Teknologidagene 2015 Bergsprengning - veier til ønsket kvalitet

Transkript

1 Teknologidagene 2015 Bergsprengning - veier til ønsket kvalitet Arild Neby, Tunnel- og betongseksjonen, TMT, Statens vegvesen Vegdirektoratet

2 Bergsprengning for dummies Bergsprengning deles i prinsipp i tre kategorier: 1. Pallsprengning 2. Grøftesprengning 3. Tunnelsprengning Innen alle kategorier vil man i støte på begrepet forsiktig sprengning: All sprengning skal i prinsippet være forsiktig, men begrepet knyttes gjerne til sprengningsarbeider tett inn på mennesker, bygninger og konstruksjoner. Boremønster tar utgangspunkt i borhullsdiameter (Ø max ladning) Lettsprengt berg: Teoretisk (max) forsetning (V t ) = 45 x Øb Middels sprengbart berg: Teoretisk (max) forsetning (V t ) = 40 x Øb Tungsprengt berg: Teoretisk (max) forsetning (V t ) = 35 x Øb

3 Pallsprengning Pallsprengning er den vanligste form for bergsprengning Den defineres ofte som sprengning av loddrette eller nesten loddrette hull mot en fri bergoverflate (stuff). Sprengningen skjer med en eller flere rader med borehull. Pallsprengning kan også utføres med horisontale hull, dvs. liggerpall, men dette er gjerne i haller eller i åpne brudd. V p = Praktisk forsetning

4 Beregning av forsetning V max = 40 x Ø b = 40 x 76 = m V p = V maks x 80% = ,4 m V max Ø b V p = maksimal teoretisk forsetning (mm) = borhullsdiameter (mm) = praktisk forsetning (mm)

5 Pallsprengning Pallsprengning er den vanligste form for bergsprengning Den defineres ofte som sprengning av loddrette eller nesten loddrette hull mot en fri bergoverflate (stuff). Sprengningen skjer med en eller flere rader med borehull. Pallsprengning kan også utføres med horisontale hull, dvs. liggerpall, men dette er gjerne i haller eller i åpne brudd. H u V p = Pallhøyde = Underboring = Praktisk forsetning Teoretisk traubunn

6 Beregning av underboring (u) Underboring settes normalt til 1/3 av praktisk forsetning u = ⅓ x V p = ⅓ x 2432 = 811 0,8 m I praksis borer man noe lengre for å ta høyde for boravvik.

7 Pallsprengning Pallsprengning er den vanligste form for bergsprengning Den defineres ofte som sprengning av loddrette eller nesten loddrette hull mot en fri bergoverflate (stuff). Sprengningen skjer med en eller flere rader med borehull. Pallsprengning kan også utføres med horisontale hull, dvs. liggerpall, men dette er gjerne i haller eller i åpne brudd. H = Pallhøyde u = Underboring L = Borehullslengde V p = Praktisk forsetning h 0 = Fordemming Q p = Pipeladning Q b = Bunnladning Q tot = Total hulladning E = Hullavstand Teoretisk traubunn

8 Beregning av hullavstand (E) Hullavstand settes normalt 25 % lengre enn praktisk forsetning E = V p x 1,25 = 2432 x 1,25 3 m

9 Pallsprengning Pallsprengning er den vanligste form for bergsprengning Den defineres ofte som sprengning av loddrette eller nesten loddrette hull mot en fri bergoverflate (stuff). Sprengningen skjer med en eller flere rader med borehull. Pallsprengning kan også utføres med horisontale hull, dvs. liggerpall, men dette er gjerne i haller eller i åpne brudd. Spesifikk ladning: 0,4 0,7 kg Deq/m 3 Avhengig av sprengstofftype og bergets sprengbarhet. H = Pallhøyde u = Underboring L = Borehullslengde V p = Praktisk forsetning h 0 = Fordemming Q p = Pipeladning Q b = Bunnladning Q tot = Total hulladning E = Hullavstand Teoretisk traubunn

10 Grøftesprengning Utførelsen lik pallsprengning, men bredden er smalere < 4 m Grøfter er normalt forholdsvis dype i forhold til bredden og innspenningen i berget blir da betydelig høyere enn ved pallsprengning. Ladehull legges gjerne med helning 3:1, med kast i pilretningen. Spesifikk ladning: 0,8 1,2 kg Deq/m 3 Avhengig av innspenning, sprengstofftype og bergets sprengbarhet.

