FÖRORD (Scroll down for English summary)
Undermarksanläggningar inom infrastrukturprojekt har en stor betydelse inom samhällsutbyggnad och tunnlar förlagda i berg står för en stor andel. Som bergtekniskt underlag för projektering och utformning av undermarksanläggningar ingår ofta geofysiska undersökningar i ett tidigt skede.
Felaktiga bergkvalitéprognoser i ett tidigt skede av ett projekt kan innebära att beslut om tunnelsträckning eller utformning tas på felaktiga grunder. Under senare skeden kan en felaktig bergkvalitéprognos ge allvarliga konsekvenser så som förseningar och ökade kostnader under byggnationen.
Vid undersökning av bergkvalité i tidiga skeden används ofta traditionell refraktionsseismik som metod för att utreda de geologiska förhållandena då denna kostnadsmässigt ger mer yt- och volymtäckande information jämfört med exempelvis kärnborrning. Metoden har dock svagheter, i synnerhet vid bedömning av bergkvalité mot djupet.
Under senare år har det skett en stark utveckling vad gäller geofysiska metoder för geotekniska tillämpningar, både vad gäller instrumentering och tolkning. Nya möjligheter inom elektriska metoder som resistivitet och inducerad polarisation har demonstrerats bland annat av Danielsen (2010) och Rønning et al. (2013).
Inom detta projekt har vi jämfört olika geofysiska metoders användbarhet vid upprättandet av bergkvalitetprognoser. Som objekt har valts Ulricehamnstunneln som är en del av Trafikverkets utbyggnation av Rv 40 till motorväg. Projektets mål har varit att kvantitativt kunna utvärdera hur resistivitet och seismisk gånghastighet tolkas mot den bergkvalitet som togs fram i samband med undermarksbyggnationen i projektet.
Utredningsarbetet har utförts av Erik Meland (ÅF), Eric Hegardt (ÅF/Göteborgs Universitet), Karin Höög (Bergab), Torleif Dahlin och Kristofer Hellman (Lunds Tekniska Högskola). En referensgrupp har följt projektet som stöd åt arbetsgruppen och bestod av Assen Simeonov (SKB), Erik Sturkell (Göteborgs Universitet), Kai Palmqvist (Bergab), Rikard Marek (Pöyry), Urban Åkesson (Trafikverket) och Per Tengborg (BeFo).
Projektet finansierades av Stiftelsen Bergteknisk Forskning (BeFo).
Stockholm i december 2016
Per Tengborg
SUMMARY
Traditional refraction seismics is the common pre-investigation method for reconnaissance studies of rock quality in tunneling projects.
The main purpose in this project has been to investigate different geophysical methods for rock quality evaluation. The investigation aims to a quantifiable comparison between resistivity, refraction seismic p-wave velocity and geological mapping in a tunneling project.
The investigation was done at the 400 meter long Ulricehammn tunnel, comprising the two parallel northern and southern tunnels.
Results from the traditional refraction seismic survey indicates that ~8 % of the rock in the northern tunnel has Q<1, indicated by p-wave velocities below 3500 m/s. Results from the southern tunnel show ~3.4 % Q<1.
Results from seismic tomography indicate that ~0.5 % has Q<1 with similar conditions in both the northern and southern tunnel. The rock mass also shows high resistivity >10000 Ωm, indicating good rock quality.
Results from the traditional refraction seismic survey underestimates the rock quality. None of the low velocity zones interpreted as zone of weakness were found at tunnel depth.
Results from seismic tomography can be interpreted for the top 5-10 meters of the bedrock. Generally, results from the tomographic model show p-wave velocities higher than velocities calculated in the traditional refraction seismic survey, on average 5500 m/s compared to 4900 m/s. The tomographic model thus correlates better with the results from the rock quality mapping in the tunnel.
The resistivity survey indicated no weakness zones in the rock. The high resistivity indicates god rock quality with sparse fractures with low or absent alteration.
To achieve a more reliable and accurate rock quality prognosis, a combination of seismic tomography and resistivity is emphasized rather than traditional seismic refraction surveys.
Rock tunnel, rock quality, refraction seismics, resistivity, geophysical investigations