Dimensioneringsprinciper

Tätning mot inläckande grundvatten utgör en betydande del av tunnelbyggnadsarbeten i Sverige och står därmed även för den stor del av byggkostnaden och byggtiden. Erfarenheter från tunnelprojekt visar på svårigheter att lyckas med injekteringsdesignen och att osäkerheterna om förväntad uppnådd täthet är stor. I och med den förväntade publiceringen av 2:a generationen av Eurokod 7 under 2024 ser vi att geoteknisk dimensionering tar steget till en formell verifiering av gränstillstånd även för så kallade grundvattenkontrollåtgärder, om än för närvarande enbart för byggande ovan mark.

Tätning mot inläckande grundvatten utgör en betydande del av tunnelbyggnadsarbeten i Sverige och står därmed även för en stor del av byggkostnaden och byggtiden. Erfarenheter från tunnelprojekt visar på svårigheter att lyckas med injekteringsdesignen och att osäkerheterna om förväntad uppnådd täthet är stora. Detta påverkar i sin tur möjligheterna för entreprenören att följa tidplan, med förseningar och eventuella tvister som följd.

Injektering uppvisar i grunden liknande teoretiska förutsättningar som dimensionering av bergförstärkning genom att det för båda fallen råder relativt stora osäkerheter om markens faktiska beskaffenhet, variation längs tunnelsträckningen, samt beteendet hos den byggda konstruktionen. För bergförstärkning har trenden under senaste decennierna alltmer gått över mot att verifiera säkerheten genom analys av gränstillstånd (eng. limit-state design). En pådrivande faktor har säkerligen varit att Eurokoderna valt detta som teoretisk grund, även om principerna för gränstillståndsverifiering av byggnadsverk är över 50 år gamla vid det här laget. Poängen med att ställa upp sitt dimensioneringsproblem som ett (eller flera) gränstillstånd är att det möjliggör för projektören att – åtminstone i teorin – verifiera att gränstillståndet överskrids med enbart en viss tillåten sannolikhet.

För vissa typer av gränstillstånd kan detta verifieras med partialkoefficientmetoden, som är en semi-probabilistisk verifieringsmetod utvecklad för att slippa göra en full sannolikhetsbaserad dimensionering. Partialkoefficientmetoden är särskilt lämpligt för material och lastfall där ingående osäkerheter inte varierar särskilt mycket från fall till fall, vilket ofta gäller inom betong- och stålbyggnad. För byggande i jord och berg är tillämpbarheten av fasta partialkoefficienter mer teoretiskt tveksam, särskilt för samverkanskonstruktioner och i fall där den epistemiska osäkerheten varierar stort från fall till fall. De begränsningarna finns dock inte för sannolikhetsbaserad dimensionering.

När osäkerheterna är stora under projekteringen, är det ofta lämpligt att verifiera gränstillståndet med hjälp av en observationsmetod, som kan minska osäkerheterna genom observationer under byggtiden. Observationerna ska visa att faktiskt beteende faller inom de gränser som satts upp för den använda designlösningens giltighet. Observationsmetoder har setts som lämpliga för både bergförstärkning och tätning. Utmaningen i att använda observationsmetoden på ett framgångsrikt sätt ligger i att kunna fastställa gränserna för designens giltighet och tillhörande tröskelvärden som triggar åtgärder innan skada uppkommit.

Studien har två delar.

Del 1 utgörs en del av ett doktorandprojekt vid Kungliga tekniska högskolan, som syftar till att utveckla dimensioneringsprinciper för tunnelinjektering i enlighet med en verifiering av gränstillstånd. Forskningsresultaten är vetenskapligt underlag vid framtagande av en europeisk dimensioneringsstandard för undermarksbyggande i berg.

Del 2 syftar till att undersöka tillämpbarheten inom injekteringsarbeten, planering så väl som utförande, av en så kallad geoteknisk bedömningsgrund.

Deltagare

I studien arbetar Johan Spross, Fredrik Johansson, Liangchao Zou, Björn Stille, Åsa Fransson och Ola Forssberg och studien stöds av en referensgrupp bestående av Almir Draganovic, Ulf Håkansson, Thomas Dalmalm, Lisa Hernqvist, Sara Kvartsberg och Patrik Vidstrand.