Tunneldrivning är tidskrävande med varierande komplexitet från projekt till projekt, där en betydande del av sprängcykeln innefattar att låta injektering härda. Detta är tid där tunneldrivandet står stilla. Ifall denna tid skulle kunna reduceras skulle entreprenörer kunna spara in resurser genom att kunna spränga tidigare. Huvudsyftet med det här examensarbetet är att bidra med förståelse för hur utomstående krafter påverkar injektering. Detta för att man på ett korrekt sätt ska kunna dimensionera och reducera injekteringens härdningstid vid en tunneldrivning. Innan examensarbetets start hade tre olika kravställningar för cementbaserad injektering tagits fram. En del av examensarbetet inkluderade att formulera injekteringsrecept uppfyllande dessa krav, genom att få ökad förståelse för cementbruks reologi.  Genomförandet av arbetet delades upp i tre studier, där cementbruks reologi studerades på olika sätt. Arbetet började med att se hur viskositet och flytgräns ändrades med vattencementtal (VCT) med hjälp av en rheometer (roterande tester). Dessa undersökningar utgjorde studie 1. De vattencementtal som testades var 0,6; 0,8; 1,0 och 1,2. Från denna studie blev värdena höga och ansågs orimliga. Då cement är ett av de reologiskt mest komplicerade materialen rör det sig över stora delar av det viskoelastiska spektret. Det kunde konstateras att vidare studier bör utföras för att öka förståelsen för dels rheometern som mätredskap, dels cementets reologi. I studie 2 mättes samma parametrar som i den första studien, samt inträngningsförmåga, separation och densitet. Dessa tester genomfördes med hjälp av redskapen PenetraCone, Mud Balance, Marshkon, fallkon, muggprover och Yield Stick i laboratoriemiljö. Testerna genomfördes med samma vattencementtal som tidigare, men med två olika sorters cement: Injektering-30 och UltraFine 20. Från dessa tester kunde det konstateras att två av tre krav inte gick att uppfylla med UltraFine 20. Injektering-30 uppfyllde två av kraven med ett vattencementtal på 0,8 och det tredje kravet med ett vattencementtal på 0,6. Dessa resultat försöktes sedan återupprepas i ett fälttest vid Haga station (Västlänken) med blandning i en injekteringsrigg. Två blandningar som skilde sig lite från varandra gjordes under fältstudien. Den ena blandningen gav liknande värden som laboratorietesterna med en något högre flytgräns. Den andra blandningen var något mer lågviskös. Skillnaden mellan dessa två resultat misstänktes bero på skillnaden i tid de fick vara i injekteringsriggen. Det var från början planerat att utföra en ytterligare fältstudie, där Injektering-30 skulle injekteras med vattencementtalet 0,8 i två bergsskärmar. En sprängning skulle därefter ske efter tre timmar, men på grund av förseningar i produktionen har denna fältstudie skjutits upp till våren 2022. Studie 3 bestod av ytterligare rheometer-undersökningar, där oscillerande tester utfördes under en längre tid. Dessa tester gjordes för att se hur cementbrukets viskösa och elastiska skjuvmodul ändrar sig över tid. Genom att göra muggprov parallellt gick det att observera att när cementbruket övergick från att vara dominerat visköst till att vara dominerande elastiskt så ändrades brottsmekanismen i bruket. Cementbruket gick från att flyta fritt till att det uppstod ett cirkulärt skjuvbrott (okulärt observerat). Med resultatet från de oscillerande testerna delades cementets härdningsprocess in i fyra olika steg. Det första steget är när cementpartiklarna flyter vid ett muggprov (egentyngden är större än materialets flytgräns). Det andra steget är när bruket övergår från dominerande visköst till dominerande elastiskt och brottet som nu uppstår är ett cirkulärt skjuvbrott. Det tredje steget är när cementet härdat tillräckligt så att cirkulära skjuvbrott inte uppstår i ett muggprov. I detta stadie går det att peta ett hål i cementet utan att det läker sig själv. Det fjärde och sista steget är när cementen härdat så pass mycket att materialet börjat bete sig mycket sprödare och är som starkast.  För att kunna sätta en preliminär plan för dimensionering av härdningstid på cementbruket, så beräknades kraften som cementbruket upplever som en funktion av töjningarna i berget vid detonation. Detta gjordes med hjälp av Hookes lag och de oscillerande testerna som utfördes under längre tid för att mäta skjuvmodulen. Med detta så togs följande preliminära plan fram, för beräkning av härdningstiden på cementbaserad injektering:  Mät maximala deformationen i berget Mät den komplexa skjuvmodulen på bruket över tid   Ta reda på förväntad maximal sprickvidd Beräkna skjuvtöjning   Beräkna last     Gör fallkontest för att ta reda på hållfastheten i bruket Jämför teoretisk last och hållfasthet för bruket och se när hållfastheten blir större än teoretisk last Spräng efter den beräknade tiden. Planen har inte testats i praktiken och vidare studier behöver utföras. Sammanfattningsvis lägger examensarbetet grunden för vidare studier inom detta ämne. Indikationer från arbetet visar att härdningstiden teoretiskt bör gå att förkorta. Det spekuleras ifall det skulle gå att förkorta härdningstiden ytterligare ifall något sorts mikrofibrer eller likande används som armering i cementen, för att motverka det cirkulära skjuvbrottet som verkar uppstå. Det är självklart av yttersta vikt att denna armering inte påverkar inträngningsförmågan i någon större utsträckning / Tunnel excavation is time demanding with varying complexity. A significant part of the tunnel excavation cycle consists of letting grout harden. This is time where the excavation basically is put on hold. If this part of the excavation cycle could be reduced, the contractor would be able to save resources by conducting blasting earlier. The main purpose with this master thesis is to contribute with knowledge regarding how external forces affects grout. This is of significance to be able to design and to reduce the grout’s hardening time correctly. Before this master’s thesis began three different requirements for cement grout had been developed. One part of this master’s thesis included formulating grout recipes to fulfill these requirements, by gaining further knowledge regarding cement grout rheology. The execution of this work was divided into three part-studies where cement rheology was studied in different ways. The work started by investigating the water cement ratios influence on cements viscosity and yield point by performing rotating tests with a rheometer. This investigation was a part of study 1. The water cement ratios which were studied was 0.6, 0.8, 1.0 and 1.2. It was concluded that the results were way to high and was deemed unreasonable. Cement is rheologically one of the most complex materials, because it spans over great parts of the viscoelastic spectrum. It was concluded that further studies should be performed to further understand both how the rheometer works and cements rheology.  