Kivetyn kallioperän luokittelu loppusijoitustilojen rakennettavuoden kannalta

Transkriptio

1 Työ raportti Kivetyn kallioperän luokittelu loppusijoitustilojen rakennettavuoden kannalta Kari Äikäs (toim.) Annika Hagros Erik Johansson Hanna Malmlund Ursula Sievänen Henry Ahokas Eero Heikkinen Petri Jääskeläinen Paula Ruotsalainen Pauli Saksa Joulukuu 999 POSIVA OY Mikonkatu 5 A, FIN-0000 HELSINKI, FINLAND Tel Fax

2 Työ raportti Kivetyn kallioperän luokittelu loppusijoitustilojen rakennettavuoden kannalta Kari Äikäs (toim.) Annika Hagros Erik '-'ohansson Hanna Malmlund Ursula Sievänen Henry Ahokas Eero Heikkinen Petri '-'ääskeläinen Paula Ruotsalainen Pauli Saksa '-'oulukuu 999

3 TEKIJÄORGANISAATIO: Fintact Oy Hopeatie B Helsinki TILAAJA: Posiva Oy Mikonkatu 5 A 0000 Helsinki TILAUSNUMERO: 9550/98/AJH, 98098/AJHja 955/99/AJH TILAAJAN YHDYSHENKILÖ: Aimo Hautajärvi Posiva Oy TILAAJAN TARKASTAJA: Pekka Anttila Fortum Power And Heat Oy TEKIJÄORGANISAATION YHDYSHENKILÖ: Pauli Saksa POSIVA TYÖRAPORTTI-99-'S KIVETYN KALLIOPERÄN LUOKITTELU LOPPUSIJOITUSTILOJEN RAKENNETTAVUUDEN KANNALTA TEKIJÄT: Henry Ahokas /däkl:_ Petri inen Eero Heikkinen Paula Ruotsalainen Pauli Saksa TARKASTAJA: () r / -- \_./\ Pauli Saksa

4 INSINÖÖRITOIMISTO SAANIO & RIEKKOLA OY SAA TE TYÖRAPORTIN KÄSIKIRJOITUKSEN TARKASTAMINEN JA HYVÄKSYMINEN TILAAJA: TILAUS: YHTEYSHENKILÖT: Posiva Oy Mikonkatu 5 A 0000 HELSINKI 95499/AJH Ff Aimo Hautajärvi t/lt Dl Reijo Riekkola Saanio & Riekkola Oy Posiva Oy Saanio & Riekkola Oy TYÖRAPORTTI: KIVETYN KALLIOPERÄN LUOKITTELU LOPPUSIJOITUSfiLO JEN RAKENNETTA VUUDEN KANNALTA TEKIJÄT: -k TkL Kari Äikäs ( toim.) Saanio & Riekkola Oy LuK Annika Hagros Saanio & Riekkola Oy L-- son Saanio & Riekkola Oy } Dl Hanna Malmlund Saanio & Riekkola Oy FM Ursula Sievänen Saanio & Riekkola Oy TARKASTAJA: Dl Timo Saanio varatoimitusjohtaja Saanio & Riekkola Oy HYVÄKSYJÄ: Osoite Saanio & Riekkola Oy Laulukuja HELSINKI Puhelin (09) Telefax (09) Krnro Helsinki

5 Työ raportti Kivetyn kallioperän luokittelu loppusijoitustilojen rakennettavuuden kannalta Kari Äikäs (toim.) Annika Hagros Erik Johansson Hanna Malmlund Ursula Sievänen Saanio & RiekkoJa Oy Henry Ahokas Eero Heikkinen Petri Jääskeläinen Paula Ruotsalainen Pauli Saksa Fintact Oy Joulukuu 999 Karttaoikeudet: Maanmittauslaitos lupa nro 4/MYY/99 Pasivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.

6 KIVETYN KALLIOPERÄN LUOKITTELU LOPPUSIJOITUSTILOJEN RAKENNETTAVUUDEN KANNALTA TIIVISTEL MÄ Äänekosken Kivetyn kallioperää on tutkittu yhtenä vaihtoehtoisena loppusijoituspaikkana Suomen ydinvoimalaitosten käytetylle polttoaineelle. Loppusijoitusvaraston sijoitussyvyyteen, sijaintiin ja pohjaratkaisun muotoon vaikuttaa kallioperän rakennettavuus. Rakennettavuus puolestaan riippuu useista kallioperän ominaisuuksista kuten kivilaji-, rakoilu- ja hydrogeologisista ominaisuuksista, kallion jännitystilasta, pohjavesikemiasta ja kallioteknisistä ominaisuuksista. Rakennettavuutta voidaan arvioida luokittelumenetelmällä, joka perustuu kalliotilaa ympäröivän kalliomassan ominaisuuksien kokemusperäiseen arviointiin. Tämä voi perustua osittain esimerkiksi jännitystilan ja kivinäytteiden mittaustuloksiin, mutta erityisesti se perustuu kalliorakentamisesta saatuihin käytännön kokemuksiin. Tämän rakennettavuusluokituksen tarkoituksena on osoittaa Kivetyn kallioperästä loppusijoitustilojen rakentamiseen soveltuvat alueet. Kalliomassa luokitellaan kolmeen rakennettavuusluokkaan: normaali-luokkaan, vaativa-luokkaan ja erittäin vaativa -luokkaan. Vertailukelpoisuuden vuoksi esitetään myös kansainvälisesti tunnettu NOl-luokitus (Q-luku). Luokittelu perustuu Kivetyn alueella tehtyihin karakterisointitutkimuksiin, jotka käsittävätmaanpinta-ja reikätutkimuksia. Useat kallion rakennettavuuteen vaikuttavat luokitusparametrit näyttäisivät riippuvan selvimmin siitä, kuuluuko tarkasteltava kalliotilavuus kiinteään kallioon vai rakoiluvyöhykkeeseen, sekä kallion sijaintisyvyydestä ja kivilajista. Kiinteän kallion kivilajikohtaiset laatuerot tutkimusalueen sisällä näyttäisivät vähäisiltä. Suoritetun kallioluokituksen perusteella Kivetyn pääkivilajeista porfyyrinen granodioriitti sijoittuu rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan noin 600 m syvyydelle ja porfyyrinen graniitti noin 700 m syvyydelle asti. Syvemmälle tiloja sijoitettaessa rakennettavuuden arvioidaan vaikeutuvan empiirisen NGI-luokituksen perusteella, johtuen kallioperässä vallitsevasta jännitys tilasta. Tärkeimpiä loppusijoitustilojen asemointia vaakasuunnassa rajoittavia tekijöitä ovat eräät hydrogeologisesti tai kallioteknisesti merkittävät rakoiluvyöhykkeet. Avainsanat: Y dinjäte, loppusijoitus, rakennettavuus, kallio, luokittelu, Q-luku, Kivetty

7 ENGINEERING ROCK MASS CLASSIFICATION OF THE KIVETIY INVESTIGATION SITE ABSTRACT Kivetty in Äänekoski has been investigated as a possible site for the final disposal of spent nuclear fuel from the Finnish nuclear power plants. The selection of the depth, placement and layout of the repository is affected by the constructability of the bedrock. The constructability, in turn, is influenced by several properties of the host rock, such as its lithology, the extent of fracturing, its hydrogeological properties and rock engineering characteristics and also by the magnitude and orientation of the in situ stresses and the chemistry of the groundwater. The constructability can be evaluated by the application of a rock classification system in which the properties of the host rock are assessed against common rock engineering judgments associated with underground construction. These judgments are based partly on measurements of in situ stresses and the properties of the bedrock determined from rock samples, but an important aspect is also the practical experience gained from underground excavation in general. The aim of the engineering rock mass classification was to determine suitable bedrock volumes for the construction of the repository and has used data from the site characterization programme carried out at Kivetty, which consisted of both surface studies and borehole investigations. The classification specifies three categories of constructability - normal, demanding and very demanding. In addition, rock mass quality has also been classified according to the empirical Q-system to enable a comparison to be made. The rock mass parameters that determine the constructability of the bedrock at Kivetty depend primarily on the depth and the lithology, as well as on whether construction takes place in intact or in fractured rock. The differences in the characteristics of intact rock within a single rock type have been shown to be small. The major lithological units at Kivetty, the porphyritic granodiorite and the porphyritic granite, lie in the normal category of constructability to a depth of 600 m (porphyritic granodiorite) or 700 m (porphyritic granite). At greater depths the level of constructability decreases, due to increased levels of in situ stress, and the construction of a repository would become more difficult. The most important factor that is likely to determine the location and the lateral extent of a repository at Kivetty is the presence of particular fracture zones. Keywords: Nuclear waste, final disposal, constructability, rock mass, classification, Q-system, Kivetty

8 ESIPUHE Teollisuuden Voima Oy (TVO) ja Fortum Power and Heat Oy varautuvat käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoittamiseen Suomen kallioperään. Loppusijoituspaikka valitaan vuoden 2000 loppuun mennessä. Loppusijoituksesta ja sitä varten tehtävästä tutkimusja kehitystyöstä huolehtii voimayhtiöiden omistama Posiva Oy. Tässä raportissa käsitelty kallioluokitus on osa PARVI-projektin työtä. Luokituksen avulla on tarkoitus paikantaa loppusijoitustilojen rakentamiseen soveltuvat kalliotilavuudet Kivetyn tutkimusalueella. Vastaava kallioluokitus on tehty Hästholmenin, Olkiluodon ja Romuvaaran tutkimusalueilta. Tämän raportin luvut, 3, 5 ja 6 sekä kappaleet 4.., 4..2, 4..3, 4..5, 4..6, 4.2., 4.2.4, 4.3.3, 4.4., 4.4.2, 4.4.4, 4.5, 4.7 ja 4.8 on laadittu Saanio & Riekkola Oy:ssä. Luku 2 sekä kappaleet 4..4, 4.2.2, 4.2.3, 4.2.5, 4.3., 4.3.2, ja 4.6 on laadittu Fintact Oy:ssä. Raportin kokoaminen on tehty Saanio & Riekkola Oy:ssä.

9 SISÄLL VSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT ESIPUHE JOHDANTO KIVETYN KALLIOMALLI Yleistä Kivilajimalli Rakennemalli Kalliolohkot KALLION RAKENNETTAVUUDEN ARVIOINTI Yleistä Kallion luokitteluparametrit Rakennettavuusluokat Alueelliset muuttujat KALLION LUOKITTELU Kivilajiominaisuudet Mineraalikoostumus Liuskeisuusaste Raekoko Rapautumisaste Lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet Lämpötekniset ominaisuudet Rakoiluominaisuudet Päärakosuunnat..., Rakotiheys Rakopituus Rakojen kitkaominaisuudet Rakoavauma Hydrogeologiset ominaisuudet Kiinteän kallion vedenjohtavuus Rako- ja rikkonaisuusvyöhykkeiden vedenjohtavuus Kallion tiivistystarve ja tiivistettävyys Rakennetyyppi Yleistä Kiinteä, rikkanainen ja ruhjeinen kallio Vettäjohtava kallio Rakennettavuus Jännitystila Pääjännitykset... BO Lujuus-jännityssuhde... 8

10 2 4.6 Pohjavesikemia Tutkimusaineisto Pohjaveden ph Sulfaattipitoisuus Vapaa hiilidioksidi Ammoniumpitoisuus Magnesiumpitoisuus Kloridipitoisuus Radanpitoisuus Kalliotekniset ominaisuudet Porattavuus Räjäytettävyys Murskattavuus Lujitettavuus NGI-Iuokitus (Q-Iuku) Q-luvun määrittäminen Kalliolaatu Q-luvun perusteella TULOSTEN TARKASTELU JA JOHTOPÄÄTÖKSET YHTEENVETO LÄHDELUETTELO LIITE : Rakenteiden kitkaominaisuuksien jakautuminen met reinä ja prosentuaalisesti (sulkeissa) keskimäärin yhtä kairauslävistystä kohti LIITE 2: Kivetyn rakenteiden mitatut vedenjohtavuudet ja vettäjohtavaksi arvioitu rakoilu... 4 LIITE 3: Vedenjohtavuusominaisuuksien rakennekohtainen tarkastelu... 47

11 3 JOHDANTO Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituslaitos (kuva -) käsittää suunnitelmien mukaan maanpinnalla sijaitsevan laitosalueen ja sen alapuolella sijaitsevaan kallioon louhittavat loppusijoitustilat Maanpinnan ja loppusijoitustilojen väliset yhteydet hoidetaan kolmen pystykuilun tai mahdollisesti myös ajotunnelin kautta. Loppusijoitustilat käsittävät nykyisen perussuunnitelman mukaan keskustunnelin, sijoitustunnelit ja kuilujen alapään lähistölle sijoitettavat aputilat Käytetty polttoaine pakataan kuparikapseleihin, joiden halkaisija on noin m ja pituus 3.6 tai 4.8 m. Kuparikapselit asennetaan sijoitustuoneleiden lattiaan porattaviin pystysuoriin reikiin, joiden halkaisija on noin.7 m, syvyys 6.6 tai 7.8 m ja keskinäinen etäisyys m. Kuparikapselin ja kallion väli täytetään bentoniitilla ja sijoitustunnelit täytetään esimerkiksi murskeen ja bentoniitin seoksella. Aikanaan kalliotilat, kuilut mukaan lukien, täytetään esimerkiksi murskeella ja bentoniitilla, ja kuilujen yläpäät suljetaan massiivisilla teräsbetonirakenteilla. Loppusijoitustilojen lopulliseen sijoitussyvyyteen ja tunneliston muotoon vaikuttavat sijoituspaikan kallioperän geologiset, hydrogeologiset, hydrogeokemialliset ja kalliomekaaniset ominaisuudet. Tässä raportissa kuvataan Kivetyn tutkimusalueen kallioperäominaisuudet kallioluokituksen avulla. Työn tarkoituksena on arvioida alueen kallioperän rakennettavuutta loppusijoitustilojen asemoinoin kannalta. Luokittelun lähtöaineistona ovat Kivetyssä tehdyt sijoituspaikkatutkimukset ja niiden perusteella laadittu kolmiulotteinen kalliomalli. Sijoituspaikkatutkimukset käsittävät sekä maanpinta- että reikätutkimuksia. Rakennettavuusluokitus perustuu pääosin kalliorakentamisesta saatuihin käytännön kokemuksiin. Kalliolaadusta esitetään vertailukelpoisuuden vuoksi lisäksi kansainvälisesti tunnettu NGI-luokitus (Q-luku), jota käytetään yleisesti kalliorakentamisessa. Valitulla loppusijoituspaikalla tullaan tekemään tarkentavia maanalaisia lisätutkimuksia ennen loppusijoituslaitoksen rakentamisen aloittamista. Merkittävin osa näistä tutkimuksista on suunniteltu suoritettavaksi rakennettavasta tutkimuskuilusta ja/tai -tunnelista käsin.

12 4 LAITOSALUE TYÖKUll..U KESKUSTUNNELI SIJOITUSfUNNELI Kuva -. Loppusijoituslaitoksen periaatekuva.

13 .s 2 KIVETYN KALLIOMALLI 2. Yleistä Kalliomalli kuvaa tutkimusalueen kallioperän kivilajeja sekä niitä halkovia, ympäristöään runsaammin rakoilleita rako- ja rikkonaisuusvyöhykkeitä. Kalliomalli esittää havainnollisessa muodossa kenttämittaustulosten perusteella tehdyt tulkinnat ja päätelmät kivilajien ja rikkonaisuusvyöhykkeiden sijainnista ja ominaisuuksista. Malli edustaa käytettävissä olevan tutkimustiedon perusteella todennäköisintä kuvausta tutkimusalueen kallio-oloista. Kalliomallin lähtötietoja ovat kenttämittaustulokset, niiden perusteella tehdyt tulkinnat sekä asiantuntija-arviot. Kivilajit ja rikkonaisuusvyöhykkeet on mallinnettu erillisiksi kivilaji- ja rakennemalleiksi. Mallin rakenteet on luokiteltu niistä olevan tiedon määrän ja havaintojen laadun perusteella. Kalliomalli on laadittu käyttäen Posivan tietokoneavusteista kalliomallinnusjärjestelmää, ROCK-CADiä (Saksa 995). Kalliomalli tarjoaa alueen tutkimuksia suunnitteleville ja kenttämittausten tuloksia tulkitseville asiantuntijoille yhtenäisen kuvan alueen kallioperästä. Pohjavesivirtausten arvioimiseksi laaditut laskentamallit samoin kuin geokemiallista kehitystä valottavat mallit perustuvat kalliomallissa esitettyihin geometria- ja ominaisuustietoihin. Mallia on käytetty myös yhtenä tämän luokitusraportin lähtöaineistona. Kivetyn tutkimusaluetta rajaavat alueelliset ruhjevyöhykkeet lännessä, koillisessa jakaakossa (kuva 2.-). Tutkimusalueen pohjoisraja määräytyy maanomistusolojen perusteella. Tutkimusaluetta halkoo yksi alueellinen ruhjevyöhyke. Mallinnettu kalliotilavuus on kaikkiaan yli 23 km 3 ja ulottuu 500 m syvyyteen maanpinnalta. Kalliomalli kattaa maanpinnalta noin 6 km 2 suuruisen alueen. Kalliomallissa käytettyjen merkintöjen selitykset on esitetty kuvassa Tässä työssä tarkastellaan ainoastaan maanpinta- ja kairaustutkimusten kattamaa keskeistä tutkimusaluetta, johon myös loppusijoitustila on suunniteltu rakennettavaksi. Kallioluokituksessa on käytetty kivilajimallin versiota 3.0 (Saksa et al. 998) ja rakennemallin versiota 3.0 (Saksa & Lindh 999). Malliversioihin on sisällytetty kairanrei'istä KR- KR3 tehdyt havainnot.

14 7 KIVETTY KALLIOMALLI Luokitus ja graafiset merkinnät RAKENTEET Laji Nimiosu Todettu Avonoista toi runsaampaa rakoilua XX Rokovöhke XX m Rikkonoisuusvöhke C>Ri tai Rp2) Ruhjevöhke Varmuusluokka Todennäköinen Mahdollinen m () 'otlij, e' fl L_J , -- _ , Muu v i i te ;p 'otlij, å' KIVILAJIT ' ,;:;...-' PORF. GRANODIORIITTI IPORGRDRI GRANOD OR TT IGRDRI GRANIITTI IGRI PORFYYRINEN GRANIITTI IPORGRI PÄÄLLEMERKINNÄT MYLONIITTIUTUMINEN IMYI D -- _ GABRO IGBI ' , AFB AMF I BOLI TT KVARTSIMAASÄLPÄLIUSKE toi KVARTSIMONZODIORIITTI [QRID[I GRANODIORIITTJJUONIA IGRDRI MUUT MERKINNÄT KAIRANREIKÄ A A' LJ POIKKILEIKKAUKSEN SIJAINTI SUUNNITELTU KAIRANREIKÄ KAADEMERKINTÄ './Oo REIÄN REUNAVIIVAN TYYPPI, Uiiii'JIIJUMnw:nV TUTKIMUSALUEEN RAJA REIÄN ETÄISYYS LEIKKAUSTASOSTA TOPOGRAFIA Om-20m 20m-00m >00m PR/EP PORANREIKÄ/ ERITASOPIETSOMETRI KA PORAKAIVO e Fintact/jnu/c/kive/ak_3.0/geo_3.0/PS/ AANTAVI IVA Z <= 70m 75m <= Z <= 95m Z >= 200m 06-0CT-999:... kive/legend_l win Kuva Kivetyn kalliomallin merkintöjen selitykset.

15 8 2.2 Kivilajimalli Kivilajimalli on laadittu paljastumien, pintakairausten, aerogeofysiikan, sähkömagneettisten maanpintakartoitusten ja alueellisen geofysiikan tulosten perusteella. Tutkimusrei'istä ja-kaivannoista on saatu tietoja kivilajien rajapinnoista ja muutoksista syvyyden suhteen. Kivetyn kallioperä sijaitsee Keski-Suomen granitoidikompleksin alueella ja koostuu prekambrisista graniiteista, granodioriiteista ja kvartsidioriiteista. Kivilajien esiintyminen maanpinnalla on esitetty kuvissa 2.- ja 2.2- sekä 500 m syvyydellä kuvassa Kivilajien asentoa ja esiintymistä tutkimusalueen keskiosassa on havainnollistettu kuvassa Kivilajimalli kuvaa eri kivilajien suhteellisia osuuksia ja niiden keskinäisiä suhteita. Monien kivilajiyksiköiden laajuus, syvyysulottuvuus, kaade ja kaadesuunta ovat epävarmoja. Mikäli kivilajiyksikön kaadetta ei tunneta, se on oletettu pystyksi. Kivilajikontakteista ja toisaalta kivilajien ja rakenteiden välisistä kontakteista tiedetään varsin vähän. Joissakin tapauksissa rakennevyöhyke yhtyy kivilajikontaktiin. Esimerkiksi tutkimusalueen länsiosassa rakenne R7 yhtyy amfiboliittijuoneen. Yleensä kivilajikontakteissa ei esiinny sen runsaampaa rakoilua tai rapautumista kuin kivilajiyksiköiden sisälläkään. Vallitseva kivilajikontaktien kaadesuunta on koilliseen ja itään. Alueen pääkivilajit ovat porfyyrinen granodioriitti (PORGRDR) ja porfyyrinen graniitti (PORGR). Porfyyrinen granodioriitti muodostaa kallion perusmassan, jota muut kivilajiyksiköt leikkaavat. Porfyyristä graniittia esiintyy suurena laattamaisena muodostumana tutkimusalueen keskiosassa. Muodostuman pohjoisosa kaatuu noin 30 itään- koilliseen. Muodostuman kaade on jyrkempi sen kaakkoisosassa. Laatan syvyyden on tulkittu vaihtelevan välillä m. Tämän laajan esiintymän lisäksi porfyyristä graniittia on tavattu pienempinä linssimäisinä muodostumina, joiden syvyysulottuvuuden on oletettu olevan sama kuin niiden kulun suuntaisen maanpintahalkaisijan. Pienempien yksiköiden kaade on jyrkempi kuin päämuodostuman. Tummahkoa keskirakeista granodioriittia (GRDR) esiintyy tutkimusalueen lounaisosassa laajempana muodostumana ulottuen m syvyydelle. Granodioriittiyksikön itä-länsisuuntaisen haaran on tulkittu geofysiikan perusteella kaatuvan 75 pohjoiseen. Granodioriittimuodostumaan liittyy loivakaateinen, granodioriittijuoniverkosto, jonka kaade on itään- koilliseen. Granodioriittijuonia on tavattu kairanrei'issä KR, KR2, KR9, KR ja KR2. Granodioriittijuonet on esitetty kuvissa päällemerkinnöin. Tasarakeista graniittia (GR) esiintyy tutkimusalueelia suurempina muodostumina kolmessa kohdassa. Tutkimusalueen länsiosassa, kairanreiän KR2 länsipuolella oleva graniitti ulottunee 500 m syvyyteen, ja se on jyrkkäkaateinen. Alueen itäosassa, kairanreiän KR3 itäpuolella oleva graniitti ulottuu noin 400 m syvyyteen ja se kapenee syvemmälle mentäessä. Muodostuman kaade on noin 60 koilliseen. Kairanreiän KR3 koillispuolella sijaitseva graniitti ulottuu noin 000 m syvyyteen ja sen kaade on 40 itään. Sen lisäksi kairanreikien KR3 ja KR8 ympäristöstä on tavattu pienempiä graniittimuodostumia.

16 9 Tutkimusalueen pohjoisosassa on tavattu 200 m syvyyteen asti ulottuva gabromuodostuma (GB), joka kapenee syvemmälle mentäessä. Amfiboliittia (AFB) esiintyy useina kapeina, jyrkkäkaateisina juonina. Lisäksi alueella on pienempiä paikallisia gabromuodostumia ja satunnaisia kvartsimaasälpäliuske-esiintymiä (QMZDR). Reiässä KR4 on havaittu kolme kapeaa kvartsimonzodioriittijaksoa (QMZDR). Sekä maanpinnalta että kairanrei'istä on kartoitettu myös myloniittisiä vyöhykkeitä (MY) ja jaksoja, jotka mallikuvissa on esitetty päällemerkinnöin.

17 Kuva Tutkimusalueen keskiosassa sijaitsevien kivilajien ja todettu-luokan rakoja rikkonaisuusvyöhykkeiden maanpintakartta (Z = + 50 m ). 0

18 'q'" (T') 'q'" (T') > m ld CD CD X Kuva Kivilajien ja rako- ja rikkonaisuusvyöhykkeiden sijainti 500 m syvyydellä (Z =-350m).

19 CJN CJ"'f" l'-.. "'f"ffi (T)tQ "'f"ffi (T)(.O >-X >-X Ln"'f" Ln (.0 o (T)(D (T) (.0 "'f"ffi (T) (.0 0 E >-X 0 0 N N Kuva Kivilajien ja rakenteiden sijainti kairanreikien KR4 ja KR5 kautta kulkevassa lounais-koillissuuntaisessa leikkauksessa, katselusuunta kaakosta. Kaademerkit osoittavat asennon pintakartan mukaisesti (pohjoinen ylöspäin).

20 3 2.3 Rakennemalli Kivetyn kallioperä on valtaosin kiinteää, harvaan rakoillutta kalliota. Ympäröivää kalliota selvästi voimakkaammin rakoilleet tai rikkanaiset vyöhykkeet on kuvattu kalliomallissa erillisinä rakenteina. Malliin sisältyy yhteensä 29 nimettyä rakennetta (tunnus R+numero). Lisäksi malliin sisältyy muita, mahdollisia rakenneviitteitä. Rakenteiden osuus koko mallinnustilavuudesta on hieman yli 0 %. Niiden sijainnin ja ominaisuuksien tunteminen on tärkeää loppusijoitustilojen asemoinoin ja esimerkiksi pohjaveden virtausreittien arvioinnin kannalta. Rakenteiden sijaintia ja ominaisuuksia on mallinnettu mm. seuraavien tutkimustulosten perusteella: kallionäytekairaukset, hydrauliset kokeet sekä geofysikaaliset maanpinta-, lento- ja reikämittaukset Rakenteet on luokiteltu sekä rakoiluominaisuuksiensa että niistä käytettävissä olevan tiedon mukaan. Rakenteiden paksuus vaihtelee muutamasta metristä muutamaan kymmeneen metriin ja niiden ulottuvuus on satojen metrien luokkaa. Rakenteet oletetaan jatkuviksi ja paloittain tasomaisiksi. Mallinnettuihin rakenteisiin voi sisältyä myös ehjää (kiinteää) kalliota. Rakoiluominaisuuksiensa perusteella rakenteet on luokiteltu neljään ryhmään. Avonaista tai runsaampaa rakoilua ryhmään kuuluvat jaksot, joiden geometria on tulkittu ja joiden rakotiheys on pieni. Näissä on kuitenkin havaittu vähintään yksi vettäjohtava, jatkuva avorako. Näitä jaksoja on mallinnettu 3 kpl. Rakovyöhykkeiksi on luokiteltu jaksot, joiden rakoilu kuuluu rakennusgeologisen kallioluokituksen mukaan luokkiin Riii-illja rapautuminen luokkiin Rp0-. Rakennemalli sisältää 5 rakovyöhykettä. Rikkonaisuusvyöhykkeisiin kuuluviksi luetaan jaksot, joiden rikkonaisuusluokitus (RG-luokituksen mukaan, Korhonen et al. 974) on suurempi kuin Riill tai se kuuluu rapautumisasteeltaan luokkaan Rp2 tai suurempi. Rikkonaisuusvyöhykkeissä rakotiheys on suurempi kuin 0 kpl/m ja raot ovat täytteisiä tai avoimia. Rikkonaisuusvyöhykkeitä on mallinnettu kappaletta. Voimakkaimmin ruhjeiset ja rapautuneet jaksot kuuluvat ruhjevyöhykkeisiin. Kivetystä ruhjevyöhyke on tavattu gabromuodostumaan tehdystä reiästä KR6B. Moniosaisten rakenteiden eri osat voivat kuulua eri luokkiin. Alueelliset rakenteet on nimetty tunnuksella AR+numero ja ne on luokiteltu samoin perustein kuin tutkimusalueen rakenteet. Niitä esiintyy tässä työssä tarkastellussa tilavuudessa pääasiassa reunaalueilla. Alueellinen rakenne AR3 jakaa tutkimusalueen kulkemalla sen halki (rakenteena R4). Rakenteet on luokiteltu myös niistä käytössä olevan tiedon perusteella neljään luokkaan. Todetluihin rakenteisiin kuuluvat ne rakenteet, joista on vähintään yksi suora paljastuma- tai reikähavainto. Todennäköisistä rakenteista on saatu viitteitä vähintään kahdella epäsuoralla menetelmällä, esimerkiksi geofysikaalisilla mittauksilla ja lineamenttitulkinnalla. Asiantuntija-arvion perusteella todennäköinen rakenne on voitu luokitella todettuihin rakenteisiin, jos siitä on saatu tietoa useilla tutkimusmenetelmillä. Mahdollinenluokkaan kuuluvasta rakenteesta on saatu tietoja yhdellä epäsuoralla menetelmällä. Muihin rakenteisiin kuuluvat epävarmat tai vaihtoehtoiset rakenneviitteet, joiden on arvioitu olevan hyödyksi tulkinnassa ja jatkotutkimusten suunnittelussa. Rakennemallin rakenteista 8 on todettuja, 8 todennäköistä ja 3 mahdollista. Taulukossa 2.3- on esitetty rakenteiden havaintokohdat, asennot ja paksuudet kairanrei' issä ja tutkimuskaivannoissa.

21 4 Rakenteiden geometrinen tieto, ulottuvuus, kaade ja kaadesuunta, perustuu epäsuoriin mittauksiin ja niiden tulkintaan kuten tutkimusrei'issä tehtyihin seismisiin heijastusluotauksiin, reikätutkamittauksiin, sähköisiin reikien välisiin luotauksiin tai koepumppausten tuloksiin. Rakennemallin suurimmat epävarmuudet ovat rakenteiden ulottuvuudet ja niiden asento. Tulkintojen perusteella rakenteista 23 on jyrkkäkaateista (kaade yli 60 ), keskikaateisia on kuusi ja loivakaateisia (kaade alle 30 ) rakenteita ei ole lainkaan. Jyrkkäkaateiset rakenteet ovatkin Kivetyssä vallitsevia. Mallinnettujen rakenteiden lisäksi kairanrei' istä on tavattu rakennelävistyksiä, joita ei ole pystytty yhdistämään muitten reikien rakennelävistyksiin tai joiden ulottuvuudesta ja asennosta ei ole saatu tietoa muilla menetelmillä. Nämä lävistykset on varustettu RX -tunnuksella. Taulukossa 2.3- on merkitty, että rakenne R4 lävistettäisiin kairanreiässä KR7 syvyysvälillä m. Sähköisten maan pinta- ja reikämittausten mukaan kyseisestä syvyysvälistä ei kuitenkaan ole selvää yhteyttä maanpinnalle rakenteen R4 eikä rakenteen R5 puhkeamakohtiin (Paananen 995). Rakenteen R4lävistys reiässä KR7 on siis tulkinnallisesti epävarma. Lävistyksen ominaisuuksia on kuitenkin käytetty kuvaamaan rakenteen R4 ominaisuuksia, koska muuten siitä ei ole varmoja suoria kairanreikähavaintoja. Rakenne R29 on reiästä KR5 tavattu paksu rikkonaisuusvyöhyke. Sen paksuus näyttää vaihtelevan 2-40 metriin rei'issä KR5, KR2 ja KR3. Rakenteen R3 suuri paksuus (53 m) reiässä KR2 on epävarma, varsinkin verrattuna muiden lävistysten antamiin, noin 2 metrin paksuuksiin. Kallion rako- ja rikkonaisuusvyöhykkeiden esiintymistä tutkimusalueen maanpinnan tasossa on havainnollistettu kuvissa 2.- ja 2.2- sekä 500 m syvyydessä kuvassa Kuvassa on esitetty lounais-koillissuuntainen leikkaus tutkimusreikien KR4 ja KR5 kautta. Siitä voidaan havaita kivilajien loivahko kaade itään ja rakenteiden jyrkät asennot.

22 5 Taulukko Kivetyn kairanrei'issä lävistettyjen tai tutkimuskaivannoissa havaittujen, rakennemalliin sisältyvien rakenteiden leikkaus kohdat, asennot ja paksuudet. Rakenne Reikä/ Alkupiste Loppupiste Kaarlesuunta Kaade Todellinen kaivanto (m) (m) (0) CO) paksuus (m) R4 KR RS KR r RS KR TK R9 KR KR RlO KR KR KR Rll KR KR KR R3 KR KRll KR RlS KR KR R6 KR KR R7 KR R22 KR KR KR R23 KR R25 KR R26 KR R27 KR R28 KR R29 KR KR KR

23 6 2.4 Kalliolohkot Tarkastelualueen kallio jaettiin lohkoihin rakennettavuuden arviointia varten. Lohkot ovat mallinnusvaiheessa kallioteknisesti ja hydrogeologisesti (Saksa et al. 998) merkittävimmiksi arvioitujen rakenteiden rajaamia kalliotilavuuksia. Lohkoittain tehtävä arviointi antaa kuvan rakennettavuuteen vaikuttavien kalliotekijöiden alueellisesta vaihtelusta. Lohkojaon lähtökohtana oli alueen kalliomalli. Työn teknistä suoritusta varten kehitettiin työtapa ja sovellusohjelmisto (Nummela 998). Lohkojaon periaatetta on havainnollistettu kuvassa Lohkoja tarkastelutilavuuden reunoilla rajaavat rakenteet ja lohkojen väliset Uakavat) rakenteet on esitetty taulukossa Lohkot kattavat syvyysvälin maanpinnalta 000 metriin. Lohkojaossa pyrittiin siihen, että kustakin lohkosta olisi käytettävissä riittävästi tutkimusaineistoa rakennettavuuden arvioimiseksi ja lohkojen vertailemiseksi. Lohkotarkastelu tehtiin kairanreikien KRl - KR3 kattamalle alueelle, jota rajaavat rakenteet R4 idässä, R7 kaakossa, R4 lännessä ja pohjoisessa koordinaattilinja X = Alueen pohjoisosassa ei sijaitse tutkittavaa tilavuutta luonnollisesti rajaavaa rakennetta (kuva 2.4-2). Lohkojaon tuloksena syntyi 6 lohkoa, joiden ominaisuudet on esitetty taulukossa Kuvissa on esitetty lohkojen sijainti maanpinnalla, 500 m syvyydellä sekä tutkimusreikien kautta piirretyissä pysty leikkauksissa. Kuvassa on kolmiulotteinen havainnollistus lohkojen sijainnista. Rakennettavuutta eri kriteerein arvioitaessa lohkoja rajaavien rakenteiden ominaisuuksia ei sisällytetty lohkojen ominaisuuksiin. Lohkojen sisään jäävät rakenteet käsiteltiin joko erillisinä tai niiden ominaisuudet sisällytettiin lohkojen ominaisuuksiin luokittelukriteeristä riippuen. Rakenteiden sijoittuminen eri lohkoihin on esitetty taulukossa Kuva Havainnekuva kalliolohkosta sitä rajaavine rakenteineen (Nummela 998).

