Determination of Mechanical Behaviour and Performance of Forepole Support Elements used in Tunnelling

N. Vlachopoulos, J. Oke, B. Forbes

In the proceedings of: GeoRegina 2014: 67th Canadian Geotechnical Conference

Session: Engineering Geology and Rock Mechanics

ABSTRACT: The mechanics associated with forepoling structures explicitly, has never been fully investigated in order to determine the associated support mechanics when installed in isolation and/or in groups as an umbrella arch. Further, these support structures cannot be modelled using industry standard, two-dimensional (2D) numerical software packages. In three-dimensional (3D) analysis codes, these support elements are commonly standardized using pile or rockbolt simplified noded elements that do not truly describe their behaviour when subjected to the true 3D stress conditions that result at face or near the face due to the tunnel or mining excavation process. As such, a deficiency exists with regards to prediction of the interaction of forepoles element within umbrella arch support systems for tunnelling practices within weak rock masses. Methods have been developed in order to predict the behaviour of radial support systems to include temporary support elements such as rock bolts, steel sets, and liners such as the convergence-confinement method. However, these tools do not have the ability to capture the influence of support systems installed longitudinally at the face of tunnel such as forepole, and core reinforcement elements. In an attempt to improve tunnel design strategies, this paper will focus on the mechanical response of the application of the forepole element as part of the umbrella arch method installed in deep and shallow excavations; As well, other issues associated with the use of forepoles and physical testing are also highlighted and discussed.

RÉSUMÉ: La mécanique associée à des structures forepoling explicitement, n'a jamais été entièrement étudiée afin de déterminer les mécanismes de support en connexe lorsqu'installé isolément ou en groupe avec une umbrella arch (UA). Ces support structures ne peuvent être modélisées en utilisant logiciel numérique de deux dimensions (2D). Dans le logiciel numérique tridimensionnels (3D), ces éléments sont généralement normalisés à l'aide de pieux de soutien ou d'éléments renflés instrument simplifié ne décrivent pas vraiment leur comportement lorsqu'ils sont soumis à des conditions de stress 3D vrai qui résultent au visage ou près de la face due au tunnel ou une excavation minière processus. Ainsi, une carence existe en ce qui concerne la prédiction de l'interaction de l'élément forepoles dans les systèmes de soutien arch parapluie pour le creusement des pratiques au sein des masses de roche molle. Méthodes ont été développées afin de prédire le comportement des systèmes d'appui radiales des éléments d'appui temporaires tels que boulons, ensembles en acier et doublures telles que la méthode convergence-confinement. Toutefois, ces outils n'ont pas la capacité de capturer l'influence des systèmes de soutien installé longitudinalement à la face du tunnel comme forepole et les éléments de renfort de base. Dans le but d'améliorer les stratégies de conception de tunnel, cet article se concentrera sur la réponse mécanique de l'application de l'élément forepole dans le cadre de la méthode de voûte parapluie installée dans les excavations profondes et peu profondes ; Ainsi, autres problèmes (influences) avec l'utilisation de forepoles sont également mis en évidence et discutés.

Please include this code when submitting a data update: GEO2014_234

Access this article:
Canadian Geotechnical Society members can access to this article, along with all other Canadian Geotechnical Conference proceedings, in the Member Area. Conference proceedings are also available in many libraries.

Cite this article: