© Copyright Stockholms Mätpool AB
www.matpool.se
www.matpool.se
Ingress, förord 1
Innehållsförteckning 2
Utrustning 1944-1970 3
Lindömetoden (OD-metoden) 4
Undervattensprängning 5
Historik, Bergborrning 6
Kontroll av borrprecision 7
Schaktdrivning 8
Bergrum 9
Utrustning för laddning 10
Sprängämnen, Tändmedel 11
Utrustning för lastning & transport 12
Fullortsborrning 13
Fräsande bergbrytning 14
ERfarenhet av projekt 15
Geologi 16
Förstärknngsarbete (X) 17
Utveckling vid gruvor 18
Utveckling vid bergmaterialindustrin 19
Utveckling vid stenindustrin (X) 20
Utveckling vid kalkstensbrytning (X) 21
Kalkylering datasystem 22
Export sprängteknik 23
Resumé BK deltagande & Historia 24
Standardarbetet 25
Ventilaion 26
Kökort för syneförrättare 27
Utbildning på bergområdet 28
Skador, rättsfall, artickel ur BIN 29
Juridik, försäkringar 30
Morgondagens utveckling 31
Sammanfattning 32
Kapitel 16 - Geologi
Författare: Jüri Martna och Peder Knape
Författare: Jüri Martna och Peder Knape
BAKGRUND
Bergbrytning under jord har funnits i minst 10 000, kanske 20 000 år. Först bröt man flinta och salt; efter hand började man också bearbeta malmfyndigheter. Även underjordiska tempel, vattentunnlar och en och annan vägtunnel har byggts redan för tusentals år sedan. Någon form av materialkunskap, geologiska insikter och en bedömning av stabilitet och
säkerhet måste ofrånkomligen ha ingått tidigt i hanteringen. Hur resonerade man på stenåldern innan man grävde ett tiotal meter djupt schakt för att nå ett flintalager som gick i dagen en bit längre bort?
Vi vet praktiskt taget ingenting om dessa tankegångar och antikens skrifter är fåtaliga och mestadels föga sakkunniga. Skriftliga källor i ämnet börjar i stort sett med Georgius Agricola gruvläkaren i Joachimsthal, som har kallats mineralogins fader och som skrev det grundläggande verket om bergbrytning i dåtida Böhmen, som bland mycket annat även vittnar om en hel del geologiska insikter (De re metallica, 1556).
Medan gruvbrytning sedan dess begynnelse har pågått i stort sett kontinuerligt, utfördes underjordiska anläggningar med långa mellanrum, under vissa tekniska högkulturer. I Europa hände det, förutom i militära sammanhang, föga mellan romarrikets fall på 300-talet och 1600-talet. Den första kanaltunneln byggdes 1681 i Malpas på Languedockanalen i Frankrike
och följdes från mitten av 1700-talet och början av 1800-talet av något hundratal kanaltunnlar, främst i Frankrike och England. På 1820-talet började byggande av järnvägstunnlar, en numera återupptagen verksamhet som hade sin storhetstid på 1860-70- talen.
Bergbrytning under jord har funnits i minst 10 000, kanske 20 000 år. Först bröt man flinta och salt; efter hand började man också bearbeta malmfyndigheter. Även underjordiska tempel, vattentunnlar och en och annan vägtunnel har byggts redan för tusentals år sedan. Någon form av materialkunskap, geologiska insikter och en bedömning av stabilitet och
säkerhet måste ofrånkomligen ha ingått tidigt i hanteringen. Hur resonerade man på stenåldern innan man grävde ett tiotal meter djupt schakt för att nå ett flintalager som gick i dagen en bit längre bort?
Vi vet praktiskt taget ingenting om dessa tankegångar och antikens skrifter är fåtaliga och mestadels föga sakkunniga. Skriftliga källor i ämnet börjar i stort sett med Georgius Agricola gruvläkaren i Joachimsthal, som har kallats mineralogins fader och som skrev det grundläggande verket om bergbrytning i dåtida Böhmen, som bland mycket annat även vittnar om en hel del geologiska insikter (De re metallica, 1556).
Medan gruvbrytning sedan dess begynnelse har pågått i stort sett kontinuerligt, utfördes underjordiska anläggningar med långa mellanrum, under vissa tekniska högkulturer. I Europa hände det, förutom i militära sammanhang, föga mellan romarrikets fall på 300-talet och 1600-talet. Den första kanaltunneln byggdes 1681 i Malpas på Languedockanalen i Frankrike
och följdes från mitten av 1700-talet och början av 1800-talet av något hundratal kanaltunnlar, främst i Frankrike och England. På 1820-talet började byggande av järnvägstunnlar, en numera återupptagen verksamhet som hade sin storhetstid på 1860-70- talen.
DE FÖRSTA NUTIDA TUNNLARNA
De första nutida tunnlarna utfördes som regel nära ytan i mjukt sedimentärt berg eller jord.Tillfälliga stödsystem utvecklades med omfattande och invecklade förtimringar som stöttade hålrummet tills man hann mura in tunneln. En del av de självlärda tidiga byggarna hade utan tvekan avsevärda praktiskt förvärvade kunskaper i geologi; geologyrket fanns inte.
När järnvägstunnlarna i mitten av 1800-talet började dras på större djup och i väl konsoliderade bergarter genom Apenninerna och Alperna följde nämnda omfattande förtimringssystem med, följda av tjocka murverk. Enligt dåtida beprövad erfarenhet var de genomgående nödvändiga, en uppfattning som stöddes av att man då och då råkade ut för tunnelsammanbrott, svällande berg och oförklarliga bergtrycksfenomen. Vid denna tid började man i Alperna fråga de nya yrkesmännen geologerna om de okända förhållandena
inuti bergen. Dessa visste inte heller så värst mycket och deras utlåtanden har ibland liknats vid horoskop.
Små tunnlar i hyggligt berg har sedan begynnelsen lämnats utan inklädnad. Så småningom växte den erfarenhetsmässiga insikten att i bra berg kunde även tämligen stora spännvidder vara stabila utan förstärkande inklädnad. Den grundläggande tanken, att man skulle kunna bygga stora permanenta oinklädda bergvalv, där berget självt (med hjälp av bergbultar) var det bärande elementet, uppkom först mot slutet av 1940-talet. Det kan nämnas, att den största kända naturliga grottan (Sarawak-grottan på Borneo) har en spännvidd på 400 m.
Vid byggande av Porjus första kraftverk i början av 1910-talet ( i drift 1914) drevs tunnlarna utan några som helst förstärkningar, utom på några uppenbarligen dåliga ställen där det finns murade valv. På grund av granitens utpräglade horisontella bankning höll man för det mesta inte den ritade spetsiga valvformen utan tunnlarna blev i regel rektangulära. Man ansåg sig
tydligen ha belägg för, förmodligen från gruvdrift, att tunnlar med denna dimension, med 50 m² area, var stabila. Det finns inga bergbult i denna tunnel, inte heller i den år 1907 byggda 230 m långa tilloppstunneln till Håverud kraftstation med 30 m² area, i tvärsnitt en liksidig triangel med avrundade sidor, som 80 år senare befanns vara i ett påfallande gott skick
(Hansen & Martna 1988).
Maskinsalen i Porjus var däremot med sina 12x20x90 m världens dittills största bergrum, bortsett från några instabila brytningsrum i gruvor. Tillvägagångssättet ut i det okända berget, som så småningom visade sig vara av medelmåttlig kvalitet,var ytterst försiktigt, med framdrift av orter, omsorgsfull stämpling och gjutning av ett mer än metertjockt takvalv av
betong före uttaget av bergrummet (Sandström 1963)(Fig. 1). 40 år senare utfördes den areamässigt ungefär lika stora Imnästunneln i Kilforsen (i drift 1953) med en takort på full bredd med tämligen obetydliga stödåtgärder.
De första nutida tunnlarna utfördes som regel nära ytan i mjukt sedimentärt berg eller jord.Tillfälliga stödsystem utvecklades med omfattande och invecklade förtimringar som stöttade hålrummet tills man hann mura in tunneln. En del av de självlärda tidiga byggarna hade utan tvekan avsevärda praktiskt förvärvade kunskaper i geologi; geologyrket fanns inte.
När järnvägstunnlarna i mitten av 1800-talet började dras på större djup och i väl konsoliderade bergarter genom Apenninerna och Alperna följde nämnda omfattande förtimringssystem med, följda av tjocka murverk. Enligt dåtida beprövad erfarenhet var de genomgående nödvändiga, en uppfattning som stöddes av att man då och då råkade ut för tunnelsammanbrott, svällande berg och oförklarliga bergtrycksfenomen. Vid denna tid började man i Alperna fråga de nya yrkesmännen geologerna om de okända förhållandena
inuti bergen. Dessa visste inte heller så värst mycket och deras utlåtanden har ibland liknats vid horoskop.
