Geologinen ja kalliomekaaninen kartoitus Pyhäsalmen uudessa maanalaisessa kaivoksessa

Transkriptio

1 Työraportti Geologinen ja kalliomekaaninen kartoitus Pyhäsalmen uudessa maanalaisessa kaivoksessa Marko Matinlassi Pyhäsalmen kaivos Oy Kesäkuu 2002 Pasivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.

2 Työ r a p o r t t i Geologinen ja kalliomekaaninen kartoitus Pyhäsalmen uudessa maanalaisessa kaivoksessa Marko Matinlassi Kesäkuu 2002

3 GEOLOGINEN JA KALLIOMEKAANINEN KARTOITUS MEN UUDESSA MAANALAISESSA KAIVOKSESSA PYHÄSAL TIIVISTELMÄ Tässä työssä on kerätty tietoa jännitystilavaurioiden esiintymisestä tunneleissa ja kalliotilojen käyttäytymisestä korkeissa jännitystilaolosuhteissa. Työn toimeksiantajana on Pasi va Oy, joka pyrkii kehittämään kalliorakentamiseen liittyviä menetelmiä, joita voidaan hyödyntää ydinjätteen loppusijoituksessa Suomen kallioperään. Pyhäsalmen kaivoksen Uusi kaivos projektissa rakennetaan uusi maanalainen kaivos vanhan kaivoksen alapuolelle metrin syvyyteen. Uuden kaivoksen rakentaminen sisältää yli 6000 m vinotunnelin ja tasoperien louhintaaja uuden nostokuilun rakentamisen maanpinnalta 44 tasolle sekä muita kalliotilojen louhintaa. Vinotunnelin louhinnan aikaiset kalliomekaaniset kokemukset ovat kiinnostavia ydinjätteen loppusijoitustilojen tutkimusten ja suunnittelun kannalta, koska kalliossa vallitsevan in situ jännitystilan ja kiven lujuuden suhde on lähellä loppusijoituspaikaksi ehdotetun Olkiluodon olosuhteita. Louhittavat tunnelit ja kuilu sijaitsevat Pyhäsalmessa pääsääntöisesti happamissa ja emäksisissä vulkaniiteissa, joissa esiintyy paikoin pegmatiitti ja kvartsijuonia. Tason 350 alapuolella esiintyy myös tonaliittijuonia. Tässä raportissa esitetään, miten geologinen ja kalliomekaaninen kartoitus on käytännössä tehty. Kartoitettaessa määritettiin ki vilajirajat, kalliolaaturajat, ruhjeet ja merkittävät raot sekä jännitystilavauriot. Lisäksi kalliolaatua hyvin kuvaavista kohdista tehtiin scanline mittauksia. Avainsanat kalliomekaniikka, jännitystilavaurio, kartoitus, tunneli, ydinjätteen loppusijoitus, Pyhäsalmen kaivos

4 PYHÄSALMEN KAIVOS OY TIEDOKSI Olemme lukeneet ja tarkistaneet Marko Matinlassin Posiva Oy:lle kirjoittaman työraportin Geologinen ja kalliomekaaninen kartoitus Pyhäsalmen uudessa maanalaisessa kai voksessa. tr v~ 0 Ttmo Mäki Kaivosgeologi Pyhäsalmen kaivos Oy ( r Pyhäsalmi r ~ v;;avrf (f7ffr. z 0 0 l ~ ' ~. ~ ~ci#s~

5 Työraportti Geologinen ja kalliomekaaninen kartoitus Pyhäsalmen uudessa maanalaisessa kaivoksessa Marko Matinlassi Kesäkuu 2002

6 GEOLOGICAL AND ROCK MECHANICAL DATA COLLECTION PROCEDURE IN PYHÄSALMI NEW MINE ABSTRACT In this work rock mechanical behaviour and stress induced rock failures have been observed in high rock stress conditions. The study was carried out in Pyhäsalmi New Mine on a contract from Posiva Oy. Posiva Oy's objective is to develop rock engineering design in construction methods that could be utilized in a final disposal of spent nuclear fuel. Pyhäsalmi New Mine is built below the existing mine between the 050 and 450 metres beneath the surface. Underground development includes over 6000 metres of tunneling, a hoisting shaft from the surface down to the 44 metres and other excavations. The rock mechanical data collection has been commenced in Olkiluoto area where therock stressstrength ratio is nearly equal to Pyhäsalmi bedrock. Pyhäsalmi New Mine is mainly developed in acid and in mafic volcanites with some pegmatites and quartz veins. Few tonalite veins have also been observed below the 350 metre level. The study describes geological and rock mechanical data collection procedure. Different rock type contacts, major shear zones, veins and faults and stress related rock failures were mainly determined by window mapping and visual observations. Joint systems were also identified by additional scanline measurements in locations with typical rock characteristics. Keywords: rock mechanics, stress failure, data collection, tunnel, final disposal of spent nuclear fuel, Pyhäsalmi Mine

7 GEOLOGINEN JA KALLIOMEKAANINEN KARTOITUS PYHÄSAL MEN UUDESSA MAANALAISESSA KAIVOKSESSA TIIVISTELMÄ ABSTRACT SISÄLLYSLUETTELO ALKUSANAT 2. JOHDANTO 3 2. GEOLOGISTEN JA KALLIOMEKAANISTEN TIETOJEN KERÄÄMINEN 5 2. Yleistä Kivilajien määritys Kallionlaadun määritys Ruhjeet ja merkittävät raot Jännitystilavaurioiden kartoitus Scanline kartoitus 0 3. KOKEMUKSET JA SUOSITUKSET 2 4. YHTEENVETO 3 KIRJALLISUUSLUETTELO 4 LIITE Kivilajihavaintolomake 5 LIITE 2 Kalliomekaniikkahavaintolomake 6 LIITE 3 Rakennehavaintolomake 7 LIITE 4 Jännitystilahavaintolomake 8 LIITE 5 Scanlinehavaintolomake 9 LIITE 6 Kartoitustyöohje 20

8 2 ALKUSANAT Pyhäsalmen kaivoksen geologinen ja kalliomekaaninen kartoitus on osa PARVI projektia, jossa kerätään tietoa jännitystilavaurioiden esiintymisestä tunneleissa ja kiven käyttäytymisestä korkeissa jännitystilaolosuhteissa. Posi va Oy pyrkii kehittämään kalliorakentamiseen liittyviä menetelmiä, joita voidaan hyödyntää ydinjätteen loppusijoituksessa Suomen kallioperään. Olkiluoto on Posiva Oy:n ensisijainen loppusijoitustutkimuskohde. Posiva Oy on tilannut tämän työn. Projektiin ovat osallistuneet seuraavat organisaatiot henkilöineen: Posiva Oy Pyhäsalmen kaivos Oy Gridpoint Finland Oy Saanio & Riekkola Oy Aimo Hautojärvi Marko Matinlassi Pekka Perä Matti Hakala Petteri Somervuori Pauli Syrjänen Erik Johansson Nina Sacklen

9 3!.JOHDANTO Pyhäsalmen kaivoksen Uusi kaivos projektissa rakennetaan täysin uusi maanalainen kaivos vanhan kaivoksen alapuolelle m:n syvyyteen. Ensimmäinen malmilävistys uudesta" malmista saatiin joulukuussa 996. Mineraalisaation muoto ja koko alkoi hahmottua vuoden 997 kairauksissa (kuva ). Uuden kaivoksen varsinainen rakentaminen aloitettiin kesällä 998. Uuden malmin syvyyksillä kivenlujuuden ja jännitystilan suhde on lähes sama kuin Olkiluodon tutkimusalueelia m:n syvyydellä (kuva 2). Malmia ympäröivät emäksiset ja happamat vulkaniitit, joissa esiintyy paikoin pegmatiitti ja kvartsijuonia. Tason 350 alapuolella esiintyy myös tonaliittijuonia. Pyhäsalmen kaivoksen syvyysjatkeen kallioperä on metamorfoitunut, liuskeinen, paikoin rakoillut ja heterogeeninen. Tähän liittyen Pyhäsalmen kaivoksessa käynnistyi kartoitusprojekti, jossa louhinnan edetessä tehtiin geologinen ja kalliomekaaninen kartoitus sekä jännitystila vauriohavaintoja vinotunnelissa ja tasoperissä. Kuva. Pyhäsalmen kaivoksen uusi malmi ja suunniteltu vinotunneli (vihr.), tasoperät ja kuilu (kelt.).

