Examensarbetet har utförts på Atlas Copco Rock Drills AB i Örebro i divisionen Underground Rock Excavation (URE). På URE i Örebro bedrivs tillverkning av underjordsmaskiner för gruv- och tunnelindustrin. En del av dessa maskiner är så kallade bergsförstärkningsriggar vars funktion är att säkra upp berg i gruvor och tunnlar. Uppgiften för arbetet var att undersöka cementsystemet på en av dessa riggar, kabelbultningsriggen Cabletec LC. Målet var att ta fram nya förslag på förbättringar och efterföljande experiment, gällande riggens cementsystem som ska leda till en ökad tillgänglighet av Cabletec LC. Arbetet inleddes med att ställa upp frågeställningar som skulle behöva besvaras och åtgärder för att få svar på dessa utformades. Dessa frågeställningar utgjorde grunden till planeringen av arbetet. Aktiviteter som utfördes utifrån frågeställningarna var analys av dagens system, litterär studie, kundbesök, intervjuer med konstruktörer, idégenerering och utvärdering. Studien av maskinen visade att det fanns flera problem med cementsystemet, framförallt med pumpning, blandning och renhållning. Problemen sammaställdes och en idégenerering genomfördes, vilket gav olika lösningsförslag som utvärderades mot ställda krav. Arbetet resulterade i flertalet förbättringsförslag som skulle kunna minska mängden driftstopp och öka tillgängligheten för maskinen. Förslagen ska kunna leda till följande effekter:  Förbättrad påfyllning av torrcement  Effektivare rengöring  Minska problem vid blandning/pumpning  Tydligare operatörsinstruktioner  Effektivare service / The thesis has been performed at Atlas Copco Rock Drills AB in Örebro at the division Underground Rock Excavation (URE). At URE in Örebro runs manufacturing of underground machinery for mining and tunneling industry. Some of these machines are so-called rock reinforcement rigs whose function is to secure the rock in mines and tunnels. The task of this work was to investigate the cement system on one of these rigs, the cable bolting rig Cabletec LC. The goal was to elicit new suggestions for improvement and subsequent experiments, regarding the cement system that will lead to an increased availability of the rig. The word began by setting out the questions that would need to be answered and the actions to get the answers were designed. These questions formed the basis for planning the work. Activities performed by the questions were analysis of the current system, literary study, site visits, and interviews with designers, idea generation and evaluation. The study of the machine showed that there were several problems with the cement system, particularly in pumping, mixing and cleaning. These problems were compiled and an idea generation was carried out, which gave different solutions that were evaluated against the set requirements. The work resulted in a number of suggestions for improvement that could reduce the downtime and increase the availability of the machine. The suggestions will lead to the following effects:  Improved loading of dry cement  More effective cleaning  Reduce problems with mixing/pumping  Clearer operator instructions  More effective service

Detta examensarbete inom bergmekanik har utförts på uppdrag av Boliden under perioden april-maj 2016 i Bolidens underjordsgruva i Garpenberg. Bultriggarna i Garpenberg är utrustade med ett nytt system för att hjälpa operatören att positionera bergbultar enligt planerade bultmönster. Detta innebär att det önskade bultavståndet läggs manuellt in i maskinens dator och genom att referera till två tidigare installerade bultar genereras en plan för nästa bultkrans. Syftet med examensarbetet var att utföra en kvalitetskontroll gällande bultriggens navigeringssystem genom referensbultning. Genom att jämföra bultriggarnas datalogg mot mätningarna av verkligt utfall undersöktes om bultarna följde den angivna förstärkningsplanen. Arbetet har utförts genom att mäta in 8 bultkransar (totalt 104 installerade bultar) med  totalstation. Datan har sedan jämförs med bultriggarnas datalogg som automatisk genereras i mjukvaran vid installationen av varje bult. Datan har sedan analyserats med hjälp av datorprogrammen AutoCAD och Microsoft Excel för att beräkna avvikelsen mellan bultriggarnas datalogg och mätningarna av verkligt utfall (medelvärden, standardavvikelse och normalfördelning). Resultatet av mätningarna visar att 30,4 % av samtliga avvikelser från bultriggens datalogg ligger i intervallet 0-3 centimeter. Analysen visar en total standardavvikelse på 0,103 meter. Då analysen av avvikelser från bultriggens datalogg förutsätter att bultriggarnas sensorer är korrekta i sin precision har en kontrollmätning genomförts. / This thesis in rock mechanics was carried out on behalf of Boliden during the period of April to May 2016 at Boliden underground mine in Garpenberg. The bolting rigs in Garpenberg are equipped with a new system to assist the operator to position the rock bolts according to the planned bolting pattern. This means that the planned bolt spacing is manually inserted in the bolt positioning software and by referring to two previously installed bolts the planned location of the next bolting fan is generated and shown in the software. The aim of the thesis was to perform a quality control regarding the bolting rigs navigation system by reference bolting. Through comparing the bolting rigs data log with the measurements of the actual outcome it was determined if the location of the bolts were positioned according to the specified rock support plan. The work was performed by measuring the location of eight bolting fans (a total of 104 installed bolts) with a total station. The data was then compared with a data log that is automatically generated in the software at the installation of each bolt. The data has mainly been analysed using computer software such as AutoCAD and Microsoft Excel in order to calculate deviation of the bolting rigs data log and the measurements of actual outcome (mean values, standard deviation and normal distribution). The result of the measurements shows that 30.4% of all rock bolts are in the range of 0-3 centimetres from their planned locations. The analysis shows a total standard deviation of 0.103 metres. The analysis of deviations requires that the sensors on the joints of the bolting rigs are calibrated for the bolt positioning software and therefore control measurements were carried out.