Små tunnlar i hyggligt berg har sedan begynnelsen lämnats utan inklädnad. Så småningom växte den erfarenhetsmässiga insikten att i bra berg kunde även tämligen stora spännvidder vara stabila utan förstärkande inklädnad. Den grundläggande tanken, att man skulle kunna bygga stora permanenta oinklädda bergvalv, där berget självt (med hjälp av bergbultar) var det bärande elementet, uppkom först mot slutet av 1940-talet. Det kan nämnas, att den största kända naturliga grottan (Sarawak-grottan på Borneo) har en spännvidd på 400 m.
Vid byggande av Porjus första kraftverk i början av 1910-talet ( i drift 1914) drevs tunnlarna utan några som helst förstärkningar, utom på några uppenbarligen dåliga ställen där det finns murade valv. På grund av granitens utpräglade horisontella bankning höll man för det mesta inte den ritade spetsiga valvformen utan tunnlarna blev i regel rektangulära. Man ansåg sig
tydligen ha belägg för, förmodligen från gruvdrift, att tunnlar med denna dimension, med 50 m² area, var stabila. Det finns inga bergbult i denna tunnel, inte heller i den år 1907 byggda 230 m långa tilloppstunneln till Håverud kraftstation med 30 m² area, i tvärsnitt en liksidig triangel med avrundade sidor, som 80 år senare befanns vara i ett påfallande gott skick
(Hansen & Martna 1988).
Maskinsalen i Porjus var däremot med sina 12x20x90 m världens dittills största bergrum, bortsett från några instabila brytningsrum i gruvor. Tillvägagångssättet ut i det okända berget, som så småningom visade sig vara av medelmåttlig kvalitet,var ytterst försiktigt, med framdrift av orter, omsorgsfull stämpling och gjutning av ett mer än metertjockt takvalv av
betong före uttaget av bergrummet (Sandström 1963)(Fig. 1). 40 år senare utfördes den areamässigt ungefär lika stora Imnästunneln i Kilforsen (i drift 1953) med en takort på full bredd med tämligen obetydliga stödåtgärder.
Fig 1. Uttag av Porjus maskinsal 1911-1913.
Tre längsgående orter (1) drevs längs taket, strossades ut ochstämplades (2) undan för undan tills hela taket var uttaget och stämplat (3). Ett valv av armerad betong (4) göts i 6-meters längder. Ytterliggare en ort drevs i golvnivån (5) och båda orterna förtimrades. Berget ovanför dem uttogs genom magasinsbrytning (6). Ytterligare en ort drevs i golvnivån (7) och den erhållna bergkärnan togs ut genom undanskjutning av pelarna i sektioner (8). De stora blocken skutsprängdes. Tvärorter på tak- och golvnivå är inte utritade. Modifierad från Sandström 1963.
TEKNIK OCH OLIKA INRIKTNINGAR AV GEOLOGI
Historiskt sett har i Sverige geologernas delaktighet i byggnads- och anläggningsverksamhet i allmänhet och bergbrytning i synnerhet varit mycket olika på olika områden. På gruvsidan har geologer använts sedan länge för att finna malmer och bergsingenjörer har fått utbildning i geologi. Gruvgeologer, med en huvudsaklig uppgift att finna och följa malmer, har funnits
länge. Från 1940-talet har geologiska synpunkter även på gruvornas stabilitet
uppmärksammats (Grip & Wirstam 1949). Gruvkartor, vilkas upprättande förutsätter en del geologiska insikter, har i Sverige enligt gruvstadgan varit påbjudna sedan 1628. För anläggningsarbeten finns det fortfarande inga sådana formella krav. Inom anläggning har geologernas deltagande varit mycket olika på jord- resp. bergsidan och det närliggande byggmaterialområdet.
I början av 1900-talet drabbades Statens Järnvägar av en rad skredolyckor, av vilka den mest kända var Getå-olyckan 1918. För utredning av dessa bildades Statens Järnvägars Geotekniska Kommission (1914-1922), under medverkan av flera geologer (Gerard de Geer, Lennart von Post, Carl Caldenius, Ragnar Lidén). Detta var sannolikt den allra första gången begreppet geoteknik överhuvudtaget användes och dess slutbetänkande 1922 anses vara den
allra första geotekniska publikationen. I den nya vetenskapen geoteknik har geologer således varit verksamma från dess början på 1910-talet, även om verksamheten tog egentlig fart först på 1940-50-talen med Carl-Gösta Wenner m.fl.
Cementets hårdnande intresserade tidigt några geologer och mineraloger, Högbom på 1880- talet, senare Sundius (1929) och Assarsson, som bl a deltog i Vattenfalls utredningar om betongskador på 1920-talet. På 1940-talet undersökte Tor Hagerman (1943, 1949) bergarters byggnadstekniska egenskaper. På 1940-talet upptäcktes också i Kalifornien den skadliga
alkali-kiselyrereaktionen mellan ballast och betong. Detta, jämte sulfatskadorna, ökade även i Sverige från 1950-talet intresset för ballastmaterialets kvalitetsfrågor, bl.a. petrografisk sammansättning (Hagerman & Roosaar 1955, 1960; Martna & Sällström 1967).
En sammanfattning av 1920-talets kunskap i Mellaneuropa (där geologer sedan mitten av 1800-talet varit tillfrågade vid bergbyggnad) om geologins roll i vattenkraftsutbyggnad,"Barrages et géologie" (Dammar och geologi) publicerades 1933 av den schweiziske geologiprofessorn Maurice Lugeon. Lugeon, som sägs vara den förste egentlige ingenjörsgeologen, understryker vikten av geologins betydelse för dammarnas bestånd och
behovet av kompetenta förundersökningar med schaktning, borrning, geofysik och speciellt mätning av vattentäthet, och under byggnadstiden tätning med cementinjektering. Den internationella enheten för mätning av bergets vattentäthet, "Lugeon", är uppkallad efter honom.
Historiskt sett har i Sverige geologernas delaktighet i byggnads- och anläggningsverksamhet i allmänhet och bergbrytning i synnerhet varit mycket olika på olika områden. På gruvsidan har geologer använts sedan länge för att finna malmer och bergsingenjörer har fått utbildning i geologi. Gruvgeologer, med en huvudsaklig uppgift att finna och följa malmer, har funnits
länge. Från 1940-talet har geologiska synpunkter även på gruvornas stabilitet
uppmärksammats (Grip & Wirstam 1949). Gruvkartor, vilkas upprättande förutsätter en del geologiska insikter, har i Sverige enligt gruvstadgan varit påbjudna sedan 1628. För anläggningsarbeten finns det fortfarande inga sådana formella krav. Inom anläggning har geologernas deltagande varit mycket olika på jord- resp. bergsidan och det närliggande byggmaterialområdet.
I början av 1900-talet drabbades Statens Järnvägar av en rad skredolyckor, av vilka den mest kända var Getå-olyckan 1918. För utredning av dessa bildades Statens Järnvägars Geotekniska Kommission (1914-1922), under medverkan av flera geologer (Gerard de Geer, Lennart von Post, Carl Caldenius, Ragnar Lidén). Detta var sannolikt den allra första gången begreppet geoteknik överhuvudtaget användes och dess slutbetänkande 1922 anses vara den
allra första geotekniska publikationen. I den nya vetenskapen geoteknik har geologer således varit verksamma från dess början på 1910-talet, även om verksamheten tog egentlig fart först på 1940-50-talen med Carl-Gösta Wenner m.fl.
Cementets hårdnande intresserade tidigt några geologer och mineraloger, Högbom på 1880- talet, senare Sundius (1929) och Assarsson, som bl a deltog i Vattenfalls utredningar om betongskador på 1920-talet. På 1940-talet undersökte Tor Hagerman (1943, 1949) bergarters byggnadstekniska egenskaper. På 1940-talet upptäcktes också i Kalifornien den skadliga
alkali-kiselyrereaktionen mellan ballast och betong. Detta, jämte sulfatskadorna, ökade även i Sverige från 1950-talet intresset för ballastmaterialets kvalitetsfrågor, bl.a. petrografisk sammansättning (Hagerman & Roosaar 1955, 1960; Martna & Sällström 1967).
En sammanfattning av 1920-talets kunskap i Mellaneuropa (där geologer sedan mitten av 1800-talet varit tillfrågade vid bergbyggnad) om geologins roll i vattenkraftsutbyggnad,"Barrages et géologie" (Dammar och geologi) publicerades 1933 av den schweiziske geologiprofessorn Maurice Lugeon. Lugeon, som sägs vara den förste egentlige ingenjörsgeologen, understryker vikten av geologins betydelse för dammarnas bestånd och
behovet av kompetenta förundersökningar med schaktning, borrning, geofysik och speciellt mätning av vattentäthet, och under byggnadstiden tätning med cementinjektering. Den internationella enheten för mätning av bergets vattentäthet, "Lugeon", är uppkallad efter honom.
