Innlegg: Injeksjonstrykk ved norske tunnelprosjekter

Teknisk Ukeblad frontet saken med å fokusere på injeksjonstrykk. Bjørn Helge Klüver kommenterte artikkelen i et innlegg på bygg.no. Det er prisverdig, fordi det er viktig at bransjen er åpen og har takhøyde til å diskutere ulike elementer ved tunneldrivingen som opptar oss. Ikke alle er tilgjengelig på Facebook og andre tilsvarende digitale plattformer hvor meningsutveksling i våre dager i stor grad foregår. Men bygg.no leses av mange og der fanget jeg opp Bjørns uenighet med utspillene i nevnte pressemelding.

Det er opplagt at vi trenger trykk for å presse injeksjonsmassen inn i bergmassens sprekker og diskontinuiteter. Det er jeg helt enig i. Noe mindre opplagt er det at høyt trykk er det eneste saliggjørende og at trykk på opp mot 100 bar er en nødvendighet under alle omstendigheter. Et hvert tunnelprosjekt er unikt, med sine ulike forhold og naturbestemte begrensninger. De må vi ta hensyn til.

Når jeg hevder at vi skal senke trykket vi bruker til å injisere med, er dette spesielt rettet mot de tunnelprosjektene som vi ser er planlagt og drives med liten bergoverdekning, og sannsynligvis liten motstand å injisere mot. Disse prosjektene blir det unektelig flere av i årene som kommer. Flere studentoppgaver og én PhD utført i regi av TIGHT viser at det slettes ikke er uvanlig at man under slike forhold faktisk, og med uvisshet jekker bergmassen. Det vil si at injeksjonstrykket er større enn innspenningen som virker mot den sprekken som det injiseres på. Sprekken gir etter, og en midlertidig dilatasjon oppstår.

Det er de største sprekkene som jekkes og bare én sprekk jekkes av gangen. Grunnen er at trykktapet i store sprekker er mindre enn i små sprekker, slik at injeksjonstrykket forplantes raskere i de store sprekkene. Sprekker som jekkes er derfor de sprekkene sementen allerede har god inntrengning i, mens det betyr dårligere injeksjon av de sprekkene som ikke har blitt jekket.

Hydraulisk jekking av en sprekk er som å punktere en ballong der luften (injeksjonsmassen) slippes ut med ukontrollert spredning av massen. Dette er ikke forenlig med prinsippet med forinjeksjon, nemlig å spre injeksjonsmasse i flest mulig sprekker umiddelbart rundt tunnelprofilet. Det er også uheldig med tanke på forbruk av sement og tid.

En slik jekking kan gjerne være av det gode slaget om man vet å utnytte seg av den. Et flertall av deltakerne på Nordic Grouting Symposium i Oslo for noen år siden var imidlertid av den oppfatningen at jekking er en uønsket hendelse ved tunnelinjeksjonsarbeider, ene og alene fordi man mister kontrollen med hvor massene ender opp. Massene kan like gjerne velge å finne veien til naboens kjeller eller innkjørsel. Det ønsker vi selvsagt ikke. Da må man spørre seg, hvordan er trykket vi belaster berget med i forbindelse med injeksjonen i forhold til bergmassens egen kapasitet?

Svenskene som Klüver referer til bruker i stor grad effektivtrykket når de omtaler injeksjonstrykket, altså differansen mellom forventet eller målt motstand i bergmassen, ofte relatert til sprekkevannstrykket der injeksjonen pågår, og pumpetrykket. Det kan være en nyttig øvelse i alle tilfeller å tallfeste sprekkevannstrykket, uansett om man ønsker å bruke det eller ikke. Det kan gi en forståelse av mekanismene som råder under injeksjonsarbeidene.

Ofte finner man tabeller i anbudsgrunnlag som indikerer et maksimalt trykknivå, gjerne helt opp mot 100 bar ved overdekning større enn 20 meter i de mest ekstreme tilfellene. Det betyr enkelt at injeksjon med et trykk som tilsvarer 1000 meter vanntrykk, skal ståes imot av et naturlig vanntrykk på 20 meter eller 0,2 bar. Så kan man håpe på at det finnes et tillegg av geologiske forhold som kan bistå til å motstå injeksjonstrykket. Situasjonen som er beskrevet, er dessverre reell.

