NO136894B - Fremgangsm}te for utforing, vanntetting, forsterkning og sikring av fjellrom og bolt for utf¦relse av samme. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en fremgangsmåte for utforing, vanntetting, forsterkning og sikring av fjellrom ved boring av hull i fjellrommets vegger og såle og injisering i hullene, bolting og utforing med betong eller lignende samt en bolt for ut-fdreise av fremgangsmåten.

Dagens metoder for vann- og isbekjempelse i tunneler, f.eks. vei-

og jernbanetunneler, er kompliserte og kostbare. Selv om proble-met med bortforing av vann lar seg lose, oppstår det ofte isspreng-ningsproblemer med påfolgende utrasing. Issvuller i banen er også et generende fenomen. De i dag anvendte metoder går ut på å fange opp vann og fore dette bak bolgeblikk, isolasjons- og drenerings-matter inn i grofter. Det benyttes også varmekabler for å forhindre isdannelse.

Forstyrrelse av fjellets vannforing kan fore til grunnvannssenk-ning og derav folgende store setningsskader. Andre alvorlige mil-jomessige forstyrrelser vil også lett kunne bli resultatet.

Den vanligste metode for vanntetting av fjellrom består i forst å bore avlastningshull inn i de vannfbrende slepper og sprekker, hvorpå disses åpning mot fjellrommet tettes ved hjelp av kiler og tjæredrev. Deretter injiseres avlastningshullene i tur og orden, idet man begynner med det hull som er nærmest den tettede åpning. Denne fremgangsmåte er moysommelig og kostbar, og er dessuten ikke egnet hvor fjellet er sterkt oppsprukket.

For vannforende fjell av sistnevnte type har man benyttet seg av påforing av sprdytebetong på fjellrommets overflate for injiseringen. Her har man benyttet såkalt mansjettinjisering, hvilket innebærer at det i injiseringshullet innfores et ror utstyrt med en gummimansjett som danner tetning mellom roret og hullveggen for å forhindre at injiseringsmassen presses ut av hullet på utsiden av injiseringsroret. Ved injiseringen plasseres mansjetten forst dypt inne i hullet, og deretter trekker man roret med mansjetten trinnvis utover og injiserer inntil man kommer nær overflaten av fjellrommet. Her injiserer man mot den påsproytede betong, slik at injiseringsmassen ikke kan unnslippe, men dette kan fore til at enkelte sprekker ikke blir injisert fordi de er tettet av utenforliggende injiseringsmasse eller denne hindrer vann som sprekkene måtte inneholde, i å unnvike. Således innesluttet vann medforer en reduksjon av det injiserte fjells styrke og kan dessuten gi opphav til frostsprengning.

Ovennevnte fremgangsmåte egner seg dårlig hvor vannforing og/eller statisk vanntrykk er av en slik storrelsesorden at det blir vanske-lig å oppnå god vedheft mellom sproytebetongen og fjellrommet under betongens avbinding. For å minske dette problem har man forsokt å drenere vannet bort, enten på baksiden av sproytebetongen eller ut gjennom denne. I begge tilfeller får man vannstromning gjennom det fjellparti som injiseres med derav folgende forringet arbeids-kvalitet .

Ved prosjektering av storre anlegg i fjell er det vanlig med be-tongutforing. Betongtykkelse og armering beregnes etter vanntrykk og fjellrommets utformning. Derved kan betongkonstruksjonen komme til å anta voldsomme dimensjoner. Skjoten mellom betongseksjonene og tetting mellom vegg- og takseksjoner mot såleseksjonen er til dels meget komplisert. I alle tilfelle blir resultatet et frittstående betongror. ved ovennevnte injiseringsmetoder, og særlig der hvor man injiserer mot en fri flate, er fjellet nærmest profilen fortsatt meget skadd og oppsprukket, slik at vannet vandrer på utsiden av betongroret, ofte med en senkning av grunnvannstanden som resultat.

Da slike fjelltunneler og fjellrom som regel har utlop nesten ho-risontalt ut i dagen, vandrer vannet fra de hoyere partier uvil-kårlig direkte ut eller gjennom svakhets- og forkastningssoner langs traseen.

Ved full utstopning er det dessuten umulig å oppnå kontaktstop overst i profilen. Det vil. alltid være lokale luftlommer- som bl.a. bidrar til å oke vannvandringen langs det stopte ror.

