Full Face Tunnel Boring in Hard Rock Conditions - Detection and Influence of Mixed Face Conditions

Abstract

En vanlig kilde til problemer og tvister ved bruk av TBM for driving av tunneler i hardt fjell, er uforutsett og ugunstig geologi kjent som Mixed Face Conditions (MFC). MFC kan forårsake alvorlige problemer under driving og potensielt resultere i redusert maskinytelse og forsinkelser. Begrepet Mixed Face Conditions er et mye brukt uttrykk ved TBM-driving, men det finnes ingen klar og utvetydig vitenskapelig definisjon på MFC. Mangelen på en definisjon gjør MFC til et sensitivt og omdiskutert tema i tunnelindustrien, først og fremst ved aktualisering i relasjon til økte kostnader og krav. For bedre å kunne definere geologi som MFC samt vurdere innflytelsen MFC har på maksinytelse og prosjektframdrift, studerer denne masteroppgaven muligheten for å detektere MFC på stuff, gjennom analyse av signaturer i maskindata.

Oppgaven presenterer den viktigste vitenskapelige litteraturen relatert til deteksjon og innflytelse av MFC-geologi, for å undersøke mulighetene for å detektere MFC fra maskindata. Ufiltrert maskindata fra den nylig ferdigborede Follobanen ble gjort tilgjengelig for analyse, og en filtreringskode er utviklet og presentert. Den utviklede filtreringskoden sikrer tilstrekkelig filtrering av feillogget- og ikke-representativ data, som videre muliggjør analyser av et representativt sett med maskindata utelukkende logget under boringen. Resultater og analyse av litteraturen og den filtrerte maskindataen finnes presentert og forklart i oppgaven.

Gjennom litteraturen ble det funnet mulig å fastslå en korrelasjon mellom geologi som gir tilsvarende effekter og problemer som MFC, men antagelig ikke MFC isolert. Fra analysen av filtrerte maskindata ble det videre funnet plausibelt å kunne detektere en sammenheng mellom signaturer i maskindata og mulig forekomst av MFC på stuff, men ikke utelukkende fra maskindata i seg selv. For å fastslå forekomster av MFC gjennom maskindata, foreslås det at datasignaturer ansett som mulig MFC, underbygges av data på kutterlevetid og kutterbytter, ingeniørgeologiske kartlegginger, samt data fra andre faktorer relatert til MFC.

A common source of trouble and dispute in hard rock TBM-tunneling is unforeseen and unfavorable geology known as Mixed Face Conditions (MFC). MFC has the potential of causing severe problems and may trigger hazards, resulting in reduced TBM performance. Being a common term in TBM-tunneling, there is however no clear and unambiguous scientific definition on MFC, making it a sensitive and highly discussed topic in the TBM-tunneling industry, primarily when actualized in relation to additional costs and claims. As a way to better assess geology as MFC and the influence it has on the overall TBM performance, the work in this Thesis is about the possibility of determining the presence of MFC on the working face of hard rock TBM’s from signatures in TBM performance recordings.

Up-to-date literature on the influence and detection of MFC is assessed and presented to reveal the possibility of determining MFC presence from recorded TBM performance data. TBM data from the recently finished Follo Line tunnel were provided for analyzes, and a TBM raw-data filtering code is developed and presented. The developed filtering code ensures adequate filtering of error recordings and non-representative data, enabling analyses of a representative set of TBM performance data, recorded solely during actual boring operation. Results and analyses of the literature and filtered TBM performance data is presented and explain

From literature, it was found possible to determine a correlation between geology constituting the same effects and problems on the TBM performance as MFC, but possibly not MFC exclusively. Through the analysis of filtered TBM performance data, it was further found plausible to determine a correlation between TBM performance signatures and the presence of MFC, but not solely from TBM performance data. To determine the presence of MFC from performance data, it is thus suggested that the signature of MFC presence is substantiated by data on cutter tool life, geological face mappings and other factors relating to MFC.