TUNNEL

Et geologisk lengdeprofil langs et nytt traséalternativ for jernbane mellom Asker og Sandvika viser at tunnelen i hovedsak vil gå i kambrosilurske bergarter som er kuttet av en del eruptivganger og gjennomsatt av forkastninger i hovedretning NV-SØ til N-S. Langs en strekning på omtrent 2 km, ca. 3000-5000 m fra Sandvika, vil tunnelen trolig ligge mindre enn 20 m under undergrensen av Askergruppen, og mellom 4000 og 5000 m fra Sandvika vil tunnelen ligge rett under eller delvis inne i skifre fra Askergruppen. Skifrene anses som problematiske fordi de er mekanisk svake og kan danne en barriere mot gjennomstrømming av vann fra overliggende bergarter. Em senking av tunnelens forløp bør derfor planlegges for å unngå problemer en antar vil oppstå dersom Askergruppen skjæres av tunnelen. Det bør også utføres kjerneboring(er) for å sikre seg at den antatte plasseringen av Askergruppens undergrense er korrekt i forhold til tunnelen i profilet. I den delen av tunnelen som ligger under lavaplatået, kan steile forkastninger og sprekkesoner gi muligheter for store vannlekkasjer til tunnelen fra bergarter som ligger i eller over Askergruppen.

Formålet med delprosjekt A: Forundersøkelser av "Miljø- og samfunnstjenlige tunneler" var å vurdere om nyere ikke utnyttede teknikker kunne forbedre forundersøkelsene både kvalitets- og kostnadsmessig, samt å vurdere tradisjonelle metoder utført på ulike anlegg. En håpet med dette å kunne oppnå reduserte kostnader ved tunneldriften, større sikkerhet ved gjennomføringen av tunnelprosjekter, større sikkerhet mot miljøskader og sikrere tids- og kostnadsoverslag. Analyse av satelittbilder viser at digital strukturanalyse gir et godt bilde av den regionale tektonikken i et område. Mer detaljert informasjon om forkastninger og sprekkesoner kan ekstraheres fra digitale høydedata. Geofysiske data målt fra fly eller helikopter vil kunne gi viktige bidrag i en tidlig fase av forundersøkelser for anlegg i fjell. Metodene som benyttes, gir viktig informasjon om berggrunnsgeologien, og i tillegg kan lineamenter forårsaket av forkastninger og sprekkesoner tolkes frem. Det foreligger nye digitale data for de sentrale delene av Østlandet, men mer sparsomt i landet forøvrig. Seismisk modellering har vist at tolkningene kan være beheftet med større usikkerheter enn det brukerne har vært klar over. Uttestingen av 2D resisitivitetsmålinger har vist at metoden effektivt kan påvise svakhetssoner i fjell dersom resisitiviteten i berggrunnen i utgangspunktet er over 5000 ohmm. Under gitte geologiske betingelser indikeres også en evne til å karakterisere sonene. Metoden har vist seg å være relativt følsom, og har påvist flere soner enn f.eks. VLF. I alle områder unntatt ved Jong-Asker, hvor resistiviteten generelt er lavere enn 5000 ohmm, har resistivitetsdata gitt like klar informasjon om svakhetssoner i overflaten av berggrunnen som refraksjonsseismikk. Metoden kan i motsetning til refraksjonsseismikk, til en viss grad følge sonene mot dypet, men dersom det er tynne soner, kan disse gå dypere

