Tunnelløsninger. - Fagnotat, screening. Ny forbindelse - Storstrømmen

Transkript

1 Tunnelløsninger - Fagnotat, screening

2 PROJEKTNR. A DOKUMENTNR. A VERSION 1.0 UDGIVELSESDATO ISBN: Banedanmark Anlægsudvikling Amerika Plads København Ø COWI A/S Parallelvej Kongens Lyn by Danmark

3 Tunnelløsninger Indhold Side 1 Indledning 4 2 Projektering Grundlag Kritiske punkter for linjeføring Tilslutninger til eksisterende bane og vej Tværsnit Trinvis udbygning 16 3 Byggemetoder Sænketunnel Boret tunnel Økonomi, miljø og risiko 23 4 Mængder Sænketunnel Boret tunnel 24

4 1 Indledning Banedanmark skal i forbindelse med en vurdering af den eksisterende Storstrømsbro, som er en del af landanlæggene til Femern Bælt forbindelsen, redegøre for perspektiverne ved en tunnelløsning under Storstrømmen som kan danne grundlag for en stillingtagen til, om en sådan løsning bør indgå i det videre arbejde. Hertil er der udarbejdet forskellige tunnelprojekter på konceptniveau til vurdering af feasibility samt anlægs- og driftsomkostninger. Der undersøges løsninger for både sænketunnel og boret tunnel for enkelt- og dobbeltsporet jernbane med og uden vej. Det forudsættes, at der ikke etableres gang- og cykelsti i tunnelen. Undersøgelsen er baseret i bedst mulig omfang på erfaring fra sammenlignelige tunnelprojekter. Hvor grundlaget af forskellige årsager er sparsomt, vil dette fremhæves og indgå i risikoanalysen. Dette dokument beskriver tunnelkonstruktionerne og antagne udførelsesmetoder, da disse vil have indflydelse på anlægsomkostningerne. Herudover redegøres kort for forventet holdbarhed primært med fokus på vandtæthed. Udgangspunktet for screeningen er et meget provisorisk kendskab til forholdene på stedet og krav til konstruktionerne. På dette stade er anvendt centralestimater for antagelser omkring de eksisterende forhold. For projekteringsgrundlag, prisoverslag for anlæg/drift, risikovurderinger og miljøpåvirkninger i projektscreeningen af tunnelløsningerne refereres til respektive fagnotater. Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 4

5 2 Projektering 2.1 Grundlag Eksisterende forhold De væsentligste informationer omkring eksisterende forhold for en tunnelløsning er koter for havbunden og de geologiske forhold. Det antages, at der ikke er væsentlige ukendte obstruktioner i undergrunden f.eks. ledninger, som skal omlægges, udover de på stedet observerede elledninger. Grundlaget for en evaluering af de forskellige løsninger er det lokale søkort, som må anses at være groft, men på nuværende tidspunkt tilstrækkeligt. Koten for havbunden, baseret på søkortets vanddybder, er omkring 8-10 m på de dybe steder, mens vandybden ved lokaliteten Kalverev er på omkring 1-2 m. På denne lokalitet vil udgravningsmængden til en sænketunnel være væsentligt højere end normalt med havbunden omkring kote -8 til -10 m. Dette forhold vil give specielle overvejelser omkring udførelsen. Figur 2.1 viser søkort med vanddybder, som anvendt grundlag for havbundskoter. Figur 2.1 Søkort med vanddybder Geologien for området er beskrevet i fagnotat Projektgrundlag inklusive beskrivelse af relevante jordbundsundersøgelser. Kort omkring de geologiske forhold som er relevante for en tunnelløsning kan nævnes; at de øvre kvartære lag regnet fra havbund består øverst af gytje, herunder smeltevandssand og moræneler, mens man fra kote -21 m til -38 m og nedefter finder et tykkere lag af skrivekridt. Alle lag undtagen gytje er velegnede til fundering af en tunnelkonstruktion. Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 5

