Transcript Safety Bolt System –SBS

Cavimeter
Introduktion
Cavimeter är ett nyutvecklat system för att mäta håligheter och sprickor i
betongingjutna bergbultar.
Figur 1
Borrning och insättning av bergbult
Vid bergförstärkning med betongingjutna bergbultar borras ett hål i berget som fylls
med betong. Därefter installeras bergbulten maskinellt eller manuellt. Om betong
rinner ut i en spricka, ett hålrum eller om vatten – cementtalet (vct) är felaktigt
kommer den tillförda betongen inte att fylla upp hålet. Detta kan medföra korrosion
eller rostangrepp på grund av att vatten och luft kommer i kontakt med stålet i bulten.
En annan risk är försämrad förankring av bulten vilket innebär att bergförstärkningen
inte kan ta upp den last som var avsedd.
Cavimeter
Cavimeter är ett system utvecklat för att säkerställa kvaliteten vid bergförstärkning
med ingjutna bergbultar. Två varianter av systemet är framtagna och utprovade:
Cavimeter-Portable
Cavimeter-Field
En ytterligare variant av systemet för online - mätning direkt vid maskinell bultsättning
är under utveckling. Se Figur 2.
Figur 2
System i Cavimeter familjen
M ätprincip
Cavimeter metoden innebär att ett tunt perforerat mätrör appliceras i hålet
tillsammans med bergbulten. Mätrörets fastsättning en Kirunabult visas i Figur 3
Figur 3
Kirunabult med mätrör (mätbult)
I änden är röret fastsvetsad och avfasad och i mittsektionen försett med krympslang.
Bergbultens bricka har ett hål för genomföring av mätröret. Mätröret är försett med ett
plastskydd för att förhindra att betong tränger in när bergbulten trycks in i borrhålet.
Mätröret kan användas på olika typer av betongingjutna bergbultar.
Genom att ansluta en mätcylinder – fylld med kvävgas av visst tryck - till mätröret och
registrera tryckfallskurvan kan man bedöma kvaliteten på den utförda bergförstärkningen, se Figur 4.
1.600
Tryck före
1.400
Tryck (bar)
1.200
peVe pfVf
1.000
0.800
Tryck efter
0.600
0.400
0.200
0.000
0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0 11.0 12.0
Tid (sek)
Figur 4
Mätprincip för Cavimeter
Mätprincipen baseras på allmänna gaslagen: pV = nRT. Då volym och tryck före
respektive tryck efter att mätcylindern anslutits är kända kan de i bergförstärkningen
eventuella inneslutna håligheter eller sprickor bestämmas.
Nyttan av Cavimeter-metoden
Metoden möjliggör direkt mätning om betongingjutna bergbultar innehåller håligheter
och/eller sprickor. Mätning kan göras i anslutning till bultsättningen vilket ger ett
snabbt svar på kvaliteten på utförd bergförstärkning. Baserat på resultat från omfattande testmätningar vid LKAB:s gruva i Kiruna och en kylvattentunnel vid Oskarshamns Kärnkraftverk kan följande slutsatser dras:
Inga mekaniska problem vid applicering (manuell och med bultaggregat) av
bergbultar med mätrör
Det tar inge längre tid att sätta bultar med mätrör
Mätning kan utföras direkt efter utförd bergförstärkning
Mätning går fort ca 15 sekunder per bergbult
Man kan bestämma volymen på eventuella håligheter efter utförd
bergförstärkning
Man kan detektera sprickor i borrhål
En grov utvärdering kan göras direct genom att titta på mätkurvan
Metoden kan användas för att se om ytterligare bergbultar behövs
M ätning i praktiken med Cavimeter-Portable
Vid de tester som utförts hos LKAB i Kiruna har varje bult fått en unik identitet. Vid
mätning ansluts en mätprob direkt på mätröret och mätningen kan genomföras.
Figur 5
Fastsättning av mätprob
Data från mätningen registreras i mätsystemets dator. I Figur 6 visas mätväska och
mätdator.
Mätväskan innehåller en kvävgastub med tryckregulator, mätcylinder, elektriskt
styrda ventiler, batteri för strömförsörjning av mätutrustningen samt ett interface för
anslutning via USB ingång till en mätdator.
Alla ventilerna i mätväskan styrs
elektriskt varför styrning av hela mätförloppet kan kontrolleras via programvara i mätdatorn.
Eftersom trycket i mätcylinder - som
används vid mätning - normalt är lågt
(1-2 bar) räcker kvävgasen i kvävgastuben länge (flera tusen mätningar).