I samarbeid med Statens vegvesen har NGU utført geofysisk og geologisk kartlegging i forbindelse med Eikremtunnelen, Rv 70 Øydegard-Bronneset. Det er totalt samlet inn ca 2.8 km resistivitetsdata fordelt på to profiler, som så er prosessert og tolket. Det er tatt hensyn til eksisterende geologiske og geofysiske data fra tidligere arbeid, og strukturgeologiske data fra kartlegging i tolkningen av de sammenstilte dataene. Den geofysiske kartleggingen med 2D resistivitet har påvist flere soner i berggrunnen enn det som er kartlagt på overflaten, og det er godt samsvar mellom påviste soner på overflaten og i resistivitetsprofilene.
Langs tunneltraseen forekommer det to hovedenheter av bergarter. I nordvest består berggrunnen av granittisk til diorittisk gneis, som er en enhet av god kvalitet med relativt lite sprekker og mindre utpreget foliasjon. Enheten i sørøst er svært sammensatt og består vekselvis av glimmerskifer, amfibolitt, kalksilikatskifer, metasandstein, kalkspatmarmor og paragneis, som er av dårligere kvalitet, er stedvis svært oppsprukket og er tydelig preget av foliasjonen. Bergartskontakten mellom de to geologiske enhetene er utsatt for forkastninger, forvitring og vannførende soner. Foliasjonen har generell trend NØ-SV strøkretning og ca 40° fall mot NV. Andre strukturer som er observert i felt er (1) steile NØ-SV forkastninger og/eller sprekkesoner som er utviklet langsetter foliasjonen hvor foliasjonen er steilere enn 40°, eller forkastningssonene kutter foliasjonen der foliasjonen har moderat til slakt fall. (2) steile forkastninger og/eller sprekkesoner med en klar Ø-V trend som kutter foliasjonen. Disse to typene av strukturer er observert i blotninger og kan relateres til store strukturer og svakhetssoner som er kartlagt i resistivitetsprofilene. I regional skala er det kartlagt to hovedtrender av lineament med fjernanalyse fra ortofoto, NV-SØ trend og NØ-SV trend som sammenfaller med foliasjonen.
Resistivitetsmetoden indikerer flere soner i berggrunnen enn det som er kartlagt på overflaten og vi kan angi bredde, fall og "kvalitet" på sonene. Det er godt samsvar mellom soner som er kartlagt med geofysikk i grunnen og kartlegging av forkastninger og sprekkesoner i felt. Ved å kombinere disse to formene for kartlegging kan vi med større sikkerhet angi strøk og fallretning av påviste soner, samt angi sonens karakter i form av utstrekning og omfang med tanke på vannføring og ustabilitet.

"Forbedrede forundersøkelser for tunneler" (ForForUT) er et samarbeidsprosjekt mellom Statens vegvesen Vegdirektoratet og Norges geologiske undersøkelse. Målet med samarbeidsprosjektet er å videreutvikle forundersøkelser slik at en med større sikkerhet kan forutsi problemer en kan møte ved tunneldriving i forskjellige geologiske miljø. Prosjektet har følgende definerte delmål:
1. forbedre datagrunnlaget ved forundersøkelser ved å tilrettelegge all tilgjengelig geofaglig viten og foreta ny innsamling av data i en tidlig fase.
2. videreutvikle metodikken ved forundersøkelser ved å nyttiggjøre tilgjengelige teknikker og avklare hva slags informasjon de ulike teknikkene gir og under hvilke betingelser de fungerer optimalt.
Denne rapporten dokumenterer arbeidet som er utført i 2009 med utviklingen av kart som statistisk anslår de vannførende egenskapene i bergarter i østlandsområdet. Dette kan brukes som verktøy ved planlegging av tunnelprosjekter. Kartene er basert på geologiske berggrunnskart i målestokk 1:250 000 og statistikken er basert på vanngiverevne i fjellbrønner, innrapportert til den nasjonale grunnvannsdatabase GRANADA iht. Vannressursloven. Brønnene som er brukt til vanngiverevne er uten trykking (en prosess som øker vanngiverevne).
Rapporten beskriver den generelle vanngiverevnen til bergarter innenfor fylkene Hedmark, Oppland, Telemark, Buskerud, Vestfold, Østfold og Oslo/Akershus. Hensikten med rapporten er å kunne:
- anslå om de vannførende egenskapene til bergartene langs en planlagt tunnelutbygging er gunstige eller ugunstige;
- anslå hvilke av alternative tunneltraseer som sannsynligvis er mest gunstig i forhold til vanninnslag;
- kartene kan gi en indikator på mengden vannlekkasje en kan forvente i tunnelen (påvise om det finnes bergarter i nærområdet som en bør søke spesielt etter ved forundersøkelser langs tunneltraseen).
Data og kart som presenteres i denne rapporten bør betraktes som indikative, mest sannsynlige data, som erstatning for tidligere manglende data.

Som et ledd i NGUs arbeid med å forbedre forundersøkelsene ved tunnelarbeider er det foretatt geofyslske målinger ved tre tunnelanlegg, hvor det har vært visse problemer knyttet til selve drivingen eller ved uhell i ettertid. De valgte tunnelene er Hanekleivtunnelen ved Sande i Vestfold, Ravneheitunnelen ved Farsund på Lista og Vadfosstunnelen ved Kragerø. Hensikten med dette har vært å se om etablert tolkningsmodell fra undersøkelser ved Lunnertunnelen kunne overføres til andre geologiske miljø. Kartlagte svakhetssoner kunne påvises med resistivitetsmålinger på bakken, metoden kunne karakterisere sonene geometrisk (bredde, fall og dyptgående), og en kunne skille ustabile soner fra soner hvor vannlekkasjer var et større problem. Ved Hanekleivtunnelen er det utført VLF-målinger og refraksjonsseismikk som et supplement til resistivitetsmåiinger, og her forelå også indikasjoner på dypforvitring fra tidligere regionalkartlegging.

