha klart for seg aI når stedet for et anlegg er valgt, så er også
byggematerialet (bergmassen) valgt.
I
denne utvelgelsesprosessen er det derfor
viktig at bergforholdene blir analysert og vurdert. Basert
på undersøkelser som kan utføres i området, og med kunnskaper om hvordan bergmassene oppfører
seg i materialteknisk henseende, vil ingeniørgeologen kunne være behjelpelig med å treffe det rette
valg.
Følgende forhold og parametre ved berggrunnen må klarlegges for å kunne foreta sunne
ingeniør geo lo gi ske vurd eringer :
.
Typer og fordeling av bergarter samt deres materialtekniske egenskaper. Bergartene kan som det
er nevnt flere gnager tidligere, variere enormt i styrke og hardhet. Deres styrkeegenskaper er det
selvsagt av stor betydning å kjenne når de skal inngå i et byggverk. Materialet (bergartene) skal
dessuten bearbeides i form av boring, sprengning og opplasting. Kjennskap til hardhet og
slitasjeevne er derfor også ønskelig. Ønsker en å anvende de utsprengte masser til f.eks.
vegbygging, vil kjennskap til motstandsevnen mot nedknusning være av betydning.
.
Oppsprelcningen av bergmassene. Stabiliteten, dvs. sikkerheten mot løsning og nedfall av
enkeltblokker i bergrom og tunneler vil i høy grad være avhengig av mengden og karakteren av
sprekkene, samt deres orientering i forhold til rommets tak- og veggflater.
o Svakhetssoner
(skyvesoner, forkastningssoner, knusningssoner etc.) som gjennomsetter
berggrunnen. Disse kan ha særlig stor innvirkning på drifts- og stabilitetsforholdene i et
berganlegg. Det har hendt mer enn en gang, også her i landet, at en har måttet gi opp å fortsette
en tunnel langs den planlagte trasé pga. utrasninger fra svakhetssoner.
o Bergtrykkel.
Spenningene kan i enkelte deler av anlegget kan bli så store at de overstiger
bergmassens styrke slik at sprakef,ell oppstår i sprø bergarter (eller 'squeezing t duktile
bergmasser).
.
Vannforholdene i berggrunnen. Grunnvannet gir normalt ikke grunn til store bekymringer her i
landet. I dag{ellet hvor sprekkene generelt er forholdsvis åpne, kan det imidlertid bli nødvendig
enten å utføre tettingstiltak eller gjøre en systematisk drenering i anlegget. Den senkning av
grunnvannet som tunneler kanføre til, vil imidlertid kunne forårsake setninger i overliggende
løsmasser og dermed kunne päføre eventuelle bygninger her betydelige skader. I åpne tunneler
som veg- og jernbanetunneler, vil den isdannelse og frostsprengning som lekkasjevannet
forårsaker være et stadig tilbakevendende sikkerhetsproblem.
Alle disse forholdene vil kunne ha betydelig innflytelse på så vel byggingen av anlegget og dermed
kostnadene. Det er liten hjelp i å benytte avanserte metoder og utstyr i byggeprosessen dersom
bygningsmaterialet - i dette tilfelle bergmassene - ikke holder rimelige kvalitetskrav.
Etter at tilstrekkelig materiale om berggrunnen foreligger og ingeniørgeologen på bakgrunn av
disse har gjort sine antagelser om sannsynlige grunnforhold, følger han følgende prosedyre en når
et vanlig berganlegg skal prosjekteres:
l. Plassering av anlegget i et stabilitetsmessig gunstig område i berggrunnen.
2. Orientering av bergrommet slik at optimal stabilitet oppnås i det val$e område oppnås.
o:\3032200\dok\tekst
doc
29 05 91
,¿{í¡þMalStrømme
Side:
41 av 48
Kurs i Fjell-læ¡e for Selmer ASA
av bergrom og tilknyttede tunneler ut fra bergmassenes
materialtekniske egenskaper og spenningsforholdene på stedet med best mulig økonomisk
løsning med hensyn på sprengning og sikring.
3. Utforming og dimensjonering
Disse fasene vil selvsagt gripe inn i hverandre, og det kan ofte være nødvendig å gå gjennom
prosedyren flere ganger. Feil i en enkelt av fasene vil alltid kunne få økonomiske konsekvenser,
særlig ved en uheldig eller gal wrdering av grunnforholdene og derved en dårlig plasseringen eller
stedsvalg for anlegget.
7.1 Plassering av anlegget
En viktig del av forundersøkelsene går ut på å få samlet alle relevante topografiske og geologiske
informasjoner om det nye anleggsområdet. Ved innledningen av en forundersøkelse vil også
opplysninger om tidligere bygge- eller anleggsvirksomhet i eller nær det aktuelle området
fremskaffes.