24 7 Taulukko Lohkojaon perustana olevat rakenteet ja niiden arvioitu merkittävyys. Rakennetunnus Kalliotekninen Hydrogeologinen merkittävyys merkittävyys (T-arvo 500 m syvyydellä) R4 merkittävä merkittävä (IE-06) R7 merkittävä merkittävä (5E-05) RlOja R2 osa RlO merkittävä, merkittävä (le-06) osa R2 ei merkittävä R4 merkittävä merkittävä (5E-05) R6 merkittävä merkittävä (5E-05) R29 merkittävä merkittävä (5E-05) Taulukko Rakenteiden sijoittuminen kalliolohkoihin. Lohko/ Lohkoa rajaavat Lohkon kokonaan Lohkoa osittain Rakenne rakenteet leikkaavat rakenteet leikkaavat rakenteet Lohko R7, R4, R6 R3, R8, R23, R24 R9, R7, R , _ , Lohko2 RlO, R4, R6 R8, R9, Rll, R3 R5, R7, R23 Lohko 3 R7, RlO, R2, R29 Rll, R3, R20 R8, R2, R22, R23, R24 Lohko 4 RlO, R6, R29 R8, R9, Rll, R5, R22 R23, R24 Lohko 5 R4, R7, RlO, R2, Rll, R24 R8, R2 R Lohko 6 R4, RlO, R29 R8 R9, R5, R22, R24, R25, R26, R27, R28

25 8 Taulukko Kivetyn kalliolohkojen tunnusluvut. Lohko/ Reikäosuudet Tilavuus Ulottuvuudet Kivilajiosuudet Ominaisuus (m) (milj. m 3 ) X, Y ja Z (%) Lohko 577 X: granodioriitti % y: porf. graniitti 8 % Z: porf. granodioriitti 82% Lohko 2 KR X: granodioriitti % KR Y: porf. graniitti 2% KR Z: porf. granodioriitti 87 % Lohko 3 K.Rll X: porf. graniitti 2% KR Y: porf. granodioriitti 88% KR Z: KR Lohko4 KR X: porf. graniitti 23 % KR Y: porf. granodioriitti 77 % KR Z: KR Lohko 5 KR X: graniitti 2 % KR Y: porf. graniitti 4% Z: porf. granodioriitti 85 % Lohko 6 KR X: graniitti 6 % KR Y: porf. graniitti 26% KR Z: porf. granodioriitti 68 % KR KR KR KR KR KR

26 9 Kuva Maanpintakartta kalliolohkoista. Kuvassa on lisäksi esitetty kairanreiät, kaivannot ja maanpintaan puhkeavat rakenteet todettu-luokasta mahdollinen-luokkaan.

27 N c;...:, \::)... \::) \::)... c;...:, V. C) C) f}... -: l"\ \ \ \ \ \ ' \ R N 0 '\ \ '\ \ \. \

28 2 Lohko6 Z:-300 Lohkol Z: Z:200 Lohkol Lohko2 0. Kuva Kalliolohkojen ja rakenteiden sijainti reikien KRJ ja KR2 kautta kulkevissa pystyleikkauksissa.

29 , Z:200 *g *r Lohko6 ' ' ' ' ' R3' ' ' ' ' ' ' ',' ', ',',' ' ' , Z:200 *j 'R3 \ \ Z:-300 Lohko Lohko Kuva Kalliolohkojen ja rakenteiden sijainti reikien KR3 ja KR4 kautta kulkevissa pystyleikkauksissa.

30 23 Yr X: Zr200 Lohko6 0. Y: Xr Zr200 Lohko6 250 n Kuva Kalliolohkojen ja rakenteiden sijainti reikien KR5 ja KR7 kautta kulkevissa pysty leikkauksissa.

31 24 Y: X: Yz X: Loh o Y: Xs Y: "":"':"':':=-=- X: Za200 Lohko6 Lohko klhk/kr8 9 win Kuva Kalliolohkojen ja rakenteiden sijainti reikien KR8 ja KR9 kautta kulkevissa pysty leikkauksissa.

32 25 Y: X: Y: X: \ R24 \ Lohko Y: X: Y: X: Z:200 Z:-300,,,,,,, R 3",,, Loh o,,,,, / 250, /, 6-0C R2 II II, - Lohko3 / / / / / / / / R2 '/ -, / ' l, ' -99r kr0 win / / / ' / / '/ Kuva Kalliolohkojen ja rakenteiden sijainti reikien KRJ 0 ja KRll kautta kulkevissa pystyleikkauksissa.

33 26 Y: X: Zz200 Lohko6 RlS Zz-300 Lohko Y: Xz Y: Xr Zz200 Lo ko5 Lohko C -99z... klhk/kr2 3 wi Kuva Kalliolohkojen ja rakenteiden sijainti reikien KR2 ja KR3 kautta kulkevissa pystyleikkauksissa.

34 27 "'!8,e "' m c 'ji Kuva Kolmiulotteinen havainnekuva lohkojen sijainnista. Kallio on leikattu auki lounais-koillissuunnassa rakenteen R7 suuntaisesti läheltä reikiä KR7 ja KRll, katselusuunta on kaakosta.

35 28

36 29 3 KALLION RAKENNETTAVUUDEN ARVIOINTI 3. Yleistä Kallion käyttäytyminen kalliotiloja louhittaessa riippuu kiven materiaaliominaisuuksista, kallion sisältämien rakojen määrästä ja ominaisuuksista sekä kalliossa vallitsevasta jännitystilasta. Arvioitaessa kallion laatua loppusijoitustilojen rakennettavuuden kannalta, on edellä mainittujen tekijöiden lisäksi huomioitava myös kallion hydrauliset ominaisuudet, pohjaveden kemiallinen koostumus ja kalliotekniset ominaisuudet. Koska kaikki edellä mainitut osatekijät saattavat samankin tunnelin tai luolaston alueella vaihdella huomattavasti, voi erilaisia huomioon otettavia kallio-olosuhteita olla suuri määrä. Kalliotilojen suunnittelussa ja rakentamisessa ei kallio-olosuhteiden vähäistä vaihtelua ole aina mahdollista tai tarpeenkaan huomioida. Kallion monimuotoisuudesta johtuen sen keskeiset olosuhteet on pyritty yksinkertaistamaan kallion luokittelun avulla samankaltaiset ominaisuudet omaaviin ja samalla tavoin käyttäytyviin kalliotyyppeihin. Luokitukset rajoittuvat yleensä kalliolaadun kuvailemiseen rakennettavuuden kannalta. Luokituksissa kallion laatu määritellään tavallisesti kvalitatiivisesti kallion laatuominaisuuksia kuvailemalla tai kvantitatiivisesti laskemalla kalliolle sen joitakin laatuominaisuuksia kuvaava indeksi. Ensin mainittuun ryhmään kuuluu esim. Suomessa käytetty rakennusgeologinen kallioluokitus (Korhonen et al. 974, Gardemeister et al. 976). Toiseen ryhmään kuuluvat esim. sellaiset maailmassa laajalti käytetyt luokitusmenetelmät kuin RQD-luku (Hoek & Brown 982), NOl-luokitus (Barton et al. 974, Grimstad & Barton 993) ja RMR-luokitus (Bieniawski 976). RQD-luvulla tarkoitetaan yli 00 mm pituisten, kiinteiden kairausnäyteosasten prosentuaalista osuutta kairausnäytteen pituudesta eli se voi vaihdella välillä 0-00 %. RQDluku määritetään useimmiten reikämetriä kohti. Sen määrittämisessä huomioidaan raot ja rapaumat. Kairaustekniikasta ja näytteen käsittelystä aiheutuneita katkoksia tai näytteen rikkoutumista ei lasketa mukaan. RQD-luvun ja kalliolaadun välinen riippuvuus ilmenee taulukosta 3.-. Rakomäärän ja rapaumien lisäksi kallion rakennettavuusominaisuuksiin vaikuttaa moni muukin kallio-ominaisuus, eikä RQD-lukua voi siten pitää yksinään kovin hyvänä kalliolaatua kuvaavana tunnuslukuna. Sen määrityksen helppouden vuoksi RQD-lukua käytetään yleisesti suuntaa antavana indeksinä. Taulukko 3.-. RQD-luvunja kalliolaadun välinen riippuvuus (Hoek & Brown 982). RQD-luku Kalliolaatu <25% Erittäin huono 25-50% Huono 50-75% Kohtalainen 75-90% Hyvä 90-00% Erinomainen

37 30 RMR-luku määritellään kuuden pisteytetyn kalliomuuttujan avulla, jotka ovat yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus (pisteytys 0-5), RQD-luku (pisteytys 3-20), rakoväli (pisteytys 5-20), rakojen laatu (rakopituus, avauma, rakopintojen karkeus, rakotäyte ja rapautuneisuus; pisteytys yhteensä 0-30), pohjavesiolosuhteet (pisteytys 0-5) ja rakosuuntien vaikutus (pisteytys ). Kallion RMR-luku määritellään kalliomuuttujien pistesummanaja kalliolaatu sen avulla taulukon 3.-2 mukaisesti. NGI-luokituksessa kallion laatuluku Q (taulukko 3.-3) määritellään kuuden kalliomuuttujan avulla (kaava 3.-), jotka ovat RQD-luku (vaihteluväli 0-00), rakosuuntien lukumäärä J 0 (vaihteluväli ), rakopintojen karkeus Jr (vaihteluväli 0.5-4), rakopintojen muuttuneisuus Ja (vaihteluväli ), kallion vedenläpäisevyys Jw ( vaihteluväli ) ja jännitystilaluku SRF ( vaihteluväli ). Tarkemmin Q-luvun määritys on esitetty luvussa Hoek et al. (995) mukaan Q-luku voidaan muuttaa RMR-luvuksi kaavalla Muutoskaava perustuu viitteen mukaan vertailukohteisiin, joissa RMR on ollut 85 tai pienempi. RMR = 9lnQ Jos muutetaan kaavan 3.-2 avulla NGI-luokituksen heikko-luokka (Q = - 4) RMR-luvuksi, saadaan tätä vastaavaksi RMR-luvuksi 44-56, joka sijoittuu RMR-luokituksessa kohtalainen-luokkaan. RMR-luku siten yliarvioi kalliolaatua Q-lukuun verrattuna. Olennaisimmin RMR- ja Q-luku poikkeavat toisistaan siinä, että Q-luku huomioi jännitystilan ja pohjaveden paineen yhteisvaikutuksen, mutta ei rakoilun suuntausta suhteessa tunnelin suuntaan ja rakopituutta, jotka taas RMR-luku huomioi. Q-luku mittaa kallion laatuominaisuuksia melko monipuolisesti, mutta se ei kuitenkaan huomioi esim. pohjavesikemiaa eikä kallioteknisiä ominaisuuksia, jotka kuitenkin vaikuttavat loppusijoitustilojen rakennettavuuteen. Q-luku voi olla saman suuruinen kahdella louhinnassa hyvin erilaisesti käyttäytyvällä kalliolaadulla, esimerkiksi ehjällä, korkeassa jännityksessä olevalla kalliolaadulla ja rikkonaisella, alhaisessa jännitystilassa olevalla kalliolaadulla. Tämä merkitsee sitä, että kaksi saman Q-luvun omaavaa kalliota voi käyttäytyä louhinnassa eri tavoin ja vaatia myös erilaisen louhinta- ja lujitustavan. Myös RMR-luku mittaa kallion laatuominaisuuksia melko monipuolisesti, mutta se ei esim. huomioi jännitystilaa, pohjavesikemiaa eikä kallioteknisiä ominaisuuksia. Vaikka RMR-luku huomioikin rakoilun suunnan suhteessa tunnelin suuntaan, ei sitä ominaisuutta voitaisi tässä työssä käyttää, koska loppusijoitustunneleiden suuntaa suhteessa rakosuuntiin ei vielä tiedetä.

38 3 Taulukko Kalliolaatu RMR-luvun perusteella. Kallio laatu/ Kallioluokat Luokka r-- II IV V RMR-luku $20 (pistesumma) Kalliolaadun kuvaus erittäin hyvä hyvä kohtalainen huono erittäin huono Taulukko Kalliolaatu Q-luvun perusteella. Kallion laatuluokka Q-Iuku A Poikkeuksellisen hyvä (Exceptionally good) Erittäin hyvä (Extremely good) Varsin hyvä (Very good) B Hyvä (Good) 0-40 c Kohtalainen (Fair) 4-0 D Heikko (Poor) - 4 E Hyvin heikko (Very poor) 0.- F Erittäin heikko (Extremely poor) G Poikkeuksellisen heikko (Exceptionally poor) Tässä työssä kallion luokittelussa päädyttiin kuvailevaan, empiiriseen tarkastelutapaan. Luokittelu tehtiin läpinäkyvästi siten, että kallion rakennettavuusolosuhteet ovat jäljitettävissä kallioperän yksittäisiin ominaisuuksiin. Lisäksi tehtiin vertailukelpoisuuden vuoksi NGI-luokitus. Se valittiin siksi, että NGI-luokitus (Q-luku) on kansainvälisesti tunnettu ja se huomioi kallioperän jännitystilan ja pohjaveden paineen, jotka ovat kumpikin tärkeitä ominaisuuksia syvällä sijaitsevien kalliotuoneleiden rakennettavuuden kannalta. Q-lukua käytettiin myös lujitettavuuden arviointiin. Tehdyn kallioluokituksen tavoitteena on ollut loppusijoituspaikkojen kalliotutkimustietojen systemaattinen analysointi rakennettavuuden kannalta. Tarkoituksena ei ole ollut uuden kallioluokitusmenetelmän kehittäminen. Rakennettavuusluokitus perustuu pääasiassa kallionäytekairauksiin ja kairanrei'issä tehtyihin tutkimuksiin, mutta myös pintatutkimustuloksia on käytetty. Yhtenä olennaisena lähtötietona on lisäksi käytetty kalliomallia.

39 Kallion luokitteluparametrit Luokitteluun mukaan otettujen kallio-ominaisuuksien valintaperusteena oli niiden kokemusperäisesti arvioitu merkittävyys kalliotilojen rakennettavuoden kannalta. Luokiteltaviksi kallio-ominaisuuksiksi valittiin ) kallion laatutekijät, 2) jännitystila, 3) pohjavesikemia ja 4) kalliotekniset ominaisuudet. Näitä kuvaavat luokitusparametrit on esitetty taulukossa Kallion laatutekijät ryhmiteltiin kivilajiominaisuuksiin, rakoiloominaisuuksiin ja hydrogeologisiin ominaisuuksiin (taulukko 3.2-). Näiden avulla määriteltiin lisäksi kallion rakennetyyppi, joka kuvaa kalliolaatua sen merkittävimpien rakennettavuoteen vaikuttavien laatutekijöiden avulla (taulukko 3.2-2). Rakennetyypeistä kiinteä kallio, rikkanainen kallio ja ruhjeinen kallioovat toisensa poissulkevia rakennetyyppejä. Ne kaikki luokiteltiin myös vettäjohtavaksi kallioksi, jos niiden vedenjohtavuus K;::: le-8 m/s. Taulukko Loppusijoituskallion luokitusparametrit.. Kallion laatutekijät 2. Jännitystila 3. Pohjavesi- 4. Kalliotekniset kemia ominaisuudet A. Kivilajiominaisuudet: - suurin vaaka- - ph - porattavuus - mineraalikoostumus jännitys ( O'H) - liuskeisuusaste,- hiilidioksidi - räjäytettävyys - raekoko - pienin vaaka- (vapaa) - rapautumisaste jännitys ( crh) - murskattavuus - lujuusominaisuudet - ammonium - lämpötekniset ominaisuudet - pystyjännitys (crv) - lujitettavuus - magnesium B. Rakoiluominaisuudet: - lujuus-jännitys- - päärakosuuntien lukumäärä suhde (UCS/crH) - sulfaatti - rakotiheys - rakopituus - kloridi - rakojen kitkaominaisuudet - rakoavauma, - radon C. Hydrogeologiset ominaisuudet: - vedenjohtavuus - tiivistettävyys - arvioitu vuotovesimäärä D. Rakennetyyppi

40 33 Taulukko Kallion rakennetyypit. Kallion rakennetyyppi Kiinteäkallio Rakennetyypin kuvaus - kivilajiominaisuudet voivat vaihdella vapaasti, lukuunottamatta rapautumisastetta - kivi rapautumatonta tai korkeintaan melko runsaasti rapautunutta (Rp-2)! - rakotiheys vaihtelee harvarakoisesta runsasrakoiseen - kairausnäytteen rakoluku on enintään 0 kpl/m - rakojen jakamien kalliolohkojen koko on vähintään 30 dm 3 - Rikkonainen kallio - rakojen jakamien kalliolohkojen koko on pienempi kuin 30 dm 3 - tiheimmän rakosuunnan rakoväli on alle 0. m - kairausnäytteen rakoluku on suurempi kuin 0 kpllm - rakojen täytteisyys on vähäistä Ruhjeinen kallio i - rakojen jakamien kalliolohkojen koko on pienempi kuin 30 dm 3 V ettäjohtava kallio - tiheimmän rakosuunnan rakoväli on alle 0. m - kairausnäytteen rakoluku on suurempi kuin 0 kpl/m - raoissa on savitäytettä tai kalliosavea esiintyy runsaasti - kivi voimakkaasti rapautunutta (Rp2, Rp3) - kiinteä, rikkanainen tai ruhjeinen kallio, jonka vedenjohtavuus K E-8 m/s Kallion jännitystilaa varsinaisesti kuvaavia parametreja ovat suurin ja pienin vaakajännitys ja vertikaalijännitys. Luokituksen kannalta tärkein tunnusluku on kuitenkin kiven yksiaksiaalisen puristusmurtolujuuden suhde suurimpaan vaakajännityksen eli lujuusjännityssuhde. Pohjavesikemian parametrien valinta perustui muiden kuin radonin osalta betonitekniikassa tunnettuihin kemiallisiin riskitekijöihin (Suomen Betoniyhdistys 992, Leinonen 997). Radon otettiin mukaan, koska säteilylaki edellyttää sen huomioimista työpaikkojen hengitysilmassa. Kallioteknisistä ominaisuuksista porattavuus, räjäytettävyys ja murskattavuus riippuvat paljolti kivilajiominaisuuksista. Lujitettavuus riippuu pääasiassa kallion rakoiluominaisuuksista, hydrogeologisista ominaisuuksista, lujuudesta ja jännitystilasta.

41 Rakennettavuusluokat Kallio luokiteltiin rakentamisen kannalta merkittäviksi arvioitujen kallioparametrien avulla. Kaikki tarkastellut luokitusparametrit luokiteltiin kolmeen rakennettavuusluokkaan: normaaliin, vaativaan ja erittäin vaativaan (taulukot ). Normaali-luokkaan kuuluu kallio, jossa tilat voidaan rakentaa normaaleja kalliotiloissa käytettyjä rakennusmenetelmiä, materiaaleja ja työtehoja käyttäen, ottaen kuitenkin huomioon kohteen vaativuuden. Esimerkiksi räjäytettävyyden ja lujitettavuuden osalta tämä merkitsee tunnelilouhintaa päätylouhintana poraus-räjäytysmenetelmällä 4-5 m katkonpituudella ja kallion lujittamista pulteilla ja ruiskubetonilla pääasiassa louhinnan jälkeen. Vaativa-luokkaan kuuluu kallio, jossa tilojen rakentamisessa joudutaan käyttämään merkittävästi normaalia kalliimpia menetelmiä ja materiaaleja, työ hidastuu merkittävästi tai työturvallisuusriskien hallintaan joudutaan panostamaan merkittävästi normaalia enemmän. Esimerkiksi räjäytettävyyden ja lujitettavuuden osalta tämä merkitsee tarvittaessa esi-injektointia, tunnelilouhintaa päätylouhintana poraus-räjäytysmenetelmällä 3-4 m katkonpituudella, kallion välitöntä lujitusta jokaisen louhintakatkon jälkeen ja lopullista lujitusta pulteilla ja paksuhkolla ruiskubetonilla louhinnan jälkeen. Taulukko Loppusijoitustilojen rakennettavuusluokat kallion kivilajiominaisuuksien perusteella. Kivilaji ominaisuus/ Normaali Vaativa Erittäin vaativa Luokka Mineraalikoostumus tavalliset kivilajeja voimakkaasti paisu- voimakkaasti paisuvien muodostavat mine- vien savimineraalien savimineraalien erittäin raalit merkittävä pitoisuus merkittävä pitoisuus Liuskeisuusaste suuntautumaton - koh- voimakas liuskeisuustalainen liuskeisuus- aste aste Raekoko hieno - karkea tiivis.. Rapautumisaste rapautumaton tai vä- runsaasti rapautunut runsaasti- täysin rapauhän rapautunut kivi- kivilaatu (Rp2) tunut kivilaatu (Rp2-3) laatu (Rp0-) ! n ,._ - - n Lujuusominaisuudet <Jucs ;::: 00 MPa <Jucs =50-00 MPa <Jucs <50 MPa Lämpötekniset omi- K > 2.5 Wm- K- naisuudet K = Wm- K- K < 2.0 Wm- K-

42 35 Erittäin vaativa -luokkaan kuuluu kallio, jossa toteutuksessa joudutaan käyttämään erittäin paljon normaalia kalliimpia menetelmiä ja materiaaleja, työ hidastuu erittäin merkittävästi tai työturvallisuusriskien hallintaan joudutaan panostamaan erittäin merkittävästi normaalia enemmän. Esimerkiksi räjäytettävyyden ja lujitettavuuden osalta tämä merkitsee tarvittaessa esi-injektointia ja ennakkolujitusta, tunnelilouhintaa päätylouhintana poraus-räjäytysmenetelmällä -3m katkonpituudella, kallion välitöntä lujitusta jokaisen louhintakatkon jälkeen ja lopullista lujitusta järeällä teräsbetonirakenteella joko ruiskuttamalla tai paikallavaluna. Taulukko Loppusijoitustilojen rakennettavuusluokat kallion rakoiluominaisuuksien perusteella. Rakoiluominaisuus/ Normaali Vaativa Erittäin vaativa Luokka Päärakosuuntien tai enemmän lukumäärä Rakotiheys RQD=5-00 RQD = RQD = Rakopituus <5m 5-0m >0m Kitkaominaisuudet Jr = Jr =.0 Jr = 0.5 (karkeus, muuttunei- Ia = Ja= Ja= suus ja kitkakulma) <> 5 5 <> 7 <> < 70 Avauma ei täytettä tai kova kova täyte > 5 mm tai pehmeä täyte > 5 mm, täyte< 5 mm pehmeä täyte < 5 mm erityisesti paisuva savi Taulukko Loppusijoitustilojen rakennettavuusluokat m syvyydellä kallion hydrogeologisten ominaisuuksien perusteella. Hydrogeologiset omi- Normaali Vaativa Erittäin vaativa naisuudet/luokka _ Vedenjohtavuus - K < E-9 m/s - K = E-9 - E-8 m/s - K> E-8 m/s - ei lainkaan tai vain -joitakin vettäjohtavia - kohtalaisesti tai harvoja vettäjohtavia rako ja runsaasti vettäjohrako ja tavia rakoja Tiivistettävyys - tiivis kallio, joka ei vaikeasti tiivistettävä erittäin vaikeasti tarvitse tiivistystä kallio, joka voidaan tiivistettävä kallio, (K::; E-9 rnls) tiivistää vedenjohta- jonka vedenjohtavuuteen E-8 rnls vuus tiivistettynätiivistää vedenjohta- - kallio, joka voidaan K> E-9 m/s kin on K> E-8 rnls vuuteen K::; E-9 m/s Vuotomäärä (litraa/ min/00 m tunnelia) < >20

43 36 Kuvailtaessa kallion rakennettavuutta tässä raportissa käytetyn rakennettavuusluokituksen avulla, joudutaan aina määrittelemään ne luokitusparametrit, joiden avulla kalliota kuvataan, koska ne voidaan valita tarpeen mukaan. Jos kalliolaatu halutaan kuvata mahdollisimman kattavasti esim. loppusijoitustilojen asemoinoin suunnittelua varten, se tulisi määritellä kaikkien luokitusparametrien avulla. Taulukko Loppusijoitustilojen rakennettavuusluokat tilatyypeittäin kallion rakennetyypin ja Q-luvun perusteella. Ominaisuus/Luokka Normaali Vaativa Erittäin vaativa Kiinteäkallio suuntaukseton - kohta- voimakkaasti suunlaisesti suuntautunut: tautunut: Rikkonainen kallio tunnelit ja kuilut tunnelit ja kuilut tunnelit ja kuilut Ruhjeinen kallio tunneit ja kuilut '- Vettäjohtava kallio tunnelit ja kuilut, kun tunneit ja kuilut, kun tunnelit ja kuilut, (vuotomäärä/00 m vuotomäärä vuotomäärä kun vuotomäärä tunneli pituutta) < 5 /min/00 m 5-20 /min/00 m > 20 /min/00 m Q-luku <0.04 Taulukko Loppusijoitustilojen rakennettavuusluokat tilatyypeittäin kallion lujuus-jännityssuhteen perusteella. Jännitystila/Luokka Normaali Vaativa Erittäin vaativa Stabiilikallio tunnelit ja kuilut crucsfcru > Mahdollinen hilseily tunnelit ja kuilut crucsfcru = 5 0 Kohtalainen hilseily crucsfcru = 3 5 Kallioräiske crucsfcru < 3 tunnelit ja kuiut tunnelit ja kuilut

44 37 Taulukko Loppusijoitustilojen rakennettavuusluokat pohjaveden kemiallisen koostumuksen perusteella. Pohjaveden koostumus/ Normaali Vaativa Erittäin vaativa Luokka ph -olosuhteet > <4.5 Sulfaatti (mg/) < > _ C02,!.apaa (mg/) < >60 - -r Ammonium (mg/) < >60 Magnesium (mg/) < > 500 Kloridi (mgll) < >4 000 Radon (Bq/) < >2000 Taulukko Loppusijoitustilojen rakennettavuusluokat kallioteknisten ominaisuuksien perusteella. Kalliotekninen omi- Normaali Vaativa Erittäin vaativa naisuus /Luokka Porattavuus helposti tai normaa- "k. Vai eastt porattava erittäin vaikeasti porat- Iisti porattava (esim. tiivisrakeinen tai tava (esim. ruhjeinen erittäin kova kivi) kallio) Räjäytettävyys helposti tai normaa- vaikeasti räjäytettävä erittäin vaikeasti räjäylisti räjäytettävä ( esim. voimakas suun- tettävä (esim. ruhjeinen tautuneisuus tai tiheä kallio) rakoilu) Murskattavuus helposti tai normaa- vaikeasti murskattava erittäin vaikeasti murslisti murskattava ( esim. voimakkaasti kattava (esim. ruhjeinen suuntautunut tai sitkeä kallio) kivi) Lujitettavuus kiinteä kallio, joka vaikeasti lujitettava erittäin vaikeasti lujitetei tarvitse normaalia (esim. vettäjohtava tava (esim. ruhjeinen järeämpää lujitusta kallio tai rikkanainen kallio, joka vaatii järeän kallio, joka vaatii välit- teräsbetonilujituksen) tömän lujituksen)

45 Alueelliset muuttujat Kallion luokitusparametrien jakautumista eri rakennettavuusluokkiin tarkasteltiin parametrista riippuen viiden alueellisen muuttujan suhteen (taulukko 3.4-). Niistä kivilaji ja syvyys valittiin, koska ne tiedettiin kokemusperäisesti merkittäviksi eräiden luokitusparametrien osalta. Samoin kalliomallin jako kiinteään kallioon ja rakenteisiin valittiin siksi, että se sisältää tulkinnan "hyvään" ja "huonoon" kallioon. Monen luokitusparametrin osalta rakenteet tarkasteltiin erikseen niiden keskinäisten erojen selvittämiseksi. Lohko- ja reikäkohtaisella tarkastelulla tutkittiin luokitusparametrien alueellista jakautumista kalliotilavuudessa. Reikäkohtaisesti tarkasteltiin vain rakennetyyppi ja Q-luku. Päätös siitä, minkä muuttujan suhteen kukin luokitusparametri tarkasteltiin, tehtiin osin kokemusperäisesti, ja osin tutkimusaineiston riittävyyteen ja edustavuuteen perustuen. Kivilajiominaisuuksia tarkasteltiin pääasiassa kivilajeittain. Rapautuneisuutta tarkasteltiin myös muiden alueellisten muuttujien suhteen, lukuunottamatta tarkastelua rei'ittäin. Rakoiluominaisuuksia tarkasteltiin yleensä neljän eri muuttujan (kivilaji, syvyys, kiinteä kallio/rakenne, lohko) suhteen. Päärakosuuntien lukumäärää tarkasteltiin kivilajeittain kahden pääkivilajin suhteen, ja rakojen kitkaominaisuudet sekä kivilajeittain että kiinteän kallion/rakenteiden suhteen. Hydrogeologisista ominaisuuksista kiinteän kallion vedenjohtavuus tarkasteltiin kivilajeittain, syvyyksittäin ja lohkoittain. Tiivistystarve tarkasteltiin kiinteän kallion osalta syvyyden suhteen. Rakenteiden osalta tarkasteltiin sekä tiivistystarve että tiivistettävyys. Rakennetyyppi, joka pitää sisällään kivilajiominaisuudet, rakoiluominaisuudet ja hydrogeologiset ominaisuudet, luokiteltiin kaikkien muiden edellä mainittujen alueellisten muuttujien paitsi syvyyden suhteen. Jännitystila ja pohjavesikemia tarkasteltiin vain syvyyden suhteen. Kalliotekniset ominaisuudet tarkasteltiin yleensä kivilajeittain, lukuunottamatta lujitettavuutta, joka tarkasteltiin myös syvyyden ja kiinteän kallion/rakenteiden suhteen. NGI-luokituksen Q-luku tarkasteltiin kaikkien alueellisten muuttujien suhteen.

46 39 Taulukko Eri luokitusparametrien tarkastelu alueellisten muuttujien suhteen. KIR = kiinteä kallio/rakenne, X = riippuvuus tutkittu, (X) = riippuvuus tutkittu, mutta aineistoa ei esitetä raportissa tai se ei ole kattava. Parametri/ Alueellinen muuttuja Kivilaji Syvyys KIR Lohko Reikä Kivilajiominaisuudet: Mineraalikoostumus X Liuskeisuusaste X Raekoko X Rapautumisaste (X) (X) X X Lujuus- ja muodonmuutosomi- X naisuudet Lämpötekniset ominaisuudet X Rakoiluominaisuudet:! Päärakosuunnat (X) Rakotiheys X X X X Rakopituus X (X) (X) (X) Rakojen kitkaominaisuudet X X Rakoavauma X X X (X) Hydrogeologiset ominaisuudet: Vedenjohtavuus X X X (X) Kallion tiivistystarve ja tii vistet- X X tävyys Rakenne tyyppi: Kiinteä, rikkonainen ja ruhjeinen X X X X kallio Vettäjohtava kallio X X! Jännitys tila: Pääjännitykset X i Lujuus-jännityssuhde (X) X Pohjavesikemia: Pohjaveden ph X Sulfaatti pitoisuus X Vapaa hiilidioksidi X Ammoniumpitoisuus X Magnesiumpitoisuus X Kloridipitoisuus X Radonpitoisuus X Kalliotekniset ominaisuudet: Porattavuus X Räjäytettävyys X Murskattavuus X i Lujitettavuus X X X NGI-luokitus: Q-luku X X X X X

47 40

48 4 4 KALLION LUOKITTELU 4. Kivilajiominaisuudet 4.. Mineraalikoostumus Kivetyn kivilajit ovat porfyyrinen granodioriitti, porfyyrinen graniitti, granodioriitti, graniitti, gabro, amfiboliitti, kvartsimonzodioriitti ja myloniitti. Kivilajien sisällä on heterogeenisuutta, jolloin kivilaji vaihtelee paikoin voimakkaastikin. Kivilajien keskimääräiset mineraalikoostumukset ja keskihajonta (taulukko 4.-) on laskettu kairausnäytteistä tehtyjen ohuthiemääritysten perusteella (Lindberg & Paananen 989, 990, 992a, 992b, Gehör et al. 995, 996, 997, 998). Pienimmistä kivilajiyksiköistä on tutkittu vain vähän ohuthieitä. Kivilajien samankaltaisuuden vuoksi myloniitti ( ohuthie) ja kvartsimonzodioriitti (3 ohuthiettä) yhdistettiin porfyyriseen granodioriittiin. Ohuthiemääritysten koostumusvaihtelut on esitetty taulukossa Ainoastaan merkittävästi poikkeavat tulokset on jätetty laskuista pois (amfiboliittinen ohuthie porfyyrisessä granodioriitissa ja syeniittinen ohuthie gabrossa), jotta mallin mukaisen kivilajin perusaineksesta saataisiin parempi käsitys. Taulukko 4.-. Kivetyn kivilajien keskimääräiset mineraalikoostumukset ja keskihajonta ( sulkeissa). Kivilaji ( ohuthieiden lkm)/ Plagio- K vartsi Kalimaa- Kiilteet Amfi- Pyrok- Mineraalikoostumus (%) klaasi sälpä bolit seenit Porf. granodioriitti ( 65 kpl) 35 (8) 22 (9) 24 (3) 0 (5) 8 (5) 0 (0) Porf. graniitti (50 kpl) 27 (8) 3 (7) 34 (9) 5 (3) 3 (2) 0 () Granodioriitti (9 kpl) 4 (8) 28 (6) 24 (7) 5 (2) 2 () 0 (0) Graniitti (6 kpl) 7 (5) 33 (6) 44 (7) 4 () 2 () 0 (0) Amfiboliitti (3 kpl) 34 (7) 4 (7) 3 (3) 20 (2) 23 (8) 0 (0) Gabro (8 kpl) 43 (9) () () 5 (4) 4 (6) 4 (4) Taulukko Mineraalikoostumuksen vaihteluvälit Kivetyn kivilajeissa. Kivilaji ( ohuthieiden lkm)/ Plagio- Kvartsi Kalimaa- Kiilteet Amfi- Pyrok- Mineraalikoostumus (%) klaasi sälpä bolit seenit Porf. granodioriitti ( 65 kpl) Porf. graniitti (50 kpl) Granodioriitti (9 kpl) Graniitti (6 kpl) Amfiboliitti (3 kpl) Gabro (8 kpl)

49 42 Porfyyrisen granodioriitin modaalinen (tilavuus) koostumus vaihtelee tyypillisesti granodioriitista graniittiin ja kvartsimonzodioriittiin. Porfyyrisessä granodioriitissa on tavattu useita tiiviitä myloniittijaksoja sekä amfiboliittisulkeumia ja graniittisia juonia. Plagioklaasia on keskimäärin noin 35 %, kvartsia 20 %, kalimaasälpää 25 %, kiilteitä 0% ja amfiboleja 0 %. Lisäksi on tavattu paikallisesti epidoottiaja kloriittia. Porfyyrinen graniitti ja graniitti ovat modaaliselta koostumukseltaan tyypillisesti graniitteja. Molemmissa kivilajeissa on tavattu useita tiiviitä myloniittisia jaksoja sekä porfyyrisessä graniitissa lisäksi jonkin verran amfiboliitti- ja gabrosulkeumia sekä apliittija pegmatiittijuonia. Porfyyrisessä graniitissa plagioklaasia on keskimäärin noin 25 %, kvartsia 30 %, kalimaasälpää 35 % ja kiilteitä 5 %. Graniitissa plagioklaasia on keskimäärin noin 5 %, kvartsia 35 %, kalimaasälpää 45 %ja kiilteitä 5 %. Molemmissa kivilajeissa on tavattu muutama prosentti amfiboleja ja porfyyrisessä graniitissa yhdessä ohuthieessä pyrokseeneja. Granodioriitti vaihtelee modaaliselta koostumukseltaan graniitista granodioriittiin. Plagioklaasia on keskimäärin noin 40 %, kvartsia 30 %, kalimaasälpää 25 %, kiilteitä 5% ja amfiboleja 2 %. Gabrossa plagioklaasia on keskimäärin noin 45 %, kvartsia 0 %, kiilteitä 5 %, amfiboleja 5 %ja pyrokseeneja 5 %. Gabrossa on tavattu karkearakeisia graniittisia juonia. Amfiboliitissa plagioklaasia on noin 35 %, kvartsia 5 %, kalimaasälpää 5 %, kiilteitä 20 %ja amfiboleja 25 %. Paisuvahilaisia savimineraaleja on tavattu raoissa satunnaisesti kaikissa kairanrei'issä kaikilla syvyyksillä (Lindberg & Paananen 989, 990, 992a, 992b, Gehör et al. 995, 996, 997, 998). Kivetyn kallioperän kivilajit muodostuvat tavallisista kivilajeja muodostavista mineraaleista. Gabron amfiboli- ja pyrokseenipitoisuudet sekä amfiboliitin amfibolipitoisuus tekevät niistä muita kivilajeja sitkeämpiä. Mineraalikoostumuksensa suhteen Kivetyn kivilajit luokiteltiin rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan Liuskeisuusaste Liuskeisuusaste määritettiin tutkimusraporteissa esitettyjen kuvausten perusteella (Suomen Malmi Oy 988, 989a, 989b, 989c, 989d, Rautio & With 99, Jokinen & With 99, Rautio 994a, 994b, 994c, 994d, 996, 997a, 997b, Jokinen 995, Niinimäki 997, Lindberg & Paananen 989, 990, 992a, 992b, Gehör et al. 995, 996, 997, 998). Liuskeisuusastetta ei kuitenkaan pystytty määrittämään koko kairausnäytepituudelle, koska sitä ei ole kokonaan raportoitu. Keskimäärin liuskeisuusasteen yksiselitteinen määritys puuttuu noin 20 % matkalla. Porfyyrinen granodioriitti ja granodioriitti ovat liuskeisuusasteeltaan tyypillisesti suuntautumattomia - heikosti suuntautuneita (taulukko 4.-3). Vähäiset myloniittiosuudet porfyyrisessä granodioriitissa ovat voimakkaammin suuntautuneita. Porfyyrisen graniitin, graniitin ja amfiboliitin liuskeisuusaste vaihtelee suuntautumattomasta kohtalaisesti

50 43 Taulukko Tyypillinen liuskeisuusasteen vaihtelu Kivetyn kivilajeissa. Kivilaji Liuskeisuusaste Porfyyrinen granodioriitti suuntautumaton - heikko Profyyrinen graniitti heikko - kohtalainen Granodioriitti suuntautumaton - heikko Graniitti suuntautumaton - kohtalainen Gabro suuntautumaton Amfi boliitti heikko - kohtalainen suuntautuneeseen. Gabro on suuntautumatonta. Liuskeisuuden suhteen Kivetyn kaikki kivilajit luokiteltiin rakennettavuudeltaan normaali -luokkaan Raekoko Kivetyn kalliomallin kivilajien tyypilliset raekoot on esitetty taulukossa Raekoot arvioitiin tutkimusraporteissa esitettyjen kivilajikuvausten perusteella (Lindberg & Paananen 989, 990, 992a, 992b, Gehör et al. 995, 996, 997, 998). Porfyyrisen granodioriitin ja porfyyrisen graniitin raekoko vaihtelee keskirakeisesta karkearakeiseen ollen valtaosaltaan karkearakeista. Graniitin ja granodioriitin raekoko vaihtelee hienorakeisesta karkearakeiseen ollen valtaosaltaan keskirakeista. Näissä kivilajeissa esiintyvät myloniittiset jaksot ovat raekooltaan enimmäkseen tiiviitä. Gabro on raekooltaan keskirakeista ja amfiboliitti vaihtelee tiiviistä keskirakeiseen ollen pääosin keskirakeista. Raekoon osalta Kivetyn kivilajit luokiteltiin rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan. Taulukko Kivetyn kivilajien raekoko. Symbolien lukumäärä kuvaa esiintymisrunsautta ( ooo = valtaosa, oo = noin puolet ja o =jonkin verran). Kivilaji/Raekoko Tiivis Hieno Keski Karkea (<< mm) (< mm) (- 5 mm) (> 5 mm) - Porfyyrinen granodioriitti Porfyyrinen graniitti Graniitti G ranodioriitti Gabro 000 Amfiboliitti

51 Rapautumisaste Rapautuneisuusaineisto kerättiin sijoituspaikkatutkimusten tutkimustiedon digitaalisesta arkistosta (TUTKA). Aineistoa oli Kivetyn kairanrei'istä KR - KR5 ja KR7 - KR3. Aineisto jaettiin analysointia varten yhden metrin tarkastelujaksoihin. Lohkoihin kuuluvan kiinteän kallion yhteenlaskettu havaintopituus (kairametrien määrä) oli 60 m. Tämän lisäksi oli sisäisiä rakenteita 452 m ja lohkoja jakavia tai rajaaviarakenteita 467 m. Aineistoa oli kaikkiaan viidestä lohkosta (aineisto puuttuu kokonaan lohkosta ). Lohkojen rajaaman aineiston jakautuminen tutkimusalueelia on esitetty kuvassa 4.-. Siitä voidaan todeta, että aineistoa on alueen tilavuuteen nähden niukalti ja aineiston vähän rapautuneet osueet liittyvät pintakallioon. Kiinteä kallio on kokonaan rapautumatonta tai korkeintaan vähän rapautunutta kaikissa lohkoissa. Lohkokohtaiset rapautumisjakaumat eivät juurikaan eronneet koko alueen jakaumasta (taulukko 4.-5). Käytetty rapautumisasteen luokittelu on esitetty taulukossa Syvyystasoittain rapautuminen ei osoita minkäänlaista vaihtelua pintakalliota lukuunottamatta. Merkittäviä kivilajikohtaisia eroja ei rapautumisasteen osalta myöskään havaittu. Taulukossa 4.-7 on esitetty alueen kallion rakenteista ne syvyysvälit, jotka ovat vähintään luokkaa Rp -2. FT, PJä, , KiveRP.CV z Angle Above Horizon. 5 degrees Viewing Dlrectlon: 37 degrees Exaggeration: Zoom.2 Kuva 4.-. Rapautumisasteen jakautuminen Kivetyn tutkimusalueella, sisäiset rakenteet mukana, havaintopituus = 6463 m.

