Riktlinjer för val av korrosionsskydd för permanenta bergbultar baserat på utförda vattenanalyser Underlag för projektering av bygghandling...

Transkript

1 Dokument Nr: Cityanan i Stockholm Riktlinjer för val av korrosionsskydd för permanenta ergultar aserat på utförda vattenanalyser Underlag för projektering av ygghandling Lars Rosengren Roerth Colliander, WSP Sverige Roerth Colliander, WSP Sverige Rosengren Bergkonsult AB/WSP, Sverige Lars Hässler, Golder-ELU Peder Thorsager, Ramöll Lars Hässler, Golder-ELU Peder Thorsager, Ramöll Carl-Olof Söder, Sweco Carl-Olof Söder, Sweco Upprättad av Granskad av Godkänd av Riktlinjer för val av korrosionsskydd för ultar_ doc

2 Innehållsförteckning 1 Inledning Syfte och mål Krav enligt BV Tunnel Val av korrosionsskydd för permanenta ergultar aserat på utförda vattenanalyser Slutsatser och riktlinjer Referenser...8 Bilagor Bilaga 1: Provtagningspunkter inom U8 Bilaga 2: Provtagningspunkter inom U9 Bilaga 3: Provtagningspunkter inom U10 Bilaga 4: Analysresultat från vattenprovtagning i kärnorrhål och efintliga tunnlar inom uppdrag U8, U9 och U10. Riktlinjer för val av korrosionsskydd för ultar_ doc 2 (8)

3 1 Inledning Den planerade Cityanan mellan Tomteoda i norr och Södra Station i söder utgörs huvudsakligen av en undermarksanläggning estående av ergtunnlar. Inom projekt Cityanan har det under systemhandlingsskedet ildats en Berggrupp estående av representanter från konsultuppdragen U8, U9, U10 och U12 samt representanter från eställaren (Banverket). Berggruppens uppgift har l.a. varit att ta fram gemensamma riktlinjer för den kommande ygghandlingsprojekteringen av t.ex. ergförstärkning och tätning, samt vattenoch frostisolering. Val av korrosionsskydd för ergultar är en eständighetsfråga för det ärande huvudsystemet, men påverkar också såväl yggkostnader som framtida kostnader för underhåll. Vid diskussioner om kostnadsesparande åtgärder i samand med framtagandet av systemhandlingen har frågan om system för korrosionsskydd av ergultar aktualiserats. I systemhandlingen har det förutsatts att samtliga ultar och ulttillehör (ricka, kula och mutter) skyddas med s.k. duplexehandling vilket inneär varmförzinkning och epoxiehandling enligt specificerade krav i BV Tunnel. Föreliggande dokument redovisar riktlinjer för val av system för korrosionsskydd av ultar för permanent ergförstärkning aserat på utförda vattenanalyser. Riktlinjerna ska gälla för projektering av ygghandling. 2 Syfte och mål Syftet med föreliggande dokument är att: redovisa det underlag som legat till grund för att välja system för korrosionsskydd redovisa vilket system som valts för korrosionsskydd av permanenta ergultar redovisa motiven till valet av korrosionsskyddssystem. Målet är att valt system för korrosionsskydd för ergultar ska uppfylla i BV Tunnel ställda krav med avseende på eständighet. Riktlinjer för val av korrosionsskydd för ultar_ doc 3 (8)

4 3 Krav enligt BV Tunnel Den tekniska livslängdsklassen för det ärande huvudsystemet ska, enligt BV Tunnel, avsnitt 4.3.1, väljas till TLK 120. Kraven i BV Tunnel med avseende på eständighet för det ärande huvudsystemet inneär att miljön i och omkring tunnlar indelas i: (1) inre miljö och (2) yttre miljö (se Figur 3-1). Yttre miljö Inre miljö Figur 3-1 Indelning i inre och yttre miljö i och omkring en ergtunnel. Den inre miljön styrs av den planerade användningen av respektive utrymme, t.ex. Banmiljö som avser trafikutrymme, Uppvärmt och ventilerat utrymme, etc. Den yttre miljön styrs av de förhållanden som råder eller kommer att råda i omgivande erg, jord och vatten och delas in i marin miljö och övrig miljö. Marin miljö anses enligt BV Tunnel föreligga l.a. då grundvattnet klassificeras som aggressivt. Enligt BV Tunnel, ska grundvatten etraktas som aggressivt om det vid analys enligt VVMB 905 Bestämning av vattens korrosiva egenskaper (Vägverket) uppvisar någon eller några av följande egenskaper: ph < 6,5 vattenhårdheten < 20 mg (Ca+Mg)/l (totalhårdhet) alkaliniteten < 1 mekv/l ledningsförmågan > 100mS/m. När inre och yttre miljö estämts längs tunneln estäms korrosivitetsklasser och vilket korrosionsskydd ultarna måste ha för att uppfylla dessa. När det gäller korrosivitetsklasser för ultar kan ulten delas in i: (1) ingjuten del, d.v.s. den del som efinner sig i yttre miljö och (2) utstickande ultände (den del av ulten som inte är ingjuten i erget), d.v.s. den del som efinner sig i inre miljö. Riktlinjer för val av korrosionsskydd för ultar_ doc 4 (8)