10 4 Uniaxial compressive strength ( MPa ) 400 ~~~~~~ Tunnel Shaft Olkil.500m ( ) stabl~ UN$Upport~d OKP JOOm ( ) NlilfOI' spallilfg / ligllt spport r'll~f :;;;~~g. llfod l'at pport lltavy pport l'@qllii'hi Vt!ol}' difficult to support 0 ~~~~~~ Maximum secodary stress ( MPa ) Hoek :md Brown ( 980 ), modified by Mutin ( 998) Kuva 2. Ehjänkiven puristuslujuuden ja tilan pinnassa vaikuttavan suurimman puristusjännityksen suhde Olkiluodossa ja Pyhäsalmella. Odotettavissa olevat jännitystilavauriot ja lujitustarpeet. Intensiivinen kartoitus alkoi heinäkuussa 999, jolloin vinotunneli oli noin 275 m:n syvyydellä. Vinotunnelin louhinta saavutti pohjatason 444 m syyskuussa Uuden kaivoksen päätaso tulee olemaan 40tasolla, jonne rakennetaan huolto ja toimistotilat. Malmimuodostuman pohja sijaitsee n. 46 m:ssa. Tässä raportissa esitetään miten geologinen ja kalliomekaaninen kartoitus on käytännössä tehty. Tulostulkinta esitetään omassa raportissa (Hakala et al. 200).

11 5 2. GEOLOGISTEN JA KALLIOMEKAANISTEN TIETOJEN KERÄÄMINEN 2. Yleistä Vinotunneli ja tasoperät kartoitettiin katko (n. 4,5 m) kerrallaan. Kartoituksissa otettiin huomioon molemmat seinät, perän pääty ja katto. Kartoitettavalta alueelta määritettiin kivilajirajat, kalliolaaturajat, ruhjeet ja merkittävät raot sekä jännitystilavauriot Lisäksi kalliolaatua hyvin kuvaavista kohdista tehtiin scanline mittauksia. Kartoitukset tehtiin Excellomakkeisiin (liitteet 5) Pyhäsalmen kaivokselle laaditun työohjeen mukaan (liite 6). Kartoitustulokset ja digitaalikameralla otetut valokuvat ovat taltioitu CDROMlevylle. Kartoitukset on pyritty tekemään mahdollisimman pian räjäytyksen jälkeen, jotta mahdolliset jännitystilavauriot voidaan havaita ennen räjäytetyn alueen tukemista. Pyhäsalmen kaivoksella tehdään kaikki louhos ja tunneliräjäytykset illalla kello välisenä aikana. Kartoitukset oli mahdollista tehdä aikaisintaan kello 6.00 jälkeen seuraavana aamuna. Usein kartoitukset pystyi tekemään vasta puolitoista vuorokautta räjäytyksen jälkeen, ja tuolloin räjäytetty alue oli jo tuettu kalliopultein. 2.2 Kivilajien määritys Kaivoksen kiintopisteistä saatiin mitattua kartoitettavan alueen aloitus ja lopetuspituus. Kartoitettavalta alueelta määritettiin kivilaji, rakennetyyppi, suuntautuneisuus, raekoko ja rapautuneisuus. Lisäksi merkittiin kartoituspäivä, pultituspäiväja ruiskubetonointipäivä sekä huomiokenttään muita huomioitavia asioita, kuten esimerkiksi juonet ja vesivuodot. Kartoitettu alue valokuvattiin perän päädystä ja katosta, jos se oli vain mahdollista. Kivilajimäärityksessä käytettiin kaivoksella käytössä olevaa kivilajiluokittelua. Rakennetyypin kohdalle merkittiin rakennusgeologisen kallioluokituksen mukainen (Korhonen et al. 974) kivilajien liuskeisuusaste: Massamainen Liuskeinen Seoksinen ei suuntaa: MO suuntaus heikko: Ml suuntaus kohtalainen: L2 suuntaus voimakas: L3 ei suuntaa: SO suuntaus heikko: Sl suuntaus kohtalainen: S2

12 6 suuntaus voimakas: S3 Vulkaniittien suuntautuneisuus on heikko kohtalainen (ML2). Jos kivilajeja oli useita esim. sekä hapanta että emäksistä vulkaniittia ja mahdollisesti juonia, niin silloin käytettiin seoksista luokittelua. Malmin rakenne on massamainen ja se ei ole suuntautunut. Ainoastaan muutamissa perissä oli näkyvissä heikko suuntaus. Kivilajin suuntautuneisuus eli kaade ja kaateen suunta mitattiin geologin kompassin (Breithaupt Kassel) avulla. Raekoko määritetään rakennusgeologisen kallioluokituksen mukaan(korhonen et al. 974): Mineraalien vallitseva raekoko Vr (0 mm) hienorakeinen: Vr < keskirakeinen: Vr... 5 karkearakeinen: Vr suurirakeinen: Vr >50 Vallitsevat kivilajit happamat ja emäksiset vulkaniitit ovat raekooltaan hienorakeisia. Malmi on puolestaan keskikarkearakeinen ja pegmatiittijuonet ovat pääsääntöisesti karkearakeisia. Rapautuneisuuden määrittämiseen käytettiin rakennusgeologisen kallioluokituksen mukaista Iuokitusta (Korhonen et al. 974): rapautumaton: RpO vähän rapautunut: Rp runsaasti rapautunut: Rp2 täysin rapautunut: Rp3. Vinotunnelin ja tasoperi en kivilajit ovat rapautumattomia. 2.3 Kallionlaadun määritys Kallion laadun määrittämiseksi käytettiin Q luokitukseen kuuluvia parametreja (Barton et al. 974): RQDlukua, rakosuuntien lukumäärätekijää Jn, rakopintojen karkeuslukua Jr, rakopintojen muuttuneisuuslukua Ja, rakopintojen vedenläpäisevyyslukua Jw ja jännitystilalukua SRF (Barton et al. 974). Kallion laatua kuvaava Qluku lasketaan kaavalla: Q = RQD/Jn * Jr!Ja * Jw!SRF Rakoilun tiheys eli RQDluku määritetään silmämääräisesti tai mittatikun avulla (kuva 3). RQDluku määritettiin tarkastelemalla kartoitettavan alueen seiniä, kattoa ja perän päätyä, jolloin saatiin koko kartoitettavaa aluetta kuvaava RQDluku.

13 7 Take RODw as the average of many measurements 6 t /t 6 t II RODw=. X 00 = 6% 200 Oe. length ot rulej Kuva 3. RQDluvun määritys mittaamalla perän seinästä (kuva lähteestä Hutchinson & Diederichs 996). Jn, Jr, Ja ja Jw luvut määritettiin Qluokituksen mukaan (Barton et al. 974) (liite 6 taulukot 25). SRF luku määritetään Qluokituksen ohjeen mukaan. Jännitystilaluku SRF määritetään kivilajin puristusmurtolujuuden O"c ja suurimman pääjännityksen 0" suhteen crjcr avulla. Kartoituksissa arvioitiin SRF arvo silmämääräisesti (liite 6, taulukko 6). 2.4 Ruhjeet ja merkittävät raot Kartoituksissa huomioitiin myös kaikki ruhjeet ja merkittävät yli 20 m pituiset raot tai raot, jotka selkeästi jatkuvat perän ulkopuolelle. Rakenteiden kaateet ja kaateiden suunnat mitattiin. Rakenteiden tyyppi määriteltiin soveltamalla rakennusgeologisen kallioluokituksen (Korhonen et al. 974) rikkanaisen kallion rakennetyyppejä seuraavasti (kuva 4): Ril = yksi tai muutama yhdensuuntainen, tasomainen rako, jonka pituus > 20 m tai joka selkeästi jatkuu perän ulkopuolelle.