6 For udførelsen af en sænketunnel kan strømforholdene være afgørende for de marine operationer. Strømhastigheden i Storstrømmen er forsvindende lav, og der er dermed gunstige forhold for transport og installation af tunnel elementer Regler og krav Tunnellen forudsættes projekteret efter Banedanmarks regler for anlægskonstruktioner samt gældende TSI regler og Eurocodes suppleret med principper anvendt på internationale tunnelprojekter af tilsvarende størrelse og karakter. Der henvises generelt til fagnotat Projektgrundlag for regler og krav. Begge tunneltyper tilstræber at være miljømæssigt og navigationsmæssigt neutrale i drift fasen (120 år), da tunnelkonstruktioner placeres under den eksisterende havbund. Miljømæssige og navigationsmæssige påvirkninger af omgivelser herunder risiko under udførelsen (3-4 år) bør undersøges nærmere for en sænketunnelløsning. Krav om tunnelkonstruktionernes sikkerhed bl.a. imod opdrift er bestemt af Eurocodes med tilhørende nationalt dansk anneks samt international praksis. Disse sikkerhedskrav er afgørende for både tunnellinjeføring og tværsnit og beskrevet yderligere i senere afsnit. Der henvises i øvrigt til fagnotat Miljø omkring eventuelle miljøpåvirkninger fra projektet under udførelse og drift Tunneldrift og sikkerhed Væsentlige parametre for tunneldrift og sikkerhed udover den normale jernbanetrafik og vejtrafik er håndtering af ulykkestilfælde såsom brand/eksplosion. Dimensionsgivende parametre for tunneltværsnit er i første omgang bestemt af fritrumsprofilet for banen og vejbredden. Dertil kommer dimensionsgivende krav til tunnelsikkerhed herunder redning og ventilation under brand samt bekæmpelse af selve branden. Der henvises til fagnotat Projektgrundlag og fagnotat Drift og Vedligehold omkring forhold som antages at være gældende grundlag og baggrund for projektering. Det er antaget at ventilation ikke er dimensionsgivende for tunnelkonstruktionerne da trafikmængderne må anses for at være begrænset for vejdelen. I alle tunnelløsninger med vej placeres der røgudsugning over et nedsænket loft. Til fastlæggelse af fritrumsprofil for større tunnelprojekter som i dette tilfælde, skal der normalt etableres et sikkerheds- og ventilationskoncept for brand og redningsveje. Der henvises i øvrigt til fagnotat Projektgrundlag for beskrivelse af udgangspunktet for et tunnel sikkerhedskoncept Vandtæthed og levetid Med de rette forholdsregler kan tunnelkonstruktion projekteres og udføres med en forventet levetid på 120 år. Forhold som saltning i tunnelramper og vandtæthed af fuger er væsentlige for konstruktionens levetid. Yderligere afgørende for konstruktionen funktion og levetid er konstruktionens tæthed imod vandindtrængning. Dette sikres blandt andet ved god støbekvalitet af betonen samt Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 6

7 vandtætte fuger med gummiprofiler ved fuger imellem tunnel segmenterne. Dette gælder for både sænketunnel og boret tunnel. Det forudsættes, at sænketunnel udføres som segmentopdelt tunnel uden vandtæt membran på ydersiden. Konstruktionens levetid samt eventuel forlængelse vil i høj grad afhænge af valg af detaljer ved fuger samt kvaliteten af udførelsen af tunnellen. Elektriske og Mekaniske (E&M) installationers levetid vil være væsentlig kortere end konstruktionen. Udskiftning af E&M dele må forventes i flere omgange i konstruktionens levetid. 2.2 Kritiske punkter for linjeføring Generelt omkring tunnellinjeføring Linjeføringen vil være styret af jernbanens krav til gradienter og krumning, samt tilkoblingspunkter på eksisterende bane nord og syd for Storstrømsforbindelsen. I de scenarier som indeholder vej føres disse parallelt med jernbanen. Vejdelen er kun afgørende for bredden af tunnelen, idet højden er styret af krav til tunnelrør for bane. Begge tunneltyper vil af miljømæssige årsager skulle placeres under havbunden fra kyst til kyst. Der henvises til søkort Figur 2.1 samt fagnotaterne Projektgrundlag, Linjeføring og Miljø for de generelle trafikale krav til linjeføring. I det følgende afsnit beskrives de kritiske punkter for linjeføringen for henholdsvis en sænketunnel og en boret tunnel Kritiske punkter for sænketunnel Bundforholdene lader til at være egnet for fundering af en sænketunnel uden større problemer. Dette vil derfor ikke have indflydelse på valg af linjeføring. 1. kritiske snit: Ved havbunden lige syd for Masnedø i strømmen nord for Kalverev er der et kritisk punkt for linjeføringen af sænketunnellen da vandybden på dette sted falder kraftigt (1m - 11m). Af miljømæssige årsager skal tunnellen placeres under havbunden. Det er dog vurderet, at man lokalt ved den nævnte lokalitet kan hæve oversiden af tunnelbeskyttelsen til kote -6 m. Tunnelbeskyttelsen vil på begge sider dog skulle placeres med en lav hældning 1:20-1:40. Herved opnås mindst mulig blokering af vandgennemstrømningen. Det antages at kun mindre skibe vil sejle ad denne rute, f.eks. som adgang til Gødningshavnen på Masnedø. Mindre både, som sejler i Storstrømmen, vil i tilfælde af sejlads imod Vordingborg havn være begrænset af en kommende ny sejlrende øst for Masnedø med vanddybde på 5 m. Det er vurderet ikke at være et navigationsmæssigt problem at hæve tunnelbeskyttelsen lokalt til kote -6 m i dette område. Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 7

