Kriterier for valg av vann- og frostsikring

Bakgrunn

For tunnelens bærende konstruksjon gir Teknisk regelverk ingen krav til levetid, men kravene tilsier en levetid > 100 år på bakgrunn av erfaringer fra norske jernbanetunneler.

I Norge er berggrunnen generelt av en slik kvalitet at berget kan benyttes som bærende konstruksjon. I tillegg etableres det egne vann- og frostsikringskonstruksjoner som skal sikre tunnelene spesielt mot vann og is. De fleste norske jernbanetunneler er bergtunneler. Felles for mange tunneler i Europa er at grunnforholdene ofte er dårligere enn i Norge og at det er nødvendig med egne bærende konstruksjoner for å oppta kreftene fra overliggende berg- eller løsmasser. Denne konstruksjonen kan også fungere som vann- og frostsikring. Typisk er det at tunnelene bygges som fullt utstøpte konstruksjoner.

Drift og vedlikehold av norske jernbanetunneler - erfaringer

• Erfaringer fra Sørlandsbanen (ref. e-post fra Arne Bujordet 13.april):

Sørlandsbanen har mange tunneler som er bygget på 40-tallet, dvs. de er 70 år gamle. De lengste er Kvineshei og Hægebosta som er 8-9 km lange (se e-post under). Erfaringene med vedlikehold av tunneler på Sørlandsbanen viser at det ikke er høyere vedlikeholdskostnader for tunneler bygget etter meget gamle byggemetoder

• Erfaringer fra Ski-Moss:

Referer til telefonsamtale Schive/Sørlig den 18.april. Totalt er det ikke mer vedlikeholdsbehov for tunneler enn for fri linje pga. mye mindre kl-anlegg og signal. Vedlikeholdsbehovet i tunnelene er i hovedsak knyttet til belysning og isskjøving. Tunnelene er mellom 15-20 år gamle.

• Erfaringer fra Gardermobanen (ref. e-post fra Jan-Magne Kvernmo 25.april):

Vedlikeholdskostnader for tunneldrift går på problemer med vannintrening som har medført store ekstakostnader med med div. kontroller, sliping av skinner, bytte av skinner, og montering av matter i tak for bortledning av vann etc.

• Samtale med Brede Nermoen 20.april:

Erfaringen med våre 100 år gamle jernbanetunneler er vel at stabilitetssikring ikke har vært noe stort problem, selv om det nesten ikke finnes en bolt. Vi sliter mest med vannet, og kanskje mest i stivnet form. Vegtunneler er vesentlig anderledes i bruk enn jernbanetunneler. Statens vegvesen har mye renhold og kontroll av teknisk utstyr. Vi trenger ikke renholdet, og alt det tekniske utstyret er uavhengig av bergsikring og lining.

Krav til levetid for vann- og frostsikringsløsninger

Dagens krav til vann- og frostsikring

Krav til prosjektering og bygging av vann- og frostsikring i jernbanetunneler er angitt i Teknisk regelverk. Krav til vedlikehold er angitt i Teknisk regelverk og i generiske arbeidsrutiner.

Funksjonskrav til vann- og frostsikring:

• Lekkasjevannet skal føres frostfritt ned i dreneringssystemet
• I frostsonen skal tunnelen ha en isolert kledning som hindrer vanndrypp og isdannelse
• I frostfri del skal det være en vannavskjerming som sikrer at det unngås vanndrypp
• Vannavskjermingen skal gå over hele tunnelens lengdeprofil og tverrprofil over sålen
• For dimensjonering og valg av materialer for vann- og frostsikring skal det tas utgangspunkt i en levetid på 50 år

Valg av metode for vann- og frostsikring skal bestemmes ut fra følgende kriterier:*Tunnellengde

• Tunnelstandard
• Togtetthet
• Frostmengde
• Krav til økonomi
• Krav til vedlikehold

Følgende konstruksjoner kan benyttes:

• Hvelv av betongelementer
• Hvelv av PE-skum armert med sprøytebetong
• Godkjente vann- og frostsikringskonstruksjoner

Dimensjonering av frostisolasjon:

• Teknisk regelverk stiller krav om at frostmengden F100 legges til grunn for dimensjonering av frostisolasjon. F100 defineres som den frostmengde som statistisk sett overskrides en gang i 100-årsperioden.

Dagens krav til vedlikehold:

• Kontrollér vann- og frostsikringsmidler. Intervall 60 mnd.

Dersom full utstøpning velges som stabilitetssikring, vil denne også fungere som vann- og frostsikring forutsatt at konstruksjonen bygges med membran og drenssjikt.

Grunnlaget for dagens levetidskrav er at de fleste av dagens løsninger ikke har dokumentert lenger levetid enn 50 år.

Forslag til nye krav til stabilitetssikring og vann- og frostsikring

Levetid

I dagens Teknisk regelverk benyttes levetidskrav for jernbanebroer, sporkonstruksjoner, sikringsanlegg, lyskilder, støyskjermer og kabler. Et levetidskrav for en jernbanebro på 100 år betyr at broen skal med foreskrevet vedlikehold, holde i minst 100 år før broen må skiftes ut med en ny. Tilsvarende vil et levetidskrav for en tunnelkonstruksjon angi minste antall år før konstruksjonen må skiftes ut.