Ved utstoping av betongror virker, lineær forlengelse av både armeringsjern og betong under avbindingsperioden på en negativ måte. Etter at en bunn- eller toppseksjon av betongprofilen er: ferdigstopt, forblir skjotearmer.ingen frittstående til sålepar-

tiet er ferdigstopt (eller omvendt, hvis man forst stoper såle-partiet). På denne måten er. armeringen til neste stopeseksjon forankret i den allerede avbundne. betongkonstruksjon på.alle sider. Under avbinding. vil temperaturen oke ca. 55.til 65°c (avhengig av tilsetningsstoffet), og både;armeringsstålet og betongen utvider seg. Under nedkjoling vil det komme til krymping.,

og denne forer normalt til svinnsprekk.. I en tunnelprofil vil fenomenet gi seg utslag i et lite hakk i.profilen mellom to stope-seksjoner. Krympingen medforer ytterligere utetthet mellom fjell og betong.

Vedheftet betong/fjell er som regel godt. Krympningssprekker oppstår derfor ikke i kontakten betong/fjell. Dog blir de allerede eksisterende sprekker i det skadde fjellet utvidet.

Under alle omstendigheter vil fjellet ihvelvpartiet bli frittstå^ ende. Det vil etablere en hvelvform som er resultatet av de eksisterende bergtrykk.

Meget ofte får man på grunn av bergtrykket punktvis, belastning: på. betongkonstruksjonen. Disse belastninger kan være så:retnings-bestemte at en betongkonstruksjon etter de klassiske statiske be-regninger må sterkt overdimensjoneres..

Ved sikring av rom i spesielt dårlig fjell er.det i tillegg tii: eventuell injisering. vanlig å bolte fjellet med mer eller mindre-forspente bolter. Slik bolting foregår uavhengig av eventuell.injisering., og det er herunder kjent å benytte hule, perforerte rbr-bolter hvor.man ved hjelp av en forskyvbar hylse gradvis avdekker perforeringen for å bevirke fastgysing. av bolten fra-dens dypt-liggende ende i retning mot fjellrommet.

Foreliggende oppfinnelses formål er å tilveiebringe en fremgangsmåte og en anordning for utforing, vanntetting og sikring av bergrom som gjor det mulig å unngå forannevnte og andre ulemper og som samtidig kan spare store omkostninger.

Dette oppnås ifblge oppfinnelsen som angitt i de påfolgende krav.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives nærmere

i det påfolgende under henvisning til de utforelseseksempler som er vist på tegningen.

Fig. 1 viser skjematisk prinsippet for bruken av en rorbolt ifolge oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk et utsnitt av en fjellromprofil behandlet ifolge oppfinnelsen. Fig. 3a viser oppfinnelsen anvendt på et fjellparti med derigjennom gående vannåre.

Fig. 3b viser et snitt langs linjen III-III på fig. 3a.

Fig. 4a viser snitt gjennom en vei- eller jernbanetunnel behandlet ifolge oppfinnelsen.

Fig. 4b viser et snitt langs linjen IV-IV på fig. 4a.

Fig. 5 viser en rorbolt ifolge oppfinnelsen fastgyset i et boret hull og benyttet til fastholdelse av armering.

Et av hovedtrekkene ved fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen er at man utforer bolting av fjell etter normale prinsipper, men under anvendelse av en rorbolt av spesiell konstruksjon. Ved siden av å forankre fjellet etter vanlig bolteprinsipp, har rorbolten som funksjon å fore vannet fra eksisterende sprekker og slepper ut i profilen via perforeringer i rorveggen. Fig. 1 viser i prinsipp en rorbolt 1 med hull 2 i rorveggen. Bolten er fastgyst på innbyrdes adskilte steder 3 i hullet. Perforeringene 2 tillater vann fra vannforende sprekker 4 å stromme ut i bergrommét ved 5 gjennom rorbolten 1. Rorbolten utfores fortrinnsvis slik at den kan forspennes. Etter forspenning fastgyses rorbolten ved fjellets frie overflate. Det parti av rorbolten som rager inn i profilen, kan benyttes som vederlag for armeringsnett og tillater således en kraftigere armeringskonstruksjon. Flere lag armering kan eventu-

elt festes til rorbolten. Når man har installert nok bolter til å beherske mesteparten av vanngjennomtrengelsen gjennom rorboltene, utforer man påsproyting med våt sproytebetong eller lignende i tak og vegger. Det forst påsproytede sjikt vil gi perfekt kontakt mellom betong og fjell. Dersom man får vanngjennomtrengelse på enkelte steder i profilen, installerer man der ytterligere rorbolter slik at man ved neste påsproyting kan sikre seg at alt vann fores fritt ut gjennom rorboltene.