8 2. kritiske snit: Ved Kalverev er havbunden omkring kote ca. -2 m og det virker mere oplagt at udføre denne del af sænketunnellen i en åben udgravning. Dette forhold vil dog ikke have indflydelse på linjeføringen. Emnet omkring åben udgravning uddybes i afsnittet om byggemetoder og udførelse. 3. kritiske snit: I sejlrenden syd for Kalverev i Storstrømmen findes enkelte lokaliteter, hvor havbunden er under kote ca. -10 m. I forbindelse med selve udgravningen til sænketunnellen vil lokale fordybninger under kote ca. -10m skulle fjernes, ligeledes er strømforhold og navigation ikke styret af disse lokale fordybninger. Skulle fordybningerne mod forventning gå hen og skabe problemer for projekteringen/udførelsen kan disse opfyldes med strømstabilt materiale. 4. kritiske snit: På Falster siden stiger havbunden gradvist fra ca. kote -10 m til ca. kote -2 m med nogenlunde samme gradient som forudsat jernbane for den ny forbindelse. Havbundskoten er dog fastlagt på relativt begrænset grundlag. Sænketunnellens totale længde (dvs. placering af portal) kunne som følge af et kendskab til mere præcise havbundskoter ændre i størrelsesorden maksimum 200 m. Dette er vurderet til at være indenfor de forventelige usikkerheder, der normalt er forbundet med en tidlig tunnelscreening. 5. kritiske snit: Når top af tunnelbeskyttelsen følger havbunden på strækningen fra den dybe del af Storstrømmen og op mod kysten nord på Falstersiden vil tunnelportal og rampe skulle placeres i det lavvandede område vest for den eksisterende Storstrømsbros dæmning. Her placeres tunnelportal og -rampe derfor inde i en dæmning Kritiske punkter for boret tunnel For en boret tunnel er den aktuelle geologi afgørende for den endelige linjeføring. Placering af de geologiske lag er endnu usikkert bestemt, og derfor vil undersøgelser af alternative linjeføringer ikke kunne inddrage fordele og ulemper ved en anden placering.. Der er derfor kun undersøgt én linjeføring. Placering af tunnelportal er som for en sænketunnel. En boret tunnel skal have et tilstrækkeligt jorddække for at sikre imod opdrift af den relativt lette konstruktion. På grund af krav til jernbanens maksimale gradienter opstår der derfor nogle kritiske punkter for tunnellinjeføringen. 1. kritiske snit: Som en randbetingelse er det antaget, at jernbanen ved en tunnelløsning skal tilsluttes på Masnedø og føres videre til Vordingborg via broforbindelsen over Masnedsund. 2. kritiske snit: Mellem Masnedø og Kalverev er havbunden defineret ud fra en vanddybde på 10m (st ). På grund af den korte afstand mellem tunnelportalen og dette Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 8

9 punkt, kan det være svært at opnå tilstrækkeligt jorddække til den borede tunnel. Ud for Kalverev er havbunden i maksimalt kote -2m. Dette har ingen indflydelse på en boret tunnelløsning. I sejlrenden i Storstrømmen findes enkelte lokaliteter, hvor havbunden er under -10 m. Da dette ligger langt fra det kritiske snit ved Masnedsund, har dette ikke nogen indflydelse på en boret tunnelløsning. Når man starter længdeprofilet ved Masnedsund broen (1. kritiske snit) og skal overholde kravene til maksimale gradienter, kan man maximalt opnå at få sporkoten ned i kote -24m mellem Masnedø og Kalverev (2. kritiske snit). Dette medfører et jorddække på mellem 4m og 6m, hvilket ikke giver et tilstrækkelig jorddække, se Figur 2.6 til Figur Det er dog vurderet, at man lokalt ved den nævnte lokalitet kan hæve havbunden kunstigt til kote - 6m. Med ekstra 3-4m ballast på havbunden er det muligt at bygge en boret tunnel med en ydre diameter på maksimalt omkring 9m. Krav til ballastmaterialet er rumvægt og hydraulisk stabilitet, men ellers kan man vælge et materiale, der påvirker miljøet mindst muligt. Ballasten kan placeres med en meget lav hældning 1:20-1:40, for derved at opnå mindst mulig blokering af strømmen. Større borede tunneler kan godt anvendes som en del af Storstrømsforbindelsen, men dette kræver en dybere placering af tunnelen mellem Masnedø og Kalverev. For at opnå en tilstrækkelig dybde er det nødvendigt at jernbaneforbindelsen skal føres direkte til Vordingborg og ikke via Masnedø. De estimerede priser tager alle udgangspunkt i, at det er muligt at have en tilslutning på Masnedø. Det skal nævnes at vejtunnel og jernbanetunnel lokalt ikke nødvendigvis skal have samme linjeføringskote, hvis man herved kan sikre alle tunnellerne imod opdrift. 2.3 Tilslutninger til eksisterende bane og vej På baggrund af tilgængeligt materiale vedrørende de eksisterende forhold samt pladsbesøg været muligt at skaffe et rimeligt fornuftigt udgangspunkt for vurdering af tilslutningerne. På Masnedø er det forudsat, at en eventuel ny forbindelse over/under Storstrømmen knyttes til den eksisterende klapbro over Masnedsund. Der vil i forbindelse med en opgradering af Femern Bælt-forbindelsens landanlæg skulle anlægges en parallel fast bro til den eksisterende klapbro, som fastlåses. På Falster er det forudsat, at banen knyttes til den eksisterende bane. Landfæstet for den eksisterende Storstrømsbro ligger relativt højt, og banen er ført på en lang dæmning ned i normal terrænhøjde. Afhængig af om en ny forbindelse er med ét eller to spor vil tilslutningen til eksisterende spor blive mere eller mindre omfattende. Som på kyst-til-kyst anlægget er det jernbanen, som vil afgøre koterne ved tilslutningen, mens vejen må tilpasses jernbanen, da vejtrafikken kan acceptere større gradienter. Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 9