I forbindelse med at Jernbaneverket planlegger ny jernbanetunnel mellom Holm og Nykirke i Vestfold, samt ny Holmestrand jernbanestasjon i fjell, har NGU logget fire brønner langs tunneltraséen. Hensikten med loggingen var å kartlegge oppsprekking og geologi for å få informasjon om fjellkvalitet. Det er logget med optisk og akustisk televiewer og målt resistivitet i fjell, seismisk hastighet, temperatur, ledningsevne i vann, og naturlig gammastråling. Opptakene med optisk televiewer ble meget gode i tre av hullene hvor det var klart vann. I det fjerde hullet var vannet svært grumset og det ble derfor logget med akustisk televiewer.
Opptakene med optisk televiewer viser at det i FB 78,6 og FB 79,8 er sandstein (Ringerike). I de deler av hullene hvor det ikke var vann ble opptakene for dårlig til å se detaljert geologi. Basalten i FB 81,3-2 har noe varierende sammensetning med hensyn til kornstørrelse og inneslutninger.
Målingene har påvist et fåtall soner med noe lav resistivitet og lav seismisk hastighet. Det er også indikert vannførende sprekker. Det forventes ikke at disse sonene vil medføre problemer ved tunneldriving om de skulle krysse tunneltraséen. I FB 81,3-2 er det påvist vanninnslag fra en sprekkesone på 37 m dyp. Dette er ca 35 m over grunnvannsspeilet og langt over tunnelnivå. I det samme hullet er det observert flere soner med konglomerat på forskjellige dyp. I FB 85,5, som er artesisk, er det indikert vanninnstrømning i hullet fra en sprekk på 16,3 m dyp. Vannmengden som strømmet ut av hullet var meget liten. Det er observert tre åpne sprekker i FB 79,8, men det er ingen indikasjon på at de er vannførende.

I samarbeid med Statens vegvesen har NGU utført geofysisk kartlegging med 2D resistivitet langs tunnelløpet Sandeide-Liavatnet, Ringveg Vest, Bergen. Det er totalt samlet inn 3,5 km resistivitetsdata, som så er prosessert og tolket. Det er tatt hensyn til eksisterende geologiske data fra kartlegging i tolkningen av de geofysiske dataene. Hensikten med dette var å påvise og karakterisere svakhetssoner forut for tunneldrivingen. NGU vil poengtere at karakterisering av svakhetssoner ved hjelp av resistivitetsdata er en ny teknologi, og at dette prosjektet er et ledd i å bygge opp kompetanse på tolking av denne type data.
Soner som er tolket til å være sprekkesoner eller forkastninger er lagt inn i resistivitetsplottene, og plasseringen av sonene er i tillegg angitt i tabellform med koordinat langs resistivitetsprofil og UTM-koordinater. Her er også tolket fall og fallretning angitt. Hensikten er at med å koordinatfeste sonene på overflaten og angi fall viI det være mulig å projisere sonen ned i tunnelnivå. Sonene er angitt med koordinater med +/-5 m nøyaktighet på overflaten.
Metoden indikerer flere soner i berggrunnen enn det som er mulig å kartlegge på overflaten og vi kan angi bredde, fall og "kvalitet" pa sonene. 2D resistivitetsprofil har en begrenset rekkevidde i dypet til ca 120 m dyp. Oppløsningen avtar mot dypet, og resistivitetsdata dypere enn ca. 80 meter er erfaringsmessig lite pålitelig. At sonene blir bredere i dypet er en kunstig effekt av inversjonsprosessen, og ikke en reell utvikling av sonen. Det er mer sannsynlig at sonene blir smalere i dypet pga økt omslutningstrykk. Generelt er det bra kvalitet på dataene fra 2D resistivitetsmålingene. Alle soner som er kartlagt på forhånd gir utslag i resistivitetsprofilet, samt at det er påvist flere soner enn det som tidligere er kartlagt.
Det er også samlet inn IP data (Indusert Polarisasjon). Høy IP indikerer mineraliseringer (sulfider, grafitt og o.l.) som kan gi tilsvarende anomalier som vannfylte sprekkesoner med eller uten leire. Dette er det tatt hensyn til i tolkningen presentert i denne fagrapporten. Målingene viser at området har ingen eller veldig lavt IP utslag, som betyr at berggrunnen ikke inneholder sulfider eller andre ledende mineraler.