52 45 Rapautumisasteeltaan Kivetyn kallioperä on lähes yksinomaan rapautumatonta tai vähän rapautunutta ja sijoittuu siten rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan. Merkittävimmän poikkeuksen tekevät taulukossa 4.-7 esitetyt rakennelävistysosuudet, jotka sijoittuvat vaativa-luokkaan. Taulukko Kiinteän kallion rapautumisasteet lohkoittain, N = havaintopituus. Alue/Rapau- RpO Rp0- Rp Rp-2 Rp2 Rp2-3 Rp3 N tumisaste (%) (%) (o/o) (%) (o/o) (%) (%) (m) Koko alue Lohko Lohko Lohko Lohko Lohko Taulukko Rapautumisasteen luokittelu. Rapautumisasteen tunnus Rp3 Rp2-3 Rp2, Rp-3 Rp-2 Rp, Rp0-2 Rp0- RpO Rapautumisasteen kuvaus täysin rapautunut melkein täydellisesti rapautunut runsaasti rapautunut melko runsaasti rapautunut vähän rapautunut lievästi rapautunut rapautumaton Taulukko Kivetyn tutkimusalueen rakenteiden runsaimmin rapautuneet osueet. RX tarkoittaa mallintamattomia rakennelävistyksiä. Rapautumisaste/ Rakenne Reikä Syvyysväli Lohko Sijainti Runsaasti tai melko RX KR runsaasti rapautunut RX KR jakava rakenne (Rp-2 tai Rp2) R29 KR , 79-80, jakava rakenne , R29 KR , jakava rakenne

53 Lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet Kivetyn tutkimusalueelta on määritetty kuormituskokeilla laboratoriossa kivilajien lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksia (taulukko 4.-8) kairanrei'istä KR - KR3, KR4- KR6 ja KR0 syvyysväliltä m (Matikainen & Simonen 992, Kuula 994, Johansson & Autio 995, Heikkilä & Hakala 998, Eloranta & Hakala 998). Porfyyrisessä granodioriitissa ja graniitissa on tehty selvästi eniten määrityksiä. Lujuuden suhteen graniitti ja porfyyrinen granodioriitti ovat melko homogeenista materiaalia. Kimmo-ominaisuuksien ja lujuusarvojen mittaustulokset noudattivat hyvin normaalijakaumaa. Graniitin huippulujuuden keskihajonnan 95 % luottamusväli on MPa ja porfyyrisen granodioriitin 5-52 MPa. Porfyyrinen granodioriitti ja graniitti menettävät kuormituskokeiden perusteella suurimman osan lujuuttaan välittömästi huippulujuuden jälkeen. Molemmissa kivilajeissa murtuminen alkoi joko aksiaalisten halkeamien yhtyessä tai koesylinterin sivujen hilseilyn edettyä riittävän pitkälle. Suoritetut kolmiaksiaalikokeet 5 MPa sivupaineelia osoittavat porfyyrisen granodioriitin ja graniitin lujuuden lisääntyvän selvästi sivupaineen funktiona (kuvat 4.-2 ja 4.-3). Vedellä kyllästetyt näytteet antavat graniitille keskimäärin noin 0% pienemmän lujuuden kuin kuivat näytteet. Sen sijaan kosteuden vaikutusta lujuuteen ei porfyyrisella granodioriitilla todettu. Taulukko Kivetyn kivilajien lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet. Tulokset ovat keskiarvoja, suluissa keskihajonta, N = näytemäärä. Näytekoko vaihtelee välillä mm. Kivilaji/ Huippu- O'cd O'cj Veto- Kimmo- Poisson Ominaisuus lujuus O'ucs lujuus lujuus lujuus O't kerroin E luku v (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (GPa) Porfyyrinen granodioriitti (7.2) (4.5) (6.9) (.4) (9.2) (0.05) N=23 N= 9 N= 9 N=25 N=33 N=33 Graniitti (22.2) (8.7) (7.) (2.3) (4.5) (0.03) N= 6 N= 4 N= 4 N=20 N=30 N=30 Porfyyrinen graniitti (35.) (9.3) (34.0) (2.8) (0.05) -----l- Gabro N=6 N=3 N=3 N=6 N=6 (46.7) (3.3) (0.06) N=3 N=3 N=3 cr 0 cs lujuus = yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus, huippulujuus crcd lujuus = jännitystaso, jossa hallitsematon mikrorakoilu kivessä alkaa crci lujuus = jännitystaso, jossa mikrorakoilu kivessä alkaa vetolujuus at = määritetty Brasilian kokeella, suora vetokoe (N = 0) antoi graniitille 8.4 MPa

54 47 Laboratoriokokeiden lisäksi tutkimusreikien kairausten yhteydessä on määritetty noin 30m välein kairansydämen puristusmurtolujuus (crucs) ja kimmo-ominaisuudet (E, v) Rock Tester -kenttämittauslaitteella. Näiden mittaustulosten hajonta on yleensä suuri, ja määritystapaa voidaankin pitää vain suuntaa-antavana. Rock Tester -näytteiden kivilajit on oletettu kalliomallin mukaisiksi. Rock Testerillä määritetyt puristusmurtolujuudet on esitetty taulukossa Suoritettujen lujuusmääritysten perusteella voidaan Kivetyn tutkimusalueen kivilajit jakaa kolmeen ryhmään lujuusominaisuuksiensa perusteella (taulukko 4.-0). Pääpaino taulukon tuloksissa on laboratoriomäärityksillä. Lujuuden suhteen kivilajit luokiteltiin rakennettavuudeltaan normaali -luokkaan. Taulukko Kivetyn kivilajien puristusmurtolujuus (keskiarvo) Rock Tester -laitteistolla määritettynä. Kivilaji/Lujuus Lujuus O'ucs Keskihajonta Näytemäärä (MPa) (MPa) (kpl) Porfyyrinen granodioriitti, granodioriitti Graniitti, porfyyrinen graniitti, gabro Amfiboliitti Taulukko Kivetyn kivilajien puristusmurtolujuuden vaihteluväli. Tulos on tulkittu lujuusmääritysten perusteella. Kivilaji Puristusmurtolujuus O'ucs (MPa) Porfyyrinen granodioriitti, granodioriitti Graniitti, porfyyrinen graniitti, br Amfiboliitti 30-80

55 c;; D.. tn 50 ::::J ::::J '5'...J 00 CO-lujuus/märkä.X Sivupaine (MPa} Kuva Porfyyrisen granodioriitin puristuslujuus kosteuden ja sivupaineen funktiona Huippulujuus/märkä Ci ::!: -::s "' 200 ::s ::s -..J 50 Huippulujuus/kuiva CO-lujuus/märkä.X 00 Cl-lujuus/märkä _, r r r Sivupaine (MPa) Kuva Graniitin puristuslujuus kosteuden ja sivupaineen funktiona.

56 Lämpötekniset ominaisuudet Kivetyn tutkimusalueen kivilajeista on määritetty laboratoriossa lämpöteknisiä ominaisuuksia (taulukko 4.-) kairanrei'istä KR- KR6 syvyysväliltä m (Kjrholt 992, Kukkonen & Lindberg 995, 998). Lämpötilamittausten mukaan lämpötila on kallion yläosissa noin 6 oc ja 500 m syvyydessä noin 9.3 oc (Okko et al. 995). Laskennalliseksi arvoksi lämpötilalle syvyystasolla 500 m on saatu 9.2 oc (Paulamäki & Paananen 995). Lämpötilagradientin vaihteluväli on 500 m syvyydellä C/00 m (Vaittinen et al. 988, Okko et al. 990, Okko et al. 995). Kivilajien lämmönjohtavuus on laskettu niiden keskimääräisen mineraalikoostumuksen (taulukko 4.-) ja mineraalien lämmönjohtavuuksien perusteella. Lämmönjohtavuuden perusteella on vastaavasti laskettu kivilajien diffusiviteetti, kun lisäksi on tunnettu niiden tiheys ja mineraalien ominaislämpökapasiteetti (taulukko 4.-2). Lasketut lukuarvot antavat kivilajeille lämmönjohtavuuden maksimiestimaatin (aritmeettinen keskiarvo) ja minimiestimaatin (harmooninen keskiarvo). Laskettu lämmönjohtavuuden harmooninen keskiarvo vastaa suhteellisen hyvin mitattuja arvoja. Taulukko 4.-. Kivetyn kivilajien mitatut lämpötekniset ominaisuudet. Tulokset ovat keskiarvoja, suluissa keskihajonta, N = näytemäärä. Kivilaji/ Lämmön- Lämpökapa- Diffusiviteetti Lämpölaajene- Parametri johtavuus siteetti (J/kgK) (m 2 /s) 0-6 miskerroin (W/mK) (0-6 oc-) Lämpötila-alue 20 C oc 20 oc 0-60 oc Porfyyrinen ) ) 8.7 granodioriitti (0.4) (0.2) (20.) (0.02) (0.05) (.6) N=6 N=22 N=8 N=2 N=5 N=3 Granodioriitti 3.0) (0.7) N=3 Graniitti/ ) ) - Porfyyrinen (0.02) (0.3) (4.0) (-) (0.03) graniitti N=2 N=33 N=2 N= N=2 Gabro (-) (74.3) (0.2) N= N =3 N= 3 ) Reiästä KR 0m välein otetut näytteet= reikäprofiilisarja 2) Laskettu arvo

57 50 Taulukko Kivetyn kivilajien lämmönjohtavuus (aritmeettinen ja harmoninen keskiarvo) ja diffusiviteetti keskimääräisen mineraalikoostumuksen perusteella laskettuna. Kivilaji/Parametri Lämmönjohtavuus (W /mk) Diffusiviteetti Arit. Harm. (m 2 /s) 0-6 Porfyyrinen granodioriitti Graniitti Gabro Amfiboliitti Kivilajien lämpötekniset ominaisuudet ovat riippuvaisia lämpötilasta. Lasketut lämmönjohtavuuden ja diffusiviteetin arvot on laskettu huonelämpötilassa. Lämpötila-alueella noin oc lämmönjohtavuus pienenee noin 0.4 W /mk, mikä on 0-5 % kiteisten kivien tyypillisestä lämmönjohtavuudesta, kun taas lämpökapasiteetti kasvaa vastaavalla lämpötila-alueella 0-20 %. Lämmönjohtavuuden suhteen Kivetyn happamet kivilajit, graniitti ja granodioriitti, luokiteltiin rakennettavuudeltaan pääsääntöisesti normaali-luokkaan. Emäksiset kivilajit, gabro ja amfiboliitti, luokiteltiin vaativa-luokkaan pienehkön lämmönjohtavuutensa vuoksi.

58 5 4.2 Rakoiluominaisuudet 4.2. Päärakosuunnat Tutkimusalueen pintakartoituksessa (kuva 4.2-, tutkimuskaivannot ja paljastumat) on havaittu kolme päärakosuuntaa: 00-40, ja (Paulamäki et al. 996). Ne ovat kaikki jyrkkäkaateisia. Myös yhdistetyissä ja korjatuissa rakoaineistoissa jyrkkäasentoiset raot ovat dominoivia, ja laiva-asentoisia päärakoluokkia on vähän (Paulamäki et al. 996). Kaikki suunnat on ilmoitettu magneettisina suuntina. Tutkimuskaivannoi ja paljastumat (N = 2390) Porfyyrinen granodioriitti (N = 379) Porfyyrinen ja tasarakeinen graniitti (N = 937) Kuva Kivetyn kaikkien pintarakojen sekä pääkivilajien rakoilun suuntajakaumat ( Paulamäki et al. 996). Ympyrän skaala on 5 %.

59 52 Kivilajeittain tarkasteltuna (kuva 4.2-) rakosuunoissa havaitaan pieniä eroja. Porfyyrisessä granodioriitissa on kahdesta kolmeen jyrkkäkaateista päärakosuuntaa, porfyyrisessä ja tasarakeisessa graniitissa kolme (Paulamäki et al. 996). Tutkimusalueen luoteisosassa, kairanreiän KR6B tuntumassa on tavattu huomattavan paljon myös laivaasentoista rakoilua. Kivetyn pääkivilajeissa havaittiin 2-3 rakosuuntaa. Tunnelimittakaavassa rakosuuntien lukumääräksi oletettiin kolme, joten kallioperä luokiteltiin rakosuuntien lukumäärän suhteen rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan Rakotiheys Rakotiheysaineisto kerättiin sijoituspaikkatutkimusten tutkimustiedon digitaalisesta arkistosta (TUTKA). Aineistoa oli kairanrei'istä KR- KR5 ja KR7- KR3 sekä tutkimuskaivannoista TK ja TK2. Aineisto jaettiin analysointia varten yhden metrin tarkastelujaksoihin. Lohkoihin kuuluvan kiinteän kallion yhteenlaskettu havaintopituus (kairametrienja kaivantopituuksien summa) oli 664 m. Tämän lisäksi oli sisäisiä rakenteita 47 m ja lohkoja jakavia tai rajaaviarakenteita 456 m. Rakotiheys on esitetty tutkimusaineistossa kpl/m arvoina (rakolukuna). Osa aineistosta korvattiin Kivetyn rakotietokannasta lasketuilla tiheysarvoilla. Rakotietokannan rakotiheydet ovat luotettavimpia, koska ne on tulkittu monella eri menetelmällä havaituista raoista. Lohkojen rajaaman aineiston jakautuminen alueella on esitetty kuvassa Siitä puuttuvat lohkojaossa käytetyt rakenteet, joissa myös on suuria rakotiheyksiä. Aineiston rakotiheydet on esitetty suoraan kairauksesta lasketun rakotiheyden mukaan. Tuloksissa ei ole huomioitu alueen rakosuuntien vaikutusta. Kiinteän kallion rakotiheysjakauma on esitetty kuvassa Lohkokohtaiset jakaumat eivät yleensä eronneet merkittävästi toisistaan (taulukko 4.2-). Lohkoissa 4 ja 5 runsasrakoisen kallion suhteellinen osuus on kuitenkin suurempi kuin muissa lohkoissa. Syvyyden suhteen rakotiheysaineisto jaettiin neljään tarkasteluväliin (taulukko 4.2-2). J akaumat olivat kaikilla syvyysväleillä likimain samanlaisia. Kiinteän kallion aineisto tarkasteltiin myös kivilajeittain (taulukko 4.2-2). Porfyyrinen granodioriitti on vähiten rakoillutta. Selvästi runsainta rakoilu on amfiboliitissa ja myloniitissa. Pääkivilajien väliset erot ovat kuitenkin suhteellisen vähäisiä. Rakenteiden rakotiheyttä arvioitiin reikämetriä kohti lasketun RQD-luvun avulla (taulukko 4.2-3). Rakenteiden jakautuminen eri rakotiheysluokkiin laskettiin sekä prosentuaalisesti, että metreinä (rakennelävistysten keskiarvo). Rakotihentymää pidettiin merkittävänä, jos sen keskimääräinen paksuus oli vähintään kolme metriä (noin yhden louhintakatkon pituus rikkanaisessa kalliossa). Laskentatapa ei ota kantaa siihen, ovatko rakotihentymät jakautuneet eri rakennelävistyksiin tasan tai ovatko ne kussakin rakennelävistyksessä yhtenä pidempänä vai useana lyhyenäjaksona. Kiinteäkallio luokiteltiin rakotiheyden suhteen rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan kivilajeittain, syvyysväleittäin ja lohkoittain tarkasteltuna. Rakenteet luokiteltiin yleensä

60 53 normaali-luokkaan. Merkittäviä vaativa-luokkaan luokiteltavia rakotiheysosuuksia oli rakenteissa R5 ja R29. Merkittäviä erittäin vaativa -luokkaan luokiteltavia rakotiheysosuuksia oli rakenteissa R5, R6 ja R29. Taulukko Kiinteän kallion rakotiheysjakauma lohkoittain ( N = havaintopituus ). Koko alue Lohko 2 Lohko 3 Lohko4 Lohko 5 Lohko 6 Alue/Rakotiheys(%) Harva- Vähärakoinen rakoinen (< kpvm) (- 3 kpvm) Runsas- Tiheä- N rakoinen rakoinen (m) (> 3-0 kpvm) (> 0 kpvm) z y Angle Above Horizon: 5 degrees Viewing Direction: 37 degrees Exaggeration: Zoom:.2 Kuva Rakotiheysaineiston jakautuminen Kivetyn alueella, sisäiset rakenteet mukana ( rakotiheys kpl/m, havaintopituus = 7085 m).

61 54 Taulukko Kiinteän kallion rakotiheysjakauma syvyystasoittain ja kivilajeittain ( N = havaintopituus ). Syvyystaso ja Harva- Vähä- Runsas- Tiheä- N kivilaji/rako- rakoinen rakoinen rakoinen rakoinen (m) tiheys(%) (< kpvm) (- 3 kpvm) (> 3-0 kpvm) (> 0 kpvm) Syvyystaso: m m m >750m Kivilaji: Porfyyrinen granodioriitti Porfyyrinen graniitti Graniitti Granodioriitti Kvartsimaa sälpägneissi Amfiboliitti Myloniitti Gabro W '-" 22. () () = 20 i 0 5 l 3.3 i j m l 0 w 8.3 ; Rakotiheys (kpvm) i Kuva Kivetyn tutkimusalueen kiinteän kallion rakotiheysjakauma ( havaintopituus = 664 m).

62 55 Taulukko Kivetyn rakenteiden prosentuaalinen (suluissa keskimääräinen lävistyspituus metreinä) rakotiheysjakauma RQD-luvun perusteella arvioituna. RX = mallintamaton rakennelävistys, L = havaintopituus, N = kairauslävistysten lukumäärä. Rakenne/ RQD 5-00% RQD 26-50% RQD 0-25% L N Rakotiheys (0-7 kpllm) (7-27 kpllm) (> 27 kpllm) (m) (kpl) RX 92 (8) 4 (0) 4 (0) R4 00 (20) 0 (0) 0 (0) 20 RS 80 (79) 0 (0) 0 (0) 99 RS 97 (29) 3 () 0 (0) 30 R9 63 (3) 3 () 25 () 8 2 R0 74 (5) 2 () 5 (0) 9 3 R 84 (7) 4 (0) 2 () 25 3 R3 93 (24) 4 () 3 () 78 3 R5 00 (7) 0 (0) 0 (0) 33 2 R6 6 (9) 4 (2) 25 (4) 28 2 R7 00 (4) 0 (0) 0 (0) 4 R22 88 (7) 8 () 4 (0) 25 3 R23 67 (2) 33 () 0 (0) 3 R25 00 (0) 0 (0) 0 (0) 0 R26 33 () 33 () 33 () 3 R27 00 (8) 0 (0) 0 (0) 8 R28 00 (9) 0 (0) 0 (0) 9 R29 70 (39) 4 (8) 6 (9) Rakopituus Rakopituus perustuu maanpintapaljastumien (Paulamäki 988) sekä tutkimuskaivantojen TK (39m) ja TK2 (320m) geologiseen kartoitukseen (Paulamäki 994, 995) ja kairanreikien reikätutkatuloksiin (Carlsten 995, 996, Hellä et al. 997). Pitkiä rakoja on tutkittu vain reikäaineistosta. Maanpinta-ja kairanreikätietoja ei ole yhdistetty. Metriä pidemmät rakopituudet on mitattu paljastumista 0.5 m ja kaivannoista 0. m tarkkuudella. Kokonaan näkyvät raot on erotettu osittain näkyvistä, joiden todellista pituutta ei tunneta (Paulamäki 988). Maanpinnan havaintoja on lähinnä lohkaista 5 ja 6. Lohkojen sisäiset rakenteet ovat mukana, sillä tietoa rako- ja rikkonaisuusrakenteista on vain kaivannoista. Tutkimuskaivannoi ovat lohkossa 6. Kaivannon TK2 kartoitushetkellä peitossa olleista jaksoista ei ole jatkuvuus- ja rakopituustietoa. Maanpintatulokset edustanevat yleensä paremmin ehyttä kalliota kuin rikkanaista (kaivantoja lukuunottamatta) sekä enemmän jyrkkiä kuin Ioivia rakokaateita. Taulukossa on esitetty rakopituuden keskimääräinen jakautuminen eri lohkoissa ja kivilajeissa. Rakopituuksista tunnetaan %. Tunnettujen rakojen keskipituus on hieman pienempi kuin kaikkien rakojen. Suuret rakopituudet ovat aliedustettuja, koska rakojen pituusjakaumaan vaikuttaa paljastumien koko ja kaivantojen leveys.

63 56 Taulukko Paljastumienja tutkimuskaivantojen rakojen pituusvaihtelu (GR = graniitti, GRDR = granodioriitti, PGRDR porfyyrinen granodioriitti, N = rakohavaintojen lukumäärä). Aineisto/ Kaikki Osuus(%) Pituus Pituus Osuus(%) Muuttuja tiedossa% tunnettu Keskipi- alle yli Keski- alle yli tuus (m) 3m 3-Sm Sm pituus (m) 3m 3 -Sm Sm Kaikki (N = 370) (N = 508) _ L -"' Lohko (N = 4) (N =5) Lohko (N = 22) (N = 446) GR (N = 537) (N = 253) GRDR (N = 54) (N = 84)! PGRDR (N = 292) (N = 7) l Kivilajien tai lohkojen keskipituudet eivät juuri poikkea yleisestä trendistä. Tärkein päätelmä on, että valtaosa (79-92 %) raoista on alle 3m pitkiä. Pituusjakaumat vastaavat geologisessa kartoituksessa koko tutkimusalueen osalta aiemmin esitettyjä tuloksia (Paulamäki 988, 994, 995). Kairanrei' istä ei tunneta todellisia rakopituuksia. Reikätutkatuloksista ( Carlsten 99 5, 996) on tarkasteltu reiän ja heijastajan leikkauskulmasta sekä reiän projektiolla havaitusta heijastuspituudesta laskettuja todellisia heijastuspituuksia pitkin rakennetta (Hellä et al. 997). Tutkan avulla saadaan arvio vain pisimpien rakojen heijastuspituuksista. Tulokset ovat syväkallion rakotietokannasta (reiät KRl, KR3, KR5 ja KR0) tai laskettu vastaavasti tätä työtä varten (reiät KR2, KR8 ja KR9). Reiästä KR4 ei ole suuntaavaa tutkamittaus ta, reiän KR6B tuloksia ei käsitellä tässä yhteydessä, ja rei' issä KR 7 sekä KR - KR 3 ei ole suoritettu tutkamittaus ta. Tutkaheijastukset voivat olla esim. paikallisia rakovyöhykkeitä, erityisen jatkuvia ja selväpiirteisiä yksittäisiä rakoja, tai osia laajemmista vyöhykkeistä. Havaittavuuden edellytyksenä on riittävä laajuus ja kontrasti ympäristöön nähden. Kivetyn alueella tutka ei havaitse heijastajia kaikista rei'issä sijaitsevista rakenteista, mikä voi johtua vyöhykkeiden epäedullisesta leikkauskulmasta tai todellisten heijastuspintojen puuttumisesta. Heijastusten lähdettä ei tiedetä tutkamittausten perusteella, eikä sitä ole erikseen selvitetty. Tutkaheijastuspituudet on rinnastettu rakopituustietoon. Heijastusjäljen pituus riippuu rakopituudesta, tutka-aallon tunkeutumisesta (Kivetyssä 60 MHz, m), leikkauskulmasta (reiän suuntaiset pisimpiä, yli Ieikkaavia

64 r ei havaita) sekä rakenneominaisuuksista (sähkönjohtavuus, paksuus). Tulos on ilmoitettu leikkauskohdan lohkossa myös heijastuksen ulottuessa useaan lohkoon, ja heijastusjäljen sijaintisyvyyden lohkossa leikkaussyvy)den ollessa reiän jatkeena. Heijastusten pituuden ja esiintymistiheyden perusteella on kuvattu merkittävien rakenteiden jakaumaa lohkoittain, kivilajeittain ja syvyysväleittäin sekä lohkojen sisäisten rakenteiden että kiinteän kallion osalta. Pituusvaihtelua ei voida sellaisenaan käyttää kallion luokitusominaisuutena, koska se riippuu myös havaintogeometriasta. Esiintymistiheys on mukana tässä luvussa antamassa viitettä suurten heijastuspituuksien yleisyyden vaihtelusta. Suuntauksen vaikutusta ei ole käsitelty. Lohkoihin 2, 4 ja 6 sisältyy sisäiset vyöhykkeet mukaan lukien 278 tutkaheijastajaa, eniten lohkossa 6 ( 98). Heijastuspituuksista 4% on alle 0m, yleisimpien pituusluokkien (25-28 %) ollessa 0-20m ja 20-30m. Heijastuspituuksista 76% keskittyy välille 0-50 m. Heijastusten keskipituus on 37m ja vaihteluväli 4-50m. Tyypilliset 0-40 m heijastuspituudet ovat merkittävästi suurempia kuin paljastomilta mitattujen rakojen keskipituudet ja viittaavat todellisten pitkähköjen rakojen olemassaoloon. Havainnot ovat kuitenkin pieni osa kokonaisrakoilusta, ja tuskin nostaisivat syvän kallion rakojen keskipituutta, joka lienee siten maanpintatietojen mukainen. Heijastajia esiintyy keskimäärin 5m välein, mutta keskinäiset välit vaihtelevat laajasti (0-97 m), ollen enimmäkseen 0-30m (89 %). Viidessä reikäjaksossa etäisyydet ovat yli 50 m. Heijastajat ovat usein ryhmissä, joista moni sisältyy lohkojen sisäisiin rakenteisiin. Jaettuna 0m reikäjaksoihin, 50% kalliosta ei sisällä heijastajien leikkauskohtia, 38 % sisältää yhden leikkauskohdan ja 2 % kaksi tai useampia leikkauskohtia. Kiinteässä kalliossa heijastajien keskipituus (37m) ja esiintymistiheys (6.6 kpl/00 m) ovat likimain samansuuruisia kuin rakenteissa. Lohkojen väliset erot ovat pieniä, eikä niistä voida tehdä erityisiä päätelmiä ominaisuuksien vaihtelusta. Heijastajien keskipituus on suurin (44 m) kiinteän kallion pintaosissa, alle 00m syvyydessä, ja se näyttäisi pienenevän (28 m) syvemmälle mentäessä. Rakenteista heijastajien havaintoja on lähinnä ylimmältä syvyysväliltä (0-300m). Muilta tasoilta on kaksi havaintoa kultakin. Rakenteissa sijaitsevien heijastajien keskipituus alenee selvästi syvissä osissa. Samoin esiintymistiheys rakenteissa on suurin ja kiinteää kalliota suurempi ylimmän 300m alueella (9. kpvloo m). Tiedot voivat olla näennäisiä, koska havaintoja on niukasti ja yksittäiset vyöhykkeet kapeita. Kivilajeittain havaintoja on pääasiassa porfyyrisestä granodioriitista (5 %) ja porfyyrisestä graniitista (39 % ). Rikkonaisuusvyöhykkeiden havainnot ovat kahta lukuunottamatta pääkivilajeista. Keskipituudet ovat pääkivilajeissa m. Rakopituustiedon perusteella Kivetyn kallioperä luokiteltiin rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan. Paikallisesti tai rako- ja rikkonaisuusvyöhykkeissä voi esiintyä yksittäisiä pitkiä rakoja, mutta suurten rakopituuksien osuus ja esiintymistiheys on pieni.

65 Rakojen kitkaominaisuudet Rakojen kitkaominaisuuksia tarkasteltiin rakopintojen karkeuden CJr) ja muuttuneisuuden CJa) sekä suhteen Jr!Ja avulla. Funktio <> = tan- (Jr!Ja) approksimoi rakojen kitkakulmaa (Barton et al. 974). Tutkimusaineistona olivat kairanreiät KR - KR3. Rakopintojen karkeus ja muuttuneisuus määritettiin kairansydänmetriä kohti siten, että jokaista kairansydänmetriä edustamaan valittiin kitkaominaisuuksiltaan huonoin siinä oleva rako (rako, jonka Jr!Ja-suhde on pienin). Kitkaparametrien määritysperusteet on kuvattu tarkemmin luvussa 4.8. Rakojen kitkaominaisuuksien kivilajikohtainen tarkastelu tehtiin ilman rakenteita, jotka tarkasteltiin erikseen. Rakenteiden kitkaominaisuuksia tarkasteltiin kitkaparametrien CJr, Ja ja <!>) jakaumien avulla rakennekohtaisesti. Jos yksittäisestä rakenteesta oli useampia kairauslävistyksiä, niille laskettiin keskiarvo. Merkittävimmiksi arvioitiin ne rakenteet, joissa kitkaominaisuuksien suhteen vaativa-luokkaan tai erittäin vaativa -luokkaan luokiteltua kalliota oli keskimäärin kairauslävistystä kohti vähintään kolme metriä (taulukko ja liite ) eli noin yhden louhintakatkon pituudelta. Tarkastelutapa ei ota kantaa siihen miten kitkaominaisuudet ovat yhden rakennelävistyksen sisällä tai saman rakenteen eri kairauslävitysten välillä jakautuneet. Karkeusominaisuuksiltaan ja rakopintojen muuttuneisuudeltaan erilaisten rakotyyppien suhteelliset osuudet eivät juurikaan vaihtele syvyyden funktiona. Savimineraaleja, myös paisuvahilaisia, esiintyy rakotäytteenä satunnaisesti kaikissa kairanrei'issä kaikilla syvyyksillä (Lindberg & Paananen 989, 990, 992a, 992b, Gehör et al. 995, 996, 997, 998). Parametrien Jr, Ja ja <> vaihtelu kivilajeittain on esitetty kuvissa Porfyyrisessä granodioriitissa ja porfyyrisessä graniitissa valtaosa raoista on epätasaisia/ karkeita tai puolikarkeita (suurimittakaavainen/pienimittakaavainen karkeus), jolloin Jr saa arvon 3 (kuva 4.2-4). Parametrien Jr ja Ja arvoja vastaavat rako-ominaisuudet on esitetty taulukoissa ja Graniitissa ja gabrossa epätasaistenlkarkeiden ja puolikarkeiden rakopintojen (> 40 %) ohella esiintyy huomattavasti (> 30 %) tasaisia/ karkeita tai puolikarkeita ja/tai epätasaisialhaarniskapintaisia rakoja CJr =.5). Granodioriitissa ja amfiboliitissa jakauma on tasaisempi, ja tasaisialhaarniskapintaisia CJr = 0.5) tai tasaisia/sileitä rakoja ja/tai rakoja, joissa rakopinnat ovat irti toisistaan CJr =.0), on huomattavissa määrin. Granodioriitissa tällaisiarakojaon yhteensä yli 30% ja amfiboliitissa yli 50%. Kaikissa kivilajeissa huomattavassa osassa raoista Ja saa arvon 2, jolloin rakotäytteitä ei ole tavattu tai yksilöity, tai ne koostuvat pehmenemättömistä mineraaleista (kuva 4.2-5). Porfyyrisessä granodioriitissa ja porfyyrisessä graniitissa on lisäksi tavattu yli kolmasosassa raoista yhteenkasvettuneita rakopintoja, tiiviitä ja kovia rakotäytteitä tai kivi on ollut täysin ehjää CJa = 0.75). Pehmeneviä ja/tai pienen kitkan omaavia ohuita rakotäytteitä (Ja= 4) on porfyyrisessä granodioriitissa ja gabrossa tavattu lähes 0% raoista. Muissa kivilajeissa tällaisia rakotäytteitä on tavattu noin 5 % raoista. Ruhjeisia ja/tai savitäytteisiä rakoja, joiden täytepaksuus on yli 2 mm CJa = 8), on tavattu eniten gabrossa, noin 3 %.