10 Løsninger for de forskellige scenarier er beskrevet i Tabel 2.1 Tilslutningsløsninger kørende fra nord mod syd. Der gælder samme løsninger for tilslutninger for en sænketunnel og en boret tunnel. Tabel 2.1 Tilslutningsløsninger Tunnel variant På Masnedø På Falster Ét jernbanespor uden vej i tunnel, med vej på eksisterende Storstrømsbro To jernbanespor uden vej i tunnel, med vej på eksisterende Storstrømsbro Ét jernbanespor med vej i tunnel, med nedlæggelse af vejen på eksisterende Storstrømsbro. To jernbanespor med vej i tunnel, med nedlæggelse af vejen på eksisterende Storstrømsbro. Den eksisterende vej skal krydse jernbanen som føres direkte i tunnel efter Masnedsund broen. Vejen føres op på eksisterende bro. Krydsning ved cut-andcover tunnel ca. 600m syd for tilslutningen medfører meget begrænsede omkostninger. Vejen skal passere eksisterende spor samt nyt spor ved siden af det eksisterende spor som føres direkte i tunnel efter Masnedsund broen. Vejen føres op på eksisterende bro. Krydsning ved cut-and-cover tunnel ca. 600m syd for tilslutning medfører meget begrænsede omkostninger. Spor og vej føres direkte i tunnel efter Masnedsund broen. Ingen ekstra omkostninger i forbindelse hermed. Spor og vej føres direkte i tunnel efter Masnedsund bro. Ingen ekstra omkostninger i forbindelse hermed. Efter tunnelrampen vil nyt spor være i terræn, hvorefter vej fra eksisterende Storstrømsbro kan krydse nyt spor, enten over eller under afhængig af forhold. Nyt spor føres parallelt med eksisterende spor delvist på dæmningen indtil tilslutning alt afhængig af forhold. Nogle omkostninger i forbindelse hermed må forventes. Efter tunnelrampen vil nye spor være i terræn, hvorefter vej fra eksisterende Storstrømsbro kan krydse nyt spor. Dæmning fra gammelt spor antaget fjernes og nye spor føres parallelt i terræn indtil tilslutning. Nogle omkostninger i forbindelse hermed må forventes. Efter tunnelrampen vil nyt spor og vej være i terræn. Nyt spor føres parallelt med eksisterende spor delvist op ad dæmning indtil tilslutning Nogle omkostninger i forbindelse hermed kan forventes. Vej placeret på fordelagtige side knyttes til lokal vej uden større omkostninger. Efter tunnelrampen vil nyt spor og vej være i terræn. Dæmningen fra gammelt spor antages fjernet og nye spor føres parallelt i terræn indtil tilslutning. Nogle omkostninger i forbindelse hermed må forventes. Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 10

11 2.4 Tværsnit Sænketunnel Tværsnit for konstruktioner, udgravning og tilbagefyld er vist på Figur 2.2 til Figur 2.5 Afgørende for tunneltværsnit er fritrumsprofil baseret på funktionskrav/sikkerhedskrav, havbundskote og sikkerhed imod opdrift. Figur 2.2 Sænketunnel løsning Nr. B5.1-1 Jernbane Figur 2.3 Sænketunnel løsning Nr. B5.3-2 Jernbaner Figur 2.4 Sænketunnel løsning Nr. B5.5-1 Jernbane med vej Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 11

12 Figur 2.5 Sænketunnel løsning Nr. B5.7-2 Jernbaner med vej Som supplement til vægten af konstruktionsbeton tilføjes vægten af ballastbeton for at sikre imod opdrift. Til beregning af mængder er antaget en sikkerhed imod opdrift på 1,04 uden medregning af stenbeskyttelse, friktion og udskiftelige dele i tunnellen såsom spor/belægning. Dette er anset som værende et normalt krav til sikkerhed imod opdrift for en sænketunnel. Sammen med krav til fritrumsprofil er disse forhold afgørende for betonmængderne samt udgravning og dermed for den samlede pris. Der anvendes relative korte spænd i bund og topplader, derved forventes det, at armeringsgraden vil være relativ lav omkring kg/m 3. Fuger imellem tunnelelementerne antages udført som traditionel sænketunnelelementfuge med Gina og Omega profiler som f.eks. på Øresund. Fuger imellem segmenter (et tunnel element består af 8-9 segmenter) udføres med waterstop, som f.eks. på Øresund. Det antages, at der anvendes princippet omkring revnefri / vandtæt beton, som ligeledes blev anvendt på Øresundsprojektet. Herved benyttes ikke vandtæt membran på selve betonkonstruktionerne. Tunnel udgraves i rende med hældning 1:3 eller mindre afhængig af endelige jordparametre. Tunnelelementer placeres på en afrettet gruspude eller ved sandunderskyldning eller grouting (vælges af entreprenøren). Herefter tilbagefyldes på siderne til fastholdelse imod vandrette påvirkninger. Tunnel og tilbagefyld beskyttes af et lag af større sten, som skal være stabilt imod strøm Boret tunnel Tunnelen udføres med en tunnelboremaskine (TBM) og har et cirkulært tværsnit. Kravene til fritrumsprofil, sikkerhedskrav og mekaniske og elektriske installationer som resulterer i forskellige krav til den indre diameter for hver løsning. Dimensioneringen af tunnelforingen er afhængig af tunnelstørrelse, vanddybde, jorddække og jordens egenskaber. Tunnelen skal derudover placeres med et tilstrækkeligt jorddække, så tunnelen er sikret mod opdrift. For at modstå opdrift er der, baseret på erfaring, antaget et jorddække på cirka 1 gange tunneldiameteren. Dimensionerne på de forskellige hovedløsninger er angivet i Tabel 2.2. Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 12