SVENSKA ANLÄGGNINGSARBETEN FÖRE 1950
Svenska anläggningsarbetena i berg pågick under denna tid utan någon inblandning av geologer. Även ingenjörernas insikter i geologi och kunskaper om bergets beteende var, med få undantag, måttliga. Undervisning i allmän geologi började vid Kungliga Tekniska Högskolan år 1918, men vad som länge saknades var geologins roll i och samband med anläggningstekniken, således kommunikationen mellan geologi och teknik.
Så småningom kom man att ibland före ett större anläggningsarbete anlita en välrenommerad geolog, vanligen statsgeolog, som utförde en geologisk undersökning och skrev ett utlåtandeöver förekommande bergarter, deras mineralogi och inbördes förhållanden, större krosszoner mm. Sedan kunde man vanligen inte hitta någon praktisk användning för utlåtandet.
Fram till ungefär 1950 var i Sverige kunskap om bergets beteende vid brytning nästan helt empirisk och behärskades genom lång erfarenhet företrädesvis av förmännen för arbetslagen och skiftbefäl. Bakgrunden till detta förhållande är att söka i de från rallartiden nedärvda betingsystem för arbetslag, som länge användes i anläggningsarbeten och som ställde höga krav på förmännens erfarenhet och förmåga att bedöma de naturliga förutsättningarna för att
laget skulle gå med vinst. Även personsäkerheten och temporära förstärkningar var tunnelbefälets ansvar. Någon löpande uppföljning och kontroll av berguttaget förekom knappast.
Ingenjörerna å andra sidan angav placeringen av anläggningen och omfattningen av verksamheten men behövde sedan inte bekymra sig om bergets beteende vid brytning utan ritade vid behov efter hand förstärkningar för svagare partier, som murades eller göts eller timrades. Bergförhållandena var på det stora hela mycket goda, omfattningen av berganläggningar fram till andra världskriget (mest utbyggnad av vattenkraft av måttlig storlek) var ganska ringa och någon byggtradition av kanal- och järnvägstunnlar fanns inte.
Svenska anläggningsarbetena i berg pågick under denna tid utan någon inblandning av geologer. Även ingenjörernas insikter i geologi och kunskaper om bergets beteende var, med få undantag, måttliga. Undervisning i allmän geologi började vid Kungliga Tekniska Högskolan år 1918, men vad som länge saknades var geologins roll i och samband med anläggningstekniken, således kommunikationen mellan geologi och teknik.
Så småningom kom man att ibland före ett större anläggningsarbete anlita en välrenommerad geolog, vanligen statsgeolog, som utförde en geologisk undersökning och skrev ett utlåtandeöver förekommande bergarter, deras mineralogi och inbördes förhållanden, större krosszoner mm. Sedan kunde man vanligen inte hitta någon praktisk användning för utlåtandet.
Fram till ungefär 1950 var i Sverige kunskap om bergets beteende vid brytning nästan helt empirisk och behärskades genom lång erfarenhet företrädesvis av förmännen för arbetslagen och skiftbefäl. Bakgrunden till detta förhållande är att söka i de från rallartiden nedärvda betingsystem för arbetslag, som länge användes i anläggningsarbeten och som ställde höga krav på förmännens erfarenhet och förmåga att bedöma de naturliga förutsättningarna för att
laget skulle gå med vinst. Även personsäkerheten och temporära förstärkningar var tunnelbefälets ansvar. Någon löpande uppföljning och kontroll av berguttaget förekom knappast.
Ingenjörerna å andra sidan angav placeringen av anläggningen och omfattningen av verksamheten men behövde sedan inte bekymra sig om bergets beteende vid brytning utan ritade vid behov efter hand förstärkningar för svagare partier, som murades eller göts eller timrades. Bergförhållandena var på det stora hela mycket goda, omfattningen av berganläggningar fram till andra världskriget (mest utbyggnad av vattenkraft av måttlig storlek) var ganska ringa och någon byggtradition av kanal- och järnvägstunnlar fanns inte.
UTVECKLINGEN I SVERIGE EFTER 1950
Under och strax efter andra världskriget utfördes och påbörjades i Sverige en rad stora bergprojekt: militära anläggningar, skyddsrum, oljelager i berg, tunnelbanan i Stockholm och stora vattenkraftprojekt. Vattenkraften började också att byggas ut i fjällområden, där geologin väsentligen skiljer sig från urbergets. På grund av den snabba maskinutvecklingen började gamla arbetsmetoder att överges. Detta i sin tur medförde att återväxten av
arbetskraft med en långvarig handgriplig erfarenhet av kontakt med berget minskade.
Man började också upptäcka, att den trygga förvissningen om att den svenska berggrunden alltid var bra delvis berodde på bristande kunskap och erfarenhet. Man hade inte byggt på tillräckligt många ställen och de som hade råkat ut för besvärligheter var, i brist på teoretisk bakgrund och traditioner, vanligen ointresserade av att analysera och beskriva dessa.
Samtidigt som det uppkom behov av större bergrum och nya konstruktiva lösningar, ibland i nya bergmiljöer, upptäcktes dittills okända geologiska problem. Undersökning av dessa händelser med geologisk bakgrund befrämjade i första hand gränsvetenskaper mellan teknik och geologi, dvs. geoteknik och bergmekanik, men i förlängningen också ingenjörsgeologi.
Bergeforsens kraftstation i Indalsälven kom på 50-talet att byggas på instabilt berg med lättvittrande alnögångar (v. Eckermann 1954, 1961). Detta medförde att Harry von Eckermann knöts till bygget som geologisk rådgivare och medverkade vid modifiering av konstruktioner. Uppmärksamheten riktades då för första gången på de praktiska konsekvenserna av leromvandling i berggrunden, speciellt smectit-(montmorillonit)- omvandling, (Martna 1972, Morfeldt 1965, Roosaar 1965).Berggrundens fortlöpande omvandling i Bergeforsen har sedan dess varit föremål för geologisk och teknisk uppföljning
(Lindström, Martna, Sällström 1994).
I slutet av 40-talet blev det uppenbart att de av kishaltig ballastmaterial orsakade betongskadorna i Norrfors kraftstation från 20-talet (Sundius 1929) inte kunde repareras och därigenom aktualiserades i början av 50-talet byggandet av Stornorrfors, där bl.a. slätsprängning och SN-metoden för bergbultning kom att utvecklas. Stornorrfors (i drift 1958) var då Europas största underjordiska vattenkraftstation och har troligen fortfarande världens
största avloppstunnel (390 m²). Några år efter idrifttagning upptäcktes sulfatskador i maskinsalstakets sprutbetong (Martna 1970), vilket tillsammans med svällande skiffer iÖstersund (Jangdal 1964) och i Hissmofors kraftstation samt betongskador och svällande berg i Oslo (Bastiansen et al. 1957) aktualiserade sulfatskadefrågan.
Det kom som en fullständig överraskning när byggandet av tunnelbanan i Stockholm, som började på 1950-talet, kom att orsaka betydande sättningar av husen på grund av grundvattensänkning. Den geologiska bakgrunden av dessa och liknande händelser med samband till bl.a. landhöjningen klarlades av Carl-Olof Morfeldt med medarbetare (Knutsson& Morfeldt 1995). Läckage, grundvattensänkning och sättningar har sedan dess varit aktuella
i byggsammanhang.
I slutet av 1960-talet råkade tilloppstunneln Vietas 2 från Suorva till Vietas ut för allvarliga geologiska problem, dels med svagt grafitskiffer, dels med höga bergspänningar och smällberg. Där utfördes av Martin Moberg och Jüri Martna Vattenfalls första geologiska tunnelkartering, och av Rudolf Hiltscher med medarbetare ett stort antal bergspänningsmätningar och ett fullskaleförsök för att undersöka spänningsutvecklingen vid utsprängning av den 180 m² stora tunneln. (Hiltscher 1969, Martna 1971, Martna & Hansen 1986)
Utomlands inträffade de uppseendeväckande dammkatastroferna vid Malpasset i Frankrike (1959) och Vajont i Italien (1963), båda med många dödsoffer och med geologiska bakgrund. Utredningarna visade övertygande att det inte räckte med utmärkta konstruktioner och utförande om förståelsen för geologiska problem på platsen var ringa. Dessa katastrofer hade djup inverkan på beaktande av geologins betydelse vid vattenkraftsutbyggnad, både internationellt och i Sverige.
På 1950-talet började man i Sverige att utföra systematiska geologiska förundersökningar för större byggen (Scherman 1959, Hasselström et al. 1964) och att anlita geologer för lösande av speciella problem under pågående bygge. På 1960-talet började man att geologiskt kartera tunnlar och registrera hur de i verkligheten blev. På 1970-talet började tunnelgeologin att bli
ett accepterat yrke.
