Support for tunnels subjected to changing rock loads: a comparison of design methods

Abstract

The Rock Mass Rating method (RMR-method) is suitable only for initial estimates of the rock mass strength. The Tunnelling Quality Method (Q-method) provides rock bolt spacings and shotcrete thickness, but neglects the effects of bolt lengths and tunnel size on the support pressure. Numerical analysis of the stress situation around a tunnel shows that support pressures are up to fourteen times those estimated by the Q-method. The analysis allows optimization of bolt lengths and spacings required to control the reduction in tunnel area. The latter is an objective-oriented criterion that makes more sense than a stability criterion. The numerical results are for an idealized situation—i.e., uniform, elastic-perfectly plastic rock (Mohr Coulomb with no strain softening), with no explicit joints; idealized rock bolts; and no time dependence. Comparison with field results should be made before generally applicable conclusions can be drawn. La méthode RMR ne convient que pour une première estimation de la résistance de la masse rocheuse. La méthode Q (Tunnelling Quality Method) donne l'espacement des ancrages et l'épaisseur du béton projeté. L'analyse numérique des contraintes à la périphérique d'un tunnel montre que les pressions de soutènement peuvent atteindre quatorze fois celles estimées selon la méthode Q. L'analyse permet d'optimiser la longueur et l'espacement des boulons tunnel, ce qui est un critère d'une portée pus large qu'un critère de stabilité. Les résultats numériques conviennent à une situation idéalisé, c'est-à-dire une roche élastique-parfaitement plastique, uniforme, sans joints apparent, des boulons d'ancrage idéalisés, et aucune dépendance vis-à-vis du temps. Une comparaison doit être effectuée avec des résultats in-situ avant de pouvoir tirer des conclusions générales.