Stability assessment of the Ryfylke subsea tunnel passing through weak rock mass

Ved konstruksjon av bergrom er optimalisert bergsikring avgjørende for langtidsstabilitet og sikkerhet. Omfanget av bergsikring er hovedsakelig avhengig av bergmassekvalitet og sikringstradisjonene i det aktuelle området. I områder med veldig svak bergmasse trengs det mer omfattende sikring, sammenlignet med massivt, intakt berg. I Norske vegtunneler er det Q-systemet kombinert med Statens Vegvesens tabell for sikringsklasser som utgjør den viktigste veilederen for bergsikring. For områder der den kartlagte Q-verdien er under 0.2, er det vanlig med bergsikring som inkluderer forbolting, radiell bolting og sprøytebetong, i tillegg til installasjon av armerte sprøytebetongbuer (RRS). RRS er i litteraturen beskrevet som en lastbærende sikringskonstruksjon. Svak bergmasse kan gjennomgå plastisk deformasjon dersom forholdet mellom bergmassestyrken og stivheten til in-situ og indusert spenning er lav. Hvis dette problemet ikke blir løst, kan tunnelen kollapse. En deformasjon på over ∼1% er typisk beskrevet som størrelsesordenen som kan medføre plastiske deformasjonsproblemer (squeezing). Da må ofte tyngre bergsikring installeres. Under slike forhold, i tillegg til en Q-verdi under 0.2, er det i praksis vanlig å installere lastbærende sikring. I litteraturen og teorien hevdes det likevel at bruken av lastbærende sikring i Norske vegtunneler noen ganger kan være overflødig. Formålet med denne oppgaven var å utføre analyser for tunneldeformasjon og nødvendig bergsikring i svak bergmasse som oppfører seg plastisk. To svakhetssoner i Ryfylketunnelen har blitt studert. Utvalgte analytiske, semi-analytiske, numeriske og empiriske metoder har blitt utført og studert. Resultatene har blitt sammenliknet med de beskrivede stabilitetsforholdene og den faktisk utførte sikringen. Utover denne sammenligningen kunne det også vurderes hvilke metoder som var de mest realistiske. Resultatene viser at den første svakhetssonen var forventet å undergå ∼0,5-1,5% tunneldeformasjon, avhengig av hvilken metode som benyttes. Derfor var det uklart om svakhetssonen ville undergå deformasjonsproblemer. Tilsvarende ble det vurdert at installert RRS var noe overflødig. I den andre svakhetssonen var den forventede tunneldeformasjonen ∼1,25-3,5%. Basert på disse resultatene er det tydelig at svakhetssonen støtte på moderate til alvorlige deformasjonsproblemer. Tyngre bergsikring ble vurdert til å være nødvendig. Likevel viste Convergence-Confinement Metoden (CCM) sine resultater at førstegangssikring bestående av bolter c/c 1m og 8cm sprøytebetong ville være tilstrekkelig. Denne indikasjonen avviker stort fra de virkelige forholdene, og ble vurdert til å være urealistisk. Resultatene fra Panthi-Shresta metoden var noe tvetydelig angående nødvendigheten av RRS. Oppsummeringsvis er det vurdert at grad av tunneldeformasjon ikke gjenspeiler den totale tunnelstabiliteten. Dermed kan også andre faktorer rettferdiggjøre implementering av RRS. Likevel vil metodene presentert i denne oppgaven gi gode estimater på tunneldeformasjonsproblemer og førstegangssikring, gitt at inngangsparameterene er nøyaktige. Panthi-Shresta metoden virker til å være metoden som gir mest nyttig informasjon, i tillegg til å være mest realistisk når en sammenligner med utført sikring og observert tunnelstabilitet