Bergbultsmodell - optimalt och minimalt utförande | Rock Bolt Model – Optimal and Minimal Performance

Har du någonsin åkt genom en tunnel och undrat hur det kommer sig att det tunga berget över dig inte kollapsar in i detta hålrum? Har du lagt märke till underliga metallpinnar som sticker ut ur väggar och tak? Dessa metallpinnar är bultar, och de är en del av säkerhetsåtgärderna som ser till att tunnlar över hela Sverige är säkra att färdas i. När en tunnel byggs är det viktigt att ta reda på vilka egenskaper som berget har för att kunna avgöra hur stora säkerhetsåtgärder som bör implementeras. Dessa egenskaper kan vara sådant som sprickors utbredning och orientering, hur mycket vatten som finns i sprickorna, vad berget består av och krafter som påverkar berget. Säkerhetsarbetet kring tunnlar kan göra skillnaden mellan liv och död, men hur ska man forska kring detta? I ett labb kan man med hjälp av en modell undersöka vad som fungerar bäst, men även det minsta möjliga för att förhindra kollaps. I detta arbete har en modell som representerar ett tunneltak använts. Den används till undervisning för förståelse av bultar. Modellen var en upphöjd stålram med avtagbar botten, stålramen var kvadratisk med 82 cm sidolängd. I denna ram placerades skruvar och järnvägsmakadam för att simulera ett tunneltak med bultar i mindre skala. Järnvägsmakadam är krossat berg med en kornstorlek på ca 32 till 64 mm. Skruvarna trycker ihop makadamen med hjälp av brickor för att tryck ska uppstå och trycket mäts med tryckgivare som är placerade i modellen. Arbetet som har utförts med hjälp av modellen syftar till att utveckla metoder för hur sådana försök bör utföras i framtiden. Tidigare försök har gjorts och då har det observerats att denna modell har varit stabil när skruvarna spänts till 7 Nm (Newtonmeter) vridmoment och att den kollapsade av minimal påverkan när skruvarna spändes till 5 Nm. Därför gick vi in i detta arbete med hypotesen att modellens lägre gräns för stabilitet fanns strax under 5 Nm. Vid de tidigare försöken mättes inte trycket i modellen och vi hade därför ingen hypotes om detta. Försöken utfördes på olika vis. Skruvarna spändes i olika mönster och med olika vridmoment, makadamen placerades också på olika sätt när modellen byggdes upp. Som resultat ställdes vridmoment och tryck upp i tabeller och diagram. Det skulle visa sig att hypotesen om att den lägre gränsen var nära 5 Nm vridmoment inte stämde. Modellen hölls uppe även när skruvarna endast spändes till 2 Nm. Både när modellens bottenlager var fördelaktigt och ofördelaktigt uppbyggt ur ett stabilitetsperspektiv så höll modellen vid 2 Nm. Lägre vridmoment än 2 Nm kunde inte testas i brist på känsligare verktyg.

Have you ever traveled through a tunnel and wondered why the heavy rock above you doesn’t collapse on top of you? Have you noticed the odd metal rods that sticks out from the walls and ceiling? These metal rods are bolts, a part of the security measures that make sure that tunnels all over Sweden are safe to travel through. When a tunnel is built, it is important to know the properties of the rock to be able to assess what type of security measures that need to be applied. These properties can be fractures and their orientation, the composition of the rock and the forces that are present. The security work regarding tunnels can be the difference between life and death, but how can research in this field be carried out? Model experiments in a laboratory can be of great use to investigate the most efficient way to stabilize the rock, but also the minimal effort required to prevent collapse. For this report a model that represents the roof of a tunnel has been used. The model is used for learning about rock bolts and consisted of an elevated 82 cm square steel frame with a detachable floor. Bolts and crushed rock were placed within the frame to simulate a tunnel roof in a smaller scale. The crushed rock had a grain size of 32 to 64 mm. The bolts in combination with small metal discs compress the rock to produce pressure, and the induced pressure is measured with pressure indicators placed within the model. The experiments conducted with this model aims to develop potential new methods for future uses and experiments. Previous experiments with this type of model have shown that the model is stable when the bolts have been tightened to 7 Nm (Newton Meters) torque, and subsequently collapsed with minimal influence when the bolts were tightened to 5 Nm. Therefore, the hypothesis of this report was based on previous experiments, where the lower limit of the model seemed to be close to 5 Nm. The previous experiments didn’t measure the pressure throughout the strained rock mass, and therefore there is no hypothesis regarding this. The experiments were conducted in different ways. The bolts were tightened both in different patterns and with different torques, and the crushed rock were placed differently throughout the experiments as the model was being built. The following result of torque and pressure were presented in tables and graphs. The result showed that the hypothesis regarding the lower boundary being close to 5 Nm was not correct. The model stayed in place even when the bolts were tightened as low as 2 Nm. The model was stable at 2 Nm both with a favorable and unfavorable bottom layer of rock. Therefore, it is required to tension the bolt with torque lower than 2 Nm to determine the lower limit of stability, but that could not be tested due to the lack of proper tools.