Många infrastrukturprojekt involverar byggnation i berg där det alltid finns osäkerheter att hantera, dessa kan minskas genom att utföra fler undersökningar. Eftersom förundersökningar i berg är relativt dyra gäller det att hitta en balans där fältprogrammet är ekonomiskt försvarbart. Ett området som studerats det senaste åren är att utreda kostnadsnyttan som förundersökningarna tillför. Metoden som har utvecklats kallas datavärdesanalys och används för att kunna bedöma kostnadsnyttan av att utföra ytterligare förundersökningar innan de är utförda. Syfte med studien är att utvärdera kostnadsnyttan av ytterligare förundersökningar för en injekterings- och bergförstärkningsdesign i ett riktigt bergbyggnadsprojekt. Detta kommer att göras med en utvecklad statistisk metod av datavärdesanalysen.  Förväntade resultat från studien var: Undersöka hur insamlad data från tidigare förundersökningar i projektet kan användas för att bedöma sannolikheterna i datavärdesanalysen. Utveckla datavärdesanalysen för att vara tillämpbar i ett bergbyggnadsprojekt. Testa metoden i ett byggprojekt med riktig data och kostnader. Utvärdera om den framtagna metoden är tillämpbar i ett bergbyggnadsprojekt. I studien upprättades först två olika typdesigner för injekteringen och bergförstärkningen, baserat på en begränsad mängd data som fanns tillgänglig för en utvald sektion (fall 1). Mängden data som var tillgänglig i fall 1 är liknande som i en förstudie. Sedan upprättades två nya typdesigner för vardera område där kompletterande information från högkvalitativ data från kärnborrhål, hammarborrhål och vattenförlustmätning adderades (fall 2). Sannolikheterna i datavärdesanalysen bedömdes genom att använda en statistik metod. Den statistiska metoden baserades på en monte carlo simulering där stupningen på brottet antogs variera för bergförstärkningen och konduktiviteten antogs variera för injekteringen.  Studien påvisade goda resultat för att datavärdesanalyser skulle kunna implementeras i projekt som ett beslutsunderlag. Problematiken som kan uppstå i projekt där man har olika åsikter om hur mycket förundersökningar som behövs skulle kunna elimineras genom att använda datavärdesanalyser på den tillgängliga informationen samt nyttan av mer information. Detta är viktigt ur ett samhällsekonomiskt perspektiv. Det är dock viktigt att personen som använder verktyget förstår hur metoden är uppbyggd och dess antaganden. Gör man inte det finns det stor risk att beslut fattas på grund av felaktigheter som kan finnas i både indata och misstolkad utdata. Vidare rekommenderas att metoden utvecklas innan den används i ett riktigt projekt. Exempel på detta kan vara att göra mindre antaganden. Det kan också vara att försöka koppla datavärdesanalysen till var man har utfört undersökningen på sträckan man studerar. Man skulle även kunna inkludera fler parametrar i sin monte carlo simulering. Slutligen kan man, för att göra metoden mer användarvänlig, skapa en bättre plattform som den kan användas på. / Many infrastructure projects involve construction in rock, where there are a lot of uncertainties to deal with. These uncertainties can be reduced by performing preliminary investigations. Since preliminary investigations are expensive, it is necessary to find a balance where the field program is financially justifiable. In recent years cost-benefit analysis has been studied to investigate the benefits that preliminary investigations add. The method that has been developed is called value of information analysis and it assesses the cost-benefit of doing more investigations before they are performed.  The purpose of this report is to evaluate the benefits of additional preliminary investigations in a real project that could improve the grouting and rock support designs. The studied method is VOIA (Value of Information Analysis) based on statistical probabilities. The expected result of the study was: Investigate how collected data from preliminary investigations can be used to determine the probabilities used in the VOIA concept based on statistics. Develop a VOIA concept that is based on statistics and can be applied in a real project. Test the concept in a real project with real data and costs. Evaluate however the statistical approach was suitable to be applied in a real project. First part of the study consists of establishing two basic designs for grouting and rock support, that is based on a limited amount of information for a certain section of the project (case 1). The data available in case 1 is similar to a desk study. For the second part of the study the previous designs were updated and adjusted according to the additional information, from high quality investigations such as core drilling and water pressure test (case 2). The probabilities in the value of information analysis were evaluated using a statistical approach. The method was based on a monte carlo simulation where the dip of the plane was assumed to vary for the reinforcement design. For the grouting design the conductivity was assumed to vary.   