14 8 Rill = ympäristöstään selkeästi erottuva kohta, jossa rakoilu on runsasrakoista, rakoväli cm, ei rakotäytettä tai täytteisyys hyvin vähäistä. Rilll = tiheärakoinen, rakoväli < 0 cm, ei rakotäytettä tai täytteisyys vähäistä. RiiV =runsas ( cm) tai tiheärakoinen ( < 0 cm), raoissa selkeästi saviym. täytettä. Runsasrakoinen rakenne merkitään RiiVRk3 ja tiheärakoinen RiiVRk4. RiV =heikko, runsaasti kalliosavea sisältävä kallion osa. Kuva 4. Rikkanaisen kallion rakennetyypit: a) ja a2) halkeamarakenteinen kallio (Ril), b) rakorakenteinen kallio (Ri/), c) murrosrakenteinen kallio (Rill/), d) ruhjerakenteinen kallio (RiN) ja e) savirakenteinen kallio (RiV) (kuva kirjasta Vuorimiesyhdistys 982 ). Rakenteen paksuus kohta tarkoittaa rakenteen paksuutta metreinä kohtisuoraan rakenteen suuntaa vasten. Rakojen pinta tutkittiin myös ja mahdollinen rakotäyte kirjattiin ylös. 2.5 Jännitystilavaurioiden kartoitus Kartoitettaessa olennaisen tärkeää oli havaita mahdolliset jännitystilavauriot Jännitystilavauriotyypit määriteltiin seuraavan luokituksen mukaan: JO. Jännitystilavaurio puuttuu. J. Jännitystilasta aiheutuvia ääniä. J2. Jännitystilasta aiheutuvaa rakojen avautumista tai ruiskubetonin halkeilua. J3. Lievää kivilaattojen hilseilyä.

15 9 J 4. Kivilaattojen hilseil yä ja kallioräiskettä. 5. Runsasta kallioräiskettäja välittömiä dynaamisia muodonmuutoksia. Vaurioiden keskimääräinen leveys ja syvyys mitattiin tai arvioitiin. Syvyyden määrityksessä pyrittiin arvioimaan tai mittaamaan kuinka syvälle vaurio ulottuu toteutuneesta louhintapinnasta. V aurion paikka merkittiin oliko se katossa vai vasemmassa tai oikeassa seinämässä. Vasen ja oikea määritettiin katsoruissuunnan ollessa kohti louhintasuuntaa. Irronneiden kivilaattojen/lohkareiden murtumatyyppi määritettiin sanalla Murto, jos kivi on murtunut ja sanalla Rako, jos irtoaminen tapahtui rakopintoja pitkin. Jos lohkare oli osittain irronnut rakopintoja pitkin käytettiin merkintää M/R. Jännitystilavaurioista otettiin valokuvat. Jännitystilavauriotietoa on kerätty tunnelitiloista sekä välittömästi louhinnan jälkeen että tukemisen jälkeen. Lujitus on tapahtunut 4 vuorokautta katkon räjäytyksen jälkeen kalliopultein ja ruiskubetonoinnilla tai kuituruiskubetonoinnilla. Tämän jälkeen on voitu seurata vain ruiskubetonoinnin läpi näkyviä tai kuuluvia jännitystilavaurioita. Tunnelitiloissa on esiintynyt kallioääniä (natinaa ja pauketta), lievää hilseilyä ja yksittäisissä kohdin myös kallioräiskettä (kuvat 5 ja 6). Kuva 5. Rappaus ta hilseillyt pegmatiitin kohdalta vinotunnelista n. 40 tasolla.

16 0 Kuva tason kaatonousuperän katto ripotteli komuja räjäytetyn kivikasan päälle. Katto natisi myös paljon. Pyhäsalmen kai voksella on tehty in situ jännitystilamittauksia tasoilla 25 (Ledger 999) ja 325, 350 ja 375 (Mononen 2000). Tasolla 25 vallitsee MPa suuruinen vaakajännitys, jonka suunta on pohjoisesta. Alemmilta tasoilta tehdyissä mittaustuloksissa on melko suurta hajontaa, mutta yleisesti voidaan sanoa, että suurin pääjännitys on loivakaateinen ja noin 300 asteen suunnassa. Suurin pääjännitys aiheutti paikoin ympyränmuotoisissa nousunporausrei' issä (0 3. m) leikkausmurtumista, joista voitiin mitata pääjännityskentän suuntaa (kuva 7). 2.6 Scanlinekartoitus Scanlinekartoitus tehtiin yleistä kalliolaatua kuvaavista kohdista. Scanlinen avulla oli tarkoitus saada tarkempi kuva kalliolaadusta. Kaivosperän seinään piirrettiin spraymaalilla viiva, jonka pituus vaihteli 5 23 m:n välillä. Viivan kohta valittiin niin, että se oli koko pituudeltaan saman kalliolaadun alueella. Viivaan merkittiin sen pituutta kuvaavat metriluvut metrin välein. Kartoitettu alue valokuvattiin. Scanlinekartoituslomakkeen otsikkotietoihin merkittiin kohde eli perän tunnus, scanlineviivan aloituspituus sekä viivan kulku ja kaade asteina ja pituus metreinä. Muita koko scanlinea koskevia syöttötietoja ovat rakojen lukumäärä, rakosuuntien lukumäärä Jn, rakojen vedenläpäisevyys Iw ja jännitystilaluku SRF. RQDluku lasketaan rakojen lukumäärää ja linjan pituuden perusteella Priestin & Hudsonin 976 esittämällä kaavalla:

17 A. B. Kuva tason raitisilmanousun seinillä pääjännityskentän aiheuttamaa hilseilyä 37 (A) ja 27 (B) eli pääjännityksen suunta 307. RQD = looeo.t(kplil)[o.l(kplil)+l] jossa kpl = rakojen lukumäärä ja L = scanlinen pituus. Kaikkien scanlineviivalle osuvien yli 30 cm pituisten rakojen kaade ja kaateen suunta mitattiin, samoin rakoväli edelliseen samansuuntaiseen rakoon. Välin mittauksessa huomioitiin rakoilun suunta niin, että mitattu arvo on rakopintojen kohtisuora etäisyys toisistaan. Raon pituus mitattiin ja jos se jatkui perän ulkopuolelle niin se arvioitiin. Raon päättyminen merkittiin seuraavin koodein: Y = yhtyy toiseen rakoon, P = päättyy kallioon, J =jatkuu näkymättömiin. Raon aaltoilu cm/m mitattiin myös. Raon karheus r ja raon muuttuneisuus Ja määritettiin Qluokituksen mukaan. Raon avauma määritettiin mittaamalla ja mahdollinen täyte kirjattiin ylös. Rakenteen tyyppi määritettiin soveltamalla rakennusgeologisen kallioluokituksen (Korhonen et al. 974) rikkanaisen kallion rakennetyyppej ä.

18 2 3. KOKEMUKSET JA SUOSITUKSET Kartoitustyö on ollut kaiken kaikkiaan mielenkiintoinen. Uuden kaivoksen rakennustyö ja siihen liittyvät vinotunnelin ja tasoperien tekeminen on ollut tiiviistä. Kartoitus on tehty lähes kaikkialta uuden kaivoksen alueelta. Näin ollen kivilajit ja rakenteet ovat hyvin selvillä. Kartoitukset on tehty mahdollisimman pian räjäytyksen jälkeen, jotta nähdään mahdolliset jännitystilavauriot ja niiden voimakkuus. Kartoitettavassa perässä oli usein pultitus tai poraus käynnissä, jolloin mahdollisten jännitystilavaurioiden havainnointi oli mahdotonta. Jännitystilavauriotyyppiä tarkasteltaessa on otettava huomioon, milloin kartoitus on tehty. Jos kartoitus tehtiin räjäytyksen jälkeisenä päivänä ennen pultitusta, niin jännitystilan aiheuttamia ääniä ja hilseilyä esiintyi. Jos kartoitus tehtiin vasta tukemisen jälkeen, niin kartoitettava alue oli usein jo rauhoittunut. Se mitä räjäytyksen ja kartoituksen välisenä aikana tapahtui, sitä ei oikeastaan tiedetä. Toki, jos perässä oli tapahtunut selvää komuilua, niin sen pystyi havaitsemaan. Yksi mahdollinen apukeino tähän voisi olla mikroseisminen monitorointi. Vinotunnelin ja tasoperien jännitystilavaurioita seurattiin myös pultituksen ja ruiskubetonoinnin jälkeenkin. Kartoitettavalta alueelta otettiin digitaalikameralla kuvat perän päädystä ja katosta, mikäli ne eivät olleet pölyn peitossa. Myös jännitystilavaurioista otettiin kuvat mikäli se oli mahdollista. Digitaalivalokuvaus on hyvä ja nopea dokumentointi keino. Kuvien käsittely on nykypäivänä suhteellisen helppoa. Qluvun laskemiseen käytetty SRFluvun määrittäminen tehtiin oman visuaalisen havainnoinnin perusteella. Luvun määrittäminen on melko yksilöllistä ja siihen tulee suhtautua pienellä varauksella, sillä SRFluvun määritelmät ja asteikko ovat melko väljiä.

