background image

 

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA 

IM. STANISŁAWA STASZICA 

W KRAKOWIE 

 

 

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii 

Budownictwo 

Rok III,  Grupa 5 

 

 

B

UDOWNICTWO PODZIEMNE

 

 

 

Wykonał: 

Bartłomiej  Urbanek 

 

 

 

 

 

Kraków 2014 

background image

 

Contents 

 

1.

 

Parameters ............................................................................................................................ 3

 

2.

 

Rock Quality Designation Index (RQD) .................................................................................. 4

 

3.

 

Rock Mass Rating .................................................................................................................. 4

 

4.

 

Parameters ............................................................................................................................ 5

 

4.1.

 

In-situ deformation modulus    ................................................................................ 5

 

4.2.

 

Strength parameters.................................................................................................... 6

 

5.

 

Rock Tunnelling Quality Index Q ........................................................................................... 6

 

6.

 

Equivalent dimension D

e

 ....................................................................................................... 7

 

7.

 

Tunnel support (in accordance with the Q Classification) .................................................... 8

 

8.

 

Parameters ............................................................................................................................ 9

 

8.1.

 

Deformation modulus    ........................................................................................... 9

 

8.2.

 

Roof pressure............................................................................................................... 9

 

9.

 

Q – RMR Correlations ............................................................................................................ 9

 

10.

 

Conclusion ........................................................................................................................... 10

 

 

 

 

background image

1. 

P

ARAMETERS

 

Lp.

 

Parametr 

Wartość lub opis 

1.

 

Shape, size and purpose of tunnel 

(cavern) 

Chamber for the underground  parking In the 

shape of rectangle with vaulted ceiling, 40 m 

width, 15 m height 

 

2.

 

Average depth, m 

50 

3.

 

General rock mass characteristics in 

the vicinity of tunnel (cavern) 

Compact and block rock mass 

4.

 

Average compressive strength of 

surrounding  rocks, MPa 

120 

5.

 

Average tensile strength of 

surrounding  rocks, MPa 

13 

6.

 

RQD, % diameter of core 55 mm 

As in picture below 

Jak na rysunku

 

7.

 

Number  and average sparing of joint 

sets 

Two discontinuity sets, average spacing is about 

1,0 m 

8.

 

Characteristic of the discontinuities 

Layers in contact, impermeable, natural fill 

gouge 

9.

 

Groundwater  conditions 

Drippings 

10.

 

Discontinuity strike and dip 

orientation 

Strike perpendicular to chamber’s axis, driver in 

the opposite direction  (angle 45

o

11.

 

Excavation method 

Blasting 

MW

 

 

 

 

 

 

 

background image

2. 

R

OCK 

Q

UALITY 

D

ESIGNATION 

I

NDEX 

(RQD) 

     

∑  

 

 

        

     

     

      

               

 

  - Total length of core run 

           

 

 

 - Length of core pieces         length 

 

 

                                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 

R

OCK 

M

ASS 

R

ATING

 

 

Parameter 

Value 

Rating 

Comment 

Uniaxial compressive 

strength 

120 MPa 

12,6 

Determined  by linear 

interpolation 

RQD 

87 % 

19.4 

Determined  by linear 

interpolation 

Spacing of discontinuities 

1,0 m 

15.11 

Determined  by linear 

interpolation 

D

is

co

n

ti

n

u

it

ch

ar

ac

ter

is

ti

cs

 

Discontinuity length 

3-10 m 

I do not have any information 

about that parameter  so I 

chose medium value 

Separation 

None 

I have information that layers 

are in contact so I choose the 

highest score 

Roughness 

Rough 

Because of impermeable 

background image

filling and contacted layers I 

choose high roughness 

Infilling 

Hard filling 

<5mm 

It is a natural filling- hard rock 

with high strength. 

Impermeable  - so smaller 

than 5 mm 

Weathering 

Unweathered 

Because of impermeable 

filling and contacted layers 

there is no possibility to 

provide weather 

Ground  water 

Dripping 

There is small amount of 

water in ground so rate is not 

too big 

6  Strike and dip orientations 

Strike 

perpendicular  to 

chamber’s axis, 

driver in the 

opposite 

direction (angle 

45

o

-10 

Chamber with unfavourable 

strike and dip orientation 

 

RMR 

64,11 

 

 

            

Rock class: II – Good Rock (61-80) 

 

 

 

 

 

4. 

P

ARAMETERS

 

4.1. 

In-situ deformation modulus  

 

 

Bieniawski (1978) and Serafim & Pereira (1983) 

 

 

                                           

 

for         

 

 

Hoek and Brown  (1997) 

 

 

         

 

 

 

 

√ 

 

  

    

(      )

  

 

√   

  

    

(        )

  

           

 

background image

 

Verman (1993) 

         

         

 

 

 

         

 

    

(      )

  

          

    

    

(        )

  

           

 

 

4.2. 

