I over 50 år har SINTEF/NTNU foretatt bergspenningsmålinger i norske gruver og vannkraftanlegg, samt i en rekke undergrunnsanlegg utenfor landets grenser. Målingene har vist at den gravitative teorien stemmer bra når det gjelder vertikalspenningen, men at horisontalspenningene svært ofte er påvirket av geologiske betingede spenninger. Horisontalspenningene kan altså være langt større enn vertikalspenningene, noe man kan nyttiggjøre seg av i dimensjonering av underjordsanlegg. Denne kunnskapen har muliggjort eksempelvis Gjøvikhallen.
Måler bergspenninger i tre dimensjoner
Målingene utføres i henhold til internasjonale prosedyrer. Vi har etablert egne og forbedrede versjoner av målemetodikk og utstyr for to- og tredimensjonale bergspenningsmålinger (såkalte 2D "doorstopper" overboring og 3D overboring) og hydraulisk splitting, og utvikler spesialtilpassede metoder for å løse nye problemstillinger.
Overboringsmetoden
Ved 2D- og 3D-målinger beregnes spenning fra målte tøyninger og elastiske egenskaper for bergmaterialet. 2D-metoden benyttes både i horisontale og vertikale hull i eksisterende tunneler og bergrom under driving eller ved utvidelser, og svært ofte i bergmassen som blir påvirket av byggingen. Nytteverdien kan være f.eks. å finne horisontalspenninger i «heng», eksisterende belastning på pilarer eller for å kontrollere innspenning i rom med stor spennvidde.
3D-metoden måler størrelse og retning til de tre hovedspenningene i bergmassen, "in-situ bergspenning". I praksis betyr dette målinger for den opprinnelige spenningssituasjonen i bergmassen, og utgjør slik en viktig del av forundersøkelsene. 2D og 3D brukes svært ofte sammen for å få et optimalt totalbildeav bergspenningssituasjonen.
Hydraulisk splitting
Ved hydraulisk splitting, som er en såkalt aktiv metode, måles minste hovedspenning direkte ved at testseksjoner i bergmassen trykksettes med vann inntil en splitting av bergmassen skjer. Splittingen vil skje minste motstands vei og en registering av når sprekken lukkes vil gi minste hovedspenning.
Metoden er ofte helt avgjørende ifm. vannkraftstasjoner, uforede trykktunneler og betongpropp plassert i fjell, hvor en ønsker at minste hovedspenning i bergmassen skal være høyere en vanntrykket. Metoden gir også muligheten til å måle i borehull på store dyp fra "dagen" og under jord.
Forutsigbarhet gjennom numerisk modellering
Bergspenningsmålinger er sammen med bergmassens mekaniske egenskaper viktige inngangsparametere for numeriske analyser og for å etablere pålitelige modeller. Numeriske modeller brukes til å studere lokale stabilitetsforhold i en gitt struktur, eller totalstabiliteten i et undergrunnsanlegg for å vurdere nødvendig bergsikring. De brukes videre til å studere fordeler og ulemper ved ulike driftsmetoder, eller for å optimalisere produksjon og planlegging. De kombineres selvfølgelig med empiri og analytiske beregningsmetoder.
Bruk av "den bergmekaniske trefoten"
I et pågående oppdrag for Rana Gruber, utfører SINTEF omfattende numerisk modellering med både 2D- og 3D-modeller. Vi har også installert overvåkningsutstyr i form av 2D-doorstoppere og ekstensometre i underjordsgruva som følger spenningsutviklingen i bergmassen og deformasjoner i gruverommene etter hvert som gruven utvides. Arbeidet har bidratt i videreutviklingen av underjordsgruven, herunder sikringsarbeid i tidligere problemområder og optimalisering og justering av brytningssyklus.
Kompetansen som er bygd opp gjennom oppdrag for tunnel- og gruveindustrien er de senere årene i stor utstrekning nyttiggjort i forbindelse med store og kompliserte infrastrukturprosjekter i Norge og andre land.