Sålen kan eventuelt behandles på samme måte. Dersom sålen stopes ferdig på forhånd, kan sproyting av vegger med fordel påbegynnes fra sålen og oppover slik at prell faller mot midten og ikke for-styrrer overgangen mellom sålestopen og veggen. Prellmasse kan med fordel skrapes sammen mot vegger og inkorporeres i stopen ved overgangen mellom såle og vegg.

Det tidligere beskrevne fenomen vedrorende armering, temperatur-okning, svinn, krymping etc. kan ifolge oppfinnelsen utnyttes på folgende måte: Under avbindingsperioden (temperaturøkning) vil armeringen og betongen utvides noe, og under nedkjoling vil den presse betongen mot fjellet og oke vedheften mellom fjell og betong. Det trykk som oppstår på denne måte blir gjennom rorboltene suksessivt over-fort til forankringssteder i det faste fjell.

Da rorbolten allerede er utsatt for noe forspenning, vil armeringen ved vederlaget (boltenes utragende ender) være forankret til og presse mot fjell. Man får vederlag ved hver bolt samt ved hver ujevnhet i profilen.

Når fjellet har etablert sin hvelvform og bergtrykket har oppnådd balanse, er stabilitetskoeffisienten lik 1. Alle inngrep i og behandling av profilen medforer okning av sikkerhetskoeffisienten.

Ved fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen er det ikke nodvendig å beregne betongdekket for et hvilket som helst (hydro-)statisk trykk for hele profilen. i verste fall kan betongtykkelse og armering beregnes etter sprekk- og sleppestorrelse hvis disse er store og målbare. En slik situasjon oppstår når det forelig-ger slepper med sekundære avleiringer, rotganger eller lignende. Slike steder behandles med utkilinger, små utstrossinger og ekstra tett bolting og armering slik det eksempelvis er vist på fig. 3. Alle porer og sprekker i overflaten fylles så med sproytebetong.

Etter at profilen er ferdig utstopt, begynner man å tette rorboltene. Tettingen begynnes fortrinnsvis ved hvelvets midte og fort-setter nedover veggen.

Pa enkelte steder monteres trykkmålere, og disse vil angi vanntrykket bak i profilen.

Hvis vanntrykket oker så faretruende at det kan resultere i ut-bryting og nedrasing av betongstopen, avlaster man vanntrykket igjen. Denne kontroll med vanntrykket er et av hovedpoengene ved foreliggende oppfinnelse.

I neste omgang festes injiseringsslanger til en eller flere av rorboltene, og man begynner injisering av fjellet. Denne injisering vil nå skje mot den etablerte og tette flate som dannes av sproytebetongen. Injiseringsmassen, f.eks. sementvelling, vil forst finne vei mot det oppsprukne og skadde fjell 15 nærmest profilen. Eventuelt vann vil bli presset mot nærliggende, uinjiserte rorbolter. Deretter vil de dypere fjellpartier 16 gradvis bli injisert slik at hver rorbolt vil etablere en tilnærmet kjegleformet skjerm 6 (fig. 2). Etter at injiseringsmassen er avbundet, har man fått et konsolidert f jellhvelv rundt profilen. Storrelse og tykkelse av dette hvelv er avhengig av boltetetthet og -lengde, bergartens beskaffenhet etc. Dog er det konsoliderte hvelv tykkere enn 2/3 av boltens lengde.

Konsolideringen kan også innebære okning av bergartens trykkfast-het til slike verdier som garanterer at det ikke oppstår plastiske deformasjoner. Det konsoliderte f jellhvelv vil medfore at spennings-kurvene blir flyttet lenger inn i fjellet, og det etablerte bergrom vil virke meget dempende på omkringliggende fjell i og med at det nesten bringes tilbake til den tilstand det befant seg i for sprengningen ble påbegynt.

Dette resulterer videre i at fjellet rundt bergrommet er så konsolidert (nesten som torr betongkonstruksjon) at det vil ha uanede fordeler blant annet som tilfluktsrom, i motsetning til konvensjonelle utforelser der bergtrykket resulterer i punktvis belastning av bergrommets betongkonstruksjon.