Under och strax efter andra världskriget utfördes och påbörjades i Sverige en rad stora bergprojekt: militära anläggningar, skyddsrum, oljelager i berg, tunnelbanan i Stockholm och stora vattenkraftprojekt. Vattenkraften började också att byggas ut i fjällområden, där geologin väsentligen skiljer sig från urbergets. På grund av den snabba maskinutvecklingen började gamla arbetsmetoder att överges. Detta i sin tur medförde att återväxten av
arbetskraft med en långvarig handgriplig erfarenhet av kontakt med berget minskade.
Man började också upptäcka, att den trygga förvissningen om att den svenska berggrunden alltid var bra delvis berodde på bristande kunskap och erfarenhet. Man hade inte byggt på tillräckligt många ställen och de som hade råkat ut för besvärligheter var, i brist på teoretisk bakgrund och traditioner, vanligen ointresserade av att analysera och beskriva dessa.
Samtidigt som det uppkom behov av större bergrum och nya konstruktiva lösningar, ibland i nya bergmiljöer, upptäcktes dittills okända geologiska problem. Undersökning av dessa händelser med geologisk bakgrund befrämjade i första hand gränsvetenskaper mellan teknik och geologi, dvs. geoteknik och bergmekanik, men i förlängningen också ingenjörsgeologi.
Bergeforsens kraftstation i Indalsälven kom på 50-talet att byggas på instabilt berg med lättvittrande alnögångar (v. Eckermann 1954, 1961). Detta medförde att Harry von Eckermann knöts till bygget som geologisk rådgivare och medverkade vid modifiering av konstruktioner. Uppmärksamheten riktades då för första gången på de praktiska konsekvenserna av leromvandling i berggrunden, speciellt smectit-(montmorillonit)- omvandling, (Martna 1972, Morfeldt 1965, Roosaar 1965).Berggrundens fortlöpande omvandling i Bergeforsen har sedan dess varit föremål för geologisk och teknisk uppföljning
(Lindström, Martna, Sällström 1994).
I slutet av 40-talet blev det uppenbart att de av kishaltig ballastmaterial orsakade betongskadorna i Norrfors kraftstation från 20-talet (Sundius 1929) inte kunde repareras och därigenom aktualiserades i början av 50-talet byggandet av Stornorrfors, där bl.a. slätsprängning och SN-metoden för bergbultning kom att utvecklas. Stornorrfors (i drift 1958) var då Europas största underjordiska vattenkraftstation och har troligen fortfarande världens
största avloppstunnel (390 m²). Några år efter idrifttagning upptäcktes sulfatskador i maskinsalstakets sprutbetong (Martna 1970), vilket tillsammans med svällande skiffer iÖstersund (Jangdal 1964) och i Hissmofors kraftstation samt betongskador och svällande berg i Oslo (Bastiansen et al. 1957) aktualiserade sulfatskadefrågan.
Det kom som en fullständig överraskning när byggandet av tunnelbanan i Stockholm, som började på 1950-talet, kom att orsaka betydande sättningar av husen på grund av grundvattensänkning. Den geologiska bakgrunden av dessa och liknande händelser med samband till bl.a. landhöjningen klarlades av Carl-Olof Morfeldt med medarbetare (Knutsson& Morfeldt 1995). Läckage, grundvattensänkning och sättningar har sedan dess varit aktuella
i byggsammanhang.
I slutet av 1960-talet råkade tilloppstunneln Vietas 2 från Suorva till Vietas ut för allvarliga geologiska problem, dels med svagt grafitskiffer, dels med höga bergspänningar och smällberg. Där utfördes av Martin Moberg och Jüri Martna Vattenfalls första geologiska tunnelkartering, och av Rudolf Hiltscher med medarbetare ett stort antal bergspänningsmätningar och ett fullskaleförsök för att undersöka spänningsutvecklingen vid utsprängning av den 180 m² stora tunneln. (Hiltscher 1969, Martna 1971, Martna & Hansen 1986)
Utomlands inträffade de uppseendeväckande dammkatastroferna vid Malpasset i Frankrike (1959) och Vajont i Italien (1963), båda med många dödsoffer och med geologiska bakgrund. Utredningarna visade övertygande att det inte räckte med utmärkta konstruktioner och utförande om förståelsen för geologiska problem på platsen var ringa. Dessa katastrofer hade djup inverkan på beaktande av geologins betydelse vid vattenkraftsutbyggnad, både internationellt och i Sverige.
På 1950-talet började man i Sverige att utföra systematiska geologiska förundersökningar för större byggen (Scherman 1959, Hasselström et al. 1964) och att anlita geologer för lösande av speciella problem under pågående bygge. På 1960-talet började man att geologiskt kartera tunnlar och registrera hur de i verkligheten blev. På 1970-talet började tunnelgeologin att bli
ett accepterat yrke.
ÖKNING AV SPÄNNVIDDER OCH UTVECKLING AV BERGBULTNING
Vid omkring 1950 blev det genom brytningsteknikens snabba utveckling ekonomiskt fördelaktigt att utföra allt större tunnlar och bergrum. Men den nya tekniken ställde också konstruktiva krav. Exempelvis krävde grävmaskiner (frontlastare fanns inte) med sina bommar flackare tak och högre pallar än vad man tidigare hade brukat göra och saknade erfarenhet av. Högre pallar försvårade skrotningen och gjorde tunnelframdrivningen farligare.
Då man före "Svenljunga-trucken", en truck med höj- och sänkbart flak, i stort sett saknade lyftanordningar för personal, kunde man inte nå taket annat än från skrothögen dvs sprängmassorna. Därtill var borrning i tak ytterst besvärlig.
Vid omkring 1950 blev det genom brytningsteknikens snabba utveckling ekonomiskt fördelaktigt att utföra allt större tunnlar och bergrum. Men den nya tekniken ställde också konstruktiva krav. Exempelvis krävde grävmaskiner (frontlastare fanns inte) med sina bommar flackare tak och högre pallar än vad man tidigare hade brukat göra och saknade erfarenhet av. Högre pallar försvårade skrotningen och gjorde tunnelframdrivningen farligare.
Då man före "Svenljunga-trucken", en truck med höj- och sänkbart flak, i stort sett saknade lyftanordningar för personal, kunde man inte nå taket annat än från skrothögen dvs sprängmassorna. Därtill var borrning i tak ytterst besvärlig.
Fig. 2. Utvecklingen av svenska vattenkrafttunnlar.
Några typiska tvärsnitt av svenska vattenkrafttunnlar 1912-1980- (Hydro Power in Sweden, 1981).
För att säkra enstaka block - någon mer omfattande bultning var praktiskt inte möjlig - använde t.ex. Vattenfall från slutet av 30-talet kilbultar som förspändes med mutter och bricka efter att ha slagits in mot borrhålets botten och på så sätt där fästs med kil i bultens slits. Kilbultarna var normalt inte injekterade varför de var utsatta för korrosionsrisk. I en del fall utfördes injektering med cementvälling med vattencementtalet omkring 0,6 med hjälp av luftningsrör som drogs ut efter avslutad injektering. Injekteringen var svår att utföra och gav ingalunda alltid ett bra resultat.
Borrningsteknikens utveckling har haft en avgörande betydelse för ökad användning av förstärkningsbultar. Fram till mitten av 1940-talet och första hälften av 1950-talet borrades med handhållna, pelarmonterade eller knämatade maskiner svagt koniska hål med borrstål vars längd ökades med 80 cm intervall och med minskande diameter på grund av stålets kraftiga nötning, som också krävde täta skärpningar. Utvecklingen ledde till hårdmetallskär ( i praktiskt bruk från 1945), längre borrstål och på rörliga vagnar monterade borrmaskiner, vilket tillsammans underlättade borrningen väsentligen. Detta var en förutsättning för att kunna utföra den täta permanenta bultningen och på så sätt erhålla säkra oinklädda bergvalv.
Jämsides med borrningstekniken utvecklades även bultsättningen från omkring 1950 och delade sig tekniskt och ansvarsmässigt i temporära och permanenta bultar. Den temporära bultningens huvudsakliga syfte är personsäkerheten under byggnadstiden. Kravet är omedelbar verkan efter sättning, bultarna någon variant av expander och ansvaret låg traditionellt hos förmannen eller säkerhetsombudet, men numera i stor del hos tunnelgeologen. För permanent bultning kom i Sverige mest slaka bultar ingjutna med cementbruk till användning. Kravet är beständighet och ansvaret för bergvalvet delvis
konstruktörens och numera i en stor utsträckning geologens. Utveckling av bultsättningsmetoder skedde mycket snabbt på 50-talet. Av dessa har i dag SN-metoden en dominerande ställning och flertalet av de andra användes ej längre.
