E X A M E N S A R B E T E
Optimering av fragmentering vid Botniabanan
Carita Frohm
Luleå tekniska universitet Högskoleingenjörsprogrammet Bergmaterialingenjör 80 poäng Institutionen för Samhällsbyggnad
OPTIMERING AV FRAGMENTERING VID BOTNIABANAN
Carita Frohm
Förord
På Botniabanan, vid Vägverkets generalentreprenad, E6413 Husum-Ava, har problem uppstått med för hög andel skutsten. För att försöka ta reda på vad som är orsaken har detta examensarbete initierats.
Syftet är att ge förslag på åtgärder som för med sig en minskning av skutandelen.
Jag vill främst tacka mina två handledare som gjorde detta projekt möjligt:
Karel Miskovsky, handledare och examinator, professor och geolog vid Luleå tekniska universitet och
Sven-Olof Båvik, handledare, från Vägverket Produktion, Berg- Kross- och Materialhantering.
Tack för er vägledning och ert tålamod, era kunskaper och stöd har betytt mycket.
Vill även passa på att tacka Michael Hermansson, Bergutbildarna AB för hans specialistkunskaper inom sprängningsområdet.
Tack Anders Åström, Arbetschef på Vägverket Produktion, Anläggning Nord, AC-grupp Umeå för allt praktiskt som gjort utförandet möjligt.
Från min fältstudieperiod vill jag tacka för all praktisk hjälp och information som ni gav mig på plats i Husum-Ava och särskilt tack till Anders Berggren, platschef och Lennart Nilsson, sprängarbas från Vägverket Produktion.
Vill tacka alla anställda på Vägverkets laboratorium i Umeå och givetvis vill jag visa min uppskattning till alla övriga på Vägverkets entreprenad, E6413 för ert bemötande. Ingen nämnd ingen glömd.
Sist men inte minst, vill jag visa min tacksamhet till min kurskamrat och boll- plank, Michael Svensson.
Umeå, februari 2005.
Carita Frohm
Sammanfattning
Vid många entreprenader uppstår problem med förekomst av skutsten. När andelen är för hög, blir produktionen osmidig och i värsta fall olönsam.
Faktorerna är åtskilliga som påverkar skutstenens antal, allt från för- projektering till losshållning av berg. Hela produktionen påverkar fragmenteringen.
På uppdrag av Vägverket Produktion, Norr har entreprenad E6413, Husum- Ava, vid Botniabanan studerats. Volymen av berg som skall losshållas är ca 600 000 m³, varav hälften skall krossas.
Syftet är att ta reda på vilka faktorer som påverkar styckefallet, genom att:
- Kartlägga den tekniska förprojekteringen och produktionen.
- Undersöka bergets kvalitet genom bergkartering och petrografisk analys.
- Utforska hur sprängning påverkar de olika bergarterna, en ojämn påverkan kan ge ett sämre styckefall. Prover tas och lämnas in till laboratoriet för mekaniska analyser.
Målet är att ge förslag till förbättringar som minskar skutandelen.
Arbetet har delvis visat att:
- Bergkvaliteten som redovisas i förfrågningsunderlag, E6413, stämmer inte med verkligheten. Kvalitet beskrivs som ”god” men visade sig vara
mycket ”dålig” med varierande sprickfrekvenser, sprickmönster och förkastningsriktningar. Hög förekomst av krosszoner och löst liggande block existerade också.
- Losshållningsriktningarna av bergen är planerad utifrån transport-
avstånd, vart krossen skall stå osv. Inte efter bergens ”naturliga” riktning, losshåller man mot bergens strävan är risken stor för skutsten.
- Underlagens fakta är bristfällig för anbudsgivning, skutstorlek kan tolkas på flera sätt.
- Sprängningstekniska faktorer måste anpassas till varje salva med hänsyn till de rådande geologiska förhållandena.
Satsa mer tid och pengar på förprojektering. Planering av produktionen blir enklare och minimerar otrevliga överraskningar som kostar pengar. Ur ekonomisk synvinkel skulle alla tjäna på detta från beställare till entreprenör.
Abstract
Problems with blasted stone blocks are not unusual among contractors in ballast industries. When the frequency of unsuccessful blasting increase, the production degenerate and if it comes to the worst, becomes unprofitable.
There are several factors which influence the number of blasted stone blocks.
Everything from projection to blast the rock loose.
By assignment of Vägverket Produktion Norr, a study was done on the
contractor E6413, Husum-Ava. The constructors total volume of blasted rocks were 600 000 cubic metres. A stone crusher was to work half of that volume.
The purpose of the study was to make a survey of the technical projection and the production as a whole in order to analyse how it affect the
fragmentation.
The quality of the rock was confirmed by bed-rock mapping and analysis of the petrography.
Several specimen were taken to laboratory for mechanical analysis and investigations were done on how blasting effect different kind of rocks.
The study has among other things revealed that;
- The quality of the rock failed to correspond with the quality according to the documents from the projection. In the documentation the quality is described as good though it is considerably inferior due to variable fraction structure, joint patterns and fault orientation. The presence of crush zones and blocks were high.
- Blasting directions of the rock were planned from factors like distance, where the stone crusher were situated etc. The most important factor, the
“natural direction” of the rock had not been taken under consideration.
When blasting a rock against its natural direction the contractor will, most surely, obtain blasted stone blocks.
As a conclusion one can say that the projecting must be done properly by competent orderers. Technical factors of blasting must be adjusted every time a new bursting is planned as the qualities of the rocks are so varying. When contractors use the right methods based on correct projecting, problems with economics and working environment will minimize.
Innehållsförteckning
FÖRORD...
SAMMANFATTNING...
ABSTRACT ...
INNEHÅLLSFÖRTECKNING...SIDNR
1 INLEDNING... 1
1.1 BAKGRUND... 1
1.2 PROBLEMBESKRIVNING... 3
1.3 SYFTE OCH MÅL... 4
2 METODIK, ARBETETS UPPLÄGG OCH UTFÖRANDE ... 6
2.1 GRANSKNING AV DE GEOTEKNISKA UNDERSÖKNINGSMETODERNA VID FÖRPROJEKTERINGEN I HUSUM-AVA... 6
2.1.1 Allmänt om förprojektering och geotekniska undersökningsmetoder ... 6
2.1.2 Kartläggning av områdets geotekniska undersökningsmetoder ... 7
2.2 GRANSKNING AV BERGSCHAKTENS FAKTA I FÖRFRÅGNINGSUNDERLAGET,E6413... 8
2.2.1 Allmänna bestämmelser för vad ett förfrågningsunderlag skall innehålla enligt Banverket ... 8
2.2.2 Undersökning av Botniabanans förfrågningsunderlag, E6413, ur bergschaktssynpunkt 9 2.3 UNDERSÖKNING AV DEN VERKLIGA BERGKVALITETEN I OMRÅDET... 9
2.3.1 Bergkarteringsmetodik... 9
2.3.2 Utförande av bergkartering och provtagning inom det aktuella området ... 12
2.4 UTREDNING AV SKUTSTENSVOLYMEN... 12
2.4.1 Kartläggning av skutstensvolymen i området ... 14
2.5 BERGARTEN ELLER BERGGRUNDENS BETYDELSE FÖR ETT BRA STYCKEFALL... 14
2.5.1 Beskrivning av bergarter och deras fysikaliska och mekaniska egenskaper... 14