19 3 4. YHTEENVETO Tässä työssä on kuvattu Pyhäsalmen kaivoksen geologisen ja kalliomekaanisen kartoituksen työmenetelmät Kartoituksissa tehtiin havainnot kivilajirajoista, kalliolaaturajoista, ruhjeista ja merkittävistä raoista sekä jännitystilavaurioista. Lisäksi kalliolaatua hyvin kuvaavista kohdista tehtiin scanlinemittauksia. Kaikki jännitystilavauriot, merkittävät raot ja ruhjeet on valokuvattu digitaalikameralla. Myös kaikista kartoitetuista alueista on otettu kuva perän päädystä ja katosta, mikäli ne eivät ole olleet pölyiset. Tällä kartoitusmenetelmällä kertynyt aineisto on monipuolinen. Kartoitustyö on laajin Suomen kaivoksissa tehty. Kartoitusaineistoa voidaan käyttää hyväksi louhittavien tilojen suunnitteluun. Näin on tehty mm. 40 päätason louhinnan suunnittelussa. Kertyneestä aineistosta tehdyt tulkinnat on esitetty eri raportissa. Menetelmä sopii hyvin maanalaisten tilojen kartoituksiin, joissa erityisesti on odotettavissa jännitystilasta johtuvia vaurioita.

20 4 KIRJALLISUUSLUETTELO Barton, N.R., Lien, R. & Lunde, J Engineering Classification of Rock Masses for thedesign oftunnel Support. Rock Mech. 6(4), Barton, N.R. & Grimstad, E The QSystem following Twenty Years of Application in NMT Support Selection. Felsbau 2 Nr Grimstad, E. & Barton, N.R Updating of the Qsystem for NMT. Proc. int. symp. on sprayed concrete Modern use of wet mix sprayed concrete for underground support, Fagernes. Ed. Kompen, Opsahl ja Berg. Norjan betoniyhdistys. Oslo. Hakala, M., Kuula, H., Matinlassi, M., Somervuori, P., Syrjälä, P. & Tolppanen, P Analyses oftunnel Stress Failures at Pyhäsalmi Mine. Work Report 200XXe Hutchinson, J.D. & Diederichs, M.S Cablebolting in Undergroud Mines. BiTech Publishers Ltd. Richmond. Brittiläinen Kolumbia. Kanada. Ledger, A Stress measurement in the 25 m level Outokumpu Mining, Pyhäsalmi Mine. Rock Mechanics Technology Ltd. Korhonen, KH., Gardemeister, R., Jääskeläinen, H. & Vähäsarja, P Rakennusalan kallioluokitus. Tiedonanto 2, VTT/Geo, Espoo. Mononen, S Pyhäsalmen kaivoksen jännitystilamittaukset CSIRO HIkennolla +325, +350 Ja +375tasolla. Teknillinen korkeakoulu, Kalliotekniikan laboratorio. Priest, S.D. & Hudson, J.A Discontinuity spacing in rock. Int J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr. Vuorimiesyhdistys (toim. Matikainen ja muut) 982. Kaivos ja louhintekniikan käsikirja. Vuorimies yhdistysb ergsmannaföreningen r. y.

21 ~ ::. ''E l f F r ~ lf }f j Q oukal,ompu Malmio: ~ " r J. ~y~~alm~n_k~~vo~ P~rä : l~009.q.s,. Ge?.,logi:,. ~ ~räka. ~_Q~~ L.~~jit, A II 8. r lr o. 4 Suunnat asteita s Piste Aloitus bopetus Kivilaji Rakenne 8uuntautuneisuus Raekoko ~ lpltuus m lpituus,m tyyppi Kaade K. suunta mm HVULK EJ 8 76 S2 Vr < HVULK EJ 8 8S 7S Yr < :S HYULK EJ Vr < D HVULK EJ Vr < ' HVULK EJ 8 Vr < HVUU< EJ Vr < '3' 29 5 HVULK EJ Vr < lf KCUKMA MO Vr SKCUKMA MO Vr...S & KCUKMA lv0 0 kas ~ KCUKMA MO 0kaS '8' SKCUKMA MO 0 kas,~~ KCUKMA MO 0 kas JQ 2 ~!3 2~ r45 26 :d '2a [29' '~ M lt~ l'. n ~ l\ KivilaJi :alolaal:u Rakenteet. a.länni:'i!st iavau'lol>. ~ Scanllne f f l! MTM I Rapautu ~ neisuus RpO RpO RpO RpO RpO RpO RpO RpO RpO RpO RpO RpO RpO j J,r K L, r M f N o,r. f ~j,!,. ~ t r +! ~.. t i ~! Louhinta Kartoitus Pultitus Rb!Huom! p'äivays päivays päivåys päiväys S isiirros !ruhjex2 perän pääs !ruhjex2 perän pää~ iepid vähän 3, S.2.999! 6, ! JO!geo200g05_pera~ ! !geo200giOS~pera ! !geo200giOS pe_r~ !hvulk sulk keskellä !! f!!l' _._...,.;:;., ~ ~ ~r l' ()... Ul

22 A II ~ II ~ ;. P ll f lrt3~ [ H ~ ' J l k'' l L M N Jl. r t: t'l t. vl4.:h... c..unpu Malmio:, I py_h_äsalmen_!<a!vos r.. t er~ : i 250~ p2 :~ ~ Geolo9d MTM r : ~ Peräkartoitus, k~ lliomeka~ J _ ~ [ 5 Piste Aio~~~ ~o_pe~ s RQD Jt') Jr Ja Jw SRF _ Q' Q Kiirtoitus Huom! rs lpituus,mlpituus,m % päiväys 7c natisi a natisi, mahd heikko vaakarakoilu perän päässä=> VRT SEUR KATKOTI toinen päärakosuunta 05256, paikoin hapettunut pinta iö BO vasta lastattu tyhjäksi, natisee ja tiputtelee koko ajan natisi ja ripotteli vähän (oli jo pultattu) ~ ~~ pultattu ja rauhoittunut viikonlopun yli 3pv puhattu ja rauhoittunut viikonlopun yli 4pv, ~ natisi rauhoittunut viikonlopun yli r natisi ja ripotteli natisija ripotteli ~ natisi ja ripotteli vähän is natisi vähän, pultattu, ' rapattu ' natisivähän natisi vähän ~ = natisivähän natisi ja ripotteli vähän ~ panostettu ~ '$ pullataan ~ 26'' ei pultattu loppuun asti. Pauketta. ' > pulttaus menossa ~ 3) natisi + 3 ' ~ ~ ~ I J ~ \: ndat ~Kalliolaatu Rakenteet Sc.IJritwi l! ~. r c;......,. ~ N 0

23 .A.r. a~. lc:cjc o:_lre _:l ~E'=_J I r u l~ lr J K ~ vj'~"~. :..umpu J Malmio~ _ : y_bäs. alme!! k.aivos + J P ~ä:.l 22 gcl23 l Suunnat asteita Geolo~t, MTM ~~ _ räkartoitu~a ~~nteet _ r l. f. _ W Pist _~ ~_Ealk~~ ~ Kaa~~ ~ ~~ at. T :y~pi r6 m suunta Ril 8 ' Ril Ril Ril r o 275 Ril ~ r J.a ~ake_!)t. ]JJ_aksuus Qj 0. if. if.,... Rakotäyte KLO KLO AMF KLO II L lr M ~ K~rtoitus Huom! päiväys rako/siirros vas seinässa rakopinnalla oma muotoisia amfiboll rakeita, 7rakopinta+amfl<it[ rakopinta_klo venymärakopinnalla? ' 4 0. ' Ril KLO Ril vas seinällä rako kahden pystyraon välissä t. l Ril '5 fö '2 ~ II _ =_! ~ ~~ ~ ~ ~... i... ~ b:. hf~~~ ),Rak.mteet ~stiävuiot Scanlne'I f~ ~ ~., _ ~ ' ~ w...j