Studier av kart, og ikke minst av flyfoto, gjøres for å:
. danne seg et bilde av fordelingen mellom løsmasser og fiell,
o vurdere den spenningssituasjon bergmassene befinner seg i,
. få oversikt over de svakhetssoner som gjennomsetter berggrunnen.
Deretter foretas befaringer i felten. En konsentrerer seg da om viktige nøkkelpunkter for anlegget
som påhuggssteder for tunneler, inntak i vann, steder med tvilsom overdekning, samt utvelgelse av
gunstige områder for plassering av større bergrom. Videre observeres detaljoppsprekningen og
bergartenes fordeling. Om nødvendig tas det prwer for orienterende analyser i laboratoriet.
Dagfiellets mektighet og vann- evt. frostforholdene tas også med i vurderingene i den grad
overflatebefaringer
gi
ør dette mulig.
Flyfoto er et særlig viktig hjelpemiddel i de tidlige faser av en ingeniørgeologisk undersøkelse.
Svakhetssoner vtl vanligvis tre tydelig frem på flyfotoene som kløfter, skar og søkk i terrenget, se
Figur 7. På flyfotoene kan sonenes utgående i dagen følges over lange strekninger. Disse
observasjoner overføres så til kartet. Under forutsetnin g av at sonene er plane, hvilket som oftest er
tilfelle for de tektoniske bruddsoner, kan så sonenes strøk og fall konstrueres eller beregnes.
Dermed har en muligheter for å finne hvor i anleggsnivået sonene vil gå, og anlegget kan forsøkes
plassert slik at krysning med sonene blir kortest mulig eller i beste fall unngått.
Ved ingeniørgeologiske undersøkelser brukes seismikk i første rekke for å bestemme dybden til fast
berg. En kan imidlertid også få opplysninger om grunnvannsspeilets beliggenhet og om
overgangssoner mellom vesensforskjellige jordarter, f.eks. marin leire over hardpakket
bunnmorene. Steiltstående svakhetssoner vil kunne avsløres som partier i berggrunnen med lav
hastighet, se eksempel på profil i Figur 24. Forwrig vil ganghastighetene for de forskjellige lag
fortelle noe om deres egenskaper, f.eks. om hvor hardpakket et morenelag er eller hvor oppsprukket
bergmassene er.
',il{.#,Betdal
Stømme
Side:
42 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
-30
-40
6000m/s \..
-50
-_
2100m/s
>-
l-rõimåssõl
tr;.et þ"rf;;;¡
50m
Figur
24
-in
Eksempel på et seismisk
-
a1í
-
-
¿ t
xx
6000 m/s
I
r.a00 m/sl
svakhetssone
profil.
Dersom det er behov for å skaffe til veie prwü av bergmassene - er det kjerneboring med
diamantkrone og dobbelt kjernerør som benyttes. Med denne metode kan en nå dyp på flere hundre
meter. Metoden er imidlertid kostbar, det er derfor viktig at en får mest mulig opplysninger ut av
kjernene. En omhyggelig logging (beskrivelse og karakterisering) av disse bør derfor minst
inneholde:
- dybdeskale med angivelse av bunnen av hver enkelt kjerne,
- petrografisk (bergarts-) besk¡ivelse av kjernen,
- grafisk fremstilling av sprekkeavstand langs kjernen,
- grafisk fremstilling av punktlaststyrken for bergartene målt på kjerneprøver
Borhullet brukes ofte til vanninnpresningsforsøk for
å
få informasjon om lekksjeforholdene i
bergmassene.
7.2
Orientering av bergrom
Etter at den gunstigst mulige plass for berganlegget - alle forhold tatt i betraktning - er funnet,
kommer spørsmålet om hvordan bergrommene bør orienteres for at god stabilitet skal oppnås.
For de relativt gruntliggende anlegg er det detaljoppsprekningen (skifrighetsplan, stikk og
sprekker) som i første rekke vurderes når orientering av et bergrom skal foretas. For dette arbeidet
er det hensiktsmessig å ha sprekkeobservasjonene bearbeidet slik de f.eks. fremstår i en
sprekkerose. Denne gir en oversikt over de forskjellige sprekkeplans orientering og relative
hyppighet. Sprekkenes og sleppenes strøkretning avsettes på en forenklet kompass-rose.
Fallvinklene angis ved siden av diagrammet sammen med en kort karakteristikk. Sprekkerosen gir
derved et godt visuelt inntrykk av sprekkefordelingen, se Figur 25.
For i størst mulig grad å unngå overmasser og blokkutfall, er det viktig at retningen for
langveggene i en hall danner størst mulig vinkel med strøket, særlig for steile, glatte sprekker og
slepper. Det enkle prinsipp for orientering av lengdeaksen i et bergrom blir derfor at denne legges
nærmest mulig opp til halveringslinjen for største skjæringsvinkel mellom de to viktigste sprekkeog slepperetninger, Figur 25. (En må selvsagt passe på at aksen ikke dermed kommer parallelt med
en eventuell tredje sprekkeretning.) Når langveggene er høye, er det særlig viktig å ha stor vinkel
mellom og steiltstående slepper og større sprekker.
o:\3032200\dok\tokst doc
29 05 9'7
411.{þ
ærdal St¡ømme
43 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
rA\
t.t-
\
lott c
skifriohctstikk.-
plonc mU-
d.lr
3l
ru
¡lt.