66 59 Porfyyr. granodioriitti (2964 m) Porfyyrinen graniitti (2569 m) ::s "' ::s "' ::s 40 ::s 40 0 "' Jr Jr Granodioriitti (370 m) Graniitti (283 m) ::s "' ::s "' ::s ::s "' "' Jr Jr Gabro (55 m) Amfiboliitti (32 m) ::s "' "' ::s ::s ::s "' Jr Jr Kuva Kiinteän kallion rakopintojen karkeusluku (,) kivilajeittain. Suluissa ilmoitettu lävistyspituus. Porfyyrisessä granodioriitissa ja porfyyrisessä graniitissa kitkakulmat saavat tyypillisesti arvoja > 30 (kuva 4.2-6). Suuret <!>-arvot liittyvät yleensä reikäosuuksiin, joissa ei ole havaittu rakoja. Graniitissa ja gabrossa rakojen kitkakulmat keskittyvät pääasiassa välille 3-60 kun taas granodioriitissa ja amfiboliitissa valtaosassa raoista <> < 45 ja pieniä kitkakulmia (7-5 ) on huomattavissa määrin, amfiboliitissa peräti noin 35 %. Muissa kivilajeissa pieniä kitkakulmia on 2-6% raoista. Hyvin pieniä kitkakulmia (::=; 7 ) ei ole tavattu lainkaan.

67 60 Porfyyr. granodioriitti (2964 m) ""'"! :0 :::: Ja Porfyyrinen graniitti (2569 m) :: ---l J ! Ja OI I 8 00 Granodioriitti (370 m) Graniitti (283 m) VJ :::: :::: !... ; ! Ja "' :::: ' Ja Gabro (55 m) Amfiboliitti (32 m) """' VJ :::: :::: Ja 60 VJ :::: :::: Ja Kuva Kiinteän kallion rakopintojen muuttuneisuusluku ( la) kivilajeittain. Suluissa ilmoitettu lävistyspituus. Rakenteiden raot saavat tyypillisesti Ir-arvoksi.5 tai 3 (liite ), jolloin ne ovat epätasaisia tai tasaisia/karkeita tai puolikarkeita ja/tai epätasaisialhaarniskapintaisia (suurimittakaavainen/pienimittakaavainen karkeus). Rakenteissa R5, R8, Rll, R3, R5, R7, R25, R28 ja R29 on lävistetty merkittävissä määrin (keskim. 3 m/lävistys) tasaisia/sileitä tai haarniskapintaisia rakoja tai rakoja, joissa rakopinnat ovat kokonaan irti toisistaan, jolloin Ir = 0.5- (taulukko 4.2-5). Valtaosassa rakenteisiin kuuluvissa raoissa on tunnistettu rakotäyte, jota ei ole yksilöity kairausraportissa tai rakotäytteet ovat koostuneet pehmenemättömistä mineraaleista CJa = 2). Rakenteissa R28 ja R29 on tavattu merkittävästi pehmeneviä ja/tai pienen kitkan omaavia ohuita rakotäytteitä sekä ruhjeisia ja/tai savitäytteisiä rakoja, joiden täytepaksuus on yli 2 mm CJa = 4-8).

68 6,_._ Porfyyr. granodioriitti (2964 m) nrc n = no == lliii!iil...f--"--- r- 0 /') 0 0 ('<).0 "'t 0 - r.!...0 \0 ('<) '<t Kitkakulma ()) Granodioriitti (370 m) _ r Kitkakulma ()) Gabro (55 m) 70, " 0o0 oo o Wn n.o. o mn n O o O n o Oo OO >< _. J 60+ n n l ! """""---r- r- 0 r- 3.6 Kitkakulma ()) === 47. Porfyyrinen graniitti (2569 m) 40 :::l :::l : o:o 0 r- 0 r.!. Kitkakulma ()) Graniitti (283 m) 70, W -' - -, 60+ n n n n i n oo nn nn ><n n : :::l :::l o:o 0 r Kitkakulma ( )) Amfiboliitti (32 m) /') 0 0 ('<).0 r.!...0 ('<) '<t.0 Kitkakulma ()) Kuva Kiinteän kallion rakojen kitkakulma ( <!>) kivilajeittain. Suluissa ilmoitettu lävistyspituus. Valtaosa rakenteiden kitkakulmista on alle 60, ja tästä suuri osa on välillä 3-45 (liite ). Pieniä kitkakulmia (7-5 ) esiintyy merkittävästi rakenteissa R5, R7 ja R29. Hyvin pieniä kitkakulmia (:::; 7 ) ei kairansydännäytteissä ole tavattu. Kitkaparametrien suhteen kiinteän kallion kivilajit luokiteltiin yleensä rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan. Granodioriitissa rakojen karkeuden CJr) suhteen vaativaluokkaan luokiteltiin noin 5 % kalliosta ja amfiboliitissa noin 25 %, ja erittäin vaativa -luokkaan vastaavasti noin 5 %ja 30% kalliosta. Muissa kivilajeissa on Ir:n suhteen vaativa-luokan kalliota noin 4-2% ja erittäin vaativa -luokan kalliota alle 3 %. Rakopintojen muuttuneisuuden (Ja) osalta vaativa-luokan kalliota on vähiten graniitissa

69 62 Taulukko Kitkaominaisuuksien jakautuminen metreinä (keskimäärin yhtä lävistystä kohti) ja prosentuaalisesti ( sulkeissa) kitkaominaisuuksien suhteen merkittävimpien rakenteiden osalta. Täydellinen taulukko on esitetty liitteessä. Rakenne/ Jr = Jr = 0.5 Ja=4 Ja= 8 Ja= 0 <l> = 7-5 <l> = 0-7 kitkaom. vaativa eritt. vaativa vaativa eritt. vaativa eritt. (m (%)) vaativa vaativa vaativa! R5 5.0 (5.) R8 2.0 (6.7).0 (3.3) R,4.3 (52.0).0 (2.0) R3 2.0 (7.9) 3.0 (7.7) R5.5 (9.) 3.5 (2.2) 3.5 (2.2) R7 3.0 (75.0) 3.0 (75.0) R (20.0).0 (0.0) R (33.3) R29.3 (20.6) 4.0 (7.3).0 (.8).0 (20.0).6 (2.2) 0.7 (.2) (noin 4 %) ja eniten gabrossa (noin 3 % ). Muissa kivilajeissa Ia:n suhteen vaativaluokan kalliota on noin 5-8 %. Kitkakulman suhteen rakennettavuudeltaan vaativaluokan kalliota on amfiboliitissa noin 35 %, granodioriitissa noin 5 %ja muissa kivilajeissa 2-6 %. Rakenteet R4, R9, RIO, R6, R22, R23, R26 ja R27 sekä mallintamattomat rakennelävistykset (RX) luokiteltiin kitkaominaisuuksiensa perusteella rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan. Rakenteet R5, R8, R, R5, R25, R28 ja R29 luokiteltiin osittain vaativa-luokkaan ja rakenteet R3, R5, R7 ja R29 osittain erittäin vaativa -luokkaan Rakoavauma Rakoavaumien tarkastelussa on käytetty reikä-tv-tulkintoja (Stråhle 995, 996) sekä kairausraporttien rakoluetteloista (Suomen Malmi Oy 988, 989b, 989d, Rautio 994b, 994d, Jokinen 995), rakomineralogiatutkimuksista (Gehör et al. 995, 996) ja geofysiikan keilaintuloksista (Stråhle 995, 996, Siddans & Morecroft 995a, 995b, Lowit et al. 996) koottua syväkallion rakotietokantaa (Hellä et al. 997). Rakoavaumalla (rakoleveydellä) tarkoitetaan tässä raon vesi- ja mineraalitäytteen yhteenlaskettua leveyttä. Rakoavaumat perustuvat reikä-tv -kuvissa erottuvien rakojen tulkintoihin paikoissa, missä tulkinta on käytettävissä (Stråhle 995, 996). Korjaamattoman avauman IDinimiarvo on mittauksen erotuskyky, mm. Reikä-TV-kuvan perusteella ei voida erottaa täytepaksuutta avaumasta, eikä tehdä päätelmiä täytteen laadusta. A vaumat on ilmoitettu joko reikäakselin suuntaisina maksimiarvoina (reikä-tv -tulokset), tai kohtisuoraksi korjattuina arvoina rakotietokannasta (Hellä et al. 997). Korjatut ja korjaamattomat avaumat tarkasteltiin yhdessä. Rakotietokannan osalta mukana olivat lähtöaineistossa kaikki raot ja pelkän TV-tulkinnan osalta vain reikä-tv:ssä erottuvat

70 63 raot. Tuloksissa tarkastellaan lähinnä mitattavissa olevan avauman sisältävien rakojen jakaumaa. A vaumien lähtöaineisto eri reikäjaksoilta ilmenee taulukosta Kairausten ja rakomineralogian kartoitustiedot sisältävät eri tavoin kuvattuina rakotyypit ja paikoin täytepaksuuksia, mutta eivät rakoavaumaa. Siksi reikäjaksoja, joista on vain kartoitus tiedot, ei käsitellä tässä luvussa. Rakotietokantaa varten nämä tiedot on poimittu yhtenäisessä muodossa ja niitä hyödynnetään silloinkin, kun reikä-tv -tulkintaa ei ole saatavilla, vaikka tällöin tulosten edustavuus ei koske täytteettömiä suuria avaumia (taulukko 4.2-6). Rakoavaumia tarkasteltiin lohkojen kohdalle osuviita reikäväleiltä, joista on edellä kuvattuja havaintoja. Kaikkiaan näiltä jaksoilta on 3237 rakohavaintoa, joista rakotyypiltään ja avaumaltaan tunnettuja on 96 kpl (30 %). Näistä avoimia, täytteisiä tai rapautuneita rakojaon 79 kplja tiiviiksi nimettyjä rakoja 242 kpl. Tarkastelun ulkopuolelle jätettiin raot, joille avaumaksi on ilmoitettu 0 mm tai joille ei ole voitu mitata avaumaa. Tällaisia ovat täytteiset raot, rapautuneet raot ja avoraot 04 kpl (3 %) sekä tiiviit tai tyypiltään tuntemattomat raot 262 kpl (39 %). Tiiviiden rakojen avauma on käytännössä alle mm tai arvoa ei muutoin ole ilmoitettu. Taulukossa on esitetty keskeiset havainnot rakoavaumista koko tilavuuden, neljän syvyysvälin, kiinteän ja rikkanaisen kallion sekä kivilajien osalta. A vaumat keskittyvät alle 5 mm arvoihin. Keskiavauma olisi vielä selvästi pienempi, jos voitaisiin mitata ja lukea mukaan tiiviit raot. Yli 5 mm leveitä rako ja on 2 % mitatuista raoista (kaikista tarkasteluvälien raportoiduista raoista osuus on 3.4 % ). Avaumaltaan yli 20 mm rakoja on vain 7 kpl (.4 % mitatuista). Osa suurimmista mitatuista avaumista on lohkojen sisäisten rakenteiden kohdilta, joissa on rapaumaa ja hienoainesta sisältäviä rakoja tai rakotihentymiä, mutta suurehkoja mm avaumia on havaittu myös rakenteiden ulkopuolella. Taulukko Kivetyn kairanreikien rakoavaumien lähtöaineistot. Aineisto Kairanreiät (syvyysvälit) Rakotietokanta (Hellä et al. 997) KR ( ), KR3 ( >), KR5 ( >), KR0 ( )) Reikä-TV -tulkinta (Stråhle 995, KR (40-300, ), KR5 (40-300) 996) Yksityiskohtainen rakoavaumatieto KR2, KR3 (40-300), KR4, KR5 (40-40), KR6B, puuttuu KR7, KR8, KR9, KR0 (40-250), KR, KR2, KR3 ) KR3 ja KR0, tietokanta ei sisällä reikä-tv-tuloksia, joten avaumatieto puuttuu (rei'istä on dipmetertulos joka ei sisällä avaumatietoa) 2) Reikä-TV -tulkinta puuttuu rakotietokannasta KR5 väleiltä m ja m

71 64 Sisäisiin rakenteisiin kuuluvien rakojen keskiavauma on hieman suurempi kuin kiinteässä kalliossa. Molemmissa tapauksissa jakauman selvä huippu (88-90 %) on luokassa - 5 mm. Kuitenkin yli 5 mm leveitärakojaon suhteellisesti jopa enemmän kiinteässä kalliossa kuin rakenteissa. Sisäisissä rakenteissa keskimääräinen avauma vaihtelee välillä 0.7 mm ja 9 mm, ollen tyypillisimmin 3-5 mm eli noin.5-2 kertaa suurempi kuin kiinteän kallion keskiarvo. Pääosa rakenteiden suurista avaumista keskittyy rakenteisiin R9 ja R22. Suurten avaumien osuus vaihtelee, eikä se kaikissa rakenteissa poikkea kiinteän kallion arvoista tai voi olla jopa sitä pienempi. Syvyys näyttäisi vaikuttavan rakoavaumaan vain vähän sekä kiinteässä kalliossa että sisäisissä rakenteissa (taulukko 4.2-7). Rakenteissa keskiavauma on eri syvyyksillä enintään.5-kertainen kiinteään kallioon verrattuna. Valtaosa avaumahavainnoista koskee porfyyristä granodioriittia ja porfyyristä graniittia. Yli 5 mm leveiden rakojen osuus on muita kivilajeja selvästi suurempi granodioriitin rakenteissa ja myloniitin kiinteässä kalliossa. Viimeksi mainittujen näytemäärät tosin ovat pieniä. Taulukko Kivetyn rakoavaumien keskiarvot ja yli 5 mm avaumien osuus taulukon aineiston perusteella. Aineisto (havaintojen lkm)!rakoavauma Keskiavauma ( vaihte- Yli 5 mm luväli, mm) avaumat (%) Koko aineisto kaikki (96) 3. (0.- 99) 2 kiinteä kallio (785) 2.9 (0.- 84) 2 rakenteet (76) 3.8 (0.- 99) 0 Syvyys m kiinteä kallio (3) 3.5 (0.5-84) 5 rakenteet (77) 4.3 (.0-99) 9 - Syvyys m kiinteä kallio (6) 2. (0.- 34) 8 rakenteet (40) 3.2 (0.3-60) 8 Syvyys m kiinteä kallio (27) 2.8 (0.2-59) rakenteet (27) 3.8 (0.- 23) 5 _& Syvyys > 750 m kiinteä kallio (96) 2.6 (0.3-43) rakenteet (32) 3.3 (0.5-29) 9 Porfyyrinen kiinteä kallio (43) 2.8 ( ) 9 granodioriitti rakenteet (74) 2.7 (0.- 22) 7 Porfyyrinen kiinteä kallio (280) 2.9 (0.2-83) 5 graniitti rakenteet (57) 4.4 ( ) 9 - G ranodioriitti kiinteä kallio (23) 2.3 (0.3 - ) 3 rakenteet (9) 9. (0.4-60) 22 Graniitti kiinteä kallio (42) 2.2 (0.5- ) 7 Myloniitti kiinteä kallio (25) 5.6 (0.4-39) 28 rakenteet (36) 3.5 (0.5-29) 4

72 65 Rakoavaumatiedoista pääosa on lohkaista 4 ja 6, ja jonkin verran vähemmän lohkosta 2. Lohkon 3 havainnot ovat vähäisiä. Sisäisiä rakenteita havaintoihin sisältyy lohkossa 2 (35 % raoista) sekä lohkoissa 4 ja 6 (kummassakin 7 % raoista). Rakoavaumat ovat rakenteissa vastaavia kuin koko tilavuuden osalta, paitsi lohkossa 4, jossa avaumien keskiarvo ja yli 5 mm avaumien osuus ovat suurempia kuin muissa lohkoissa sekä kiinteän kallion että sisäisten rakenteiden osalta. Lohkon 4 havainnot ovat reikien KR ja KR5 keski- ja syvistä osista, joissa kivilaji on pääosin porfyyristä granodioriittia. Erona lohkoon 6, joka yltää myös pintaosiin on lähinnä myloniittien ja granodioriitin runsaampi esiintyminen, mikä selittänee tulokset. Keskimääräiset rakoavaumat vaihtelevat lohkoissa noin 3-5 mm välillä, ja yli 5 mm avaumia on 6-7 % raoista. Rakoavaumien perusteella Kivetyn kallioperä luokiteltiin rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan. Yli 5 mm avaumia esiintyy vähän, suhteellisesti eniten niitä on joissakin sisäisissä rakenteissa. Kallion pintaosissa avoin rakoilu ja merkittävät avaumat ovat vain hieman runsaampia kuin syvemmällä. Kivilajikohtaisesti granodioriitti ja porfyyrinen graniitti sekä erityisesti myloniitti erottuvat suuremman keskimääräisen rakoavauman vuoksi, samoin osa-alueista lohko 4.

73 Hydrogeologiset ominaisuudet 4.3. Kiinteän kallion vedenjohtavuus Vedenjohtavuuden arvioinnin lähtöaineistona on käytetty pääosin 2 m mittausvälillä tehtyjen virtauseromittausten tuloksia (Rouhiainen 996, Rouhiainen & Pöllänen 998), joita on täydennetty eräillä 2, 7, 0 ja 3m vakiopainekoetuloksilla (Hämäläinen 997a, 997b, 997c, 997d, 997e, 998a, 998b, Vahanne & Front 990). Kiinteän kallion vedenjohtavuus (K) vaihtelee täysin tiiviin ja eri menetelmien mittausalueen ylärajan välillä. Suurin mitattu vedenjohtavuuden arvo (K 2 m) on E-5 m/s ja pienin (Kz m) 5E- m/s. Suurin osa mitatuista arvoista on pienempiä kuin E- 0 m/s. Aineisto ryhmiteltiin syvyysriippuvuuden vaikutuksen analysoimiseksi syvyysväleille 0-300m, m, mja yli 750 m (kuva 4.3-). Pintakallio on syvyyteen 300m asti selvästi vettäjohtavampaa kuin syvemmällä sijaitseva kallio, jonka aineistosta yli 90% on vedenjohtavuudeltaan Kzm E-0 rnls. Kivilajin vaikutusta kiinteän kallion vedenjohtavuuteen tutkittiin neljän kivilajin, porfyyrisen granodioriitin, porfyyrisen graniitin, granodioriitin ja graniitin osalta (kuva 4.3-2). Kiinteän kallion aineistossa on lisäksi pieniä määriä amfiboliittia, gabroa ja myloniittia. 90% 80% % m,N= m, N = 969 _.,_ m, N = 52 > 750 m, N = 05 60% 50% r Vedenjohtavuus, log K (rnls) Kuva Kivetyn kiinteän kallion vedenjohtavuudet syvyystasoittain (N = 270).

74 67 A) 00% 00% 90% 95% 80% 90% 70% c 85% 4) 4) c c PORGRDR, N = 434 ;; 50% ;; 80% :s :s 40% 75% -*- PORGR, N = 368 "5 "' -*-PORGR, N = 58 "5 "' E 30% E 70% :::s -a-ardr, N= 20% :::s -a-ardr, N= 3 0% % GR, N=27 GR, N=6 0% 60% Vedenjohtavuus, log K (rnls) B) Vedenjohtavuus, log K (m/s) 00% 00% 99% 99% % 98% 97% 97% c c 4) 96% 4) 96%.s 95%.s > 95% --8- PORGRDR, N = 335 > =a 94% :s 94% --8- PORGRDR, N = 7 "5 "' 93% "5 "' E ---k- PORGR, N = 42 E 93% :::s 92% :::s -a- GRDR, N = 92% 9% a- GRDR, N = 37 9% k- PORGR, N = 2 90% 90% Vedenjohtavuus, log K (rnls) C) D) Vedenjohtavuus, log K (m/s) Kuva Kivetyn kiinteän kallion vedenjohtavuudet kivilajeittain syvyyksillä A) m, B) m, C) m ja D) > 750 m. PORGRDR = porfyyrinen granodioriitti, PORGR = porfyyrinen graniitti, GRDR = granodioriitti, GR = graniitti. Näiden kivilajien vedenjohtavuus on kuitenkin lähes aina pienempi kuin E-0 m/s. Kivilajeista porfyyrinen graniitti ja graniitti ovat muita kivilajeja vettäjohtavampia alle 500 m syvyydessä, kivilajien väliset erot ovat erityisen selvät pintakalliossa 300m syvyyteen saakka. Yli 500 m syvyydessä kivilajien välillä ei ole havittavissa merkittäviä eroja. Kivilajien välisiin eroihin on saattanut vaikuttaa syvyyden lisäksi kairanreikien sijainti suhteessa rikkonaisuusvyöhykkeisiin. Osa kairanrei' istä on kairattu nimenomaan rikkonaisuusvyöhykkeiden tutkimiseksi ja rikkonaisuusvyöhykkeen välittömässä läheisyydessä sijaitseva kallio on usein vettäjohtavampaa kuin etäämpänä sijaitseva kallio. Tästä syystä kivilajien vertailu vedenjohtavuuden osalta saattaa antaa vääristyneitä tuloksia myös ehjän kallion osalta. Kivetyssä em. seikka on korostunut, koska siellä on tutkittu useilla kairanrei'illä merkittävän rakenteen R29 sijaintiaja ominaisuuksia. Lohkojen vedenjohtavuutta analysoitaessa havaittiin lohko 5 vettäjohtavimmaksi ( 46 % kalliosta K 2 m E-0 m/s). Koko lohkosta käytössä oleva aineisto on reiästä KR3.

75 68 Mittaukset on tehty porfyyrista graniittiaja graniittia sisältäviltä jaksoilta. Reikä KR3 sijaitsee lohkoja jakavan rakenteen R29 välittömässä läheisyydessä. Voidaan olettaa, että rakenteen syntyprosessi on muokannut myös lähellä sijaitsevan kallion vettäjohtavaksi. Lohkojen 3, 4 ja 6 vedenjohtavuusjakaumat ovat keskenään hyvin samankaltaisia (25% kalliosta K2m;;::: E-0 rnls). Lohkon 2 kalliosta 92% on huonosti vettäjohtavaa. Kiinteän kallion vettäjohtavimpien kohtien esiintymistiheyttä ja vedenjohtavuutta tarkasteltiin tilastollisesti, koska ne vaikuttavat merkittävästi rakennettavuuteen. Analyysissä selvitettiin transmissiviteetiltaan (T) noin E-8 m 2 /s ja sitä suurempien reikäosuuksien väliset etäisyydet. Reikäosuuksien paksuudet määriteltiin 2m vedenjohtavuuksien perusteella. Mikäli useampi T 2m-arvo näytti muodostavan ympäristöstään poikkeavan kokonaisuuden, se arvioitiin omaksi yksikökseen, jonka keskikohta tai vettäjohtavin kohta määriteltiin etäisyyksien laskentapisteeksi ja yksikön T -arvo saatiin T 2m-arvojen summasta. Menettely on etenkin kallion pintaosan vettäjohtavien kohtien määrittelyn osalta subjektiivinen. Vettäjohtavia kohtia on melko tiheässä eikä lähekkäisten kohtien kuulumisesta samaan tai eri yksikköön ole olemassa selkeää määrittelyä. Aineistoon laskettiin mukaan myös tunnetun rakenteen reunan ja sitä lähinnä olevan kiinteän kallion vettäjohtavan kohdan välinen etäisyys sekä tunnettujen rakenteiden välinen etäisyys, jos niiden välillä ei ollut yhtään vettäjohtavaa kohtaa. Tässä aineistossa tunnistettujen rakenteiden välinen kallio katsottiin kokonaisuudessaan kiinteäksi kallioksi eli mahdollisten tunnistamattomien rako- ja rikkonaisuusvyöhykkeiden (Saksa et al. 998) on oletettu kuuluvan kiinteään kallioon. Välimatka-analyysin perusteella (kuvan yläosa) hyvin vettäjohtavia kohtia esiintyy kallion pintaosassa keskimäärin noin 2m välein ja 700 m syvyydelle mentäessä keskimääräinen välimatka kasvaa noin 00 metriin. Syvyysluokituksen tarkasteluvälit ovat 0-00 m, m ja yli 300 m. Kaikki syvyydet ovat vertikaalisia syvyyksiä tasosta Z = +200m laskettuna. Kuvan sovitussuora perustuu pienimmän neliösumman sovitukseen. Kaikkiaan aineistossa oli 69 pistettä. Pisin vettäjohtavien kohtien välinen etäisyys oli 390m. Kiinteässä kalliossa havaittujen hyvin vettäjohtavien yksiköiden T -arvot (transmissiviteettien logaritmit) on esitetty kuvan alaosassa. Koko aineiston lisäksi on esitetty kolmen edellä mainitun syvyysluokan keskiarvot ja niihin sovitettu regressiosuora. T -arvojen keskiarvojen ja syvyyden välillä on havaittavissa selvä korrelaatio. Hydrogeologisten ominaisuuksiensa suhteen kiinteäkallioluokiteltiin rakennettavuudeltaan pääsääntöisesti normaali-luokkaan m loppussijoitussyvyydellä. Vettäjohtavia rakoja tällä syvyysvälillä tavataan noin 40-00m välein. Kivilajeista pintakallion (0-300m) vettäjohtavat graniitit ja porfyyriset graniitit ovat muita kivilajeja hieman vettäjohtavampia myös syvyysvälillä m. Lohkon 5 todettiin olevan muita lohkoja vettäjohtavampi, mikä selittyy sillä, että käytössä oleva aineisto on peräisin graniittiaja porfyyristä graniittia sisältäviltä jaksoilta sekä läheltä rikkonaisuusrakenteita R8 ja R29. Kallion pintaosa (ylin 300m) erottuu selvästi muuta kalliota vettäjohtavampana. Tätä syvemmällä kiinteän kallion vedenjohtavuuden syvyysriippuvuus on väläistä.

76 E' 3oo -f/) (ij 500 CO!! C) 600 > t_ +... l-..& t :r+ itf \ + +..,.. ;:r: + \ t l Etäisyys {m) l. + i+ + l !f- -t ! + Mitatut välimatkat Syvyysluokkien keskiarvot. --Keskiarvojen sovitus T E' 2oo <> Mitatut T -arvot Syvyysluokkien keskiarvot --Keskiarvojen sovitus <> i J Kuva Vettäjohtavien yksiköiden väliset keskimääräiset etäisyydet kiinteässä kalliossa kahden eri syvyysluokituksen mukaan (yläosa) ja niiden T-arvot sekä alkuperäisinä että kolmea syvyysluokkaa kuvaavina keskiarvoina. Syvyyden nollatasona on Z = +200m.

77 Rako- ja rikkonaisuusvyöhykkeiden vedenjohtavuus Rakenteilla tarkoitetaan tässä niitä Kivetyn kalliomallin rako- ja rikkonaisuusvyöhykkeitä (Saksa et al. 998), joista on reikäkohtaisia vedenjohtavuuden mittaustuloksia. Rakoja rikkonaisuusvyöhykkeiden rakennettavuuteen vaikuttavat niiden vedenjohtavuus ja vettäjohtavien rakojen lukumäärä. Lukumääräarviot perustuvat etupäässä reikä-tv -kuviin ja mineralogian raporttien tulkintatuloksiin. Mikäli erillistä tulkintaa vettäjohtavista raoista ei ole tehty, on käytetty kairausraporteissa esitettyjä tuloksia, joissa rakojen laatu poikkeaa selvästi esim. mineralogian raporteista. Lähes kaikki määräarviot ovat epävarmoja, koska yksittäisten rakojen vedenjohtavuutta ei ole toistaiseksi juurikaan selvitetty. Laskelmissa kaikkien avoimiksi tulkittujen rakojen on oletettu olevan vettäjohtavia. Uudemmat mittaustulokset kuitenkin viittaavat siihen, että avoimiksi luokitelluista raoista vain harvat johtavat hyvin vettä. Muut raot eivät kuitenkaan välttämättä ole tiiviitä, vaan niiden vedenjohtavuus on hallitsevaa rakoa niin paljon pienempi, ettei sitä mittalaittein havaita. Kallion rikkanaisissa kohdissa puolestaan on usein runsaasti vettäjohtavia rakoja sisältäviä kapeita jaksoja, joissa rakojen erottelu on mahdotonta. Myös tällaisissa kohdissa yksittäiset raot saattavat vedenjohtavuudeltaan selvästi poiketa muista. Rakenteiden vedenjohtavuudet (K-arvat) ja niihin liittyvät raot on esitetty liitteessä 2. Liitteessä 3 on tarkasteltu rakenteiden vedenjohtavuusominaisuuksia lähemmin. Kuvassa on esitetty rakenteiden transmissiviteetit syvyyden funktiona f; t ! Rl3/ ;-- --i ;i--l-- -- W.J 400 ' : t ;;., "; + :e -'3 ;,,/.:_ 600 Q,) >... : _/ r "'"'..,. : : ' t B R2.! g -." _.fa I : l t i "' R9 V ---v :: _:Rl:.ii.. ::29 j.... «.:_:/!.. r.!. - 3,, 23 l OOO l_----filj=z- ==========ti ;==========±=== Kuva Rakenteiden mitatut transmissiviteetit ja luokittelu kolmeen ryhmään.

78 Kallion tiivistystarve ja tiivistettävyys Kallion tiivistystarpeen arviointi perustuu tutkimuskairanrei'issä tehtyihin vedenjohtavuusmittauksiin. Tiivistystarpeen arvioinnissa oletettiin, että jos kallion vedenjohtavuus K::; E-9 m/s, niin tiivistystä ei tarvita. Jos taas E-9 m/s < K < E-8 m/s, niin tiivistystä saatetaan tarvita, jolloin tarvearviointi tehdään louhintavaiheessa tapauskohtaisesti vettäjohtavan kallio-osuuden leveyden, rakoiluominaisuuksien, vedenjohtavuuden ja sijainnin perusteella. Rakennetyypiltään vettäjohtavaksi luokiteltiin kallio, jonka vedenjohtavuus K E-8, ja sellainen pyritään aina tiivistämään. Tiivistettävyyttä ja mahdollista injektointiaineen menekkiä arvioitiin rakennekohtaisesti. Arvio perustuu laskettuihin rakennekohtaisiin vuotovesimääräennusteisiin, rakoilutietoihin, tutkimusreikien vedenjohtavuusmittauksiin (liite 2) ja luvussa esitettyyn hydrogeologiseen tulkintaan, sekä Stripa-projektin tiivistystutkimusten tuloksiin (Pöllä et al. 994). Kiinteän kallion vuotovesimääräarvioihin samoin kuin rakenteiden vuotovesimäärä-ja tiivistysarvioihin sisältyy epävarmuuksia. Ensinnäkin kalliotilojen vuotovesivirtaamien arviointimenetelmien käyttökelpoisuudesta on olemassa vain vähän vertailuaineistoa. Toiseksi rakenteiden transmissiviteettia, tiivistettävyyttä sekä injektointiaineen menekkiä koskevat rakennekohtaiset tulkinnat ja arvioinnit ovat subjektiivisia yksinkertaistuksia useista hyvinkin erilaisista kairauslävistyksistä. Kolmanneksi tiivistettävyyteen ja injektointiaineen menekkiin vaikuttavat monenlaiset muuttujat kuten vedenjohtavuus, rakomäärä, rako-ominaisuudet ja injektointiaineen ominaisuudet. Epävarmuuksista huolimatta transmissiviteetti ja vuotovesivirtaama on esitetty yhtenä lukuarvona taulukossa Arvioitu tiivistettävyys on esitetty usein vaihteluvälinä, johtuen rakennelävistysten välisistä eroista. Kiinteä kallio Tarkasteltaessa kiinteän kallion tiivistettävyyttä kuvan 4.3- perusteella voidaan arvioida, että pintakalliosta (0-300m) noin 5 %on mahdollisesti tiivistettävää (vedenjohtavuus E-9 m/s:::;; K:::;; E-8 m/s) ja 25 % todennäköisesti tiivistettävää (K > E-8 m/s). Syvyysvälillä m noin 4 % kalliosta on mahdollisesti tiivistettävää ja noin 4 % todennäköisesti tiivistettävää. Yli 500 m syvyydellä mahdollisesti tiivistettävää on noin 4% kalliosta ja todennäköisesti tiivistettävää noin 2 %. Kallion pintaosissa tasarakeista graniittia saatetaan joutua tiivistämään jopa 70 % kalliosta ja porfyyristä graniittia 60%. Lohkoissa 3, 4 ja 6 voidaan joutua tiivistämään noin 0-25% ja lohkon 5 pintakalliossa noin 45 %. Vuotovesimääräennusteet teoreettisilla loppusijoitussyvyyksillä laskettiin käyttäen käänteisesti Moyen kaavaa, jota on käytetty yleensä vesimenekkikokeiden tulkinnassa vedenjohtavuuden määrittämiseen (Ylinen 985). Tarkastelun avulla pyrittiin laskemaan tunnusluvut eri sijoitussyvyyksien vertailun mahdollistamiseksi. Moyen kaavalla virtaama Q lasketaan seuraavasti:

79 72 L P K 2 l Q=----- L p g ( + ln(-)) 2 r 4.3- jossa Q = vakiovirtaama (m 3 /s) L = testiväli (m) P = ylipaine (tässä hydrostaattinen paine) (N/m 2 ) K = vedenjohtavuus (rnls) p = veden tiheys (kg/m 3 ) g = maan vetovoiman kiintyvyys (rnli') r = tilan säde (m) Vuotovesilaskuissa huomioitiin myös kuiluosuudet syvyyksillä m, m ja m. Kun vettäjohtavat vyöhykkeet oletettiin voitavan tiivistää vedenjohtavuuteen K = 5E-9 m/s, koko loppusijoitustilan laskennalliseksi vuotovesimääräksi seuraavilla loppusijoitussyvyyksillä saatiin: - syvyydellä 300m - syvyydellä 500 m - syvyydellä 700 m Q = 050 m 3 /vrk eli noin 2.7/min/00 tunneli-m Q = 580m 3 /vrkeli noin.5 /min/00 tunneli-m Q = 680m 3 /vrkeli noin.7/min/00 tunneli-m Kallion pintaosissa, 0-300m syvyydellä, noin 40% kiinteästä kalliosta luokiteltiin tiivistystarpeen suhteen rakennettavuudeltaan vaativa-luokkaan. Loppusijoitustilojen syvyydellä, välillä m, vaativa-luokan kalliota, joka tulee varautua tiivistämään, on noin 6-8 %. Vettäjohtavan kallion (K > E-8 rnls) osuus on alle 4 %. Oletetulla 500 m loppusijoitussyvyydellä yli 90 % kalliosta luokiteltiin tiivistystarpeen suhteen rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan. Kivilajeista graniitit vaativat eniten tiivistystä. Rakenteet Rakenteiden vuotovesiennusteet (ennen tiivistystä) 500 m tarkastelusyvyydellä perustuvat kuvassa esitettyihin transmissiviteettitulkintoihin. Kullekin rakenteelle on laskettu vuotovesiennuste kaavalla (Alberts & Gustafsan 983). Taulukossa 4.3- esitetyt arviot ovat karkeita ja ne on tarkoitettu suuntaa-antaviksi. Q= 2nh K L ln4h/2r ' jossa Q = vuotovesivirtaama (m 3 /s) L = rakenteen paksuus (m) K = vedenjohtavuus (m/s) h = pohjaveden painekorkeus (m) r = tunnelin säde (m) K L = transmissiviteetti T (m 2 /s)

80 73 Laskentamenetelmä perustuu Thiemin kaivoyhtälöön, ja siinä oletetaan, että tunneli leikkaa rakenteen syvällä, jolloin virtauksen vaikutussäde R = 2h (Alberts & Gustafson 983). Näissä laskuissa on oletettu, että tunnelin säde on 2m ja se leikkaa rakenteen 500 m syvyydessä. Tutkimuskairauksissa lävistettyjen rakenteiden ennustetut vuotovesivirtaamat (ennen tiivistystä) vaihtelevat välillä noin /min. Suurimmat vuotovesivirtaamat, yli m 3 /min, ovat odotettavissa rakenteista R5, R8, R, R6 ja R29. Taulukko Rakenteiden tiivistystarve ja tiivistettävyys. T5oom = tulkittu transmissiviteetti 500 m syvyydessä. Rakenne/ Tsoom Arvioitu Arvioitu Arvioitu Arvioitu Ominai- (m 2 /s) vesivuoto tiivistettävyys tiivistys- ainemenekki suus (/min) tarve t) R4 E-6 30 hyvä - kohtalainen + kohtalainen RS 4E vaikea +++ erittäin suuri RS 4E kohtalainen - vaikea +++ erittäin suuri R9 E-7 3 kohtalainen - vaikea ± pieni RlO E-6 30 kohtalainen - vaikea + kohtalainen Rll 4E hyvä - kohtalainen +++ erittäin suuri R3 E-7 3 kohtalainen - vaikea ± pieni R5 IE-6 30 kohtalainen - vaikea + kohtalainen R6 4E kohtalainen - vaikea +++ erittäin suuri R7 E-7 3 vaikea ± pieni R22 E-6 30 hyvä - kohtalainen + kohtalainen R23 E-6 30 vaikea + kohtalainen R25 E-6 30 hyvä - kohtalainen + kohtalainen R26 E-6 30 hyvä + kohtalainen R27 E-6 30 hyvä - kohtalainen + kohtalainen R28 E-6 30 hyvä - kohtalainen + kohtalainen R29 4E kohtalainen - vaikea +t+ erittäin suuri ) Tiivistystarve:- ei ole, ± mahdollisesti,+ todennäköisesti, hyvin todennäköisesti

81 74 Rakenteiden arvioitu tiivistettävyys vaihtelee hyvästä kohtalaiseen tai kohtalaisesta vaikeaan (taulukko 4.3-). Tarkastelun perusteella runsaasti vuotavista rakenteista vain rakenteessa Rll voitaneen päästä kohtuullisen hyvään tiiveystulokseen, mutta samalla tulee varautua injektointiaineen suureen menekkiin. Rakenteet RS, R8, R6 ja R29 on arvioitu vaikeasti - kohtalaisesti tiivistettäviksi. Myös näiden kohdalla on varauduttava injektointiaineen suureen menekkiin. Arvioidun tiivistystarpeen ja tiivistettävyyden perusteella seuraavat tutkimuskairauksissa lävistetyistä rakenteista luokiteltiin normaali-luokkaan: R9, R3 ja Rl7. Vaativaluokkaan luokiteltiin rakenteet R4, R22, R25, R26, R27 ja R28, ja erittäin vaativa -luokkaan rakenteet RS, R8, RlO, Rll, R5, R6, R23 ja R29.