24 rnn,.,r~=n=o r e r f. ] f a IL H "' J [ K \,.\,"' ~ "'\O.lllPU <i ~~lr:t:ji9 ~ t l~ ~._,: ~ ::Y~äs~Jm~n _k~ivos rt Perä :!~vt_ G_eo!o~i 4 l]jpiste ~~loitus~l~petus~ yaurio:l _ Vaurion _Paikka IMurtum_a,Tunnelin T.. u. ~.~e.li< n l Ka.~o),tus 8 ptuus,m ptuus,m tyyppi leveys,mlsyvyys,m tyyppi suunta s~amt pavays 7 j J!Katto IRako J Katto Rako Katto Rako Katto M/R Katto M/R Katto M/R ' IJ4 9.5J3 23.9IJ3 40.5J3 5 J2 6.8IJ3 43.5IJ3 5"0,5 Katto. 0.3 Oik. seinä Katto Katto Katto M/R M/R Murto M/R Murto L :==J; M ll 'N ~ MTM J. Kuvatiedosto,. l ~ u Huom! r natisi, vaurion syvyys ja leveys _yaikea_arv natisi, vaurion syvyys ja leveys vaikea arv natisi, vaurion syvyys ja leveys vaikea arv natisi a ri otteli vähän, vaurion ~yvy_y~ la geo290vt_5jannva rappausta pudonnut lgeot~vt 5j~l'l_l'}lla4ra~usta pudonnut natisee ja tiputtelee natisee ja tiputtelee vähän natisi a ri otteli vähän, vaurion syvyys ja 24..2{ITJ geo300vt_risteys rappausta pudonnut natisee ja tiputtelee natisi ja ripotteli ~ ~ ' 28...,HlNJiMK.::~.i::::l ~iciiioiatu l Raliirieet }..Jännitystilavauriot Siiiine~ ~ ~ i.c t: ~..j:::... 00

25 lr"=r er~n o r _ o~[ _l:,_~ _ "JLti.:Jo:=L J Jr K r L r M N ~, 0, j!,scanline KARTOITUS l 2 Pyhäsalmen kaivo_s _ Perä: 400p_, ~, ~~ Sivu:_,,_/ Pist~ J 3 f Linjan ~un _nus : =±scan 5; _ f scan Kivilaji: HVULK Taso: 400 Aloituspituus:5 Ka_9de: 0 Kulku :~ Linjan pituus: 0, m _ Geolo~i: _M_T M':~ =i..b_9<9~ Q. I!<_m : 4 _ R_o g.j ~g + ~~ ~~~ ~ k~9_ ~r:).. ~ _l<.a. J~) _ Jw: ~ R.F : I?O ' Huom! /vasseinal [, Q:l 2.398,Kuvatiedosto: geo405p 7 < 30_ C!}lJ~Qj 9,_ ~_i_h!!omiqi!!a ~ ~t 47 ~~3 P_~i~~ys ~...;;; 3...:.. = 5=.2=0.:;..:00::... ;_,...8 Suunnat asteita Y = yhtyy toiseen rakoon, P = päättyy kallioon, J = jatkuu näkymättömiin ~~ 9 IN.ol Kaade IK.suuntal Väli, m Pit. m Päätelcm/ml Jr Ja IAva.mml Täyte Tyyppi Huom!...,oTT 45f 2o8l o.6sl A5I P p 2 2 t2 l p al o3 o..5 r Hi l 6 f6 ~ (} ~ 7 r_n T_ nr ~ ~ MtA~itiätU, rtd z a~.nx" ~~ ~ ~., ~lr= l_,ll5 l.r. ~... ~ ==...t () U't \0

26 20 Liite 6 Kalliomekaanisen tiedon keräys Pyhäsalmen kaivoksen kaivosperistä LUONNOS Pauli Syrjänen, Gridpoint Finland Oy Erik Johansson, Saanio & Riekkola Oy Nina Sacklen, Saanio & Riekkola Oy

27 2 JOHDANTO Outokumpu Mining Oy:n Pyhäsalmen kaivos on tekemässä kaivoksen syvyysjatketta. Tässä yhteydessä louhitaan vinotunnelia syvyydelle 430 m. Louhittava vinotunneli sijaitsee happamassa ja emäksisessä vulkaniitissa, jossa esiintyy ajoittain pegmatiittijuonia. Vulkaniitin keskimääräinen yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus on välillä MPa. Syvyyksillä m vallitsee noin 65 MPa:n suuruinen in situ vaakajännitys. Ko. olosuhteissa vinotunnelissa on paikoitellen esiintynyt silminhavaittavaa kivenrikkoutumista eli hilseilyä. Pyhäsalmen kaivoksen vinotunnelin louhinnan aikaiset kalliomekaaniset kokemukset ovat myös kiinnostavia Posiva Oy:n ydinjätteen loppusijoitustilojen tutkimusten ja suunnittelun kannalta. Posiva Oy:n Parviprojektissa on käynnissä työ, joka liittyy kokemusten keräämiseen kallioperän ominaisuuksien vaikutuksista syvällä louhittavien kalliotilojen käyttäytymiseen ja toteuttamiseen. Tässä työohjeessa käsitellään Pyhäsalmen kaivoksen kalliomekaanisen tiedon keräämistä kai vosperistä. Tiedon kerääminen tähtää siihen, että opitaan ymmärtämään minkälaisissa kalliomekaanisissa olosuhteissa mahdollista ki ven rikkoutumista tapahtuu. Työn tarkoituksena on kerätä tietoa vinotunnelissa mahdollisesti tapahtuvista jännitystilan aiheuttamista vaurioista. Tiedot toimivat lähtötietaina myöhemmin tehtäviksi suunnitelluissa tulkinnoissa.

28 ~ ~ ~ 22 2 KALLIOMEKAANISEN TIEDON KERÄÄMINEN 2. Yleistä Vinotunnelista määritetään kivilajirajat, kalliolaaturajat, jännitystilavauriot sekä ruhjeet ja merkittävät raot. Lisäksi kalliolaatua hyvin kuvaavista kohdista tehdään scanline mittauksia. 2.. Kivilajimääritys Kivilajimääritys tehdään karttapohjalle ja siirretään toimistolla Exceliin (kuva ). A T 8 T c D E F T G T H l : K ] L M N! IQo pu...!... Malmio: l l ~,Pyhäsalmen k.~ Perä: Geologi: ~ Peräk artortu ~. krvllajr! + Suunnat ast8ita' 4 Piste Aloitus Lopetus Kivilaji Rakenne Suuntautuneisuus Raekoko ~apautu: Louhinta Kart oitus Pultitus Rb Huom! 6 lpituu s,m pituus,m tyyppi Kaade k suunta mm neisuus päiväys päiväys päiväys päiväys * J27 28 ~ ~KivlaiiL~ RWntiiit, 'Salh 4 = '~ Kuval. Kaivosperien kivilajimääritystietojen syöttötaulukko. 0 r=,:':"": : i T.rr Aloitus ja lopetuspituus Aloitus ja lopetuspituus määritetään kivilajirajan mukaan. Kivilaji Kivilaji merkitään kirjainlyhenteellä. Lyhenteitä ei välttämättä tarvitse kirjoittaa, vaan ne voi valita listasta hiirellä valitsemalla (kts. kuva ). Valintalista tulee näkyviin kun kursori viedään kivilajikenttään. Rakennetyyppi Rakennetyypin kohdalle merkitään rakennusgeologisen kallioluokituksen mukainen kivilajien liuskeisuusaste: Massamainen ei suuntaa: MO suuntaus heikko: Ml Liuskeinen suuntaus kohtalainen: L2