2.5.2 Kartläggning av bergart eller berggrund i området... 14
2.6 KARTLÄGGNING AV DE VIKTIGASTE SPRÄNGTEKNISKA FAKTORERNA UR STYCKEFALLSSYNPUNKT... 15
2.6.1 Kartläggning av bergets losshållningsriktning i området... 16
2.6.2 Granskning av vilken krondiameter som används i området ... 17
2.6.3 Granskning av försättning (V) och hålavstånd (E) för området ... 18
2.6.4 Granskning av borrhålens lutning och inspänning i området ... 19
2.6.5 Granskning av borrkvalitet på utförd borrning i området ... 20
2.6.6 Granskning av laddningskoncentrationen, fördelning av laddningsmängd, i området 20 2.6.7 Granskning av kontursprängningsmetod i området... 22
2.6.8 Granskning av tändplanens ytfördröjningstid i området... 24
2.6.9 Granskning av pallhöjd och salvlängd i området ... 27
2.6.10 Granskning av vilka sprängämnen som används i området ... 27
2.7 BEARBETNING AV FÖRSLAG PÅ SPRÄNGNINGSRIKTNINGAR OCH ÄNDRINGAR AV SPRÄNGNINGSTEKNISKA FAKTORER... 31
3 RESULTAT ... 32
3.1 RESULTAT AV GEOTEKNISKA UNDERSÖKNINGAR VID FÖRPROJEKTERING... 32
3.2 REDOVISNING AV FÖRFRÅGNINGSUNDERLAG,E6413, GÄLLANDE BERGSCHAKT... 33
3.2.1 Mängdbeskrivning, administrativa föreskrifter och riskanalysen... 33
3.2.2 Beskrivning geoteknik, BGEO, terrass... 34
3.3 REDOVISNING AV BERGKVALITET... 35
3.3.1 Redovisning av bergkarteringens resultat ... 35
3.3.2 Provtagnings- och laborationsresultat ... 36
3.4 REDOVISNING AV SKUTSTENSVOLYM FRÅN GÄLLANDE UNDERLAG OCH VILKEN KROSS SOM ANVÄNDS I OMRÅDET... 40
3.5 BESKRIVNING AV UNDERSÖKNINGSOMRÅDETS BERGGRUNDSGEOLOGISKA FÖRHÅLLANDEN ...42
3.5.1 Berggrundsbeskrivning enligt geoteknisk beskrivning i förfrågningsunderlaget, E6413
...42
3.5.2 Bergrundsbeskrivning enligt SGU ... 42
3.5.3 Berggrundsbeskrivning enligt den aktuella berginventeringen ... 43
3.6 RESULTAT AV INVENTERING GÄLLANDE SPRÄNGNINGSTEKNISKA PARAMETRAR... 44
3.6.1 Bergens losshållningsriktningar ... 44
3.6.2 Borrkronornas storlek... 45
3.6.3 Försättning och hålavstånd ... 45
3.6.4 Borrhålens lutning och inspänning... 45
3.6.5 Borrhålens kvalitet... 45
3.6.6 Sprängämnenas fördelning, laddningskoncentration ... 45
3.6.7 Kontursprängningsmetod... 46
3.6.8 Ytfördröjningstid ... 46
3.6.9 Varierande pallhöjder och salvlängder ... 46
3.6.8 Typ av sprängämnen ... 47
3.7 Ändringsförslag på sprängningsriktning och sprängtekniska faktorer... 48
4 DISKUSSION OCH SLUTSATSER ... 49
4.1 VAL AV RELEVANT GEOTEKNISK UNDERSÖKNINGSMETOD I SYFTE ATT OPTIMALT BESKRIVA BERGKVALITET... 49
4.2 GRANSKNING AV FÖRFRÅGNINGSUNDERLAGETS FAKTA GÄLLANDE BERGSCHAKT... 51
4.3 JÄMFÖRELSE GÄLLANDE BERGKVALITETSKLASSNING MELLAN FÖRFRÅGNINGSUNDERLAGETS BEDÖMNING OCH DEN AKTUELLA BERGKARTERINGEN... 53
4.4 DIMENSIONERING AV SKUTSTENSVOLYM FÖR EN LÖNSAMMARE PRODUKTION... 55
4.5 UTVÄRDERING AV UNDERSÖKNINGSOMRÅDETS FÖRUTSÄTTNINGAR FÖR EFFEKTIV SPRÄNGNING... 56
4.6 REDOVISNING AV SPRÄNGNINGSTEKNISKA FAKTORER SOM PÅVERKAR STYCKEFALLET... 57
4.6.1 Utvärdering av tidigare tillämpade losshållningsriktningar ... 57
4.6.2 Storleken på borrhålsdiameter... 58
4.6.3 Förslag till ändringar av försättning (V) och hålavstånd (E)... 58
4.6.4 Ökning av ytfördröjningstiden ... 59
4.6.5 Anpassning av kontursprängningen efter bergets karaktär ... 59
4.6.6 Andelen av skutsten påverkas av pallhöjd och salvlängd ... 60
4.6.7 Valet av sprängmedel... 60
4.7 ÅTGÄRDER VIDTAGNA MED HÄNSYN TILL DEN GENOMFÖRDA UNDERSÖKNINGENS RESULTAT... 60
5 REFERENSER... 63 Bilaga 1 Beskrivning av laborationsmetoder.
Bilaga 2 Utförligare redovisning av bergkartering.
Bilddokumentation från skärning.
Rekommenderade sprängningstekniska förslag.
Bilaga 3 Beräkning av laddningskoncentration vid normalladdning Bilaga 4 Tyren ABs långborrningar (genomborrning av berget).
Bilaga 5 Tyren ABs olika sonderingar från rapport geoteknik (RGEO) bilaga 1-6.
Bilaga 6 Laborationsrapporter.
Bilaga 7 Sprängplan, borrplan och laddningsplan vid E6413 .
Bilaga 8 Beräkning av laddningskoncentration vid verklig laddning.
Bilaga 9 Olika rekommendationer som gavs under fältstudietiden i Husum-Ava.
Bilaga 10 Rapport från Geoprospekt Nord AB.
Bilaga 11 Bergutbildarnas ABs utlåtande vid Husum-Ava..
Bilaga 12 Resultat av sprängning den 1/11 vid Berg 2.
1 Inledning
Enligt önskemål från Vägverket produktion har en utredning utförts om hur styckefallet kan förbättras vid Botniabanan, Husum-Ava.
1.1 Bakgrund
Botniabanan AB har statens uppdrag att bygga Botniabanan, en enkelspårig järnväg. Botniabanan har 22 kilometer långa mötesstationer med två eller tre spår. Den dras från Nyland, norr om Kramfors, via Örnsköldsvik, Husum, Nordmaling, Hörnefors och Umeå. Sträckan omfattar 19 mil ny järnväg med 140 broar, 2,5 mil tunnel och 7 resecentrum.
Beslutet att bygga Botniabanan togs 1997. Arbetsgången regleras i huvud- avtalet mellan staten, de fyra involverade kommunerna samt landstingen Västernorrland och Västerbotten. Staten äger, via Statens Väg- och Baninvest, 91 procent i bolaget. Kommunerna Kramfors, Örnsköldsvik, Nordmaling och Umeå äger resterande 9 procent. Banan skall vara färdig att tas i bruk 2008 till en kostnad av 10,9 miljarder kronor. Hela banan skall vara färdig för trafik 2010.
En av orsakerna att Botniabanan byggs är att Stambanan genom övre Norr- land har så snäva kurvor och branta backar att det starkt begränsar tågens hastighet och last. Lutningen på Botniabanan får som mest vara 10 promille, alltså en höjdskillnad på tio meter per kilometer. Stambanan har lutningar upp mot 17 promille och det gör att godstågen inte kan ta maximal last.
Beställaren och projekteringssamordnaren, Botniabanan AB har anlitat olika entreprenörer efter sträckan. Vägverket Produktion Anläggning Nord AC- grupp Umeå, har generalentreprenaden för E6413 Husum-Ava. Området ligger i Västernorrlands län på gränsen till Västerbottens län, se figur 1.1.
Generalentreprenören har i sin tur anlitat underentreprenörer som utför olika delar i produktionen. Underentreprenörer vid sträckan är Gargnäs Kross AB, krossning, Hägglunds Last och Schakt, schakter och transporter och Vägverket Produktion Anläggning Nord AC-grupp Luleå Berggruppen, losshållnings- arbeten berg.
Sträckan är 11,3 km terrassarbeten inom järnvägsplanen, JP61. Byggnadstiden är från maj 2004 till juni 2006. Kontraktssumman är 136 641 000 kronor.
Etappen, E6413 Husum-Ava, är mycket kuperad och det krävs att stora mängder berg sprängs för att ge plats åt Botniabanan. Volymen uppgår till ca 600 000 m³ uppdelade på sex stycken berg (1-6). Problem har uppstått med för hög andel skut som påverkar produktionen.
Hälften av sprängstenen skall användas till bergbank eller underballastlager, ingen krossning. Den andra hälften sprängsten skall krossas till underballast- och frostskyddslager. I entreprenaden ingår bl a avtäckning, sprängning, borrning, krossning och återfyllnad eller fyllnad av banvall. Vid enkelspår är bottenbredden ca 8 meter och vid dubbelspår är bottenbredden ca 18 meter.
