Topias Siren: Eurock 2022 konferenssi Suomessa

Eurock 2022 konferenssi Suomessa

Suomen Kalliomekaniikkatoimikunta ja RIL järjestivät 12.-15.9.2022 Dipolissa kansainvälisen Eurock 2022 -konferenssin. Yli 300 kalliomekaniikan, kalliorakentamisen ja kaivostekniikan kansainvälistä osaajaa 40 maasta täyttivät tapahtumapaikan salit. Usein kalliorakentamisen ongelmat mielletään vain geologiasta johtuviksi, mutta raot ja ehjä kivi muodostavat kalliomassan, johon liittyvällä osaamisella voidaan ennustaa kallion käyttäytymistä.

Erityisen paljon esityksiä oli rakojen ominaisuuksista ja fotogrammetrisesta rakokartoituksesta, jossa käynnissä on tutkimusryhmien ja yritysten kilpajuoksu kohti yhä varmempaa ja automaattisempaa lohkokartoitusta ja stabiliteettianalyysiä. Lisäksi automaattiset kartoitusmenetelmät vähentävät inhimillistä vaihtelua kartoitustuloksissa. Esitelmät vaihtelivat 10 μm tarkkuudesta isojen alueiden satelliittikartoitukseen. Parhaan artikkelin palkinto myönnettiin Lars Jacobssonille ja Michele Godiolle otsikolla Measuring the hydraulic transmissivity of a rock joint under varying normal load. Edellisen ja myös muut palkitut paperit voit ladata tämän jutun QR-koodien avulla.

Suomi ydinjätteen loppusijoittamisen pioneerina

Ensimmäisen päivän kutsutut puhujat kertoivat ydinjätteen loppusijoittamisesta, jossa Suomi on etenemässä ensimmäisenä maailmassa. Sanna Mustonen Posivalta piti konferenssin ensimmäisen luennon ns. pioneerin paikalta, kuten suomalaiset ovat ydinjätteen loppusijoittamisessa. Pioneerin paikka välttämättä ole paras asema, sillä kaikki ongelmat kohdataan ensimmäistä kertaa ja huolimatta kansainvälisestä yhteistyöstä kaikkien ongelmien ratkaisujen vaatima rahoitus on kaivettava pitkälti omasta pussista. Pioneerina Posiva on pitänyt erityisen hyvin kiinni aikataulustaan, joka on laadittu jo vuonna 1976, vuosi ennen Olkiluoto 1:n käyttölupahakemuksen jättämistä. Jälkikäsittelyä ja suoraa loppusijoitusta oli punnittava ennen kuin suunnitelma käytetyn ydinpolttoaineen varalle voitiin esitellä. Vuonna 1995 Teollisuuden Voima (TVO) ja nykyinen Fortum perustivat Posiva Oy:n huolehtimaan oman ydinjätteensä turvallisesta loppusijoituksesta. Käytetty ydinpolttoaine loppusijoitetaan 400–450 metrin syvyyteen Olkiluodon peruskallioon. Näin syvällä peruskalliossa val-

ALOITUSKUVA Dipoli täyttyi kansainvälisestä yleisöstä. Kuvassa Caroline Darcel esitelmöi Ruotsin ydinjätteen loppusijoitusprojektissa karakterisointiin käytetystä DFN metodologiasta. KUVA TOPIAS SIREN.

Konferenssin tieteellisen toimikunnan puheenjohtaja Lauri Uotinen ojentamassa palkintoa parhaasta artikkelista Lars Jacobsonille.

litsevat vakaat olosuhteet. Syvyys on kompromissi sen suhteen, että loppusijoituksen tulee tapahtua riittävän syvällä, jotta ihmisen tunkeutuminen tilaan estetään eivätkä maanpäälliset ja ilmakehässä tapahtuvat muutokset vaikuta loppusijoituksen turvallisuuteen. Posivan käyttämässä loppusijoitustekniikassa ydinjäteniput pakataan valurautaiseen sisäkapseliin, jonka tarkoituksena on tuoda mekaanista kestävyyttä. Kapselin 5 cm paksu ulkokuori on kuparia, joka suojaa sisäosaa pohjaveden syövyttävältä vaikutukselta. Loppusijoitusreiät ja -tunnelit täytetään bentoniittisavella ja lopulta koko tunnelijärjestelmä täytetään ja suljetaan betonitulpalla.

