Riktlinjer för val av geoteknisk klass för bergtunnlar Underlag för projektering av bygghandling.... Lars Rosengren

Transkript

1 Dokument Nr: Citybanan i Stockholm Riktlinjer för val av geoteknisk klass för bergtunnlar Underlag för projektering av bygghandling FÖR GRANSKNING Lars Rosengren Marie von Matérn, WSP Sverige Marie von Matérn, WSP Sverige Rosengren Bergkonsult AB/WSP, Sverige Markus Kappling, Golder Peder Thorsager, Ramböll Markus Kappling, Golder Peder Thorsager, Ramböll Carl-Olof Söder, Sweco Carl-Olof Söder, Sweco Upprättad av Granskad av Godkänd av Riktlinjer för val av geoteknisk klass_ doc

2 Innehållsförteckning 1 Inledning Syfte och mål Krav enligt BV Tunnel... 3 Riktlinjer för val av geoteknisk klass för Citybanans bergtunnlar Praktiska konsekvenser av GK Referenser... 8 Riktlinjer för val av geoteknisk klass_ doc 2 (8)

3 1 Inledning Den planerade Citybanan mellan Tomteboda i norr och Södra Station i söder utgörs huvudsakligen av en undermarksanläggning bestående av bergtunnlar. Inom projekt Citybanan har det under systemhandlingsskedet bildats en Berggrupp bestående av representanter från konsultuppdragen U8, U9, U10 och U12 samt representanter från beställaren (Banverket). Berggruppens uppgift har bl.a. varit att ta fram gemensamma riktlinjer för den kommande bygghandlingsprojekteringen av t.ex. bergförstärkning och tätning, samt vattenoch frostisolering. För att i möjligaste mån säkerställa att tunnelsystemet dimensioneras, utförs och kontrolleras på ett likartat sätt med hänsyn till geoteknisk klass har berggruppen fått i uppdrag att ta fram riktlinjer för val av geoteknisk klass för bergtunnlar. Föreliggande dokument redovisar riktlinjer för val av geoteknisk klass i samband med bygghandlingsprojekteringen av projekt Citybanan. Dokumentet tar också upp riktlinjer för redovisning av vald geoteknisk klass samt praktiska konsekvenser av geoteknisk klass 3 (GK3). 2 Syfte och mål Syftet med föreliggande dokument är att redovisa de riktlinjer som ska gälla vid val av geoteknisk klass i samband med bygghandlingsprojekteringen av Citybanans bergtunnlar. Målet är att dimensioneringen, utförandet och kontrollen ska bli gjord på samma sätt för olika tunneldelar med likartade förutsättningar, oberoende av vilken projektör som utför arbetet. 3 Krav enligt BV Tunnel Kraven avseende geoteknisk klass för järnvägstunnlar tar avstamp i BV Tunnel (Banverket, 2005). BV Tunnel hänvisar i sin tur vidare till BKR (Boverket, 2003). I detta sammanhang är det viktigt att notera att BKR inte gäller generellt för bergtunnlar. Banverket har dock valt att frivilligt åberopa vissa delar av BKR. I nedanstående avsnitt är citerad text från BV Tunnel respektive BKR skriven med kursiv stil omgiven av citattecken. För att skilja rådstext och kommentarer från kravtext har rådstexten och kommentarerna återgivits som indragen text. Citybanans eventuella tolkningar och kommentarer är skriven med normal text. Riktlinjer för val av geoteknisk klass_ doc 3 (8)