Figur 1.1 Översiktsbild på E6413, Husum-Ava, sträckan är markerad mellan de rosa punkterna.
Banans riktning delas in i en sydlig till nordlig del, km 35+8 00 – 47+200.
Berggrunden för området, enligt Loberg och Sveriges geologiska under- sökning SGU, ligger inom Härnöserien. Den domineras av omvandlade, metamorfoserade, sedimentära bergarter såsom glimmerskiffrar (biotit- och plagioklasrika) och ådergnejser, s.k. metagråvackor. I formationens meta- sediment finns inlagringar av vulkaniter, mest med basisk sammansättning såsom metabasit (metadiabas). Inom serien uppträder också ortognejser med gabbro-kvartsdioritiskt ursprung. Se berggrundskarta för området, figur 1.2.
Norr
Figur 1.2Bergrundskarta för Husum-Ava, skala 1: 200 000.
1.2 Problembeskrivning
Vid generalentreprenaden, E6413 Husum-Ava, har problem uppstått med för hög andel skutsten. Produktionen blir lidande genom sämre lönsamhet och smidighet.
Enligt framtagen styckefallskurva skulle skutandelen ligga på 40 procent.
Men det visade sig att kurvan hade fått fel indata. Förutsättningarna rättades till och skutprocenten sjönk till ca 20 procent, stämmer mer med verkligheten ute på Botniabanan.
Problem finns även med att få en stabil kvarvarande bergkontur.
Varför har man problem med styckefall och instabila bergkonturer?
Svaren kan vara många och några av dom är:
– Beställarens förprojektering kan vara för undermålig.
– Man kan ha olika definitioner om vad skutsten är inom entreprenaden.
– Kunskap och förståelse kan saknas för varandras områden.
– Bergkartering kan vara relevant vid losshållning av berg och den saknas.
– Krossens intagningsöppning, vidd, kan ha fel storlek.
Faktorer som bland annat kan påverka ur sprängningsteknisk synvinkel är:
– Fel losshållningsriktning av berg – För grov borrhålsdiameter
– För kraftiga laddningsmängder, laddningskoncentrationer.
– För tät hålsättning
– För höga pallhöjder vid losshållning – Fel fördröjningstid på tändplanen – För lång salvlängd
– Fel kontursprängningsteknik – Fel valda släntlutningar.
1.3 Syfte och mål
Detta examensarbete har initierats i syfte att utreda vilka faktorer som kan förbättra fragmenteringen, minska andelen skut, genom att:
– Kartlägga den tekniska förprojekteringen och produktionen.
– Undersöka bergets kvalitet genom utförande av en bergkartering och petrografisk analys.
– Utforska hur sprängning påverkar de olika bergarterna, en ojämn påverkan kan ge ett sämre styckefall. Prover tas och lämnas in till Vägverkets laboratorium för mekaniska analyser.
Målet är att ge förslag till förbättringar som minskar skutandelen. Det vill säga anpassa berget till krossningen och övriga produktionsled. Leder till en lönsammare och smidigare produktion.
Rapporten skall kunna användas vid liknade fall.
2 Metodik, arbetets upplägg och utförande
Examensarbetet är tämligen komplext, många områden att undersöka. Varför arbetet är uppdelat i flera etapper.
På grund av tidsbegränsningen gäller undersökningen berg 1-3, sträckans namn är km 35+920 – 38+634.
Där det krävs, beskrivs ämnet allmänt. Upplägget redovisas i delkapitel enligt nedan.
2.1 Granskning av de geotekniska undersöknings- metoderna vid förprojekteringen i Husum-Ava
För att fastställa om relevanta geotekniska undersökningsmetoder, för att beskriva bergkvalitet, har använts vid förprojekteringen i Husum-Ava, görs även en allmän beskrivning av ämnet.
Genom en kartläggning av förfrågningsunderlaget kan de geotekniska under- sökningsmetoderna fastställas.
2.1.1 Allmänt om förprojektering och geotekniska undersökningsmetoder
Banverket har ansvar för planeringsdelen inför bygget av Botniabanan där utredningar, järnvägsplaner, tillstånd och marklösen sker, se figur 2.1.
Figur 2.1 Planeringsprocess vid nybyggnad av järnväg.
Beställaren, Botniabanan AB, svarar för projekteringen i byggskedet och entreprenören för utförandet. I detta fall är det en generalentreprenad, där en entreprenör ansvarar för hela produktionen inför beställaren. Man kallar den för utförandeentreprenad, se Allmänna Bestämmelsers förord (2004).
Geotekniska undersökningar utförs bl a för att bestämma bergets tekniska egenskaper. Först utförs de i järnvägsplansskedet och därefter görs en geo- teknisk undersökning för bygghandlingsskedet, se figur 2.1.
Metoder som finns är jord- och bergsonderingar. Innebär att man borrar sig ner genom jord- och berglager. Samtidigt mäter man tid, hastighet, mätnings- kraft, varvtal, tryck på hammare och tryck på motor.
Andra metoder för att undersöka bergets tekniska egenskaper är att ta borr- kaxprover med kornstorlek > 4 mm (för glimmeranalys 0-2 mm) eller att ut- föra kärnborrningar, en dyrare metod. Proverna lämnas in för analys för att bland annat få kunskap om bergarters kvalitet som påverkar utförandet av produktionen.
En annan metod som används för att ta reda på bergkvaliteten är häll- kartering på berg i dagen, utförandet sker okulärt.
Med bergets kvalitet menas vilken struktur och textur berggrunden har, se kapitel 2.3.2 för utförligare förklaring.
2.1.2 Kartläggning av områdets geotekniska undersökningsmetoder
Genom granskning av beställarens förfrågningsunderlag, CD-skivan E6413, avsnitten ”rapport geoteknik” (RGEO) och ”beskrivning geoteknik” (BGEO) kan man fastställa de geotekniska undersökningsmetoderna. Vissa redovisas i förfrågningsunderlaget E6413 som bilagor, ritningar och rapporter.
Tyrens AB som arbetar på uppdrag av Botniabanan AB hade valt att inte redovisa alla bilagor, bland annat långborrningar. Efter telefonkontakt skickades långborrningarna, genomborrningar av berget, över.
Intervju med Tyrens AB om varför dessa geotekniska undersökningsmetoder har använts.
2.2 Granskning av bergschaktens fakta i förfrågningsunderlaget, E6413
För att kartlägga om det är relevant information som lämnats i beställarens förfrågningsunderlag E6413, gällande bergschakt, görs även en allmän be- skrivning av ämnet och vilka lagar som gäller för sanningsenlig fakta.
Genom en undersökning av förfrågningsunderlaget kan bergschaktens fakta fastställas.
2.2.1 Allmänna bestämmelser för vad ett förfrågningsunderlag skall innehålla enligt Banverket
Banverkets modell förfrågningsunderlaget, FU 2000, är framtaget och beslutat sedan december år 2000. Den skall säkerställa att all upphandlingsverk-
samhet uppfyller de krav som gäller för offentliga upphandlare och att all upphandling sker kostnadseffektivt. I modell FU 2000 ingår mallar avseende upphandling av utförandeentreprenader, totalentreprenader och konsult- tjänster. Innehållet anknyter till Lagen om offentlig upphandling, LOU.
Vid upphandling tillämpar Banverket leveransbestämmelser från, Allmänna bestämmelser för konsulter (ABK 96), Allmänna bestämmelser (AB 04) för utförandeentreprenad och Allmänna bestämmelser för totalentreprenad (ABT 94).
Vad ett förfrågningsunderlag skall innehålla beskrivs i MF2004, VV Publika- tion 2003:84. Beställarens generella krav framgår av gällande allmänna tek- niska beskrivningar, ATB och AMA 98. Preciseringar och kompletteringar skall skrivas in i de objektsspecifika tekniska beskrivningarna, TB, som upp- rättas för varje objekt.
Checklistan är anpassad till FU 2000, varför hänvisningar till administrativa föreskrifter, AF, och m fl avser dessa handlingar.
För fler tips kan relevanta råd i RA Anläggning beaktas. Vid upprättande av mängdbeskrivning, MB, och teknisk beskrivning, TB, måste eventuella mät- och ersättningsregler, ME-regler, för aktuellt konto studeras.
