Rock mechanics considerations for drilled or bored excavations in hard rock

Abstract

Rock mechanics issues influence many aspects of construction and serviceability for bored excavations, and must be considered during the planning stages of bored shafts or tunnels. Various machine performance factors such as drillability or boreability of the rock, rate of penetration and tool wear, as wee as safety issues as the stability of the opening and support requirements, are directly influenced by rockmass conditions. This article presents a review of key rock mechanics factors for bored excavations in hard rock in terms of three generic categories of ground conditions which are considered typical, and which give rise to characteristic stability problems. In Very Good Quality ground under high stress, slabbing and spalling failures may influence the excavation. In Fair to Poor rock, block and wedge-type failures are of greater concern, whereas generalized shear failures or excessive ravelling may occur in Poor Quality ground. These characteristic ground responses are discussed and guidelines are provided to establiah whether an opening can be expected to remain stable, or whether excessive wall deformations should be anticipated. Guidelines to assess support needs in vertical or near-vertical bored openings are briefly presented. La mécanique des roches influence de multiples façons la construction et l'utilisation des excavations alésées, aussi doit-elle être bien tenue en compte durant la période de planification de ces puits et tunnels. Divers facteurs qui influencent la performance de l'équipement tels que la forabilité et l'alésabilité du roc, le taux de pénétration et l'usure de l'outillage, sans oublier les conditions de sécurité relatives à la stabilité de l'ouverture et aux besoins en soutènement, sont directement tributaires des conditions du massif rocheux. Cet article présente une revue des facteurs-clés de la mécanique des roches par rapport aux excavations alésées dans de la roche dure. Ces facteurs sont présentés selon trois catégories d'après des conditions de terrain considérées comme typiques et qui génèrent des problèmes caractéristiques de stabilité. Ces comportements typiques du massi frocheux sont discutés et analysés et des principes de base sont donnés afin d'établir si une ouverture peut demeurer stable dans un terrain donné, ou si on doit s'attendre à des déformations excessives des parois. Des directives sont également fournies pour déterminer les besoins en soutènement dans des ouvertures alésées verticales ou sub-verticales.