29 23 suuntaus voimakas :L3 Seoksinen ei suuntaa: SO suuntaus heikko: Sl suuntaus kohtalainen: S2 suuntaus voimakas: S3 Merkintä annetaan valintalistasta. Suuntautuneisuus, Kaarle, Kaateen suunta Suunnat mitataan geologin korupassilla (kuva 2). Mitattujen suuntien tulee olla karttapohjoisesta joten magneettinen eranto on korjattava korupassin suuntakorjausruuvin avulla. kansi ja mittalevy kannen lukitus kompassineulan, lukitus kaadaasteikko cmas. teikko ; suuntakorjattsruuvi rasiatasain peili Kuva2. Breithaupt Kassel'in valmistama geologin kompassi. Rakenteita mitattaessa korupassin kansi laitetaan rakenteen suuntaiseksi. Kantta painetaan rakenteen pintaa vasten ja korupassia kääntämällä ja kannen kaltevuutta muuttamalla kompassi asetetaan vaakasuoraan rasiatasaimen avulla (kts. kuva 3). Mikäli kompassin joutuu nostamaan silmien yläpuolelle näkyy rasiatasain kompassissa olevan peilin avulla. Korupassin ollessa vaakasuorassa painetaan neulan vapauttavaa kompassineulan lukitusnappia. Neulan asetuttua oikeaan suuntaan vapautetaan nappi. Neula on nyt lukittu ja mitatut arvot eivät muutu vaikka korupassia liikutellaan. Tässä vaiheessa on varottava liikuttamasta korupassin kantta. Rakenteen kaade luetaan kaadeasteikolta, jossa se näkyy kymmeninä asteina. Jos kaadeasteikko näyttää punaista numeroa luetaan kaateen suunta kompassineulan punaisesta päästä, jos mustaa numeroa neulan mustasta päästä. Tavallisesta kompassista poiketen suuntaasteikko kasvaa vastapäivään. Jos kaade on esim. 8 ja kaateen suunta 47 se merkitään 08/047. Merkittäessä kaade aina kahdella ja suunta aina kolmella numerolla tiedetään aina kumpi arvo on kaade ja kumpi kulku.

30 24 Kuva 3. Rakosuunnan mittaus geologin kompassilla. Raekoko Raekoko mukaan: määritetään rakennusgeologisen kallioluokituksen Mineraalien vallitseva raekoko Vr (0 mm) hienorakeinen: Vr < keskirakeinen: V r... 5 karkearakeinen: Vr suurirakeinen: V r > 50 Merkintä annetaan valintalistasta. Rapautuneisuus Rapautuneisuus kallioluokituksen mukaan: rapautumaton: RpO vähän rapautunut: Rp runsaasti rapautunut: Rp2 täysin rapautunut: Rp3 Merkintä annetaan valintalistasta. määritetään rakennus geologisen

31 ~ ~ Kalliolaadun määritys Kalliolaadun määritys tehdään yhdessä ki vilajimäärityksen kanssa karttapohjalle josta se siirretään toimistolla Exceliin (kuva 4). Aloitus ja lopetuspituus Aloitus ja lopetuspituus määritetään kalliolaadun vaihtumiskohtien perusteella...x::ll e~=c u F l G : H.. J K T L: t M r N 0 : ~ ~ Pyhäsalmen kaivos Perä: i Geologi: 4 Piste Aloitus Lopetus RQD Jn ~ Ja!!! s~ _Q' Q_ Kartoitus Huom! ~ ~rakarto i tu~ ~II)Qme kan i ikka r * pituus,m lpituus m % päiväys l ~ ~ t 2, 22 + ~ n ~ ~ 3 32 l... 4 l.i M. IYIIIt ).r.:allolutu Rllreiltelt I..Scd'ii... u. ~ Kuva 4. Kaivosperien kalliolaadun syöttötaulukko. T ake RODw as the average of many measurements Kuva 5. RODw::::: KJ II. X 00 ::::: 6% 200 Oe; length ot rulej RQDluvun miiäritys mittaamalla perän seinästä (kuva lähteestä Hutchinson ja Diederichs 996).

32 26 RQD RQDluku määritetään silmämääräisesti rakoilun tiheyden perusteella. Kokemattoman kartoittajan on kuitenkin syytä aluksi määrittää luku mittaamalla useammasta kohdasta 2 m pituisten erisuuntaisten osuuksien keskiarvona (kuva 5). Jn, Jr, Ja, Jw Luvut määritetään Qluokituksen ohjeen mukaan. Q luokituksen ohjeet on esitetty kohjdassa 3. SRF luku määritetään Qluokituksen ohjeen mukaan. Jännitystilaluku SRF määritetään suurimman pääjännityksen <> ja kivilajin puristusmurtolujuuden <I>c suhteen <l>d<i>c avulla. Määritystä tarkennetaan silmämääräisten havaintojen perusteella etenkin tilanteissa joissa <>/<l>c < 0. Yleensä Pyhäsalmen kaivoksella voidaan käyttää SRFluvun määrityskohtaa 'Hyvä kallio, jännitystilasta aiheutuvia ongelmia'. Tällöin SRFluku määräytyy seuraavasti: Jännitykset pieniä, perä lähellä maanpintaa, crdcrc > 200; SRF = 2,5 Keskinkertaiset jännitykset, crdcrc = : SRF = Korkeat jännitykset, hyvin kiinteä rakenne. Yleensä edullinen lujuudelle, mahdollisesti epäedullinen seinien lujuudelle, crdcrc = : SRF = 0, Lievää kivilaattojen hilseilyä > tunnin kuluttua (kiinteä kallio), cr /crc = : SRF = Kivilaattojen hilseilyä ja kallioräiskettä muutamassa minuutissa (kiinteä kallio), crdcrc = : SRF = Runsasta kallioräiskettä ja välittömiä dynaamisia muodonmuutoksia (kiinteä kallio), crdcrc = < 2: SRF = cr =kallion suurin pääjännitys crc = kivinäytteen yksiaksiaalinen puristuslujuus Jos mittaustuloksia kyseiseltä alueelta ei ole käytettävissä määritetään kallion suurin pääjännitys SRFluvun laskentaa varten kaavalla: cr = 2 0,029 H jossa H on kartoituskohdan kaivos taso. Laatuluokka Tähän kohtaan ohjelma määrittää sanallisen kuvauksen annettujen parametrien perusteella. Tätä saraketta on syytä tarkkailla sillä lähtötietojen syöttö tai arviointivirheen voi havaita epänormaalina laatuluokkana.

33 Ruhjeet ja merkittävät raot Muiden kartoitusten yhteydessä merkitään karttapohjalle kaikki ruhjeet ja merkittävät, yli 20 m pituiset raot tai raot jotka selkeästi jatkuvat perän ulkopuolelle. Syöttötaulukko on esitetty kuvassa 6. Ruhjeet ja merkittävät raot valoku vataan. ~ po A T B T c l 0 T E, F T G T H J II K [ T M [;) :;"' pu Malmio: ~ Pyhäsalmen kaivos Perä: t eräkartoitus, raken~et ~ 4 Suunnat asteita Geologi: ~~ ~ cpiste ~ Y~i~ ~aa~ _J<a_at. D yppi jr ~a Rakent. Rako ~oitus~ ~m! 6 m suunta paksuus tayte päivays +..! L! t t ;28' 29 ~ ~ :'. Hl ' l t KelaleitU. '!..Rakenteet.l~ lrw'/.u= Kuva 6. Ruhjeiden ja merkittävien rakojen syöttö taulukko. Paikka Kenttään merkitään rakenteen paikkaa osoittava paaluluku. Kaltevien rakenteiden osalta merkitään rakenteen paikka m korkeudella perän pohjasta. Paksujen rakenteiden osalta merkitään kohta, josta rakenne alkaa. Kaade, Kaateen suunta Rakenteen kaade jakaateen suunta mitataan. Tyyppi Rakenteen tyyppi määritetään soveltamalla rakennusgeologisen kallioluokituksen rikkanaisen kallion rakennetyyppejä seuraavasti: Ril = yksi tai muutama yhdensuuntainen tasomainen rako jonka pituus on > 20 m tai joka selkeästi jatkuu perän ulkopuolelle. Rill = ympäristöstään selkeästi erottuva kohta, jossa rakoilu on runsasrakoista, rakoväli cm, ei rakotäytettä tai täytteisyys hyvin vähäistä. Rilll = tiheärakoinen, rakoväli < 0 cm, ei rakotäytettä tai täytteisyys vähäistä.

