Förbifart Stockholm - borrhålsundersökningar som underlag för byggande i berg. Tomas Svensson, Geosigma

Förbifart Stockholm –
borrhålsundersökningar som underlag för
byggande i berg
Bypass stockholm – borehole investigations
as a basis for rock construction

Tomas Svensson
Förbifart Stockholm - borrhålsundersökningar som
underlag för byggande i berg/Tomas Svensson

Borrhålsundersökningar
Borrningar och borrhålsundersökningar har utvecklats under de
senaste tio åren bl.a. i samband med SKB:s avancerade
undersökningar för lokalisering av förvar för lagring av kärnavfall
– Riktad borrning och sk. trippeltub använts för att styra upp borrhål i en
förutbestämd sträckning och för att ta ostörda borrkärnor där
sprickriktningar kan bestämmas.
– Filmning av borrhålsvägg (ex BIPS, Akustisk televiewer mfl)
– Hydrauliska metoder i form av sektionsvisa mätningar eller
flödesmätningar längs hål har utvecklats
– Utveckling av borrhålsradar med olika frekvenser på antenner och
mottagare som är anpassade för olika penetrationsdjup i berget, samt
för riktningsbestämning av anomalier.
– Det har även utvecklats och vidareutvecklats en rad olika geofysiska
sonder med vilka det är möjligt att göra mätningar med enbart en sond
eller med flera ihopkopplade sonder.


Önskad information från
borrhålsundersökningar
• Var kommer de zoner som indikerats på ytan att korsa tunneln?
• Var kan man befara att inläckagen blir stora och hur stora blir de?
• Hur stor avsänkning av grundvattenytor runt tunneln kan förväntas i
bygg- respektive driftsskede?
• Vilken bergtäckning har vi?
• Bergkvalitet?
• Var och i vilken omfattning behöver vi göra förstärkningsåtgärder?
• Vattenkemisk status?


Förbifart Stockholm

Ett av flera stora infrastrukturprojekt i
Stockholm
Längd drygt 21 km
Tre körfält i vardera riktning
Sex trafikplatser
Byggstart tidigast 2012 Citybanan, 2017

Byggtid 8-10 år

Källa: Regional utvecklingsplan
för Stockholmsregionen, RUFS


Förbifart Stockholm
Drygt 18 av 21 km i tunnel

Obs: skala ej i proportion


Förbifart Stockholm under Mälaren
Deformationszoner under Mälaren med potentiellt mycket
låg bergkvalitet och risk för stort inläckage


Undersökningshål längs planerad tunnelsträckning för
att få mer information



Styrd kärnborrning
– Tre borrhål
– Från strandkant in under
Mälaren


Metoder

• Borrhålsradar
• Optisk loggning av borrhålsväggen, BIPS (Borehole
Image Processing System)
• Kärnkartering (Boremapkartering)
• Vattenförlustmätningar
• Vattenprovtagning


Metoder - borrhålsradar

Borrhålsradar
– Detekterar reflektorer med
avvikande elektrisk
ledningsförmåga.
– Lokaliserar och orienterar
anomalier, t ex
sprickor/sprickzoner,
bergartskontakter, håligheter
– Sändare och mottagare sänks
kontinuerligt
– Mätning med riktantenn
möjliggör även bestämning av
stupning och strykning för
identifierade reflektorer


Upplösning och penetrationsdjup

250 MHz
Förbifart Stockholm - borrhålsundersökningar som underlag 100 MHz 20 MHz
för byggande i berg/Tomas Svensson

Vad består anomalierna av?
– Bergartsgränser (45%)
– Öppnad eller delvis öppna sprickor eller zoner (39%)
– Täta sprickor eller zoner (10 %)
– Alteration (1 %)
– Foliation (2%)
– Reflexer utan någon korrelation med geologiska anomalier (5 %)
Procenttalen är hämtade från en studie av mätningar i Forsmarks
undersökningsområde (SKB), över 271 radaranomalier (riktantenn) i 20 borrhål

Vid mätningar i ytliga nästan horisontella hål är det
möjligt att även bestämma reflexer mellan berg och jord
och mellan jord och luft.
Förbifart Stockholm - borrhålsundersökningar som underlag
för byggande i berg/Tomas Svensson

Metoder – BIPS
– Digital scanning av
borrhålsvägg
– Resultat blir en avbildning
av borrhålsväggen
– Sensorer för orientering av
sonden
– Indata till kärnkartering


Metoder – Kärnkartering
(Boremapkartering)
– Kartering enligt förutbestämt
schema av bergartsgränsers,
sprickors och andra strukturers
orientering
– Sprickvidd och apertur bestäms i
BIPS-bilden.
– Bergartsinformation och
sprickegenskaper (ytform, råhet,
vittring/omvandling och
sprickmineral) bestäms på
borrkärnan.
– Längdkorrektion av identifierade
strukturer mot BIPS-bild
– Karaktäriseringsindex för
borrkärnorna enligt Q och RMR
systemen