SN-metoden utvecklades av Torsten Göransson och Arvid Pramstig (1957) vid Vattenfalls kraftverksbygge i Stornorrfors och beteckningen "SN" syftar på Vattenfalls dåtida kodbeteckning för Stornorrforsbygget. Metoden innebär att fyllning av cementbruk genom slang utföres före bultsättning och påbörjas i borrhålets botten. Därigenom uppstår i princip inga luftfickor. Från början utgjordes bruket av lika delar cement och sand. På förslag av Stig Sällström införde Vattenfall 1961 den betydande förbättringen att injekteringen utfördes med enbart cementpasta med ett lågt vattencementtal (0,25-0,28). SN-metoden är i dag världenöver en vanlig bultsättningsmetod.
Från att ha varit en angelägenhet för förmän och skiftbefäl har bultningens omfattning och utförande i dag i en stor utsträckning blivit en fråga för tunnelgeologen, en utveckling som har skett från 1970-talet.
För att säkra enstaka block - någon mer omfattande bultning var praktiskt inte möjlig - använde t.ex. Vattenfall från slutet av 30-talet kilbultar som förspändes med mutter och bricka efter att ha slagits in mot borrhålets botten och på så sätt där fästs med kil i bultens slits. Kilbultarna var normalt inte injekterade varför de var utsatta för korrosionsrisk. I en del fall utfördes injektering med cementvälling med vattencementtalet omkring 0,6 med hjälp av luftningsrör som drogs ut efter avslutad injektering. Injekteringen var svår att utföra och gav ingalunda alltid ett bra resultat.
Borrningsteknikens utveckling har haft en avgörande betydelse för ökad användning av förstärkningsbultar. Fram till mitten av 1940-talet och första hälften av 1950-talet borrades med handhållna, pelarmonterade eller knämatade maskiner svagt koniska hål med borrstål vars längd ökades med 80 cm intervall och med minskande diameter på grund av stålets kraftiga nötning, som också krävde täta skärpningar. Utvecklingen ledde till hårdmetallskär ( i praktiskt bruk från 1945), längre borrstål och på rörliga vagnar monterade borrmaskiner, vilket tillsammans underlättade borrningen väsentligen. Detta var en förutsättning för att kunna utföra den täta permanenta bultningen och på så sätt erhålla säkra oinklädda bergvalv.
Jämsides med borrningstekniken utvecklades även bultsättningen från omkring 1950 och delade sig tekniskt och ansvarsmässigt i temporära och permanenta bultar. Den temporära bultningens huvudsakliga syfte är personsäkerheten under byggnadstiden. Kravet är omedelbar verkan efter sättning, bultarna någon variant av expander och ansvaret låg traditionellt hos förmannen eller säkerhetsombudet, men numera i stor del hos tunnelgeologen. För permanent bultning kom i Sverige mest slaka bultar ingjutna med cementbruk till användning. Kravet är beständighet och ansvaret för bergvalvet delvis
konstruktörens och numera i en stor utsträckning geologens. Utveckling av bultsättningsmetoder skedde mycket snabbt på 50-talet. Av dessa har i dag SN-metoden en dominerande ställning och flertalet av de andra användes ej längre.
SN-metoden utvecklades av Torsten Göransson och Arvid Pramstig (1957) vid Vattenfalls kraftverksbygge i Stornorrfors och beteckningen "SN" syftar på Vattenfalls dåtida kodbeteckning för Stornorrforsbygget. Metoden innebär att fyllning av cementbruk genom slang utföres före bultsättning och påbörjas i borrhålets botten. Därigenom uppstår i princip inga luftfickor. Från början utgjordes bruket av lika delar cement och sand. På förslag av Stig Sällström införde Vattenfall 1961 den betydande förbättringen att injekteringen utfördes med enbart cementpasta med ett lågt vattencementtal (0,25-0,28). SN-metoden är i dag världenöver en vanlig bultsättningsmetod.
Från att ha varit en angelägenhet för förmän och skiftbefäl har bultningens omfattning och utförande i dag i en stor utsträckning blivit en fråga för tunnelgeologen, en utveckling som har skett från 1970-talet.
TUNNELFORMEN OCH DEN RELATIVA VALVHÖJDEN
De första vattenkrafttunnlarna ritades med en relativ valvhöjd (valvets höjd dividerad med dess spännvidd) av omkring 0,5 till 0,8 och var spetsiga eller halvcirkelformade. Detta var sannolikt baserat på sekelgamla erfarenheter från gruvorna, möjligen en kvarleva från tillmakningstekniken, då man vanligen erhöll den spetsiga valvformen. Men som det ovan relaterade exemplet från Porjus visar, accepterade man redan på 1910-talet en geologiskt
betingad rektangulär tunnelform.
Hiltscher och Elfman publicerade 1950 en studie över inducerade spänningar kring tunnlar, varvid de antog att gravitationen var huvudorsaken till initialspänningarna, vilka således skulle vara i huvudsak vertikala. De visade att teoretiskt sett skulle även mycket flacka tak vara stabila i tunnlar med höga väggar. Flacka tak behövdes av arbetstekniska skäl och i början av 1950-talet byggdes det i Sverige flera mycket stora tunnlar med höga vertikala
väggar och med relativa valvhöjden under 0,2, exempelvis Harsprånget 1-3 (i drift 1951) med 0,16 och Kilforsen (i drift 1953) med 0,19. Som inspektioner på 1980-talet har visat har de stått bra med relativt fåtaliga förstärkningar (Martna 1985, Martna & Hansen 1987). Dessa finns som regel på ställen med sämre berg, där utfallen redan från början åstadkom högre valv.
Redan de första bergspänningsmätningarna, utförda av Hast (1958), visade att det i Sverige vanligen fanns en påtaglig horisontalspänning, ofta större än den vertikala. Metoderna utvecklades och undersökningarna fortsattes av bl.a. Hiltscher och medarbetare på Vattenfall (Hiltscher et al. 1979). I det tämligen ytnära berget, där de flesta bergrummen ligger, är i Sverige den största huvudspänningen vanligen approximativt horisontell och påverkad av
topografin.
Både teoretiska studier och erfarenhet visade att stabiliteten förbättras av ett högre valv. Numera är den ritade relativa valvhöjden i bra berg vanligen omkring 0,30-0,35. I svagt bergär en valvhöjd på 0,5 (cirkulärt valv) att föredra. Samtidigt accepterar man andra, t ex osymmetriska, valvformer och även helt flacka tak om de bedöms vara i samklang med geologiska förhållanden och därför stabila.
Det hör numera i en stor utsträckning till geologens bedömning vilka åtgärder en från borrplanet avvikande tunnelform eventuellt kräver. Studier av äldre tunnlar visar att man har accepterat avvikande tunnelformer under hela 1900-talet, vilket antyder att den praktiska geologiska insikten har funnits länge.
De första vattenkrafttunnlarna ritades med en relativ valvhöjd (valvets höjd dividerad med dess spännvidd) av omkring 0,5 till 0,8 och var spetsiga eller halvcirkelformade. Detta var sannolikt baserat på sekelgamla erfarenheter från gruvorna, möjligen en kvarleva från tillmakningstekniken, då man vanligen erhöll den spetsiga valvformen. Men som det ovan relaterade exemplet från Porjus visar, accepterade man redan på 1910-talet en geologiskt
betingad rektangulär tunnelform.
Hiltscher och Elfman publicerade 1950 en studie över inducerade spänningar kring tunnlar, varvid de antog att gravitationen var huvudorsaken till initialspänningarna, vilka således skulle vara i huvudsak vertikala. De visade att teoretiskt sett skulle även mycket flacka tak vara stabila i tunnlar med höga väggar. Flacka tak behövdes av arbetstekniska skäl och i början av 1950-talet byggdes det i Sverige flera mycket stora tunnlar med höga vertikala
väggar och med relativa valvhöjden under 0,2, exempelvis Harsprånget 1-3 (i drift 1951) med 0,16 och Kilforsen (i drift 1953) med 0,19. Som inspektioner på 1980-talet har visat har de stått bra med relativt fåtaliga förstärkningar (Martna 1985, Martna & Hansen 1987). Dessa finns som regel på ställen med sämre berg, där utfallen redan från början åstadkom högre valv.
Redan de första bergspänningsmätningarna, utförda av Hast (1958), visade att det i Sverige vanligen fanns en påtaglig horisontalspänning, ofta större än den vertikala. Metoderna utvecklades och undersökningarna fortsattes av bl.a. Hiltscher och medarbetare på Vattenfall (Hiltscher et al. 1979). I det tämligen ytnära berget, där de flesta bergrummen ligger, är i Sverige den största huvudspänningen vanligen approximativt horisontell och påverkad av
topografin.