Y zto'
irslcppc r
t20
210.
Gunsligrle
or icnlcr ing
þr cn holl.
Figur
25
|
,
,
,
50.
'
Jo.
trx
tlo.
s
Sprekkerose somforenklet viser den statistiske fordelingen av sprekkenes strøk.
Fallretning er angitt samt gunstigste orienteringfor lengdealcsen i en hall.
Yed dypereliggene anlegg med høye spenninger må faren for bergtrykksproblemer også tas med r
betraktning. Nydannelse av sprekker (bomfiell), sprakeberg og bergslag, vil inntreffe der hvor
retningen for største hovedspenning tangerer bergrommets periferi, se Figur 26.Det er derfor om å
gSøre at denne tangeringsflaten blir minst mulig. Dersom ikke største hovedspenning ligger flatt,
noe den sjelden g¡ør, oppnlrs den stabilitetsmessig beste orientering når hallens lengdeakse danner
en vinkle på l5 - 35o med retningen for største hovedspenning. Samtidig må en sørge for at
lengdeaksen ikke kommer parallelt viktige sprekkeretninger. En vinkel på ca. 25o mellom
lengdeaksen og glatte sprekker og slepper må regnes som minimum. Ved utpreget anisotrope
bergarter som f.eks. krystalline skifrer og hellebergarter, eÍ det fremfor alt viktig at bergrommets
lengdeakse får en maksimal vinkel med skifrighetsretningen, 35o må anses som minimumsvinkel.
Også ved dimensjonering av pilarer og vegger mellom bergrom er det spenningsforholdene og
oppsprekningens tetthet og orientering en bør ta i betraktning. Ved parallelle haller kan selv tynne
ri.pp.r og sprekker være alvorlige når deres strøk er parallelt hallene og fallet større enn 40o. Som
regel vil den effektive veggtykkelse eller pilarbredde være noe mindre enn den teoretiske pga.
oppsprekningen slik som Figur 27 viser. Presplitting av pilarer har vist seg å være en gunstig måte å
øke den effektive pilarbredde på.
o:\30322O0\dok\tekst doc
29 05
9'7
+lllt¡Br¡rdal Strømme
44 av 48
Krus i Fjell-lære for Selmer ASA
Figur
26
De slqøverte partiene viser hvor bergtryklesproblemer vil oppstå i et bergrom
varierende orientering qv største hovedspenning, o 1.
for
\'\7\' \Ì \ r\ Y\-
Yr\t\Í\ú
,t
t4 \lJ
'l-l'(,
\_t¿,fr
lEtfcktiv
l-l
:
veggtykketse
Figur
27
Den ffiktive pillartykkelse mellom to bergrom reduseres pga.. bergmassens
oppsprekning.
Når anleggsdriften er satt i gangog berget åpnet, øker ingeniørgeologens muligheter for
informasjoner betraktelig. Etter at tunnelen er drevet noen hundre meter og helst etter at noen fä
svakhetssoner er passert, vil en derfor ha et vesentlig sikrere grunnlag for å beregne fremdriften av
anleggsarbeidene enn en hadde etter forundersøkelsene. Likeledes kan de nødvendige
sikringsarbeidene nå meget bedre planlegges.
BORBARHET OG SPRENGBARHET
8.1
Bergparametre som ¡nnvirker på borbarhet
Vi deler gjerne
.
.
.
de vansker som kan oppstå under boring i tre typer. De er
Vansker med borsynken
Vansker med borslitasjen
Borbrekkasje og fastboring
o:L30322oo\dok\tckst doc
t#,BerdalStrømme
45 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
Borsynkindeks kan måles i laboratoriet ut fra blant annet sprøhetstallet. Borsynk i bergarter uten
glimmer er større i sprø enn i seige, større i bergarter som lett lar seg mekanisk gnage ned. Boring i
bergarter med sammenhengende glimmelag er vanskeligere langs enn tvers på skifrigheten
Borslitasje er en funksjon av kornformen og mengden av mineraler med ripehårdhet (Moh's
hårdhet) 7 eller større. Da kvarts er det eneste hårde mineralet som forekommer i store mengder og
med noen utbredelse, er det naturlig nok dette mineralet som har størst interesse i forbindelse med
borslitasje. Bergarter med runde eller kantslitte kvartskorn er praktisk talt ikke slitende når
bindingen mellom kornene er relativt svak og kornene er små.
De sterkest slitende bergarter er erfaringsvis de eruptive og metamorfe bergarter som både har liten
borsynk og samtidig et vesentlig innhold av kvarts. Bergarter med et særlig lavt sprøhetstall og et
innhold av 10 - z}yo kvarts, gir meget kort levetid på borene. Et annet ytterpunkt er de sprø
kvartsittene.