13 Tabel 2.2 Tværsnitsdimensioner for de forskellige hovedløsninger Uden vej Med vej Enkeltsporet Nr. B5.2 Nr. B5.6 jernbaneforbindelse Jernbane: Ø i = 10.4 m Jernbane: Ø i = 8.4 m d = 0.6 m d = 0.45 m Vej: Ø i = 12.2 m d = 0.65 m Dobbeltsporet Nr. B5.4 Nr. B5.8 jernbaneforbindelse Jernbane: Ø i = 8.4 m Jernbane: Ø i = 12.2 m d = 0.45 m d = 0.65 m Vej: Ø i = 12.2 m d = 0.65 m Ø i = Indre tunneldiameter d = Tykkelse af tunnelforingen For både jernbanetunnelen og vejtunnelen er det valgt af overskuelighedsmæssige grunde at vise løsninger med redningsveje og installationer i samme niveau som jernbane og vej. Det er generelt muligt at forøge tunneltværsnittet, for så at installere et betondæk på tværs, hvorunder der er plads til rør, kabler og andre installationer. Denne opbygning af tværsnittet samt forøgelsen af diameteren, ville medføre en forøgelse af anlægsomkostningerne, men løsningen har den fordel under driften, at man har adgang til kabler og rør uden at forstyrre driften. Denne opbygning er dog udeladt, da tunneller på Storebælt, Øresund og Femern Bælt (under planlægning) ikke anvender sådanne. I løsningen B5.2 hvor der kun skal være plads til et spor, er det planlagt at anlægge et separat galleri til installationer og redning. De andre hovedløsninger, B5.4, B5.6 og B5.8, består alle af 2 tunnelrør, hvorimellem der vil blive installeret tværtunneler til brug for evakuering, redningsindsats og brandbekæmpelse med en indbyrdes afstand på 500 m. Tværsnittene for de forskellige hovedtunnelløsninger er vist nedenfor. Det er disse fire hovedløsninger, der er prissat. Der også vist alternative løsninger for B5.4 og B5.8, men disse er ikke prissat. Figur 2.6 Boret tunnel løsning Nr. B5.2-1 Jernbane Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 13

14 Figur 2.7 Boret tunnel løsning Nr. B5.4-2 Jernbaner Figur 2.8 Boret tunnel løsning Nr. B5.4-2 Jernbaner (Alternativ løsning, Groene Hart Tunnel) Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 14

15 Figur 2.9 Boret tunnel løsning Nr. B5.6-1 Jernbane med vej Figur 2.10 Boret tunnel løsning Nr. B5.8-2 Jernbaner med vej Figur 2.11 Boret tunnel løsning Nr. B5.8-2 Jernbaner med vej (Alternativ løsning) Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 15

16 2.5 Trinvis udbygning Omkostningerne ved at tilføje et ekstra spor på et senere tidspunkt f.eks. ved at sænke et ekstra tunnelelement eller lave en ekstra boret tunnel ved siden af er relativt høje. Følgende muligheder kan anvendes til vurdering af anlægspris ved trinvis udbygning. a) at konstruktionen er dimensioneret for to spor, men kun et spor er anlagt ved begyndelsen af driften eller b) prisen for en enkelt sporet løsning i anden linjeføring danner grundlagt for en senere udvidelse af kapaciteten. Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 16