Strength parameters 

Hoek (1994): 

     

       

 

   

         

 

        

 

   

  √     

 

  √                        

 

Aydan & Kawamoto (2000) 

 

   

              

   

                

   

             

 

   

   

 

 

   

       (         )

   

 

 

    

        (          )

            

 

Kalamaras & Bieniawski (1995) 

 

   

 

 

 

 

 

        

  

 

   

 

 

         

  

            

 

I received different values of the parameters  

 

 and  

   

 and I decided to choose the middle 

value of each parameters: 
 

 

            

(Hoek and Brown) 

 

   

            

(Kalamaras & Bieniawski) 

5. 

R

OCK 

T

UNNELLING 

Q

UALITY 

I

NDEX 

 

 

Parameter 

Value 

Comment 

B

lo

ck

 s

iz

e

 

    

the Rock Quality 

Designation 

90 

Good RQD 

(between 75 and 90%) 

 

 

 

the joint set number 

Two joint sets and there was no 

information  about randomness 

In

ter

-

b

lo

ck

 

sh

ea

st

ren

g

th

 

 

 

 

the joint roughness number 

Layers in contact, two discontinuity sets 

background image

 

 

 

the joint alteration number 

0,75 

The only information  which I have is that it 

is impermeable and have natural fill 

gouge, so I chose “Tightly healed, hard, 

non-softening, impermeable filling” 

A

ct

iv

st

res

 

 

 

the joint water reduction 

factor 

1,0 

There are impermeable  layers, so it is 

counted to dry excavation 

 

    

the stress reduction factor 

2,5 

Single shear zone in competent rock (clay 

free). Depth of excavation > 50m (50m). 

 

   

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

   

  

 

 

 

    

 

   
   

     

 

Rock class: Very Good (40-100) 

 

6. 

E

QUIVALENT DIMENSION 

D

E

 

 

 

 

 

   

 

  

   

     

 

 

 

 

   

 

  

   

        

         

Excavation span 

         

Excavation height 

          

Excavation  Support  Ratio  (I  classified  underground  hall  to  “sports  and  public 
facilities” (excavation category – D) 

background image

 

 

7. 

T

UNNEL SUPPORT 

(

IN ACCORDANCE WITH THE 

Q

 

C

LASSIFICATION

On the basis of the graph results: 

Reinforcement  category for roof: 

Systematic bolting (3) 

Bolt spacing in unshotcreted area:        

Bolting length: 

     

Reinforcement  category for walls:  Spot bolting (2) 

Bolt spacing in unshotcreted area:        

Bolting length: 

      

 

 

Crown 

Walls 

background image

 

Length of bolts: 

 

    

 

            

   

 

             

   

          

 

     

 

            

   

 

             

   

                  

8. 

P

ARAMETERS

 

8.1. 

Deformation modulus  

 

 

Barton (2002) 

 

 

       √   

 

 

   

 

       √    

   
   

 

             for      〈         〉,   

     

 

  〈            〉 

 

Grimstad and Barton (1993)

 

 

 

          

  

            

  

               

 

8.2. 

Roof pressure 

 

    

 

√ 

 

 

 

   

 

 
 

 

√ 

 

    

 

 
 

             

 

    

 

      √ 

 

     

 

   

 

 
 

 

      √ 

     

    

 

 
 

             

 

    

 

      

 

 

   

 

 
 

 

       

 

    

 

 
 

             

 

 

 

 

 

9. 

Q

 

 

RMR

 

C

ORRELATIONS

 

            

       

 

background image

10 

 

Correlation 

Source of case 

studies and 

reference 

Result 

RMR= 

Differential between 

correlation and result from 

classification table 

                    

New Zealand [55] 

65,70 

1,59 

                

Diverse Origin [25] 

78,84 

14,73 

                      

Spain [56] 

76,22 

12,11 

                  

South  Africa [57] 

80,16 

16,05 

                      

Spain [58] 

8,31 

-55,80 

                     

Spain [59] 

82,45 

18,34 

                         Canada [60] 

71,17 

7,06 

                  

Canada [27] 

71,68 

7,57 

                 

Canada [52] 

77,71 

13,60 

 

Supposed location: New Zealand 

10. 

C

ONCLUSION

 

We  should  use  the  two  systems  to  analyse  and  to  compare  the  rock  mass.  In this project I 
used  the  RMR  system  and  Q  classification.  Both  of  them  are most widely used for the rock 
mass classifications. They include geological, geometric and design/engineering parameters to 
obtain a value of the rock mass quality. 

The  results  that  I  have  achieved  are  different.  According  to  RMR,  the  system  rock  is  good 
(RMR=61,11). However, according to Q classification, the system rock is excellent (Q=48).   

In  my  opinion,  the  difference is caused by the lack of information about the few parameters 
(e.g. discontinuity length) and an estimation method. 

To  conclude,  I  am  able  to  propose  the  two  ways  of  a  support  construction.  The  first  one, 
based  on  the  RMR  classification  involves  strengthening  the  construction  by  locally  bolt  in 
crown  (3  m  long),  spaced  2,5  m  with  occasional  wire  mesh  and  50  mm  shotcrete  in  crown 
(where required).  

The second one, based on Q classification involves strengthening the construction by bolts in 
crown (10 m long). 

 

Finally,  I  have  received  a  various  value  of  the  deformation  modulus.  These  parameters  are 
place a higher worth in Q classification.