Ny metodikk for estimering av bergspenninger i vannkrafttunneler

En ny metode for å estimere bergtrykk i tunneler kan spare store summer   i vannkraftbransjen. I HydroCen har forskerne utviklet en ny og kostnadseffektiv testmetode for måling av bergspenninger, kalt Rapid Step-Rate Test (RSRT). Den muliggjør hyppigere og mer kostnadseffektive målinger som igjen kan gjøre tunnelene tryggere.

Henki Ødegaard testet metodikken i felt, i trykktunnelen til Løkjesvatn kraftverk. Foto: Erlend Andreassen 

I Norge har vi for det meste solid fjell med hardt berg og kan derfor bygge vanntunneler der vannet er i direkte kontakt med berget. Såkalte «uforede trykktunneler» er mye billigere å bygge enn «forede trykktunneler», som må forsterkes med stål, men da må bergmassene tåle det høye trykket fra vannet. 

Gammeldagse målinger har vært standard

Hvis vanntrykket er høyere enn bergets minste hovedspenning, vil vannet kunne trenge inn i sprekker og jekke dem opp. Dette kan føre til ukontrollert tap av vann, potensielt store ombygningskostnader og i verste fall fare for liv og helse om vannet kommer på avveie.

For å få kjennskap til bergets minste hovedspenning har man tidligere tatt utgangspunkt i hvor mye berg som ligger over tunnelen, og beregnet om det er tyngre enn trykket fra vannet i tunnelen. Dette er en usikker tommelfingerregel for å estimere størrelsen på bergets spenninger, og langt mindre sikker enn faktiske målinger. 

Målinger av bergets spenninger har siden 1980-tallet i økende grad blitt anerkjent som nødvendig i prosjekteringen av uforede vanntunneler. Likevel er dagens praksis med slike målinger fremdeles ikke optimal, da testene anses som dyre og tidkrevende, noe som gjør at det ofte kun testes ved få utvalgte lokaliteter i den uforede vanntunnelen. Disse målingene vil kun stemme for de lokalitetene i tunnelen hvor de tas, og fører derfor fremdeles til mulig usikre design med fare for storskala hydrauliske brudd i andre deler av tunnelen.

For å unngå uforutsette lave bergspenninger og potensielle hydrauliske brudd burde man ha hatt langt flere målinger gjennom hele den trykksatte delen av anlegget. Dette er derimot ikke realistisk med dagens målemetoder, da disse er lite effektive og kostbare.

Mer brukervennlige metoder gir bedre design

Gjennom sitt prosjekt har Henki Ødegaard utviklet en forenklet testmetode for raskere og mer kostnadseffektiv måling av bergspenninger. Testmetoden er døpt Rask stegratetest eller «Rapid Step-Rate Test (RSRT)» og har gitt gode resultater både i på lab og i felt ved Leikanger kraftverk.

Ved å bruke en enkel stempelpumpe kan man sette et kjent vanntrykk på bergmassen for å danne og lukke sprekker i berget, og på denne måten kunne indikere spenningen på den sprekken. Ved nok slike målinger langs hele den trykksatte tunnelen kan man få et mer nøyaktig estimat for bergets minste hovedspenning. 

Gjennom å benytte seg av RSRT kan man nå langt oftere måle bergspenninger på en mer praktisk-økonomisk måte, og sørge for et tryggere design på den trykksatte delen av vannkraftanlegget. 

Testprotokollen har blitt allerede blitt tatt i bruk av det norske firmaet Injeksjonsteknikk AS i samarbeid med Multiconsult. På bakgrunn av prosjektresultatene er det også sendt innspill til NVE om å oppdatere dagens Damsikkerhetsforskrift, som stiller krav til hvordan undersøkelser og utforming av trykktunneler skal gjøres.

Tre hovedgrep som foreslås for utbedring av metodikken for estimering av bergspenninger i forbindelse med endelig design av uforede trykktunneler:

1. Spenningsmålinger MÅ utføres ved endelig design av uforet trykktunnel, og overdekningsbetraktninger kan ikke lengre være eneste mål i spenningsestimeringen.

2. Spenningsmålingene må utføres mer hyppig fordelt langs hele den trykksatte delen av anlegget, og ikke bare ved enkelte lokasjoner.

3. Den nye testmetoden RSRT kan være et raskt og kostnadseffektivt alternativ til eksisterende målemetoder.

Nyhetsbrev fra HydroCen

Kontakt

Krishna Kanta Panthi, NTNU

Henki Ødegaard, MultiConsult

Prosjektinfo

Prosjektnavn:
Rock Stress Estimation for Unlined Pressure Tunnel Design   

Varighet:
2017-2021

Arbeidspakke i HydroCen:
Vannkraftkonstruksjoner

Partnere

Publikasjoner

Håndbøker og verktøy

VIDEO & WEBINAR

I NYHETENE