Gebirgsmechanische Versuche beim Bau eines Wasserzufuhrstollens im Gebirge mit hohen Initialspannungen

Zusammenfassung

Gebirgsmechanische Versuche beim Bau eines Wasserzufuhrstollens im Gebirge mit hohen Initialspannungen

Beim Ausbruch des Kalottenstollens für den westlichen Wasserzufuhrstollen des Kraftwerkes Vietas traten Schwierigkeiten in Form von heftigen Bergschlagerscheinungen auf, als deren Ursache ein über alle anderen initialen Gebirgsspannungen dominierender Seitendruck erkannt wurde. Da man beim Ausbruch der Strosse mit neuen derartigen Schwierigkeiten zu rechnen hatte, führte man einen Versuchsausbruch der Strosse auf insgesamt 40 m Strecke durch, wobei man Spannungsänderungen in der Kalotte, Verformung von Kalotte und Seitenwänden, Steinfall und Verhalten der Ankerung studierte.

Die Messungen führten zu der interessanten Feststellung, daß die durch die Sprengung gelockerte Randschicht der Kalotte in gewissem Sinne wie eine selbständige Zone wirkt. Diese Zone nimmt die erhöhten Gewölbespannungen, die beim Ausbruch der Strosse zu erwarten wären, nicht auf, da sie verformbar ist, und sie wirkt wie eine dämpfende bzw. abschirmende Schicht, die teilweise ein selbsttragendes Gewölbe bildet und die weitere Bergschlagerscheinungen und entsprechenden Steinfall verhindert.

Aufgrund des Ausbruchsversuches konnte man voraussagen, daß der Ausbruch der Strosse nach vorhergehender Leerung und Instandsetzung des vorhandenen Netzes im Prinzip ohne weitere Schwierigkeiten durchgeführt werden kann, was sich später auch voll bestätigte.

Summary

Rock Mechanical Tests During Construction of a Head-Race Tunnel in a Rock Mass with High Initial Stresses

During excavation of the pilot section of the headrace tunnel of Vietas power station difficulties arose due to rock burst in a part of the tunnel. The cause of it was found in a high side pressure, dominating above all other initial rock stresses. The excavation of the bench might furthermore increase the side force on the tunnel walls and with this the roof pressure, initiating new rock burst.

In order to ascertain the continuity of the bench excavation a test bench excavation was made in an 40 m tunnel length. During the test excavation a multitude of measurements was made; viz. increase of the roof pressure in the tunnel, deformation of the walls and the roof, rock fall and change of forces in the roof bolts.

The measurements show that the zone in the roof, which is cracked by blasting, behaves as a partly independent zone. It doesn't take up the increased roof pressure, as it is deformable and it is working as a protection layer against rock burst and rock fall. Partly it behaves as a separate arch.

The tests lead to the conclusion that excavation of the bench in the rock burst zone can be performed without special difficulties, a prediction later confirmed by practice.

Résumé

Etude en mécanique des roches pendant l'excavation d'une galerie d'amenée dans de roche avec des grandes contraintes initiales

Pendant l'excavation de la galerie de calotte pour la galerie ouest d'alimentation d'eau de la centrale électrique de Vietas des difficultés apparaissaient en forme d'éclatements forts, dont la cause fut discerné une pression latérale dominant sur tous les autres contraintes initiales de la masse rocheuse. Comme il fallait s'attendre à telles difficultés nouvelles en excavant le banc, on a exécuté une excavation expérimentale du banc à 40 m au total, pendant laquelle on pouvait étudier les changements des contraintes dans la calotte, la déformation de la calotte et des parois latérales, de la chute de pierres et le comportement de l'ancrage.

Les mesurages menaient à la constatation que la couche de bordure de la calotte, foisonnée pendant le sautage, a en un sens l'effet d'une zone indépendante.

Cette zone ne se charge pas des contraintes augmentées de la voûte, qui l'on pourrait s'attendre en excavant le banc, comme elle est déformable et elle a l'effet d'une couche amortissante ou bien protectante, qui forme partiellement une voûte autoportante et prévient à la suite d'éclatements et des chutes des pierres.

En vertu de l'essai d'excavation on pouvait prédire que l'excavation du banc après le vidage précédent et le rétablissement du réseau existant en principe peut être exécuté sans difficultés additionelles, qu'était confirmé entièrement plus tard.