| dc.description.abstract | Ved konstruksjon av bergrom er optimalisert bergsikring avgjørende for langtidsstabilitet og sikkerhet. Omfanget av bergsikring er hovedsakelig avhengig av bergmassekvalitet og sikringstradisjonene i det aktuelle området. I områder med veldig svak bergmasse trengs det mer omfattende sikring, sammenlignet med massivt, intakt berg. I Norske vegtunneler er det Q-systemet kombinert med Statens Vegvesens tabell for sikringsklasser som utgjør den viktigste veilederen for bergsikring. For områder der den kartlagte Q-verdien er under 0.2, er det vanlig med bergsikring som inkluderer forbolting, radiell bolting og sprøytebetong, i tillegg til installasjon av armerte sprøytebetongbuer (RRS). RRS er i litteraturen beskrevet som en lastbærende sikringskonstruksjon.
Svak bergmasse kan gjennomgå plastisk deformasjon dersom forholdet mellom bergmassestyrken og stivheten til in-situ og indusert spenning er lav. Hvis dette problemet ikke blir løst, kan tunnelen kollapse. En deformasjon på over ∼1% er typisk beskrevet som størrelsesordenen som kan medføre plastiske deformasjonsproblemer (squeezing). Da må ofte tyngre bergsikring installeres. Under slike forhold, i tillegg til en Q-verdi under 0.2, er det i praksis vanlig å installere lastbærende sikring. I litteraturen og teorien hevdes det likevel at bruken av lastbærende sikring i Norske vegtunneler noen ganger kan være overflødig.
Formålet med denne oppgaven var å utføre analyser for tunneldeformasjon og nødvendig bergsikring i svak bergmasse som oppfører seg plastisk. To svakhetssoner i Ryfylketunnelen har blitt studert. Utvalgte analytiske, semi-analytiske, numeriske og empiriske metoder har blitt utført og studert. Resultatene har blitt sammenliknet med de beskrivede stabilitetsforholdene og den faktisk utførte sikringen. Utover denne sammenligningen kunne det også vurderes hvilke metoder som var de mest realistiske.
Resultatene viser at den første svakhetssonen var forventet å undergå ∼0,5-1,5% tunneldeformasjon, avhengig av hvilken metode som benyttes. Derfor var det uklart om svakhetssonen ville undergå deformasjonsproblemer. Tilsvarende ble det vurdert at installert RRS var noe overflødig.
I den andre svakhetssonen var den forventede tunneldeformasjonen ∼1,25-3,5%. Basert på disse resultatene er det tydelig at svakhetssonen støtte på moderate til alvorlige deformasjonsproblemer. Tyngre bergsikring ble vurdert til å være nødvendig. Likevel viste Convergence-Confinement Metoden (CCM) sine resultater at førstegangssikring bestående av bolter c/c 1m og 8cm sprøytebetong ville være tilstrekkelig. Denne indikasjonen avviker stort fra de virkelige forholdene, og ble vurdert til å være urealistisk. Resultatene fra Panthi-Shresta metoden var noe tvetydelig angående nødvendigheten av RRS.
Oppsummeringsvis er det vurdert at grad av tunneldeformasjon ikke gjenspeiler den totale tunnelstabiliteten. Dermed kan også andre faktorer rettferdiggjøre implementering av RRS. Likevel vil metodene presentert i denne oppgaven gi gode estimater på tunneldeformasjonsproblemer og førstegangssikring, gitt at inngangsparameterene er nøyaktige. Panthi-Shresta metoden virker til å være metoden som gir mest nyttig informasjon, i tillegg til å være mest realistisk når en sammenligner med utført sikring og observert tunnelstabilitet. | |
| dc.description.abstract | When constructing underground excavations, optimized rock support and design is vital for the long-term stability and safety. The extent of support utilized is mainly dependent on the rock mass quality as well as the supporting tradition of the region in question. In areas with very weak rock mass, more extensive support must be installed to stabilize the tunnel compared to areas of massive, intact rock. For Norwegian road tunnels, the NPRA table of support classes based on the Q-system provides the main guidance for support implementation. For areas where the assigned Q-value is below 0.2, the common method is to install initial support consistent of spiling bolting, radial systematic rock bolts and shotcrete, in addition to the installation of arched ribs of reinforced shotcrete (RRS).
Weak rock mass may undergo plastic deformation if the ratio of the rock mass strength and deformation modulus to the in-situ and induced stress is low. If this issue is not addressed, the tunnel may be subjected to failure and collapse. A tunnel strain level of over ∼1% is commonly described as the conditions for when squeezing problems can occur, and heavier rock support need to be installed. In such conditions, in addition to the Q-value being under 0.2, arched RRS support is usually implemented in practice. In some literature, however, it has been claimed that the utilization of arched RRS support in Norwegian road tunnels sometimes may be too excessive.
The main objectives of this thesis were to carry out analysis for the degree of tunnel deformation and the requirement for rock support in weak rock mass which exhibits plastic behavior. Two weakness zones of the Ryfylke subsea tunnel have been studied. Selected analytical, semi-analytical, numerical and empirical methods have been carried out. Obtained results have been compared to the described observations of tunnel stability and the actual performed rock support. In addition to this comparison, it could be studied which of the utilized methods were more realistic.
The results showed that the first weakness zone was expected to be subjected to ∼0,5-1,5% tunnel strain, depending on the utilized method. Thus, it was ambiguous as to whether the zone would encounter squeezing problems. Correspondingly, the implementation of arched RRS was deemed too excessive.
For the second weakness zone, the predicted tunnel strains ranged from ∼1,25-3,5%. Based on these values, it was clear that the zone would encounter moderate-severe squeezing problems, and heavier load bearing support should be installed. However, the Convergence-Confinement Method (CCM) results’ indication on rock support clearly shows that initial support consistent of systematic bolting c/c 1m and an 8cm layer of shotcrete is sufficient. This result greatly deviates from the real conditions and is deemed unrealistic. The Panthi-Shresta results were somewhat ambiguous as to whether the arched RRS was needed or not.
Concludingly, it is evaluated that the extent of tunnel deformation hardly represents the total, composite tunnel stability, and other factors may have justified the implementation of arched RRS. However, implementation of the methods presented in this thesis will give good initial estimations of squeezing problems, given that the input parameters are accurate. The Panthi-Shresta method seems like the one which provides the most information and is most realistic when compared to the performed tunnel support and tunnel stability. | |