5 Yttre miljö Då den yttre miljön klassificeras som övrig miljö får korrosivitetsklass Im1 tillämpas om grundvattnet inte är aggressivt och om systematisk förinjektering utförs i aktuellt ergparti eller vid förhållanden där särskilda tätningsåtgärder inte erfordras (se BV Tunnel, Taell 4.3-2). Korrosivitetsklass Im1 inneär, enligt BV Tunnel, Taell 5.2-2, att en oehandlad ult kan användas om den gjuts in med cementpasta (vct 0,32) och så att det lir ett minst 10 mm tjockt skikt av cementpasta mellan stålmaterialet och erget (se BV Tunnel, avsnitt ). Då yttre miljö klassificeras som marin miljö, t.ex. då aggressivt vatten föreligger, ska korrosivitetsklass tillämpas. För att uppfylla ska ulten förses med duplexehandling och gjutas in med samma krav som för Im1 (se BV Tunnel, Taell 5.2-2). Inre miljö I inre miljö kan en ult skyddas antingen genom att ett täckskikt av t.ex. sprutetong appliceras på den utstickande ultänden (inklusive ricka, kula och mutter) enligt Taell i BV Tunnel eller genom att ulten ehandlas med korrosionskydd estående av varmförzinkning och expoxi, s.k. duplexehandling enligt Taell i BV Tunnel. Vid luftexponerad ult i inre miljö (d.v.s. då täckande etongskikt inte används) ska, enligt BV Tunnel avsnitt , duplexehandling tillämpas för samtliga korrosivitetsklasser (d.v.s. C3, C4 och C5-M enligt Taell i BV Tunnel). Ovanstående inneär att man kan erhålla två olika korrosivitetsklasser och därmed två olika system för korrosionsskydd för en och samma ult: en för den ingjutna delen av ulten och en för den utstickande ultänden, inklusive ricka, kula och mutter. Detta är dock inte särskilt praktiskt från utförandesynpunkt eftersom det skulle inneära att en ult då skulle ehöva skyddas partiellt med olika korrosionsskyddssystem. Om t.ex. den yttre miljön kräver korrosivitetsklass, d.v.s. duplexehandlade ultar, ör rimligen även duplexehandling väljas för den utstickande ultänden och ulttillehören (ricka, kula och mutter), eftersom detta rostskyddssystem klarar alla förekommande korrosivitetsklasser i inre miljö (se dokument nr Riktlinjer för val exponerings- och korrosivitetsklasser samt korrosionsskydd för ergförstärkning ). Därmed ehöver inget täckskikt appliceras på den utstickande ultänden eller på ulttillehören med hänsyn till kraven på korrosionsskydd. 4 Val av korrosionsskydd för permanenta ergultar aserat på utförda vattenanalyser 4.1 Allmänt Som tidigare nämnts estäms den yttre miljön omkring tunnlarna av förhållandena i omgivande jord, erg och vatten. För att estämma vilka vattenkemiska förutsättningar som råder har det, längs Cityanans sträckning och dess omgivning, utförts vattenprovtagning som sedan analyserats i laoratorium. Provtagning av vatten har l.a. utförts i erg (kärnorrhål), jord (grundvattenrör) och i efintliga tunnlar (läckvatten). Eftersom detta dokument Riktlinjer för val av korrosionsskydd för ultar_ doc 5 (8)