4 I BV Tunnel, avsnitt , anges följande krav: Bärande huvudsystem för trafikutrymme ska utföras i säkerhetsklass 3 respektive geoteknisk klass GK2 eller GK3 enligt BKR, avsnitt 2:115 respektive 4:21. Vägledande för val av GK3 kan vara när bergtäckningen är mindre än halva tunnelns spännvidd eller vid sektioner med dålig bergkvalitet, expempelvis Q<1 vid zonbredd större än två (2) meter eller när omgivningsförhållandena är sådana att de väsentligt förstorar konsekvenserna av brott eller deformationer i det bärande huvudsystemet. Vald geoteknisk klass anges i teknisk beskrivning och på ritningar. Som framgår av ovanstående citat från BV Tunnel ställs endast krav på geoteknisk klass med avseende på trafikutrymme (d.v.s. spårtunnlar). Detta innebär att BV Tunnel inte ställer några krav avseende geoteknisk klass på andra utrymmen som ingår i anläggningen, t.ex. sidoutrymmen och utrymningsvägar (t.ex. servicetunnel, uppgångar och tvärtunnlar). Eftersom de sist nämnda utrymmena ingår i den färdiga järnvägsanläggningen och att tredje man och personal som vistas i dessa utrymmen kan påverkas negativt bör samma krav gälla även för dessa utrymmen. Projekt Citybanan förutsätter att detta är en miss i BV Tunnel och förordar att samma krav avseende val geoteknisk klass ska gälla för samtliga bergutrymmen. En annan observation som kan göras i BV Tunnels kravtext är att valet av geoteknisk klass endast görs med avseende på aspekten bärförmåga och deformationer i det bärande huvudsystemet. Detta förstärks även av ovan citerade rådstext. Den övergripande intensionen med val av geoteknisk klass torde dock vara att skydda tredje man från oönskade konsekvenser vad gäller personer och egendom. Syftet med val av geoteknisk klass framgår dock inte tydligt av BKR. Mot denna bakgrund är det rimligt att anta att val av geoteknisk klass inte enbart har med icke önskvärda konsekvenser med avseende på bärförmåga och deformationer i det bärande huvudsystemet att göra, utan även konsekvenser som är kopplade till påverkan av omgivningen med avseende på t.ex. grundvattenuttag (täthet) och vibrationer resulterande i oacceptabla konsekvenser i form av skadliga deformationer och vibrationsskador i närliggande byggnadsverk. Detta innebär att begreppet geoteknisk klass borde vidgas jämfört med den betydelse det tycks ha enligt BV Tunnel. Ett annat alternativ till att hantera dessa aspekter än genom val av geoteknisk klass är att projektet i ett tidigt skede av bygghandlingsprojekteringen kopplar in extern expertis som aktivt deltar i projekteringen och sedan följer upp och kontrollerar dessa aspekter under byggtiden. För att dessa aspekter ska behandlas lika inom projektet bör den externa expertisen vara knuten till projektet som helhet, oberoende av entreprenadindelning. Av ovan citerad kravtext från BV Tunnel framgår vidare att denna hänvisar till BKR, avsnitt 4:21. I detta avsnitt i BKR ställs följande krav: Geokonstruktioner skall dimensioneras, utföras och kontrolleras i någon av de geotekniska klasserna GK1, GK2 eller GK3. GK1 får inte tillämpas för säkerhetsklass 3. Verifieringen enligt avsnitt 2:3 skall, för geokonstruktioner i GK3, ha en sådan omfattning och kvalitet att en nivå motsvarande GK2 aldrig underskrids. Detaljerade regler för GK3 lämnas inte. Riktlinjer för val av geoteknisk klass_ doc 4 (8)

5 GK1 och GK2 kan väljas om föreskriftens krav avseende geokonstruktioner i säkerhetsklass 3 samt förutsättningar enligt följande tabell 4:21a är uppfyllda. Om förutsättningar för GK2 inte är uppfyllda, bör GK3 tillämpas. Väl dokumenterad lokal erfarenhet kan även beaktas vid val av geoteknisk klass. Tabell 4:21a Förutsättningar för tillämpning av geoteknisk klass 1 (GK1) respektive geoteknisk klass 2 (GK2). Faktor Geoteknisk klass 1 (GK1) Geoteknisk klass 2 (GK2) Jord-, berg- och grundvattenförhållanden Geokonstruktion Omgivningsförhållanden Undergrunden bör, om den utsätts för större belastning än 5 kpa, bestå av föga kompressibel jord och berg. Porvattentrycken är lägre än de som motsvarar en fri grundvattenyta i nivå med schaktbotten, såvida inte omfattande lokal erfarenhet visar att erforderlig schaktning under grundvattenytan kan ske utan risk. Liten, konventionell och relativt enkel geokonstruktion. Risk för ras och skred föreligger inte. Närliggande konstruktioner och anläggningar är belägna på sådant avstånd att geokonstruktionen inte påverkar dess stabilitet och deformationer. Undergrunden är sådan att jordens och bergets egenskaper kan bestämmas med väldokumenterade och allmänt accepterade metoder. Porvattentrycken är lägre än de som motsvarar en fri vattenyta belägen högst 1,0 meter över schaktbotten alternativt vattenytan i schakten. Allmän praktisk erfarenhet föreligger av geokonstruktionen. Dimensionering och utförande sker med allmänt accepterade metoder. Omgivningsförhållandena är sådana att de inte förstorar konsekvenserna av brott eller deformationer i geokonstruktionen. Avsnitt 4:21 i BKR avslutas med exempel (rådstext) på geokonstruktioner för vilka GK1 repsektive GK3 kan tillämpas. Kraven i BKR är skrivna för s.k. geokonstruktioner (t.ex. sponter, pålar och stödmurar) och främst med hänsyn till sådana som utförs i jord. Huruvida bergtunnlar kan betraktas som en geokonstruktion eller inte i detta sammanhang är osäkert. Det kan dock konstateras att de förutsättningar som Riktlinjer för val av geoteknisk klass_ doc 5 (8)