Bestämmelser för hur väl den tekniska beskrivningen ska överensstämma med verkligheten finns i:
Allmänna bestämmelser, AB04, kapitel 1, § 6, ansvar, där skrivs det bl a
”att för riktigheten av uppgifter, undersökningsmaterial etc. ansvarar den part som har tillhandahållit dem” och i
Lagen om offentlig upphandling, LOU, affärsmässighet, där skrivs det bl a ”den upphandlande enheten skall göra bedömningar och fatta beslut utifrån sakliga skäl som grundas på ekonomiska effekter i det enskilda avtalet”.
Vid motstridiga uppgifter i kontraktshandlingarna gäller de juridiskt i följan- de ordning. Kontrakt, ändringar i Allmänna bestämmelser (AB 04), Allmänna bestämmelser (AB 04), beställning, anbud, särskilda mät- och ersättnings- regler, mängdbeskrivning (MB), administrativa föreskrifter (AF), beskrivning geoteknik (BGEO) och rapport geoteknik (RGEO), ritningar och övriga hand- lingar, se AB 04 kapitel 1 § 3.
När förfrågningsunderlaget E6413 utformades, tillämpades Allmänna be- stämmelser, AB 92. Publikationen har ungefär samma innehåll som AB 04 men har färre kommentarer till varje paragraf.
2.2.2 Undersökning av Botniabanans förfrågningsunderlag E6413, ur bergschaktssynpunkt
Genom kartläggning av informationen i Botniabanans förfrågningsunderlag E6413, erhålles fakta ur bergschaktsynpunkt som värderas mot bl a de ut- förda geotekniska undersökningsmetoderna och gällande lagar och be- stämmelser.
De viktigaste delarna ur förfrågningsunderlaget gällande bergschakten redovisas i resultatet.
2.3 Undersökning av den verkliga bergkvaliteten i området
För kartläggning av den verkliga bergkvaliteten i området används meto- derna bergkartering och provtagning. Bergkartering beskriver struktur- geologin och bergarter.En allmän beskrivning av ämnet görs för att sedan skildra utförandet.
2.3.1 Bergkarteringsmetodik
Man studerar deformationer och deformationsprocesser i jordskorpan. De viktigaste tektoniska strukturerna är sprickor, förkastningar, krosszoner och veck. Mekaniskt sett uppstår dessa vid kompression av en bergmassa.
Kompetenta, hårda bergarter spricker (hög sprickfrekvens) ex diabas.
Inkompetenta, mjuka bergarter reagerar plastiskt, veckas och folieras ex glimmerskiffer.
Stig O Olofsson säger i sin bok, att berg med kompetenta och inkompetenta zoner resulterar oftast i blockig fragmentering, skut.
Sprickor och förkastningar kan också uppkomma vid tension av bergmassa.
Sprickor är brottsstrukturer som inte gjort någon rörelse.
Om bergsmassorna på ömse sidor av ett separationsplan har rört sig relativt varandra blir det definitionsmässigt förkastning. Krosszoner utvecklas i kontaktzoner mellan två block i rörelse.
EGENSKAPER HOS SPRICKOR OCH FÖRKASTNINGAR
Några sprick- och förkastningsegenskaper som påverkar bergrundens mekaniska kvaliteter är:
Orientering Man mäter med en klinometer, specialkompass, vilken riktning, struktur, sprickorna har. Två begrepp som används när man beskriver strukturen är strykning och stupning.
Med strykning menas bergstrukturens horisontella riktning på bergytan. Stupningen är strukturens lutning från den horisontella bergytan, se figur 2.2.
Figur 2.2 Planara strukturer är sprickor, krosszoner, förkastningar och veck.
Spridning Om strukturen är vertikal eller horisontell.
Frekvens Kartering av sprickfrekvens, hur många sprickor/löpmeter.
• 1/lm = mycket ringa • 1-3/lm = ringa
• 3-10/lm = hög • > 10/lm = mycket hög.
Mönster Sprickmönster klassificeras.
• Ortogonalt kubiskt mönster, rak vinkel, ligger i block = granit.
• Ortogonalt skivigt mönster, rak vinkel = kvartsit, kalksten eller andra sedimentära bergarter
• Rombiskt mönster, skjuv spetsig vinkel = vanligast med metamorfa bergarter.
• Kaotiskt mönster = vanligast med metamorfa eller hårda magmatiska bergarter.
Vid projektering av anläggningar och slänter i berg behöver entreprenörerna information om bergmassans egenskaper.
För att bättre kunna utforska bergkvaliteten/strukturen innan sprängning, rekommenderas oftast en bergkartering. Bergkvaliteten påverkar loss- hållningen av berget. Bergytan skall vara avtäckt. Utförs okulärt och med hjälpmedel av måttband och klinometer/kompass. Man karterar sprick- frekvens, sprickmönster, sprick- och förkastningsorienteringar (stup- och strykningsriktningar), gång- och krosszoner och vattenförekomst.
Är bergarterna kompetenta eller inkompetenta? Är de homogena eller heterogena?
Efter bergkartering kan man ta representativa prover och skicka in för analys för att säkerställa bergart och kvalitet.
PROVTAGNING AV BERGARTER
För att säkerställa bergart tas prover. Man bestämmer textur, struktur och mineralsammansättning genom petrografisk analys. Proverna skickas till laboratoriet där tester av olika slag utförs. Testmetoderna bestäms efter vilken information man är ute efter.
2.3.2 Utförande av bergkartering och provtagning inom det aktuella området
Karteringen utförs på berg 1-3, gäller hela skärningen som ej är losshållen.
Bergytan är avtäckt. Även en dokumentering av sektionerna utförs med digitalkamera.
En kartering utförs även av bergen för att se om man skall ta ett eller flera representativa stenprover. Platserna markeras genom att fastställa sek- tionerna. Genom att försöka ta proverna på samma ställe före och efter sprängning, minskas felkällorna. Tiden mellan före och efter sprängning kunde uppnå två månader.
Innan sprängning tas proverna med slägga och kil, för att påverka bergarten så lite som möjligt. Efter sprängning plockar man prover från salvan, hänsyn tas till att sektionen kastas fram. Minst 40 kg från varje prov.
Bestämmer bergart (petrografisk analys) genom att studera struktur, textur och mineralsammansättning.
Laborationsmetoderna valdes med hänsyn till hur sprängning har påverkat bergets kvalitet. Vid ojämn påverkan försämras möjligheten till ett bra styckefall.
Proverna lämnas in på Vägverkets laboratorium i Umeå där labbkrossning sker i två steg men kornkurvan tas i första steget. Därefter bestäms
flisighetstal (FAS 209-98), kulkvarnsvärde (FAS 259-02), sprödhetstal (FAS 210-01), Los Angeles (SS EN 1097-2:1998) och korndensitet med pyknometer (SS EN 1097-6:2000).
Metoderna talar om vilken kvalitet berget har innan och efter sprängning, för mer ingående beskrivning av laborationsmetoderna se bilaga 1.
2.4 Utredning av skutstensvolymen
För att utreda skutstensvolymen i området och vad den borde vara utförs en granskning av berörda dokument och kross.
Skut är den sten som har så stort styckefall efter sprängning att den måste efterbearbetas genom skutknackning för respektive efterföljande produk- tionssteg.
Till exempel för underentreprenörer vid:
Krossning, max stenstorlek som krossen kan ta för en smidig och
lönsam produktion. Rekommendation är 75-80 % av intagsöppningens vidd.
Schakt och transport, stenen skall vara lätt att lasta och lossa.
Losshållning av berg (berggruppen), efter sprängning får ej förekomma större stenstorlek än ovan nämnda.
Stig O Olofsson skriver att den idealiska fragmenteringen av berget är när ingen efterbearbetning efter sprängning behövs. Om berget skall lastas och transporteras till ett visst område, skall stenens fragmentering vara lätt att lasta och transportera. Skall det krossas borde stenens storlek max vara 75 procent av längden, den kortaste sidan av öppningen, hos den primära krossen. Medför ett fritt flöde genom krossanläggningen.
Stora traktorer, dumprar och krossar är designade för att ta stora volymer av material, inte material av stor storlek.
Vägverkets sprängarhandbok rekommenderar en maximal stenstorlek på 80 procent av vidden.
Skutstorleken kan också påverkas genom förfrågningsunderlag, anbud, kontrakt etc.
