Resistivitetsdata gir bedre prognoser

Resistivitetsdata gir bedre prognoser

Risikoen for å treffe svakhetssoner – med påfølgende fare for steinras og vannlekkasjer – kan reduseres betraktelig. Hemmeligheten består i å måle resistiviteten i berggrunnen før nye tunneler detaljprosjekteres.

–        Hensikten har vært å vurdere verdien av resistivitetsmålinger i forkant av tunnelbygging, forteller Jan Steiner Rønning ved Norges geologiske undersøkelse (NGU). Statsinstitusjonen har nettopp avsluttet et stort forskningsprogram i samarbeid med Vegdirektoratet.

Bakgrunnen er de mange problemene med steinras og vannlekkasjer i norske tunneler, og derav behovet for å lage bedre prognoser vedrørende kvaliteten på fjellet, i god tid før drivingen starter.

Prosjektet kan vise til gode resultater, og de er allerede publisert i et internasjonalt tidsskrift for videre etterprøving. Prosjektet har også etterlatt seg standardprosedyrer for resistivitetsmålinger som vil bli publisert som en veileder for Statens vegvesen.

–        Konklusjonen er grei. Resistivitetsdata gir mer informasjon om mulige svakhetssoner i berggrunnen enn seismikk, slår Rønning fast.

Derfor har NGU utarbeidet en håndbok for Statens vegvesen vedrørende kvalitetssikring, innsamling, prosessering, tolkning og rapportering av resistivitetsdata.

Rønning, med bakgrunn som fysiker fra Universitetet i Trondheim, samt en lang karriere ved NGU, er ekspert på geofysiske undersøkelser på land. De siste 15-20 årene har han fulgt utviklingen i bruk av resistivitetsmålinger tett, og ved NGU har han ledet det forsknings- og utviklingsarbeidet som nå kommer tunnelbransjen til gode.

Tiden er inne for å drive litt pr, slik at anleggsbransjen kan ta inn over seg at verden går fremover.

Først og fremst metodeutvikling

Rønning påpeker at arbeidet som geofysikerne og geologene har gjennomført (hele tolv forskere har vært involvert) er godt innenfor de oppgavene som NGU har fått tildelt.

–        I mandatet heter det at NGU skal legge vekt på brukernes behov, samt drive anvendt forskning og metodeutvikling, presiserer han.

Og det er nettopp metodeutvikling det dreier seg om i dette tilfellet. For alle som har prosjektert og bygget tunneler vet at det er vanskelig å forutsi svakhetssoner som kan skape steinras og vanninntrenging.

NGU har tidligere bidratt vesentlig til forståelsen av hvor det kan finnes svakhetssoner gjennom det arbeidet som Odleiv Olesen har ledet ved NGU («Forvitret grunnfjell»). Men i tillegg trengs det undersøkelser på detaljnivå, og det er her seismikk og resistivitetsmålinger kommer inn i bildet.

–        Den refraksjonsseismiske metoden har noen svakheter, og det har derfor vært et uttalt behov for mer presise beskrivelser av fjellet langs planlagte tunneltraseer. Vi har derfor gjort et grundig studium av de mulighetene som resistivitetsmålinger gir, er Rønnings begrunnelse for prosjektet.

Rønning forteller at metoden opprinnelig ble utviklet ved Universitetet i Lund tidlig på 1990-tallet, og at NGU i dag utfører resistivitetsmålinger i to dimensjoner (2D) ved å legge ut kabler på bakken og knytte elektroder til disse. Avhengig av hvor dypt og detaljert en ønsker å se, kan det legges ut to eller fire kabler, hvor avstanden mellom elektrodene kan være to, fem eller ti meter.

Vellykket modellering

En omfangsrik del av prosjektet har vært modellering, der tykkelse, dybde, fall og resistivitetskontrast av en vertikal sone har vært variable. Dette arbeidet utføres ved å definere en modell, generere syntetiske data fra denne og så foreta en inversjon.

Dersom metoden kan påvise strukturene i den opprinnelige modellen, og selve inversjonsprogrammet fungerer som forutsatt, skal forskerne komme frem til den opprinnelige modellen. På den måten kan muligheter og begrensninger med enhver geofysisk metode studeres.

–        Konklusjonen vår er at det er fullt mulig å få informasjon om hvor tykk en bruddsone kan være og hvor langt ned i dypet den går. Vi kan også gjøre kvalitative estimater på fallet av en bruddsone, og vi mener det kan være mulig å se en bruddsone hvis berggrunnen er dekket av opp til fem meter med morenemateriale. Hvis overflaten dekkes av fem meter med leire, er det derimot ikke mulig å tolke dataene på en fornuftig måte, sier Rønning.

–        Det er imidlertid viktig å påpeke at resistivitetskontrasten mellom svakhetssonen og den omliggende bergarten må være markant. Vi regner en faktor på fem som en tommelfingerregel. Det betyr for eksempel at metoden vil være mindre vellykket i kambro-silurbergartene i Oslofeltet. Den fungerer best der svakhetssonene er utviklet i krystalline bergarter.

