Enklere tester for å måle bergtrykk

Han utvikler metoder og utstyr som skal gjøre det langt enklere og billigere å måle bergtrykket i uforete tunneler i kraftverk. Dette for å finne ut hvor overgangen til stålforing bør være i innløpet til turbinen; den best mulige plasseringen av konus.
 

Vi er i laboratoriet på Institutt for geovitenskap og petroleum ved NTNU.
PhD-stipendiat Henki Ødegaard viser oss den unike testriggen han har utviklet for å kunne påføre ulike bergtrykk i 75 kilos tunge kuber av bergmateriale.
I kubene er det boret hull, og i disse blir det injisert vann under høyt trykk ved hjelp av spesielle, datastyrte pumper. Ødegaard kan variere vanntrykket for å undersøke hva bergmassen kan tåle før det oppstår ødeleggende sprekker, det som blir kalt hydraulisk jekking eller splitting.

Labtester gir føringer

I laboratorietestene kan Ødegaard simulere sprekkdannelsen. Kuben påføres ulike spenninger ved å endre bergtrykket, samtidig som han altså kan kontrollere vanntrykket fra injeksjonspumpene. Så logges alle måledata ved hjelp av avanserte og svært nøyaktige sensorer. På denne måten oppnår han forhold i laboratoriet som er ganske like de som skal måles ute i felt.

På grunnlag av testene i laboratoriet har Ødegaard utarbeidet de nødvendige spesifikasjoner for enklere testprosedyrer og måleutstyr som kan brukes ute i felten.

Prototyp av slikt utstyr er blitt laget av firmaet Injeksjonsteknikk og prøvd ut ved de to kraftverkene Leikanger i Sogn og Løkjelsvatn i Hordaland. Så langt er resultatene oppløftende.

Måle flere steder

– Målet med forskningen har vært å utvikle enkle, raske og billige metoder for å kunne måle bergspenningene under bygging av nye kraftverkstunneler, slik at det blir mulig å måle på langt flere steder enn det som typisk gjøres ved dagens metodikk.

Slike måleresultater vil gjøre det lettere å finne stedet i trykktunnelen som vil være den beste plasseringen av overgangen til stålforing. Dette vil kunne forhindre at tunnelen kollapser under første gangs fylling som følge av at bergtrykket er lavere enn trykket fra vannet.

Bygd uten målinger

Ødegaard viser til at tidligere ble de fleste norske vannkraftverk bygget uten at det ble utført spenningsmålinger som grunnlag for plassering av konus.

Ingeniørene har beregnet overdekningen av fjellet, og tatt ekstra godt i for å være på den sikre siden. Det har nok ført til at en lengre strekning av tunnelen er blitt foret med stålrør enn det som ville blitt gjort dersom byggherren hadde hatt bedre kunnskap om bergtrykket. Stålforing av tuneller innebærer en betydelig merkostnad per løpemeter.

Siden 1980-tallet har byggherrene som regel foretatt spenningsmålinger. Men dagens metoder er relativt kostbare og tidkrevende, og slike nokså nøyaktige målinger blir derfor som regel gjennomført på få steder i trykktunnelen. Ifølge Ødegaard blir derfor vurdering av hva bergspenningene er på andre steder nokså usikker.

Bilde fra feltførsøk. Foto: Erlend Andreassen

Tunneler har kollapset

– Flere forhold enn overdekningen av fjell vil kunne påvirke bergtrykket og gjøre at dette vil variere i områder langs tunnelen. Dersom bergtryket er lavere enn vanntrykket, kan det føre til at berget sprekker opp og vann trenger ukontrollert inn i bergmassen.

– I verste fall vil det oppstå ras og drukning av stasjonen. Det har vært flere slike hendelser opp gjennom vannkrafthistorien, senest i 2016 da trykktunnelen i Bjørnstokk kraftverk sprakk, noe som påførte Helgeland Kraft betydelige merkostnader.

Denne hendelsen har aktualisert PhDprosjektet til Ødegaard i HydroCen og behovet for enklere jekketester med utstyr som byggherre eller entreprenør kan bruke for å kunne måle bergrykket regelmessig i hele den trykksatte delen av vannvegen. Dette for å kunne kartlegge bergets minste hovedspenning i hele tunnelen, det som gir svaret på om det vil sprekke opp eller ikke, og finne den best mulige plasseringen av konus oppstrøms turbinen.

Ødegaard regner med å avslutte sitt doktorgradsarbeid i september, og han går da tilbake til jobben som rådgiver i Multiconsult i Trondheim.

Les mer:

Rock Stress Measurements for Unlined Pressure Tunnels: A True Triaxial Laboratory Experiment to Investigate the Ability of a Simplified Hydraulic Jacking Test to Assess Fracture Normal Stress

Kontakt:

Henki Ødegaard

Teksten er skrevet av Stein Arne Bakken og tidligere publisert i Energiteknikks forskningsbilag.