Figur 1: Borrning av spilingrör i en tunnel under Mälaren som en del av Förbifart Stockholm.
Artikelförfattare: Mateusz Swillo, KTH Jord- och bergmekanik, Fredrik Johansson, KTH Jord- och bergmekanik och Björn Stille, TriEng
Världens befolkning ökar ständigt. Städerna måste därför tillfredsställa de grundläggande behoven för fler och fler människor. När städerna växer och omgivande mark blir mer värdefull, skiftar tillväxtriktningen från lateral till vertikal (inklusive under jord). Storstadsområden är beroende av underjordisk infrastruktur för att tillgodose invånarnas behov av transporter, vattendistribution, etc. På grund av begränsningar från redan existerande konstruktioner måste många tunnlar ibland passera genom zoner där bergmassans kvalité är dålig. Det är då bergmekanikerns uppgift att se till att rätt teknisk lösning väljs och verifieras så att tunnelkonstruktionen uppfyller samhällets krav på säkerhet.
Varför behöver vi ta hänsyn till berggrunden?
Förhållanden i berggrunden spelar en avgörande roll vid utformningen och drivningen av tunnlar. Till skillnad från material som armerad betong och stål, kan egenskaperna hos jord och berg variera mycket från plats till plats. Att karakterisera materialet (särskilt vad gäller hållfasthetsegenskaper) kan vara svårt och ha sina begränsningar. Materialet och dess egenskaper kan inte väljas, utan den tekniska lösningen måste anpassas efter rådande förhållanden.
För byggande i berg kännetecknas berggrundens förhållanden inte bara av egenskaperna hos själva bergmassan, utan också av initial spänningsnivå i bergmassan, vattenförhållanden, förekomst av seismisk aktivitet etc. Tillsammans med projektspecifika egenskaper som tunnelns storlek, form och utgrävningsmetod, bestämmer dessa förhållanden berggrundens förväntade beteende runt tunneln. En bergmekaniker måste överväga alla relevanta beteendesätt för att föreslå den mest lämpliga tekniska lösningen och hur den ska verifieras [1]. Även om det är praktiskt möjligt att tillämpa en konservativ teknisk lösning längs hela tunneln är detta emellertid inte ekonomiskt gångbart, utan den tekniska lösningen anpassas successivt efter rådande förhållanden.
Svaghetszoner i berggrunden
När projekteringen av en tunnel startar är det därför viktigt att uppskatta bergmassans kvalité längs tunnelsträckningen. I vissa projekt förekommer större svaghetszoner med dålig kvalité hos bergmassan. Att passera dessa zoner kan i dessa fall utgöra en betydande del av projektkostnaderna. När bergmassans kvalité är dålig kan bergmassan inte stå oförstärkt längre tidsperioder [2]. I fall av exceptionellt dålig kvalité hos bergmassan räcker det inte med typiska förstärkningsåtgärder (som sprutbetong och bultar), utan drivningen av tunneln måste göras i kombination med temporär förstärkning i form av spiling.
Spiling – en temporär förstärkning
Ett sätt att temporärt förstärka bergmassan vid drivning av tunnlar genom svaghetszoner med dålig kvalité hos bergmassan är att använda spiling, se Figur 1 och Figur 2. Långa stålrör borras in i bergmassan ovanför tunnelns hjässa och utanför dess väggar. I motsats till bultar, drivs spilingen i tunnelns riktning med en liten lutning utåt. Detta system stödjer den lösa bergmassan och hjälper till att fördela lasterna. Resultatet är en säkrare arbetsmiljö som minskar sannolikheten för att berget rasar in när bergmassan tas ut. Spiling fungerar endast som en temporär förstärkning, vilket innebär att den måste kompletteras med en permanent förstärkning för att uppfylla kraven på teknisk livslängd.
