Blomqvist, Camilla. "Jämförande klimat- och energianalys av tunneldrivningsmetoder." Thesis, KTH, Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik, 2021. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-297794.
Abstract:
En ny tunnelbanelinje på åtta kilometer ska anläggas i Stockholm mellan Älvsjö och Fridhemsplan där WSP har fått i uppdrag att utföra ett lokaliseringsarbete som är ett inledande stadie i projektet. Som en del i lokaliseringsutredningen ingår att välja vilken tunneldrivningsmetod som ska användas för tunneldrivningen där konventionell drivning med borrning och sprängning jämförs med fullortsborrning med en tunnelborrmaskin. Det här examensarbetet är en jämförelse mellan de två tunneldrivningsmetoderna där de undersökta parametrarna är klimatpåverkan i form av växthusgasutsläpp och energianvändning i form av primärenergi och energi till processer. Metoderna undersöktes genom en begränsad livscykelanalys som inkluderade anläggningen av tunnelbanan och en begränsad del av driften. Resultaten visade att för tunneldrivning i hårt berg utan svaghetszoner presterar konventionell drivning bättre ur ett klimatperspektiv medan metoderna har jämförbar energianvändning. Materialen, processerna och energibärarna, vilket sammanfattas som resurser, med störst bidrag för båda tunneldrivningsmetoderna var betong, sprutbetong, bergschakt och bergmassatranport. En känslighetsanalys genomfördes för att pröva metodernas känslighet mot förändringar i indata och förutsättningar. För geologiska ändringar där sträckan antogs bestå av vattenpassage med svaghetszoner presterade tunnelborrmaskinen bäst för båda parametrarna. För ändringar i form av ökad injektering av cement visade konventionell drivning störst känslighet men storleksordningen ändrades inte jämfört med standardscenariot. Vidare testades hur metoderna reagerade på inkludering av reinvestering, i form av reparationer av dräneringsmatta och sprutbetong, där resultatet visade att konventionell drivning hade störst känslighet men även här förblev storleksordningen densamma. Utöver det identifierades åtgärder vars emissionsfaktorer kunde användas för att beräkna potentiell klimatpåverkansreducering för de två tunneldrivningsmetoderna. Åtgärderna med störst reduceringspotential innefattade bland annat elektrifiering, hybridisering, koldioxidlagring samt användning av biobränsle och biokol. Det här scenariot visade att fram till 2045 går det att reducera klimatpåverkan med 97,6 procent för fullortsborrning och 87 procent för konventionell drivning. Implementeringen av åtgärderna resulterade i att fullortsborrningen hade lägst klimatpåverkan från 2035 och framåt. Rekommendationer för ytterligare studier är att inkludera fler hållbarhetsparametrar men även att utforma mål som begränsar energianvändningen till en hållbar nivå, på samma sätt som att det finns klimatneutralitetsmål. Det rekommenderas även att fokusera på resurserna som inte visade lika hög reduktionspotential, närmare bestämt dräneringsmatta och sprängmedel. Det finns en stor potential för reducering av deras klimatpåverkan men det är troligtvis en fråga om tid, kostnader och risker innan det genomförs. Det kan även vara intressant att undersöka processerna som exkluderades ur livscykeln, framförallt gällande arbetsmaskinerna som exempelvis tunnelborrmaskinen.<br>A new metro line of eight kilometers will be built in Stockholm between Älvsjö and Fridhemsplan, where WSP has been commissioned to carry out a location work that is an initial stage in the project. As part of the location investigation, it is included to choose which tunnel driving method is to be used for the tunnel operation, where conventional tunneling with drilling and blasting is compared with full- face-boring with a tunnel boring machine. This thesis is a comparison between the two tunneling methods where the investigated parameters are climate impact in the form of greenhouse gas emissions and energy use in the form of primary energy and energy for processes. The methods were investigated through a limited life cycle analysis that included the construction of the metro and a limited part of the use phase. The results showed that for tunneling in hard rock without weakness zones, which is the most advantageous, conventional tunneling performs better from a climate perspective, while the methods have almost the same energy use. The resources with the largest contribution were concrete, shotcrete, rock shafts and rock mass transport. A sensitivity analysis was performed to test the methods' sensitivity to changes in input data and conditions. For geological changes where the section was assumed to consist of a water passage with weakness zones, the tunnel boring machine performed best for both parameters. With changes in the form of increased grouting of cement, conventional tunneling showed the greatest sensitivity, but the order of magnitude did not change compared with the standard scenario. Furthermore, it was tested how the methods reacted to the inclusion of reinvestment, in the form of repairs of drainage mat and shotcrete, where the results showed that conventional tunneling had the greatest sensitivity, but even here the magnitude remained the same. In addition, measures were identified whose emission factors could be used to calculate potential climate impact reduction for the two tunneling methods. The measures with the greatest reduction potential included, among other things, electrification, hybridization, carbon dioxide storage and the use of biofuel and biochar. This scenario showed that by 2045 it is possible to reduce the climate impact by 97.6 percent for-face-boring and 87 percent for conventional tunneling. The implementation of the measures resulted in the full-face-boring having the lowest climate impact from 2035 onwards. Recommendations for further studies are to include more sustainability parameters but also to design goals that limit energy use to a sustainable level, in the same way that there are climate neutrality goals. It is also recommended to focus on the resources that did not show as high a reduction potential, more specifically drainage mats and explosives. There is great potential for reducing their climate impact, but it is probably a matter of time, costs and risks within it is implemented. It may also be interesting to examine the processes that were excluded from the life cycle, especially regarding the work machines such as the tunnel boring machine.