6 räknas upp i tabellen (ovan) är föga anpassade till tunnlar utförda i berg, varför de svårligen kan tillämpas direkt. Av BV Tunnels kravtext framgår dock att GK1 inte är aktuellt, vilket innebär att de förhållanden som räknas upp i GK1- kolumnen i tabellen inte är relevanta för val av geoteknisk klass för bergtunnlar. Sammanfattningsvis kan sägas att ovan redovisade krav för val av geoteknisk klass varken är entydiga eller tydliga för tillämpning på bergtunnlar. 4 Riktlinjer för val av geoteknisk klass för Citybanans bergtunnlar 4.1 Allmänt Eftersom varken BV Tunnel eller BKR ger tydliga anvisningar om hur val av geoteknisk klass ska göras för bergtunnlar har Citybanan valt att göra en egen tolkning med ledning av krav och rådstext i BV Tunnel och BKR. Föreliggande kapitel redovisar de riktlinjer som ska gälla för att välja geoteknisk klass för Citybanans bergtunnlar. Utgångspunkten har varit att valet av geoteknisk klass endast görs utifrån aspekten bärförmåga och deformation hos tunnlarnas bärande huvudsystem (stabilitet). Detta innebär att valet av geoteknisk klass inte omfattar andra viktiga aspekter, t.ex. grundvattenuttag (täthet) och vibrationer som kan leda till skador på omgivande byggnader. Det förutsätts därvid att dessa aspekter tas omhand på annat sätt inom projektet, t.ex. såsom beskrivits i avsnitt 3. Med tunnlar avses fortsättningsvis i detta dokument samtliga utrymmen inom Citybanan som helt omges av berg. 4.2 Riktlinjer för val av geoteknisk klass Val av geoteknisk klass inom projekt Citybanan ska göras utifrån en bedömning av förutsättningarna med avseende på följande faktorer: utförda undersökningar bergets karaktär och kvalitet dräneringsförhållanden spännvidd bergtäckning avstånd till befintliga byggnadsverk erfarenhet av aktuell bergmassa och tunnelkonstruktion omgivningsförhållanden. Riktlinjer för val av geoteknisk klass_ doc 6 (8)