6 avgränsas till att ehandla korrosionsskydd för ultar i ergtunnlar redovisas endast provtagningar utförda i kärnorrhål och i efintliga tunnlar. 4.2 Utförda provtagningar och analyser av grundvatten längs Cityanan I Bilagorna 1-3 redovisas läget för provtagningspunkter utförda inom uppdragen U8, U9 och U10. Bilaga 4 redovisar analysresultaten med avseende på de fyra kemiska komponenter som avgör om vattnet ska klassificeras som aggressivt eller inte, se avsnitt 3 ovan. Av Bilaga 4 framgår att samtliga provtagningspunkter utom två överskrider gränsvärdet (100 ms/m) för ledningsförmåga (konduktivitet). I en av punkterna (04GA21k) misslyckades laoratoriet med analysen av ledningsförmågan. Utöver ovan redovisade provtagningar har ytterligare 8 stycken provtagningar utförts i SL:s tunnlar, samt i ytterligare 3 stycken kärnorrhål vid Norra Latin, Vattugaraget respektive World Trade Center. Provtagningen i SL:s tunnlar har utförts på läckvatten i dräner och pumpgropar och på läckvatten från ergsprickor i tunnelväggar. Provtagningen utfördes på tunnelanesträckorna Odenplan-S:t Eriksplan, T-Centralen-Östermalmstorg, Mariatorget-Slussen och T-Centralen-Rådhuset. Analysresultaten från provtagningarna i SL:s tunnlar visar på en ledningsförmåga mellan 111 och 170 ms/m och en ledningsförmåga mellan 110 och 330 ms/m för de tre kärnorrhålen, d.v.s. samtliga prover överskrider gränsvärdet för ledningsförmåga (100 ms/m). Baserat på ovan redovisade analysresultat av grundvatten i kärnorrhål och av läckvatten i efintliga tunnlar torde det inte råda något tvivel om att s.k. aggressivt vatten föreligger längs Cityanans tunnelsträckning. Orsaken till den höga ledningsförmågan i grundvattnet är inte självklar men har sannolikt ett samand med de relativt höga kloridhalterna. Höga kloridhalter kan i sin tur orsakas av vägsalt och/eller relikt (gammalt kvarvarande) havsvatten. Det ör dock i detta sammanhang nämnas att det framförts tvivel om analysresultatens riktighet. Dessa tvivel har aserats på efogad misstanke om att vatten från ovanförliggande jordlager kan ha runnit ned i kärnorrhålen varvid det vatten som provtagits kan tänkas inte vara representativt för grundvattnet i erget. Orsaken till denna misstanke är att tätning inte utförts vid foderrörens anslutning mot erget. Denna misstanke kan dock inte riktas mot vare sig provtagningar gjorda i kärnorrhål som orrats från efintliga tunnlar eller mot provtagningar av läckvatten i efintliga tunnlar. För att kontrollera att utförda provtagningar i kärnorrhål som orrats från markytan är representativa har kontrollprovtagning utförts i två kärnorrhål. Dessa kontrollprovtagningar redovisas i avsnitt 4.3 nedan. 4.3 Kontrollprovtagningar För att kontrollera att de provtagningar som redovisats i avsnitt 4.2 är representativa med hänsyn till använd provtagningsmetod har kontrollprovtagningar utförts i 2 stycken kärnorrhål inom uppdrag U8. Vid kontrollprovtagningen har orrhålet stängts av med hjälp av gummimanschett Riktlinjer för val av korrosionsskydd för ultar_ doc 6 (8)

7 för att förhindra att markvatten rinner ned i orrhålet. Efter avstängning har inläckande vatten omsatts minst tre gånger innan provtagning av vattnet utförts. Kontrollprovtagningarna utfördes i orrhålen 04W_04k (vid Norra Station) och 04W_12k (vid Station Odenplan), se Bilaga 1. Analysresultatet med avseende på ledningsförmåga från kontrollprovtagningarna redovisas i Taell 4-1 tillsammans med analysresultat från tidigare utförda provtagningar i samma orrhål (se även Bilaga 4). Taell 4-1 Analysresultat från kontrollprovtagningar i orrhål 04W_04k och 04W_12k. Borrhål Ledningförmåga vid kontrollprovtagning Ledningsförmåga vid tidigare provtagning (enligt Bilaga 4) [ms/m] [ms/m] 04W_04k W_12k Som framgår av Taell 1 är analysresultaten för orrhål 04W_12k i samma storleksordning (110 respektive 120 ms/m), vilket indikerar att den tidigare mätningen är tillförlitlig. För orrhål 04W_12k skiljer sig dock resultatet från kontrollmätningen avsevärt från den tidigare mätningen (170 respektive 300 ms/m). Orsaken till den stora skillnaden är svår att exakt estämma. Tillförlitligheten för samtliga provtagningar i kärnorrhål har dock utretts och redovisas separat i PM T Kontrollprovtagning av grundvatten i kärnorrhål 04W_04k och 04W_12k. Slutsatsen från denna PM är följande: Denna utredning indikerar starkt att det inte finns någon anledning att tvivla på riktigheten i de analyssvar som erhållits vid provtagningar av erggrundvatten i kärnorrhål inom projektet. Detta inneär att grundvattnet i erg ska etraktas som aggressivt enligt BV Tunnels definition på aggressivt vatten. 4.4 Korrosionsskydd för ergultar Både de tidigare provtagningarna och kontrollprovtagningarna indikerar starkt att aggressivt vatten föreligger längs Cityanans tunnlar. Detta inneär, som tidigare nämnts, att den yttre miljön ska klassificeras som marin och att korrossivitetsklass ska tillämpas (se Bilaga 4). Godkänt rostskyddssystem för ingjuten ult i korrosivitetsklass ska enligt BV Tunnel, Taell 5.2-2, estå av duplexehandling och ingjutning. Krav på varmförzinkning och epoxiehandling framgår av BV Tunnel, avsnitt Krav på ingjutningen framgår av avsnitt i BV Tunnel. Riktlinjer för val av korrosionsskydd för ultar_ doc 7 (8)