Fastkiling av bor og til dels borbrekkasjen kan skyldes sprekker som er nært parallelt bor-retningen
idet slike sprekker tenderer til å trekke boret til side. Slike forhold kan også oppstå i grensesonen
mellom bløtere og hardere lag.
8.2
Bergparametre som ¡nnvirker på sprengbarhet
Det er kjent at de forskjellige bergartene gir forskjellig brytning ved samme boring og ladning. Det
er også kjent at sprengstoff-forbruket ved driving vil variere med bergartens karakter. De viktigste
målbare faktorer hos bergartene som er bestemmende for dårlig sprengbarhet og brytning, er
sprøhetstallet samt glimmerinnholdet og driftsretningen i forhold til struktur-retningen i de
glimmenike bergartene. I tillegg kommer faktorer som bergtrykk, oppsprekningsgrad og
sprekkenes planhet og ruhet.
Bergarter med lavt sprøhetstall under 45 bryter dårlig i små tunnelprofiler. Liten grad av
oppsprekning og et moderat bergtrykk vanskeliggjør brytningen ytterligere. Bergarter med
spiøhetstall under 35 vil være særdeles sprengstoffkrevende, selv i store tunnelprofiler (over 50 m'z)
når bergarten er massiv. Ved høyere bergrykk vil vanligvis sprengbarheten forbedret. På den annen
side vil bergarter med høyt sprøhetstall (over 70) virke døde. Dette gir seg ofte tilkjenne ved
knusning rundt borhullene i de deler av salven som står igien.
Sprengbarheten reduseres også med økende mengde glimmer i bergarten. Ved høyt sprøhetstall
betyr ofte glimmermengden mindre for inndriften. Blant de glimmerrike bergartene med mer enn
30o/o glimmer og med planstruktur langs glimmerlagene, flrnnes de spesielt vanskelige bergarter for
tunneldrift
BEREGNING AV SIKRING OG INNDRIFT
de foregående kapitler er oppbygning og sammensetning av berggrunnen omtalt, det er vist
hvordan ulike parametre innvirker og hvordan en kan finne ut eller anta hvordan grunnforholdene
I
vil kunne være i
o:\3032200\dok\tckst doc
en tunnel eller et bergrom.
29 05
9'7
'øÍrpkrdalSt¡ømme
46 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
foretar ingeniørgeologen innsamling av alt foreliggende materiale om
berggrunnen àer tunnelen skal bygges. Vi anbefaler de tilleggsundersøkelser som er vi anser
nødvendig for å få et bilde eller oversikt over grunnforholdene i området. Slik det er i dag er det
Som vist i kapittel 6
bygghenen som (ut fra sine økonomiske vurderinger) avgSør om disse anbefalingene skal utføres; i
mange tilfelle blir omfanget redusert pga. økonomi eller uforstand.
Ut fra de foreliggende opplysningene om forholdene i eller nær overflaten, foretar vi ekstrapolering
ned til det nivå og sted der tunnelen bygges. På den måten utarbeider vi en prognose på hvilke
bergforhold som ventes å forekomme langs tunnelen eller bergrommet.
Figur 2g viser eksempel på et slikt geologisk profil. Tallene og bokstavene angir ulike bergklasser.
liten svakhetssone
m ¡ddels-stor
svakhetssone
bergartsgrense
\/
/
problemat¡sk
svakhetssonê
-_.1
///
,//,//Ì
///.//
-mã;ltl
.ri gneisf
/ /
t\ ,/,/,/,lt
/,t//
tunnel
antatt bergklasse
.
SONDERBORING
I
\.,
FORINJEKSJON
antatte arbeider
l foran stuff
pel nr.
Figur
28
El<sempel på qntatte grunnforhold langs en tunnel'
De store bol<stqvene-angir antatt type svakhetssone; tallene angir bergmasser uten
bergtrykkproblemer mellom sonene og de små bokstavene antatt sprakefiell
(De samme klassene er benyttet på regnearket i Figur 29)
For å kunne benytte disse antagelser om fordelingen av bergkvaliteten (bergart, oppsprekning,
spenninger, vann) langs tunnelen, må grunnforholdene gis tall, slik at det er mulig å foreta
beregninger. For dette kan f.eks. Q-systemet (som er omtalt i kapittel 6.1. l,) benyttes. Ved dette
forenttes bergforholdene til definerte intervall eller klasser. En slik klasseinndeling er gitt i Figur
29. For hver klasse er tilhørende sikring for tunnelen (med gitte dimensjoner) angitt ut fra
sikringsdiagrammet i Q-systemet.