Posiva on edennyt rakentamisessaan niin pitkälle, että viisi ensimmäistä loppusijoitustunnelia on louhittu ja kapselointilaitoksen rakentaminen on pitkällä. Loppusijoittaminen on aikataulutettu jo vuosikymmeniä sitten tapahtuvaksi 2020-luvun puolivälistä alkaen. Siihen on mahdollisuuksia, mikäli Posiva saa kehittämänsä uudet teknologiat, erityisesti kanisterien täyttämiseen, sulkemiseen, tarkastukseen ja siirtämiseen liittyvät kauko-ohjattavat laitteensa valmiiksi ja käyttöönotetuiksi ajoissa. Lisäksi Posiva tarvitsee Työ- ja elinkeinoministeriöltä käyttöluvan, jota Posiva haki noin vuosi sitten. Käyttölupaa on haettu vuoden 2024 maaliskuusta vuoden 2070 loppuun saakka.

Tilastollinen rakoverkkosimulointityö Ruotsissa

Jos Suomessa edetään, niin Ruotsissa vielä teoretisoidaan, ainakin jos vertailee kahden peräkkäisen luennoitsijan aihepiiriä. Toisessa

Viime kesänä Olkiluotoon valmistui viisi loppusijoitustunnelia, joissa työt jatkuvat nyt lujitus- ja pohjan tasaamistöillä. Kuvassa Posivan rakentama demonstraatiotunneli. Kuva Posiva Oy.

luennossa Caroline Darcel Itascalta kertoi pääosin SKB:lle tehdystä tilastollisesta rakoverkkosimulointityöstä (Discrete Fracture Network, DFN). DFN-rakoverkkomallilla pyritään kuvaamaan kaikkialla kalliossa olevia rakoja, jotka dominoivat kalliomassalle ominaisia veden virtausominaisuuksia. Raoilla on myös merkittävä vaikutus kalliomassan mekaanisiin ominaisuuksiin, kuten sen kykyyn välittää jännityksiä (vrt. kimmokerroin). Klassinen tutkimuskysymys kaikilla ydinjäteorganisaatioilla kautta historian onkin ollut kaikkien näiden ominaisuuksien mittakaavariippuvuus. Klassisin esimerkki liittyy kiven ja kalliomassan lujuuteen, jossa tutkittaessa ehjää kivinäytettä laboratoriossa saavutetaan suurempia lujuuksia verrattuna rakoilleeseen kalliomassaan. Tunnelimittakaavassa muun muassa rakoilu alkaa epävakauttaa kalliomassaa uusilla mekanismeilla. Näitä ilmiöitä pystytään harvemmin tutkimaan laboratorio-olosuhteissa.

Karakterisoimalla loppusijoituspaikka ja luomalla loppusijoituspaikan rakoilusta DFN-rakoverkkomalli voidaan myös simuloida veden virtausta kalliomassassa. DFN-mallinnuksessa rakoilun mekaaniset, geometriset ja hydrologiset ominaisuudet kuvataan tilastollisesti. Tämän jälkeen voidaan esimerkiksi laskea satoja yhdistelmiä, joiden kautta saadaan luoduksi tilastollinen jakauma haluttuun tutkimusolettamaan. Voidaan esimerkiksi arvioida, kuinka runsaasti radionuklideja kertyy biosfääriin teoreettisessa tilanteessa, jossa ydinjätekapseli vaurioituu ja radionuklideja vapautuu loppusijoitusluolasta kallion ja erityisesti sen rakojen kautta kohti maanpintaa.