Metoder - vattenförlustmätningar
Hydrauliskt injektionstest - vattenförlustmätning


Metoder - vattenförlustmätningar
Vid mätningarna i de aktuella P ip e s trin g
undersökningshålen genomfördes
sektionsvisa vattenförlustmätningar
– Injicerar vatten med konstant tryck T e s tva lve

– Mäter i 3 m sektioner längs hela
P
borrhålet P re ss u re a
tra n s d u c e r
– Automatisk reglering (WIC)
– Mätgräns ca 3 mL/min B re a k p in

– Loggar tryck och flöde
P a ck e r
– Förlängd injektionstid för utvalda Top
sektioner för transient utvärdering P re ss u re
(hydrauliska gränser) tra n s d u c e r,
tem p e ra tu re m ete r
Te
P
a n d b re a k p in

P ip e s trin g A rr
d is
se
se
P a ck e r

P re ss u re tra n s d uc e r
P
b

Genomförande och resultat
Borrhålsradar
– Oväntat dålig penetration av radarsignalen i samtliga hål. I Sätra
och Kungshatt en ställvis utsläckning och på Lovö en svag signal
generellt
– Trots utsläckning tolkades ett antal strukturer i samtliga hål


Vattenprovtagning –
Kungshatt

– Med anledning av resultat från
borrhålsradar beslutades att ta
vattenprover från tre sektioner
– Troligen blandning av Mälarvatten
och äldre Östersjövatten eller
möjligen Littorina
– Avvikande Mg-halt kan bero på
kemiska reaktioner
– Av intresse för val av injekteringsbruk
– Miljön i tunneln


Vattenförlustmätningar – stationär
utvärdering



Vattenförlustmätningar - 1.0E+6
Lovön: Injection test 285.0-288.0 m
Obs. Wells

transienta utvärderingar Lovön
Aquifer Model
Leaky

– Typiska responser tyder på 1.0E+5
Solution
Hantush
flödesdimension högre än Parameters

Head/Flow Rate (m/m³/sec)
T = 3.48E-6 m2/sec
två vilket kan tolkas som att S = 1.31E-6
r/B = 0.027
r(w) = 1.42 m
testad formation ingår i ett 1.0E+4

väl konnekterat
spricknätverk.
– Inga tecken på positiva
1000.

hydrauliska gränser!
100.
1. 10. 100. 1000. 1.0E+4
Time (sec)


Samtolkning av genomförda undersökningar

– En samtolkning av data från de olika
undersökningsmetoderna genomfördes för att se på
korrelation mellan data samt stärka observationer och
tolkningar av identifierade strukturer från respektive
utvärdering.
– Tolkade strukturer från borrhålsradar återfinns i kärnan
– Redovisning av data i WellCAD diagram


Kärnkartering och samtolkning – några exempel
Kungshatt 161-166 m
– Karaktäriseras av en hög sprickfrekvens (10-19 sprickor per meter), klorit,
kataklastiskt berg, kross i intervallet 162.75–163.0 och aperturer upp till 5 mm.
– Tolkad struktur från borrhålsradar samstämmer med kärnkartering


– Kungshatt 209-216 m kvartsupplösning, poröst/hålrum
– Kungshatt 232-234 m kross, leromvandlat berg


– Kungshatt 340-343 m kvartsupplösning, poröst/hålrum
– Kungshatt 351-357 m bra berg


Användbarhet och framtid
Olika undersökningsmetoder täcker in olika volymer i
bergmassan

– Verifiering av tolkningar
– Kompletterar varandra för säkrare analyser
– Undersökningshål i tunnellinjen möjliggör insamling av data på ett sätt hål från
ytan inte kan


Användbarhet och framtid
Utveckling av utvärderingsmodeller, undersökningsmetoder
och borrtekniker bör nyttjas för att minimera risker i projekt.

Ett medvetet framflyttande av positioner kommer att ge bättre
underlag i framtida projekt
– Bättre möjlighet att förstå bergmassans egenskaper och variationer
– Säkrare ingenjörsgeologiska- och bergtekniska prognoser
– Bättre underlag för design av injektering
– Bättre underlag för planering av bergförstärkning

Detta kan leda till säkrare kostnadskalkyler och
riskbedömningar


Tack för uppmärksamheten!


Förbifart Stockholm - borrhålsundersökningar som underlag för byggande i berg. Tomas Svensson, Geosigma

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Plus de Geological Survey of Sweden

Plus de Geological Survey of Sweden (20)

Förbifart Stockholm - borrhålsundersökningar som underlag för byggande i berg. Tomas Svensson, Geosigma