Utregningene av sikringsmengder kan gjøres ved å benytte regneark i en datamaskin, som vist på
Figur 29. Yed å benytte andre regneark kan også inndrift og kostnader beregnes.
o;\3032200\dok\tekst doc
.,:riiffii
Berdal 5trømme
Side:
47 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
Beregning av sikring ut fra antatte grunnforhold
Prosjekt:
Kurs i Fjell-lære
Anmerkning:
Bergafter: massiv gneis, tynnskilrig fyllitt, lite - moderat oppsprukket kva¡tsitt
For
uwing
av data:
må fylles ut Grå rurter med pr¡kket ramme g¡r bare informasjon (som ¡kke benyttes i beregningene)
matisk fy lt ut med v erd ier fia a rket 'G runnlagsdata' (Eventue lle ju ster¡nger av disse verd¡ene gjøres der )
crå ruter med heltrukkil ramme
Tallen e
¡ hv
ite ruter bl¡r
STABILITETSNIVA:
(selt'x' ¡en grå
Sfed.' Tunnel, pel 0 - 3500
rule)
a uto
nivåffiat
l\ileget høyt
t
Høyt
(f eks ÍaΡkKunneler
(f eks krafrstasjoner etc )
TUNNELDATA:
nivå
etc.)
2
alt.
.nederst pà
Små nedfall tolereres
arkel)
)
(f eks vanntunneler etc
alt 3
Tunnellengde (km)
Teorel¡ske d¡nensioner
Normal salvelengde (m)
Sprengt tverrsnitt (m2
Teoretisk tverrsnitt (m2 )
SPennvidde (m)
Antall mann på ekstra rensk
Spennvidde
Henglengde (m)
Henglengde
Veoshøyde (m) f::iBi$::ii
Vegghøyde (m
Økt forbruk av sprøytebetong') (%)
Brytning pr salve (%)
Tid for injisering (heft-tid)
') pga prelletap + ujevn tunneloverfrate
STUFF
ANTATT FORDELING AV BERGKLASSER, SIKRING OG ARBEIDER FORAN
BOLTER
EXTRA
vegg
RENSK
BERGKLASSER
O-verd¡
I
)
stk / 1 0m2
/ saNe
stk
/
'10m2
mm
mm
heng
:
Jå--f-b"kl
Omtr
____l
STØP
I
eå--fb"k---]
o1,
mm
*l
heng + Ysgg
på
I
b"k
% pr lm tunnel
mm
%
40
10
0
0
45
15
0
0
IJ
0
0
0
-
to
cÈ
ÈÞ
>b
ß\
s
BERGMASSER MELLOM SYAKHETSSONERJ
>'10
Gode
4-'10
2 Brukbare
1-4
3 Dårlige
II SVAKHETSSONE:
A Små - middels 0,1 -1
B
l\iliddels - store
c
Problematiske
NI
0,01-0,
0
0
0
o2
05
03
05
05
03
1
1
'1
5
3
06
0
o
0
0
40
1
0
0
0
0
45
25
15
45
15
45
55
75
3
15
3
65
50
65
30
100
100
l3
0
3
0
0
0
0
100
70
100
30
130
100
130
0
25
2
3
0
4
0
180
75
bU
10
150
100
60
10
60
20
50
15
b3
45
65
15
0
0
65
50r90
90
90
10
0
01-l
Kraffio sÞrak
0 01-01
3
1,5
t) Eventuell bruk av sprøytebetong
05
2
1
50
15
4
15
65
på stuñen er medtatt i tykkelse av sprøytebetongen
m
m
0
m
25025 m
4025
sonderbor¡ng ved kjernebor¡ng
stk.botterpåstuff ffi
stk botter bak
| boftelengde ca. 2,4
stuff
I gj.snitt
4024
sprøytebetong på
2049
sprøytebetongbakstuff I gjsnttt
119
betongutstøpning på stuff
OJ
betongutstøpning bak stuff
ekstra betong på
k
28
stuff
12 salver (salvelengde 2,5
k
17
I
66
zg
i.ttt¡l oþ
ltykkelse
32 mm ìnnstøpteforbolter, 6 -
246
mm i heng')
mm ¡veggerl
9
Hu- Over
mal utførelse
30
omfang
2J
Èe
^o
ñr,
salver
hull
pr 12
salve
TKþ-"b"rit
's
Antall
Over
Antall
hull
lapp'
hull
stk
stk
10
{o
s
3
0
0
=5
0
0
m)
tykkelse relatert til tunnelens ujevne overllate
mm tykk
So
çÈ
ÈÞ
>ò
G\
s
Þ
r sþ"""r".ru
+
utenfor teoretisk profl)
Omfang
lnjeksjons-skjerm
Hull- Over- Antall
Antall
omganger
lnngang
pr. lm tunnel
c"m,l¡em cernTKþm
lengde
lapp
hull r)
m
m
stk
el utførel
20
o
22
1
0
0,6
0
omfang
20
6
22
2
0
1,8
o
3
600
m lange
l\¡in 40
med
m
utstøpninger av 1/2 salvelengder
pga stab nivå;
m
00
t
stldgang
11
lapp
enasiehull.4-6mlange
V¡rk€ l¡g
med 2,5
Slagborir
m i vegger
støp av såle
77
2al
')
stuff tr
ekstra beton' bak
599
.enasjehull,4-6m lange,
Omfang
trmeverk ekstra rensk
131
t\¡
øp av såle
boring for forinjeksjon
"1¡6
0
su
vegg uÚørt på stuff
32 mm forbolter lved 1/2 satuelengder)
øp av 112 salvelengder
sonderboring ved slagboring
tonn inngang av sementbasert injeksjonsmiddel
0
tonn inngang av kjemisk basert injeksjonsmiddel
1500 timer hetttid for forinjeksjon
12332
¡
med 12 salvelengder, dvs
driving av tunnel
630
'1108
50
TILTAK VED DRIVING I
PROBLEMATISKE SVAKHETSSONER
BEREGNEDE MENGDER
1
4
BERGMASSER MED BERGTRYKKSPROBLEM:
Lett sÞrak
5983
'ft
stk
2
| Ík
Co
trÈ
ÈÞ
ß-
>ot
s
Ín
+
igi,
'/:+
omgang
Figur 29 Eksempel på bruk av regnectrkfor beregning av silcring i en 3,5 hn lang 50 m2 vegtunnel.