Både teoretiska studier och erfarenhet visade att stabiliteten förbättras av ett högre valv. Numera är den ritade relativa valvhöjden i bra berg vanligen omkring 0,30-0,35. I svagt bergär en valvhöjd på 0,5 (cirkulärt valv) att föredra. Samtidigt accepterar man andra, t ex osymmetriska, valvformer och även helt flacka tak om de bedöms vara i samklang med geologiska förhållanden och därför stabila.
Det hör numera i en stor utsträckning till geologens bedömning vilka åtgärder en från borrplanet avvikande tunnelform eventuellt kräver. Studier av äldre tunnlar visar att man har accepterat avvikande tunnelformer under hela 1900-talet, vilket antyder att den praktiska geologiska insikten har funnits länge.
KEMISKA PROBLEM VID BERGBYGGANDE
Det är inte ovanligt att bergarterna visar olika typer och grader av kemisk och mineralogisk omvandling, en vanlig form är vittring eller leromvandling som försvagar berget. I andra fall uppkommer svällning av berg eller skador på förstärkningar genom lösningar från berget. Skador kan också uppkomma genom att därtill kemiskt olämpliga bergarter används som ballastmaterial i betong och fyllnadsmassor. Denna art av problem började uppmärksammas från 1940-50-talet och har alltsedan dess ansetts vara geologernas arbetsområde.
Sundius (1929) var först genom att påvisa att betongskador i Norrfors kraftstation i Umeälven, som så småningom ledde till stationens rivning, orsakades av magnetkishaltigt ballastmaterial. I Kattstrupeforsen i Indalsälven intäffade 1942 ett liknande fall av betongskador. Hissmoforsen i Indalsälven drabbades av skador på grund av svällning av magnetkishaltigt skiffer. I Norge påvisade Bastiansen et al. (1957), betongskador på förstärkningar genom inverkan av sulfathaltigt bergvatten och skador på tunnlar och fundament genom svällande berg. Några senare fall i Sverige beskrivs av Martna (1970).
Sulfathaltigt grundvatten är ett allvarligt problem för betongens beständighet, speciellt i fall där det genomsipprande vattnet avdunstar på andra sidan. I Sverige förefaller sulfathaltigt vatten i berget vara bundet, förutom sulfidmalmer, till förekomst av magnetkis i vissa från början sedimentära bergarter: svart skiffer och gnejs av sedimentärt ursprung. Om risk för sulfatskador på betongförstärkningar föreligger bör sulfatresistent cement användas
Det är inte ovanligt att bergarterna visar olika typer och grader av kemisk och mineralogisk omvandling, en vanlig form är vittring eller leromvandling som försvagar berget. I andra fall uppkommer svällning av berg eller skador på förstärkningar genom lösningar från berget. Skador kan också uppkomma genom att därtill kemiskt olämpliga bergarter används som ballastmaterial i betong och fyllnadsmassor. Denna art av problem började uppmärksammas från 1940-50-talet och har alltsedan dess ansetts vara geologernas arbetsområde.
Sundius (1929) var först genom att påvisa att betongskador i Norrfors kraftstation i Umeälven, som så småningom ledde till stationens rivning, orsakades av magnetkishaltigt ballastmaterial. I Kattstrupeforsen i Indalsälven intäffade 1942 ett liknande fall av betongskador. Hissmoforsen i Indalsälven drabbades av skador på grund av svällning av magnetkishaltigt skiffer. I Norge påvisade Bastiansen et al. (1957), betongskador på förstärkningar genom inverkan av sulfathaltigt bergvatten och skador på tunnlar och fundament genom svällande berg. Några senare fall i Sverige beskrivs av Martna (1970).
Sulfathaltigt grundvatten är ett allvarligt problem för betongens beständighet, speciellt i fall där det genomsipprande vattnet avdunstar på andra sidan. I Sverige förefaller sulfathaltigt vatten i berget vara bundet, förutom sulfidmalmer, till förekomst av magnetkis i vissa från början sedimentära bergarter: svart skiffer och gnejs av sedimentärt ursprung. Om risk för sulfatskador på betongförstärkningar föreligger bör sulfatresistent cement användas
SAMMANFATTNING
I jämförelse med de flesta andra teknikområden är vår kunskap om bergbrytningens geologiska bakgrund, dvs bergmassors egenskaper och beteende, fortfarande ytterligt bristfällig. Dock måste vid bergarbeten kvantitativa beslut fattas beträffande bl.a. hur uttaget skall utföras och omfattningen av förstärkningar och eventuella inklädnader.
Geologiska förhållanden kan påverka bergbrytning på mångahanda sätt. Bergets struktur i kombination med bergets spänningsförhållanden påverkar starkt bergrummets form och stabilitet. Behovet av tid för skrotning och förstärkning för nödvändig stabilitet och personsäkerhet begränsar normalt den teoretiskt möjliga brytkapaciteten och tunnelframdriften. Den synnerligen växlande vattenföringen i berget kan vålla väsentliga driftstörningar och genom dränage orsaka stora skador på omgivningen. Förekomst av
svällande lera eller höga tryck av annan orsak kan kräva exceptionella åtgärder. Bergets uppspruckenhet och hårdhet påverkar den optimala laddningen, bergets struktur borrhålens placering och bergets hårdhet borrsjunkning och borrars livslängd. Kemiska processer i berget
kan påverka såväl bergets som förstärkningars beständighet och stabilitet.
Utvecklingen av ingenjörsgeologin på dessa olika områden har skett ganska ojämnt, beroende på uppkommande problem, vad som har varit behövligt och i någon mån slumpartad.
Från 1900-talets början till mitten av 1940-talet arbetar enstaka geologer med geotekniska frågor, mest leror. Av och till frågor beträffande cement, betongballast och järnvägsballast. Knappast någonting på bergbyggnadssidan, med undantag av gruvor där säkerhetfrågorna
ständigt har varit aktuella. Förundersökningar för bergbyggnad förekommer knappast.
Från omkring 1945 börjar den intensiva utvecklingen av maskintekniken i bergbyggnad och de manuella arbetsmetoderna börjar överges. Hårdmetallskären och bergbultningen börjar utvecklas i praktiken. Geoteknik börjar utvecklas. Spännvidderna för bergrum och tunnlar
ökar. Diamantborrningar utförs för bergundersökningar.
Från omkring 1950 börjar bergmekanik och ingenjörsgeologi utvecklas som en följd av ökad bergbyggande och större bergrum och tunnlar, först i form av förundersökningar. Mot slutet av 1950-talet utförs inom ramen för Vattenfalls regionplaner i Norrland omfattande geologiska förundersökningar bl.a. geologisk flygbildstolkning. Systematiska diamantborrningar och
geofysiska bergundersöknigar i damm- och kraftstationslägen och längs tunnelsträckningar. Petrografisk undersökning av nya ballastmaterial för betong i fjällområden.
På 1960-talet börjar geologer och bergmekaniker att delta i lösandet av bergproblem på arbetsplatserna och konsulteras beträffande permanenta förstärkningar. De första tunnelkarteringarna utförs. De första översiktliga publikationerna om ämnet ingenjörsgeologi. (Lundegårdh 1963, Morfeldt et al. 1967).
På 1970-talet blir bergkarteringen vanligare och de första tunnelgeologerna anställs. På 60- och 70-talen infaller höjdpunkten av svensk kraftutbyggnad. På 70-talet blir det normalt med geologer på arbetsplatserna. Bristen på arbetsledare och skrotare med bergerfarenhet blir påtaglig och geologer engageras i ökande omfattning i bergsäkerhetsfrågor.
I början av 1980-talet sker en brant nergång i kraftutbyggnad, följd av en allmän minskning av byggverksamhet. Först i mitten av 1990-talet börjar en ny uppgång av bergbyggandet, nu som satsningar på infrastrukturen i form av järnvägs- och vägtunnlar. Kartering av bergförhållanden och geologernas roll såsom ansvariga för bergsäkerhet och förslagsställare för löpande förstärkningar blir normal. Beteckningen "ansvarig geolog" förekommer för
första gången.
Ingenjörsgeologins bidrag till bergbrytning är främst att försöka förstå, karakterisera och lokalisera sådana geologiska förhållanden som är av väsentlig betydelse för bergrums bestånd, både på kort och lång sikt. Dess andra, inte mindre viktiga uppgift är att genom geologiska analogier, genom att förstå vad som är geologiskt viktigt för bergbyggande, föra
över bergmekaniska och bergtekniska erfarenheter från ett geografiskt område till ett annat,
I jämförelse med de flesta andra teknikområden är vår kunskap om bergbrytningens geologiska bakgrund, dvs bergmassors egenskaper och beteende, fortfarande ytterligt bristfällig. Dock måste vid bergarbeten kvantitativa beslut fattas beträffande bl.a. hur uttaget skall utföras och omfattningen av förstärkningar och eventuella inklädnader.