Vid tidigare beskrivningar vad en generalentreprenad innebär, ansvarar en entreprenör för utförandet inför beställaren. Vilket innebär att generalentre- prenören upprättar egna förfrågningsunderlag till underentreprenörerna för respektive område. Hur utformas dessa förfrågningsunderlag, kan man tolka texten på flera sätt etc.
Undantag i detta fall är underentreprenör, Vägverket Produktion Anlägg- ning Nord AC-grupp Luleå Berggruppen. De har samma tillgång till förfråg- ningsunderlaget E6413.
Alla förfrågningsunderlag ligger till grund för anbudsgivning och till viss del en förplanering av produktionen. Indirekt eller direkt påverkas skutandelen.
2.4.1 Kartläggning av skutstensvolymen i området
Genom att undersöka förfrågningsunderlag, anbud, beställning och kontrakt mellan generalentreprenör och underentreprenörer kan skutstenens storlek i området fastställas.
För att skapa bättre förutsättningar för en smidigare och lönsammare produk- tion, vad borde skutstenens storlek då vara? Stenstorleken styrs först och främst av krossens intagsöppning. Genom en fältstudie av krossen och en dokumentering av tillverkare och identifikationsplatta kunde en jämförelse med tillverkarens broschyr tala om vilken vidd intagsöppningen har.
2.5 Bergarten eller berggrundens betydelse för ett bra styckefall
För att undersöka om bergarten/bergrunden har någon betydelse för de sprängningstekniska utförandena i området, görs en allmän beskrivning om bergarter och deras egenskaper.
2.5.1 Beskrivning av bergarter och deras fysikaliska och mekaniska egenskaper
I Bergutbildarna AB: s pärm ”Kurs i borrning och sprängning för berg-
materialingenjörer, 2004” skrivs det bl a att under de senaste decennierna har det konstaterats att bergets egenskaper många gånger påverkar sprängnings- resultatet mer än sprängämnet som utnyttjas för lossbrytning. De egenskaper som påverkar sprängningsresultatet utgörs bl a av bergets tryckhållfasthet, densitet, utbredningshastighet och struktur, se kapitel 2.3.1. Förenklat är magmatiska bergarter mer lättsprängda (homogena) och metamorfa mer svårsprängda (heterogena).
2.5.2 Kartläggning av bergart eller berggrund i området Genom undersökning av förfrågningsunderlaget E6413, beskrivning
geoteknik (BGEO), kan de bergarter som redovisas för området fastställas.
En granskning av Sveriges geologiska undersöknings karta, nr 31, visar också vilka bergarter som finns i området.
Egen utförd bergkartering uppvisar också vilka bergarter som förekommer i
2.6 Kartläggning av de viktigaste sprängtekniska faktorerna ur styckefallssynpunkt
I syfte att minska skutandelen, vilka sprängningstekniska faktorer påverkar eller kan man påverka? Några av faktorerna som kan beröras är:
- Rätt losshållningsriktning av berg.
- Val av krondiameter.
- Försättning (V) och hålavstånd (E).
- Borrhålens lutning och inspänning.
- Borrkvaliteten.
- Laddningens fördelning, laddningskoncentration.
- Val av kontursprängningsmetod.
- Tändplan.
- Pallhöjd och salvlängd.
- Sprängämnen.
En granskning av respektive faktor vill visa om rätt metod eller val av rätt utrustning har påverkat styckefallet.
2.6.1 Kartläggning av bergets losshållningsriktning i området För att utreda om rätt losshållningsriktning används i området, görs även en allmän beskrivning av ämnet.
Genom granskning av sprängjournaler och egen utförd bergkartering kan de olika losshållningsriktningarna redovisas.
ALLMÄNT OM LOSSHÅLLNINGSRIKTNINGEN
Naturligt strävar berget alltid åt en viss riktning, stupningsriktning. För att underlätta losshållning av berg utnyttjar man bergets stupning. Berget hjälper till att losshålla och bättre styckefall erhålles.
När man spränger mot stupningsriktningen strävar berget inåt och spräng- ningen utåt, varför stor inspänning uppstår. Resultat blir ett sämre styckefall.
För att tydligare visa vad som sker, se figurer 2.3.
Fördelar: Bra utnyttjande av
sprängämnets energi. Bra framkast av salvan, resulterar i gynnsamma
utlastningsförhållanden. Normalt inga problem med kvarstående berg i botten.
Nackdelar: Mer bakåtbrytning med försämrad pallkant.
Figur 2.3.1 Sprängning med stupningsriktning
Fördelar: Reducerad bakåtbrytning.
Nackdelar: Sämre framkast, resulterar i försämrade utlastningsförhållanden samt ökad risk för kvarstående berg i botten.
Figur 2.3.2Sprängning mot stupningsriktning
Här erhåller man de mest ogynnsamma förhållandena:
Ojämn botten. Varierande
bakåtbrytning, resulterar i ojämn pallkant. Ofördelaktigt styckefall
Figur 2.3.3 Sprängning mot strykning
2.6.2 Granskning av vilken krondiameter som används i området För att utreda om rätt krondiameter används i området, görs även en allmän beskrivning av ämnet.
Genom undersökning av gällande sprängplan och borrplan, intervjua borrare och sprängarbas samt slumpmässigt kontrollmäta diameter på utförda borr- ningar. Kan krondiameter fastställas för området.
ALLMÄNT OM KRONDIAMETER OCH VAD DEN PÅVERKAR
Ett borrhåls diameter förutsätts vara densamma som borrkronans diameter, varierar givetvis pga nötning. Diametern på borrhålet avgör hur stor ladd- ningskoncentration man får. I berget blir det en bättre fördelning av spräng- ämnet vid mindre diameter, svällningen minskar. Laddningskoncentrationen är ungefär densamma som skadezonen, se kapitel 2.6.6.
Borrhålsdiametern påverkar bland annat:
– Styckefall stor diameter ger större styckefall.
– Kontur en mindre diameter ger en mindre laddnings- koncentration och skadezon.
– Kastningsrisk ökar med större diameter.
– Markvibrationer, luftstötvågor risken ökar med större diameter.
– Raka borrhål generellt ökar det med större diameter.
2.6.3 Granskning av försättning (V) och hålavstånd (E) för området För att klargöra om rätt försättning och hålavstånd används i området, görs även en allmän beskrivning av ämnet.
Genom undersökning av gällande borrplan och utförande av slumpmässiga mätningar mellan de verkliga borrhålsavstånden ute i fält, kan försättning och hålavstånd fastställas.
ALLMÄNT OM FÖRSÄTTNING (V) OCH HÅLAVSTÅND (E)
Normalt värde för hålavståndet är E = 1,3 x V (försättningen). Förhållandet är E/V = 1,3.
Man kan ändra detta värde, både uppåt och neråt med bibehållen specifik borrning (borrmeter/m³). Rekommenderat värde är E/V = 1,2 - 1,8, se figur 2.4.
Figur 2.4 Rekommenderat värde E/V = 1,2-1,8. Se sprängarhandboken på vägverket produktions hemsida.
Större värden på E/V medför normalt att styckefallet blir mindre och att skutfrekvensen minskar, däremot kan salvans bakkant bli ojämnare och risk för gaddar i botten ökar.
2.6.4 Granskning av borrhålens lutning och inspänning i området För att utreda om borrhålets lutning och inspänning påverkar fragmenta- tionen i området, görs även en allmän beskrivning av ämnet.
Genom granskning av gällande sprängplan och borrplan kan borrhålets lutning bestämmas. Inspänningen fastställs genom granskning av tabell 2.1.
ALLMÄNT OM BORRHÅLETS LUTNING OCH INSPÄNNING
Ett borrhåls inspänning är till stor del beroende på dess lutning. Vid loss- hållning av berg med lodräta borrhål, mera inspända än lutande borrhål, måste berget i botten tryckas ut och framåt. Vid lutande borrhål lyfts berget uppåt och utåt, mot en friare yta.
3:1 är den vanligaste lutningen på borrhål vid pallsprängning. 5:1 används oftast vid kontursprängning, mer lodräta väggar, se tabell 2.1.
Lutande borrhål har följande fördelar jämfört med lodräta hål:
- Bättre framlyftning av salvan.
- Försättningen kan ökas pga lägre inspänning.
- Specifika borrningen minskar trots att hållängden ökar.
- Risken för gaddar i schaktbotten minskar.
- En jämnare bakkant erhålls.