De grå rutene fylles ut med stabilitetsnivå, tunnel-data og antott omfang (i % av tunnel-lengde) av
b ergklasser, sonderb oring og forinj eksj on. Ut fra dette b eregne s mengdene.
o:L1032200\dok\tekst
doo
l0
06
9'1
47
Bercgning av sikring ut fra antatte grunnforhold
Sfed;
Tl$nç|....P9!..9..- 3500
Grá ruter med heltsukken ramme má fylles ut Grá rutEr med pikket ramme gir bar€ ¡nformâsjon (som ikke b€nytÞs ¡ beregningeæ)
jusÞringer av disse verdiene gjøres der )
Tallsne i ln¡ite ruÞr bl¡r aubmatbk fylt ut med verdiêr fra arkd 'Grunnbgsdâta' (Evenhnlle
For uúyfihg av dafa;
STABIUTETSNMÀ:
(sett'x' i en grà rute)
Meset høyt
nivafl"n.
nøvtniøf]fl"n.
r
(f.eks. ûafikktunneþ'r
Dimensioner
TUNNELDATA:
sprengt tvensnitt
Sm¡inedfall
z
eb-l (sê Anm.nederst pà atuet)
i
1m'? ¡
eb.)
alL 3
Tunnellengde
oraksis
F
tol"r"r*@
(f.eks. vanntjnn€þr
þlJ
Normal safuelengde
Antall mann på eksùa
Spennvidde (m)
Henglengde (m)
Vegghøyde (m)
ØK forbruk av sprøytebetong')
Bryhing pr-salve
Tid for injisering (heft-tid)
') pga. prelletap + ujevn tunneloverflete
ANTATT FORDELING AV BERGKLASSER, SIKRING OG ARBEIDER FORAN ST.UFF
BERGFORHOLD
RENSK
BERGKL.ASSER
I
OmA.
Q-verdi
bak
Pa
stk / 10rn2
t / salve
0a
STØP.T
SPRøYTEBETONG (mm tykkelse og % av flate)
BOLTER
heng
veqq
EXTRA
stk / 1ftn2
pa
bak
pä
bak
pa
bak
henq + veoo
heng
veoq')
olo
bak
EÞ
>(D
o\
%
mm
40
15
40
l0
0
0
S¿1
45
25
,+5
15
0
0
Ir2æ
55
25
0
0
25
0
0
mm
%
mm
%
mm
0
o
0
0
0
% or. lm. tunnel
BERGMASSER MELLOM SVAKHETSSONERT
>10
1- Gode
23.
,+
Brukbare
0
0,3
0
0.3
0,5
05
05
- 10
1-4
Dårlioe
il
0,2
0
1
06
15
1
3
't 5
45
15
45
15
55
75
0
0
0
SYAKHEISSO^/Ei
A-
Små - middeb
0,1 -1
15
3
15
3
15
65
50
65
30
100
75
100
B.
Middeb - store
0,01-0,1
3
0
0
0
0
100
70
100
30
130
100
130
0
25
25
C.