34 28 RiiV = runsas ( cm) tai tiheärakoinen ( < 0 cm), raoissa selkeästi savi ym. täytettä. Runsasrakoinen rakenne merkitään RiiVRk3 ja tiheärakoinen RiiVRk4. RiV =heikko, runsaasti kalliosavea sisältävä kallion osa Rakenteen paksuus Kohtaan merkitään rakenteen paksuus metriä kohtisuoraan rakenteen suuntaa vasten. Rakotäyte Rakotäytteen tyyppi merkitään lyhenteellä Jännitystilavaurioiden kartoitus Kohdat, JOissa esiintyy jännitystilavaurioita merkitään liitteen A lomakkeelle. Lomakkeelle, joka esittää aukilevitettyä perää (holvi ja seinät) piirretään vauriokohdat Muut tiedot jännitystilasta merkitään kuvan 7 lomakkeelle. A T 8 T c T D E l f F Ii G H J K II L M t tq pu l Malmio: t ~ Pyhäsalmen kaivos Perä: Geologi: ~ Peräkartoitu~j ännitystilavauriot 4 ~ 7 e 9 0 i L P ~te Aloitus LE_E~ etus Vaurio Vaurion Pa~ Murtum~t Tunnelin Tunnelin Kartoitus Kuvatiedosto Huoml IPitU"Us:rTI tyyppi pituus,m leveys,m svvvys,m tyyppi suunta 'Siiairlti päiväys ) ~'\ KHid l Kallolllltu Rllor.teet ~JY5tllavaurlot 5cMllne ' N ~ V':.. Kuva 7. Jännitystilavauriotietojen syöttöloulke. Vanrion tyyppi Vaurion tyyppi määritetään seuraavan luokituksen mukaan: JO Jännitystilavaurio puuttuu. J Ei kivilaattojen hilseilyä mutta muita havaintoja (esim. ääniä) suuresta j ännitystilasta. J2 Lievää kivilaattojen hilseil yä.

35 29 J3 Kivilaattojen hilseilyä ja kallioräiskettä. J4 Runsasta kallioräiskettä ja välittömiä dynaamisia muodonmuutoksia. Vanrion leveys ja syvyys Vaurion keskimääräinen leveys mitataan tai arvioidaan. Vaurion syvyyden määrityksessä pyritään mittaamaan tai arvioimaan kuinka syvälle vaurio ulottuu siitä pinnasta, joka olisi perän kalliopinta jos vaurioita ei esiintyisi. Paikka Kohtaan paikka merkitään onko vaurio katossa vai vasemmassa tai oikeassa seinämässä. Vasen ja oikea määritetään katsomissuunnan ollessa kohti kasvavaa paalulukemaa. Vaihtoehdot valitaan listasta. Murtumatyyppi Irronneiden kivilaattojen/lohkareiden murtumatyyppi määritetään sanalla Murto, jos kivi on murtunut ja sanalla Rako, jos irtoaminen on tapahtunut rakopintoja pitkin. Jos lohkare on osittain murtunut ja osittain irronnut rakopintoja pitkin merkitään M/R. Louhinta ja Rb pvm Näihin kohtiin merkitään vaurioalueen louhintapäivämäärä ja ensimmäisen ruiskubetonikerroksen ruiskutuspäi vämäärä. Vaurioituneet alueet valokuvataan Scanline kartoitus Scanline kartoitus tehdään yleistä kalliolaatua kuvaavissa kohdissa. Niiden tarkoituksena on saadan tarkemaa tietoa kalliolaadusta. Siksi niiden paikat tulisi valita niin, että ne kuvaisivat parhaiten ymäröivää kalliota. Scanline on m pituinen kaivosperän seinään spraymaalilla piirettävä viiva. Viivan kohta tulee valita siten, että se on koko pituudeltaan saman kalliolaadun alueella ja että rakoilun tyyppi ja rakosuunnat ovat suunnilleen samat viivan pituudella. Viivaan merkitään spraymaalilla sen pituutta kuvaavat metriluvut metrin välein. Tämän jälkeen alue valokuvataan. Yhteen kuvaan mahtuu noin m viivaa. Scanline kartoituksen tulokset merkitään lomakkeelle, jonka saa tulostamaila scanline kartoitusten Excel syöttötaulun (kuva 8). Otsikkotiedot Scanline kartoituslomakkeen otsikkotietoihin merkitään kohde eli perän tunnus, scanline viivan aloituspituus (aloituspaalu) sekä viivan kulku ja kaade asteina ja pituus metreinä. Muita koko scanlinea koskevia syöttötietoja ovat rakojen lukumäärä, rakosuuntien lukumäärätekijä Jn, rakojen vedenläpäisevyysluku Jw ja jännitystilaluku SRF. Lisäksi kartoittava geologi merkitsee nimensä ja päiväyksen. Ohjelma laskee itse otsikkotietoihin seuraavat arvot: RQDluku lasketaan rakojen lukumäärän ja linjan pituuden perusteella Priestin ja Hudsonin 976 esittämällä kaavalla: RQD =00eO,l(kpliL) [0,(kpl/ L)+l] jossa kpl = rakojen lukumäärä ja L = scanlinen pituus.

36 30 Kaikkien scanlinen rakopintojen karheusluvun Jr ja rakopintojen muuttuneisuusluvun Ja keskiarvot lasketaan otsikkotietoihin. Ohjelma laskee myös kallion laatua kuvaavan Qluvun sekä määrittää Qluokituksen laatuluokan. Kaade, Kaateen suunta Scanline viivalle osuvien yli 30 cm pituisten rakojen kaade jakaateen suunta mitataan geologin kompassilla. Väli Rakoväli edelliseen, samansuuntaiseen rakoon mitataan. Välin mittauksessa huomipoidaan rakoilun suunta niin että mitattu arvo on rakopintojen kohtisuora etäisyys toisistaan. Jos edellinen rako ei ole näkyvissä merkitään kenttään arvo (miinus yksi). Pituus Raon pituus mitataan tai jos se jatkuu perän ulkopuolelle arvioidaan. Pääte Raon päättyminen merkitään seuraavin koodein: Y = yhtyy toiseen rakoon, P = päättyy kallioon, J =jatkuu näkymättömiin. Jos raon toinen pää päättyy erilailla merkitään esim. Y/P. Excel taulussa löytyy valintalista kaikille vaihtoehdoille. D ~ ~ j ~ ~ Vl~ ~! "d l ": "'q. ~~~ lr&. ~ D. :al[too"fo ~HiJ j:l!4t;!jbi m $ ~,;ljj:.!l Arlal ~l. a.r. Jt le!~ Iill' ;i., ~ ~HF ~l. & A. CJ J A j 8 ~ C D E G H l j J j K j L M t N j 0 j p j _Q_.. Qoutokumpu SCANLINE KARTOITUS ~ Pyhäsalmen kaivos Huoml Suunnat asteita Sivu:! ~ Pera:_ r==] Unjan tunnus: Kivilaji: =:..,Taso: ;,!_ 4: AJoituspaalu: Kaade:,. Kulku:,... UnJan pituus...::m, Geologi: : 0 ~_B_~E!I:!Ikm : ROD: ~~ r, ka. Ja :_:_ Jw:.;,. : S=R"' F: j_ ~!::!_u 2!!ll a_: _ ~ tied :! ~ Kallion laatuluokka: Päivays: i B < 30 cm rakoia ei huomioida Y = vhtw toiseen rakoon, P = paattyy kallioon J =jatkuu nakymattomiin! 9 N.o Kaade K.suunta V~ l i m Pit m PMte cm/m Jr Ja Ava.mm Tavte Twpi Huom!! :! ~~0~r+~~4~+4~+~~~~ ~ F~7_8~~+~r+~+_,r+~~~: ~ 8 9 : ~ ~J 9~0, ~+~r+r+_,r+~i~ r~~~~+~r+r+_,r+~~~:. ~ F2~~2~~+~r+r+_,r+~~:.~ 22 3 ~~~4~~+~r+r+_,~+~~~ ~ ~ 5 : ~~6~~+~r+r+_,r+~~;~ ~~r+4~4~~+4~+~~ ~ :ib7...j Kuva8. Scanline kartoitustietojen syöttölomake. cm/m Raon aaltoilu crnlm mitataan jäykällä m pituisella mittakepillä, joka laitetaan rakopintaa vasten tai jos se ei ole mahdollista raon päälle vastaavaan asentoon. Raon ja mittakepin välinen suurin etäisyys mitataan. Jr, Ja Raon karheusluku Jr ja muuttuneisuusluku Ja määritetään Q luokituksen mukaan. A vauma,mm Raon avauma määritetään mittamaha tai arvioimalla. Alle 5 mm avaumissa voidaan käyttää seuraavaa jaottelua: 0 mm; <0, mm; 0,... mm;... 5 mm.

