Investigations for a 1000 Metre Head Unlined Pressure Shaft at the Nyset/Steggje Project, Norway

Summary: The paper describes pre-investigations for a 1000-metre head unlined pressure shaft at the Nyset-Steggje Hydro-Power Project in Western Norway. The field investigations performed have included a thorough engineering geological mapping of rock types, joint patterns and zones of weakness. Rock samples have been collected for laboratory investigations of rock mechanics properties. The rocks in the shaft area consist of gneiss and granite, only slightly jointed and with few zones of weakness. The drillability and wear investigations indicate medium to good drillability and medium to low wear. To locate the shaft, a finite element analysis of the rock stresses have been performed. The main condition imposed is that the minimum in situ compressive stresses must be higher than the water pressure at any point along the shaft. Because of complicated topography a simplified topographic model has been established. The planned shaft has a location oblique in relation to the valley side. The calculations are therefore performed by means of 3 two-dimensional models representing vertical sections cutting the shaft at critical points. In situ stresses will be measured. If these differ appreciably from the calculated stresses, a re-evaluation of the shaft will have to be undertaken. ZUSAMMENFASSUNG Die Voruntersuchungen für eine unverbaute Druckschacht von 1000 meter statischer Druckhöhe bei der Wasserkraftanlage Nyset-Steggje in West-Norwegen werden beschrieben. Gebirgsarten, Kluftscharen und zerstörte Zonen wurden im Felde ingenieurgeologisch kartiert. Ausgewählte Felsproben wurden auf felsmechanischen Eigenschaften im Laboratorium untersucht. Die Gebirgsarten im Gebiet der Druckschact bestehen aus Gneiss und Granit, wenig zerklüftet und fast ohne zerstörte Zonen. Spezielle Laboruntersuchungen indikieren dass mittlere Bohrbarkeit und mittlerer bis geringer Verschleiss der Bohrwerkzeuge zu erwarten sind. Eine endliche Element Analyse der Felsspannungen wurde ausgeführt um eine sichere Lage der Druckschacht zu finden. Eine grundlegende Bedingung ist dass die kleinste in situ auftretende Druckspannung in irgend einem Punkt entlang der Schacht kleiner sein muss als der dort Auftretende Wasserdruck. Die topographischen Verhältnisse sind recht kompliziert weshalb ein vereinfachter topographischer Model verwendet wurde. Die geplante Schacht hat zur Talseite eine schräge Orientierung. Die Berechnungen wurden mit Hilfe von drei zweidimensionalen Modellen durchgeführt. Diese Modelle repräsentieren Vertikalschnitte durch die Schacht in kritischen Punkten. 538 Die Spannungen in situ werden gemessen werden. Falls die so gemessenen Spannungen erheblich von den errechneten Spannungen abweichen werden, müssen neue Überlegungen bezüglich der Schacht unternommen werden. RESUME: L’article dedrit les reconnaissances préliminaires menées pour le projet hydroénergétique de Nyset-Steggje, dans la Norvège de l’ouest. Le projet comporte un puits non-revêtu destiné à des pressions de 1000 mètres d’eau. Les reconnaissances effectuées en chantier ont inclus une cartographie detailleé des conditions geôlogiques, formation rocheuse, plans de fissuration et zones de faiblesse. Des eéhantillons de roches ont été prélevés pour fins d’essais des propriétés mécaniques en laboratoire. Dans les environs du puits, la formation rocheuse consiste de gneiss et de granite, avec peu de fissures et peu de zones de faiblesse. Les études de la forabilité et de l’index d’usure de la tête de forage indiquent une forabilité moyenne à bonne, et une usure moyenne à faible. A fin de déterminer la position optimum du puits, une analyse par éléments finis des contraintes dans le rocher a été faite. La criteie principal imposé requiert que la contrainte minimale in situ soit supérieure à la pression maximale de l’eau sur les parois due puits. Les conditions topographiques complexes au site ont nécessité le recours à un modèle topographique simplifié. Le puits proposé est localisé sur une oblique relativement à la pente de la valleé. Les calculs ont été faits au moyen de trois modèles bi-dimensionnels que représentent des sections verticales intersectant le puits à divers points critiques. Les contraintes in situ seront mesureés. Si celles-ci diffèrent de facon importante des contraintes pfedites au moyen de calculs, une réévaluation du puits sera entreprise.