Problematiske
2
J
0
4
0
180
75
60
10
150
100
60
10
60
20
1
50
25
50
15
65
45
65
15
0
0
50
90
90
90
10
0
0
ru
BERGMASSER MED BERGTRYKKSPROBLEM:
2
05
1
0,1 -1
t5
i Left sorak
ii Kraftig sprak
')
o
co
cll
0,01-01
15
3
1.5
Eventuell bruk av sprøytebêbng på strffÉn er rnedffi
¡
4
15
65
tykkels€ av sprøytebetongpn
65
50
I
u"gg ufurtpå
DrMnq
med 1f2 salvelengder, dvs. med
sonderboring ved slagboring
ð32 mm forbotter (ved 'l /2
sonderboring ved kjemeboring
Støo
boring for forinjeksjon
Støp av sále
inngang av sementbasert injeksjonsmiddel
av
)renasiehull, 4 - 6 m lange,
1
1
3(l'.
med
19
m3 eksûa betong på strff
Kiemeboring
6-
2,5
I
m)
Anm-:
Sikring i heng pga. stab nivå:
Min. Æ
Figur 29 Eksempel pà bruk
mm tykk sprøyt€betoflg
cN
hull
>o
o\
\c
stk
m
stk
3
0
0
20
Økt omfang
25
10
5
0
0
5
Stort omfanq
20
10
5
0
1
Det forutsettes et semmenlÞrEende
Omfang
SUM
kleme'borhull
FORINJEKSJON
Antall
lnieksjons-skjerm
omganger
Antall
Hull- Over
Kiem.
stk
stk
tonn/lm
ks/lm
22
1
0
0
6
22
2
0
06
18
6
30
2
3
J
600
lapp
hull r)
m
m
stk
inkel utførel
20
6
ZK omfang
20
20
25
(D
lnngang
pr. lm tunnel
Cem. Kjem. Cem.
lengde
itort omfanç
tykkelse relatert til tunnel€ns ujevne overflate
laPP')
m
m lange
støp av såle
hull
t0
stk. utstøpninger av'l 12 salvelengder
m
Antall
laoo
So
sÈ
I ctt
m
(antatt til 0,5 m gjennomsnitüig
kkelse utenfor teoretiskprofi l)
1f2 salver (salvelengde
Over- Antall Over-
{o
30
ty
Ø32mm innstøpte forbolter,
55
50
hull pr. 1/2 salve
\ormal utførelse
')
betongutstøpning bak stuff
.
Hulllenode
bolÞlengcþ
betongutstøpning på stuff
50
;.'40;
stugang
SONDERBORING
Omfang
m
m
SE
2,5 m salver
salvelengder)
Slaqborinq
ca. 3,1 m iheng
ca 2,4 m ¡ vegger
boltebngd€
bak
sttlff
bolter
på
gj.snitt
66 mm i heng')
stuff
m3 sprøytebetong
mm ivegger')
æ
Sj.$itt
m3 sprøytebetong bak stuff
100
>o
GC
1/2 salvelengder
inngang av kjemisk basert injeksjonsmiddel
bolter pâ shrff
à!5:-r
SUM
"ttr
TILTAK VED DRIVING ¡
PROBLEMATISKE SVAKHETSSONER
BEREGNEDE MENGDER
Èii,Ìãå,
r ) Pr. omgang inkl. konÍollhull
0
15
'$:
SUM N
regnearkþr beregning æ sikring i en 3,5 km lang 50 m2 vegtunnel
De grà ntteie futtes ut med stabilitetsnivà, nnneldata og antatt omfang (i % av tunnel-lengde) øv
bergklasser, sonderboring ogforinjeksjon. Resten av dalaene ligger inne i regnearkel'
Êo
¡ Ètr
>o
6h
*&BerdalStrømme
Side:
48 av 48
Kurs i Fjell-lære for Selmer ASA
1O
AVSLUTNING
Dersom et bergrom har fått en optimalt gunstig plassering og orientering, er det grunn til å tro at
sikre rom med spennvidder på mer enn 50 m kan bygges i gunstige. Særlig er det vikrig for
stabiliteten av hãngen at det er høye horisontalspenninger. Gjennomføring av et slikt prosjekt
forutsetter imidlertid omfattende grunnundersøkelser. Verdens største publikumshall i berg ble
bygget i Gjøvik i lg92l93 for de olympiske vinterlekenei 1994. Denne hallen har spennvidde 61 m,
lengde 91 m og største høyde25 m.
Som undergrunnsbyggere er vi i internasjonal målestokk meget store. En kontinuerlig og intens
metodeuwikling har ført til at vi er i stand til å bygge disse tunnelene og bergrommene til en pris
som få eller ingin kan konkurrere med. Dette skyldes dels en effektiv måte ta ut bergmassene på,
men i enda større grad skyldes det - iallfall i en internasjonal sammenheng - vår nøkterne og
effektive måte å sikre anleggene på. For at anleggsindustrien fortsatt skal ligge i fronten, er det
viktig
at
vi til enhver tid videreutvikler kunnskap og metoder for tids- og kostnadseffektiv sikring
av tunneler og bergrom.
o:\3032200\dok\tekst doo
29 05
9'7
OPPGAVER
Vegtunnelen til Selmer på 60 m' og 10 m spennvidde er drevet 1560 m. Overdekningen her er ca. 100
m. Forholdene på stuff kan karakteriseres som:
1. få
2.
sprekker (RQD
:
100)
et sprekkesettpluss sporadiske sprekker
3. m ogplane sprekkeplan
4. friske (uomvandlete) sprekkeflater
5. ikke vann av betydning
6. middels spermingsnivå
Oppgave I
Hvabør sikringen i hengen være ifølge Q-systemet?