82 Rakennetyyppi 4.4. Yleistä Rakennetyyppi kuvaa kalliolaatua sen merkittävimpien rakennettavuuteen vaikuttavien laatutekijöiden avulla, joita ovat kivilajiominaisuudet, rakoiluominaisuudet ja hydrogeologiset ominaisuudet (vrt. luku 3.2). Rakennettavuusluokituksen mukaiset rakennetyypit ovat kiinteä kallio, rikkanainen kallio, ruhjeinen kallio ja vettäjohtava kallio. Näiden rakennetyyppien ominaisuudet on kuvattu luvun 3.2 taulukossa Kivetyn kallioperän jakautumista näihin rakennetyyppeihin tarkasteltiin erikseen kalliomallin kiinteän kallion ja rakenteiden osalta. Rakennetyyppitarkastelu tehtiin kolmen ensiksi mainitun rakennetyypin osalta erikseen kivilajeittain, kiinteän kallion/rakenteiden osalta, lohkoittain ja kairanreikäkohtaisesti. Vettäjohtavan kallion tarkastelu tehtiin syvyyden ja kiinteän kallion/rakenteiden osalta. Kalliomallin mukainen kiinteäkallioon myös rakennetyypiltään pääasiassa kiinteää kalliota. Kalliomallin mukaiseen kiinteään kallioon voi kuitenkin myös sisältyä rakennetyypiltään rikkonaista, ruhjeista tai vettäjohtavaa kalliota johtuen siitä, ettei kaikkia rikkanaisen, ruhjeisen tai vettäjohtavan kallion kairauslävistyksiä ole mallinnettu rakenteiksi. Käytännössä kalliomallin mukaisen kiinteän kallion ja rakennetyypiltään kiinteän kallion väliset erot ovat kuitenkin merkityksettömiä, eikä niitä siitä johtuen erotella tämän raportin muissa luvuissa Kiinteä, rikkanainen ja ruhjeinen kallio Rakennetyyppitarkastelu perustuu kairansydämistä tehtyihin rikkonaisuusmäärityksiin (Suomen Malmi Oy 988, 989a, 989b, 989c, 989d, Rautio & With 99, Jokinen & With 99, Rautio 994a, 994b, 994c, 994d, 996, 997a, 997b, Jokinen 995, Niinimäki 997). Kiinteäksi kallioksi laskettiin kaikki kallio-osuudet, jotka eivät ole rikkonaista, ruhjeista tai luokittelematonta näytehukkaa. Rikkanaiseen kallioon laskettiin kairausraporteissa Riill-luokkaan (RG-luokitus) luokitellut kallio-osuudet. Ruhjeiseksi kallioksi laskettiin luokkiin RiiV-V (RG-luokitus) luokitellut kallio-osuudet sekä runsaasti tai täysin rapautuneet (Rp2 - Rp3) kallio-osuudet. Näytehukaksi laskettiin kaikki Ri- tai Rp-luokittelematon näytehukka, joka ei ollut yksiselitteisesti kairausteknisistä syistä johtuvaa. Jos tutkitussa kairansydänosuudessa oli vaihtelua useiden rikkonaisuusja rapautuneisuusluokkien alueella, se luokiteltiin huonoimman luokan mukaan. Joillain kairansydänosuuksilla rapautumisasteeksi on ilmoitettu Rp0-2. Nämä välit luokiteltiin rakennetyypiltään kiinteäksi kallioksi. Taulukoissa on esitetty kalliomallin mukaisen kiinteän kallion ja taulukossa rakenteiden jakautuminen kiinteään, rikkanaiseen ja ruhjeiseen rakennetyyppiin. Lohkoihin kuulumaton kallio (taulukkossa 4.4-2) kattaa lohkojen väliin jäävät vyöhykkeet ja lohkojen ulkopuolelle ulottuvat reikäosuudet ilman rakenteita.

83 76 Taulukko Kalliomallin mukaisen kiinteän kallionjakautuminen rakennetyyppeihin kivilajeittain. Kivilaji/ Ra- Lävistys- Kiinteä Rikkonainen Ruhjeinen Luokittelematon kennetyyppi pituus kallio kallio kallio näytehukka (m) (%) (%) (%) (%) Porfyyrinen granodioriitti Porfyyrinen graniitti Granodioriitti Graniitti Gabro Amfiboliitti Taulukko Kalliomallin mukaisen kiinteän kallion jakautuminen rakennetyyppeihin lohkoittain. Lohko/ Lävistys- Kiinteä Rikkonainen Ruhjeinen Luokittelematon Rakenne- pituus kallio kallio kallio näytehukka tyyppi (m) (%) (%) (%) (%) Lohko Lohko Lohko Lohko Lohko Lohkojen ulkopuolella Rakenteiden jakautuminen rakennetyyppeihin laskettiin sekä metreinä (rakenteen kairauslävistysten keskiarvo) että prosentuaalisesti. Yhteensä vähintään 3m pitkät (keskiarvo) rikkanaisen ja ruhjeisen kallion lävistysosuudet (noin louhintakatkon pituus rikkanaisessa kalliossa) on arvioitu merkittäviksi ja ne on lihavoitu taulukossa Laskentatapa ei ota kantaa siihen, ovatko ne jakautuneet eri rakennelävistyksiin tasan tai ovatko ne kussakin rakennelävistyksessä yhtenä pidempänä vai useana lyhyenä jaksona. Rakenteiden rakennetyyppijakaumaan vaikuttavat paljolti rakenteiden rajaukset mallissa. Mallin mukaisia kiinteän kallion osuuksia on tavallisesti lävistetty kairauksilla huomattavasti enemmän, joten rakennerajaukset eivät yleensä vaikuta kiinteän kallion rakennetyyppij akaumaan. Kaikissa tutkimusalueen kivilajeissa (kalliomallin kiinteä kallio), gabroa lukuunottamatta, on tavattu vähän(< 2 %) rikkanaisia kallio-osuuksia (taulukko 4.4-). Lävistetyissä gabro-osuuksissa rikkanaista kalliota on tavattu noin 2% matkalla. Ruhjeisia kallio-

84 77 Taulukko Kalliomallin mukaisen kiinteän kallion jakautuminen rakennetyyppeihin kairanrei'ittäin. Kairanreikä/ Lävistys- Kiinteä Rikkonai- Ruhjeinen Luokittelematon Rakennetyyppi pituus kallio nen kallio kallio näytehukka (m) (%) (%) (%) (%) KRl KR KR KR KRS KR6B KR KR KR KRlO KRll KR KR osuuksia on tavattu hyvin vähän. Lohkoittain tarkasteltuna (taulukko 4.4-2) kalliomallin kiinteässä kalliossa on vähän rikkanaista ja ruhjeista kalliota ( <.5 % ). Lohkojen ulkopuolella rikkanaista kalliota on selvästi enemmän. Kairanreikäkohtaisesti ilman rakenteita tarkasteltuna (taulukko 4.4-3) rikkanaisen kallion osuuksia on tavattu muita reikiä enemmän rei'issä KR6B ja KR7. Muissa rei'issä rikkanaista kalliota on tyypillisesti hyvin vähän. Rakennekohtaisesti tarkasteltuna (taulukko 4.4-4) rikkanaista ja/tai ruhjeista kalliota on lävistetty merkittävästi (keskimäärin 3m kairauslävistystä kohden) rakenteissa RlO, R6 ja R29. Erityisen paljon rikkanaista ja ruhjeista kalliota on rakenteen R29 kairauslävistyksissä. Näytehukkaa on yleisesti ottaen vähän. Suurimmassa osassa rakenteista kiinteää kalliota on yli 70 % Vettäjohtava kallio Kalliolaatu luokiteltiin vettäjohtavaksi silloin, kun mitattu tai arvioitu vedenjohtavuus on niin suuri, että se edellyttää tiivistystoimenpiteitä. Vettäjohtavan kallion vedenjohtavuuden raja-arvoksi määriteltiin vuotovesilaskelmien perusteella K = le-8 m/s. Rakenteiden vedenjohtavuutta voidaan arvioida kuvan perusteella. Mittaustulosten ja kuvassa esitetyn syvyysriippuvuuden sekä rakenteiden paksuuden perusteella

85 78 arvioituna kaikki lävistetyt rakenteet kuuluvat vettäjohtavaan kallioon. Kuvan luokittelussa tiiveimmän rakenneluokan C transmissiviteettien on arvioitu olevan 500 m syvyydessä noin E-7 m 2 /s. Koska kaikki luokan lävistetyt rakenteet ovat paksuudeltaan ohuempia kuin 0m, on niiden keskimääräinen vedenjohtavuus suurempi kuin em. raja (K = E-8 m/s) eli ne luokitellaan vettäjohtavaksi kallioksi. Kiinteän kallion osalta vedenjohtavuutta on tarkasteltu lähemmin luvussa Siinä esitetyn kuvan mukaan vedenjohtavuudeltaan suurempia kuin E-8 m/s olevia kohtia, jotka voivat olla yksittäisiä rakoja tai kapeita rakovyöhykkeitä, esiintyy syvyydestä riippuen keskimäärin 2-00m välein. Oletetulla, noin 500 m loppusijoitussyvyydellä sellaiseen kohtaan törmätään keskimäärin 70 m välein. Pintakallio noin 250 m syvyyteen asti on keskimäärin niin vettäjohtavaa (l<eff > E-8), että se voidaan määritelmän mukaan luokitella vettäjohtavaksi kallioksi. Taulukko Rakenteiden jakautuminen rakennetyyppeihin. L = yhteenlaskettu kairauspituus, N = kairauslävistysten lukumäärä, RX tarkoittaa mallintamattomia rakennelävistyksiä. Rakenne/ L N Kiinteä Rikkonai- Ruhjeinen Luokittelematon Rakenne- (m) (kpl) kallio nen kallio kallio näytehukka tyyppi (m (%)) (m (%)) (m (%)) (-)) --- RX (8.0) 0.8 (9.4) 0.5 (5.7) 0.3 (3.9) R (00.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) RS (97.5) 2.5 (2.5) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (92.2) 2.3 (7.8) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (52.4).9 (47.6) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) RlO (49.6) 3.2 (50.4) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) Rll (74.5) 2. (25.5) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R3! (90.0) 2.6 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) Rl (99.7) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0. (0.3) R (50.8) 6.9 (49.2) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (00.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (64.4).9 (22.6) 0.0 (0.0). (3.0) R (26.3) 2.2 (73.7) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (00.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (45.3).6 (54.7) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (00.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (00.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (50.6) 5.2 (27.6).6 (2.2) 0.4 (0.7) r

86 Rakennettavuus Rakennetyypin suhteen kaikki kivilajit ja lohkot luokiteltiin kalliomallin mukaisen kiinteän kallion osalta rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan, koska ne ovat yleensä enintään kohtalaisesti suuntautuneita ja mallintamattoman rikkanaisen tai ruhjeisen kallion osuus on pieni. Kivilajeittain tarkasteltuna gabrossa on suhteessa selvästi enemmän rikkanaista kalliota kuin muissa kivilajeissa. Rakennetyypiltään vettäjohtavaa kalliota, joka luokiteltiin rakennettavuudeltaan vaativa-luokkaan, tavataan kiinteässä kalliossa 500 m syvyydessä keskimäärin 70 m välein. Rakenteet saattavat ominaisuuksiensa perusteella kuulua useampaan kuin yhteen rakennetyyppiin, esimerkiksi rikkanaiseen kallioon ja vettäjohtavaan kallioon. Tällöin rakennettavuusluokitus tehtiin sen rakennetyypin mukaan, joka antaa huonoimman luokitustuloksen. Rakenteet luokiteltiin rakennetyypin suhteen seuraavasti: rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan luokiteltiin rakenteet R9, R3 ja R7 sekä mallintamattomat rakennelävistykset (RX). Vaativa-luokkaan luokiteltiin rakenteet R4, R22, R25, R26, R27 ja R28. Erittäin vaativa -luokkaan luokiteltiin rakenteet R5, R8, RlO, Rll, R5, R6, R23 ja R29.

87 Jännitystila 4.5. Pääjännitykset Kivetyn tutkimusalueelia on mitattu jännitystilaa neljässä kairanreiässä syvyysvälillä m (Klasson & Leijon 990, Ljunggren & Klasson 996). Hydraulisella murtamisella mittaus on onnistunut yhteensä 52 mittauspisteessä rei'issä KR, KR3, KR5 ja KR 0. Irtikairausmenetelmällä jännitystila on määritetty kairanreiässä KR 0 6 pisteessä mittausväleillä ( m, m ja m). Irtikairausmittaustulokset on tarkastelussa huomioitu tasokeskiarvoittain. Tutkimusalueen jännitystilamittaukset ovat onnistuneet erittäin hyvin. Kallion suurin (crh) ja pienin vaakajännitys (crh) sekä pystyjännitys (crv) muuttuvat keskimäärin noudattaen seuraavia laskennallisia syvyysriippuvuuksia (Z = syvyys maanpinnalta metreinä, R = korrelaatiokerroin): crh = 0.04Z MPa R = 0.83 crh = 0.03Z MPa R = 0.9 crv = 0.03Z- 3.3 MPa R= Ci 30 ll. e 25 - s: :fä 20.., Sig-H Sig-h A Sig-V --Linear (Sig-H) - - Linear (Sig-h) Linear (Sig-V) ah: y = Z+ 3.2, R 2 = 0.69 ah: y = Z , R 2 = 0.82 av: y = 0.03 Z , R 2 =.00. ' ; , : ,.Jt......,., Syvyys (m) 900 Kuva Jännitystilan syvyysriippuvuus Kivetyn tutkimusalueella.

88 8 Taulukko Kivetyn jännitystila (keskiarvo ja keskihajonta) syvyystasoilla 300m, 500 mja 700 m. Syvyys/Jännitys O'n (Jh O'v cru-suunta (MPa) (MPa) (MPa) (aste) Kallion pinta (laskennallinen) Syvyystaso 300 m (syvyysväli m) Syvyystaso 500 m (syvyysväli m) Syvyystaso 700 m (syvyysväli m) Pystyjännityksen syvyysriippuvuuden korrelaatiokerroin on poikkeuksellisesti yksi. On kuitenkin huomioitava, että pystyjännitykselle on olemassa vain kolme keskiarvotulosta, yksi jokaiselta mittaustasolta. Vaakajännitysten keskimääräinen suhde crh/crh =.8, mikä on normaali arvo Suomessa. Suurimman vaakajännityksen suunta on keskimäärin luodekaakko. Alueen pohjoisosissa on todettu itä-länsi suunta. Suurimman pääjännityksen (cr ) kaade on keskimäärin 4 (vaihteluväli -4 ). Tutkimusalueen yksittäisten mittaustulosten vaakajännitysten ja pystyjännityksen keskiarvo ja keskihajonta on esitetty taulukossa 4.5- kolmella eri syvyystasolla Lujuus-jännityssuhde Kallion stabiliteettia tarkasteltiin porfyyrisen granodioriitin ja granutln (porfyyrinen graniitti ja graniitti yhdistetty) osalta kiven puristusmurtolujuuden (UCS) ja suurimman vaakajännitystilan ( crh) suhteen avulla. Empiirisesti on havaittu (Grimstad & Barton 993), että kalliotila voidaan rakentaa jännitysten suhteen ongelmitta, kun lujuus-jännityssuhde on suurempi kuin 0. Kun lujuus-jännityssuhde vaihtelee välillä 5-0, kallion hilseily on mahdollista ja suhteen ollessa 3-5 kallion kohtalainen hilseily on mahdollista. Kun suhde on pienempi kuin 3, ovat kallioräiske ja sen aiheuttamat ongelmat todennäköisiä. Tarkastelussa käytettiin taulukossa esitettyjä jännitystila- ja lujuusarvojen jakaumatyypistä riippumattomia suureita: alakvartiilia, mediaania ja yläkvartiilia. Lujuus-jännityssuhteen vaihteluväli eli alakvartiili- ja yläkvartiilikäyrät (kuva 4.5-3) laskettiin huomioimaila kivilajien lujuuden ja jännitystilan ala- ja yläkvartiili siten, että saatiin edullisin (UCSmaxfcrHmin) ja epäedullisin (UCSmin/crHmax) tilanne. Jos tunnelit voidaan suunnata siten, että pääasiassa pienempi vaakajännitys (crh) vaikuttaa tunnelien pituusakseliin nähden kohtisuoraan, paranee vaakatunneleiden stabiliteetti. On kuitenkin huomioitava, että vaikka tilat saataisiin suunnattua suurimman vaakajännityksen suuntaan, vaikuttaa suurin vaakajännitys pystysuoriin rakenteisiin kuten sijoitus-

89 : Taulukko Porfyyrisen granodioriitin ja graniitin puristusmurtolujuuden, ja kolmella syvyystasolla mitatun jännityksen tilastolliset tunnusluvut. Tunnusluku/ Lujuus, UCS (MPa) Jännitys ( crh) syvyystasoittain (MPa) Ominaisuus Graniitti Porfyyrinen gra- 300m SOOm 700m nodioriitti Yläkvartiili Mediaani Alakvartiili reildin ja koiluihin aina kohtisuorassa suunnassa. Tunnelin vaikutus reiän sekundäärikentän suuruuteen on edullisessa tapauksessa kuitenkin vähäisempi. Myös osa tunneleista on joka tapauksessa likimain kohtisuorassa suunnassa suurinta vaakajännitystä vastaan sijoitusvaihtoehdosta riippuen. Sijoitustunneleiden stabiliteetin kannalta tilanne on epäedullisin, kun suurin vaakajännitys ( O'H) vaikuttaa kohtisuoraan tunnelin pituusakselia vastaan. Tällöin porfyyrinen granodioriitti luokitellaan lujuus-jännityssuhteensa perusteella rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan 450 m syvyydelle asti, vaativa-luokkaan syvyysvälillä m ja erittäin vaativa -luokkaan tätä syvemmällä (taulukko 4.5-3). Graniitti puolestaan luokitellaan tässä suhteessa normaali-luokkaan 680 m syvyydelle asti, vaativa-luokkaan syvyysvälillä m ja erittäin vaativa -luokkaan tätä syvemmällä. Muista kivilajeista granodioriitti on lujuutensa perusteella rinnastettavissa porfyyriseen granodioriittiin ja porfyyrinen graniitti sekä gabro graniittiin. Tuloksia arvioitaessa on huomioitava, että tarkasteluissa on käytetty suurinta vaakajännityskomponenttia ( O'H) eikä suurinta pääjännitystä ( O't). Suurin pääjännitys poikkeaa Kivetyssä keskimäärin 4 vaakatasosta, mikä merkitsee noin 4% muutosta jännitysarvoissa. Lisäksi on huomioitava jännitysmittaustuloksissa ja lujuusarvoissa esiintyvä vaihtelu. Taulukko Jännitysolosuhteiden vaihtelu syvyyden funktiona porfyyrisessä granodioriitissa ja graniitissa niiden lujuus-jännityssuhteen perusteella tulkittuna. Kivilaji/Syvyysrajat Syvyysrajat (m) Stabiili Mahdollinen Kohtalainen Kallioräiske hilseily hilseily Porfyyrinen < > 850 granodioriitti ! ! r Graniitti < > 000

90 83 30 Granodioriitti alakvartiili mediaani :I: b 20 U) 5 () ::::> yläkvartiili KALUORAisKE Syvyys (m) 30 Graniitti alakvartiili mediaani :I: b 20 U) 5 () ::::> yläkvartiili KALUORAISKE Syvyys (m) Kuva Porfyyrisen granodioriitinja graniitin(= graniitti + porfyyrinen graniitti) yksiaksiaalisen puristusmurtolujuuden (UCS) ja suuremman vaakajännityksen ( ah) suhde. Väripalkki oikealla kuvaa lujuus-jännityssuhteen vaikutusta kallion stabiliteettiin.

91 Pohjavesikemia 4.6. Tutkimusaineisto Pohjavesikemian lähtöaineistona olivat vuosien aikana kerättyjen sadanta-, pinta- ja pohjavesinäytteiden mittaustulokset Kallioperän vedenjohtavuus vähenee yleensä huomattavasti noin m syvyydestä alkaen (Ahokas et al. 996). Siksi tässä tarkastelussa pohjavesikemian aineisto on jaettu pintavesiin (lähteet, järvet, joet, lammet, talousvesikaivot ja pohjavesiputket) sekä pohjavesiin syvyydeltään alle 200m (porakonereiät, kairanreiät) ja yli 200m (kairanreiät). Havaintosyvyydellä tarkoitetaan yleisesti reikäsyvyyttä eikä vertikaalisyvyyttä, joka on kallistetussa reiässä aina reikäsyvyyttä pienempi. Kivetyn pohjavesikemialle on tyypillistä makeus (TDSmax. = 240 mg/), myös syvissä pohjavesissä. Silti aineistossa on havaittavissa syvyyden mukaan kasvava kokonaissuolaisuuden lisääntyminen, minkä on tulkittu johtuvan silikaattien rapautumisesta kalliomatriisin ja pohjaveden vuorovaikutuksessa (Pitkänen et al. 998). Pohjavesikemian luokitusparametrien luokkarajat on esitetty taulukossa Pohjaveden ph Kivetyn pohjavesien ph-arvot kasvavat syvyyden myötä (Ruotsalainen & Snellman 996). Pintavedet ja matalat pohjavedet sisältävät vielä ilmasta liuennutta hiilidioksidia (C0 2 ) ja siksi maanpinnan läheisten vesien ph-arvot vaihtelevat välillä eli ne ovat lievästi happamia, neutraaleja tai lievästi emäksisiä. Matalien (syvyys <200m) kalliopohjavesien ph-arvoissa alkaa näkyä vuorovaikutus alueen kivilajien kanssa, sillä ph-arvojen mediaaniarvo on lievästi emäksinen (7.5). Tutkimusalueen 200m syvempien pohjavesien ph-arvot vaihtelevat välillä eli ne ovat emäksisiä. Syvien pohjavesien ph-arvojen kasvun on tulkittu johtuvan karbonaattireaktioista ja silikaattimineraalien hydrolyysistä (Pitkänen et al. 998). Kivetyn kaikki pohjavedet ovat ph-arvoltaan yli 5.5 (kuva 4.6-), joten kallio luokiteltiin pohjaveden happamuus-emäksisyys-olosuhteiden suhteen rakennettavuudeltaan normaali -luokkaan Sulfaattipitoisuus Kivetyn matalien ja syvien pohjavesien sulfaattipitoisuus (S04max = 6.9 mg/) on hyvin pieni. Tämä vahvistaa käsitystä, että Itämeren muinaisilla suolaisilla vaiheilla ei juurikaan ole ollut vaikutusta alueen hydrogeokemian olosuhteisiin (Pitkänen et al. 998). Kaikkien pinta- ja pohjavesien S04-pitoisuudet ovat raja-arvoa 600 mg/ selvästi pienempiä (kuva 4.6-2), joten kallio luokiteltiin pohjaveden sulfaattipitoisuuden suhteen rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan.

92 ;r "'- t: V,! rj' , t:.t:. t:.t:. t:. t:. A t:. t:. t:. t: t:. j, t:.aa A -., je x Pintavedet t:. Matalat (< 200 m) pohjavedet Syvät (> 200 m) pohjavedet - Raja-arvot ph Kuva Kivetyn pinta- ja pohjavesien ph-arvojen syvyysjakauma. Punaisilla viivoilla on merkitty raja-arvot ph 4.5 ja ph :f%--'%; ' :( A &. C.A lj. 6 lj. [; :6 A g 400 ee. :.. rll X Pintavedet... 6 Matalat (< 200 m) pohj avedet Syvät(> 200 m) pohjavedet rj' Raj a-arvot so4 (mg/) Kuva Kivetyn pinta-ja pohjavesien sulfaattipitoisuuksien syvyysjakauma. Punaisilla viivoilla on merkitty raja-arvot so4 = 600 mgll ja so4 = 3000 mg/.

93 Vapaa hiilidioksidi Vesinäytteen vapaan hiilidioksidin ( C0 2, vapaa) määrä on käänteisessä suhteessa veden viipymään maa- ja kallioperässä. Sadevesi tasapainottuu ilmakehän kaasujen, myös hiilidioksidin kanssa, jo matkalla maanpinnalle. Maaperässä runsaasti hiilidioksidia sisältävä tuore pohjavesi liuottaa mineraaleista ioneja, jolloin veden co2, vapaa-pitoisuus vähenee geokemiallisten reaktioiden ( esim. kalsiitin muodostuminen) vuoksi. Myös Kivetyn pohjavesinäytteissä on selvä kasvavan syyyyden mukaan vähenevä trendi vapaan hiilidioksidin pitoisuuksissa geokemiallisten reaktioiden seurauksena (Ruotsalainen & Snellman 996). Osa Kivetyn pintavesistä sijoittuu C0 2, vapaa-pitoisuuksiensa mukaan raja-arvojen 30 ja 60 mg/ väliin (kuva 4.6-3). Tämä on luonnollista, sillä nämä nuoret vedet ovat vielä geokemiallisen evoluutionsa alkuvaiheessa. Alueen syvien pohjavesien vapaan hiilidioksidin pitoisuudet jäävät selvästi alle alemman raja-arvon, joten kallio luokiteltiin tässä suhteessa rakennettavuudeltaan normaali -luokkaan Ammoniumpitoisuus Pohjavesien ammoniumpitoisuudet kuvastavat yleensä hyvin vanhojen eloperäisten jäännösten hajoamistuotteita anaerobisissa olosuhteissa. Suurin osa Kivetyn pinta- ja pohjavesien Nfit-pitoisuuksista (alueellinen NH 4, max = 0.39 mg/) jää alle analyyttisen määritysraj an i!,&!;.!;. ' 300 g 400., 200 "" rj:j !;.. )( )(-)(... )(- )( Pintavedet tj. Matalat(< 200 m) pohj avedet Syvät (> 200 m) pohj avedet - Raja-arvot C02, vapaa (mgll) Kuva Kivetyn pinta-ja pohjavesien vapaan hiilidioksidin pitoisuuksien syvyysjakauma. Punaisilla viivoilla on merkitty raja-arvot C0 2, vapaa = 30 mg/ ja 60 mg/.

94 )(--:;:- x--;,: g (! tf-.6.,., t.... ' Pintavedet.6. Matalat ( < 200 m) pohjavedet Syvät(> 200m) pohjavedet --Raja-arvot NH4 (mg/) Kuva Kivetyn pinta-ja pohjavesien ammoniumpitoisuuksien syvyysjakauma. Punaisilla viivoilla on merkitty raja-arvot NH 4 + = 30 mg/ ja NH 4 + = 60 mg/. Kivetyn kaikkien pinta- ja pohjavesien NH 4 -pitoisuudet ovat raja-arvoa 30 mg/ huomattavasti pienempiä (kuva ), joten kallio luokiteltiin pohjaveden ammoniumpitoisuuden suhteen rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan Magnesiumpitoisuus Kivetyssä kalliopohjavesien Mg-pitoisuus lisääntyy syvyyden myötä. Tämä indikoi paitsi vesi-kivivuorovaikutusta, myös syvien, erittäin suolaisten pohjavesien sekoittumista näytteisiin (Pitkänen et al. 998). Kivetyn kaikkien pinta- ja pohjavesien Mg-pitoisuudet ovat raja-arvoa 300 mg/ huomattavasti pienempiä (kuva 4.6-5), joten kallio luokiteltiin pohjaveden magnesiumpitoisuuden suhteen rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan Kloridipitoisuus Kalliopohjaveden kohonneet el-pitoisuudet voivat vesi-kivivuorovaikutuksen lisäksi olla peräisin joko nykyisestä Itämerestä (rannikkoalueella) tai sen vanhoista, suolaisista vaiheista (Pitkänen et al. 999, Snellman et al. 998). Kivetyn alueen syvien pohjavesinäytteiden el-pitoisuudet ovat hyvin pieniä (elmax = 48.0 mg/, mutta elmed. = 3. mg/). Tämä vahvistaa sitä käsitystä, että Itämeren muinaiset suolaiset vaiheet eivät ole vaikuttaneet merkittävästi Kivetyn alueen pohjavesien koostumukseen. Nykyisen Itämeren veden el-pitoisuus on noin 3000 mg/.

95 88 g "' JJ x-:>.u: - :::-- b:.:: t:..å b. JW. t:.. &._ - t:.. "' At:.. A!:..... '.... x Pintavedet t:.. Matalat(< 200 m) pohjavedet Syvät(> 200 m) pohjavedet - Raja-arvot Mg (mg/) Kuva Kivetyn pinta-ja pohjavesien magnesiumpitoisuuksien syvyysjakauma. Punaisilla viivoilla on merkitty raja-arvot Mg 2 + = 300 mg/ ja Mg 2 + = 500 mg/ A >. :> >. rrj r-; )::t(-::( -X l:j..6.a /:,./:, /:,... /:, lf..f:,,_ ,... t ::( Pintavedet 6 Matalat ( < 200 m) pohjavedet Syvät(< 200m) pohjavedet - Raja-arvot Cl (mg/) Kuva Kivetyn pinta-ja pohjavesien kloridipitoisuuksien syvyysjakauma. Punaisilla viivoilla on merkitty raja-arvot cr = 000 mg/ ja cr = 4000 mg/.

96 89 Kivetyssä kalliopohjavesien ei-pitoisuus lisääntyy syvyyden myötä (Ruotsalainen & Snellman 996). Tämä indikoi paitsi vesi-kivivuorovaikutusta, myös syvien, erittäin suolaisten pohjavesien sekoittumista näytteisiin (Pitkänen et al. 996, 998, 999, Snellman et al. 998). Kivetyn kaikkien pinta- ja pohjavesien ei-pitoisuudet ovat raja-arvoa 000 mg/ huomattavasti pienempiä (kuva 4.6-6), joten kallio luokiteltiin pohjaveden kloridipitoisuuden suhteen rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan Radanpitoisuus Kaasumaista radonia (Rn-222) esiintyy liuenneena graniittisen kallioperän pohjavesissä. Radon on uraanin radioaktiivisen hajoamisen tuote ja Kivetyn pohjavesien korkeahkot radanpitoisuudet indikoivat paikallisen kallioperän vaihtelevia uraanipitoisuuksia. Suurimmat radanpitoisuudet on havaittu kairanreikien KR2 (45-75 m) ja KR ( m) pohjavesinäytteissä (Rn-222 = 800 ja 400 Bq/). Pohjavesien Rn-222-pitoisuudet vähenevät syvyyden kasvaessa. Tämän on tulkittu olevan epäsuora indikaatio syvien pohjavesien pelkistyneistä olosuhteista, joissa kallioperän U(IV) pysyy kivimatriisissa eikä juurikaan liukene pohjaveteen (Ruotsalainen & Snellman 996). Matalien pohjavesinäytteiden radanpitoisuudet ylittävät raja-arvon 500 Bq/ (kuva 4.6-7) osassa näytteitä. Syvien pohjavesinäytteiden radanpitoisuudet pysyvät yleensä kyseisen raja-arvon alapuolella yksittäisiä poikkeamia lukuunottamatta. Edellisen perusteella pintakallio (syvyys < 200m) luokiteltiin pohjaveden radonin suhteen rakennettavuudeltaan osittain vaativa-luokkaan ja muu osa kalliota luokiteltiin pääosin normaaliluokkaan.

97 "' x t.e l A ". 6. l A 6. t; A A A lt.: II,.. l( )( Pintavedet t. Matalat (< 200m) pohjavedet Syvät(> 200m) pohjavedet - Raja-arvot Rn-222 (Bq/) Kuva Kivetyn pohjavesien radanpitoisuuksien syvyysjakauma. Punaisilla viivoilla on merkitty raja-arvot Rn-222 = 500Bqll ja Rn-222 = 2000 Bq/.