Conclusions from this report proves that a statistical approach for the VOIA concept has great possibilities of being applied in projects as a tool before making decisions regarding preliminary investigations. The problem that often occur in projects today concerning different opinions about the amount of investigations needed, could be eliminated if a well constructed statistical model can be used that has the possibility of adjusting to the amount of available data. This would be beneficial from a socioeconomic perspective. However it's important that the user of this approach understand the purpose of every assumption and understands how to interpret the output data. Otherwise, decisions can be based on errors made by assumptions or bad input data.   Furthermore, recommendations is presented in this report regarding some areas that need to be developed before it is suitable to apply the method in a real project. One is to construct the VOIA concept based on fewer assumptions. Another is to connect the VOIA method to the geographical point of where the investigations have been made. There is also a possibility to include more parameters in the monte carlo simulation. Finally, to construct a more applicable tool in a project, a user friendly platform to conduct the analysis from is a great area to develop.

Idag används ofta ett samband, framtaget av Hanafy och Emery (1980), för att uppskatta deformationer vid tunnelfronten då bergförstärkning ska installeras i närheten av tunnelfronten. Sambandet visar hur deformationerna i ett referensplan utvecklas som en funktion av tunnelfrontens avstånd till referensplanet. I det här examensarbetet studerades deformationsutvecklingen i en tunnel med syftet att utvärdera hur tunnelgeometri, bergtäckning, spänningsfält och bergkvalitet påverkar deformationsutvecklingen under framdriften. I examensarbetet studerades även bergförstärkning under framdriften med syftet att jämföra resultat när hänsyn tagits till sprutbetongens härdningstid relativt när full styvhet antagits direkt vid installation samt studera belastning i bergbultar. Studien visade att analysresultat och samband framtaget av Hanafy och Emery kan återskapas med FLAC3D. Kombination av förändrat spänningsfält, tunneltvärsnitt och/eller bergtäckning medförde att deformationsutvecklingen inte följde sambandet. Resultatet kunde generaliseras till alla fall skilt från ett hydrostatiskt spänningsfält. Baserat på studien rekommenderas att sambandet enbart bör användas när hydrostatiskt spänningsfält och elastiskt materialbeteende kan antas för att uppskatta deformationer i närheten av tunnelfronten. Tredimensionell modellering i närheten av tunnelfronten rekommenderas alltid utföras när spänningsfält ej kan antas hydrostatiskt. Detta för att på ett korrekt sätt uppskatta deformationer och spänningar kring tunneln. Simulering av bergförstärkning bör genomföras baserat på verklig uttagssekvens med projektspecifika indata för att belastningshistorik och deformationer ska kunna uppskattas och användas som grund för dimensionering. / Currently, a correlation developed by Hanafy and Emery (1980), is often used to estimate deformations at the tunnel face for projects where rock reinforcement is to be installed near the tunnel face. It shows how deformations at a reference plane develops as a function of the distance to the tunnel face. In this thesis, the displacements was studied in order to investigate how tunnel geometry, rock coverage, stresses and rock quality affected the accumulation of displacements in a tunnel during excavation. Studies of rock reinforcement were conducted with purpose to compare results from simulations when the shotcrete hardening process had been considered and when maximum stiffness was assumed directly at installation. Load in bolts was also studied. The study showed that elastic analyses with FLAC3D can recreate analysis results and correlation developed by Hanafy and Emery. Combinations of changed stress field, tunnel geometry and/or rock cover resulted in three-dimensional effects which gave a different displacement ratio compared to Hanafy and Emery. This could be generalised to all cases in which the stress field differed from a hydrostatic stress field. Based on the study it is recommended to only use the correlation for estimating displacements near a tunnel face when hydrostatic stress field and elastic material behaviour can be assumed. Three-dimensional modelling should always be carried out in cases where the stress field cannot be assumed hydrostatic in order to correctly estimate displacements and stresses around the tunnel in the vicinity of the tunnel face. Simulation of rock reinforcement should be carried out based on the actual excavation sequence that will take place. Simulations should be performed with project-specific input data so that load history and displacements can be estimated properly and used in design.

