Study on the long-term stability issues of the headrace tunnel of Ulset Hydropower Project

Den norske vannkraftindutrien er et resultat av over hundre år med erfaring fra utvikling av design og bygging av vannkraftprosjekter. Erfaringene har resultert i en norsk spesialitet, ufôrete trykktunneler og -sjakter. Ufôrete trykktunneler og -sjakter kommer av en sikringsfilosofi som godtar noe nedfall gjennom driftstiden til kraftverket. Sikring er bare installert i områder med ekstremt dårlig bergmassekvalitet. En deregulering av energimarkedet i 1991 førte til en forandring av produksjonsmønsteret, fra kontinuerlig produksjon til effektivkjøring, av noen vannkraftverk. Denne forandringen gir opphav til en økning i antall start-og-stopp sekvenser av turbinene, som setter igang trykksvingninger langs tunnelsystemet. Det nye produksjonsmønsteret har blitt implementert hos Ulset Kraftverk, hvor en inspeksjon i 2017 avslørte mange ustabiliteter langs tilløpstunnelen. En vurdering av langtidsstabiliteten til tunnelen har derfor blitt gjennomført i denne opggaven. Fokuset har vært på vann og trykksvingningers påvirkning på stabiliteten til tilløpstunnelen. Ingeniørgeologiske forhold og ustabiliteter langs tilløpstunnelen har blitt studert gjennom litteratur, tunnelbefaringsrapporter, felttur og laboratorieundersøkelser i prosjektarbeidet gjennomført høsten 2018. Disse dataene, sammen med ny informasjon har blitt brukt i denne avhandlingen for å identifisere ustabilitetene i tilløpstunnelen til Ulset Kraftverk og systematisere disse i fire kategorier. Disse kategoriene er avskalling/sprak (spalling), nedfall pga. høye spenninger (stress induced rock fall), nedfall pga. strukturer (structurally controlled rock fall) og svakhetssoner. Hovedårsaken til mye av nedfallet i tunnelen er høye horisontalspenninger som virker parallelt med foliasjonen til en meget anisotropisk kvartsitisk skifer. Det struktur-genererte nedfallet er begrenset til den sprengte delen av tilløpstunnelen. Stabilitetsvurdering av ustabilitetene har blitt utført. Potensialet for spraking og dens dybde har blitt evaluert gjennom emipiriske metoder. Bedømmelse av sprekkeavløste blokker og kiler har blitt utført med likevektsberegninger og med programvaren Unwedge fra Rocscience. Spennningsrelaterte nedfall har blitt undersøkt gjennom numerisk modellering i RS2. Den største teoretiske trykkøkningen fra massesvingninger er beregnet og inkorporert i analysen. Det er laget en tidslinje over bruddene som har oppstått i tunnelen. Den avslørte at det har vært en økning i antall og størrelse av nedfal