98 9 4.7 Kalliotekniset ominaisuudet 4.7. Porattavuus Kivetyn alueelta kairatuista näytteistä on porattavuusparametreja (DRI-indeksi, CAJ-indeksi) määritetty vain porfyyriselle granodioriitille (taulukko 4.7-). Muiden kivilajien osalta arviointi on suoritettu kirjallisuuden perusteella. Kivilajien Vickersin kovuudet on laskettu ohuthienäytteistä määritettyjen keskimääräisten mineraalikoostumusten ja seuraavien kivimineraalien Vickersin kovuuksien perusteella: kvartsi 060, plagioklaasi 800, kalimaasälpä 730, kiilteet 0, amfiboli 600 ja pyrokseeni 700 ( ). Tunnelilouhinnassa, jossa porattavuutta arvioidaan em. parametrien avulla, ei Kivetyn kivilajien välillä ole merkittäviä eroja. Gabro on hieman muita vähemmän kuluttavaa (pienin Vickersin kovuus), mutta poran tunkeutumisnopeus on siinä hieman pienempi kuin muissa kivilajeissa. Sijoitusreiät on tarkoitus tehdä täysprofiiliporauksella. Kivetyn kivilajit voidaan jakaa porattavuustarkastelua varten eri lujuusluokkiin: porfyyrinen granodioriitti ja granodioriitti ovat lujuudeltaan pienempiä kuin graniitit ja gabro (taulukko 4.7-). Puristusmurtolujuuksien perusteella voidaan arvioida, että etenemä granodioriiteissa on keskimäärin hieman suurempi kuin graniiteissa ja gabrossa. Suomalaisen laitevalmistajan mukaan heikon kiven porausetenemä täysprofiiliporauksessa on kaksinkertainen erittäin lujaan kiveen verrattuna (Lislerud & Vainionpää 997). Kivetyn kivilajeja voitaneen pitää porattavuudeltaan helppoina - normaaleina. Jos kivilajien porattavuusvertailu tehdään DRI-indeksin avulla, kuten Olkiluodon tutkimustunnelin koeporausten tulkinnassa on suositeltu (Autio & Kirkkomäki 996), ei Kivetyn kivilajien porattavuudessa ole merkittäviä eroja. Taulukko Porattavuusparametritja mineraalikoostumuksen perusteella lasketut Vickersin kovuudet. Kivilaji/ DRJ_I> DRI- 2 > CAI- > Lujuus Vickers Vickers Ominaisuus indeksi indeksi indeksi (MPa) (ka) (vaihtelu) (määr.) (kirjall.) Porfyyrinen granodioriitti (s =.8) (graniitti) (s = 0.23) Porfyyrinen gra niitti/graniitti (graniitti) Granodioriitti (graniitti) r Gabro ) Johansson & Autio 995 2) Naapuri 995

99 92 Heikkous- ja rikkonaisuusvyöhykkeiden kalliolaatu saattaa aiheuttaa poraustyön hidastumista tunneleiden louhintaporauksessa. Sijoitusreiät porataan vain kiinteään kallioon, mikä varmistetaan ennakkotutkimuksin. Kaikki edellä mainitut kivilajit luokiteltiin porattavuuden suhteen rakennettavuudeltaan normaali -luokkaan sekä iskuporauksessa että täysprofiiliporauksessa Räjäytettävyys Kivetyn tutkimusalueen pääkivilajit ovat mineralogialtaan, tekstuuriltaan ja lujuudeltaan samankaltaisia, joten eroavaisuudet niiden räjäytettävyydessä ovat vähäisiä niin tunnelipinnan laadun kuin kiven irtoamisenkin suhteen. Voimakkaasti suuntautunutta kiveä ei esiinny lainkaan. Pääkivilajeja voidaan yleisesti ottaen pitää helposti räjäytettävinä ja ne luokiteltiin siten rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan Murskattavuus Kivilajien murskautuvuuteen vaikuttavat ainakin niiden lujuus, sitkeys ja suuntautuneisuus. Murskelajikkeilta vaaditaan tasaista raekokojakaumaa ja kuutiomaista rakennetta. Tyypillisesti normaalissa 2-3 -vaiheisessa murskausprosessissa tuotteen hienoainespitoisuus eli alle mm rakeiden osuus on 4-8 %. Loppusijoitustilojen täyteaineessa käytettäväitä murskeelta oletetaan noin 0% hienoainespitoisuutta, jonka saavuttamiseksi murskausprosessissa vaaditaan lähes poikkeuksetta neljäs vaihe eli hienomurskausvaihe (Tolppanen 998). Kaikki Kivetyn kivilajit ovat murskaukseen ja täytemateriaaliin sopivia. Kaikilla lienee 6-8 % hienoainespitoisuus saavutettavissa. Kivetyn pääkivilajit ovat helposti murskattavia ja ne luokitellaan siten tässä suhteessa rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan Lujitettavuus Kallion lujitettavuus riippuu pääosin kallion rikkonaisuudesta, rapautuneisuudesta, hydrogeologisista ominaisuuksista ja jännitystilasta. Tässä raportissa kallion lujitettavuutta arvioitiin Q-luvun (kuva 4.7-) ja hydrogeologisten ominaisuuksien avulla. Näistä Q-luku huomioi rikkonaisuuden, rapautuneisuuden ja jännitystilan sekä osittain myös hydrogeologiset ominaisuudet. Hydrogeologiset ominaisuudet huomioitiin Q-luvun lisäksi siten, että rakenteet, jotka hydrogeologisten ominaisuuksien perusteella luokiteltiin erittäin vaativa -luokkaan, luokiteltiin lujitettavuudeltaan vähintään vaativa-luokkaan kuuluviksi, koska vuotovedet hankaloittavat merkittävästi lujitustöitä. Q-luvun määrittäminen on esitetty luvussa 4.8. Taulukossa on arvioitu kivilajien lujitustarve keskimääräisen Q-luvun perusteella syvyysväleillä 0-300m, m, m ja > 750 m. Tunnelin jänneväliksi on oletettu 6 m ja ESR:n arvona on käytetty.0. Näillä arvoilla määritetyt lujitusmäärät estimoivat siten keskustunnelin lujitustarvetta, mutta ovat ehkä hieman suuria sijoitustunneleille. Lujitusmäärät on arvioitu erikseen tunnelin hoiville ja seinille. Seinien lujitusarvio perustuu muutetun Q-arvon (Qw) käyttöön, joka riippuu Q-arvosta seuraavasti

100 93 G F c B A 00 Exceptionally poor Extremely poor E = 50 C> 20.ii IX V) w 0 c 0 Q. V) V) w t--:.a--7'++++-t+--t--y!-h++-h5.2 IX E = Rock mass quality Q REINFORCEMENT CATEGORIES : ) Unsupported 2) Spot bolting 3) Systematic bolting 4) Systematic bolting, (and un reinforced shotcrete, 4-0 cm) 5) Fibre reinforced shotcrete and bolting, 5-9 cm 6) Fibre reinforced shotcrete and bolting, 9-2 cm 7) Fibre reinforced shotcrete and bolting, 2-5 cm 8) Fibre reinforced shotcrete, 5- cm, reinforced ribs of shotcrete and bolting 9) Cast concrete lining Kuva Kallion lujitussuositus Q-luvunja kalliotilanjännevälin perusteella (Grimstad & Barton 993). (Barton et al. 974): Qw=5xQ,kunQ>0 Qw = 2.5 x Q, kun 0. < Q 0 Qw =.0 x Q, kun Q 0. Seinien lujitus määritetään kuvasta 4.7- Qw-arvon avulla kuten Q-luvun tapauksessa. Tarkastelun perusteella kivilajien keskimääräiseksi lujitukseksi tunnelihoivissa riittää yleensä systemaattinen pultitus 500 m syvyydelle asti, lukuunottamatta granodioriittia syvyysvälillä m, jossa tarvitaan lisäksi ohut ruiskubetoni. Välillä m porfyyrisessä graniitissa riittää edelleen systemaattinen pultitus kun muissa kivilajeissa tarvitaan lisäksi vähintään ohut ruiskubetoni. Tätä syvemmällä tarvitaan kaikissa kivilajeissa välitön lujitus sekä systemaattinen pultitus ja paksuhko teräskuiduin vahvistettu ruiskubetoni.

101 94 Taulukko Loppusijoitustunneleiden halvin ja seinien lujitustarve Kivetyn kivilajeissa syvyyden funktiona Q-luvun perusteella. Kursiivilla merkitty lujitustarve arvioitu ekstrapoloimalla. PORGRDR = porfyyrinen granodioriitti, PORGR = porfyyrinen graniitti, GRDR = granodioriitti, GR= graniitti, GB = gabro, AFB = amjiboliitti. Kivilaji/Lujitus PORGRDR holvi seinät PORGR m..: ',.: (6.) et 'll ""' " holvi sp 2.0 (2.9) seinät eilujitusta GRDR holvi sp 2.0 (0.2) seinät ei lujitusta GR holvi sp 2.0 (8.4) seinät ei lujitusta GB,AFB holvi sp seinät ei lujitusta Lujitus (Q-Iuku) syvyysväleittäin m m sp 2.0 sp.8 + trb 60 mm (7.8) (.3) ei lujitusta sp rb 40 mm ei lujitusta sp 2.0 (6.S) (8.6) ei... ".... et., sp 2. + rb 40 mm sp.6 + trb 90 mm (3.7) (0.62) sp 2.0 sp.8 + trb 50 sp 2.0 sp 2. + rb 40 mm (.7) (4.3) ei llljitusta sp 2.0 sp2.0 ei lujitusta >750 m sp.5 + trb 00 mm (0.37) sp.7 + trb 70 mm sp.6 + trb 80 mm (0.69) sp. 9 + rb 50 mm sp.4 + trb 20 mm (0.2) sp.5 + trb 00 mm sp.5 + trb JOO mm sp.7 + trb 70 mm Taustavärien selitykset: tumman vihreä ---+ei lujitusta vaalean vihreä ---+ systeemipultitus ( sp) ja puhtiväli metreinä keltainen ---+ ohuehko ruiskubetoni ilman kuituja tai kuiduilla (rb tai trb) ja sen paksuus vaalean punainen ---+ paksuhko teräskuituvahvisteinen ruiskubetoni (trb) ja sen paksuus+ välitön lujitus tumman punainen ---+ välitön lujitus + ruiskubetonikaaret tai järeä teräsbetonirakenne Rakennettavuudeltaan kiinteän kallion porfyyrinen graniitti ja graniitti luokiteltiin normaali-luokkaan, kun syvyys on alle 750 m ja vaativa-luokkaan, kun syvyys on tätä suurempi. Porfyyrinen granodioriitti vaihettuu normaali-luokasta vaativa-luokkaan noin 600 m syvyydessä ja granodioriitti noin 500 m syvyydessä. Rakenteiden lujitustarvetta tarkasteltiin Q-luvun avulla huomioiden sekä geometrinen keskiarvo että huonoin 4 m pituinen lävistysosuus (taulukko 4.7-3). Kaikki tutkimuksissa lävistetyt rakenteet luokiteltiin lujitettavuuden suhteen rakennettavuudeltaan normaali- tai vaativa-luokkaan 500 m syvyydelle asti. Yli 500 m syvyydellä valtaosa rakennelävistyksistä luokiteltiin rakennettavuudeltaan vaativa-luokkaan. Ainoastaan kaksi raken-

102 95 nelävistystä (R29 osittain ja R6) luokiteltiin erittäin vaativa -luokkaan. Rakenteet R5, R8, RIO, Rll, R5, Rl6 ja R29 (merkitty punaisella taulukossa 4.7-3) luokiteltiin geohydrologisin perustein lujitettavuudeltaan vaativa-luokkaan, vaikka ne pelkän Q-luvun keskiarvon perusteella luokiteltiin normaali-luokkaan. Taulukko Kivetyn kalliomallin rakenteiden lujitustarve syvyydenfunktiona Q-luvun perusteella. Punaiset rakennetunnukset on selitetty tekstissä. Syvyys/Laatuluokka ja lujitustarve m Q-luvun geometrisen keskiarvon perusteella Huonoin 4 m osuus m Q-Iuvun geometrisen keskiarvon perusteella Huonoin 4 m osuus m Q-Iuvun geometrisen keskiarvon perusteella Huonoin 4 m osuus >750m Q-Iuvun geometrisen keskiarvon perusteella Huonoin 4 m osuus R4 R8 R25 R8 R5 Normaali Vaativa RXI R5 R0 R R9 R26 R3 R5 R7 R22 R29 RXI R4 R0 R R5 R9 R29 R3 R5 R7 R22 R25 RXI R0 R6 R27 R3 R28 RXI R5 R27 R28 R0 R3 R6 RXI R R3 R23 R29 RXI R R3 RXI R9 R6 R29 R9 R29 Erittäin vaativa R29 R6 Taustavärien selitykset: tumman vihreä ei lujitusta vaalean vihreä systeemipultitus keltainen ohuehko ruiskubetoni ilman kuituja tai kuiduilla (rb tai trb) vaalean punainen paksuhko teräskuituvahvisteinen ruiskubetoni (trb) +välitön lujitus tumman punainen välitön lujitus + ruiskubetonikaaret tai järeä teräsbetonirakenne

103 NGI-Iuokitus (Q-Iuku) 4.8. Q-luvun määrittäminen Kivetyn tutkimusalueen kallioperälle määritettiin vertailun vuoksi NGI-luokituksen mukainen kallion laatuluku Q. Se (kaava 3.- luvussa 3) määritellään kuuden kallioparametrin avulla seuraavasti (Barton et al. 974 ja Grimstad & Barton 993): jossa RQD = rakotiheyttä kuvaava luku ( vaihteluväli 0-00) = rakosuuntien lukumäärästä riippuva tekijä ( vaihteluväli ) = rakopintojen karkeutta kuvaava tekijä ( vaihteluväli 0.5-4) = rakopintojen muuttuneisuutta kuvaava tekijä (vaihteluväli ) = pohjaveden vaikutusta kuvaava tekijä ( vaihteluväli ) = kallion jännitystilan vaikutusta kuvaava tekijä ( vaihteluväli ). Kallion Q-luku voi vaihdella noin välillä Se määritellään yleensä tunnelista tai kalliopaljastumaita kartoittamalla. Tässä työssä se kuitenkin määritettiin Kivetyn tutkimusreikien kairansydämistä reikämetreittäin. Koska kairansydämistä tehtävään Q-luvun määritykseen liittyy aina tulkitsijasta riippuvia oletuksia, on parametrisointi kuvattu yksityiskohtaisesti. Q-luokituksen lähtöaineistona olivat Kivetyn tutkimusreikien KR - KR3 kairausraportit, maanpintakartoitukset, vedenjohtavuusmittaukset, lujuus- ja jännitystilamittaukset sekä kalliomalli. Kivetyn rakotietokantaa ja petrologian raportteja ei käytetty lähtöaineistona, koska ne eivät kata kaikkia kairanreikiä. RQD-luku saatiin suoraan kairausraporteista. Eräissä tutkimusrei'issä RQD-luku kuitenkin oli määrittämättä muutaman metrin matkalla kairansydämen jauhautumisen tms. seikan vuoksi. Näissä kohdin se arvioitiin reikä-tv -kuvan tai sähköisen dipmeter-luotauksen perusteella. Jos RQD-luku oli kairausraporteissa määritetty pienemmäksi kuin 0 %, RQD-luvulle annettiin tällöin arvo 0 %. Rakosuuntien lukumäärätekijä ln määritettiin taulukon 4.8- avulla Kivetyssä tehtyjen rakokartoitusten perusteella. Sille annettiin vakioarvo 9, koska Kivetyn tutkimusalueelia on havaittu keskimäärin kolme päärakosuuntaa. Jn-parametrin määrittäminen reikämetriä kohti antaisi liian edullisen kuvan rakoilusta, koska pystyhköt tutkimusreiät keräävät huonosti alueella vallitsevaa jyrkkäkaateista rakoilua ja yhden metrin tarkastelumatka on liian pieni ajatellen loppusijoituslaitoksen tunneleiden m jännevälejä, jotka risteysalueilla kasvavat yli 0 metriin. Rakopintojen karkeusluku J, määritettiin taulukon avulla. Rakopintojen suurimittakaavaista karkeutta arvioitiin rakopinnan muotoparametrin (epätasainen, kaareva, tasainen) avulla ja pienimittakaavaista karkeutta rakopinnan laatuparametrin (karkea,

104 97 Taulukko Rakosuuntien lukumäärätekijän määritys rakoilun perusteella (mukailtu viitteestä Barton et al. 974). Rakosuuntien lukumäärä Jn A Kiinteä kallio, jossa enintään muutamia rako ja 0.5- B Yksi rakosuunta 2 c Yksi rakosuunta + satunnaista rakoilua 3 D Kaksi rakosuuntaa 4 E Kaksi rakosuuntaa + satunnaista rakoilua 6 F Kolme rakosuuntaa 9 G Kolme rakosuuntaa +satunnaista rakoilua 2 H Neljä tai useampia rakosuuntia 5 J Murskaantunut kivi 20 Taulukko Rakopintojen karkeuden (,) määritys kairansydämestä. Rakopinnan karkeustekijä Suurimittakaavainen karkeus (dm- m) epätasainen, kaareva tasainen u Pienimittakaa- karkea, puolikarkea 3.5 vainen karkeus (mm- cm) sileä 2.0 Rakopinnat irti, karkeus ei vaikuta (täyte> 2 mm) haarniskapinta puolikarkea, sileä) avulla. Kumpikin näistä on raportoitu kairausraporteissa rakokohtaisesti. Jos reikämetrillä ei oltu lainkaan havaittu rakoja parametrin Jr arvoksi oletettiin 3. Parametrin Jr suurimpia mahdollisia arvoja 4 tai 5, joita annetaan portaittaisille ja epäjatkuville raoille, ei käytetty lainkaan, koska rakopintojen epäjatkuvuutta tai portaittaisuutta ei karanreiästä voida havaita. Tästä johtuen parametri voi paikoitellen saada liian konservatiivisen arvon. Jos kairausraportissa ei oltu määritetty raon muoto- ja laatuparametreja, rako oletettiin muodoltaan epätasaiseksi ja laadultaan sileäksi eli Jr sai arvon 2. Jos pelkästään laatu oli jäänyt määrittämättä, se oletettiin sileäksi. Rakopintojen muuttuneisuusluku la määritettiin taulukon avulla. Luokkaa c.4 ei tavattu lainkaan. Q-lukua laskettaessa reikämetriä edustamaan valittiin rako, jonka Jr/Ja-suhde oli pienin eli rako, joka antoi reikämetrille pienimmän Q-luvun. Usein raolle oli rakoluettelossa ilmoitettu ainoastaan väri, mikä tarkoittaa, että raossa on havaittu rakotäyte tai -pinnoite, mutta sitä ei ole voitu yksilöidä kairausraportissa. Tällöin Q-luvun määrityksessä parametrille Ja annettiin arvo 2 eli taulukon kohdan a) mukainen keskimääräinen arvo. Suhde J/Ja approksimoi raon leikkauslujuutta (Grimstad & Barton 993) eli tan- (J/Ja)

105 98 on verrattavissa rakojen "kitkakulmaan" (Barton et al. 974). Rakojen vedenläpäisevyysluku fw määritettiin taulukon avulla kairanrei'issä tehtyjen vesimenekkimittausten perusteella. Parametrisointi tapahtui siten, että jos mitattu vedenjohtavuus (KMoye) oli pienempi kuin E-08 m/s, Jw sai arvon. Jos se oli tätä suurempi, sille annettiin aina arvoksi Tällöin oletettiin, että kallio tällaisessa tapauksessa aina tiivistetään esi-injektoimalla kyseistä raja-arvoa pienemmäksi eli parannetaan sen rakennettavuutta ennen tunneleiden louhintaa, jolloin tunneleihin ei myöskään tule suuria vesivuotoja. Jw:n määrittämisessä käytettiin apuna pääasiassa 2m tulppavälillä tehtyjä mittaustuloksia. Eräillä tiiviillä osuuksilla käytettiin 30.8 m tulppavälillä tehtyjä mittaustuloksia, koska muita ei ollut käytettävissä. Kairanreiälle KR6 käytettiin pelkästään 6.8 ja 30.8 m ja reiälle KR7 noin3-30m tulppaväliä, koska 2m tulppavälillä tehtyjä mittaustuloksia ei ollut lainkaan. Reiän KR4 vedenjohtavuustiedoissa ilmoitettiin, että neljällä välillä (yhteensä 50m) vedenjohtavuudet oli arvioitu 0m tulppavälin mittauksista. Taulukko Rakopintojen muuttuneisuuden ( la) määritys kairansydämestä (mukailtu viitteestä Barton et al. 974). Ri-luokitus viittaa kairausraporteissa käytettyyn rakennusgeologiseen kallioluokitukseen ) Rtielnnaiini,l toisissailo r ] < < ><. :. c.:- ::, i, i, :: ; J..,.,. a.l - Yhteenkasvettuneet rakopinnat tai rakotäyte tiivistä, kovaaja vettäläpäisemätöntä 0.75 (epidootti, kvartsi, maasälpä) -Ehjä kivi (ei rakoja) a.2 - Muuttumattomat rakopinnat, pinta vain likainen.0 a.3 - Lievästi muuttuneet rakopinnat, rakotäytteenä pehmenemättömiä rakanineraaleja, 2.0 hiekanmurusia tai murskaantunutta, savetonta kiveä (ruoste, kiisut, karbonaatti) - Raolle ilmoitettu kivilajista poikkeava väri, mutta ei spesifioitu rakotäytettä - Rakotyypiksi määritetty täytteinen rako, mutta täytettä ei ole ilmoitettu - Haarniskarako, jonka pinnoitetta tai rakotäytettä ei ole tunnistettu -Jos kivilaji on luokiteltu rapautuneeksi (Rp:?:) a.4 - Mururako, jossa ei ole havaittu savea 3.0 a.s - Pehmeneviä tai alhaisen kitkan omaavia savimineraalipinnoitteita, täytepaksuus 4.0 :s; 2 mm (savi, kiille, kloriitti, talkki, kaoliini) - Mururako, joka sisältää savea b.l - Savimineraalitäyte > 2-5 mm 8.0 c.l - Savimineraalitäyte > 5 mm c.2 - Ruhjerakenteiseksi luokiteltu kallio (RiiV) c.3 - Savea tai murskaantunutta kalliota sisältäviä vyöhykkeitä (RiV), jotka sisältävät paisuvaa savea c.4 - Paksut, jatkuvat savivyöhykkeet, jotka sisältävät paisuvaa savea

106 99 Taulukko Rakosuuntien vedenläpäisevyysluvun ( lw) määritys vesivuotojen perusteella (mukailtu viitteestä Lr;Jset 997). Rakojen vedenläpäisevyys A Kuivat kalliotilat tai pieniä vesivuotoja (paikallisesti < 5 /min).0 B Keskinkertainen vesivuoto tai vesipaine, satunnaista rakotäytteen 0.66 poishuuhtoutumista c D E F Suuri vesivuoto tai korkea vesipaine kiinteässä kalliossa, jossa raot täytteettömiä Suuri vesivuoto tai korkea vesipaine, rakotäytteiden huomattavaa poishuuhtoutumista Erittäin suuri vesivuoto tai vesipaine louhintavaiheessa, jotka vaimenevat aikaa myöten Erittäin suuri vesivuoto tai vesipaine, jotka eivät vaimene ajan myötä Jw Taulukko SRF-parametrin laskemiseen käytetyt kivilajien puristusmurtolujuudet. Kivilaji Puristusmurtolujuus (MPa) Porfyyrinen granodioriitti, granodioriitti 25 Porfyyrinen graniitti, graniitti, gabro 75 Amfiboliitti 55 Kairanreikien KR6, KR8- KR0 ja KR3 yläpäässä parametrin lw arvoksi annettiin 0.66, koska vedenjohtavuusmittaukset puuttuivat reikien yläosasta enimmillään noin 90 m matkalta. Jos tulokset puuttuivat vain muutamalta metriltä, annettiin niille sama arvo kuin viereisille metreille. Reiässä KR tulokset puuttuivat viideltä osuudelta, joista pisin oli 70 m. Näille osuuksille annettiin arvoksi, koska se arvo oli viereisilläkin metreillä, ja mittausraportin (Pöllänen & Rouhiainen 997) mukaiset vedenjohtavuuskuvaajat tukivat tätä oletusta. Jännitystilaluvun SRF arvo annettiin osittain eri tavalla kiinteälle kalliolle ja rikkanaista tai ruhjeista kalliota sisältäville rakennevyöhykkeille. Kiinteälie kalliolle SRF laskettiin kivilajeittain puristusmurtolujuuden (taulukko 4.8-5) ja suurimman horisontaalisen pääjännityksen suhteen avulla kuvan 4.8- mukaisesti. Taulukon puristusmurtolujuus valittiin taulukon 4.-0 avulla käyttämällä vaihteluvälin aritmeettista keskiarvoa. Suurin horisontaalinen pääjännitys laskettiin kaavalla (vrt. kuva 4.5-): SH = 0.043Z MPa 4.8- jossa Z merkitsee todellista vertikaalisyvyyttä maanpinnasta.

107 00 ll a: en SRF=-50x+50 J/ /. SRF= y 20 SRF= SRF=-0.5x+6 / Puristuslujuus/Suurin pääjännitys Kuva SRF:n riippuvuus puristuslujuuden ja suurimman pääjännityksen suhteesta. Taulukko Jännitystilaluvun SRF määrittäminen rakennevyöhykkeissä. Ri-luokitus viittaa kairausraporteissa käytettyyn rakennusgeologiseen kallioluokitukseen. Rakennevyöhykkeen kuvaus/srf Kiinteäkallio tai rakorakenteinen kallio (Rill) Kiinteä, vettäjohtava kallio Rikkonainen kallio (Rilll), ruhjeinen kallio (RiiV) tai savirakenteinen kallio (RiV), syvyys kalliopinnasta < 50 m Rikkonainen kallio (Rilll), ruhjeinen kallio (RiiV) tai savirakenteinen kallio (RiV), syvyys kalliopinnasta > 50 m Jännitystilaluku SRF Rakenteiden kohdalla SRF määritettiin sekä taulukon mukaisesti että kiinteän kallion tapaan. Q-luvun laskemisessa käytettiin näistä sitä, joka antoi Q-luvulle pienemmän arvon Kalliolaatu Q-luvun perusteella Q-luvun vaihtelu reikäsyvyyden funktiona on esitetty kuvissa tutkimusreikäkohtaisesti. Reikien Q-lukukuvaajat esittävät 4 m liukuvaa geometrista keskiarvoa, joka kuvastaa keskimääräistä kalliolaatua noin yhden louhintakatkon (kerralla räjäytettävä tunnelipituus) matkalla. Kuvaajissa voidaan havaita ainakin seuraavia piirteitä ( esim. reiät KR l ja KR3):. Q-luku vaihtelee nopeasti noin kertaluokan amplitudilla, mikä johtuu lähinnä Q-parametrien RQD, Irja Ja vaihtelusta.

108 0 2. SRF-luku kasvaa lujuus-jännityssuhteen pienentyessä vertikaalisyvyyden (Z) funktiona, mikä näkyy hitaampina trendimuutoksina Q-luvun kuvaajissa eli kuvassa 4.8- havaittavat kulmakertoimen muutokset näkyvät myös Q-luvun kuvaajissa. Porfyyrisessä granodioriitissa ja granodioriitissa kulmakerroinmuutokset tapahtuvat noin syvyyksillä 220 m ja 50 m. Porfyyrisessä graniitissa, graniitissa ja gabrossa vastaavat muutokset tapahtuvat noin syvyyksillä 330m ja 740 m ja amfiboliitissa syvyyksillä 290 mja 650 m. 3. Kivilajivaihtelun vaikutus SRF:ään näkyy noin yhden kertaluokan trenditason muutoksina Q-luvuissa. Esimerkiksi kairanreiässä KR3 (kuva 4.8-3) porfyyrisen graniitin lävistykset näkyvät positiivisina huippuina reiän loppupäässä. 4. Lisäksi Q-lukukuvaajissa on nähtävissä yleisestä trendistä poikkeavia minimikohtia, jotka tavallisesti liittyvät rikkanaisen tai ruhjeisen rakenteen lävistykseen. Q-luvun jakautuminen kiinteässä kalliossa tutkimusrei'ittäin ja syvyysväleittäin (vertikaalisyvyys maanpinnasta) ilman rakennelävistysosuuksia on esitetty kuvissa Syvyysvälillä 0-300m tutkimusreikien keskimääräinen kalliolaatu vaihtelee luokasta B luokkaan C (laatuluokat esitetty taulukossa 3.-3). Parasta kalliolaatu on reiässä KR8 (Q = 2), jossa rakoilu on huomattavan vähäistä varsinkin yli 00m syvyydessä, ja huonointa (Q = 8) reiässä KR7. Syvyysvälillä m keskimääräinen kalliolaatu vaihtelee luokasta B luokkaan C. Parasta kalliolaatu on reiässä KR3 (Q = 8), joka koostuu tällä syvyydellä lähes yksinomaan porfyyrisestä graniitista, ja huonointa rei'issä KR2 ja KR2 (Q = 5.5). Syvyysvälillä m keskimääräinen kalliolaatu vaihtelee luokasta B luokkaan D. Parasta kalliolaatu on reiässä KR0 (Q = ), joka päättyy (porfyyriseen graniittiin) jo syvyydessä 60 m, ja huonointa reiässä KR2 (Q =.2). Syvyydellä > 750 m keskimääräinen kalliolaatu sijoittuu luokkaan E. Vain reiät KR ja KR5 ulottuvat tälle syvyydelle. Q-luvun voimakas pieneneminen ylempiin syvyysväleihin verrattuna johtuu pääasiassa jännitystilan kasvusta, mikä vaikuttaa voimakkaasti Q-luvun arvoon. Kallion eräät ominaisuudet, esimerkiksi rakojen vedenjohtavuus ja rakotiheys muuttuvat rakennettavuuden kannalta yleensä jopa paremmiksi syvyyden kasvaessa. Q-luvun jakautuminen kiinteässä kalliossa kivilajeittain ja syvyysväleittäin (vertikaalisyvyys) ilman rakennelävistysosuuksia on esitetty kuvassa Välillä 0-300m kivilajien keskimääräinen kalliolaatu vaihtelee luokasta B luokkaan C (laatuluokat esitetty taulukossa 3.-3). Parasta kalliolaatu on porfyyrisessä granodioriitissa ( Q = 6) ja huonointa amfiboliitissa (Q = 6), jota tosin on lävistetty vain 32 m. Välillä m kivilajien keskimääräinen kalliolaatu vaihtelee luokasta B luokkaan D. Granodioriitti ja porfyyrinen granodioriitti ovat laadultaan muita kivilajeja heikompia. Gabron Q-luku on suuri, koska sen vain 5 m pituiseen lävistykseen ei ole sattunut yhtään rakoa. Syvyysvälillä m kivilajien keskimääräinen kalliolaatu vaihtelee luokasta C luokkaan E. Lujuuserojen vuoksi granodioriitit ovat jo selvästi heikompia kuin graniitit. Syvyydellä> 750 m kaikkien kivilajien kalliolaatu sijoittuu luokkaan E. Graniittia on tällä syvyydellä vain kolme metriä (Q = 0.45), joten sitä ei ole esitetty kuvassa. Q-luvun pienuus ja kivilajien väliset laatuerot tällä syvyysalueella riippuvat pääasiassa vallitsevasta suhteellisen korkeasta jännitystilasta ja kivilajien välisistä lujuuseroista.

109 02 --, Selitykset: (4 m) Graniitti Rakenne- geom. tunnus keskiarvo Gabro Amfiboliitti Reiän Qituus Rakenne L HM/Saanio & Riekkola Oy KR2 KR9 KR -00 m -200 m! -300 m.j.. J------fS.-= m IJ-t:,.,...,---" m!-600 m 00 m \ -800 m -900 m _j Kuva Q-luvun vaihtelu Kivetyn tutkimusrei'issä KRJ, KR2 ja KR9.

110 03 Selitykset: Reikätunnus Q-luvun Kivilaji liukuva (4 m) Rakenne- geom. tunnus keskiarvo Re;än p;tuus Porfyyrinen granodioriitti Porfyyrinen graniitti Granodioriitti Graniitti Gabro Amfiboliitti Rakenne HM/Saanio & Riekkola Oy, ,, KR8 KR0 KR3 -u \r;: ::J r,:- \ go m!!_?>()c: 303.3m l -200m -300m! -400 m -500 m 600 m m f oo_ j l -BOO_m -900 m _j Kuva Q-luvun vaihtelu Kivetyn tutkimusrei 'issä KR3, KR8 ja KRJ 0.

111 04 Selitykset: ---, Reikätunnus Perlyyrinen granodioriitti Porfyyrinen graniitti Kivilaji n Granodioriitti! (4 m) Graniitti Rakenne- geom. tunnus keskiarvo Gabro Amfiboliitti Reiänl pituus Rakenne,- KR2 N.8.'000 ' HMI _ S_a-an-io -& Riekkola Oy J KR5 KR7 l f 2()0 f DOm "<> ' ' ' Ro Om...-=------::::= f _ aoo room 80 '' l -700_ll :_2.3 m m -900 m Kuva Q-luvun vaihtelu Kivetyn tutkimusrei'issä KR5, KR7 ja KR2.

112 Selitykset: Reikätunnus granod ioi-lll Portyynnen Porfyyrinen graniitti Q-luvun Kivilaji liukuva (4m) Rakenne- geom. tunnus keskiarvo Reiän pituus Granodioriitti Graniitti Gabro Amfiboliitti Rakenne i HM/Saanio & Riekkola Oy KR6.200.m Kuva Q-luvun vaihtelu Kivetyn tutkimusrei 'issä KR6 ja KRll.

113 Selitykset: Reikätunnus Porfyyrinen granodioriitti Q-luvun Kivilaji liukuva (4 m) Rakenne- geom. tunnus keskiarvo l Porfyyrinen graniitti Granodioriitti Graniitti Gabro :::i II Reiän pituus ::aamo&riekkola Oy _j KR4 KR3-300m /_.d.nn n m :::: m Om i -900 m Kuva Q-luvun vaihtelu Kivetyn tutkimusrei 'issä KR4 ja KR3.

114 a ;::: V,J a a Oo =" ta..._ "<::: <..._. s s : : (':;-'..._ s :::t : s 8 "<::: : ;:;-:..._ : KIVETTY -] Projektia: KKJ 3 (Gauss-Kruger) Mittakaava: :20000 Lohkomalli.0 FintacVjnu/rc/klhk/rak_3.0/geo_2.0/hk_.0/PS/ HM/Saanio & Riekkola Oy a-:luv un JAKAUTUMINEN- KAIRANREI'ITTÄIN (0-300m) Q-LUVUN GEOM. KESKIARVO KAIRANREI'ITTÄIN (0-300m) KR KR '> )

115 0 V. o 0?o ta... '<::! ;:::: '- - s ;:::: s : Vo:l Vo:l : (5 Vo:l Vo:l - Vo:l """'. - -El: s '<::! Vo:l '<::! : :::::-: : KIVETTY Projektio: KKJ 3 (Gauss-Kruger) Mittakaava: : Lohkomalli.0 FintacUjnulrc/klhk/rak_3.0/geo_2.0hk_.0/PSI HM/Saanio & RiekkoJa Oy Q-LUVUN JAKAUTUMINEN! KAIRANREI'ITTÄIN ( m) 4o -oo 0-4o D 4-o D -4 0 o J Q-LUVUN GEOMETRINEN KESKIARVO KAIRANREI'ITT ÄIN ( m) \ Kairanreikä -Tia- =- IKR - 2 F KR3 KR4 KR j - = ! :H- -= KR

116 0 0 ta..._ "< - E" s -?:;-<... s l::l l::l:..._ cs l::l - " s "<... l::l:..._..._ l::l: KIVETTY Mittaka Projektia: KKJ 3 (Gauss-Kruger) ava''20000 lohkomalli.0 Fintact/jnu/rc/klhk/rak HM/S. -. /geo_2.0/lhk.0/ps/ aamo & Riekkol- j Q-LUVUN JAKAUT KAIRANREI'ITTÄI UMINEN l N ( m) II ' o D -4 D o II o-o. o _j Q-LUVUN GE KESKIARVO KAMETRINEN (500 RANREI'ITTÄIN -750 m) airaneikä -- --: karvo ] KR , KR3 --=f2_ KR KR R KR ! 0 \0

117 0-300 m Porfyyr. granodioriitti Porfyyrinen graniitti 0 0 Gran odioriitti Graniitti Gabro Amfiboliitti 3 22 Q = 6.8 (233 m) Q = 2.86 (594 m) Q = 0.2 (75 m) Q = 8.43 (22m) Q = 7.76 (50m) 4 3 Q = 5.83 (32 m) m m Q = 7.83 (942 m) Q =.30 (63 m) Q = 6.50 (644 m) 62 7 Q = 8.55 (292 m) Q = 3.73 (205m) Q =.72 (54 m) Q = 0.62 (70 m) Q = 4.27 (5 m) Q = (5 m) D >750m 2e) 0 67 Q = 0.37 (58 m) 49(])5 Q = 0.69 (39 m) 80 Q = 0.2 (20m) D Kuva Q-luvunjakautuminen (%)kiinteässä kalliossa kivilajeittain syvyysväleillä 0-300m, m, mja > 750 m. Suluissa ilmoitettu kairauslävistysten yhteenlaskettu pituus.