Etter at injiseringen er fullfort, vil vandring av vannet langs profilen være eliminert, med mindre fjellpartiet er så sonderspruk-ket at grunnvannet oppforer seg som i lose avleiringer. I dette tilfelle vil vannet vandre, men da utenfor det injiserte og konsoliderte fjell rundt profilen. Under alle omstendigheter får man med fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen stoppet vannvandringen gjennom det fjell som er sonderknust ved sprengningen.

Målinger av bergtrykket vil kunne vise når konsolidering og for-skyvning av trykkurvene har funnet sted. Fig. 2 viser skjematisk et utsnitt av en profil behandlet ifolge oppfinnelsen. Her er forst rorboltene 1 fastgyst på fire forskjel-lige steder 3, og deretter er armeringen 8 og 9 festet til boltenes utragende ender. Sproytebetong 7 er påfort etter at vannlekkasje er brakt under kontroll gjennom rorboltene 1. Etter sproytebeton-gens avbinding er injisering utfort, idet injiseringsmassen forst har fylt sprekker 4 og slepper 10 i det mest sondersprukne fjellparti 15 nærmest profilen og deretter det mindre oppsprukne parti 16 i det dypereliggende fjell. Fig. 3a viser et tverrsnitt av en fjelltunnel hvor man har påtruffet en ordinær vannåre, og fig. 3b viser et Lengdesnitt av samme parti langs linjen III-III på fig. 3a.

Det er her vesentlig at vannårens vandring opprettholdes. Dette gjores ved å forbinde de to vannkaverne steder 12 med en eller flere slanger, f.eks. av plast. Disse slanger kan med fordel legges inn i sproytebetongen 7 som senere påfores. Rorbolter 1 benyttes også her for å oppnå kontroll med utlekkende vann under arbeidet med

montering av slanger og stoping.

Fig. 4a og 4b viser henholdsvis en tverrprofil 13 og en lengde-profil 14 av en vei- eller jernbanetunnel. Fjellpartiet rundt denne er ved hjelp av fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen uttdrket til frostfri dybde slik at teleskader ikke kan oppstå. Man har

her oppnådd en jevn, skjotfri overgang mellom vegger og såle.

Fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen kan finne anvendelse på en rekke andre områder enn de som er nevnt i det foregående. Eksempelvis kan den være svært hensiktsmessig ved stabilisering av vei-skjaeringer, og den kan med fordel anvendes ved sprengning av hal-ler til dypfrosne fjellanlegg hvor sublimasjon av is i hvelvsprek-ker kan gjore store skader og fore til alvorlige sikkerhetsproble-mer. Fremgangsmåten kan også med stor fordel anvendes ved reetable-ring av grunnvannsstanden hvor denne er blitt redusert på grunn av konvensjonelle fjellanlegg.

Fig. 5 viser detaljer ved en rorbolt ifolge oppfinnelsen og dennes anvendelse. Bolten 1 i det viste tilfelle består av et tykkvegget ror forsynt med drenerings-/injiseringshull 2. Hullene 2 bor minst være 5 mm i diameter og kan plasseres på en tenkt skruelinje med en hullavstand på omtrent 10 ganger hulldiameteren. Hullene kan naturligvis plasseres på en annen måte, og deres storrelse og innbyrdes avstand bestemmes av kravene til boltens styrke. Visse partier av bolten er ikke forsynt med drenerings-/injiseringshull

2, idet disse partier, som for den viste bolt har en lengde på ca. 25 cm, benyttes ved fastgysing av bolten i borehullet. De uperforerte partier er anbrakt med en innbyrdes avstand på ca. 1 m.

Rorbolten 1 er i det minste i den ende som rager ut i profilen forsynt med et, fortrinnsvis utvendig,, gjenget parti 21.

For å oppnå fastgysing av bolten på de uperforerte steder kan disse eksempelvis forsynes med en tetningsring 23 i nedkant og om-viklede polyesterpatroner som fores inn i borehullet sammen med rorbolten. Rorbolten kan-på de uperforerte partier være forsynt med et utvendig fremspring som ved rotasjon av bolten vil knuse polyesterpatronene slik at disses innhold blandes til en selv-herdende masse som fyller rommet mellom bolten og borehullveggen på oversiden av tetningsringen 23 slik at bolten ved polyester - massens herding fastgyses på partiene 3.

