PREFACE
Se sammanfattning på svenska längre ner på sidan.
Safety in tunnels and mine drifts must have top priority so that people can travel and reside
underground without being affected by accidents. Unfortunately, several tunnel fires around
the world last 15 years have struck people, why safety should be prioritized everywhere.
There is a need to know, not only how to build safe escape routes, alarm systems, videosurveillance
etcetera, but also to have knowledge of the thermal properties for material in the
tunnel systems. Rock is one of the main components in the structural system for underground
hard rock openings.
Often, the rock surface is covered with shotcrete, but thinner shotcrete protects the rock only
for a short time. Thick concrete may spall successively. Rock subjected to high temperature,
e.g. during a vigorous fire, will initially start spalling. The understanding of rock behavior
during thermal spalling is limited, and the objective for research is to build knowledge.
The research was, except for an initial literature survey, performed using rock samples heated
in the laboratory to certain levels with a maximum of 1100°C. Three different rock types
where used; granite, gabbro and schist. For different temperature levels the difference in
material compressive strength, mineralogy, and micro-cracks where registered. By monitoring
acoustic emission (AE) events at heating/cooling in 3D, the special micro-seismic even map
was compared with other changes due to thermal change. Also, grain-scale numerical
modelling and larger scale modelling (macro-mechanical model) were carried out as part of
the project. A combination of several methods, as in this research project, will give more solid
conclusions.
The research project generated a large amount of data to be handled scientifically and the
result will surely be valuable for researchers as well as the engineering community.
This research was performed at the Luleå University of Technology by the group Erling
Nordlund, Ping Zhang, Savka Dineva, Christine Saiang and Ganesh Mainali under the
supervision of Erling Nordlund. A reference group assisted the project and was composed of
Rolf Christiansson (SKB), Per Vedin (Transportstyrelsen, previously employed by the
Swedish Transport Administration) and Per Tengborg (BeFo). The research funding was by
the Rock Engineering Research Foundation (BeFo) together with the Swedish Transport
Administration (Previous Banverket), SKB, Vattenfall, Formas and CAMM at the Luleå University of Technology.
Stockholm in November 2014
Per Tengborg
FÖRORD
Säkerhet i tunnlar och gruvorter ska ha högsta prioritet så att människor ska kunna
transportera sig och vistas under jord utan att drabbas av olyckor. Tyvärr har fler
tunnelbränder runt om i världen de senaste 15 åren drabbat människor, så
säkerhetsproblematiken bör stå högt på agendan överallt. Förutom att projektera och bygga
säkra utrymningsvägar, larmsystem, kameraövervakning mm så behöver vi också ha kunskap
om termiska egenskaper för de material som tunnelsystemen är uppbyggda av. I våra
bergtunnlar ingår berget som en huvudkomponent i det bärande huvudsystemet.
Ofta är bergytan täckt med sprutbetong, men tunnare sprutbetongskikt skyddar inte berget mer
än kort tid. Tjockare betongskikt kan succesivt spjälkas av. När berget utsätts för höga
temperaturer, t ex i samband med en kraftig brand, så kan en spjälkning av själva berget
inledas. Förståelsen av bergets beteende vid termisk spjälkning är begränsad, och grunden till
detta forskningsprojekt är att bygga upp denna kunskap.
Forskningen har förutom en inledande litteraturstudie utförts med bergprover som hettats upp
i laboratorium till olika temperaturnivåer med maximalt 1100°C. Tre olika bergartstyper har
använts; granit, gabbro och skiffer. Vid de olika temperaturnivåerna registreras förändringar
av materialets tryckhållfasthet, mineralogi och mikrosprickor. Genom att mäta akustisk
emission (AE) under upphettning/avsvalning i 3D ger AE-händelser en rumslig bild som kan
jämföras med övriga förändringar. Vidare har numerisk modellering i såväl kornskala som
större skala (makromekanisk modell) utförts som en del i projektet. Genom att kombinera
flera metoder som är fallet här kan forskningens slutsatser bli bättre underbyggda.
Forskningsarbetet har genererat en omfattande mängd data att hantera vetenskapligt och
resultatet kommer säkert att vara värdefullt för såväl forskare som ingenjörer.
Forskningen har bedrivits vid Luleå Tekniska Universitet av gruppen Erling Nordlund, Ping
Zhang, Savka Dineva, Christine Saiang och Ganesh Mainali under ledning av Erling
Nordlund. Den referensgrupp som har bistått forskarna och bidragit med råd bestod av Rolf
Christiansson (SKB), Per Vedin (Transportstyrelsen, tidigare anställd vid Trafikverket) och
Per Tengborg (BeFo). Forskningsarbetet finansierades av Stiftelsen Bergteknisk Forskning
(BeFo) tillsammans med Trafikverket (f d Banverket), SKB, Vattenfall, Formas och CAMM vid Luleå Tekniska Universitet.
Stockholm i november 2014
Per Tengborg