8 5 Slutsatser och riktlinjer Baserat på utförda provtagningar och analyser av vatten i såväl kärnorrhål som läckvatten från efintliga tunnlar kan slutsatsen dras att s.k. aggressivt vatten med stor sannolikhet föreligger längs Cityanans tunnlar. Detta inneär att den yttre miljön omkring tunnlarna ska etraktas som marin, vilket i sin tur inneär att korrosivitetsklass ska tillämpas. Baserat på ovanstående redovisning kan följande riktlinjer avseende korrosionsskydd av ultar för permanent ergförstärkning ges: Bergultar som används för permanent förstärkning i yttre miljö (ingjuten ultdel) för förstärkning av ärande huvudsystem ska utföras i korrosivitetsklass, d.v.s. vara duplexehandlade med varmförzinkning och epoxiehandling samt ingjutna enligt krav i BV Tunnel, avsnitt respektive Utstickande ultände (inklusive ricka, kula och mutter) som används i samand ergultar för permanent förstärkning ska utföras i korrosivitetsklass, d.v.s. vara duplexehandlade med varmförzinkning och epoxiehandling enligt krav i BV Tunnel, avsnitt Referenser Banverket (2005) BV Tunnel, Standard BVS Vägverket (1993) VVBM 905, Bestämning av vattens korrosiva egenskaper, Pulikation 1993: Riktlinjer för val exponerings- och korrosivitetsklasser samt korrosionsskydd för ergförstärkning, WSP, T Kontrollprovtagning av grundvatten i kärnorrhål 04W_04k och 04W_12k, WSP, Riktlinjer för val av korrosionsskydd för ultar_ doc 8 (8)

9 Bilaga 1: Provtagningspunkter inom U8 04W_01k 04W_03k 04W_02k 04W_70k 04W_71k 04W_04k 04W_05k 04W_07k 04W_08k 04W_11k 04W_29k 04W_12k 04W_13k 04W_30k 04W_16k 04W_17k 04W_18k 04W_36k =Provtagning i kärnorrhål

10 Bilaga 2: Provtagningspunkter inom U9 04GA12k 04GA21k 04GA31k =Provtagning i kärnorrhål Riktlinjer för val av korrosionsskydd för ultar_ doc

11 Bilaga 3: Provtagningspunkter inom U10 Fortum, SM200 04R_KBH0 3 SL, Tunnelana Telia Sonera, TS1 =Provtagning i kärnorrhål =Provtagning i efintlig tunnel (läckvatten) Riktlinjer för val av korrosionsskydd för ultar_ doc

12 Bilaga 4: Analysresultat från vattenprovtagning i kärnorrhål och efintliga tunnlar inom uppdrag U8, U9 och U10 Provtagningspunkt ph Vattenhårdhet (Totalhårdhet) Alkalinitet Konduktivitet (Ledningsförmåga) Yttre miljö Korrosivitetsklass för yttre miljö Gränsvärde<6,5 Gränsvärde<20 mg Ca/l Gränsvärde<1 mekv/l Gränsvärde>100 ms/m 04W_01k 6,9 71 4,0 66 Övrig Im1 04W_02k 7, ,9 120 Marin 04W_03k 7, ,3 87 Övrig Im1 04W_04k 7, ,9 300 Marin 04W_05k 6, ,8 560 Marin 04W_07k 7, Marin 04W_08k 7, Marin 04W_11k 7, Marin 04W_12k 7, ,4 120 Marin 04W_13k 7, ,0 130 Marin 04W_16k 7, ,7 310 Marin 04W_17k 7, ,8 350 Marin 04W_18k 7,5 86 2,3 120 Marin 04W_29k 7, ,4 220 Marin 04W_30k 7, ,4 120 Marin 04W_36k 7,9 91,4 7,7 218 Marin 04W_70k 7, ,7 120 Marin 04W_01k 7, ,1 310 Marin 04GA12k 7, ,1 107 Marin 04GA21k 8,3 48 5,7 Analys misslyckades på?? la 04GA31k 7, ,9 120 Marin 04R_kh03 7, ,6 110 Marin Fortum, SM200 8, ,8 180 Marin (Läckvatten) Telia Sonera, TS1 7, ,2 170 Marin (Läckvatten) SL, Tunnelana 8, ,9 130 Marin (Läckvatten) Skrafferade fält indikerar överskridande av gränsvärde för enskild kemisk komponent Riktlinjer för val av korrosionsskydd för ultar_ doc