Just nu pågår stora anläggningsprojekt i Stockholm där Trafikverket försöker leda om trafiken från stadskärnan. Därför utfördes projektet Norra länken. Norra länkens tunnelkonstruktion är uppbyggd med ett inklädnadssystem och bergförstärkning som består av sprutbetong. I nuläget saknas information om vilka temperaturer som uppstår i en tunnelkonstruktion och på grund av detta appliceras Trafikverkets generella antagande vid dimensionering av vägtunnlar. Antagandet säger att tunnelkonstruktionens temperatur kommer att motsvara uteluftstemperaturen. Vilket innebär att sprutbetongen behöver vara frostbeständig och därmed appliceras XF4 eller XF2. För att förstå temperaturförhållandet i tunnelkonstruktioner bättre har Trafikverket utfört mätningar i Norra länken. Med ökad förståelse för temperaturförhållandena skulle det vara möjligt att korrigera det nuvarande kraven på exponeringsklasserna. Därmed var syftet med denna rapport att undersöka om mätningarna kunde hjälpa till att utforma ett underlag för framtida val av exponeringsklass i kommande tunnelprojekt med liknade inklädnadssystem. Metoden som användes för att kunna undersöka frågeställningarna var litteraturstudier, studiebesök och analys av mätningarna i Excel. Resultatet visade att bergförstärkningens temperatur aldrig hamnade under 0℃ under perioden som mätningarna erhölls medan inklädnadens temperatur understeg 0℃. Detta innebar att det inte fanns risk för frostskador i bergförstärkningen men att i inklädnaden fanns det risk för det. Däremot när analysen gjordes noterades att två av tre mätstationer blivit vattenskadade och orsakat mycket felaktig data och att all mätdata som erhölls var från milda vintrar. Vilket bidrar till att det finns en osäkerhet kring hur pålitliga mätvärdena var. Från analysen togs slutsatserna att det fanns för lite underlag för att kunna ta beslutet om att ändra val av exponeringsklass inför kommande tunnelprojekt och att Trafikverkets antagande inte stämde. Där av rekommenderas Trafikverket att fortsätta med mätningarna till planerat slutdatum 2025 och på så sätt erhålla tillräckligt med information för att i framtiden kunna utvärdera exponeringsklasserna på nytt. / Trafiverket strives to divert the traffic in Stockholm from the city center. In order to accomplish this, large construction projects are currently being planned and processed. One of them is a tunnel construction called Norra länken. The tunnel construction in Norra länken consists of a cladding system and rock reinforcement consisting of shotcrete. Currently there is not enough information on which temperatures that will occur in the tunnel construction and therefore Trafikverket’s general assumption is applied of when designing road tunnels. This means that the shotcrete needs to be frost resistant and that XF2 and XF4 is applied. In order to understand the temperature conditions in the tunnel construction Trafikverket decided to measure the temperatures in Norra länken. With an increased understanding of the temperature conditions it would be a possibility to alter the exposure classes that are currently applied. The purpose of this report is to investigate whether the resulting measurements could be used to design a basis for future selection of exposure class in coming road tunnel projects with similar cladding systems. For this report literature studies, field trips and analyzes of the measurements in Excel were used as a method to answer these research questions. The result showed that the temperature in the rock reinforcement never fell below 0℃ but that the cladding system did show temperatures below 0℃. Therefor it was only a risk for frostbite in the cladding system. However, when analyzing the data, it was noted that two out of three measuring stations were water damaged which caused a lot of incorrect data. The data was also only obtained from mild winters which makes it difficult to draw general conclusions from it. This contributed to uncertainties about how reliable the measured data was. From the analysis the conclusion was made that there was not enough information to support a decision that would alter the choice of exposure class in future tunnel projects. Thereby Trafikverket was recommended to continue with the measurements until the planed end date 2025 and by doing so they can obtain a sufficient amount of information to evaluate the exposure classes once again. / Temperaturmätning i inklädnadsystem och sprutbetong inom Norra Länken