I oppdrag for Jernbaneverket har NGU utført geofysisk kartlegging med 2D resistivitet langs tunnelløpet Holm-Holmestrand-Nykirke i Vestfold fylke. Det er totalt samlet inn ca. 14 km resistivitetsdata, som så er prosessert og tolket. Det er tatt hensyn til eksisterende geologiske data fra kartlegging i tolkningen av de geofysiske dataene. Hensikten med dette var å påvise og karakterisere svakhetssoner forut for tunneldrivingen. NGU gil poengtere at karakteriseringen av svakhetssoner ved hjelp av resistivitetsdata er en ny teknologi, og at dette prosjektet er et ledd i å bygge opp kompentanse på tolking av denne dype data.
Soner som er tolket til å være sprekkesoner eller forkastninger er lagt inn i resistivitetsplottene, og plasseringen av sonene er i tillegg angitt i tabellform med cal pelnummer for tunnelen, koordinat langs resistivitetsprofil og UTM-koordinater. Her er også tolket fall og fallretning angitt. Hensikten er at med å koordinatfeste sonene på overflaten og angi fall vil det være mulig å projisere sonen ned i tunnelnivå. Sonene er angitt med +/- 5m nøyaktighet på overflaten.
Metoden indikerer flere soner i berggrunnen enn det som er mulig å kartlegge på overflaten og vi kan angi bredde, fall og "kvalitet" på sonene. 2D resistivitetsprofil har en begrenset rekkevidde i dypet til ca 120 m. Oppløsningen avtar mot dypet og resistivitetsdata dypere enn ca. 80 meter er erfaringsmessig lite pålitelige. At sonene blir bredere i dypet er en kunstig effekt av inversjonsprosessen, og ikke en reell utvikling av sonen. Det er mer sannsynlig at sonene blir smalere i dypet pga økt omslutningstrykk med dypet. Generelt er det bra kvalitet på dataene fra 2D resistivitetsmålingene, selv der hvor det er mye bebyggelse og en måtte redusere antall elektroder. Det er også samlet inn IP data (Indusert Polaritet). Høy IP indikerer mineraliseringer (sulfider, grafitt og 0.1.) som kan gi tilsvarende anomalier som vannfylte sprekkesoner med eller uten leire. Dette er det tatt hensyn til i tolkningen presentert i denne fagrapporten.
Det er kartlagt mulig dypforvitring i noen få soner langs tunneltraseen, noe som bør tas med i vurderingen når en planlegger tunnelutbyggingen.

I forbindelse med tunnelprosjektet Fv. 659 Nordøyvegen, fastlandsforbindelse med undersjøiske tunneler og broer mellom Brattvåg, Hestøya, Lepsøya, Haramsøya, Flemsøya/Skuløya, Fjørtoft og Harøya, har NGU utført berggrunnsgeologisk og strukturgeologisk kartlegging.
Det er tidligere påpekt at fjellområdet nordvest for Nogva, Brandalsryggen, er ustabilt. Det ble derfor valgt å legge tunneltraseen utenfor dette ustabile fjellpartiet. I denne rapporten har utstrekningen av det ustabile fjellpartiet blitt kartlagt, og "baksprekken" lokalisert. Tunnelpåhugget og den nye traseen er undersøkt for ustabilitet og sprekkesoner som kan påvirke tunneldriften. Det er ikke observert tegn på ustabilt fjell utenfor (bakenfor) det markerte fjellområdet, og ingen sprekkesoner av betydning er kartlagt langs landdelen av tunneltraseen. Den undersjøiske delen av tunneltraseen vil bli kartlagt med undersjøiske undersøkelser og rapportert for seg.
På grunn av liten boltningsgrad er det vanskelig å bestemme fallet på "baksprekken", og en må anta at den kan være tilnærmet vertikal. Hvis det er behov for å angi fallet til "baksprekken" anbefales det å anvende geofysikk, som for eksempel 2D resistivitet. Årsaken til det ustabile fjellpartiet er ikke klart, "baksprekken" kan følge bergartsgrenser som kan være svakere enn omkringliggende fjell, den kan også følge en gammel duktil sone, eller påvirket av spenningsutløsning etter siste istid ved fravær av den dekkende isbreen. Det er her ikke forsøkt å gi noen forklaring på hvorfor fjellpartiet er ustabilt.
Foliasjonen i fjellet endres fra horisontal til nær vertikal over korte avstander. Når foliasjonen er steil kan dette bidra til økt innstrømming til tunnelen av ferskt og salt vann, hvis det blant annet er lite overdekning av fjell og/eller løsmasser.

In connection with the detailed planning of new double track railway tunnel approx. 23.5 km long from Oslo to Ski, the Geological Survey of Norway (NGU) on request from the Norwegian Rail Road Authority (Jernbaneverket Utbyggingsdivisjonen) conducted an upgrade of the geological and geophysical background material at a regional scale and delivered it in a digital form in 2007 (Lutro et al. 2007). This work contributed to provide the best possible basis and assessment to the engineering geological and hydrogeological conditions for further planning of the tunnels. In the following years, the same authorities deviated the trends of the planned tunnel traces and requested to NGU for additional geophysical and geological data.