17 3 Byggemetoder 3.1 Sænketunnel Støbning af tunnel elementer En sænketunnelløsning forudsættes udført som såkaldt segmentopdelt tunnel. Tunnelelementer armeres og støbes i segmenter af meters længde. Et element vil bestå af 8-9 segmenter, som efter udstøbning samles med midlertidig forspænding, som kappes efter tunnelelementerne er fikseret i den endelige position. Elementerne vil være omkring m lange. Streng udførelseskontrol af betonarbejdet vil være nødvendig for at opnå en vandtæt beton. På dele med støbning direkte i linjeføring (f.eks. ramper) vil køling af beton under hærdningen muligvis være nødvendig Delvis sænketunnel og delvis åben udgravning På strækningen under Kalverev (syd for Masnedø og vest for Masnedø Kalv) er havbunden relativ høj, og der er en indikation af relative stive jordbundsforhold. Udgravningsmængden på dette sted vil være relativt større end i typiske tværsnit, hvor havbunden ligger i kote -8 til kote -10 m. Da havbunden netop på dette sted er relativ høj over en længere strækning vil en tunnel som i udgangspunktet er en sænketunnel med fordel kunne bygges i åben udgravning (cut-and-cover) på dette sted. Ydermere vil omkostninger til udgravning og tørholdelse af en separat tørdok for en sænketunnel kunne spares, hvis tørdokken placeres på en del af strækningen, som senere vil bygges som cut-and-cover tunnel. Denne metode er velkendt fra projekter som Preveza (Grækenland), se Figur 3.1, Limerick (Irland) og Guldborgsund (Danmark). Strækningen er ca. 800 m, hvilket kunne give plads til 3 elementer i langsgående retning i 2 rækker. Med støbning af tunnelelementer i batches af hver 6 elementer, kan 12 elementer støbes, som med anvendelse af lange elementer (180m-200 m) er tilstrækkeligt til at dække strækningen fra Kalverev til dæmning nord for Falster som en sænketunnel. På strækningen Kalverev til Masnedø antages tunnellen også at anlægges som cut-andcover. Se opdeling i Figur 3.2. Denne løsning vil kræve midlertidig adgang til tørdokområdet på Kalverev. Dette antages udført med midlertidig bro/jetty fra Masnedø udført på rammede pæle eller på opfyldningen. På den dybe del af strædet imellem Masnedø og Kalverev antages tunnel udført bag midlertidige indfatningsvægge, som placeres delvist på strækningen for at undgå total blokering af strøm. Alternativt udføres en strækning med 1-2 sænketunnelelementer alt afhængig af pris, tid og kapacitet af tørdokken. Yderligere overvejelser er nødvendige for at bestemme den optimale løsning. Transport og sænkning af tunnelelementer udføres normalt af specialist marinentreprenør. Afstand imellem produktionsfacilitet og linjeføring kan principielt være relativ stor. Et eksempel er f.eks. Bjørvika Tunnel (Norge), hvor elementerne blev transporteret omkring 500 km langs kysten fra Bergen til Oslo. Dog skal dybgangen i transportlinjen kendes for Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 17

18 at fastlæggede fulde omkostninger i forbindelse med etablering af produktionsfaciliteter. Er de marine og navigationsmæssige forhold gunstigere, vil prisen for de marine operationer naturligvis være lavere. Storstrømmen har væsentlig lavere strøm (0,3 m/s) end tilfældet kunne være på Øresund (2,0 m/s), og der er praktisk taget ingen blokerende skibe for marine operationer i Storstrømmen. Med tørdok i selve linjeføringen kan transportvejen praktisk talt ikke gøres kortere (optimalt). Figur 3.1 Preveza med tørdok anvendt til både element produktion og C&C tunnel Figur 3.2 Plantegning af sænketunnelløsning Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 18

19 3.1.3 Alternativ elementproduktion under fabriksforhold Alternativt kunne produktionen af tunnelelementerne udføres som på Øresundstunnellen hvor 20 tunnel elementer af 180 m blev udført på to produktionsfaciliteter i Københavns Nordhavn. For en tunnel under Storstrømmen ville man i tilfælde af, at tunneldelen ved Kalverev blev udført som cut-and-cover have behov for én produktionslinje til 12 elementer med et arealkrav på ca. 100 m x 500 m, mens man i tilfælde, hvor man ville anvende sænketunnel fra kyst-til-kyst med ca. 24 elementer, ville have behov for to produktionslinjer med et arealkrav på ca. 160 m x 500 m. Lokal udvidelse af tunnelbredden til for eksempel vigeplads sikkerhedsbåse for vejdelen skulle specielt overvejes i forbindelse med udformning af formarbejde og produktionslinjer. Dette forhold undgås ved støbning i åben udgravning, evt. separat lokalitet i cut-and-cover for støbning af disse elementer kunne overvejes (1 eller 2 elementer afhængig af placering). Bemærk, at der kun er to sænketunneller på verdensplan, som er gennemført med tunnelelementproduktion på fabrikslignende forhold. Den ene er Øresund. Sænketunnellen på Hong Kong - Zhuhai - Macao Link i Kina (HZM Link), se Figur 3.3, som er under udførelse, er den anden. Her er planlagt støbning af totalt 33 elementer på 2 produktions linjer, dvs. 17 og 18 stk. per produktionslinje. På Femern Bælt planlægger man at ville operere med 9 produktionslinjer til 89 elementer, dvs. omkring 10 stk. per produktionslinje. Med Storstrømmens elementantal på omkring 12 er projektet i en anden størrelsesorden. Figur 3.3 Tunnel element fabrik for Hong Kong - Zhuhai - Macao Tunnel Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 19