7 Om samtliga förutsättningar enligt Tabell 1 är uppfyllda ska geoteknisk klass 2 (GK2) väljas. I annat fall ska geoteknisk klass 3 (GK3) väljas. Tabell 1 Förutsättningar för val av geoteknisk klass 2 (GK2). Faktor Utförda undersökningar Bergets karaktär och kvalitet Förutsättning för GK2 Undersökningar har utförts i den omfattning och med de metoder som är normala med hänsyn till erfarenheterna av aktuell bergmassa, variationen i dess mekaniska egenskaper, samt med hänsyn till tunnelkonstruktionens svårighetsgrad. Bergets karaktär och kvalitet är sådan att det med tillämpning av konventionella förstärkningsmetoder är troligt att aktuella krav på bärförmåga och deformationer kan innehållas. Riktvärde för bergkvalitet RMR ) Dräneringsförhållanden Fullt dränerade förhållanden föreligger 2) Spännvidd Tunnelns spännvidd B<15 m 3) Bergtäckning Tunnelns bergtäckning, BT halva tunnelns spännvidd (B/2) 3) Avstånd till befintliga byggnadsverk Befintliga tunnlar: Avståndet, S halva dimensionerande spännvidden 4) (B dim /2) Befintliga byggnader, broar och andra konstbyggnader: Erfarenhet av aktuell bergmassa och tunnelkonstruktion Omgivningsförhållanden Avståndet, S tunnelns spännvidd (B) Dokumenterad erfarenhet finns av bergets beskaffenhet i det område tunneln ska uppföras. Allmän praktisk erfarenhet föreligger av tunnelkonstruktioner i aktuell bergmassa. Dimensionering och utförande sker med allmänt accepterade och konventionella metoder. Omgivningsförhållandena är sådana att de inte väsentligt förstorar konsekvenserna av brott eller deformationer i det bärande huvudsystemet. Ingen risk för kollaps med vattengenombrott från öppet vattendrag eller vattenfylld närliggande tunnel föreligger. 1) Vid RMR 89 <50 ska en helhetsbedömning göras avseende hur bergets egenskaper påverkar deformations- och stabilitetshållandena. En sådan bedömning ska ta hänsyn till tunnelns storlek (dimensioner) i förhållande till utsträckningen/mäktigheten på bergpartiet med RMR 89 <50 samt till bergpartiets orientering i förhållande till tunneln och aktuella bergspänningar. Om det bedöms att icke kritiska deformations- och/eller stabilitetsförhållanden kommer att uppstå för tunneln får förutsättningarna för GK2 anses vara uppfyllda med avseende på denna faktor. 2) Tunneln kan anses vara fullt dränerad om den inte helt eller delvis omges av ett särskilt tätningskikt i form av ett membran eller en mot berget direkt gjuten betongkonstruktion. En mot berget motgjuten betongkonstruktion kan anses vara fullt dränerad om åtgärder för dränering vidtagits mellan berget och betongkonstruktionen och att dessa är åtkomliga för underhåll. 3) Vid B 15 respektive BT<B/2 ska en helhetsbedömning göras avseende hur bergets egenskaper påverkar deformations- och stabilitetsförhållandena. Om det bedöms att icke kritiska deformations- och/eller stabilitetsförhållanden kommer att uppstå för tunneln får förutsättningarna för GK2 anses vara uppfyllda med avseende på respektive faktor. 4) Dimensionerande spännvidd avser den största spännvidden hos de aktuella tunnlarna. Riktlinjer för val av geoteknisk klass_ doc 7 (8)

8 4.3 Riktlinjer för redovisning av vald geoteknisk klass Vald geoteknisk klass ska redovisas på plan-, profil- och detaljritningar i den omfattning som är nödvändig för att inga missförstånd ska uppstår angående vilken geoteknisk klass som gäller. Alternativt kan särskilda ritningar för geoteknisk klass upprättas. Vid båda redovisningssätten ska vald geoteknisk klass framgå oberoende av vilken klass som valts. I teknisk beskrivning ska det framgå att tunnlarna ska utföras i geoteknisk klass 2 eller 3 i enlighet med ritningar. Vid val av gränser för olika geotekniska klasser ska så stora sammanhängande områden/tunnelsträckor som möjligt eftersträvas, d.v.s. även om ett litet område/tunnelsträcka med GK2 ligger insprängt i ett område/tunnelsträcka som för övrigt bedömts som GK3, bör hela området/sträckan klassificeras som GK3. Det omvända gäller dock inte. 5 Praktiska konsekvenser av GK3 Enligt BV Tunnel, avsnitt , gäller att: Kompletterande kontroll av bergkonstruktion i GK3 ska utföras av en från projektet fristående expert i omfattning enligt teknisk beskrivning Vad detta innebär i praktiken är lite oklart eftersom kravet har hanterats på lite olika sätt i olika projekt. Projekt Citybanan förutsätter dock att konsekvenserna av ovanstående krav vid GK3 är att den kompletterande kontrollen från den fristående experten ska omfatta: projekteringen, inklusive drivningssekvens, drivningsrestriktioner, dimensioneringsberäkningar och föreslagna mätinsatser utförandet under byggskedet slutresultat (funktion). En annan konsekvens av GK3 är att kontroller avseende bergförstärkningselement (bultar och sprutbetong) i regel har en högre provningsfrekvens vid fortlöpande provning. Regler för detta finns tydligt angivna i BV Tunnel, avsnitt Fortlöpande provningar med tillhörande provningsfrekvenser vid olika geotekniska klasser specificeras i kontrollprogram. 6 Referenser Banverket (2005) BV Tunnel, Standard BVS , Boverket (2003) Regelsamling för konstruktion, Boverkets konstruktionsregler, BKR, byggnadsverkslagen och byggnadsverksförordningen. Riktlinjer för val av geoteknisk klass_ doc 8 (8)