Just nu pågår stora anläggningsprojekt i Stockholm där Trafikverket försöker leda om trafiken från stadskärnan. Därför utfördes projektet Norra länken. Norra länkens tunnelkonstruktion är uppbyggd med ett inklädnadssystem och bergförstärkning som består av sprutbetong. I nuläget saknas information om vilka temperaturer som uppstår i en tunnelkonstruktion och på grund av detta appliceras Trafikverkets generella antagande vid dimensionering av vägtunnlar. Antagandet säger att tunnelkonstruktionens temperatur kommer att motsvara uteluftstemperaturen. Vilket innebär att sprutbetongen behöver vara frostbeständig och därmed appliceras XF4 eller XF2. För att förstå temperaturförhållandet i tunnelkonstruktioner bättre har Trafikverket utfört mätningar i Norra länken. Med ökad förståelse för temperaturförhållandena skulle det vara möjligt att korrigera det nuvarande kraven på exponeringsklasserna. Därmed var syftet med denna rapport att undersöka om mätningarna kunde hjälpa till att utforma ett underlag för framtida val av exponeringsklass i kommande tunnelprojekt med liknade inklädnadssystem. Metoden som användes för att kunna undersöka frågeställningarna var litteraturstudier, studiebesök och analys av mätningarna i Excel. Resultatet visade att bergförstärkningens temperatur aldrig hamnade under 0℃ under perioden som mätningarna erhölls medan inklädnadens temperatur understeg 0℃. Detta innebar att det inte fanns risk för frostskador i bergförstärkningen men att i inklädnaden fanns det risk för det. Däremot när analysen gjordes noterades att två av tre mätstationer blivit vattenskadade och orsakat mycket felaktig data och att all mätdata som erhölls var från milda vintrar. Vilket bidrar till att det finns en osäkerhet kring hur pålitliga mätvärdena var. Från analysen togs slutsatserna att det fanns för lite underlag för att kunna ta beslutet om att ändra val av exponeringsklass inför kommande tunnelprojekt och att Trafikverkets antagande inte stämde. Där av rekommenderas Trafikverket att fortsätta med mätningarna till planerat slutdatum 2025 och på så sätt erhålla tillräckligt med information för att i framtiden kunna utvärdera exponeringsklasserna på nytt. / Trafiverket strives to divert the traffic in Stockholm from the city center. In order to accomplish this, large construction projects are currently being planned and processed. One of them is a tunnel construction called Norra länken. The tunnel construction in Norra länken consists of a cladding system and rock reinforcement consisting of shotcrete. Currently there is not enough information on which temperatures that will occur in the tunnel construction and therefore Trafikverket’s general assumption is applied of when designing road tunnels. This means that the shotcrete needs to be frost resistant and that XF2 and XF4 is applied. In order to understand the temperature conditions in the tunnel construction Trafikverket decided to measure the temperatures in Norra länken. With an increased understanding of the temperature conditions it would be a possibility to alter the exposure classes that are currently applied. The purpose of this report is to investigate whether the resulting measurements could be used to design a basis for future selection of exposure class in coming road tunnel projects with similar cladding systems. For this report literature studies, field trips and analyzes of the measurements in Excel were used as a method to answer these research questions. The result showed that the temperature in the rock reinforcement never fell below 0℃ but that the cladding system did show temperatures below 0℃. Therefor it was only a risk for frostbite in the cladding system. However, when analyzing the data, it was noted that two out of three measuring stations were water damaged which caused a lot of incorrect data. The data was also only obtained from mild winters which makes it difficult to draw general conclusions from it. This contributed to uncertainties about how reliable the measured data was. From the analysis the conclusion was made that there was not enough information to support a decision that would alter the choice of exposure class in future tunnel projects. Thereby Trafikverket was recommended to continue with the measurements until the planed end date 2025 and by doing so they can obtain a sufficient amount of information to evaluate the exposure classes once again.