Pig. 5 viser videre hvorledes rorbolten benyttes til å fastholde armering for sproytebetongen. Armeringen 20 er plassert mellom fjellveggen 22 og en mellomlagsskive 19 som presser armeringen mot fjellveggen ved hjelp av et innvendig gjenget rorstykke 18

som er skrudd inn på rorboltens gjengede ende 21. Rorstykkets 18 annen ende kan også med fordel være gjenget for befestigelse av injiseringssl ange. Tilstramming av rorstykket 18 vil også bevirke forspenning av bolten dersom tilstrammingen utfores etter at det innerste fastgysningsparti er herdet, men for så er skjedd med de ovrige partier.

Det vil være åpenbart for en fagmann at rorbolten ifolge oppfinnelsen kan varieres og modifiseres på en rekke måter innen rammen av de påfolgende krav. Rorbolten kan således istedenfor perforering i form av hull forsynes med en eller flere langsgående slis-ser, noe som eventuelt vil kunne gi bedre gjennomstromningsareal for det vann som skal fores ut av borehullet. Rorbolten kan for bedre fastgysing innerst i borehullet i sin innerste ende forsynes med et dertil fastskrudd eller fastsveiset kamstålparti.

Rorboltens utformning med hensyn til tykkelse, styrke og vanngjen-nomstromningskapasitet bor for ovrig tilpasses de stedlige forhold.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for utforing, vanntetting, forsterkning og sikring av fjellrom ved boring av hull i fjellrommets vegger og såle, injisering, bolting med perforerte, forspente rorbolter og utforing med betong e.l., karakterisert ved a) at rorboltene (1) fastgyses i hullene på innbyrdes adskilte partier (3), b) at rorboltenes antall og plassering bestemmes slik at alt vann fra fjellet kan fores ut i fjellrommet gjennom boltens perforering og innvendige hulrom istedenfor gjennom fjellrommet s veggf1ater, c) at sproytebetong (7) e.l. påfores fjellrommets vegger på i og for seg kjent vis, eventuelt etter festing av armering (8, 9, 20) til utragende deler (21) av rorboltene og forspenning av disse, mens alt vann fra fjellet fores ut gjennom rorboltene, d) at rorboltenes ender inn mot fjellrommet tettes under kontroll av det hydrostatiske trykk bak sproytebetongen etter at denne er avbundet, e) og at injiseringsmasse innfores i fjellet rundt boltene gjennom disse.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at rorboltene fastgyses på partier med innbyrdes avstand av størrelsesorden 1 m, fortrinnsvis mellom 0,75 og 1,00 m.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 1 eller 2, karakterisert ved at rorboltene forst fastgyses inne i sine respektive hull, deretter forspennes og så fastgyses ytterst, nær fjellrommets overflate.

4. Fremgangsmåte ifolge et av de foregående krav, karakterisert ved at tettingen av rorboltene og eventuelt injiseringen begynnes ved fjellrommets midte.

5. Fremgangsmåte ifolge et av de foregående krav, karakterisert ved at det hydrostatiske trykk bak sproytebetongen måles og om nødvendig avlastes gjennom rorbolten.

6. Rorbolt med perforert vegg beregnet for anvendelse ved utforing, vanntetting, forsterkning og sikring av fjellrom ved innfesting i et hull i fjellrommets vegg eller såle under ut-fdreise av fremgangsmåten ifolge et av kravene 1-5, karakterisert ved at den har innbyrdes adskilte fastgysningspartier (3) uten perforering.

7. Rorbolt ifolge krav 6, karakterisert ved at perforeringen mellom to ikke perforerte partier danner et skruelinjeformet monster.

8. Rorbolt ifolge krav 6 eller 7, karakterisert ved at avstanden mellom de adskilte, uperforerte partier er av størrelsesorden 1 m.

9. Rorbolt ifolge krav 6, 7 eller 8, karakterisert ved at de uperforerte partier har en utstrekning av størrelsesorden 1/4 m.

10. Rorbolt ifolge et av kravene 6-9, karakterisert ved at den i den ene eller begge ender er forsynt med et gjenget parti (21) som grenser opp til et uperforert parti og har tilnærmet samme strekkstyrke som de perforerte partier.

11. Rorbolt ifolge et av kravene 6 - 10, karakterisert ved at den er forsynt med tetninger ved fastgys-ingspartiene ( 3) .

12. Rorbolt ifolge et av kravene 6-12, karakterisert ved at tetningene er plassert i nedkant av fast-gysingspartiene (3).

13. Rorbolt ifolge et av kravene 6 - 12, karakterisert ved at dens ende (21) inn mot fjellrommet er forsynt med trykkmåler og ventilanordning.