11 Overholdelse av makskrav til ladningseffekt Emulsjonsslurry 76 mm Emulsjonsslurry 45 mm 2 m 3 m 4 m

12 Rad 3 Bergsprengning - veier til ønsket kvalitet Kontursprengning i dagen Kontur og hjelperrast bores parallelt Salvehull 1,45-2,60 m Hjelperhull Max 1,0 m Konturhull Traubunn Vegmidte

13 Kontursprengning i dagen Kontur og hjelperrast bores parallelt Salvehull Kanthull Hjelperhull 1,45-1,60 m Max 1,0 m Alternativ utførelse med krav til tredjerast Konturhull Traubunn Vegmidte

14 Kontursprengning i dagen - svenske regler TRAFIKVÄRKETS REGLER I SVERIGE Kanthål får borras med max 64 mm borrkrona. Kanthålen skall inte borras närmare slänten än vad som framgår i Figur. Laddningsmängden i kanthålen skall proportioneras så att skadezonen från dessa inte sträcker sig längre in i kvarvarande berg än den skadezon konturhålen ger. Laddningskoncentrationen skall max vara 1,1 kg/m i kanthålsrad 1, och max 2,55 kg/m i kanthålsrad 2. Konturhål får borras med max 64 mm borrkrona och ansättas med högst 0,8 m hålavstånd. Hålavvikelsen i konturhålen får inte vara större än 20 mm/m borrhål dock högst 0,3 m vid hållängd 15 m. Laddningsmängden i konturhål skall: - för 51 mm hål högst vara 0,45 kg/m 2 släntyta, - för 64 mm hål högst vara 0,50 kg/m 2 släntyta.

15 Kontursprengning i dagen Det er hovedsakelig 4 forskjellige konturmetoder: Kontursprengning som slettsprengning Kontursprengning som presplitting Sømboring Modifisert presplitt / søm Slettsprengning med uladede hull Wiresaging 15

16 Kontursprengning med slettsprengning 25 mm Dynamittrør Det.lunte 80 g/m Dynopre Rørladninger Maks 1,0 m Anfo eller Slurry Evt vanlig dynamitt

17 Kontursprengning med presplitting (læreboka) 1 V E Det.lunte 80 g/m Dynopre 2 ½ V Rørladninger Anfo eller Slurry Evt vanlig dynamitt 17

18 Kontursprengning med presplitting (Hb R761) Det.lunte 80 g/m 25 mm Dynamittrør V E Dynopre Rørladninger Maks 1,0 m Anfo eller Slurry Evt vanlig dynamitt

19 Kontursprengning med sømboring Sømboring anbefales når konturen ligger nærmere enn 4 5 m fra hus, konstruksjoner og ved sprengning i spuntet byggegrop. Utføres som meget tett boring. Virker som bruddanviser og som evakueringsmulighet for sprenggasser. 2 4 x borediameter. Mye benyttet er 2 ½ 3 krone og c/c avstand cm. Vanlig kontur Sømboring Vanlig kontur

20 Sømboring og modifisert presplitt 80 g/m detonerende lunte i annethvert hull Sømboring c/c 150/

21 Kontursprengning med wiresaging Sømboring c/c 150/200

22 Tunnelsprengning Tunnelsprengning skiller seg fra pallsprengning ved at det er kun én fri flate å bryte ut i mot Den fri flaten er i tillegg orientert 90 grader på hullretningen. Dette gjør at vi må skape oss en fri flate ved å bore et varierende antall grove hull (gjerne 4 stk. på Ø102 millimeter), som ikke lades. Disse fungerer som en fri flate og bidrar til at berget kommer lettere ut. Disse hullene kalles kutten. Spesifikk ladning: 1 3 kg Deq/m 3 Avhengig av tverrsnitt, sprengstofftype og bergets sprengbarhet. Kontur Hjelper Stross Kutt Ligger

23 Varige konstruksjoner ( ) Sammenstilling av erfaringer fra en rekke konturforsøk både internt i Statens vegvesen, hos JBV og i Sverige

24 Rapport 437: Forbedrende tiltak - oppsummert Boreplan tilpasset geologi, tunnelgeometri og valgt sprengstoff Ansett av konturhull Stikning på konturhull og hull i hjelperast Stikning på hull i tredjerast Avtrappet boredyp mot kontur Boring av konturhull, hjelperhull og tredjerast Avgraving og rensk av såle Ansett og stikning på liggerhull Boring av liggerhull og grøftehull Nok hull i evt. grøft og nede i hjørnene Kuttdesign Plassering av kutten i profilet Navigering av tunnelrigg Avviksmåling og MWD

25 Forbedrende tiltak - oppsummert Ladeplan tilpasset geologi og boremønster Overholdelse av makskrav til ladningseffekt både i salveplanlegging og under lading Valg av sprengstoff Sentrerte, dekoblede ladninger i liggerhull Begrensning av ladningslengde Fordemming av ladehull Optimalisering av bunnladning Tennplan tilpasset geologi og vibrasjonskrav Valg av tennsystem Vibrasjonskrav Forsinkertid - hullvis, rastvis og totalt Andre forhold Skanning av hver salve inkludert såle Plassering av Injeksjonshull, spilingbolter og ikke minst sprøytebetongbuer Kontraktsutforming Byggherrens oppfølging!

26 Ansett av konturhull Krav i Hb R761: Retningsavviket ved ansett skal ikke overstige 6 %. Retningsavviket ved ansett bør ikke overstige 3 % som for sonderboring eller 2 % som ved boring i dagen.