20 Der er flere sænketunneler med elementer, udført i store "sænketunnelnationer" som for eksempel Holland, Hong Kong og Japan, som er støbt i tørdok. På Busan-Geoje tunnellen åbnet i 2010 (Syd-Korea) med 18 sænketunnelelementer blev alle disse udført i tørdok. Skulle man overveje at lægge elementproduktionen under Femern Bælt produktionspladsen kunne dette gøres med én eller to ekstra produktionslinjer afhængig af valg af tunneltype på strækningen over Kalverev. Der er mange faktorer som påvirker behovet og valget af tunnelelementfabrik som for Øresund/Femern Bælt; antal af elementer, tidsplan/risiko, vejrlig, pladsforhold og samlet pris/risiko. På baggrund af kendskab til de eksisterende sænketunnelprojekter nævnt i tabel 3.1, kan det ikke fastslås, at element produktion på fabrik for et relativ kort sænketunnelprojekt som Storstrømmen vil være anlægsprismæssigt fordelagtigt. For anlægsprisen er det antaget, at 12 elementer støbes i tørdok på traditionel vis, i to batches, mens resten udføres som cut-and-cover i åben udgravning Marine arbejder Funderingslaget imellem jord og konstruktion udføres enten som en afrettet gruspude udført af specielt importeret marint udstyr eller ved injicering af sand eller grout under elementer, som placeres på midlertidige understøtninger. Øresund, Busan og Bjørvika tunneller er eksempler på projekter, hvor et afrettet gruslag er anvendt, mens Limerick, Guldborgsund og Preveza er eksempler, hvor sandunderskyldning eller grouting er anvendt. Nyere projekter benytter oftere metoden med afrettet grus lag. Tilbagefyld og tunnelbeskyttelse udføres af entreprenørskibe med normalt udstyr anvendt til havnebygning og kystbeskyttelse Reference projekter Tabel 3.1 Projektnavn Åbningsår Land Længde (m) Dybde (m) Bay Area Rapid Transit 1970 USA 5, Guldborgsund 1988 Danmark Øresund Link 2000 Danmark 4, Preveza Tunnel 2002 Grækenland 1, Limerick Tunnel 2010 Irland Busan Geoje Fixed Link 2010 Sydkorea 4, Bjørvika Tunnel 2010 Norge Bosphorous Tunnel (2013) Tyrkiet 1, Hong Kong Macao Link (2016) Kina 5, Femern Bælt Tunnel (2020) Danmark 17, Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 20

21 3.2 Boret tunnel Det er forudsat, at boringen af de to tunnelrør sker fra den samme side, og at der anvendes to tunnelboremaskiner (TBM'er). Således kan begge TBM'er starte og serviceres fra samme arbejdsplads, dvs. det vil være fra denne arbejdsplads, at de forsynes med segmenter, og det vil være her den udborede tunneljord (muck) kommer ud. Efter at have boret hver deres tunnelrør modtages TBM'erne på modsatte side, hvor de demonteres Tunnelboremaskine De findes tre hovedtyper af tunnelboremaskiner: Open shield TBM EPB TBM (Earth Pressure Balance) Slurry TBM / Mixshield Valg af type af boremaskine har stor betydning for anlægsprisen for en boret tunnelløsning. Typen af boremaskine vælges primært ud fra den aktuelle geologi. På grund af de forskellige typer geologier som "Sand og Grus", "Ler med Sand" og "Skrivekridt", er det antaget, at en Slurry TBM med fordel kan anvendes på hele strækningen jævnfør Recommendations for selecting and evaluating tunnel boring machines, DAUB. Specielt de øvre Sand og Grus lag, som er de mest komplicerede at bore i, vil være bestemmende for valg af TBM. Det skal ikke udelukkes, at tunnellen kan udføres med en EPB TBM, men risikoen ved anvendelse af en Slurry TBM i de øvre aflejringer antages at være mindre. Risiko for manglende fremdrift ved obstruktion af større sten i danske moræneaflejringer sammenlignet med smeltevandsaflejringerne i Central Europa (reference) kan løses ved udformningen af TBM'ens udstyr og i sidste instans adgang til borehoved. I en Slurry TBM stabiliseres jorden foran TBM af en bentonit suspension, der er under pres. Afhængigt af permeabiliteten af undergrunden, skal der anvendes en suspension, hvis massefylde eller viskositet kan varieres af entreprenøren efter forholdene. Borehovedet og tunnelen separeres ved et skot. Figur 3.4 Slurry TBM til Citytunnel Leipzig (fra Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 21

