Hva skjer i berget under kutterne på en TMB? Noen funn, og tanker rundt disse FAST-Tunn Future Advanced Steel Technology for Tunnelling Stipendiat Solveig Vassenden, NTNU
Styringskomité FAST-Tunn BMS Norges forskningsråd Prosjektleder WP 7: Prosjektstyring Rammer: Totalt 30 mill NOK 35% fra NFR Innovasjonsprosjekt 2011-2015 Unik verdikjede i prosjektet Partnere: - BASF - Babendererde Eng - BMS Stål - JBV - LNS - Robbins - Scana Stål Forskningspartnere - NTNU - SINTEF WP 1: Grunnleggende modeller og karakterisering av kontakt stål / bergmasse WP 2: Numerisk modellering WP 3: Utvikling og fremstilling av stål WP 4: Empiriske metoder for levetidestimering og prognoser WP 5: Feltforsøk ogverifisering WP 6: Introduksjon av antiabrasiver Målsetting: 25% økt kutterlevetid
Styringskomité FAST-Tunn BMS Norges forskningsråd Prosjektleder WP 7: Prosjektstyring Faglige utfordringer: Slitasje Bruddmekanismer Stål som tåler: Høy materkraft Temperatur Materialkontakt Innflytelse på prognosemodell Partnere: - BASF - Babendererde Eng - BMS Stål - JBV - LNS - Robbins - Scana Stål Forskningspartnere - NTNU - SINTEF WP 1: Grunnleggende modeller og karakterisering av kontakt stål / bergmasse WP 2: Numerisk modellering WP 3: Utvikling og fremstilling av stål WP 4: Empiriske metoder for levetidestimering og prognoser WP 5: Feltforsøk ogverifisering WP 6: Introduksjon av antiabrasiver Kunnskap: Materialer bergmasse stål Design kuttere laster Num. modeller Lab. Tester (databaser) Bergmasse Stål Lineær kuttertest (LCT) Small Boring Unit Data fra felt Small Boring Unit Robbins TBMer Erfaring/ empiri Prognosemodell Målsetting: 25% økt kutterlevetid
Styringskomité FAST-Tunn BMS Norges forskningsråd Prosjektleder WP 7: Prosjektstyring Deltager: God bredde av deltakere Norske og internasjonale Alle har ulike kunnskapsbidrag i prosjektet Premissgivende innen sine felt Alle har sine ambisjoner og forventninger Partnere: - BASF - Babendererde Eng - BMS Stål - JBV - LNS - Robbins - Scana Stål Forskningspartnere - NTNU - SINTEF WP 1: Grunnleggende modeller og karakterisering av kontakt stål / bergmasse WP 2: Numerisk modellering WP 3: Utvikling og fremstilling av stål WP 4: Empiriske metoder for levetidestimering og prognoser WP 5: Feltforsøk ogverifisering WP 6: Introduksjon av antiabrasiver Kunnskap Partnere: BASF Construction Chemicals - Produsent av kjemiske antiabrasiver Babendererde Engineering Systemleverandør produksjonsdata BMS Stål Bearbieding av stål JBV - Offentlig byggherre LNS - Tunnel entreprenør Røssåga Robbins Company TBM produsent Scana StålStavanger Stålprodusent NTNU IGB - Forskning NTNU BAT - Forskning SINTEF Byggforsk - Forskning SINTEF Materialer og kjemi Forskning SINTEF Raufoss - Forskning Målsetting: 25% økt kutterlevetid
Styringskomité FAST-Tunn BMS Norges forskningsråd Prosjektleder WP 7: Prosjektstyring Prosjektet disponerer: Laboratorier Testfasiliteter Skalerte Fullskala Ulike modeller Partnere: - BASF - Babendererde Eng - BMS Stål - JBV - LNS - Robbins - Scana Stål Forskningspartnere - NTNU - SINTEF WP 1: Grunnleggende modeller og karakterisering av kontakt stål / bergmasse WP 2: Numerisk modellering WP 3: Utvikling og fremstilling av stål WP 4: Empiriske metoder for levetidestimering og prognoser WP 5: Feltforsøk ogverifisering WP 6: Introduksjon av antiabrasiver Kunnskap Partnere Verktøy: Laboratorier Tribologi Materialegenskaper Borbarhet Etc SBU Støren granitt Lineær test i Korea Prognosemodell Numerisk modellering Robbins TBMer / fullskalatesting (AMR, Røssåga, etc) Målsetting: 25% økt kutterlevetid
Styringskomité FAST-Tunn BMS Norges forskningsråd Prosjektleder WP 7: Prosjektstyring Forskningsinnsats: MSc-studenter Forskningspersonell Partnerdeltakelse PHDer Partnere: - BASF - Babendererde Eng - BMS Stål - JBV - LNS - Robbins - Scana Stål Forskningspartnere - NTNU - SINTEF WP 1: Grunnleggende modeller og karakterisering av kontakt stål / bergmasse WP 2: Numerisk modellering WP 3: Utvikling og fremstilling av stål WP 4: Empiriske metoder for levetidestimering og prognoser WP 5: Feltforsøk ogverifisering Kunnskap Partnere Verktøy 2 stipendiater (IGB & BAT) + 1 assosiert stipendiat (BAT) WP 6: Introduksjon av antiabrasiver Målsetting: 25% økt kutterlevetid
Stipendiater knyttet til FAST-Tunn Yongbeom Seo (BAT) (Privat finansiering) Javier Macias (BAT) Solveig Vassenden (IGB)
"Numerical modeling of rock breaking in hard rock in TBM tunneling" Veileder: Amund Bruland yongbeom.seo@ntnu.no Hovedmål: Å inkludere bergbrytningen i en numerisk modell
"Estimation of TBM Performance and Tool Life" Veileder: Amund Bruland Medveileder: Eivind Grøv javier.macias@ntnu.no Hovedmål: Å oppdatere og utvide NTNUs prognosemodell
" Mechanical properties of geological material influencing abrasion of cutter steel for TBM-boring " Veileder: Eivind Grøv Medveileder: Charlie Li solveig.vassende@ntnu.no Hovedmål: Å øke forståelsen for hva som skjer i berget når det utsettes for belastninger fra TBMen.