27 Avtrappet boredybde og stikning på ladehull Det skal utføres spesielt nøyaktig boring av de to ytterste rastene mot konturen. Nest ytterste rast (hjelperrast) bores parallelt med konturrast Torisfærisk eller elliptisk form på stuffen. Kutthull bores til full salvedybde mens øvrige hull avtrappes på lengde elliptisk ut mot konturen som på odd da skal ligge omlag 1m (i lengderetningen) bak odd på kutten.

28 Stikning, planlagt boring og avvik Retningsavviket ved ansett skal ikke overstige 2 %. Krav til maks boravvik på odd < 300 mm Maks. boravvik + ansett

29 Boring av konturhull, hjelperhull og tredjerast Grøvere borkronediameter gir mindre avvik ved boring med høyfrekvente borhammere Angivelse av minimumsdiameter kan være aktuelt Krav til avviksmåling av kontur- og kanskje spesielt hjelperhull Grøvere borhullsdiamenter i kontur kan muliggjøre noe høyere ladningskonsentrasjon pga dekobling

30 Bergsprengning - veier til ønsket kvalitet Kuttdesign

31 Bergsprengning - veier til ønsket kvalitet Plassering av kutt

32 Avviksmåling og MWD

33 Endringer i sprengningskapitlene i Håndbok R761 Effekt (GW) av ladning per meter Ukorrigert sprekkesonedyp: Hvor p h = borehullstrykk: P h,crack = borehullstrykk for oppsprekning: ρ e = sprengstoffets densitet (kg/m 3 ) D = sprengstoffets detonasjonshastighet eller VOD (m/s) Q = eksplosjonsenergi (J/kg) Ø e = ladningens diameter (m) Ø h = borehullets diameter (m) f = Ø e /Ø h, koblingsgraden, som er 1 for ett fulladet hull c = P-bølgens utbredningshastighet i berget (m/s) K Ic = bergets bruddseighet, dvs. motstandskraft mot sprekkeutbredningen ϒ = dimensjonsløs adiabatisk ekspansjonseksponent Effektivt sprekkesonedyp fås ved å korrigere for: Hullavstand, forsinkertid, vann i hull og bergart

34 Endringer i sprengningskapitlene i Håndbok R761 Effekt (GW) av ladning per meter Arbeid = kraft x avstand (Nm [Newtonmeter] = J [Joule]) Evnen til å utføre arbeid = Energi (J) Hvor fort energi omsettes; Effekt = energi/tid, (J/s = W [watt])

35 Endringer i sprengningskapitlene i Håndbok R761 Effekt (GW) av ladning per meter Pipeladning med 300 g/m dynamittekvivalenter i c/c 0,7 m kontur i dagen: Ladningskonsentrasjon: 0,3 kg/m Prosesskodekrav 2007 Energi på Dynamitt 4,5 MJ/kg Energi per meter kontur 1,35 MJ/m Detonasjonshastighet (VOD) m/s Tid for å detonere ladn.lengde0, s Effekt W= J/s Effekt per meter kontur: MW Prosess 22.21: 4 GW/c-c 0,7 m 3,92 GW Prosesskodekrav 2012: 4 GW Prosesskodekrav 2012: 5,7 GW/m2 Pipeladning med 400 g/m dynamittekvivalenter i c/c 1,0 m kontur i dagen: Ladningskonsentrasjon: 0,4 kg/m Prosesskodekrav 2007 Energi på Dynamitt 4,5 MJ/kg Energi per meter kontur 1,8 MJ/m Detonasjonshastighet (VOD) m/s Tid for å detonere ladn.lengde0, s Effekt W= J/s Effekt per meter kontur: MW 5,40 GW Prosesskodekrav 2012: 5,5 GW

36 Endringer i sprengningskapitlene i Håndbok R761 Effekt (GW) av ladning per meter

37 Endringer i sprengningskapitlene i Håndbok R761 Effekt (GW) av ladning per meter Slangetrekk MÅ brukes for å få til strengladning med slurry ?

38 Optimalisert tunnelsprengning Konturkrav

39 Optimalisert tunnelsprengning Konturkrav «Ekstreme konturkrav Vi borer med en hullavstand på 0,5 meter og har en forsetning på 0,6 meter. Salvene lades redusert med en tynn streng på bare gram i hvert av konturhullene, mens de øvrige ladehullene blir fylt med 1,4 kilo» Fjellsprenger n Nr. 2 Desember årgang

40 Skadesone

41 Valg av tenningssystemer Q = mg Tennperle / Krympet tetningspropp Ikke-elektrisk tenner / Initieringselement Forsinkerkrets Sjokk slange Elektronisk tenner / Kondensator

42 Nonel og elektroniske tennere 8 sekund forsinkertid for begge tennertyper ±5 % variasjon på Nonel viser seg å være upresist på høyhastighetskamera Orica

43 Bergsprengning - veier til ønsket kvalitet Skanning

44 Byggherrens oppfølging! Kontroll av boret dybde og retningsavvik med enkle midler: vanntett lykt og målebånd