Geologiska förhållanden kan påverka bergbrytning på mångahanda sätt. Bergets struktur i kombination med bergets spänningsförhållanden påverkar starkt bergrummets form och stabilitet. Behovet av tid för skrotning och förstärkning för nödvändig stabilitet och personsäkerhet begränsar normalt den teoretiskt möjliga brytkapaciteten och tunnelframdriften. Den synnerligen växlande vattenföringen i berget kan vålla väsentliga driftstörningar och genom dränage orsaka stora skador på omgivningen. Förekomst av
svällande lera eller höga tryck av annan orsak kan kräva exceptionella åtgärder. Bergets uppspruckenhet och hårdhet påverkar den optimala laddningen, bergets struktur borrhålens placering och bergets hårdhet borrsjunkning och borrars livslängd. Kemiska processer i berget
kan påverka såväl bergets som förstärkningars beständighet och stabilitet.
Utvecklingen av ingenjörsgeologin på dessa olika områden har skett ganska ojämnt, beroende på uppkommande problem, vad som har varit behövligt och i någon mån slumpartad.
Från 1900-talets början till mitten av 1940-talet arbetar enstaka geologer med geotekniska frågor, mest leror. Av och till frågor beträffande cement, betongballast och järnvägsballast. Knappast någonting på bergbyggnadssidan, med undantag av gruvor där säkerhetfrågorna
ständigt har varit aktuella. Förundersökningar för bergbyggnad förekommer knappast.
Från omkring 1945 börjar den intensiva utvecklingen av maskintekniken i bergbyggnad och de manuella arbetsmetoderna börjar överges. Hårdmetallskären och bergbultningen börjar utvecklas i praktiken. Geoteknik börjar utvecklas. Spännvidderna för bergrum och tunnlar
ökar. Diamantborrningar utförs för bergundersökningar.
Från omkring 1950 börjar bergmekanik och ingenjörsgeologi utvecklas som en följd av ökad bergbyggande och större bergrum och tunnlar, först i form av förundersökningar. Mot slutet av 1950-talet utförs inom ramen för Vattenfalls regionplaner i Norrland omfattande geologiska förundersökningar bl.a. geologisk flygbildstolkning. Systematiska diamantborrningar och
geofysiska bergundersöknigar i damm- och kraftstationslägen och längs tunnelsträckningar. Petrografisk undersökning av nya ballastmaterial för betong i fjällområden.
På 1960-talet börjar geologer och bergmekaniker att delta i lösandet av bergproblem på arbetsplatserna och konsulteras beträffande permanenta förstärkningar. De första tunnelkarteringarna utförs. De första översiktliga publikationerna om ämnet ingenjörsgeologi. (Lundegårdh 1963, Morfeldt et al. 1967).
På 1970-talet blir bergkarteringen vanligare och de första tunnelgeologerna anställs. På 60- och 70-talen infaller höjdpunkten av svensk kraftutbyggnad. På 70-talet blir det normalt med geologer på arbetsplatserna. Bristen på arbetsledare och skrotare med bergerfarenhet blir påtaglig och geologer engageras i ökande omfattning i bergsäkerhetsfrågor.
I början av 1980-talet sker en brant nergång i kraftutbyggnad, följd av en allmän minskning av byggverksamhet. Först i mitten av 1990-talet börjar en ny uppgång av bergbyggandet, nu som satsningar på infrastrukturen i form av järnvägs- och vägtunnlar. Kartering av bergförhållanden och geologernas roll såsom ansvariga för bergsäkerhet och förslagsställare för löpande förstärkningar blir normal. Beteckningen "ansvarig geolog" förekommer för
första gången.
Ingenjörsgeologins bidrag till bergbrytning är främst att försöka förstå, karakterisera och lokalisera sådana geologiska förhållanden som är av väsentlig betydelse för bergrums bestånd, både på kort och lång sikt. Dess andra, inte mindre viktiga uppgift är att genom geologiska analogier, genom att förstå vad som är geologiskt viktigt för bergbyggande, föra
över bergmekaniska och bergtekniska erfarenheter från ett geografiskt område till ett annat,
LITTERATUR
Förkortningar:
GFF: Geologiska Föreningens Förhandlingar
IVA : Ingenjörsvetenskapsakademien
SGU: Sveriges Geologiska Undersökning
Bastiansen, R., Moum, J. & Rosenqvist, I.Th., 1957: Bidrag til belysning av visse bygningstekniske problemer ved Oslo-områdets alunskifere. Norges Geotekniske Institutt, Publ. Nr. 22, 70 p. Oslo.
Eckermann, H.v., 1954: Montmorillonitbildning i Bergeforsens gnejsgranit. GFF, v. 76, p. 456-459. Stockholm
Eckermann, H.v., 1961: The decomposition of Alnö alkaline dikes by percolating water. C.R. Soc. Géol. Finlande N.o 33, p. 243-254. Helsinki.
Granström, S., 1965: Snabbt sönderfallande svenskt gråberg. Väg-och vattenbyggaren 11:1-2, p. 37-38. Stockholm.
Grip, E. & Wirstam, Å., 1949: Hållfasthet, spricksystem och ras i nordsvenska sulfidmalmsgruvor. Jernkontorets Annaler, v. 133.
Hagerman, T. 1943: Om svenska bergarter och deras provning för konstruktionsändamål. Statens Provningsanstalt, Medd. nr. 85. Stockholm.
Hagerman, T. 1949: Några för sprängningsarbeten väsentliga egenskaper hos berget. Tidn. för Byggnadskonst 1949, No. 8.
Hagerman, T. & Roosaar, H., 1955: Kismineralens skadeinverkan på betong. Betong 40:2, p. 151-161. Stockholm.
Hagerman, T., & Roosaar, H., 1960: Undersökningar av ballast för betong med avseende på risken för alkalikiselsyrareaktioner. Nordisk Betong 4:2, sid. 119-141.
Hansen, L. & Martna, J., 1988: The condition of the 80 years old, unlined headrace tunnel at the Håverud hydropower station, Sweden. BeFo, Bergmekanikdagen 1988, p. 101-113.
Hasselström, B., Rahm, L. & Scherman K.-A., 1964: Methods for the determination of the physical and mechanical properties of rock. Int. Comm. Large Dams, 8. Int. Congr. on Large Dams, Trans. 1, Q. 28, p. 611-626. Edinburgh.
Hast, N., 1958: The measurement of rock pressure in mines. SGU, Ser. C, No. 560. Stockholm.
Hiltscher, R. & Elfman, S., 1950: Teoretiska och spänningsoptiska undersökningar för bergtunnlar. Teknisk Tidskrift 1950, p. 727-730. Stockholm.
Hiltscher, R., Martna, J. & Strindell, L., 1979: The measurement of triaxial rock stresses in deep boreholes and the use of rock stress measurements in the design and the construction of rock openings. 4th ISRM Int. Congr. on Rock Mechanics v. 2, p.227-234. Montreux.
Jangdal, C.E., 1964. Skiffersvällningen i Östersundsområdet. Byggmästaren, 43:11, p. 274-284. Stockholm.
Knutsson, G. & Morfeldt, C.-O., 1995: Grundvatten, teori och tillämpning. 304 p. AB Svensk Byggtjänst, Solna.
Koark, H.J. 1960: Nyare geologisk-tektoniska undersökningmetoder vid byggnadsföretag i fast berg. GFF, v. 81 (1959)
Lindström, L., Martna, J. & Sällström, S., 1994: Safety assessment of the 40-year-old Bergeforsen dam, founded on unstable rock. Int. Comm. Large Dams, 18th Congr. on Large Dams, Durban 1994. Q. 68, R. 35, p. 521-541.
Ljunggren, P., 1956: Lerfyllda sprickor i den fasta berggrunden. Tekn. Tidskr. 86:39, p.899-900. Stockholm.
Lundegårdh, P.H., 1963: Projektering av rum och tunnlar i berg. SGU, ser.C, N:r 590, p 1-70. Stockholm.
Martna, J., 1970: Engineering problems in rocks containing pyrrhotite. Int. Symp. Large Permanent Underground Openings, Oslo 1969, p.87-92. Universitetsforlaget 1970. Oslo.
Martna, J., 1971: Geologiska synpunkter på smällberget i Suorva-Vietastunneln. Bergmekaniskt diskussionsmöte i Stockholm 1971. IVA-Medd.38, p. 141-151. Stockholm
Martna, J., 1972: Leriga zoner i Sveriges berggrund. Diskussionsmöte IVA 1970 "Lerzoner i berganläggningar". Statens Geotekn. Inst., Särtryck och prel. rapporter no 49, p. 13-38. Stockholm
Martna, J., 1985: Documentation of the 30-year-old Harsprånget tailrace tunnel. Swedish Rock Engineering, p. 157-163. BeFo, Stockholm.