This report is the result of a Master’s Thesis done at the Machine Design Department at the Royal Institute of Technology. The project was carried out at Svea Teknik AB in cooperation with Atlas Copco Rock Drills AB and the Mining and Rock Excavation division in Örebro. Atlas Copco is currently developing a new TBM for mechanical rock excavation, which have been named the RVM (Remote Vein Miner. When doing the excavation, stresses and cracks are induced in the tunnel walls and roof, why it is necessary to reinforce the tunnel so that is does not collapse. In this case this is done by drilling holes and inserting rock bolts into the tunnel walls, and at the same time clothe the walls with a chain link mesh. The operators that are doing this are working in an unsecured part of the tunnel and are hence exposed to a safety risk. It is therefore of interest to make this mesh mounting procedure automated. The project’s purpose was to develop a design concept for the mesh handling and mounting for the RVM that require less manual hands-on work by the operators, i.e. replacing the existing semi-manual mesh handling to a solution that instead can be automatized and remote controlled. Brainstorming was used to generate 6 different concepts, 4 for the mesh handling and 2 for the bolt handling, which were evaluated in two separate Pugh’s evaluation matrices. The two concepts that was deemed most promising, the bolt carrousel and an arm handling solution for mesh rolls, were further developed. CAD models of the included components and systems were made and used to verify the arm’s range and that it fulfilled all of the constraints related to the spatial limitations on the machine. The hydraulic cylinders were dimensioned with forces obtained from an ADAMS simulation. The final conceptual design did fulfil the requirements, but was considered to be very complex and concerns were made regarding how it would handle the harsh environment in the tunnel. / Denna rapport är resultatet av ett examensarbete som utförts på Institutionen för Maskinkonstruktion på KTH. Projektet gjordes med Svea Teknik AB i samarbete med Atlas Copco Rock Drills AB och deras avdelning för Gruv- och Bergbrytningsteknik i Örebro. Atlas Copco håller för närvarande på att utveckla en ny TBM för mekanisk bergavverkning, som har fått namnet RVM (Remote Vein Miner). När bergavverkning sker så induceras spänningar och sprickor i berget som omger tunneln och det är därför nödvändigt att förstärka tunneln så att den inte rasar samman. I detta fall så sker denna förstärkning genom att borra hål i tunnelväggen och sätta in bergbultar, och samtidigt klä väggarna med ett skyddande nät. När operatörerna utför detta arbete så befinner de sig i en del av tunneln som inte är säkrad och de är således utsatta för säkerhetsrisker. Det är därför av intresse att göra denna nätmonteringsprocess automatiserad. Syftet med detta projekt var att utveckla en konceptkonstruktion för näthanteringen- och monteringen för RVM-maskinen som innebär mindre manuellt arbete av operatörerna, alltså att ersätta den nuvarande semi-manuella näthanteringslösningen med en lösning som istället kan automatiseras och fjärrstyras. Brainstormning användes för att ta fram 6 stycken olika koncept, 4 gällande näthanteringen och 2 för bulthanteringen. Dessa koncept utvärderades i två separata Pugh matriser. De två koncept som ansågs vara de mest lovande, bultkarusellen och en armkonstruktion för hantering av nätrullar, utvecklades vidare. CAD-modeller av de inkluderade komponenterna och systemen gjordes och användes för att verifiera armens räckvidd och att den uppfyllde att hålla sig inom maskinens platsbegränsningar. De hydrauliska cylindrarna dimensionerades utifrån krafter som erhölls från en ADAMS-simulering. Den slutgiltiga konstruktionen uppfyllde alla specificerade krav, men ansågs vara väldigt komplex och det ansågs osäkert hur och om den skulle klara av den mycket tuffa miljön i tunnelgången.

Vid tunneldrivning inom infrastrukturprojekt i Sverige är den mest förekommande bergbulten för permanenta förstärkningar den konventionella kamstålsbulten. En ingjuten bult utan förspänning. Montaget sker genom att med handkraft pressa in bulten i ett cementfyllt borrhål. Detta ger upphov till spill av cement och stor fysisk ansträngning, när tusentals bultar monteras i varje projekt. Den permanenta bergssäkringen uppnås först när den omslutande cementen har härdat. Detta medför ett moment i bergförstärkningsskedet där entreprenören måste säkra tunneln med temporära driftbultar.   För att undvika temporärbultning kan en förspänd ingjuten bult användas som permanent bult. Exemplet på en sådan bult är PC-bulten. Vid montage ger den en omedelbar driftsäkring och en permanent förstärkning genom injektering via det inre röret. Bulten blir då helt ingjuten av cement.  Syftet med studien är att jämföra PC-bulten med kamstålsbulten. Studien undersöker den förmodade nyttan i belastningsergonomi och ekonomi av att använda PC-bulten som permanent förstärkningsbult. Genom att utföra en styrd observation på ett studiebesök där tunneldrivning med bergförstärkning skedde har de båda bultarnas montagearbete jämförts ur belastningsergonomisk synpunkt. För att utreda skillnader i arbetsvolym och tidsåtgång utfördes beräkningar på ett sammanställt bultprotokoll. Beräkningarna visar vilken förstärkningsbult som medför den lägsta kostnaden för bultförstärkning.  Av resultatet i studien framgår det att det finns en stor potential i ett framtida användande av PC-bulten som permanent bult vid tunnelförstärkning. Potentialen ligger i en klart förbättrad arbetsmiljö i avseendet belastningsergonomi och i den tidsvinst framtida projekt kan nyttja. / The conventional rebar bolt, a grouted bolt with no pre-stress, is the most commonly used rock reinforcement bolt for tunneling in Swedish infrastructural projects. The assembly takes place by manually pushing the bolt into a borehole filled with grout. This gives rise to spillage and great physical exertion when thousands of bolts are mounted in each project.   Permanent safety is only achieved when the surrounding cement has cured. This entails a moment in the rock reinforcement stage where the contractor must secure the tunnel with temporary operating bolts.  To avoid temporary bolting, a pre-stressed bolt can be used as a permanent bolt. An example of such a bolt is the PC-bolt. When assembled, it provides immediate operational safety and permanent reinforcement by injection through the inner pipe. The bolt is then completely sealed with grout.  The purpose of the study is to compare the PC-bolt with the rebar bolt. The study explores the supposed benefit of economics and load ergonomics of using the PC-bolt as a permanent reinforcement bolt. By conducting a controlled observation on a field study to a site where tunneling with rock reinforcement occurred. The assembly of the two bolts has been compared out of a load ergonomic view point. In order to investigate differences in work volume and time, calculations were made on a compiled bolt protocol. The calculations show which reinforcement bolt results in the lowest cost of the assembly.  The result of the study shows that there is a great potential in the future use of the PC-bolt as a permanent bolt for tunneling. The potential lies in a clearly improved work environment regarding ergonomic loads and more time efficient installation that can be utilized in future projects.