Innan 1:a mätningen genomförs kan
en referensmätning göras för att kompensera för volymen i mätslangen
Figur 6
Cavimeter - Portable: Mätdator,
mätväska och mätslang
Mätning vid maskinell bultsättning
Vid maskinell bultsättning används vanligen ett bultningsaggregat med en kassett för
bergbultarna. Bergförstärkningen genomförs i skift. Eftersom mätningen går snabbt
att genomföra kan skiftskarvarna nyttjas för uppmätning av kvaliteten i genomförd
bergförstärkning. Resultatet av mätningarna kan visas direkt efter utförd mätning
varför operatören direkt kan få feedback på utfört arbete.
Mätstav
Mätningarna görs idag normalt från en skylift för att nå upp till orttaket. En mätstav
har tagits fram för att man skall kunna mäta direkt från ortsulan. Denna testas för
närvarande, se Figur 7.
Figur 7
Mätstav för mätning från ortsula
Tiden för mätning tar ca 10-15 sekunder att genomföra om man inte tar hänsyn till
förflyttning av skyliften mellan olika kransar. Genom att använda mätstaven blir
behovet av skylift överflödigt vilket kommer att minskar den totala mättiden.
Erfarenhetsmässigt tar mätningarna idag cirka 45 minuter för 40 – 50 bultar om skylift
används.
Säkring av ort
Mätsystemet kan användas som ett produktionsverktyg. Man nyttjar skiftskarvar,
matpauser och korta ståtider t.ex. när ny betong blandas eller när bultkassetten fylls
på med nya bergbultar.
I full produktion kan bergbultarna som satts under skiftet mätas upp innan nästa skift
påbörjar sitt arbete. De bergbultar som eventuellt inte håller högsta kvalitet markeras
med sprejfärg. Efterföljande skift börjar sitt arbete med att kompletteringsbulta
spejade bultar och fortsätter sedan med sitt normala arbete. När det är klart mäts de
nya bultarna upp och de eventuellt dåligt satta bultar markeras med sprayfärg så att
nästföljande skift kan kompletteringsbulta, se Figur 8.
Mängden ”dåliga” bergbultar bör styra strategin vid förstärkning, dvs om mängden
”dåliga” bultar är stor så kan detta bero på sprickigt / dåligt berg.
Säkrad ort
Fm
Figur 8
Mätning
Em
Mätning
Princip för kvalitetssäkring av betongingjutna bultar vid maskinell sättning
En alternativ metod för mätning av bergbulthål vid maskinell bultning är att förse en
bultrigg med ett komplett mätsystem (Caviemter-OnLine). Operatören mäter själv upp
satta bergbultar. Mätdatorn placera inne i förarhytten registrerar mätförloppet. Om
mätdatorn indikerar luftinneslutning eller sprickor kan operatören sätta en ny bergbult. Företrädesvis kan Cavimeter-OnLine användas på bultaggregat som enbart
sätter bultar i områden med dåligt berg t.ex. i kontaktzoner mellan olika bergarter,
krosszoner eller områden med korsande sprickplan.
Mätning vid manuell bultsättning
Vid anläggning av järnvägs- och vägtunnlar är det förekommer manuell bultsättning.
Två principer kan tillämpas:
Systematisk sättning av mätbultar
Selektiv sättning av mätbultar
Systematisk sättning av mätbultar
Alla bergbultar som sätts är försedda med mätrör för att säkerställa 100% ingjutning
av alla satta bultar. Detta innebär att risken för korrosion minimeras för bergbultar av
vanligt ”svartstål” samtidigt som bergbultarnas funktion säkerställs. Denna metod
används företrädesvis i dåligt / sprickigt berg. För att säkerställa att bergbulten ej
kommer i direkt kontakt med bergytan kan den förses med en styrbricka som
centrerar bergbulten i borrhålets ändförankring och säkerställer att bulten har ett
täckande skikt av ingjutningsmassan.
Selektiv sättning av mätbultar
Om bergkvaliteten varierar kan mätbultar sättas
selektivt. När man når krosszoner, partier med
sprickor eller vattenrika parter sätts enbart mätbultar.
Vid manuell bultsättning kan antingen mätsystemet
Cavimeter-Portable, se Figur 6 användas eller
fältinstrumentet Cavimeter-Field. Fältinstrumentet
består av ett tryckkärl, handpump, manometer för
avläsning av trycket, en ställbar säkerhetsventil samt
en handstyrd ventil.
Cavimeter-Field är ett hjälpmedel för
bergentreprenörer att genom egenkontroll säkra
bergbultarnas ingjutning. Mätning kan göras i
anslutning till bultsättning. Mätresultatet utgör ett
underlag för entreprenören för att exempelvis förtäta
bultsättningen, betongspruta etc.
Figur 9: Cavimeter-Field