is Íslenska en English

Lokaverkefni (Meistara) Háskóli Íslands > Verkfræði- og náttúruvísindasvið > Meistaraprófsritgerðir - Verkfræði- og náttúruvísindasvið >

Vinsamlegast notið þetta auðkenni þegar þið vitnið til verksins eða tengið í það: http://hdl.handle.net/1946/23553

Titill: 
  • Bergstyrkingar í Norðfjarðargöngum. Samanburður uppsettra styrkinga við Q-kerfið ásamt tölulegri greiningu
  • Titill er á ensku Rock support in the Norðfjörður road tunnel. Comparison with the Q-system and numerical simulation
Námsstig: 
  • Meistara
Útdráttur: 
  • Veggöng eru dýr mannvirki. Gera má ráð fyrir að hver kílómetri í jarðgöngum kosti um 1,2 milljarða króna. Sá einstaki þáttur sem hvað ófyrirsjáanlegust áhrif hefur á kostnað við gangagerð er jarðfræði viðkomandi svæðis sem ræður hvað mestu um verkframvindu og umfang bergstyrkinga. Berggæði eru því afar þýðingarmikil þegar kostnaður við jarðgangagröft er annars vegar. Við mat á umfangi bergstyrkinga bæði á undirbúnings- og framkvæmdatíma er stuðst við sk. berggæðamatskerfi. Kerfin byggja á því að gefa bergi einkunn út frá eiginleikum þess og tengja einkunnina við áætlaða styrkingarþörf. Á Íslandi hefur norska Q-kerfið verið notað í öllum veggangaframkvæmdum frá árinu 1980. Í Norðfjarðargöngum er ætlast til þess að bergstyrkingar séu útfærðar í samræmi við Q-kerfið.
    Að jafnaði eru bergstyrkingar í íslenskum göngum ekki teknar út m.t.t. þess hversu vel þær samræmast Q-kerfinu jafnvel þótt ætlast sé til þess að kerfið sé haft til hliðsjónar við val á styrkingum. Markmið þessa verkefnis er að kanna hvort styrkingar í Norðfjarðargöngum falli að ákvæðum Q-kerfisins. Auk þess er með líkanreikningum reynt að leggja mat á þá þætti sem mest áhrif hafa á bergfærslur og öryggi styrkinga.
    Í þessum tilgangi eru tekin fyrir fjögur jarðfræðilega ólík svæði í göngunum og bergstyrkingar hannaðar í samræmi við Q-kerfið miðað við Q-mat verktaka. Hannaðar styrkingar eru bornar saman við uppsett magn styrkinga á sömu svæðum. Með líkanreikningum er hegðun bergmassa í tveimur gangaþversniðum könnuð miðað við ákveðið magn styrkinga. Áhrif álagsdreifingar og mismunandi eiginleika bergs á niðurstöður líkanreikninga eru einnig skoðuð.
    Bergstyrkingar í Norðfjarðargöngum eru að mestu í samræmi við Q-kerfið að undanskildum þeim svæðum sem kalla á notkun sprautusteypuboga. Þar eru notaðir færri bergboltar en Q-kerfið kveður á um en fjöldi sprautusteypuboga fer umtalsvert fram úr viðmiðum og umframmagn sprautusteypu er verulegt.
    Líkanreikningar sýna að bergfærslur eru mestar neðan við lagmót þar sem veikari jarðlög síga inn í gangaþversniðin. Eiginleikar veikra jarðlaga virðast hafa meiri áhrif á niðurstöður líkanreikninga en eiginleikar sterkari jarðlaga. Einásaþrýstistyrkur basaltkarga skiptir þannig meira máli en einásaþrýstistyrkur og fjaðurstuðull þóleiít-basalts, bæði fyrir bergfærslur og fjölda hniginna eininga. Útþenslustuðull í þunnu, veiku setlagi hefur mikil áhrif á heildarbergfærslur en virðist hafa lítil áhrif á hnig styrkinga. Lítil breyting á GSI-gildum hefur áberandi mikil áhrif á bergfærslur en hlutfallslega minni áhrif á hnig bergs og styrkinga. Álagsdreifing fyrir og eftir uppsetningu styrkinga hefur lítil áhrif á heildarbergfærslur en mikil áhrif á öryggi styrkinga.