Kalliorakennesuunnittelu kaivostoiminnassa

Konferenssin toisena päivänä päästiin käytännönläheisimpiin aiheisiin SRK Consultingin Michael Di Giovinazzon luennossa. Hänellä on vuosikymmenien kokemus kaivosten kalliomekaniikasta. Kaivostoiminnassa taloudellisuus ohjaa ratkaisuja verrattuna muuhun kalliorakentamiseen ydinjätteen loppusijoituksesta puhumattakaan. Kalliorakentamisen tehtävä on hallita riskejä sekä mahdollistaa kannattava toiminta, kaivossuunnitelman toteutettavuus ja malmin suunnitelmallinen louhinta. Kalliomassasta tulee tutkia geologiset tekijät ja kallion ominaisuudet. Toisaalta on tunnistettava epävarmuudet. Epävarmuuksia ja kalliomassan vaihteluita hallitaan monitoroinnilla, joka on olennainen osa kaivostoimintaa. Sen perusteella muokataan louhinta- ja lujitussuunnitelmia kaivostoiminnan aikana.

Eurokoodi 7:n kehitys

Professori John Harrison Toronton yliopistosta nosti esille esitelmässään Is Eurocode 7 the future of rock engineering? Eurokoodin kehitystarvetta. Eurokoodisuunnittelustandardien käyttö alkoi Suomessa jo vuonna 2007, mutta edelleenkään koodin perusperiaatteet eivät täydellisesti sovellu kalliorakenteiden mitoitukseen. Erityisenä haasteena on sortuman todennäköisyyteen perustuva rajatilamitoitus. Se vaatii lähtötietoja, jotka ovat kuvattavissa tilastollisena jakaumana. Toisin sanoen lähtötietoina tulee olla numeroina ilmaistavissa olevaa kvantitatiivista tietoa. Kiteisen kallioperän haasteina ovat kallion

”Maanalaiset louhintamenetelmät jaoteltuna tuennan mukaan. Siirtymät kasvavat, ja samalla kalliomassan Maanalaiset louhintamenetelmät jaoteltuna tuennan mukaan. Siirtymät kasvavat, ja karakterisointitarve kasvaa edettäessä menetelmissä oikealle. samalla kalliomassan karakterisointitarve kasvaa edettäessä menetelmissä oikealle. Kuva Michael Di Giovinazzon (SRK Consulting) esitelmästä. jakautuminen eri kallionlaatualueisiin ja rakoilun dominoima sortumamekanismi. MICHAEL DI GIOVINAZZON (SRK CONSULTING) ESITELMÄSTÄ. Tätä voidaan verrata vaikka betonirakennesuunnitteluun, jossa betonin lujuusjakauma tunnetaan tarkkaan. Vaikka samaa voitaisiin sanoa ehjän kiven lujuusjakaumasta, on sortuman todennäköisyys silti edullisen 4 tai epäedullisen rakoilun käsissä. Sopivassa kulmassa parikin rakoa aiheuttaa sortumariskin muuten jopa kymmenen kertaa betonia kovemmassa kivessä.