Martna, J. & Hansen, L., 1987: The shape, stability and performance of large unlined hydro tunnels.Underground Hydropower Plants, Proc.Int Conf on Hydropower, Oslo 1987, vol. 2, p. 831-842. Tapir Publishers, Trondheim.
Martna, J. & Sällström, S., 1967: Värdering och framställning av betongballast- erfarenheter från svenska kraftverksbyggen. Nordisk Betong 1967, no. 3, p.269-298.
Morfeldt, C.-O., 1965: Undersökningar, förstärkningar och tätningar föranledda av svällande vittringszoner i en svensk oljelagringsanläggning. IVA:s bergmekanikdagar 1965. IVA-meddelande 142, p. 91-99. Stockholm.
Morfeldt, C.-O., Nordin, P.O. & Roosaar, H., 1967: Byggnadsgeologi. Byggmästaren 46:6, p. 244-267. Stockholm.
Pramstig, A., 1957: Ingjutning av bergförankringsbult. Beskrivning av SN-metoden. Tryckluft, h. 1. Stockholm.
Roosaar, H., 1965: Leriga vittringszoner i svensk berggrund. IVA:s bergmekanikdagar 1965, IVA-meddelande 142, p.84-90. Stockholm
Scherman, K.A., 1959: Förundersökning av berg. Bergsprängning. IVA, FKO-meddelande 30, p. 9-20. Stockholm.
Statens Järnvägar, 1922: Statens Järnvägars Geotekniska Kommission 1914-1922. Slutbetänkande. Statens Järnvägar, Geotekniska Meddelanden 2, 180 p., 42 Pl. Stockholm.
Sundius, N., 1929: Mineralogisk undersökning av sand. Sid. 20 -21 i: Redogörelse för undersökningar angående orsakerna till förstörelse av betong i vattenbyggnader. Tekniska Medd. från Kungl. Vattenfallsstyrelsen, Ser. B, Nr 16, 145 sid.. Stockholm.
Förkortningar:
GFF: Geologiska Föreningens Förhandlingar
IVA : Ingenjörsvetenskapsakademien
SGU: Sveriges Geologiska Undersökning
Bastiansen, R., Moum, J. & Rosenqvist, I.Th., 1957: Bidrag til belysning av visse bygningstekniske problemer ved Oslo-områdets alunskifere. Norges Geotekniske Institutt, Publ. Nr. 22, 70 p. Oslo.
Eckermann, H.v., 1954: Montmorillonitbildning i Bergeforsens gnejsgranit. GFF, v. 76, p. 456-459. Stockholm
Eckermann, H.v., 1961: The decomposition of Alnö alkaline dikes by percolating water. C.R. Soc. Géol. Finlande N.o 33, p. 243-254. Helsinki.
Granström, S., 1965: Snabbt sönderfallande svenskt gråberg. Väg-och vattenbyggaren 11:1-2, p. 37-38. Stockholm.
Grip, E. & Wirstam, Å., 1949: Hållfasthet, spricksystem och ras i nordsvenska sulfidmalmsgruvor. Jernkontorets Annaler, v. 133.
Hagerman, T. 1943: Om svenska bergarter och deras provning för konstruktionsändamål. Statens Provningsanstalt, Medd. nr. 85. Stockholm.
Hagerman, T. 1949: Några för sprängningsarbeten väsentliga egenskaper hos berget. Tidn. för Byggnadskonst 1949, No. 8.
Hagerman, T. & Roosaar, H., 1955: Kismineralens skadeinverkan på betong. Betong 40:2, p. 151-161. Stockholm.
Hagerman, T., & Roosaar, H., 1960: Undersökningar av ballast för betong med avseende på risken för alkalikiselsyrareaktioner. Nordisk Betong 4:2, sid. 119-141.
Hansen, L. & Martna, J., 1988: The condition of the 80 years old, unlined headrace tunnel at the Håverud hydropower station, Sweden. BeFo, Bergmekanikdagen 1988, p. 101-113.
Hasselström, B., Rahm, L. & Scherman K.-A., 1964: Methods for the determination of the physical and mechanical properties of rock. Int. Comm. Large Dams, 8. Int. Congr. on Large Dams, Trans. 1, Q. 28, p. 611-626. Edinburgh.
Hast, N., 1958: The measurement of rock pressure in mines. SGU, Ser. C, No. 560. Stockholm.
Hiltscher, R. & Elfman, S., 1950: Teoretiska och spänningsoptiska undersökningar för bergtunnlar. Teknisk Tidskrift 1950, p. 727-730. Stockholm.
Hiltscher, R., Martna, J. & Strindell, L., 1979: The measurement of triaxial rock stresses in deep boreholes and the use of rock stress measurements in the design and the construction of rock openings. 4th ISRM Int. Congr. on Rock Mechanics v. 2, p.227-234. Montreux.
Jangdal, C.E., 1964. Skiffersvällningen i Östersundsområdet. Byggmästaren, 43:11, p. 274-284. Stockholm.
Knutsson, G. & Morfeldt, C.-O., 1995: Grundvatten, teori och tillämpning. 304 p. AB Svensk Byggtjänst, Solna.
Koark, H.J. 1960: Nyare geologisk-tektoniska undersökningmetoder vid byggnadsföretag i fast berg. GFF, v. 81 (1959)
Lindström, L., Martna, J. & Sällström, S., 1994: Safety assessment of the 40-year-old Bergeforsen dam, founded on unstable rock. Int. Comm. Large Dams, 18th Congr. on Large Dams, Durban 1994. Q. 68, R. 35, p. 521-541.
Ljunggren, P., 1956: Lerfyllda sprickor i den fasta berggrunden. Tekn. Tidskr. 86:39, p.899-900. Stockholm.
Lundegårdh, P.H., 1963: Projektering av rum och tunnlar i berg. SGU, ser.C, N:r 590, p 1-70. Stockholm.
Martna, J., 1970: Engineering problems in rocks containing pyrrhotite. Int. Symp. Large Permanent Underground Openings, Oslo 1969, p.87-92. Universitetsforlaget 1970. Oslo.
Martna, J., 1971: Geologiska synpunkter på smällberget i Suorva-Vietastunneln. Bergmekaniskt diskussionsmöte i Stockholm 1971. IVA-Medd.38, p. 141-151. Stockholm
Martna, J., 1972: Leriga zoner i Sveriges berggrund. Diskussionsmöte IVA 1970 "Lerzoner i berganläggningar". Statens Geotekn. Inst., Särtryck och prel. rapporter no 49, p. 13-38. Stockholm
Martna, J., 1985: Documentation of the 30-year-old Harsprånget tailrace tunnel. Swedish Rock Engineering, p. 157-163. BeFo, Stockholm.
Martna, J. & Hansen, L., 1987: The shape, stability and performance of large unlined hydro tunnels.Underground Hydropower Plants, Proc.Int Conf on Hydropower, Oslo 1987, vol. 2, p. 831-842. Tapir Publishers, Trondheim.
Martna, J. & Sällström, S., 1967: Värdering och framställning av betongballast- erfarenheter från svenska kraftverksbyggen. Nordisk Betong 1967, no. 3, p.269-298.
Morfeldt, C.-O., 1965: Undersökningar, förstärkningar och tätningar föranledda av svällande vittringszoner i en svensk oljelagringsanläggning. IVA:s bergmekanikdagar 1965. IVA-meddelande 142, p. 91-99. Stockholm.
Morfeldt, C.-O., Nordin, P.O. & Roosaar, H., 1967: Byggnadsgeologi. Byggmästaren 46:6, p. 244-267. Stockholm.
Pramstig, A., 1957: Ingjutning av bergförankringsbult. Beskrivning av SN-metoden. Tryckluft, h. 1. Stockholm.
Roosaar, H., 1965: Leriga vittringszoner i svensk berggrund. IVA:s bergmekanikdagar 1965, IVA-meddelande 142, p.84-90. Stockholm
Scherman, K.A., 1959: Förundersökning av berg. Bergsprängning. IVA, FKO-meddelande 30, p. 9-20. Stockholm.
Statens Järnvägar, 1922: Statens Järnvägars Geotekniska Kommission 1914-1922. Slutbetänkande. Statens Järnvägar, Geotekniska Meddelanden 2, 180 p., 42 Pl. Stockholm.
Sundius, N., 1929: Mineralogisk undersökning av sand. Sid. 20 -21 i: Redogörelse för undersökningar angående orsakerna till förstörelse av betong i vattenbyggnader. Tekniska Medd. från Kungl. Vattenfallsstyrelsen, Ser. B, Nr 16, 145 sid.. Stockholm.
(x)= Under konstruktion