Rønning fremholder derfor – basert på modellering – at resistivitetsdata kan brukes til kartlegging av bruddsoner i undergrunnen. Men en viktig forutsetning er altså at bakken ikke er dekket av et tykt lag med leire.

711x208_Profil

Resistivitetsprofil på tvers av Hanekleivtunnelen. Svakhetssonene indikeres av lav resistivitet i dypforvitrede soner i kontrast til høy resistivitet i uforvitrede, krystallinske bergarter. © NGU

Modell for tolking av leire

Ved tidlige undersøkelser over Lunnertunnelen kom det frem klare forskjeller i resistivitetsnivå i forskjellige svakhetssoner. Felles for disse var at soner med resistivitet levere enn 500 Ωm var ustabile, og tre borehull inn i slike soner kollapset. Soner med resistivitetsanomali mellom 1000 og 3000 Ωm hadde store vannproblemer.

Ut fra dette ble det foreslått en tolkingsmodell for krystalline bergarter der resistivitet > 3000 Ωm angir stabilt godt drivbart fjell, resistivitet > 500 og < 3000 Ωm forteller om oppsprukket fjell med vannproblemer, og resistivitet < 500 Ωm indikerer leire i sprekkene og ustabilt fjell.

Denne tolkingsmodellen er nå etterprøvd ved flere tunnelprosjekter i Norge, og så langt ser det ut til at modellen gjelder for krystalline bergarter. NGU konkluderer med at resistivitetsmetoden kan påvise svakhetssoner, karakterisere de geometrisk, og i tillegg angi om det er leireomvandling og derved ustabilitet knyttet til sonene. I tillegg kan metoden gi informasjon om løsmassemektigheter.

Et godt eksempel

Erfaringsmaterialet begynner å bli stort. Rønning trekker frem vellykkete undersøkelser forut for drivingen av Lunnertunnelen, målinger etter rasene i Hanekleivtunnelen i 2006 og Ravneheitunnelen i 2007, samt Vestfosstunnelen ved Kragerø, der leirsoner har gitt store problemer.

Nå har metoden også blitt brukt på Follobanens trase, der det har blitt påvist flere svakhetssoner utenfor urbane strøk. Innenfor urbane strøk er metoden mindre anvendelig på grunn av tekniske anlegg med mye metall på og under bakken.

Rønning liker eksemplet med Hanekleivtunnelen spesielt godt. Blokker fra hengen falt som kjent ned første juledag 2006, og tilfeldighetene ville at NGU bare en måned før hadde presentert et dypforvitringskart med mulige svakhetssoner for Vegdirektoratet. Der gikk det frem at Hanekleivtunnelen kunne være utsatt.

–        Etter hendelsen ble det samlet inn resistivitetsdata langs én linje, og de viser med all tydelighet at berggrunnen er gjennomsatt av flere dyptgående svakhetssoner som faller steilt både mot øst og vest. De viser også at en svakhetssone skjærer tunnelløpet, presis der steinraset gikk, forteller geofysikeren.

–        Hvis resistivitetsmetoden hadde vært brukt i forkant av Hanekleivtunnelen, hadde det derfor vært mulig å ta høyde for en slik hendelse som dette, konkluderer Jan Steinar Rønning.

Nå gjenstår det å se at tunnelbransjen tar NGUs resultater på alvor.

711x474_Einar-Dalsegg

Feltarbeid. Einar Dalsegg har i en årrekke vært ansvarlig for NGUs resistivitetsmålinger. Foto: Halfdan Carstens

Resistivitetsmålinger

I Norge begynte de første forsøkene med elektriske motstandsmålinger, eller resistivitetsmålinger, i malmleting mot slutten av 60-tallet, og i løpet av 70-årene ble det vanlig å lete etter malm med elektriske målinger.

Etter hvert ble det vanlig å benytte metoden til løsmassekartlegging. Moderne resistivitetsmålinger i 2D og 3D ble for alvor aktuelt tidlig på 90-tallet, og NGU introduserte, i et samarbeid med Universitetet i Lund, 2D resistivitetsmålinger for kartlegging av svakhetssoner i fjell innenfor prosjektet ”Miljø og Samfunnstjenlige tunneler” i 2001.

Etter at NGU anskaffet det første utstyret i 2002, er metoden benyttet ved kartlegging av svakhetssoner i fjell (se GEO 05/2000, GEO 05/2004; «God planlegging er nødvendig»), kartlegging av ustabile fjellparti (bl.a. Åknes og Nordnes), generell løsmassekartlegging, permafrostundersøkelser, grunnvannsundersøkelser, miljøundersøkelser, grusundersøkelser og til å karakterisere leiravsetninger.

COMMENTS

WORDPRESS: 0
X