Jos mietitään esimerkiksi paljon käytettyä Q-taulukkomitoitusta tai siihen liittyvää kartoitusta, ei lopputulema ole yhteensopiva Eurokoodin periaatteiden kanssa. Tästä huolimatta menetelmä on hyväksi havaittu ja paljon käytössä. Sen sijaan työläs ja paljon lähtötietoja vaativa DFN-rakoverkkomallinnus tuottaa täysin Eurokoodin periaatteiden kanssa yhdensopivan tilastollisen mallin sortuman todennäköisyydestä. On kuitenkin itsestään selvää, ettei DFN:n luoKalliorakennesuunnittelu kaivostoiminnassa nojaa oikeasuhtaiseen riskinhallintaan ja tarvittaessa riittävän kattavaan karakterisointiin suhteessa Kalliorakennesuunnittelu kaivostoiminnassa nojaa oikeasuhtaiseen riskinhallintaan ja tarvittaessa riittävän kattavaan karakterisointiin suhteessa kohteen haastavuuteen. Kuva Michael Di Giovinazzon (SRK Consulting) esitelmästä.miseen ole kaikissa projekteissa mahdolli- kohteen haastavuuteen. suuksia, vaan sen käyttö rajoittuu lähinnä Eurokoodi 7:n kehitys suuriin tai poikkeuksellisen vaativiin pro-Professori John Harrison Toronton yliopistosta nosti esille esitelmässään Is Eurocode 7 the future of jekteihin. Toiveena on tulevaisuudessa kuirock engineering? Eurokoodin kehitystarvetta. Eurokoodisuunnittelustandardien käyttö alkoi tenkin automatisoida rakokartoitusta, mikä Suomessa jo vuonna 2007, mutta edelleenkään koodin perusperiaatteet eivät täydellisesti sovellu mahdollistaa DFN-mallin automatisoidumman tuottamisen. kalliorakenteiden mitoitukseen. Erityisenä haasteena on sortuman todennäköisyyteen perustuva rajatilamitoitus. Se vaatii lähtötietoja, jotka ovat kuvattavissa tilastollisena jakaumana. Toisin sanoen lähtötietoina tulee olla numeroina ilmaistavissa olevaa kvantitatiivista tietoa. Kiteisen kallioperän

Edellisestä huolimatta kalliomekaniikan haasteina ovat kallion jakautuminen eri kallionlaatualueisiin ja rakoilun dominoima yhteisön haasteena onkin osallistua Eurosortumamekanismi. Tätä voidaan verrata vaikka betonirakennesuunnitteluun, jossa betonin koodi 7:n uudelleenkirjoittamiseen siten, että koodista saadaan yhteensopiva kallioralujuusjakauma tunnetaan tarkkaan. Vaikka samaa voitaisiin sanoa ehjän kiven lujuusjakaumasta, on sortuman todennäköisyys silti edullisen tai epäedullisen rakoilun käsissä. Sopivassa kulmassa parikin rakoa aiheuttaa sortumariskin muuten jopa kymmenen kertaa betonia kovemmassa kivessä. kentamiseen. Mikäli yhteisö ei tartu toimeen, kirjoittavat aiheeseen perehtymättömät tahot koodiston uudestaan ja on olemassa mahdolJos mietitään esimerkiksi paljon käytettyä Q-taulukkomitoitusta tai siihen liittyvää kartoitusta, ei lopputulema ole yhteensopiva Eurokoodin periaatteiden kanssa. Tästä huolimatta menetelmä on hyväksi havaittu ja paljon käytössä. Sen sijaan työläs ja paljon lähtötietoja vaativa DFNPalkitut parhaat paperit lisuus, ettei kalliorakentamisen erityishaasrakoverkkomallinnus tuottaa täysin Eurokoodin periaatteiden kanssa yhdensopivan tilastollisen teita oteta riittävästi huomioon. mallin sortuman todennäköisyydestä. On kuitenkin itsestään selvää, ettei DFN:n luomiseen ole kaikissa projekteissa mahdollisuuksia, vaan sen käyttö rajoittuu lähinnä suuriin tai poikkeuksellisen TEKSTI: TOPIAS SIREN, vaativiin projekteihin. Toiveena on tulevaisuudessa kuitenkin automatisoida rakokartoitusta, mikä mahdollistaa DFN-mallin automatisoidumman tuottamisen. VUORIMIESYHDISTYS RY/SWECO/SUOMEN KALLIOMEKANIIKKATOIMIKUNTA Edellisestä huolimatta kalliomekaniikan yhteisön haasteena onkin osallistua Eurokoodi 7:n uudelleenkirjoittamiseen siten, että koodista saadaan yhteensopiva kalliorakentamiseen. Mikäli yhteisö ei tartu toimeen, kirjoittavat aiheeseen perehtymättömät tahot koodiston uudestaan ja on olemassa mahdollisuus, ettei kalliorakentamisen erityishaasteita oteta riittävästi huomioon.