22 3.2.2 Krav til landanlæg Som forberedelse til start af TBM'erne etableres der en udgravning, hvorfra TBM'erne kan startes. Udgravningen er sammenfaldene med udgravningerne for etablering af de permanente landanlæg som rampe og cut & cover tunnel. TBM'erne skal startes med et jorddække på cirka 1 gange diameteren. For at kunne starte tunnelboremaskinen i det såkaldte startkammer, skal startkammeret være lidt dybere end den øvrige del af cut & cover tunnelen Tværtunneler Mellem hovedtunnelerne skal der etableres tværtunneler med en indbyrdes afstand på max. 500 m. Disse kan anvendes som flugtveje fra det ene tunnelrør til det andet. Tværtunnelerne vil være ca. 4-5 m i udgravningsdiameter. Tværtunnelerne etableres ved, at segmenter i hovedtunnelen fjernes, hvorefter tværtunnelerne udgraves. Der skal indsættes en speciel support af hovedtunnelen, inden segmenterne kan fjernes. Tværtunnelerne er antaget at blive udgravet som traditionel tunneludgravning, f.eks. ved minedrift, dvs. udgravning under midlertidige stålrammer til støtte af overliggende jord. I de øvre aflejringer antages det, at det er nødvendigt med særlige foranstaltninger til stabilisering under udførelsen i form af frysning og/eller grouting. Figur 3.5 a)tværsnit af tværtunnel b) Udgravningen (fra Beskrivelse af arbejdsplads Det kræver et stort arbejdsområde for at forsyne byggeriet med materiale og at håndtere tunnelmucken. En arbejdsplads er inddelt i følgende hoveddele: Oplagsplads til betonsegmenter Anlæg til håndtering af tunnelmuck, herunder et slurry-separationsanlæg og evt. lukkede bassiner. Værksted for maskiner og køretøjer Kontorer Parkering Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 22

23 Hvis segmenterne støbes ved tunnelen, skal der også være plads til denne segmentfabrik. Fabrikken kan også placeres uafhængig af arbejdspladsen, så dette er ikke dimensionsgivende for størrelsen af arbejdspladsen Reference projekter Referencer til sammenligning af tilsvarende borede tunnelprojekter i Europa. Alle projekterne anses på grund af geologiske forhold og erfaring med TBM for at være repræsentative i forhold til Storstrømsforbindelsen, på trods af forskelle i tunneldiameter. Tabel 3.1Reference projekter Projektnavn Åbningsår Land Længde (m) TBM type Storebælt 1995 Danmark 2x 7412 EPB City-Tunnel Leipzig 2013 Tyskland 2x 1473(2x 2082) Slurry Westerschelde Tunnel 2003 Holland 2x 6600 Slurry Groene Hart 2009 Holland 1x 7160 Slurry Citytunneln Malmö 2010 Sverige 2x 4500 (2x 6000) EPB 3.3 Økonomi, miljø og risiko For økonomiske overslag og tidsplan henvises til fagnotaterne Anlægsoverslag samt Drift og Vedligehold. Miljø i forbindelse med tunnelløsninger er beskrevet i fagnotatet Miljø. Risikoforhold er beskrevet i fagnotatet Risiko. Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 23

24 4 Mængder 4.1 Sænketunnel Hovedmængder Tabel Sænketunnel hovedmængder B5.1 B5.3 B5.5 B5.7 Tunnel længde (m) Bredde (m) 11,1 14,9 20,3 25,0 Højde (m) 8,9 9,3 9,2 9,5 Betonvolume (m3/m) 43,0 57,8 82,0 104,2 Betonvolume (m3) Udgravning (mill m3) 1,8 2,0 2,2 2,5 Armering ca kg/m3 4.2 Boret tunnel Hovedmængder Tabel Boret tunnel hovedmængder B5.2 B5.4 B5.6 B5.8 Tunnel 1 Tunnel 1 Tunnel 1 Tunnel 2 Tunnel 1 Tunnel 2 Baner Antal rør Længde (m) Diameter i. (m) 10,4 8,4 11,2 8,4 13,4 12,2 Lining (m) 0,6 0,45 0,65 0,45 0,8 0,7 Betonareal (m2) 20,7 12,5 24,2 12,5 35,7 28,4 Beton (m3) Footprint (m2) Brutto areal (m2) 105,7 67,9 122,7 67,9 176,7 145,3 Brutto vol. (m3) Armering ca kg/m3 Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 24

25 4.2.2 Energiforbrug til slurry TBM Tabel Boret tunnel energiforbrug slurry TBM Storstrømmen B5.2-1 rør Storstrømmen B5.4-2 små rør Diameter 11,6m 9,3m 12,5m Areal per rør 106m2 68m2 123m2 Længde 4200m 4200m 4200m Storstrømmen B5.8-2 store rør TBM power 10,3MW 2 x 6,6 = 13,2MW 2 x 12,0 = 24,0 MW Slurry pumps TBM 1,7MW 2 x 1,1 = 2,2MW 2 x 1,9 = 3,8 MW Slurry booster 4 x 1MW = 4MW 2 x 4 x 1 = 8MW 2 x 4 x 1 = 8MW Slurry treatment 1,5MW 1,5MW 1,5MW Total forbrug 17,5MW 24,9MW 37,3MW Fremdrift 10 m/dag 10 m/dag 10 m/dag Tidsforbrug 420dage 420dage 420dage Energiforbrug MWh MWh MWh Effekt faktor 0, MWh MWh MWh Tunnelløsninger - Fagnotat, screening 25