Stabilitetsanalyse og bergsikringstiltak for produksjonstunnelen på Vassfjell Pukkverk

Abstract

I nærmere 50 år har Franzefoss Pukk AS driftet et dagbrudd og pukkverk på Vassfjell i Trøndelag. Spenningsforholdene i bergmassen endrer seg i takt med uttak av bergmasser, som kan påvirke stabiliteten til en produksjonstunnel under selve dagbruddet. I denne masteroppgaven ble det utført en stabilitetsanalyse i programvaren RS2. Analysen ble utført på to ulike tverrsnitt av tunnelen med dagens- og mulig fremtidig overdekning. Ulike bergsikringssystem ble også testet.

Innledningsvis vil et sammendrag av relevant teori bli presentert. Teoridelen omfatter en kort introduksjon av ulike numeriske metoder, deriblant Finite Element Method (FEM). Forhold og problemer knyttet til stabilitet, samt ulike typer bergsikring, vil også bli presentert.

Ved dagens overdekning ble spenningsforholdene vurdert som lave både horisontalt og vertikalt rundt tunnelen. Modellen viste små, avgrensede kiler i tunnelkonturen fra gunstig orienterte sprekkesett langs konturen. Kil-utfall ble også detektert i heng ved befaring. Konvergens i tunnelåpningen var på millimeternivå og ved befaring var det ingen antydning til flere stabilitetsproblemer, verken i bergmassen eller i bolter.

Ved stegvis reduksjon av overdekningen på 15 m i modellen, ble spenningsforholdene redusert, og små kil-utfall oppstod fra tunnelkonturen. Konvergens var fortsatt på millimeternivå og sannsynligheten for stor-skala stabilitetsproblemer ble vurdert som lav for fremtiden.

Anbefalt sikring i tunnelen for fremtidig stabilitet ble vurdert til: systematisk bolting i heng med 3 m lange innstøpte kamstålbolter med 2 m avstand. 6 cm fiberarmert sprøytebetong bør påføres tunnelkonturen for å hindre små utfall i fremtiden. Det anbefales å overvåke deformasjon i bergmassen ved å utføre konvergensmålinger i tunnelen ved redusert overdekning. Hvis horisontal konvergens øker i fremtiden anbefales lik systematisk bolting i veggene, som i heng.

For over 50 years, Franzefoss Pukk has operated a quarry at Vassfjell in Trøndelag. The stresses in the rock mass will change when rock mass is blasted out in the quarry. These changes can reduce the stability of a production tunnel located underneath the quarry. In this master thesis, a stability analysis was performed using the software RS2. The analysis were performed on two cross sections of the tunnel with today’s and possible future overburden. New rock support systems were also tested.

Initially, relevant theory will be presented. The theory chapter will include a short introduction of different numerical methods, especially the Finite Element Method (FEM). Relevant parameters and problems due to stability in the rock mass, and different rock support, will also be presented.

Based on today’s overburden the rock mass stresses were analyzed as low, both horizontally and vertically, around the tunnel opening. The model showed small wedges, formed by favorable oriented joint systems, along the tunnel contour. A wedge-fall were detected in the roof by inspection. The convergence in the tunnel opening were on a millimeter-scale, and by inspection, no further stability problems were detected in the rock mass or in the rock support.

By stepwise reduction of the overburden of 15 m in the model, the stresses reduced, and small wedges fell out from the tunnel contour. The convergence was still on a millimeter-scale, and the probability of large-scale stability problems, were low for the future.

Recommended rock support for the future stability is: systematic bolting of 3 m long rebar bolts with 2 m spacing in the roof. It is also recommended to apply a 6 cm layer of fiber reinforced shotcrete on the contour to prevent possible small fall-out in the future. The deformation in the rock mass should be monitored by performing convergence measurements if the overburden reduces in the future. If the horizontal convergence increases, systematic bolting should be installed in the walls, as in the roof.