I konstruksjonens levetid utføres vedlikehold i henhold til generiske arbeidsrutiner. Feil og mangler som oppdages under inspeksjon skal utbedres eller holdes under oppsikt avhengig av feiltype og alvorlighetsgrad.

Det er innhentet erfaring fra norske jernbanetunneler som viser at vedlikeholdskostnader for tunnelene i hovedsak er knyttet til installasjoner og iskjøving. Forhold som tilsier mindre vedlikehold i tunneler enn for fri linje er fravær av sikringsanlegg og kontaktledningsmaster som totalt tilsier mindre vedlikeholdsbehov i tunneler enn for fri linje. Dette er markant forskjellig fra veisektoren der store deler av vedlikeholdskostnadene er knyttet til renhold og kontroll av teknisk utstyr.

Det velges å benytte begrepet teknisk levetid for tunnelkonstruksjoner. Teknisk levetid er tiden det tar før komponentene eller utstyret ikke lenger oppfyller sin tiltenkte funksjon. Krav til teknisk levetid (TL) uttrykkes som antall år som forventes oppnådd med minst 90 % sannsynlighet. Middelverdien av teknisk levetid antas å være minst 25 % større enn levetidskravet. Forventet middelverdi av teknisk levetid blir dermed 150 år for TL = 120, 100 år for TL = 80, 62,5 år for TL = 50 osv.

Krav til teknisk levetid gjelder helt system. Det forutsettes at visse komponenter kan vedlikeholdes eller byttes i løpet av den angitte tekniske levetiden.

Vann- og frostsikring

Uendrede funksjonskrav:

• Lekkasjevannet skal føres frostfritt ned i dreneringssystemet
• I frostsonen skal tunnelen ha en isolert kledning som hindrer vanndrypp og isdannelse
• I frostfri del skal det være en vannavskjerming som sikrer at det unngås vanndrypp
• Vannavskjermingen skal gå over hele tunnelens lengdeprofil og tverrprofil over sålen

Endrede funksjonskrav:

For dimensjonering av vann- og frostsikringsløsning skal konstruksjonen ha en teknisk levetid = 80 for baneprioritet 1 og 2, og 50 for baneprioritet 3, 4 og 5. Livsløpskostnaden skal beregnes over en tidsperiode tilsvarende teknisk levetid.

For nye tekniske løsninger kan det legges til grunn en redusert teknisk levetid dersom denne begrunnes med en livsløpskostnad. Livsløpskostnaden skal beregnes over en periode tilsvarende krav til teknisk levetid for vann- og frostsikringskonstruksjonen. Det skal også inngå trafikkostnader tilknyttet avstengning for vedlikehold og utskifting.

For dimensjonering av valg av materialer for vann- og frostsikring gjelder følgende:

• For baneprioritet 1 og 2 kan følgende konstruksjoner benyttes:

Hvelv av betongelementer

Full utstøpning

Godkjente vann- og frostsikringskonstruksjoner

• For baneprioritet 3, 4 og 5 kan følgende konstruksjoner benyttes:

Hvelv av betongelementer

Hvelv av PE-skum brannbeskyttet med armert sprøytebetong

Full utstøpning

Godkjente vann- og frostsikringskonstruksjoner

Dette kan sammenfattes i følgende tabell:

Konstruksjon/anleggsdel	Teknisk levetid (TL)
Tunnelens bærende konstruksjon (stabilitetssikring	120
Vann- og frostsikring (baneprioritet 1 og 2)	80
Vann- og frostsikring (baneprioritet 3, 4 og 5)	50

Begrunnelse for kravendringer

Setningen “valg av metode for vann- og frostsikring bestemmes ut fra tunnellengde, tunnelstandard, togtetthet, frostmengde og krav til økonomi/vedlikehold”, presiseres for å tydeliggjøre hvilke krav som skal legges til grunn. Tunnelstandard og togtetthet er erstattet med baneprioriteter. Frostmengde benyttes som tidligere. Tunnellengde, økonomi og vedlikehold inngår i livsløpskostnadsvurderingene.

Krav for baneprioritet 1 og 2 begrunnes med følgende:

• Hvelv av armert sprøytebetong vil ikke være et alternativ for jernbanetunneler i baneprioritet 1 og 2 på grunn av usikkerhet i langtidsvirkninger av lastvekslinger med tanke på utmatting, og at løsningen gir et dårligere omdømme på grunn av manglende fremtidsrettethet og materialets brannegenskaper og bestandighet.
• Det blir enklere å utvikle nye løsninger for vann- og frostsikring.
• En utskifting av en vann- og frostsikringsløsning i jernbanetunneler i baneprioritet 1 og 2 kan få større konsekvenser for trafikkavvikling.
• Harmonisering med krav til svenske jernbanetunneler

Materialkrav Teknisk regelverk stiller i dag ulike krav til materialer som skal benyttes i tunnelen. Disse kravene vil gjennomgås i forbindelse med revisjon av Teknisk regelverk 1.7.12. Det tas utgangspunkt i europeiske standarder på dette område når det gjelder utforming av selve kravene.