Rock Engineering Aspects of the Concrete Lined Pressure Tunnels of the Drakensberg Pumped Storage Scheme

The rock engineering aspects of the concrete lined pressure tunnels for the Drakensberg Pumped Storage Scheme covering investigation, design and construction are described. The scheme has an operating head of some 500m and is located in a near horizontally bedded sedimentary rock formation containing relatively weak argillaceous strata. Detailed investigations included a test chamber, hydrofracture testing and in-situ stress measurements. The test chamber was fully instrumented and tested to determine the lining/rock response up to internal pressures of the same order as the overburden stress. Design criteria were developed for the permissible extent of the concrete linings with respect to overburden criteria, the long term rock support characteristics and the general behaviour of the composite lining/rock structure. Controlled excavation and support procedures for the tunnels are described. Lining prestressing using interface grouting was carried out to minimise the potential for cracking and inhibit deterioration of the rock due to the frequent pressure fluctuations within the waterway. The behaviour of the lining during watering up was monitored and compliance with the design model observed. Resume Une description est donnée des aspects géotechniques des tunnels de pression revêtus de béton pour le Projet de réservoir d’eau pompée de Drakensberg, couvrant les investigations, les études et la construction. Le projet a une hauteur d’eau disponible de quelques 500 m et il est situé dans une formation presque horizontale de roche sédi- mentaire en strates contenant des couches argileuses relativement faibles. Les investigations de détail comprenaient une chambre d’essai, des tests d’hydrofracture et des mesures d’efforts sur place. La chambre d’essai entièrement équipée d’appareils de mesure fut essayée pour déterminer la réponse du revêtement et de la roche jusqu’à des pressions internes du même ordre que celles dues aux terrains susjacents. Des critères d’étude ont été développés en vue de l’étendue permissible des revêtements de béton quant aux critères de terrains susjacents, des caractéristiques de support de la roche à long terme et de la tenue générale de la structure composée de revêtement et roche. Les méthodes d’excavation contrôlée et de support des tunnels sont décrites. Une précontrainte du revêtement au moyen de coulis interfacial fut effectuée pour minimiser le potentiel de fissuration et opposer la détérioration de la roche due aux fréquentes fluctuations de pression dans les tunnels. La tenue du revêtement durant la mise en eau fut observée et la conformité avec le modèle de l’étude respectée. ÜBERSICHT Die Beschreibung befaßt sich mit den gesteinstechnischen Aspekten der betonverschalten Druckstollen für das Drakensberg Bewässerung und Energiespeicherungsprojekt und behandelt Forschung, Entwurf und Konstruktion. Das Projekt hat ein Druckgefälle von ca. 500 m und befindet sich in fast horizontal gelagertem Sedimentgestein mit relative schwacher Tonschicht. Detaillierte Untersuchungen einschließlich Bau einer Testkammer, Hydrobruchversuche und Messung der Spannungen an Ort und Stelle wurden Jurchgefuhrt. Die mit kompletter Instrumentierung ausgerüstete Kammer wurde getestet, um die Verschal- ung/Gestein-Reaktion auf Innendrücke bis zur Uberlastgrenze zu ermitteln. Konstruktionskriterien für den zulässigen Umfang der Betonverschalung wurden entwickelt, die Überbelastung, die langzeitigen Tragfähigkeiten des Gesteins und das Verhalten der VerschalungZGesteinstruktur allgemein berücksichtigten. Gesteuerte Ausschachtungen und Abstützverfahren werden beschrieben. Um die Möglichkeit des Spaltens zu verringern und den Verfall des Gesteins durch häufige DrucksChwankungen zu hemmen, wurde eine Vorspannung der Verschalung mit Grenzflächenverguß durchgeführt. Das Verhalten der Verschalung während des Wasserauffüllens wurde überwacht und Übereinstimmung mit dem Entwicklungsmodell konnte festgestellt werden.