  • Útdráttur er á ensku

    Rock reinforcement in Norðfjarðargöng tunnel should be in accordance with the Q-system.
    During construction no track is kept of how well these conditions are met. It is therefore
    not known whether the installed reinforcement agrees with the outline of the Q-system.
    The aim of this research project is to test if the reinforcement in Norðfjarðargöng tunnel is in line with the Q-system. Through finite element modelling a rock displacement analysis is carried out along with an estimation of reinforcement safety.
    A reinforcement design in line with the Q-system is carried out for four geologically different areas in the tunnel, based on Q-values from the contractor. The designed amount of rock support is compared with the installed support for the same areas. Finite element
    modelling is used for estimating rock stability around two tunnel cross sections given a
    fixed amount of support. The effects of load splitting and different rock mass properties
    are explored.
    The thesis covers the importance and purpose of Norðfjarðargöng tunnel as well as
    describing its main dimensions. An outline of the geology of Iceland is given, focusing on
    East-Iceland and the construction area between Eskifjörður and Norðfjörður. The
    importance of rock mass properties in tunnelling is highlighted and rock mass
    classification systems used for reinforcement design are introduced. The main emphasis is
    on the Q-system that has been adapted to Icelandic conditions.
    Rock stresses and strains are discussed along with the changes in a given stress field
    following tunnel construction. Rock reinforcement strategies that aim to stabilize rock
    mass around an opening are introduced with special emphasis on support methods
    described in the Q-system and most frequently used in Icelandic tunnels. The rock-support
    interaction is discussed as well as methods for estimating support safety.
    Finite element modelling is described and the RS2 software used for modelling in the
    research is introduced. The main input parameters of the software are discussed along with its material theories. Methods for determining input parameters are described as well as the premises for the research work.
    The rock reinforcement in Norðfjarðargöng tunnel is in accordance with the Q-system apart from areas where the use of lattice girders is needed. In lattice girder areas fewer
    rockbolts are used but the number of lattice girders is higher than recommended by the Qsystem and the use of shotcrete far exceeds recommendations.
    Finite element modelling shows that the highest rock displacement occurs below rock
    mass boundaries where weaker rock converges into the tunnel. Weak rock properties seem to have more influence on model results than properties of stronger rock. Thus, the
    uniaxial compressive strength (UCS) of scoriaceous basalt has higher impact on
    convergence and reinforcement safety than UCS and Young‘s modulus of tholeiite-basalt.
    Dilatancy of a thin, weak sedimentary layer has high impact on total displacement but
    seems to have less impact on support yield. Small changes in GSI-values have high
    influence on total displacement but relatively low on rock and support yield.
    Judging from ground reaction curves (GRC) the reinforement should be fully activated before internal support pressure has dropped around 70%. Given that the reinforcement in Norðfjarðargöng tunnel can tolerate up to 12,5 mm rock displacement, the support will suffer too much displacement in most models with 80-20 load split. If the total
    displacement exceeds 92 mm (2% of the tunnel radius) more need for support can be expected. This is true for one model of blasting round F377 and all models of round 554.
    Total displacement is barely affected by rock reinforcement.
    Support analysis for three models of each round reveals that tensile stress in rockbolts
    increases with lower GSI-values but decreases as UCS of scoriaceous basalt is increased.
    The probability of compression failure in shotcrete elements is increased by lowering GSIvalues but decreased by increasing UCS of scoriaceous basalt.
    If the rock reinforcement in round F377 is designed in accordance with the Q-system, the wall support cannot be considered safe as rockbolts yield closest to the tunnel surface and factors of safety against compressive failure in shotcrete elements are frequently below 1,4. If the rock reinforcement in round 554 is designed according to the Q-system neither
    rockbolts nor shotcrete can be considered safe, given a factor of safety of 1,4.

Samþykkt: 
  • 12.1.2016
URI: 
  • http://hdl.handle.net/1946/23553


Skrár
Skráarnafn Stærð AðgangurLýsingSkráartegund 
Helga Jóna Jónasdóttir - final.pdf23.88 MBOpinnHeildartextiPDFSkoða/Opna
Yfirlýsing_HelgaJóna.pdf417.55 kBLokaðurYfirlýsingPDF