Det finns två huvudsakliga metoder för att driva en tunnel i berg; borrning och sprängning [68].
2.9.1
Sprängning
Den mest använda drivningsmetoden av tunnlar är pallsprängning [50]. Vid pallsprängning sprängs vertikala eller horisontella borrhål mot en fri yta i en eller flera rader. Med pallsprängning kan berg sprängas från 2-3 meter upp till 30 meter högt [79]. Borrhålsdiametrarna är ofta relativt stora, cirka 51-89 mm, vilket betyder att borrhålsladdningarna kan uppgå till ca 100 kg. Om sprängning ska ske i flera borrhål detoneras de i tidsintervall, detta för att bergmassan ska ha en fri yta att spräckas upp emot. Vid sprängning laddas borrhålen med sprängämne och sprängkapsel som vid salvans tändning gör att sprängämnet detonerar [50].
I tunnelsprängningar kan uppemot 100 borrhål detoneras [79]. Vid tunneldrivning detoneras vanligtvis laddningarna i tunnelfronten först och sedan de placerade längre ut mot konturen av tunneln. Då en tunnel drivs under mark är borrhålen horisontella i tunnelfronten. Konturhålen, se figur 2.10, borras närmast väggar och tak, där de laddas svagare än övriga hål [50]. Detta för att undvika att berg sprängs loss utanför konturen av tunneln samtidigt som en begränsad sprickbildning i berget runt omkring tunneln sker. Mindre förstärkningsåtgärder krävs därför samtidigt som säkerheten för de arbetande ökar. Sulhålen, vilka borras längs tunnelns botten, laddas kraftigt för att lyfta upp bergmassan och därigenom underlätta arbetet med att lasta ut materialet [50]. Detta arbetssätt leder ofta till sprängskador samt ett ökat grundvattenflöde in i tunneln.
2. Teori
För en tunnel med area större än 80 m2 delas tunneldrivningen upp, där takpartiet
börjar drivas [50]. Därefter tas den resterande massan ut med pallsprängning. Detta är ett effektivt sätt att driva tunneln framåt då arbete på två oberoende arbetsplatser kan ske samtidigt och därmed undviks driftstopp. Vid tunnelbyggnation i berg av lägre kvalité görs en mindre öppning i taket till att börja med, vilken sedan förstärks. Därefter kan väggarna pallsprängas bort. Bergets hållfasthet avgör hur stor area tunneln kan uppgå till.
Sprängämnena ger upphov till stötvågor vilka spräcker upp bergmassan [79]. En del av energin som frigörs vid detonationen strålar ut till omgivningen som markvibrationer. Vid sprängningsarbeten måste därför vibrationspåverkan på omgivningen ofta tas i beaktning, särskilt då det sker i anslutning till tätorter. Den samverkande laddningsmängden avgör hur stora markvibrationer som uppstår, och definieras som den totala laddningsmängden som detonerar momentant. Den samverkande laddningsmängden sätts ofta till det kraftigast laddade borrhålet. Det finns idag prognosmetoder utvecklade för vibrationsspridning vid sprängning [79]. Dessa kan användas för vibrationsprognos vid tunnelsprängning.
En sprängplan sätts upp innan initierat sprängningsarbete görs, vilken innehåller planer över hur borr-, ladd- samt tändningsarbetet ska gå till [79]. Därefter doku- menteras varje sprängsalva i detalj i så kallade sprängjournaler för att undvika bland annat stenkast.
Vid sprängning gäller det att få en balans mellan optimalt uttag och acceptabla skador på kvarstående berg [71]. Skonsam sprängning är en metod för att minska dessa sprängskador. Det utförs genom att bland annat placera borrhålen närmare varandra än normalt samt att minska laddningsmängden i varje borrhål [65]. Förspräckning är en metod av skonsam sprängning där en konturspricka mellan borrhålen sprängs innan resten av salvan går [106]. Detta för att avskärma den slutliga konturen från inverkan av övriga hål i salvan.
Några fördelar som finns med sprängning är att det kan användas vid ett stort antal olika bergförhållanden, det är en mångsidig utrustning, det går snabbt att komma igång samt att det är relativt lågt kapital bundet till utrustningen [2]. Dock behövs en god organisation på arbetsplatsen för att få arbetet effektivt med det cykliska borr- och sprängningsarbetet samtidigt som det påverkar omgivningen med både buller och vibrationer.
2.9.2
Borrning
Borrning kan delas upp i två metoder; ”partial face” och fullortsborrning [2]. Exempel på partial face-metoder är hammarborrning och grävmaskiner. Exempel på fullortsborrningsmetoder är tunnelborrningsmaskiner (TBM) och betong-lining. Fullortsborrning är en borrningsmetod där hela tunnelarean borras ut med hjälp av en tunnelborrningsmaskin [59]. I denna roterar ett borrhuvud där brytrullar
pressas mot tunnelgaveln och bryter sönder berget. På detta sätt avancerar maskinen framåt. Det sönderbrutna berget transporteras sedan via en bandtransportör till transportfordon bakom maskinen.
Fullortsborrning fungerar bäst när sprickbildningen i berget är känd samt när det går att förutse dess svaghetszoner [2]. TBM och ”shield machines” används i mjuka jordar, inhomogen jord samt där det kan förväntas stort vattenintrång. En betong-lining reducerar sättningarna samt grundvatteninflödet. Liningen består av armerade betongelement vilka installeras i tunneln och följer dess form. Elementen kontaktinjekteras mot berget. Då metoden är mer skonsam mot berg och omgivning så används den vid drivande av tunnlar i närheten av tätorter. ”Shielded TBM” används då berget har mycket sprickor och är svagt eller om det inte går att göra kärnprov för att se vilka egenskaper berget har [2]. Metoden används även om en betong-lining behövs installeras i tunneln. Om berget är för svagt för att en tunnelborrmaskin ska kunna avancera kan en ”shielded TBM” använda sig av liningen för att trycka emot och dra sig framåt. På så sätt kan en tunnelborrmaskin avancera även i berg med låg hållfasthet.
Fullortsborrning är den mest ekonomiska metoden då långa tunnlar ska drivas. Den har en hög investeringskostnad i utrustning, men det blir desto billigare under själva arbetsgången ty dess drivningshastighet [2]. Fullortsborrning är en snabb metod; ofta kan de drivas flera hundra meter i månaden [59].