Tunnels and anthropogenic underground cavities are a very natural part of our everyday modern life. Especially in larger cities such as Stockholm where the infrastructure reaches far above ground level as well as deep below the surface. Metro, commuter train, cars along with many other ways of transportation have been moved below the surface the last century. Before then there were neither the technology nor the knowledge of how tunnels and underground cavities should be constructed so that the safety is not neglected. Several different forces are present in the bedrock below us, such as the weight of the overlying rock/strata and stresses due to tectonic, thermal, or hydrostatic forces among other. Knowledge of these forces and stresses are essential so that you will not get a piece of rock falling on your head on your way home from work with the metro. In most of the cases the roof of tunnels or underground cavities are shaped like an arch, and the stability of these arches depends on several aspects. At excavation of rock, there are natural arches in the bedrock. However, the stability of these arches depends on stresses, amount of overlying rock and the presence of rock joints and fractures (amount, directions and the characteristics of rock joints and fractures are important). These among other aspects determine the stability and the size of the arch. The natural arch in a manmade underground cavity or tunnel is seldom sufficient for it to be safe enough for humans to be in. There is a need for reinforcement of different kinds, where rock bolting is one of the most common. This bachelor’s thesis used a model to simulate arches in tunnels and cavities. The model which simulated an arch was an uplifted box (820x820x250 mm) with railroad macadam, pressure gauges and systematically placed bolts (threaded rods with nuts and washers at each end). The bottom part of the uplifted box could be removed. With a torque wrench the macadam was subjected to different torques, and the bolts were then removed according to a pattern to see at which torques and stresses the model held. The purpose of the thesis was to develop a refined method for bolt model so that controlled experiments could be done. The purpose was as well to determine how important the stresses in the rock is for the span of the arch. The thesis should also function as an instruction for future experiments at the university.  According to the results of the experiments, both lower stresses and higher stresses gave rise to a large arch span. In many cases, an even stress distribution in the model resulted in a greater arch span, but in some cases not. More experiments would have to be done to reach a reliable result. Therefore, there is great potential for other students to continue these experiments. / Tunnlar och bergrum är i modern tid så vanliga att många knappt märker att en befinner sig i ett bergrum i sin vardag. Inte minst i större städer såsom Stockholm där infrastrukturen sträcker sig högt över markytan såväl som långt ner i berggrunden. Tunnelbana, biltrafik, tågtrafik är några transportsätt som ofta har förflyttats under jord det senaste århundradet. Innan dess fanns varken tekniken eller kunskapen om hur tunnlar och bergrum ska konstrueras för att säkerheten ska vara tillräckligt hög. I berget under oss finns det flera krafter som verkar, däribland vikten från ovanliggande berg, spänningar av tektoniska, termala eller hydrostatiska ursprung. Kunskap om dessa spänningar är väsentliga för att du inte ska få ett bergblock i huvudet när åker hem från jobbet med tunnelbanan. I de allra flesta fall har bergrummet eller tunneln ett tak format som ett valv, och stabiliteten av dessa valv beror på flera aspekter. När berguttag sker finns det en naturlig valvverkan som existerar i berget. Höga spänningar, mängden överliggande berg och förekomsten av sprickor (mängd, riktningar och egenskaper hos sprickorna) är några faktorer som påverkar stabiliteten av valvet och hur stort valvet kan vara. Den naturliga valvverkan i en antropogen tunnel är sällan tillräcklig för att valvet ska hålla och vara säkert för människor ska vistas i. Det krävs bergförstärkning av olika typer, där bultförstärkning är vanligt förekommande.  Arbetet gick ut på att simulera valv i berg med hjälp av en modell. Modellen efterliknar ett tunneltak och består av en upphöjd låda (820x820x250mm) med järnvägsmakadam, systematiskt placerade bultar (stänger med bricka och mutter i varje ände) och tryckmätare. Lådan har en avtagbar botten. Experimentet gick ut på att spänna upp makadammet med olika vridmoment, och se vid vilka moment det håller när bultarna succesivt tas bort i en viss ordning. Syftet med arbetet var att ta fram en förfinad metodik för bultmodell så att kontrollerade försök kan genomföras samt fastställa spänningars betydelse för spännvidd av valv. Uppsatsen ska även kunna användas som instruktion för framtida försök vid universitetet.  Resultatet visade att en stor spännvidd uppstod vid både höga och låga spänningar. En jämnare spänningsfördelning gav i flera fall en större spännvidd, men i andra fall inte. Fler försök hade behövt göras för att säkerställa ett pålitligt resultat och det finns därmed stor potential att bygga vidare på experimenten som gjorts.