Relationstal i förhållande till hål lutande 3:1 Hållutning Inspännings-faktor Försättning
V
Hållängd H
Specifik borrning
2:1 0,95 1,03 1,07 0,96
3:1 1,00 1,00 1,00 1,00
4:1 1,05 0,98 0,98 1,04
5:1 1,10 0,95 0,95 1,10
Lodhål 1,10 0,95 0,95 1,10
Tabell 2.1 Jämförelse av inspänning, försättning, hållängder och specifik borrning vid varierande hållutningar, se sprängarhandboken.
2.6.5 Granskning av borrkvalitet på utförd borrning i området För att klarlägga om borrkvaliteten har påverkat styckefallet, görs även en allmän beskrivning av ämnet.
Genom okulär bedömning av redan sprängda bergskärningar kan borrkvaliteten fastställas för området.
ALLMÄNT OM BORRKVALITET
När man borrar krävs det att man har hög noggrannhet, fördelarna med lutande borrhål blir mindre om man har stora avvikelser. Faktorer som påverkar se sprängarhandboken på Vägverket produktions hemsida, kapitel 4.24 Avvikelser.
2.6.6 Granskning av laddningskoncentrationen, fördelning av laddningsmängd, i området
För att utreda hur laddningskoncentrationen påverkar styckefallet, görs även en allmän beskrivning av ämnet.
Genom granskning av gällande sprängplan och tändplan, intervjua sprängar- basen och utföra beräkningar på verklig sprängning kan koncentrationen och fördelningen av laddningen bestämmas.
ALLMÄNT OM LADDNINGSKONCENTRATIONEN OCH NORMALVÄRDEN
Laddningskoncentrationen påverkas av hur laddningsmängden fördelas i ett borrhål. Vid små laddningsmängder minskas skadezonen. En gammal tum- regel sa att sprickzonen i meter är lika med laddningskoncentrationen i kg/m. Praktiska försök har visat att denna tumregel inte stämmer, sprick- zonen blir större. Men det ger i alla fall en grov fingervisning hur långt sprickorna går in i berget.
Önskas en begränsning av skadorna på berget ex vid sprängning av berg- skärningar för järnväg, jämförs med rörgravar, är det extra viktigt med hur laddningen fördelas. Vid rörgravssprängning är berget mera inspänt. Enligt Stig O Olofsson behövs då en högre specifik laddning och tätare borrning.
När bergmassan består av alternerande zoner av bra och dåligt material blir den utsprängda salvan oftast skutrik. En ökning av den specifika laddningen
löser inte alltid problemet. Lösningen kan istället vara att använda klenare borrhål och ökad specifik borrning för att få bättre fördelning av spräng- ämnet i berget, svällningen minskas.
Michael Hermansson säger att när man minskar håldiametern minskas ladd- ningskoncentrationen och borrhålstrycket. Vilket bör ge en klart minskad påverkan på kvarvarande bergkontur. Minskad håldiameter innebär fler antal borrhål och att laddningsmängden fördelas jämnare i bergmassan samt ger en mer kontrollerad sprängning.
Benämningar och hur laddningen normalfördelas i borrhål se figurer 2.5.1 och 2.5.2.
Figur 2.5.1 Benämning på laddningarna, se sprängarhandboken.
Figur 2.5.2 Normala laddningslängder för botten-, pip- och förladdning.
För att visa hur man beräknar laddningskoncentrationen, visas några exempel nedan.
Beräkningsexempel med normalvärden av laddningar, försättningar etc.
enligt tabeller och diagram, se bilaga 3.
Beräkningsexempel på verklig laddningskoncentration vid sprängning på berg 1 den 16 december 2004, se bilaga 8.
2.6.7 Granskning av kontursprängningsmetod i området
För att ha möjlighet att utreda om rätt kontursprängningsmetod används, görs även en allmän beskrivning av ämnet.
Genom granskning av sprängningsplan, intervjua berggruppen och utföra fältstudier kan kontursprängningsmetod fastställas.
ALLMÄNT OM KONTURSPRÄNGNING OCH VILKA METODER DET FINNS
Kontursprängningen är en speciell sprängningsmetod som skall skona kvarvarande och omgivande berg, man vill erhålla släta bergytor och undvika sprickbildning. Konturhålen borras med reducerad hålsättning jämfört med livhålen, se sprängskiss, figur 2.6.
För att resultatet av kontursprängning skall bli bra bör borrningen av kontur- hålen utföras med utrustning som är anpassad till erforderlig laddnings- mängd. Krondiameter 51 mm rekommenderas men en diameter på 64 mm kan användas om man inte utnyttjar håldiametern till överladdning.
Det finns flera typer av kontursprängning, de vanligaste är slätsprängning och förspräckning, andra metoder såsom däckladdning, slitsborrning och linssågning behandlas inte i denna rapport.
Gemensamt för metoderna är att vid laddningsberäkningar tar man hänsyn till laddningen i konturhålen och hålen närmast konturen, se figur 2.6. För att resultatet av kontursprängningen inte skall äventyras vid utsprängning av kanthålen, får ej laddningskoncentrationen överstiga avståndet till kvar- stående berg.
Enligt sprängarhandboken, får laddningsmängden i konturhålen ej överstiga 0,50 kg/m². Laddningen skall ske med ett lågbrisant sprängämne, skonsam sprängning.
Om schaktbredden tillåter, skall i första hand konventionell slätsprängning användas, sprängs kanthål efter livet i en separat salva. Är det platsbrist används slätsprängning där kanthål och konturhål sprängs sist i hela salvan.
Är berget av god kvalitet kan konturhålen sprängas före huvudsalvan genom förspräckning.
Figur 2.6 Sprängskiss på hur en borrplan vid kontursprängning ser ut.
Slätsprängning
När berget är av dålig kvalitet, sprickigt och slagrikt, reflekteras stötvågen mot alla befintliga sprickor varför slätsprängning har blivit den metod som ger det bästa resultatet.
Inom slätsprängning förekommer två metoder:
Konventionell slätsprängning innebär att kanthål och konturhål sprängs efter det att livhålen sprängts och lastats ut. Konturhålen skall vid denna metod ha praktiskt taget fritt utslag.
Vid slätsprängning sprängs konturhålen med intervallsfördröjning i samma salva som livhål och kanthål. Detta kan medföra något sämre resultat i jämnhet på bergväggen.
Vid slätsprängning skall konturhålavståndet vara något mindre än för- sättningen, för att sprickbildningen i första hand skall ske mellan kontur- hålen. Pipladdningen bör laddas upp till cirka 0,5-0,8 meter från bergytan.
Förladdning utförs med torr sand eller ett välgraderat stenmaterial.
Laddningarna måste placeras i borrhålet med stor omsorg så att en samman- hängande laddningssträng erhålles.
Förspräckning
Vid förspräckning skall en spricka eller sprickanvisning bildas mellan konturhålen innan huvudsalvan. Förspräckningen skall utföras som en helt separat sprängning och inte som första intervall i en salva.
Separat sprängning innebär att resultatet kan inspekteras före sprängning av livhålen. Eventuellt laddas och sprängs det ytterligare en gång om resultatet inte är tillfredsställande. Vid sprängning tillsammans med salvan är risken stor att livhålen skjuvas av, speciellt om berget inte är homogent, då
konturhålen detonerar. Stora delar av salvan kan då stå kvar efter sprängning med stora säkerhetsproblem och extra kostnader som följd.
Pipladdningen bör laddas upp till cirka 1 meter från bergytan. Laddnings- höjden måste alltid anpassas, till exempel vid sprickrika bergarter bör ladd- ningshöjden minskas. Om ett horisontellt slag finns ovanför planerad ladd- ningsnivå, kan det vara fördelaktigt att ladda förbi detta för att få hela berg- väggen förspräckt.
Förladdning bör ej utföras på grund av att bergytan kan brytas upp om berget är sprickrikt.
2.6.8 Granskning av tändplanens ytfördröjningstid i området
För att klarlägga om rätt ytfördröjningstid används, berget får tillräckligt med tid att röra sig framåt, görs även en allmän beskrivning av ämnet.
Genom kartläggning av gällande tändplan och utförande av fältstudier kan ytfördröjningstiden fastställas.