118 Q-luvun jakautuminen kiinteässä kalliossa lohkoittain ilman rakennelävistysosuuksia on esitetty kuvassa Syvyysvälillä m tutkimusreiät lävistävät lohkoja 2-6. Niiden kaikkien keskimääräinen kalliolaatu luokiteltiin luokkaan B. Välillä m tutkimusreiät lävistävät lohkoja 2, 3, 4 ja 6. Niiden keskimääräinen kalliolaatu vaihtelee luokasta B luokkaan C, ollen parasta lohkossa 6 ja heikointa lohkossa 2. Syvyysvälillä m tutkimusreiät lävistävät lohkoja 3, 4 ja 6. Niiden keskimääräinen kalliolaatu luokiteltiin luokkaan D, ollen lohkossa 6 muita hieman parempaa. Syvyydellä> 750 m tutkimusreiät lävistävät lohkoja 2, 3 ja 4. Lohkojen keskimääräinen kalliolaatu luokiteltiin luokkaan E. Erot lohkojen välillä ovat hyvin pieniä. Tarkastelualueen kaikkien mallinnettujen rakennelävistysten (30 kpl) Q-luvut on esitetty rakenteittain (7 kpl) ja syvyysväleittäin 0-300m, m, m ja > 750 m (vertikaalisyvyys) taulukossa Noin puolet rakenteista on lävistetty vain yhden kerran, muiden lävistyskertamäärän vaihdellessa välillä 2-3. Rakennelävistyksistä 58 %sijoittuu syvyysvälille 0-300m, 9% sijoittuu välille m, 3 % sijoittuu välille mja 0% sijoittuu syvyydelle> 750 m. Vertailun vuoksi taulukossa on esitetty Q-luvut myös mallintamattomille rakennelävistyksille (RX). Taulukossa on rakennelävistysten keskimääräisen Q-luvun (geometrinen keskiarvo) lisäksi esitetty rakennekohtaisesti Q 4 m eli rakennelävistyksen huonoimman 4 m pituisen lävistysosuuden geometrinen keskiarvo, joka approksimoi kalliolaatua huonoimman 4 m pituisen louhintakatkon matkalla. Q 4 m on laskettu vain niille rakenteille, joiden lävistyspituus on yli 4 m. Q 4 m on rakenteen keskimääräistä kalliolaatua merkittävästi huonompaa rakenteissa R5 ja R29 syvyysvälillä 0-300m sekä rakenteissa R3 ja R29 syvyysvälillä m. Taulukon rakennelävistyspituudet ilmoittavat rakenteiden kaikkien lävistysten yhteispituuden kyseisellä syvyysvälillä. Rakenteen R29 pisin lävistys osuu kahdelle eri tarkastelusyvyysvälille ( m ja > 750 m), joten se on jaettu näiden kesken ja ilmoitettu taulukossa kahtena lävistyksenä. Syvyysvälillä m kalliolaatu vaihtelee huonoimmillaan luokasta C luokkaan E, ollen heikointa rakenteissa R5, R9, R26 ja R29. Syvyysvälillä m kalliolaatu vaihtelee huonoimmillaan luokasta C luokkaan E, ollen heikointa rakenteissa RlO, R3 ja R6. Syvyysvälillä m kalliolaatu vaihtelee huonoimmillaan luokasta E luokkaan F, ollen heikointa rakenteessa R29. Syvyydellä> 750 m kalliolaatu vaihtelee huonoimmillaan luokastae luokkaan F, ollen heikointa rakenteessa R6.

119 2 Lohko 2 Lohko 3 Lohko 4 Lohko 5 Lohko m 0 Q= 0.39 (223m) Q= 3.63 (443 m) Q =.56 (54m) Q = 2.09 (323m) Q = 4.68 (88 m) m Q=5.27 (22m) Q = 7.0 (604 m) Q = 7.04 (39m) Q = 4.04 (895 m) m 7 6 Q =.42 (239m) Q =.36 (295m) Q=3.57 (464 m) >750m 9 69 Q=0.38 (74m) Q=0.30 (20m) Q=0.39 (26m) Kuva Q-luvunjakautuminen (%)kiinteässä kalliossa lohkoittain syvyysväleillä 0-300m, m, mja > 750 m. Suluissa ilmoitettu kairauslävistysten yhteenlaskettu pituus.

120 3 Taulukko Kivetyn kalliomallin rakennelävistysten Q-luvut (geometrinen keskiarvo) syvyysväleillä 0-300m, m, mja > 750 m. Q 4 m tarkoittaa huonoimman 4 m pituisen rakennelävistysosuuden Q-luvun geometrista keskiarvoa. RX tarkoittaa mallintamattomia rakennelävistyksiä. Rakenne R4 R5 R8 R9 RIO Rll R3 R5 R m Lävistysten lkm 2 2 Pituus (m) Q-luku Q4m m Lävistysten lkm Pituus (m) Q-luku Q4m f m Lävistysten lkm Pituus (m) 7 70 Q-luku Q4m >750m Lävistysten lkm Pituus (m) 4 9 Q-luku o.osl 0. Q4m 0.0 Rakenne R7 R22 R23 R25 R26 R27 R28 R29 RX m Lävistysten lkm Pituus (m) Q-luku Q4m [ m Lävistysten lkm 4 Pituus (m) Q-luku Q4m m Lävistysten lkm 6 Pituus (m) Q-luku r 0.09 r Q4m >750m Lävistysten lkm 2 Pituus (m) 4 0 Q-luku Q4m r o)9 r r D 0.- D

121 4 Kivetyn kiinteän kallion kaikki kivilajit luokiteltiin keskimääräisen Q-luvun perusteella rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan syvyysvälillä m. Porfyyrinen granodioriitti ja graniitti vaihettuvat normaali-luokasta vaativa-luokkaan noin 600 m syvyydellä ja porfyyrinen graniitti noin 750 m syvyydellä. Granodioriitti vaihettuu normaali-luokasta vaativa-luokkaan syvyydellä 500 m. Lohkojen keskimääräisen Q-luvun perusteella kaikki tutkitut lohkot luokiteltiin syvyysvälillä m normaali-luokkaan ja sen alapuolella vaativa-luokkaan. Vaihettuminen normaali-luokasta vaativa-luokkaan tosin tapahtuu syvyysvälillä m ainakin lohkoissa 3 ja 4. Rakenteittain tarkasteltuna normaali-luokkaan luokiteltiin (geometrisen keskiarvon tai Q 4 m:n mukaan) syvyysvälillä 0-300m rakenteet R4, R8, RlO, Rll, R3, R5, R7, R22 ja R25 sekä mallintamattomat rakennelävistykset (RX), ja välillä m rakenteet R5, R27 ja R28 sekä mallintamattomat rakennelävistykset (RX). Vaativa-luokkaan luokiteltiin syvyysvälillä 0-300m rakenteet R5, R9, R26 ja R29, syvyysvälillä m rakenteet RlO, R3 ja R6, syvyysvälillä m rakenteet Rll, R3 ja R23 sekä kaksi mallintamatonta rakennelävistystä (RX), ja syvyydellä> 750 m rakenteet R9 ja R29 sekä mallintamattomat rakennelävistykset (RX). Erittäin vaativa -luokkaan luokiteltiin syvyysvälillä m rakenne R29 osittain ja syvyydellä> 750 m rakenne R6.

122 5 5 TULOSTEN TARKASTELU JA JOHTOPÄÄTÖKSET Kivetyn tutkimusalueen kallioperän rakennettavuus luokiteltiin kivilajiominaisuuksien, rakoiluominaisuuksien, hydrogeologisten ominaisuuksien, rakennetyypin, jännitystilan, Q-luvun, pohjavesikemian ja kallioteknisten ominaisuuksien perusteella. Seuraavien muuttujien vaikutusta tutkittiin luokitustulokseen luokitusominaisuudesta riippuen: kivilaji, kiinteä kallio/rakenne (eli kuuluuko tarkasteltava kallio-osuus kiinteään kallioon vai rakenteeseen), sijaintisyvyys, kallioperän lohko ja tutkimusreikä. Selvää riippuvuutta havaittiin vain kolmen ensiksi mainitun muuttujan suhteen kallio-ominaisuudesta riippuen (taulukko 5-). Kahden viimeksi mainitun, kalliolaadun alueellista vaihtelua kuvaavan muuttujan suhteen havaittiin vain vähäistä riippuvuutta. Lohkokohtaista ja etenkin reikäkohtaista riippuvuutta tutkittiin muita muuttujia vähemmän. Kallion rakennettavuusluokitus perustuu pääasiassa kallionäytekairauksiin ja reikätutkimuksiin, mutta myös pintakartoitusten tuloksia on käytetty. Yhtenä lähtötietona käytetty kalliomalli perustuumaanpinta-ja reikätutkimuksiin. Kairanreiät (3 kpl) sisältävä, loppusijoituksen kannalta keskeinen tutkimusalue on pinta-alaltaan syvyysvälillä m noin 2.5 km 2. Yli 500 m syvyydestä kairaustietoa on käytettävissä merkittävästi tutkimusrei'istä KR, KR3, KR5, KR0, KR ja KR2. Loppusijoitustunneleiden tarvitsema alue on noin 0.4 km 2 nykyisen perusratkaisun mukaisesti (noin 400 jätekapselia). Lohkomalli kattaa noin 4 km 2 suuruisen alueen 500 m syvyydessä. Parhaiten kairaustietoa on lohkojen 6 ja 3 alueelta. Kummankin lohkon pinta-ala tällä syvyydellä on noin km 2. Muista lohkaista on vain vähän tai ei lainkaan kairaustietoa 500 m syvyydeltä. Kivetyn kalliomallin rakenteista olemassa olevan kairaustiedon määrä vaihtelee melko paljon. Rakenteista R9, R0, R, R3, R5, R6, R22 ja R29 on 2-3 kairauslävistystä kustakin. Muista yhdeksästä rakenteesta on vain yksi kairauslävistys kustakin. Mallintamattomia, rakenteeksi määriteltyj ä kairauslävistyksiä (RX) on yhteensä 30 kpl eli puolet kaikista rakennelävistyksistä. Syvyysvälillä m ja m, jotka edustavat todennäköistä loppusijoitussyvyyttä, on 0 mallinnetusta rakenteesta kustakin yksi kairauslävistys. Sen lisäksi on 0 kairauslävistystä mallintamattomista rakenteista (RX). Luokituksen lähtöaineistoon, etenkin kairanreikätutkimusten edustavuuteen sekä kalliomallin ja lohkomallin oletuksiin liittyy epävarmuuksia, erityisesti rakenteiden määrän ja ominaisuuksien osalta, jotka vaikuttavat myös luokitustulokseen epävarmuutena. Kalliolaadun tarkentaminen loppusijoitussyvyydessä tehtävillä lisätutkimuksilla on tarpeen, jotta voidaan varmistaa loppusijoitustilojen sijoittuminen rakennettavuudeltaan soveltuvaan kallioon. Kivetyn kallioperän rakennettavuus on luokiteltu kallio-ominaisuuksia kuvaavien yksittäisten luokitusparametrien avulla tiivistettynä taulukossa 5-2. Seuraavassa on tarkasteltu erikseen eri kallio-ominaisuuksien rakennettavuutta: Kivilajiominaisuuksien suhteen kiinteän kallion kivilajit luokiteltiin rakennettavuudeltaan yleensä normaali-luokkaan. Rapautumisasteen suhteen luokiteltiin vaativa-luokkaan rakenne R29 osittain ja kaksi mallintamatonta rakennelävistystä (RX). Rakenteiden lujuusominaisuuksia ei ole määritetty, joten niiden suhteen Juokitusta ei ole voitu tehdä.

123 - 6 Taulukko 5-. Eri luokitusparametrien riippuvuus alueellisista muuttujista. K/R = kiinteä kallio/rakenne. X = riippuvuus tutkittu, (X) = riippuvuus tutkittu, mutta aineistoa ei esitetä raportissa tai se ei ole kattava. Taustavärit: punainen = voimakas riippuvuus, keltainen = kohtalainen riippuvuus, vihreä = heikko riippuvuus. Rakennetyyppi: Parametri/ Alueellinen muuttuja Kivilaji Syvyys KIR Lohko Reikä Kivilajiominaisuudet: Mineraalikoostumus X Liuskeisuusaste X Raekoko X -- Rapautumisaste (X) (X) X X - Lujuus- ja muodonmuutosomi- X naisuudet Lämpötekniset ominaisuudet X Rakoiluominaisuudet: Päärakosuunnat (X) Rakotiheys X X X X Rakopituus X (X) (X) (X) Rakojen kitkaominaisuudet X X Rakoavauma X X X (X) - Hydrogeologiset ominaisuudet: - Vedenjohtavuus X X X (X) - Kallion tiivistystarve ja tiivistettä- X X vyys - Kiinteä, rikkonainen ja ruhjeinen X X X X kallio Vettäjohtava kallio X X J ännitystila: Pääjännitykset X - - Lujuus-jännityssuhde (X) X Pohjavesikemia: Pohjaveden ph X - Sulfaa ttipitoisuus X Vapaa hiilidioksidi X Ammoniumpitoisuus X Magnesiumpitoisuus X Kloridipitoisuus X Radonpitoisuus X Kalliotekniset ominaisuudet: Porattavuus X Räjäytettävyys X Murskattavuus X - Lujitettavuus X X X - NGI-luokitus:,_ Q-luku X X X X X

124 Taulukko 5-2. Kivetyn kallioperän rakennettavuus kallioperän ominaisuuksien perusteella. RX tarkoittaa mallintamattomia rakennelävistyksiä. Ominaisuus!Rakennettavuusluokka Normaali Vaativa Erittäin vaativa Kivilajiominaisuudet: l a) mineraalikoostumus kaikki kivilajit b) Iiuskeisuusaste kaikki kivilajit c) raekoko kaikki kivilajit d) rapautumisaste kiinteä kallio osittain RX, R29! e) lujuusominaisuudet kaikki kivilajit! 0 lämpötekniset ominai- porfyyrinen granodioriitti, porfyyrinen gabro, amfiboliitti suudet graniitti, granodioriitti, graniitti l Rakoiluominaisuudet: a) rakosuuntien lkm kaikki kivilajit yleensä kaikki kivilajit paikallisesti b) rakotiheys kiinteäkallioyleensä kiinteäkalliopaikallisesti! rakenteet yleensä osittain R5, R29 osittain R5, Rl6, R29 c) rakopituus kiinteä kallio ja rakenteet yleensä kiinteä kallio ja rakenteet paikallisesti d) kitkaominaisuudet kaikki kivilajit yleensä kaikki kivilajit paikallisesti i RX, R4, R9, RIO, R6, R22, R23, R26, osittain R5, R8, Rll, R5, R7, R25, R28, osittain R3, R5, Rl7, R29 R27 R29! e) rakoavauma kiinteä kallio yleensä kiinteä kallio ja erityisesti rakenteet paikallisesti """""' """""' -.]

125 Ominaisuus/Rakennettavuus- Normaali i! Vaativa Erittäin vaativa luokka Hydrogeologiset ominaisuudet kiinteä kallio yleensä!! kiinteä kallio paikallisesti (keskimäärin 70 m välein 500 m syvyydessä) Rakennetyyppi R9, RI3, RI7 kiinteäkallioyleensä RX, R9, RI3, RI7 i R4,R22,R25,R26,R27,R28 kiinteäkalliopaikallisesti ( vettäjohtavaa i kalliota keskimäärin 70 m välein 500 m! syvyydessä) R4, R22, R25, R26, R27, R28 R5, R8, RIO, RII, RI5, RI6, R23, R29 R5, R8, RIO, RII, RI5, RI6, R23, R29 Jännitystila (lujuus-jännityssuhde) porfyyrinen granodioriitti ja granodioriitti, kun syvyys < 450 m porfyyrinen graniitti, graniitti ja gabro, kun syvyys < 680 m! porfyyrinen granodioriitti ja granodioriitti, kun syvyys > 450 m ja < 850 m porfyyrinen graniitti, graniitti ja gabro, kun syvyys >680 mja < IOOO m porfyyrinen granodioriitti ja granodioriitti, kun syvyys > 850 m porfyyrinen graniitti, graniitti ja gabro, kun syvyys > I 000 m Pohjavesikemia ph, sulfaatti, vapaa hiilidioksidi, ammonium, magnesium, kloridi radon, kun syvyys < 200 m 00 radon, kun syvyys > 200 m Kalliotekniset ominaisuudet: a) porattavuus kaikki kivilajit b) räjäytettävyys kaikki kivilajit c) murskattavuus kaikki kivilajit d) lujitettavuus: i!

126 Ominaisuus/Rakennettavuusluokka Normaali ) kiinteä kallio porfyyrinen graniitti ja graniitti, kun l syvyys < 750 m porfyyrinen granodioriitti, kun syvyys <600m Vaativa! i porfyyrinen graniitti ja graniitti, kun syvyys > 750 m porfyyrinen granodioriitti, kun syvyys l > 600 m Erittäin vaativa granodioriitti, kun syvyys < 500 m 2) rakenteet m RX, R4, RI3, RI7, R22, R25 3) rakenteet m! RX, R27, R28 Q-Iuku: 4) rakenteet m 5) rakenteet> 750 m! a) kiinteä kallio porfyyrinen granodioriitti, kun syvyys <600m porfyyrinen graniitti ja graniitti, kun syvyys <750 m granodioriitti, kun syvyys > 500 m R5, R8, R9, RIO, RII, RI5, R26, R29 i l RIO, RI3, RI5, RI6 RX, RII, RI3, R23, osittain R29 RX,R9,R29! porfyyrinen granodioriitti, kun syvyys >600m porfyyrinen graniitti ja graniitti, kun syvyys i >750m osittain R29 RI6 \0 granodioriitti, kun syvyys < 500 m b) rakenteet m RX, R4, R8, RIO, Rll, RI5, RI7, R22, R25 granodioriitti, kun syvyys > 500 m l R5, R9, R26, R29 c) rakenteet m RX, RI5, R27, R28 RIO, RI3, RI6 d) rakenteet m e) rakenteet> 750 m RX, RII, RI3, R23, osittain R29 i RX,R9,R29 osittain R29 RI6

127 20 Rakoiluominaisuuksien suhteen kiinteä kallio luokiteltiin olemassa olevan tutkimustiedon perusteella rakennettavuudeltaan pääasiassa normaali-luokkaan. Kalliolaadun luonnollisesta vaihtelusta johtuen saatetaan kuitenkin paikallisesti kohdata rakennettavuudeltaan vaativa-luokkaan kuuluvaa kalliota sekä kiinteässä kalliossa että rakenteissa. Tämä merkitsee rakentamisen kannalta käytännössä sitä, että paikallisesti voidaan tarvita tunneleiden normaalilujitusta järeämpää lujitusta. Noin puolet rakenteista luokiteltiin kitkaominaisuuksien suhteen osittain vaativa-luokkaan tai erittäin vaativa -luokkaan, mikä käytännössä voi näiden kohdalla merkitä ennakkolujitustarvetta tai riskiä paikallisista louhintaryöstymistä. Rakenteissa R5, R6 ja R29 tavattiin rakotiheyden suhteen vaativatai erittäin vaativa -luokkaan luokiteltavia rakennelävistysosuuksia. Hydrogeologisten ominaisuuksiensa suhteen kiinteä kallio luokiteltiin rakennettavuudeltaan yleensä normaali-luokkaan. Siinä tavataan suunnitellulla, noin 500 m loppusijoitusyvyydellä keskimäärin 70 m välein vettajohtavia kohtia, jotka todennäköisesti tarvitsevat tiivistämistä. Kahdeksan rakennetta arvioitiin transmissiviteettinsa (T) perusteella niin merkittäviksi ja tiivistettävyydeltään niin vaikeiksi, että ne luokiteltiin erittäin vaativa -luokkaan kuuluviksi. Rakennetyypin suhteen kiinteä kallio luokiteltiin rakennettavuudeltaan pääasiassa normaali-luokkaan. Paikallisesti saattaa kuitenkin esiintyä vaativa-luokan kalliota, lähinnä vettäjohtavaa tai rikkanaista kalliota. Rakenteista 3 kpl ja mallintamattomat rakennelävistykset (RX) luokiteltiin rakennetyypin suhteen normaali-luokkaan, 6 kpl vaativaluokkaan ja 8 kpl erittäin vaativa -luokkaan. Erittäin vaativa -luokkaan luokiteltiin rikkanaiset ja ruhjeiset tai vettäjohtavat, vaikeasti tiivistettävät rakenteet R5, R8, RlO, Rll, R5, R6, R23 ja R29. Ruhjeista kalliota esiintyy merkittävästi vain rakenteessa R29. Jännitystilan (lujuus-jännityssuhde) suhteen porfyyrinen granodioriitti ja granodioriitti luokiteltiin rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan, kun syvyys on alle 450 m ja vaativa-luokkaan m syvyysvälillä. Porfyyrinen graniitti, graniitti ja gabro luokiteltiin rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan, kun syvyys on alle 680 m ja vaativa-luokkaan syvyysvälillä m. Kallioräiskettä ei siten olisi lainkaan odotettavissa tutkimusalueella alle 700 m syvyydessä. Lujuusmääritysten ja jännitystilamittaustulosten suuresta hajonnasta ja käytetystä tarkastelutavasta johtuen yllä mainitut rajasyvyydet saattavat vaihdella. Loppusijoitustunneleiden oikealla suuntauksella suhteessa suurimpaan vaakajännitykseen voidaan niiden stabiliteettia parantaa. Suuntauksena ei kuitenkaan voida vaikuttaa merkittävästi loppusijoitusreikien ja kuilujen stabiliteettiin, koska ne ovat aina kohtisuorassa suurinta vaakajännitystä vastaan. Pohjavesikemian suhteen Kivetyn kallioperä luokiteltiin radonia lukuunottamatta normaali-luokkaan kaikilla syvyyksillä. Pohjaveden radonin suhteen kallio luokiteltiin vaativa-luokkaan syvyysvälillä 0-200m ja normaali-luokkaan tätä syvemmällä. Loppusijoitustilojen rakennettavuoden kannalta pintakallion kohonneella radanpitoisuudella ei ole käytännön merkitystä. Se vaikuttaa vain kuilujen louhintavaiheessa, jolloin se saattaa edellyttää normaalia tehokkaampaa tuuletusta.

128 2 Porattavuuden, räjäytettävyyden ja murskattavuuden suhteen kiinteän kallion kivilajit luokiteltiin rakennettavuudeltaan normaali -luokkaan. Lu jitettavuuden suhteen porfyyrinen graniitti ja graniitti luokiteltiin normaali-luokkaan, kun syvyys on alle 750 m ja vaativa-luokkaan, kun syvyys on tätä suurempi. Porfyyrinen granodioriitti vaihettuu normaali-luokasta vaativa-luokkaan noin 600 m syvyydessä ja granodioriitti noin 500 m syvyydessä. Keskimääräisenä lujituksena kiinteässä kalliossa riittää 500 m syvyydelle asti tunnelihalvin systemaattinen pultitus, lukuunottamatta porfyyristä graniittia, jossa lujitusta ei tarvita lainkaan. Syvyysvälillä m vähiten lujitusta tarvitaan porfyyrisessä graniitissa, jossa riittää systemaattinen pultitus ja eniten lujitusta tarvitaan tasarakeisessa granodioriitissa, jossa tarvitaan välitön lujitus sekä pultitus ja kuituvahvistettu ruiskubetoni. Muissa kivilajeissa tarvitaan systemaattinen pultitus ja ohuehko ruiskubetoni. Yli 750 m syvyydessä tarvitaan kaikissa kivilajeissa välitön lujitus sekä pultitus ja paksuhko kuituvahvistettu ruiskubetoni. Rakenteet luokiteltiin lujitettavuuden suhteen pääasiassa normaali- tai vaativa-luokkaan m syvyysvälillä. Tätä syvemmällä ne luokiteltiin yleensä vaativa-luokkaan ja kahden rakenteen osalta erittäin vaativa -luokkaan. Rakenteissa tarvitaan kairauslävistysten perusteella 500 m syvyydelle asti aina systemaattinen pultitus ja lähes aina ruiskubetonilujitus. Noin puolessa rakennelävistyksiä tarvitaan välitön lujitus sekä systemaattinen pultitus ja kuituvahvistettu paksuhko ruiskubetoni. Tätä syvemmällä tarvitaan kaikissa rakennelävistyksissä vähintään välitön lujitus sekä systemaattinen pultitus ja kuituvahvistettu paksuhko ruiskubetoni. Rakenteessa R29 tarvitaan m syvyysvälillä ja rakenteessa R6 syvyyden 750 m alapuolella järeä, ruiskubetonikaarilla vahvistettu lujitus. Kuviin 5- ja 5-2 on merkitty punaisella erittäin vaativa -luokkaan luokitellut rakenteet, joita tulisi nykytiedon perusteella välttää loppusijoitustunneleiden asemoinnissa. Q-luvun suhteen kiinteän kallion porfyyrinen graniitti luokiteltiin normaali-luokkaan, kun syvyys on alle 750 mja vaativa-luokkaan, kun syvyys on tätä suurempi. Porfyyrinen granodioriitti vaihettuu normaali-luokasta vaativa-luokkaan noin 600 m syvyydessä ja granodioriitti noin 500 m syvyydessä. Rakenteet luokiteltiin syvyyden 500 m yläpuolella normaali- tai vaativa-luokkaan. Tätä syvemmällä ne luokiteltiin vaativa- tai erittäin vaativa -luokkaan. On huomattava, että useista rakenteista on melko vähän, jos lainkaan, kairaustietoa (taulukossa 5-2 on luokiteltu kaikki rakennelävistykset, joista sitä on). Esimerkiksi syvyysväliltä m kairaustietoa on vain kuudesta rakenteesta ja syvyysväliltä m vain neljästä rakenteesta. Tämä vähentää rakenteiden osalta luokittelutuloksen luotettavuutta.

129 22 Edellä esitetyn tarkastelun perusteella Kivetyn kallioperän rakennettavuudesta voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset:. Kivetyn kallioperässä ei ole havaittu loppusijoitustilojen tarkasteltavalla syvyysvälillä m sellaisia ominaisuuksia, jotka estäisivät loppusijoitustilojen rakentamisen tavanomaisin kalliorakennusmenetelmin. 2. Kiinteä kallio on luokiteltu syvyysvälillä m suurimmaksi osaksi rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan ja rakenteet normaali-, vaativa- tai erittäin vaativa -luokkaan. Syvyysvälin alaosassa arvioidaan granodioriitin ja porfyyrisen granodioriitin rakennettavuus vaativaksi ja rakenteiden vaativaksi tai erittäin vaativaksi, koska jännitystila kasvaa syvemmälle mentäessä. 3. Kalliotilojen lujitustarve lisääntyy syvyyden kasvaessa. Syvyysvälin m yläosassa riittää loppusijoitustilojen keskimääräiseksi lujitukseksi systemaattinen pultitus kaikissa kivilajeissa. Porfyyrisessä graniitissa ei lujituksia tarvita juuri lainkaan. Syvyysvälin alaosassa lisääntyy arvioitu lujitustarve siten, että porfyyrisessä granodioriitissa ja granodioriitissa kalliopuhtien lisäksi tarvitaan paksuhkoa kuituvahvistettua ruiskubetonia ja välittömiä lujituksia. Porfyyrisessä graniitissa riittää pelkkä systemaattinen pultitus. Luokitusparametrien, erityisesti lujuusmittausten hajonnasta johtuen kivilajien kalliomekaaninen käyttäytyminen ja vastaavasti myös kallion lujitustarve saattavat paikoitellen poiketa keskimääräisen Q-luvun mukaan arvioidusta. 4. Hydrogeologisten tai kallioteknisten ominaisuuksien kannalta erittäin vaativiksi luokiteltujen rakenteiden R5, R8, R0, R, R5, R6, R23 ja R29 arvioidaan rajoittavan sijoitustuoneleiden asemointia. 5. Kallion pintaosan pohjavesien radanpitoisuudet ovat korkeahkot, pitoisuus kuitenkin laskee syvemmälle mentäessä. Syvyysvälillä m kallion rakennettavuus luokitellaan radanpitoisuuden perusteella jo normaali-luokkaan. Pintakallion korkeahko radanpitoisuus vaikuttaa rakennettavuoteen vain kuilujen ja mahdollisen ajotunnelin louhintavaiheessa, jolloin se saattaa edellyttää normaalia tehokkaampaa tuuletusta. 6. Luokituksen lähtöaineistoon, erityisesti reikätutkimuksiin ja kalliomalliin liittyy epävarmuuksia. Tämän johdosta myös luokituksen tuloksiin liittyy epävarmuuksia, erityisesti rakenteiden osalta. Kalliolaadun tarkentaminen loppusijoitussyvyydessä tehtävin lisätutkimuksin on tarpeen, jotta loppusijoitustilojen tuoneleiden ja sijoitusreikien sijoittaminen soveltuviin paikkoihin voidaan varmistaa.

130 23 :-tm _ '\ (.) 0 0 'Y 3" "' 02-00==4ii""!OOs L _..;:;; ---"" _- : olli.o , II' KIVETTY SELITYKSET: Vaakaleikkaus 500 m Kalliomallin rakenteet (z=-300 m) Porfyyrinen granodorutt :t/ SIJOitustunneleiden Mittakaava: :20 ooo ' rakentamisessa Projektio: Granodioriitti! vältettävät KKJ 3 (Gauss-Kruger) rakenteet Rakennemalli 3.0 Graniitti ::y.{ Muut rakenteet FintacVJLi/09..98/rc/kive/ } r!' s.sec-sr-z300-rak/rak 3.0/PS Porfyyrinen graniitti,(' Geomalli FintacVJLi/09..98/rc/kive/ i, s.sec-sr-z300-geo/geo_3.0/ps ' HM/Saanio & Riekkola Oy J L L. -.._ j KR -- KR9 (z8 m) ( ' ',... l Kairanreian sijainti leikkaussyvyydellä Tarkasteluvälille ( m) ulottuvan, leikkaustasoa ennen päättyvän reiän lopetussyvyys Luokituksen kattama alue Kuva 5-. Rakennettavuudeltaan erittäin vaativa -luokkaan luokitellut rakenteet (punaiset), vaakaleikkaus 500 m syvyydestä.

131 24 0 A-A l v.> j VJ I VJ IVJ, j VJ IVJ g,o,o, ! : j i i KR0-500 R , 8-B 0> ' O> 0>! ffi 0 i -500., -000m , KIVETTY ' SELITYKSET: KR Kairanreikä Leikkaus A-A Rakennemalli 3.0 Granodioriitti FintacVJLi/ /rc/kive/ Kalliomallin rakenteet: s.sec-x sr-rak/rak_3.0/ps Geomalli 3.0 Porfyyrinen granodioriitti :!" Sijoitustunneleiden Q:l rakentamisessa FintacVJLi/ /rc/kive/.> vältettävä! rakenteet s.sec-x sr-geo/geo_3.0/ps Graniitti Leikkaus B-B ::::- :..( M k t Rakennemalli 3.0 Porfyyrinen graniitti Q:;(" uut ra entee! :/i-298/rclk>ve/!;::3. 0/PS \ Amfiboluttl -: :-: m s sec-y sr-geo/geo 3 0/PS HM/ ' - Saanio & Riekkola Oy, j' L --= =--=-=----==--=--=-=--==-----] Kuva 5-2. Rakennettavuudeltaan erittäin vaativa -luokkaan luokitellut rakenteet (punaiset), pystyleikkaukset itä-länsisuunnasta (ylempi) ja pohjois-eteläsuunnasta (alempi).

132 25 6 YHTEENVETO Äänekosken Kivetyn kallioperää on tutkittu yhtenä loppusijoitusvaihtoehtona Suomen ydinvoimalaitosten käytetylle polttoaineelle. Loppusijoitustilojen sijoitussyvyyteen ja pohjaratkaisun muotoon vaikuttavat loppusijoituspaikan kallioperän kivilaji-, rakoilu- ja hydrogeologiset ominaisuudet sekä kallion jännitystila, pohjavesikemia ja kalliotekniset ominaisuudet. Tässä työssä luokiteltiin edellä mainittujen kallio-ominaisuuksien avulla Kivetyn kallioperä eri rakennettavuusluokkiin loppusijoitustilojen rakentamisen kannalta. Rakennettavuutta arvioitiin sekä empiirisesti sekä edellä mainittuja kallio-ominaisuuksia kuvaavien yksittäisten luokitusparametrien suhteen että kansainvälisesti tunnetun NGI-luokituksen (Q-luku) avulla. Kallioperä luokiteltiin rakennettavuudeltaan kolmeen luokkaan: normaali-luokkaan, vaativa-luokkaan ja erittäin vaativa -luokkaan. Rakennettavuus määriteltiin luokitusparametrin suhteen normaali-luokkaan kuuluvaksi, jos tilojen rakentaminen arvioidaan voitavan toteuttaa normaaleja kalliotiloissa käytettyjä rakennusmenetelmiä, materiaaleja ja työtehoja käyttäen, ottaen kuitenkin huomioon kohteen vaativuus. Rakennettavuus määriteltiin luokitusparametrin suhteen vaativa-luokkaan kuuluvaksi, jos toteutuksessa joudutaan käyttämään merkittävästi normaalia kalliimpia menetelmiä ja materiaaleja, työ hidastuu merkittävästi tai työturvallisuusriskien hallintaan joudutaan panostamaan merkittävästi normaalia enemmän. Rakennettavuus määriteltiin luokitusparametrin suhteen erittäin vaativa -luokkaan kuuluvaksi, jos toteutuksessa joudutaan käyttämään erittäin paljon normaalia kalliimpia menetelmiä ja materiaaleja, työ hidastuu erittäin merkittävästi tai työturvallisuusriskien hallintaan joudutaan panostamaan erittäin merkittävästi normaalia enemmän. Luokittelun lähtöaineistona olivat Kivetyn tutkimusalueelia tehdyt sijoituspaikkatutkimukset, jotka käsittävät sekä pintatutkimuksia että reikätutkimuksia, ja näiden perusteella laadittu kolmiulotteinen kalliomalli. Kairanreiät (3 kpl) sisältävä, luokiteltu tutkimusalue käsittää syvyysvälillä m noin 2.5 km 2 suuruisen alueen. Yli 500 m syvyydestä kairaustietoa on kuudesta tutkimusreiästä noin km 2 alueelta. Ne ulottuvat noin m syvyyteen maanpinnasta. Työssä tutkittiin seuraavien muuttujien vaikutusta kallion luokitteluominaisuuksiin: kivilaji, kiinteä kallio/rakenne, sijaintisyvyys, kallioperän lohko ja tutkimusreikä. Selvää riippuvuutta tarkastelun perusteella havaittiin kallio-ominaisuudesta riippuen kolmen ensiksi mainitun muuttujan suhteen. Kahden viimeksi mainitun, kalliolaadun alueellista vaihtelua kuvaavan muuttujan suhteen havaittiin vain vähäistä riippuvuutta. Lohkotarkastelussa kalliojaettiin hydrogeologisesti ja/tai kallioteknisesti merkittäviksi arvioitujen rakenteiden rajaamiin lohkoihin, joiden ominaisuuksia arvioitiin niitä lävistävien tutkimusreikien ja niistä olevan maanpintakartoitustiedon perusteella. Kivilajiominaisuuksiensa suhteen kiinteän kallion kivilajit luokiteltiin rakennettavuudeltaan yleensä normaali-luokkaan. Muutama rakenne luokiteltiin rapautuneisuuden perusteella rakennettavuudeltaan osittain vaativa-luokkaan.