When two parallel tunnels are excavated under high to moderate horizontal in-situ stresses combined with minor deformations in the pillar between the tunnels, the in-situ stresses can be redistributed over the tunnels in form of two compressive arches and are transferred from the roof to the abutments of the two tunnels. At additional deformations in the pillar, a new redistribution of the stresses can occur creating one compressive arch over both of the tunnels. This leads to lower vertical stresses in the pillar between the two tunnels. Today, this effect is normally not accounted for in the design of rock support. By accounting for this arching effect, it is possible to design the pillars for a lower load. The aim of this thesis is to analyze how to optimize the rock support (rock bolts) in the pillar by accounting for this potential arching effect in the rock mass. To study this, a sensitivity analyses is performed where the rock mass is represented by three different qualities (very good, good and fair). The geometry of the rock pillar is defined by a height of 6 m and two width dimensions of 3 m and 6 m are used. The in-situ stresses are categorized in three levels: minimal, typical and maximal according to typical conditions in the Stockholm region. Numerical models are analyzed in PLAXIS based on these different conditions. Stress redistribution in the rock is simulated by reducing the modulus of elasticity of the pillar in five stages. Based on the results from the numerical simulations and comparisons against analytical solutions it can be concluded that it is possible to design the pillar for a lower load, which accounts for this secondary arching effect over the two tunnels. The number of bolts could be reduced with at least 1-5 units per meter tunnel for the analyzed cases; thereby reducing the costs and also contribute to a more sustainable use of natural resources. / När parallella tunnlar tas ut i en bergmassa under höga eller måttliga horisontella in-situ spänningar omfördelas de över de båda tunnlarna i form av två tryckbågar och överförs från taket till stöden. Vid ytterligare deformationer i pelaren kan istället ytterligare en omfördelning ske och en tryckbåge över båda tunnlarna skapas. Detta leder till en minskning av de vertikala spänningarna i pelaren mellan de båda tunnlarna. Idag beaktas normalt inte denna effekt vid dimensioneringen av pelarens förstärkning. Genom att beakta denna valveffekt är det möjligt att dimensionera pelarens förstärkning för en lägre last. Syftet med detta arbete är att analysera hur förstärkningen kan optimeras i pelaren genom att beakta denna valveffekt i bergmassan. För att studera detta har en känslighetsanalys genomförts där bergmassan representeras av tre olika kvaliteter (mycket bra, bra och acceptabel). Geometrin för bergpelaren definieras av en höjd på 6 m och två olika bredder på 3 m och 6 m har analyserats. In-situ spänningarna kategoriseras i tre nivåer: minimala, typiska och maximala enligt typiska förhållanden för Stockholmsregionen. Olika numeriska modeller har analyserats i PLAXIS utifrån dessa olika förutsättningar. Spänningsfördelningen i berget simulerades genom att pelarens elasticitetsmodul reducerades i fem steg. Baserat på resultaten från de numeriska analyserna och jämförelser mot analytiska lösningar kan slutsatsen dras att det är möjligt att dimensionera förstärkningen för en lägre last genom att beakta den sekundära valvverkan som kan uppstå i bergmassan över de båda tunnlarna. I de utförda analyserna kunde antalet bergbultar reduceras med mellan 1-5 stycken per meter tunnel; vilket därmed kan bidra till läge kostnader och en mer hållbar användning av naturresurser.