ALLMÄNT OM TÄNDPLAN OCH VAD SOM PÅVERKAR YTFÖRDRÖJNINGSTIDEN
Med tändplan avses en ritning med intervallnummer, läge- och tändnings- följd för sprängkapslar.
De olika tändningsmetoderna som finns på marknaden är:
Nr 4, icke elektrisk tändning, är den idag mest vanligaste tändmetoden.
Nonel är ett exempel på denna metod, finns andra märken ute på marknaden såsom Euronell och Dynashoc.
Nonel i sin tur uppdelas i tre olika typer varav Nonel Unidet är en. Alla borr- hålssprängkapslar i salvan har samma fördröjningstid och tändföljden byggs upp på ytan med inbyggd fördröjning, se figur 2.7.
Grundprincipen för koppling av tändsystemet, Nonel Unidet, se figur 2.7.
Ytfördröjningstiderna (2, 17, 25, 42, 67, 109 etc.) uttrycks i millisekunder, ms, och styr tändplanen i raden och mellan raderna.
Vid sprickigt och slagrikt berg tar det längre tid för gasen att göra verkan, varför ytfördröjningstiden är än mer viktig mellan raderna.
Berget sväller ca 50-60 % i volym när det bryts sönder av sprängämnet. På mycket kort tid måste volymökningen beredas plats för. Vid sprängning av flera hålrader, är det viktigt att berget från första raden ges tillräckligt med tid att röra sig framåt innan andra raden börjar röra på sig. Ytfördröjningen måste vara tillräcklig.
Förutsättning är att föregående salva är utlastad innan nästa sprängning.
Vid sprängning uppkommer tre typer av vågrörelser:
P-våg, tryckvågen, den snabbaste vågen och den våg som sätter material- partiklarna i en fram och återgående rörelse längs utbredningsriktningen, på samma sätt som ljudvågor i luft.
S-våg, skjuvvågen, sätter materialpartiklarna i rörelse vinkelrätt mot vågens utbredningshastighet.
R-våg, ytvågen, rör sig i gränsytor mellan mark-luft och mark-vatten.
Vågrörelsen avtar relativt snabbt med djupet, den långsammaste vågen.
När man väljer ytfördröjningstid är det bl a tryckvågen, högsta utbrednings- hastighet, man tar hänsyn till.
För att visa hur lång tid det tar för en tryckvåg att utbreda sig i Husum-Ava utförs en beräkning, se nedan.
Beräkningsexempel:
Bergart = gnejsgranit. Försättning, V, (m) = 2 m.
Enligt tabell i Vägverkets sprängarhandbok på nätet se avsnitt 5.31, sidan 4, är utbredningshastigheten (U) i gnejsgranit ca 4000 m/s.
Formeln för U är:
U (m/s) = V (m)/Tid (s) (intresserad av tid)
Tid (s) = V (m)/U (m/s) = 2 m /4000 m/s = 0,0005 s = 50 ms.
Tiden det tar för tryckvågen att nå raden framför är 50 ms.
Figur 2.7 Nedre bilden visar bl a hur ytfördröjningen (ovan jord) ansluts.
2.6.9 Granskning av pallhöjd och salvlängd i området
För att fastställa om pallhöjden och längden på salvan påverkar styckefallet, görs även en allmän beskrivning av ämnet.
Genom undersökning av sprängjournaler och förfrågningsunderlag E6413, och utförande av fältstudier kan pallhöjd och salvlängd fastställas.
ALLMÄNT OM PALLHÖJD OCH SALVLÄNGD
Med pallhöjd menas den höjd som skall losshållas. Salvlängden är djupet på sprängningssalvan.
Man utgår från en viss salvlängd. Men beroende hur berget ser ut på plats just där salvan skall gå bestämmer den verkliga längden på salvan. Faktorer som kan påverka är förkastning, spricka, krosszon, homogent berg eller att stupningsriktningen vänder.
Enligt sprängarhandboken, kapitel 6.21, skall hänsyn tas till bergets svällning vid rörgravssprängning. Därför bör salvlängden inte överstiga 5-10 meter.
Där detta inte beaktas kan bergmassan pressas bakåt så att bakomvarande salva blir störd.
Förutsättning är att föregående salva är utlastad.
Vidare säger Stig O Olofsson att längden av salvan inte borde vara större än 50 procent av pallbredden. Men för längre salvor är tumregeln att ju längre salva man har desto mer sväller berget. Vana sprängare kompenserar detta med att öka laddningen för hålraderna längst bak.
Om inte berget är homogent och av mycket god kvalitet, bör enligt Michael Hermansson, pallar med pallhöjd överstigande pallbredden tas ut i två separata pallar.
2.6.10 Granskning av vilka sprängämnen som används i området För att kunna visa om rätt sprängämnen har valts och om en jämn kvalitet har levererats, görs även en allmän beskrivning av ämnet.
Genom undersökning av alla följesedlar och fraktsedlar från Dyno Nobel under perioden 040614-040831 kan sprängämnena fastställas.
ALLMÄNT OM SPRÄNGÄMNEN
De viktigaste egenskaperna vid val av sprängmedel är:
Sprängeffekt i produktkatalogerna redovisas ofta sprängeffekt i viktstyrka, styrkeförhållandet vid lika spräng- ämnesmängder per kg mot kg.
Hanteringssäkerhet sprängämnen delas in i transportklasser, ADRS.
Omfattande prover ligger till grund för denna indelning.
Initieringskänslighet lagom känsligt vid start av detonation och initiering.
Marknaden erhåller ett varierande utbud.
Fysikaliska variationen på egenskaperna är väldigt stor, hit räknas konsistens, täthet, överslagsförmåga och vattentålighet.
Miljöpåverkan vid all sprängning bildas en mindre mängd giftiga gaser såsom koloxid (CO), kväveoxider (NOx) som bildas av kväve (N2), koldioxid (CO2) och vatten (H2O) ej farliga. Vid överladdning bildas mer
gaser. Inga extra åtgärder behöver normalt vidtas vid sprängning ovan jord.
Sprängämnen uppdelas normalt in i fyra huvudgrupper:
Nitroglycerin NG-sprängämnen, är baserade på ett gel av nitro- glykol och nitrocellulosa i vilket ammoniumnitrat är
inknådat.
Vattenbaserade VB-sprängämnen, består av ammoniumnitrat, natriumnitrat, vatten, oljeprodukter och ev.
aluminiumpulver. Kan uppdelas i vattengel- och
emulsionssprängämnen.
Ammoniumnitrat ANFO-sprängämnen, består av ammoniumnitrat och olja. Kan även innehålla aluminium och
vattenavvisande ämnen.
Emulsion är av typen ”vatten i olja – emulsion” det vill säga att oljan bildar den sammanhållande fasen som omger mikroskopiska droppar av saltlösning.
De fysikaliska och tekniska egenskaperna för varje grupp redovisas i tabell 2.2.
Tabell 2.2 En sammanställning av de sprängningstekniska och fysikaliska egenskaperna. Används med en viss försiktighet, överensstämmer inte alltid med verkligheten.
Sprängämnets detonationshastighet bildar en stötvåg som ger upphov till ett system av sprickor. Därefter tränger spränggaserna in och utvidgar de be- fintliga sprickorna. Utvidgningen sker i riktning mot fria ytor. Denna fas utgör den egentliga lossbrytningen av berget. Man kan säga att sprängnings- förloppet utvecklas i tre steg, se figur 2.8.
Sprängverkan beror huvudsakligen av sprängämnets explosionsenergi och den frigjorda gasvolymen.
Sprängämnestyp Konsi- stens
Skrymdensitet i kg/l
Viktstyrka i % av ANFO
Detonationshastighet (friliggande) i m/s
Vattentålighet Initie- ring NG-spräng-ämnen P,Pu 1,00 – 1,50 82 – 117 2200 – 6500 Mkt bra,
mindre bra S
VB-spräng-ämnen P 1,30 110 4000 Mkt bra S
Emulsions-sprängämne P,Tr 1,15 – 1,27 86 – 113 4800 – 5300 Mkt bra S ANFO-sprängämnen Pu 0,80 – 0,90 97 – 108 2500 – 3000 Dåligt, ngt
vatten-skyddad S+
P = Plastisk
Pu = Pulver
Tr = Trögflytande, pumpbart
S = Sprängkapsel
S+ = Sprängkapsel + primer
Figur 2.8 Sprängämnen med hög detonationshastighet ger mer sprickor, innehåller mindre spränggas.