Trykk som eneste stoppkriterium er også diskutabelt. Bergmassen er ofte en kombinasjon av store åpne sprekker og fine sprekker som gjør det vanskelig å styre injeksjonen, særlig ved strenge tetthetskrav som krever god injeksjon av de små sprekkene. Oppnås ikke ønsket mottrykk, da injeksjonsmassen forsvinner lett i de store sprekkene, velges det ulike taktikker for å oppnå stopptrykket. Fokuset burde heller enn å oppnå sluttrykk være å begrense spredning av injeksjonsmasse i de store sprekkene og heller bruke mere ressurser på de mindre sprekkene. I ekstreme tilfeller er det pumpet over 100 tonn sement i én injeksjonsskjerm for at byggherrens krav til 80 bar sluttrykk skal nås.

Å velge injeksjonstrykk er en av flere parametere i utførelse av injeksjonsarbeider. TIGHT har også gjennom de arbeidene som er gjort i prosjektet, spesielt PhD-arbeidet til Helene Strømsvik, vist at valg av injeksjonssement er viktig. Hennes funn indikerer at det typisk går cirka halvparten så mye mikrosement som industrisement når forholdene er sammenlignbare.

I Hagan-tunnelen, som Klüver refererer til, ble det benyttet industrisement i sin helhet med begrunnelse at den var rimeligst. På den strekningen som har lavest overdekning i det nevnte prosjektet, Gjelleråsen-siden, medgikk gjennomsnittlig nesten 60 tonn industrisement per skjerm, eller mellom to og tre tonn per meter tunnel. Partiet her har liten overdekning, ned mot 10 meter og stedvis enda mindre. Da kan det være betimelig å spørre hvor i all verden tok disse massene veien?

Totalt gikk det med 2.400 tonn sementmasse injisert ifølge rapporten som Klüver henviser til. Jevnt fordelt over hele tunnelen på 2300 meter tunnel gir det i gjennomsnitt rundt regnet 1000 kilo sement per meter tunnel. Her må det med andre ord blitt pumpet injeksjonsmasse godt utenfor den sonen omkring tunnelprofilet som vi primært ønsker å tette.

Anleggsbransjen går mot et grønt skifte og sementproduksjon er en av de største kildene til utslipp av CO2 globalt. Ett av målene med TIGHT har vært å skaffe kunnskap som kan bidra til å redusere mengdene som anvendes til injeksjonsarbeider, og tiden som går med til å gjøre dette arbeidet. Dette har derfor å gjøre med både miljømessige og økonomiske hensyn.

Å velge en sementtype som isolert sett er den rimeligste, er ikke nødvendigvis forenlig med behovet for å gi et tunnelprosjekt den laveste totalkostnaden og det minst mulige CO2-fotavtrykket. Derfor er det behov for å vurdere injeksjonsarbeider i 2020 noe annerledes enn det man gjorde for 20 år siden. TIGHT har gitt oss ny forståelse som bidrar til å hjelpe oss med dette, men mye arbeid gjenstår fortsatt for å forstå hele det komplekse bildet en injeksjon utgjør.

Med den instrumenteringen som moderne injeksjonsrigger er utstyrt med i dag, gis det en betydelig bedre mulighet for å kunne følge opp arbeidene og forstå responsen i bergmassen når injeksjonsmasse presses inn på sprekker og diskontinuiteter. Slik instrumentering er verktøy bransjen kan nytte seg av til hjelp for å utføre en teknisk bedre injeksjon og fortsatt oppnå de tettekrav som er nødvendige.

Jeg har stor respekt for arbeidene som er blitt utført på Hagantunnelen, og alt det som ble rapportert i sluttrapportene fra prosjektet Samfunnstjenlige Tuneller. Det var verdifull kunnskap. Verden går imidlertid videre og vår bransje trenger å utvikle videre de teknologiene vi benytter i tunnelbransjen. Det gjelder også injeksjon.

I januar 2021 arrangeres Kursdagene i Trondheim. Ett av kursene er i regi av NFF/Tekna og er knyttet til injeksjon. Der vil fremtidens injeksjonsprosedyrer diskuteres. Dit ønskes alle bidrag velkommen.