133 26 Rakoiluominaisuuksien suhteen kiinteä kallio luokiteltiin olemassa olevan tutkimustiedon perusteella rakennettavuudeltaan pääasiassa normaali-luokkaan. Kalliolaadun luonnollisesta vaihtelusta johtuen saatetaan kuitenkin paikallisesti kohdata rakennettavuudeltaan vaativa-luokkaan kuuluvaa kalliota sekä kiinteässä kalliossa että rakenteissa. Noin puolet rakenteista luokiteltiin kitkaominaisuuksien suhteen rakennettavuuudeltaan osittain vaativa-luokkaan tai erittäin vaativa -luokkaan. Muutamat rakenteet luokiteltiin rakotiheyden suhteen osittain vaativa-luokkaan tai erittäin vaativa -luokkaan. Hydrogeologisten ominaisuuksiensa suhteen kiinteä kallio luokiteltiin rakennettavuudeltaan yleensä normaali-luokkaan. Siinä tavataan suunnitellulla, noin 500 m loppusijoitussyvyydellä keskimäärin 70 m välein vettajohtavia kohtia, jotka todennäköisesti tarvitsevat tiivistämistä. Kahdeksan rakennetta arvioitiin transmissiviteettinsa (T) perusteella niin merkittäviksi ja tiivistettävyydeltään niin vaikeiksi, että ne luokiteltiin erittäin vaativa -luokkaan kuuluviksi. Rakennetyypin suhteen kiinteä kallio luokiteltiin rakennettavuudeltaan pääasiassa normaali-luokkaan. Paikallisesti saattaa kuitenkin esiintyä vaativa-luokan kalliota, lähinnä vettäjohtavaa tai rikkanaista kalliota. Rakenteista 3 kpl ja mallintamattomat rakennelävistykset (RX) luokiteltiin rakennetyypin suhteen normaali-luokkaan, 6 kpl vaativaluokkaan ja 8 kpl erittäin vaativa -luokkaan. Erittäin vaativa -luokkaan luokiteltiin rikkanaiset ja ruhjeiset tai vettäjohtavat, vaikeasti tiivistettävät rakenteet R5, R8, RlO, Rll, R5, R6, R23 ja R29. Ruhjeista kalliota esiintyy merkittävästi vain rakenteessa R29. Jännitystilan (lujuus-jännityssuhde) suhteen porfyyrinen granodioriitti ja granodioriitti luokiteltiin rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan, kun syvyys on alle 450 m ja vaativa-luokkaan m syvyysvälillä. Porfyyrinen graniitti, graniitti ja gabro luokiteltiin rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan, kun syvyys on alle 680 m ja vaativa-luokkaan syvyysvälillä m. Kallioräiskettä ei siten olisi lainkaan odotettavissa tutkirousalueella alle 700 m syvyydessä. Pohjavesikemian suhteen Kivetyn kallioperä luokiteltiin normaali-luokkaan kaikilla syvyyksillä, lukuunottamatta radonpitoisuutta, jonka suhteen kallio luokiteltiin vaativaluokkaan syvyysvälillä m. Porattavuuden, räjäytettävyyden ja murskattavuuden suhteen kiinteän kallion kivilajit luokiteltiin rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan. Lujitettavuuden suhteen porfyyrinen graniitti ja graniitti luokiteltiin normaali-luokkaan, kun syvyys on alle 750 m ja vaativa-luokkaan, kun syvyys on tätä suurempi. Porfyyrinen granodioriitti vaihettuu normaali-luokasta vaativa-luokkaan noin 600 m syvyydessä ja granodioriitti noin 500 m syvyydessä. Keskimääräisenä lujituksena kiinteässä kalliossa riittää 500 m syvyydelle asti tunnelihalvin systemaattinen pultitus, lukuunottamatta porfyyristä graniittia, jossa lujitusta ei tarvita lainkaan. Syvyysvälillä m vähiten lujitusta tarvitaan porfyyrisessä graniitissa, jossa riittää systemaattinen pultitus ja eniten lujitusta tarvitaan tasarakeisessa granodioriitissa, jossa tarvitaan välitön lujitus sekä pultitus ja kuituvahvistettu ruiskubetoni. Muissa kivilajeissa tarvitaan systemaattinen pultitus ja ohuehko ruiskubetoni. Yli 750 m syvyydessä tarvitaan kaikissa kivilajeissa välitön lujitus sekä pultitus ja

134 27 paksuhko kuituvahvistettu ruiskubetoni. Rakenteet luokiteltiin lujitettavuuden suhteen pääasiassa normaali- tai vaativa-luokkaan m syvyysvälillä. Tätä syvemmällä ne luokiteltiin yleensä vaativa-luokkaan ja kahden rakenteen osalta erittäin vaativa -luokkaan. Rakenteissa tarvitaan kairauslävistysten perusteella 500 m syvyydelle asti aina systemaattinen pultitus ja lähes aina ruiskubetonilujitus. Noin puolessa rakennelävistyksiä tarvitaan välitön lujitus sekä systemaattinen pultitus ja kuituvahvistettu paksuhko ruiskubetoni. Tätä syvemmällä tarvitaan kaikissa rakennelävistyksissä vähintään välitön lujitus sekä systemaattinen pultitus ja kuituvahvistettu paksuhko ruiskubetoni. Rakenteessa R29 tarvitaan m syvyysvälillä ja rakenteessa R6 syvyyden 750 m alapuolella järeä, ruiskubetonikaarilla vahvistettu lujitus. Q-luvun suhteen kiinteän kallion porfyyrinen graniitti luokiteltiin normaali-luokkaan, kun syvyys on alle 750 m ja vaativa-luokkaan tätä syvemmällä. Porfyyrinen granodioriitti vaihettuu normaali-luokasta vaativa-luokkaan noin 600 m syvyydessä ja granodioriitti noin 500 m syvyydessä. Rakenteet luokiteltiin syvyyden 500 m yläpuolella normaali- tai vaativa-luokkaan. Tätä syvemmällä ne luokiteltiin vaativa-luokkaan tai erittäin vaativa -luokkaan. Kivetyn kallioperän rakennettavuudesta tehtiin seuraavat johtopäätökset:. Kivetyn kallioperässä ei ole havaittu loppusijoitustilojen tarkasteltavalla syvyysvälillä m sellaisia ominaisuuksia, jotka estäisivät loppusijoitustilojen rakentamisen tavanomaisin kalliorakennusmenetelmin. 2. Kiinteä kallio on luokiteltu syvyysvälillä m suurimmaksi osaksi rakennettavuudeltaan normaali-luokkaan ja rakenteet normaali-, vaativa- tai erittäin vaativa -luokkaan. Syvyysvälin alaosassa arvioidaan granodioriitin ja porfyyrisen granodioriitin rakennettavuus vaativaksi ja rakenteiden vaativaksi tai erittäin vaativaksi, koska jännitystila kasvaa syvemmälle mentäessä. 3. Kalliotilojen lujitustarve lisääntyy syvyyden kasvaessa. Syvyysvälin m yläosassa riittää loppusijoitustilojen keskimääräiseksi lujitukseksi systemaattinen pultitus kaikissa kivilajeissa. Porfyyrisessä graniitissa ei lujituksia tarvita juuri lainkaan. Syvyysvälin alaosassa lisääntyy arvioitu lujitustarve siten, että porfyyrisessä granodioriitissa ja granodioriitissa kalliopuhtien lisäksi tarvitaan paksuhkoa kuituvahvistettua ruiskubetonia ja välittömiä lujituksia. Porfyyrisessä graniitissa riittää pelkkä systemaattinen pultitus. Luokitusparametrien, erityisesti lujuusmittausten hajonnasta johtuen kivilajien kalliomekaaninen käyttäytyminen ja vastaavasti myös kallion lujitustarve saattavat paikoitellen poiketa keskimääräisen Q-luvun mukaan arvioidusta. 4. Hydrogeologisten tai kallioteknisten ominaisuuksien kannalta erittäin vaativiksi luokiteltujen rakenteiden R5, R8, R0, R, R5, R6, R23 ja R29 arvioidaan rajoittavan sijoitustuoneleiden asemointia.

135 28 5. Kallion pintaosan pohjavesien radanpitoisuudet ovat korkeahkot, pitoisuus kuitenkin laskee syvemmälle mentäessä. Syvyysvälillä m kallion rakennettavuus luokitellaan radanpitoisuuden perusteella jo normaali-luokkaan. Pintakallion korkeahko radanpitoisuus vaikuttaa rakennettavuuteen vain kuilujen ja mahdollisen ajotunnelin louhintavaiheessa, jolloin se saattaa edellyttää normaalia tehokkaampaa tuuletusta. 6. Luokituksen lähtöaineistoon, erityisesti reikätutkimuksiin ja kalliomalliin liittyy epävarmuuksia. Tämän johdosta myös luokituksen tuloksiin liittyy epävarmuuksia, erityisesti rakenteiden osalta. Kalliolaadun tarkentaminen loppusijoitussyvyydessä tehtävin lisätutkimuksin on tarpeen, jotta loppusijoitustilojen tunneleiden ja sijoitusreikien sijoittaminen soveltuviin paikkoihin voidaan varmistaa.

136 29 LÄHDELUETTELO Ahokas, H., Luukkonen, A., Korkealaakso, J., Ristilä, R., Kuusela-Lahtinen, A., Laitinen, M. & Ylinen, A Geohydrologiset tutkimukset. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti P A TU Alberts, C. & Gustafson, G Undersmarksbyggande svagt berg, Vattenproblem och tätningsåtgärder. Stockholm, BeFo. Rapport 06. Autio, J. & Kirkkomäki, T Boring of full scale deposition holes using a novel dry blind boring method. Helsinki, Posiva Oy. POSIV A Barton, N., Lien, R. & Lunde, J Engineering classification of rock masses for the design of tunne! support Rock Mechanics, Volume 6, No. 4, s Bieniawski, Z.T Rock mass classification in rock engineering. Proc. Symp. on Exploration for Rock Engineering, Johannesburg, Volume, s Carlsten, S Detailed borehole radar measurements at the Kivetty site, Finland 994. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy, Työraportti PATU-95-2e. Carlsten, S Detailed borehole radar measurements at the Kivetty site, Finland 996. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti PATU-96-53e. Eloranta, P. & Hakala, M Laboratory testing of Kivetty porphyritic grano-diorite in borehole KI-KR0. Helsinki, Posiva Oy. Working Report Gardemeister, R., Johansson, S., Korhonen, P., Patrikainen, P., Tuisku, T. & Vähäsarja, P Rakennusgeologisen kallioluokituksen soveltaminen. Geotekniikan laboratorio, tiedonanto 25. Espoo, Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Gehör, S., Kärki, A., Suoperä, S. & Taikina-aho, Äänekosken Kivetyn kairausnäytteiden petrologia ja matalan lämpötilan rakomineraalit Helsinki, Posiva Oy, Työraportti P ATU Gehör, S., Kärki, A., Suoperä, S. & Taikina-aho, Äänekosken Kivetyn kairausnäytteen KI-KR0 petrologia ja matalan lämpötilan rakomineraalit Helsinki, Posiva Oy. Työraportti PATU Gehör, S., Kärki, A., Suoperä, S. & Taikina-aho, Äänekosken Kivetyn kairausnäytteen KI-KR petrologia ja matalan lämpötilan rakomineraalit Helsinki, Posiva Oy. Työraportti Gehör, S., Kärki, A. & Taikina-aho, Äänekosken Kivetyn kairausnäytteiden KI-KR2 ja KI-KR3 petrologia ja matalan lämpötilan rakomineraalit Helsinki, Posiva Oy. Työraportti

137 30 Grimstad, E. & Barton, N Updating of the Q-system for NMT. Teoksessa: Kompen, Opsahl & Berg (toim.) 993. Proceedings of the Intemational Symposium on Sprayed Concrete. Norwegian Concrete Association. Fagernes, Norway, s Heikkilä, E. & Hakala, M Laboratory testing of Kivetty granite in borehole KI-KR0. Helsinki, Posiva Oy. Working Report 98-2e. Hellä, P., Hänninen, T., Voipio, S., Ahokas, H. & Heikkinen, E Kivetyn syväkallion yksityiskohtainen rakotietokanta. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti Hoek, E. & Brown, E. T Underground excavations in rock. The Institution of Mining and Metallurgy, London, England, s Hoek, E., Kaiser, P.K. & Bawden, W.F Support of underground excavations in hard rock. Rotterdam, Balkema, 25 s. Hämäläinen, H. 997a. Vedenjohtavuuden mittaukset Äänekosken Kivetyssä, kairanreikä KI-KR3. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti PATU Hämäläinen, H. 997b. Vedenjohtavuuden mittaukset Äänekosken Kivetyssä, kairanreikä KI-KR5. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti PATU Hämäläinen, H. 997c. Vedenjohtavuuden mittaukset Äänekosken Kivetyssä, kairanreikä KI-KRl. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti PATU Hämäläinen, H. 997d. Vedenjohtavuuden mittaukset Äänekosken Kivetyssä, kairanreikä KI-KR8. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti PATU Hämäläinen, H. 997e. Vedenjohtavuuden mittaukset Äänekosken Kivetyssä, kairanreikä KI-KR0. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti PATU Hämäläinen, H. 998a. Vedenjohtavuuden mittaukset Äänekosken Kivetyssä, kairanreikä KI-KR. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti PATU Hämäläinen, H. 998b. Vedenjohtavuuden mittaukset Äänekosken Kivetyssä, kairanreikä KI-KR2. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti PATU Johansson, E. & Autio, J Properties of rockin TVO Research Tunnel and investigation sites. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Working Report TEKA Jokinen, J Syväkairaus KI-KR0 Äänekosken Kivetyssä. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti PATU Jokinen, J. & With, E. 99. Kallionäytekairaus ja kallion vedenjohtavuusmittaukset Konginkankaan Kivetyssä 99 kairanreikä KI-KR7. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti 9-36.

138 3 Kjrholt, H Thermal properties of rock. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. TVO/Site investigations Working report Klasson, H. & Leijon, B Rock stress measurements in the deep boreholes at Kuhmo, Hyrynsalmi, Sievi, Eurajoki and Konginkangas. Helsinki, Voimayhtiöiden Y dinjätetoimikunta. Report YJT Korhonen, K-H., Gardemeister, R., Jääskeläinen, H., Niini, H. & Vähäsarja, P Rakennusalan kallioluokitus. Geotekniikan laboratorio, tiedonanto 2. Espoo, Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Kukkonen,. & Lindberg, A Thermal conductivity of rocks at the TVO investigation sites Olkiluoto, Remuvaara and Kivetty. Helsinki, Nuclear Waste Commission of Finnish Power Companies. Report YJT Kukkonen,. & Lindberg, A Thermal properties of rocks at the investigation sites: measured and calculated thermal conductivity, specific heat capacity and thermal diffusivity. Helsinki, Posiva Oy. Working Report 98-09e. Kuula, H Strength properties of intact rock at Olkiluoto, Remuvaara and Kivetty sites. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Working report TEKA Leinonen, T Aggressiiviset ympäristöt. Espoo, Oy Sika-betoni Ab. Lindberg, A. & Paananen, M Konginkankaan Kivetyn kallionäytteiden petrografia, geokemia ja geofysiikka kairanreikä KI-KRl. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti Lindberg, A. & Paananen, M Konginkankaan Kivetyn kallionäytteiden petrografia, geokemia ja geofysiikka kairanreiät KR2, KR3, KR4 ja KR5. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti Lindberg, A. & Paananen, M. 992a. Konginkankaan Kivetyn ja Sievin Syyryn kallionäytteiden petrografia, geokemia ja geofysiikka kairanreiät KI-KR6B ja SY-KR6. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti Lindberg, A. & Paananen, M. 992b. Konginkankaan Kivetyn, Sievin Syyryn ja Eurajoen Olkiluodon kallionäytteiden petrografia, geokemia ja geofysiikka kairanreiät KI-KR7, SY-KR7 ja OL-KR6. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. TVO/paikkatutkimukset, työraportti Lislerud, A. & Vainionpää, P Application of raiseboring for excavating horizontal tunnels with Rhino machines. Helsinki, Posiva Oy. Working report Ljunggren, C. & Klasson, H Rock stress measurements at the three investigation sites, Kivetty, Remuvaara and Olkiluoto, Finland volume & 2. Helsinki, Posiva Oy. W orking report P ATU e.

139 32 Lowit, B., Morecroft, S., Siddans, A. & Wild, P Dipmeter survey, processing and interpretation, Kivetty site, Finland 996. Volume : Field work, processing and results, Volume 2, Stereograms and tabulated results borehole KI-KR5, Volume 3, Stereograms and tabulated results, borehole KI-KRO. Helsinki, Posiva Oy. Working report PATU-96-36e. Lset, F Report Practical use of the Q-method. Oslo, Norway, Norwegian Geotechnical Institute. Matikainen, R. & Simonen A Sijoituspaikkatutkimuksissa kairattujen kairansydännäytteiden kalliomekaaniset luokitusominaisuudet Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti Melamed, A. & Front, K Hydraulically conductive fractures in boreholes KR, KR2, KR3, KR5, KR8 and KR9 at Kivetty, Äänekoski. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti PATU-95-6e. Naapuri, J. (toim.) 995. Surface drilling and blasting, Tamrock 995. Niinimäki, R Syväkairaus KI-KR3 Äänekosken Kivetyssä. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti Nummela, J Kalliomallin lohkotustekniikka. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti Okko, 0., Front, K., Hassinen, P., Vaittinen, T Geofysikaalisten reikämittausten tulkinta Konginkankaan Kivetyssä, kairanreiät KR2, KR3, KR4 ja KR5. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti Okko, 0., Front, K., Kuusela-Lahtinen, A., Vaittinen, T Geofysikaalisten reikämittausten tulkinta: Äänekosken Kivetyn kairanreikien KI-KR2, KI-KR3, KI-KR5, KI-KR8 ja KI-KR9 mittaukset 994. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti PATU Paananen, M Äänekosken Kivetyn tutkimusalueen vuoden 994 galvaanisten latauspotentiaalimittausten tulkinta. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti PATU Paulamäki, S Konginkankaan Kivetyn kivilaji- ja rakokartoitus. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti Paulamäki, S Tutkimusojan geologinen kartoitus Äänekosken Kivetyssä. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. PATU Paulamäki, S Äänekosken Kivetyn tutkimuskaivannon TK2 kivilaji- ja rakokartoitus. Espoo, Geologian tutkimuskeskus. Posiva Oy, työraportti P ATU

140 33 Paulamäki, S. & Paananen, M Malliennuste Äänekosken Kivetyn kairanreiälle KI-KR0. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti PATU Paulamäki, S., Front, K. & Ahokas, H Äänekosken Kivetyn kallioperän kuvaus ja mallit, yhteenvetoraportti. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti PATU Pitkänen, P., Snellman, M., Vuorinen, U. & Leino-Forsman, H Geochemical modelling study on the age and evolution of the groundwater at the Romuvaara site. Helsinki, Posiva Oy. Posiva Pitkänen, P., Luukkonen, A., Ruotsalainen, P., Leino-Forsman, H. & Vuorinen, U Geochemical modelling of groundwater evolution and residence time at the Kivetty site. Helsinki, Posiva Oy. Posiva report Pitkänen, P., Luukkonen, A., Ruotsalainen, P., Leino-Forsman, H. & Vuorinen, U Geochemical modelling of groundwater evolution and residence time at the Olkiluoto site. Helsinki, Posiva Oy. Posiva report Pöllä, J., Riekkola, R. & Saanio, T Stripa-projektin tiivistystutkimukset Helsinki, Voimayhtiöiden ydinjätetoimikunta. Raportti YJT Pöllänen, J. & Rouhiainen, P Difference flow measurements at the Kivetty sitein Äänekoski, boreholes KR0 and KR. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti PATU Rautio, T. 994a. Syväkairaus KI-KR8 Äänekosken Kivetyssä 994. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti P ATU Rautio, T. 994b. Reiän KI-KR5 jatkokairaus Äänekosken Kivetyssä. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti PATU Rautio, T. 994c. Syväkairaus KI-KR9 Äänekosken Kivetyssä. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti PATU Rautio, T. 994d. Reiän KI-KR3 jatkokairaus Äänekosken Kivetyssä. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti PATU Rautio, T Syväkairaus KI-KR Äänekosken Kivetyssä. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti P A TU Rautio, T. 997a. Syväkairaus KI-KR2 Äänekosken Kivetyssä. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti Rautio, T. 997b. Tutkimusreiän KI-KR3 syventäminen Äänekosken Kivetyssä. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti Rautio, T. & With, E. 99. Reikien KI-KR6Aja KI-KR6B kairaus Konginkankaan Kivetyssä 99. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti 9-24.

141 34 Rouhiainen, P Difference flow measurements at the Kivetty site in Äänekoski, boreholes KR-3, KR5, KR8 and KR9. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti PATU Rouhiainen, P. & Pöllänen, J Difference flow measurements at the Kivetty sitein Äänekoski, boreholes KR4, KR2 and KR3. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti 98-3e. Ruotsalainen, P. & Snellman, M Hydrogeochemical baseline characterisation at Romuvaara, Kivetty and Olkiluoto. Helsinki, Posiva Oy. Working report PATU-96-9e. Saksa, P ROCK-CAD - Computer Aided Geological Modelling System. Helsinki, Nuclear Waste Commission of Finnish Power Companies. Report YJT Saksa, P., Ahokas, H., Nummela, J. & Lindh, J. 998a. Kivetyn, Olkiluodon ja Romuvaaran kalliomallit, rakennemallien muutokset v Helsinki, Posiva Oy. Työraportti Saksa, P. & Lindh, J Kivetyn, Olkiluodon ja Romuvaaran tutkimusalueiden tarkennetut kivilajimallit, versio 3. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti Siddans, A. & Morecroft, S. 995a. Dipmeter survey, processing and interpretation in boreholes KR and KR3 at Äänekoski Kivetty site, Finland 994. Helsinki, Posiva Oy. Working report PATU-95-08e. Siddans, A. & Morecroft, S. 995b. Borehole televiewer test in borehole RO-KR3 at Kuhmo Romuvaara site and in borehole KI-KR at Äänekoski Kivetty site, Finland 994. Helsinki, Posiva Oy. Working report PATU-95-09e. Snellman, M., Pitkänen, P., Luukkonen, A., Ruotsalainen, P., Leino-Forsman, H & Vuorinen, U 998. Summary of recent observations from Hästholmen groundwater studies. Helsinki, Posiva Oy. W orking report Stråhle, A Borehole-TV measurements at the Kivetty investigation site, Finland 995. Sub-task 3, Geological Analysis. Helsinki, Posiva Oy, Working Report PATU-95-9e. Stråhle, A Borehole TV measurements at the Kivetty site, Finland 996, report and appendices for KI-KR and KI-KR5. Helsinki, Posiva Oy, Working Report PATU e. Suomen Betoniyhdistys r.y Betonirakenteiden säilyvyysohjeet ja käyttöikämitoitus 992. Suomen Betoniyhdistys r.y. by 32. Suomen Malmi Oy 988. Syväkairaus KI-KR Konginkankaan Kivetyssä 988. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti Suomen Malmi Oy 989a. Syväkairaus KI-KR2 Äänekosken Kivetyssä. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. TVO/Paikkatutkimukset työraportti 89-3.

142 Suomen Malmi Oy 989b. Syväkairaus KI-KR3 Äänekosken Kivetyssä. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti Suomen Malmi Oy 989c. Syväkairaus KI-KR4 Äänekosken Kivetyssä. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti Suomen Malmi Oy 989d. Syväkairaus KI-KR5 Äänekosken Kivetyssä. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti Tolppanen, P Louhitun kivenkäyttökohteet ja murskaus. Loppusijoitustilojen esisuunnitelma, aihekohtainen raportti. Helsinki, Posiva Oy. Työraportti Vahanne, P. & Front, K Kallioperän vedenjohtavuusmittausten tulkinta Konginkankaan Kivetyssä, kairanreiät KR2 ja KR3. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti Vaittinen, T., Pitkänen, P., Front, K. & Korkealaakso, J Geofysikaalisten reikämittausten tulkinta Konginkankaan Kivetyssä, kairanreikä KRl. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy. Työraportti Ylinen, A Kallion vedenjohtavuus ja yksireikäkokeiden tulkinta ydinjätteiden turvallisuusanalyysissä. Helsinki, Teknillinen korkeakoulu. Diplomityö teknillisen fysiikan osastolla.

143

144 37 LIITE : Rakenteiden kitkaominaisuuksien jakautuminen metreinä ja prosentuaalisesti (sulkeissa) keskimäärin yhtä kairauslävistystä kohti. Rakennetunnus RX R4 R5 RS R9 R0 R R3 R5 R6 R7 R22 R23 R25 R26 R27 R28 R29 Yht. Läv. Rakopintojen karkeusluku (m) lkm Jr= 0.5 Jr= Jr= (5.3).8 (20.6) 3.7 (42.0) 20.0 (5.0) 0.0 (0.0) 2.0 (60.0) (0.0) 5.0 (5.) 48.0 (48.5) 30.0 (3.3) 2.0 (6.7).0 (36.7) (0.0).5 (37.5) 2.0 (50.0) (5.3).0 (5.8) 2.3 (36.8) (2.0) 4.3 (52.0).7 (20.0) (7.7) 2.0 (7.9) 4.7 (32.) (2.2).5 (9.) 7.0 (42.4) (0.0) 2.0 (4.3) 3.5 (25.0) (75.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) (4.0).3 (6.0) 5.0 (60.0) 3.0 (3.3) 0.0 (0.0) 2.0 (66.7) 0.0 (0.0) 2.0 (20.0) 5.0 (50.0) (66.7) 0.0 (0.0).0 (33.3) (0.0) 0.0 (0.0) 7.0 (87.5) (0.0).0 (.) 4.0 (44.4) (7.3).3 (20.6) 9.7 (35.8) Jr (m (%)) Jr= 2 Jr= (6.) 2.3 (26.0) 0.0 (0.0) 7.0 (35.0) 2.0 (2.2) 25.0 (25.3) 0.0 (0.0) 6.0 (53.3) 0.0 (0.0) 0.5 (2.5) 0.7 (0.5) 2.0 (3.6) 0.0 (O.Q).3 (6.0) 8.3 (2.8) 3.3 (29.5) 0.0 (0.0) 4.5 (27.3) 2.5 (7.9) 6.0 (42.9) 0.0 (0.0).0 (25.0) 0.7 (8.0).0 (2.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0).0 (0.0).0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0).0 (2.5) 0.0 (0.0) 4.0 (44.4) 4.0 (7.3) 6.0 (29.) Yht. (m) = Läv.lkm = RX = x.x = (x.x) = x.x = Yhteenlaskettu kairauslävistyspituus Kairauslävistysten lukumäärä Mallintamattomat rakennelävistykset Keskimääräinen ko. parametrin arvon omaavan kalliotyypin lävistyspituus yhtä lävistystä kohti Ko. parametrin arvon omaavan kalliotyypin prosentuaalinen osuus lävistyksestä Yhteensä vähintään 3.0 m vaativan tai erittäin vaativan kallion lävistys/rakenne

145 38 Rakenne- Yht. Läv. Rakopintojen muuttuneisuusluku Ja (m (%)) tunnus (m) lkm Ja= 0.75 Ja= Ja=2 Ja= 3 Ja=4 Ja= 8 Ja= 0 RX (4.2) 0.4 (4.2) 6.3 (72.) 0.2 (.9).3 (4.5) 0.2 (2.3) 0. (0.8) R (0.0) 6.0 (30.0) 2.0 (60.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) RS 99.0 (.0).0 (.0) 90.0 (90.9) 7.0 (7.) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) RS 30, 5.0 (6.7).0 (3.3) 22.0 (73.3) 0.0 (0.0) 2.0 (6.7) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (0.0) 0.0 (0.0).0 (25.0).0 (25.0).5 (37.5) 0.5 (2.5) 0.0 (0.0) RlO 9 3, 0.3 (5.3) 0.3 (5.3) 5.3 (84.2) 0.0 (0.0) 0.3 (5.3) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R 25 3 jo.o (O.Q) 0.3 (4.0) 7.3 (88.0) 0.0 (0.0) 0.7 (8.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (7.9) 4.7 (9.0) 2.3 (67.9) 7.7 (3.8).0 (0.0) 0.3 (0.0) 0.0 (0.0) R5 33 2, 3.5 (2.2) 0.5 (3.0) 2.0 (72.7) 0.0 (0.0) 0.5 (3.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (3.6) 0.5 (3.6) 8.5 (60.7) 2.5 (7.9) 2.0 (4.3) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R7 4.0 (25.0) 0.0 (0.0) 2.0 (50.0) 0.0 (0.0).0 (25.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (0.0).0 (2.0) 6.3 (76.0) 0.3 (4.0) 0.7 (8.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (0.0) 0.0 (0.0) 2.0 (66.7).0 (33.3) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (0.0).0 (0.0) 8.0 (80.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (0.0) 0.0 (0.0) 2.0 (66.7) 0.0 (0.0).0 (33.3) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (0.0) 0.0 (0.0) 8.0(00.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (22.2) 0.0 (0.0) 4.0 (44.4) 0.0 (0.0) 3.0 (33.3) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (0.0) 0.7 (.2) 39.3 (7.5) 3.0 (5.5).0 (.8).0 (20.0) 0.0 (0.0)

146 39 Rakenne- Yht. Läv.l Rakojen kitkakulma <> (m (%))! tunnus (m) lkm <> = 0-7 <> = 7-5 <> = 6-30 <> = 3-45 <> = <> = 6-90 RX i 0.0 (0.0). (2.6).6 (8.7) 3.9 (45.0).5 (7.6) 0.6 (6.) R (0.0).0 (5.0) 0.0 (0.0) 8.0 (40.0) 7.0 (35.0) 4.0 (20.0) R (0.0) 0.0 (0.0) 7.0 (7.) 7.0 (7.7) 9.0 (9.2) 2.0 (2.0) R8 30 R (0.0).0 (3.3) 2.0 (6.7) 3.0 (43.3) 8.0 (26.7) 6.0 (20.0) 0.0 (0.0) 0.5 (2.5) 3.0 (75.0) 0.5 (2.5) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) R (0.0) 0.3 (5.3).0 (5.8) 3.0 (47.4).7 (26.3) 0.3 (5.3) R 25 3 l 0.0 (0.0).3 (6.0) 3.7 (44.0) 2.3 (28.0).0 (2.0) 0.0 (0.0) R R R R7 4 R R (0.0) 2.0 (7.7) 4.3 (6.7) 0.7 (4.0) 3.0 (.5) 6.0 (23.0) i 0.0 (0.0) 3.5 (2.2).5 (9.) 7.5 (45.5) 0.0 (0.0) 4.0 (24.2) t i! R (0.0).0 (0.0) R26 3 R27 8 R28 9 R i 0.0 (0.0) 0.5 (3.6) 3.0 (2.4) 6.5 (46.4) 3.0 (2.4).0 (7.) 0.0 (0.0) 3.0 (75.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0).0 (25.0) 0.0 (0.0) 0.3 (4.0) 2.0 (24.0) 4.3 (52.0).3 (6.0) 0.3 (4.0) 0.0 (0.0).0 (33.3).0 (33.3).0 (33.3) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 2.0 (20.0) 5.0 (50.0).0 (0.0).0 (0.0) 0.0 (0.0) 2.0 (66.7) 0.0 (0.0).0 (33.3) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0) 7.0 (87.5).0 (2.5) 0.0 (0.0) 0.0 (0.0).0 (.) 0.0 (0.0) 6.0 (66.7) 0.0 (0.0) 2.0 (22.2) 0.7 (.2).6 (2.2) 8.3 (5.2) 22.0 (40.0) 2.0 (2.8) 0.3 (0.6)

147 40

148 LIITE 2: Kivetyn rakenteiden mitatut vedenjohtavuudet ja vettäjohtavaksi arvioitu rakoilu. Rakenne- Reikä Reikäväli z Vertikaali- Max. Keskim. Vettäjohtavan Vettäjohtavien Arvioitu Rakoilohavaintojen tunnus masl* syvyys vedenjoht. vedenjoht. välin kohtien vettäjohtavien taustatietoja, muut huomiot 0=+200m** (geom. syvyys (K>IE-9) rakojen määrä keskiarvo) (reikämatka) vedenjohtavuus tai vaihteluväli R4 KR E-06 6.E E-09 5 Kairausraportissa 5 avointa rakoa E-06 3 Kairausraportissa 3 avointa rakoa E-08 Kairausraportissa avoin rako l.ooe-07 9 Kairausraportissa 9 avointa rakoa E-08 4 Kairausraportissa 4 avointa rakoa R5 KR E-07.3E E-07 2 Kairausraportissa 2 sellaista täytteistä rakoa, joissa rakopinnan värissä keltaista E-07 8 Kairausraportissa 8 sellaista täytteistä rakoa, joissa rakopinnan värissä keltaista E-08 3 Kairausraportissa 8 sellaista täytteistä rakoa, joissa rakopinnan värissä keltaista E-08 9 Kairausraportissa 9 avointa rakoa E Kairausraportissa 27 avointa rakoa E-07 3 Kairausraportissa 3 avointa rakoa E-07 6 Kairausraportissa 6 avointa rakoa E-07 4 Kairausraportissa 4 avointa rakoa E-07 2 Kairausraportissa 2 avointa rakoa E-08 6 Kairausraportissa 6 avointa rakoa, syvyydellä kivi on silpoutunut pahasti E-07 9 Kairausraportissa 9 avointa rakoa Kairausraportissa 7 avointa rakoa, syvyydellä 242 murentunutta, rapautunutta kiveä; syvyydellä E IJirstoutunutta kiveä ruosteisia mururakoja E-07 6 Kairausraportissa 6 avointa rakoa R5 KR E-06.9E E-06 3 Kairausraportissa 3 avointa rakoa E-06 3 Kairausraportissa 3 avointa rakoa -" +::>. RS KR E E E-09-0 av-rakoja tv:ssä av-rako, mineralogiassa ei -" E-08-0 tv:ssä av-rako, mineralogiassa ei av-rakoja E-08 0-(2) tv:ssä ei av-rakoja, mineralogiassa ei av-rakoja (2 täytteistä rakoa) RS KR E-09 4.E E tv:ssä 2 av-rako2, mineralogiassa ei av-rakoja RS KR E E E-09-0 tv:ssä av-rako, mineralogiassa ei av-rakoja; E tv:ssä ei av-rakoja, mineralogiassa ei av-rakoja E-06 0-() tv:ssä ei av-rakoja, mineralogia ei av-rakoja ( tiivis rako);kairausraportti 2 täytteistä rakoa RS KR E E E-09 () rakotietokannassa ei avoimia rakoja ( rp rako) R9 KR E E E-09 rakotietokannan avoin rako (syvyys 883.0) R9 KR E E E-09-3 Patu-95-6e mukaan av-rako,mineralogiassa 3 av-rakoa l.oe Patu-95-6e mukaan 5 av-rakoa,mineralogiassa 4 av-rakoa RIO KR E E E-08 3 rakotietokannan avoin rako RIO KR E-06 l.le E-07 (3)-0 Patu-95-6e mukaan 3 täytteistä rakoa,mineralogiassa ei av-rakoja E-07 0 Patu-95-6e mukaan 0 av-rakoa,mineralogiassa syvyydellä useita avorakojf Patu-95-6e mukaan 6 av-rakoa,mineralogiassa syvyydellä rikkanainen vyöhyke, E-06 6 jossa useita toisiaan Ieikkaavia rako ja Patu-95-6e mukaan 9 av-rakoa,mineralogiassa syvyydellä rikkanainen vyöhyke, E-08 9 raot syöpyneitä ja pinnalla keltarapaumaa Patu-95-6e mukaan 5 av-rakoa,mineralogiassa syvyydellä näyte jaubautunut E-09 5 kellertäväksi massaksi RIO KR E E E-06 3 kairausraportin mukaan 3 av-rakoa E-07 (3) kairausraportin mukaan 3 täytteistä rakoa Rll KRl E-07.8E E-08 2 rakotietokannan avoin rako l.oe-07 4 rakotietokannan avoin rako