Hvordan ser berget ut etter at kutterne har rullet over? (Bruland, 1998) (Zao et al, 1993) (Whittaker, Singh, & Sun, 1992) (Dieter & Bacon, 1989)
Alimineti Madhava Reddy (AMR) Project Maskin Skjold TBM (Double Shield TBM) Diameter 10.0 m Kutter 19 Formål Vannoverføring Lengde 43.5 km Eier Government of Andhra Pradesh Entreprenør Jaiprakash Associates Ltd. Sted Andhra Pradesh, India Geologi Kvartsitt og granodioritt
Kjernediameter: 80mm Kjerneboring - AMR
Ikke helt som forventet.
Sprekkejakt Photo: Mats Olsson, EDZ Consulting
A A Flata er 2,7 cm inn fra stuff A A
Røssåga kraftverk Maskin Diameter Åpen TBM (main beam TBM) 7,23 m Kuttere 19 Formål Lengde Eier Entreprenør Sted Geologi Vannkraft 7,4 km Statkraft LNS Korgen, Nordland fylke Finkornet gneis med innslag av varierende mengde glimmer og kvarts. Stedvis lite foliasjon. Noe granitt.
Kjerneboring Røssåga Kjernediameter: 103mm
A A` A A`
A A` A` A
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 5 10 15 20 25 30 R-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5 10 15 20 25 30 R-2
0 1 2 3 4 0 5 10 15 20 25 30 R-3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 25 30 R-4
r R r R = k
(Bruland, 1998)
(Bruland, 1998) (Bruland, 1998) S20 = % av prøvevekta som er mindre enn 11,2 mm SJ = penetrasjonsdybde målt i [mm/10] etter 200 omdreininger Kategori S20l [%] Ekstremt lav 29,0 Veldig lav 29,1 34,9 Lav 35,0 40,9 Medium 41,0 50,9 Høy 51,0 59,9 Veldig høy 60,0-65,9 Ekstremt høy 66,0 Kategori SJ- verdi [mm/10] Ekstremt lav 2,0 Veldig lav 2,0 3,9 Lav 4,0 6,9 Medium 7,0 18,9 Høy 19,0 55,9 Veldig høy 56,0 85,9 Ekstremt høy 86,0
Kategori Drilling Rate Index (DRI) Ekstremt lav 25,0 Veldig lav 26 32 Lav 33 42 Medium 43 57 Høy 58 69 Veldig høy 70 82 Ekstremt høy 83 (Bruland, 1998)
AMR Røssåga DRI: SJ: Medium Veldig lav S20: Høyt DRI: SJ: Medium Medium S20: Høyt (Bruland, 1998)
kn mm/min RPM CH SPD rpm 6,0 5,5 5,0 11 580 11 575 11 570CH SPD rpm PPS CHAINAGE 11 565 Coring 11 560 4,5 11 555 25.02.2013 04:48:00 25.02.2013 14:24:00 26.02.2013 00:00:00 26.02.2013 09:36:00 40 MAIN THR mm/s 11 580 30 20 10 11 575 MAIN THR 11 570mm/min PPS CHAINAGE 11 565 11 560 0 11 555 25.02.2013 04:48:00 25.02.2013 14:24:00 26.02.2013 00:00:00 26.02.2013 09:36:00 20 000 MAIN THR FORCE kn 11 580 15 000 10 000 5 000 11 575 MAIN THR 11 570FORCE kn PPS CHAINAGE 11 565 Coring 11 560 0 11 555 25.02.2013 04:48:00 25.02.2013 14:24:00 26.02.2013 00:00:00 26.02.2013 09:36:00
- Kvarts og feltspat + pyroksen, biotitt og epidot - Kornstørrelse - Foliasjon - Sprekker og riss - UCS - Bruddvinkel - Densitet - E-modul og Poissons tall - Spenninger
Velocity [m/s] Lydhastighet Parallel Perpendicular Parallel Perpendicular 0 5 10 15 20
m/s Calculated velocity 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Distance from face [cm] R-1 ll R-1 ^ R-1 Parallel
m/s Δ calculated velocity 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 R-0 R-1 R-2 R-3 400 200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Distance from face [cm]
Sprøhet? Kuttere? Lydhastighet? Foliasjon? E-modul/Poisson? Kornstørrelse? Prøvested? RPM / hastighet? Inndrift?? Chipping? Densitet? Materkraft? Sievers J-verdi? DRI? Spenninger? Sprekker/riss? Mineraler? Bruddvinkel? UCS?
«Rock Failure and Crack Propagation Beneath Disc Cutters» 2014 M. Entacher, E. Schuller & R. Galler
Takk for oppmerksomheten!