37 3 Täyte Täyte merkitään kohdassa x esitetyillä lyhenteillä. Tyyppi Rakenteen tyyppi määritetään soveltamalla rakennusgeologisen kallioluokituksen rikkonaisen kallion rakennetyyppejä seuraavasti: Ril = yksi tai muutama yhdensuuntainen tasomainen rako jonka pituus on > 20 m tai joka selkeästi jatkuu perän ulkopuolelle. Rill = ympäristöstään selkeästi erottuva kohta, jossa rakoilu on runsasrakoista, rakoväli cm, ei rakotäytettä tai täytteisyys hyvin vähäistä. Rilll = tiheärakoinen, rakoväli < 0 cm, ei rakotäytettä tai täytteisyys vähäistä. RiiV = runsas ( cm) tai tiheärakoinen ( < 0 cm), raoissa selkeästi savi ym. täytettä. Runsasrakoinen rakenne merkitään RiiVRk3 ja tiheärakoinen RiiVRk4. RiV =heikko, runsaasti kalliosavea sisältävä kallion osa

38 32 3 QKALLIOLUOKITUS Q luokituksen kehittivät Barton, Lien ja Lunde Norjan Geoteknillisessä Instituutissa ja se julkaistiin vuonna 974. Luokitusta on kutsuttu myös NGI luokitukseksi kehittäjien työpaikan mukaan. Luokitus perustui n. 200 työkohteeseen. Luokituksen viimeisin tarkennus on vuodelta 993 ja se perustuu.050 kohteeseen (Grimstad ja Barton 993). Q luokitus perustuu seuraaviin lähtöparametreihin:. RQDluku. 2. Rakosuuntien lukumäärätekijä l n. 3. Rakopintojen karkeusluku J,. 4. Rakopintojen muuttuneisuusluku l a. 5. Rakojen vedenläpäisevyysluku l w. 6. Jännitystilaluku SRF. Qluokitus kuvaa kallion laatua Qluvulla, joka lasketaan kaavalla: RQD, Q Jw Jn Ja SRF Kallion laatuluku Q on logaritminen suure Ja kuvaa kallion laatua seuraavasti: Taulukko. Kallion laatuluokat Qluokituksessa. Kallion laatuluokka Poikkeuksellisen heikko (exceptionally poor) Erittäin heikko (extremely poor) Varsin heikko (very poor) Heikko (poor) Kohtalainen (fair) Hyvä (good) Varsin hyvä (very good) Erittäin hyvä (extremely good} Poikkeuksellisen hyvä (exceptionally good) Qluku 0, ,0 0,0... 0, 0, Suhdeluku RQD!ln kuvaa kallion rakennetta ja se on karkea mittari kallion lohkarekoolle. Suhdeluku RQD!ln vaihtelee välillä 0/20 ja 00/0,5 mikä karkeasti vastaa 0,5 cm ja 200 cm lohkarekokoja. Bartonin ja muiden mukaan (974) laajin lohko voi olla useita kertoja suhdeluvun RQD!ln suuruinen ja pienin puolet siitä. Vähän tai kohtalaisesti rakoilleessa kivessä suhdeluku antaa

39 33 kuitenkin liian pierua arvoja. Esimerkiksi vähärakoisessa (RQD = 00 %) kalliossa jossa on kolme rakosuuntaa olisi lohkokoko vain cm! RQD luku voidaan määrittää mittaamalla joko kairasydämistä tai kalliopinnalta. Rakosuuntien lukumäärä ja satunnaisen rakoilun esiintyminen määritetään silmämääräisesti kalliopinnalta. Satunnaisella rakoilulla tarkoitetaan ensiksi määrättyihin rakosuuntiin kuulumattomia yksittäisiä rakoja. Jos rakoilu on kauttaaltaan sekarakoilua, on arvioitava, vastaako lohkareiden vapausaste, 2, 3 vai useampaa rakosuuntaa. Suhdeluku J,lla kuvaa kalliorakojen leikkauslujuutta. Rakopintojen karheusluku J, ja rakopintojen muuttuneisuusluku l a määritetään avulla tutkittavan alueen heikkolaatuisimman merkittävän rakosuunnan tai savitäytteisen epäjatkuvuuskohdan mukaan. Jos suhteelle J,lla IDinimiarvon antava rakosuunta kuitenkin on stabiliteetin kannalta edullisesti suuntautunut, saattaa jokin toinen epäedullisemmin suuntautunut rakosuunta tai heikkousvyöhyke olla merkittävämpi ja tällöin sen määräämää suurempaa arvoa tulisi käyttää ko. suhteelle. Kolmas suhdeluku lw!srf koostuu kahdesta jännitysparametristä. Parametri l w kuvaa veden painetta. Jännitystilaluku SRF kuvaa olosuhteista riippuen seuraavia tekijöitä: heikoissa olosuhteissa kalliotilan ympärillä olevan irtonaisen kiviaineksen paino kallion jännitystilan vaikutus kiinteässä kalliossa kokoonpuristuvan tai paisuvan kallion aiheuttama paine Jännitystilaluku SRF määrätään luokituksen taulukaista jos kallion raoissa on jatkuva savitäyte, kalliossa on tilan pysyvyyteen vaikuttavia heikkousvyöhykkeitä tai kallio on joko kokoonpuristuvaa tai paisuvaa. Kiinteässä kalliossa sen lujuudesta saattaa tulla heikoin tekijä. Tällöin pysyvyys riippuu kalliossa vallitsevan jännitystilan suhteesta ehjän kiven yksiaksiaaliseen puristusmurtolujuuteen. Jännitystilaluvun määritys on ainoana parametrinä muuttunut vuoden 974 jälkeen (Grimstad ja Barton 993). Koska eri tyyppisillä kallioilla voi olla sama Q luku on Iuokitusta käytettäessä tärkeää ilmoittaa myös mistä parametreistä Q luku on laskettu.

40 34 Tt au l u kk 0 2 R a k osuuntzen l u k umaarate... k lja... J (B n arton Ja muut 974) Jn A. Kiinteä kallio, jossa vain muutamia rakoja 0, Yksi rakosuunta 2 C. Yksi rakosuunta ja satunnaista rakoilua 3 D. Kaksi rakosuuntaa 4 E. Kaksi rakosuunta ja satunnaista rakoilua 6 F. Kolme rakosuuntaa 9 G. Kolme rakosuuntaa ja satunnaista rakoilua 2 H. Neljä tai useampia rakosuuntia, satunnaista, 5 voimakasta rakoilua, "sokeripaloja" J. Kallio murskaantunutta, maan kaltaista 20 Risteyksissä käytä (3 x Jn) Sisäänmenoaukoissa käytä (2 x Jn) Tt au lkk3 u 0 Rk a osuuntzen ka r k eus l u k u J r (B arton ]a muut 974) a) Rakopinnat kiinni toisissaan, tai b) Rakopintoja erottaa ohut rakotäyte, joka sallii enintään 0 cm siirtymän A. Raot epäjatkuvia 4,0 8. Rakopinta karkea tai säännötön, aaltoileva 3,0 C. Rakopinta sileä, aaltoileva 2,0 D. Rako haarniskapintainen, aaltoileva,5 E. Rakopinta karkea tai säännötön, tasainen,5 F. Rakopinta sileä, tasomainen,0 G. Rako haarniskapintainen, tasomainen 0,5 c) Rakopinnat eivät ole kiinni toisissaan ja niitä erottaa: H. Savimineraaleja sisältävä vyöhyke, joka on kyllin,0 paksu estämään kontaktin J. Hiekkaa, soraa tai murskaantunutta kalliota sisältävä,0 vyöhyke, joka on kyllin paksu estämään kontaktin Jr:n arvoon lisätään,0 jos keskimääräinen rakoväli on yli 3 m Arvoa Jr = 0,5 voidaan käyttää tasomaisiin haarniskapintaisiin rakoihin, joissa on viivoitus jos viivoitus on edullisesti suuntautunut Jr