Ground supports for tunnels in weak rocks

Abstract

The various factors and how they influence the loading and deformation of supports needed in deep tunnels in weak rocks are presented. Broadly, these are the rock and water conditions and their response to excavation, the excavation and support timings and procedures, and the support details and their workmanship. Particular attention is drawn to the need to consider the truly three-dimensional influence of rock discontinuities on excavation collapse mechanisms with the aid of models and field observation as a guide to support and safety requirements; to consider during construction the positioning and timing of support placement in relation to the rate of advance of the face (another three dimensional effect); to allow a degree of rock yielding by means of yielding supports on the basis of concepts developed from simple yielding rock/support interaction theory combined with construction monitoring; and to consider quantitatively the real load-deformation properties of the structural supports and their interface with the rock. The effects of these variables are illustrated by observations from tunnel projects in hilly and high mountain areas. There is no such thing as the load on a support. Proper assessment and control of the many variables which combine to produce a satisfactory and efficient support system cannot be done at the design stage. It is strongly recommended that construction should be aided and guided by monitoring of tunnel performance carried out by engineers relieved of contractual responsibilities as the only positive means of taking sensible, economic and safe decisions during progress of the work. The technical superiority of the observant engineer can cause the rock to work for him. On analyse les différents facteurs et la façon dont ils influencent le chargement et la déformation des appuis nécessaires dans les tunnels profonds en roc sans consistance. En général, ce sont; les conditions du roc et de l'eau et leurs réactions à l'excavation, les ajustements d'excavation et d'appui et des procédés et les détails d'appuis et leur exécution. Une attention particulière est portée sur la nécessité de considérer la véritable influence à trois dimensions des discontinuités du roc sur les mécanismes d'affaissement d'excavation avec l'aide de modèles et d'observations au chantier comme un guide des conditions requises d'appui et de sûreté; de considérer pendant la construction la mise en position et l'ajustement de placement d'appuis quant à la vitesse d'avancement de la façade (un autre effet à 3 dimensions); de permettre un degré d'affaissement du roc à l'aide d'appuis d'affaissement basés sur des concepts développés à partir d'une simple théorie d'interaction de roc/appui d'affaissement combinée au monitoring de construction; et de considérer quantitativement les vraies propriétés charge-déformation des appuis de structure et leur interaction avec le roc. Les effets de ces variables sont illustrés par des observations de projets de tunnels dans des étendues accidentées et de hautes montagnes. ll n'y a rien de tel que la charge sur un appui. Une évaluation et une surveillance exactes des nombreuses variables qui se combinent afin de produire un système d'appui satisfaisant et efficace ne peuvant pas être faites à phase de projet. Il est fortement recommandé que la construction devraitêtre assistée et conduite par le monitoring de performance de tunnel exécuté par des ingénieurs débarrassés de responsabilitiés contractuelles, cela étant le seul moyen positif de prendre des décisions raisonnables, économiques et sures, pendant le cours du travail. La supériorité technique de l'ingénieur observateur peut faire faire travailler le roc pour lui.