Enligt Stig O Olofsson har tester ute i fält visat sig att bergarter med hög densitet och hög utbredningshastighet får bästa styckefallet med spräng- medel som har hög detonationshastighet. En bergart med låg utbrednings- hastighet skall sprängas med låg detonationshastighet. Emulite och Dynamex med detonationshastigheten på 5000-6000 m/s passar för granit, diabas, marmor och hårda gnejser. Anfo med detonationshastigheten på 2500 m/s passar sig för kalksten, sandsten och vissa skiffrar.
Sprängningsarbeten som sker under en lång tidsperiod, kan medverka till att sprängmedelsleverantören levererar ojämn kvalitet på sprängämnena genom leverantörsbyte från ett annat land. Kvalitetsbestämmelserna är olika för olika länder.
2.7 Bearbetning av förslag på sprängningsriktningar och ändringar av sprängningstekniska faktorer
Efter utförd kartering och genomgång av de sprängtekniska faktorerna gavs möjlighet att ge förslag till rekommenderade sprängningsriktningar och ändringar av sprängningstekniska faktorer. Förslagen skulle lämnas till platschef, arbetschef och sprängarbas.
Efter rådfrågning med specialister inom sprängningsbranschen fastställdes förslagen.
Efteråt kom ytterligare önskemål av arbetschef att en bilddokumentation av berg 1-3 med bergartsbeskrivning och sprängningstekniska förslag skulle utföras. Bilddokumentationen skulle lämnas till sprängarbas.
3 Resultat
Resultaten redovisas i samma ordning som i kapitel 2 Metodik.
3.1 Resultat av geotekniska undersökningar vid förprojektering
Kjessler & Mannerstråle och Tyrens Infrakonsult har i järnvägsplansskedet, se figur 2.1, utfört geotekniska undersökningar, jord- och bergsonderingar, för olika spårsträckningar och planerade tunnelpåslag. Här har bergtekniska utredningar skett.
Tyrens Infrakonsult har utfört geoteknisk undersökning under bygghand- lingsskedet, se figur 2.1, för Botniabanans spårutbyggnad mellan Husum och Ava. Syftet med undersökningarna har varit att fastställa jordlager- och grundvattenförhållanden samt bergnivåer och bergkvaliteter för bestämning av lämpligt grundläggningssätt. Här har inga bergtekniska utredningar skett.
De kompletterande fältundersökningarna i bygghandlingsskedet har omfattat fältundersökningar som utfördes med borrbandvagn av typen Geotech 604.
Jord- och bergsonderingar utfördes som JB-2 och JB-3 enligt SGF: s rekom- mendationer. Vid sonderingarna användes geostänger med diametern 44 mm och stiftkronor med diametern 57 mm. Vidare användes slaghammare av typen Lifton. Till spolmedium användes vatten.
Tidigare undersökningar i järnvägsplanskedet omfattades av JB2-, vikt-, slag-, tryck- och CPT-sonderingar samt skruvprovtagningar, vingborrningar och kolvtagningar.
Dessa olika sonderingar visar tid, hastighet, mätningskraft, varvtal, tryck på hammare och tryck på motor.
De redovisas i förfrågningsunderlaget E6413, rapport geoteknik, RGEO, bilagor 1-6. Denna rapport berör bara berg 1-3, finns redovisade i bilaga 4.
Berg 1 har en långborrning, genomborrning av berget, berg 2 saknar långborrning och berg 3 har två långborrningar, se bilaga 5.
3.2 Redovisning av förfrågningsunderlag, E6413, gällande bergschakt
Tyrens Infrakonsult AB har på uppdrag av Botniabanan AB upprättat förfrågningsunderlaget E6413, Husum-Ava km 35+800 – 47+200, daterat 2003-06-13, se cd-skiva hos Vägverket. Innehållet är bl a administrativa föreskrifter (AF) med bilagor, mängdbeskrivning (MB) med bilagor,
beskrivning geoteknik (BGEO) terrass, ritningar bl a för geoteknik, rapport geoteknik (RGEO) terrass och riskanalys för grundläggningsarbete.
Resultat redovisas i nedanstående två underkapitel.
3.2.1 Mängdbeskrivning, administrativa föreskrifter och riskanalysen
I mängdbeskrivningen, MB, beskrivs de olika utförandena som skall göras i entreprenaden. Är mängden noll så ingår den inte i entreprenaden.
I avsnittet, avtäckning av berg, CBB.71 skrivs det bl a att ”efter avtäckning skall anmälan göras till beställaren för besiktning och beslut om jordslänter eller bergslänter eventuellt skall utföras med flackare släntlutning än föreskriven eller om bredare berghylla erfordras”.
I avsnittet, bergschakt, CBC skrivs det bl a att ”Bergschakt skall utföras som skonsam sprängning med hänsyn till kvarstående bergslänter”.
”Entreprenören skall i god tid före sprängningsarbetenas igångsättande uppvisa plan enligt Boverkets, BFS 1993-57 för sprängningsarbetenas
bedrivande och överlämna borr- och laddningsplan visande borrhålens läge, djup, riktning, diameter samt laddningsmängd och tändningsföljd.”
”Borr- och laddningsplan skall ständigt anpassas till bergets geologi och tekniska egenskaper, uppmätta vibrationer m.m. ”
”Entreprenören skall redovisa hur detta avses att uppnås samt hur detta verifieras.”
”Vid skonsam sprängning definieras en maximal tillåten skadezon i det kvarstående berget. Skadezonens storlek är beroende av hålavstånd, försättning och laddningskoncentrationer. Genom att anpassa
laddningskoncentrationen i borrhålen i hela salvan, kan en skonsam
sprängning med ett visst skadezonsdjup med planerad begränsning uppnås.
Skadezonen från salv- och hjälparhålen får ej överskrida konturraden.”
Maximalt tillåten skadezon i det kvarstående berget är för öppna skärningar 0,3 m i slänter och 1,1 m i botten.
I avsnittet, bergschakt för järnväg, CBC.4 står det bl a att ”Pallhöjd skall ej överskrida aktuell pallbredd med mer än 10 %.”
Administrativa föreskrifter, AF ansluter till AF AMA 98. Här får man en allmän orientering av entreprenaden. Upphandlings- och entreprenads- föreskrifter beskrivs. Vilka regler som gäller för allmänna hjälpmedel och allmänna arbeten tas även upp.
I avsnittet, tillvarataget material, AFC.262 där skrivs bl a att ”Om bergkvalitén är sådan att berget skall krossas till järnvägsballast gäller följande: Bergets styckefall skall vara anpassat för en 120 kross.”
I Riskanalysen skall risker och riskområden inom grundförstärknings- och sprängningsarbeten beskrivas. Ange problem, kontroll och åtgärder för att förhindra dessa.
I avsnittet, sprängning, 5.1 där skrivs bl a att ”I vissa sträckavsnitt är bergkvaliteten dålig. Här kan sprängning medföra stabilitetsproblem.
Berggrundens uppbyggnad och spricksystem kan vid höga och branta
bergsskärningar förorsaka utglidning av stora bergblock eller bergmassiv. På grund av skärningarnas höga bergväggar rekommenderas utsprängning i flera vertikalpallar för att minska stördjupet i det dåliga berget.”
3.2.2 Beskrivning geoteknik, BGEO, terrass
I den geotekniska beskrivningen, BGEO beskrivs de geotekniska förhållan- dena och vilka åtgärder man skall vidta.
I avsnittet, allmänt, där skrivs bl a att ”Berggrundens uppbyggnad och sprick- system kan vid höga och branta bergsskärningar förorsaka utglidning av stora bergblock och bergmassiv.”
”På grund av skärningarnas höga bergväggar rekommenderas utsprängning i flera vertikalpallar. Bergväggarnas konturyta utförs med skonsam slätspräng- ning med laddningsmängder anpassade till att reducera skadezonsdjupet.”
”För att säkra bergstabiliteten vid de höga bergskärningarna gäller följande:
Efter avtäckning av bergytan skall geologisk sprickkartering med redovisning i geografiskt läge utföras av bergexpertis. Eventuellt kan slänter anpassas efter gällande spricklutningar.”
”Bergarten granodiorit har mestadels dålig motståndskraft mot slag och nötning och uppfyller inte kvalitetskraven för spårballast enligt
makadamtillverkningsklass 1.”
