Influence of swelling rock on tunnelling

Abstract

Excavation and maintenance of tunnels in rocks containing anhydrite and gypsum is one of the most difficult problems in tunnelling practice. Considerable information on the causes of the phenomen, particularly of the swelling behaviour, has been obtained in recent years. A complete logical explanation of the causes is, however, not yet available.

Despite the lack of complete knowledge it can be said that the phenomena—(the swelling behaviour and its effects on tunnelling)— depend upon the following factors:

• 1. Primary stress state

• 2. Nature and quantity of incoming water

• 3. Time-dependent running of the swelling process

• 4. Percentage of anhydrite and swelling clay minerals in rock

• 5. Nature of anhydrite distribution in rock

• 6. Level of gypsum- and anhydrite front

• 7. Form and method of excavation

The influence of these factors on tunnel construction is discussed and a material law for macroscopic description of the swelling process is stated.

Résumé

L'excavation et le maintien des tunnels dans les roches contenant l'anhydrite et le gypse est un des problèmes les plus difficiles concernant les travaux de perforation en souterrain. Des progrès considérable sur la connaissance descauses de ce phénomène, particulièrement du comportement de gonflement ont été faits récemment. Cependant on n'a pas encore trouvé une interpretation complètement logique.

En dépit du manque de connaissance complète on peut dire que ce phenomène (le gonflement et ses effets sur les travraux de perforation en souterrain) dépend des facteurs suivants:

• 1. L'état de tension initial

• 2. La nature et la quantité de l'eau d'infiltration.

• 3. Le cours du processus de gonflement qui est dépendant tu temps.

• 4. Le pourcentage de l'anhydrite et des minéraux argileux dans les roches.

• 5. La nature de la distribution de l'anhydrite dans les roches.

• 6. Le niveau du front de l'anhydrite et du gypse.

• 7. La forme et la méthode d'excavation.

On discute l'influence de ces facteurs sur la construction des tunnels. On formule une loi pour la description macroscopique du processus de gonflement.