*>k*
dette området tunnelen er kommet inn i er det fra forundersøkelsene er arftatt å være en større
svakhetssone. Det blir derfor ú1ørt 30 m lange sonderborehull foran stuff som påviser mulig dårlig
fiell foran stuff. Av den grunn blir det utført et 50 m langt kjerneborehull horisontalt (i
tunnelretningen) fra stuffen iløpet av en helg. Borkjernene viser følgende resultater:
I
lensde
ROD
fsi.snitt)
m
m
90
50
10 - 30
30 - 35
m
m
0
25
5 - 40
m
7
40 - 50
m
100
0-5
5
3
- l0
5
Anm.
Få sprekker; ikke leirepå sprekkene
Sterkt oppqpnrkkel; glatte, plane qprekker med leirbelegg, sarmsynligvis 2 sprekkesett
+ sporadiske sprekker
Sone med knust bergartsmasse og svelleleire
Sterkt oppsprukket; glatte sprekker med leirbelegg, sarursynligvis 2 sprekkesett
+ qporadiske sprekker
Moderat oppspnrkket; ru og plane sprekker uten leire, sannsynligvis 2 sprekkesett
+ sporadiske sprekker
Massivt berg uten leire; ru, plane sprekker og friske sprekkeflater
Det påtreffes ikke vannlekkasjer av betydning i borehullet.
Oppgave2
Hva blir sikringen ifølge Q-systemet
a)
b)
c)
De første 5m
De neste 5 m
De neste 20 m
*tßtß*
Oppgave 3
Skisser et opplegg for driving og sikring giennom sonen
LØSNING PÅ OPPGAVER
Oppsave 1 og 2
Q-verdienbestemmes
*9o
av Q=
- Jn r+"9
Ja sRF
RQD brukes direkte med den verdien som er målg for de andre parametrene finnes verdiene av
tabellene i Q-systemet ved å benytte beskrivelsen av bergmassene og av kjerneloggen.
Sikringen flrnnes av sikringsdiagrammet i Q-systemet, der Q-verdien og spennviddeÆSR inngår.
For trafikktunneler er forholdstallet for sikringen ESR: 1, dvs. spennvidde/EsR: 10.
nnes Îølge
følgende Q-verdier
er og sikri
ra dette finnes
Ulfra
Komnentarer
Sikring
Jr
Ja
Jw SRF'
Nr. ROD i Jn
Q-verdi
50 (sværtgodt) spredt bolting
t00
5
I
1
3
1
5
I
I
45 (svært godt) spredt bolting
90
3
2a
SRF=l-2f'ordidetteer
-2
5
4
1
t
3,r - 6,2
syst. bolt, avst. 1,5 - I,'7 m
50
6
2b
side{ellet til sonen
(dårlig)
mm
40-50
uarm. sprøytebetong
?5
Jn = 15 - 20 (oppknust)
t0
I
200 mm fiberbetong,
0,02
l0
20
2c
(ekstremt dårlig)
eller armerte ribber og bolter,
eller b etongutstøpning
SRF = 2,5 (enkel sone
med leire dybde > 50 m)
Oppsave 3
Kjerneboringen gir opplysning at tunnelen vil krysse en mektig, leirrik, finfragmentert knusningssone
Fra beskrivelsen av borkjernene fremkommer at sonen har en sentralt 20 m tykl parti med svelleleire
og en overgangssone på 5 - 10 m med leirholdige sprekker/slepper på begge sider.
Q-systemet angir en viss valgmulighet for sikring av sonen med støp som et alternativ. Med så stor
sone med svelleleire kan neppe sprøytebetong være god nok sikring.
Det er rimelig ã anta at svakhetssonen representerer utfordrende driveforhold og at det vil kunne være
meget dårlig stabilitet i denne. Detbør derfor legges opp til forsiktig driving med reduserte
salvelengder, samt sprøyting for hver salve før utførelse av utstøpning.
på begge sider av sonen vil fiberarmert sprøytebetong være en sannsynlig løsning.
Basert på det som er nevnt over, vil sikringen kunne være:
I sidefiellet
sfed
på
drivins
stuff
første 5
m
neste ca. 5
neste ca 20
m
m
sikrins
1/1
salvelengder
spredt bolting
1/l
salvelengder
spredt bolting
1/l
salvelengder
syst. bolting, bolteavstand I,5 - 2 m
frbertetong 50 - 60 mm
%
salvelengder
fiberbetong etterhver salve (også av stuffen)
støp etterhver salve
sålestøp
neste 5 - 10
deretter
m
1/1
salvelengder
syst. bolting, bolteavstand I,5 - 2 m
fibetbetong 50 - 60 mrn
1/1
salvelengder
spredtbolting