Evaluation of rock bursting phenomena in a tunnel in the Himalayas

Abstract

Tunnels passing beneath deep rock cover (overburden) are subject to instabilities caused by induced rock stresses. In a relatively unjointed massive rock mass the instability is associated with rock spalling/rock bursting, while if the rock mass is weak, schistose, sheared and deformed, squeezing is more likely. This paper reports a study which reviews stress-induced instability along the Parbati II headrace tunnel, evaluates the rock mechanical properties directly linked to the stress-induced instabilities and back-calculates the magnitude of the in situ stress state using finite element numerical modeling. An attempt is made to evaluate the magnitude of the tectonic horizontal stress component and to estimate the rock burst depth-impact. It is emphasized that more cases of tunnel damage should be studied to verify the applicability of the proposed equations and to establish the approximate range of the horizontal tectonic stress component along the Himalayan chain.

Résumé

Les tunnels sous forte couverture rocheuse sont sujets à des instabilités résultant des contraintes induites à grande profondeur. Dans un massif rocheux de roche dure et relativement peu fracturée, l’instabilité se traduit par des écaillages et de la décompression violente. Dans un massif rocheux de roche tendre, schisteuse ou en zones de cisaillement, l’instabilité se traduit par de la forte convergence. L’article présente une revue des instabilités résultant des contraintes induites observées le long de la galerie d’amenée de Parbati II. Il évalue les propriétés mécaniques directement liées à ces instabilités et, par rétro-analyse, calcule l’état de contrainte in situ à partir d’une simulation numérique par éléments finis. Une tentative est faite pour évaluer l’intensité de la composante horizontale des contraintes d’origine tectonique et pour estimer la profondeur critique d’apparition des phénomènes de décompression violente. Il est souligné que davantage de dommages en tunnel devraient être étudiés pour vérifier l’applicabilité des équations proposées et pour établir les plages de variation de la composante horizontale des contraintes d’origine tectonique le long de la chaîne himalayenne.