In study 2, the same parameters were measured as in the previous study with the addition of penetrability, separation, and density. These tests were performed with PenetraCone, Mud Balance, Marsh funnel, fall cone, mug tests and Yield Stick tests in a laboratory environment. The tests were conducted with the same water cement ratios as in study 1, but with two different brands of cement: Injektering-30 and UltraFine 20. From these tests the conclusion was that it was not possibly to fulfill two out of the three requirements with UltraFine20 whereas Injektering could fulfill all three requirements. Two out of the three requirements were fulfilled with a water cement ratio of 0.8. These results were then further investigated in a field environment at station Haga in Gothenburg. Two batches were produced, where one of the batches became slightly less viscous than the other and the lab results. It is believed that this was because the less viscous batch spent a longer amount of time in the mixer.  From the start, another field study planned to be conducted where Injektering-30 would be used as grout with a water cement ratio of 0.8. A blast would then be detonated after three hours. Due to delays in the excavation of Haga Station this study was postponed to spring 2022. Study 3 consisted of further rheometer-investigations where oscillating tests were performed during a longer period of time, to see how the shear modulus changed over time. These tests measured the viscous and elastic shear modulus of the cement. By doing parallel mug tests it was observed that when the cement went from dominant viscous to dominant elastic the failure mechanism of the cement changed. The cement went from flowing freely to what looks like a circular shear failure (ocularly observed). With the results from the oscillating test, the cement’s hardening process was divided into four different stages. In the first stage, the particles flow freely (weight of particles are greater than the materials yield point). In the second stage the cement will be more elastic than viscous, and a circular shear failure occurs. In the third stage, the grout has hardened enough so a circular shear failure won’t occur in a mug test. It is now possible to point a hole in the cement without it flowing, and it will heal itself. In the fourth and final stage the cement has hardened enough that the cement has a high strength and behaves brittle.  To estimate a preliminary plan to design the hardening time on cement the forces on the grout has been calculated as a function of the deformations in the surrounding rock. This was done using Hookes law and the oscillating tests which was performed during a longer period of time to measure the shear modulus. With this logic the following plan was introduced, to design the grouts hardening time: Measure deformations in the rock Measure the complex shear modulus of the grout over time  Find the maximum joint width  Calculate shear strain Calculate load Do fall cone tests to determine the strength of the grout Compare theoretical load with strength of the grout and see when the strength becomes greater than the load  Perform blasting after calculated time.  This plan has not yet been tested and need further studies to determine its validity.  In conclusion this master’s thesis is the groundwork to further studies regarding this subject. Indications from this work shows that the hardening time could theoreticality be reduced. One could speculate if it would be possible to shorten the hardening time even further by introducing some kind of reinforcement to the grout, which would prevent the observed circular shear failure. It is obviously important that the reinforcement does not interfere with the penetrability of the grout.

“Real time grouting control method” är ett koncept för att övervaka och bedöma spridningen av injekteringsbruk under injektering. Målet är att kunna använda penetrationsavstånd som stopkriterium och att kunna övervaka hur injekteringsarbetet fortskrider i realtid, vilket skulle göra injekteringsarbetet mer tids- och kostnadseffektivt. Teorin har prövats med data från ett tunnelprojekt i Sverige med kristallint berg från prekambrium-eran, och med data från dammprojekt i Iran och Laos med sedimentärt berg, samtliga med lovande resultat. RTGC-teorin har nyligen vidareutvecklats, där bedömningar och begränsningar angående jacking föreslås, utifrån en kombination av injekteringstryck och spridning av injekteringsbruk. Teorin har  tvecklats både för elastisk jacking, där deformationer kan kompenseras för, och för plastisk jacking, där deformationerna är permanenta. Effekterna av höga tryck och jacking kan uppskattas och de eventuella negativa konsekvenserna kvantifieras. Mer specifikt ligger fokus på vilken påverkan sprickdeformationer kan ha på penetrationsavståndet och på transmissiviteten i en spricka. Syftet med detta examensarbete har varit att undersöka vilka effekter höga injekteringstryck har på injekteringsprocessen av en tunnel med avseende på jacking. I examensarbetet har teorin för RTGC använts för att analysera data från ett järnvägstunnelsprojekt i Norge, där betydligt högre injekteringstryck än i Sverige generellt sett används. Teorin har kunnat appliceras på data framgångsrikt, även om mindre anpassningar varit nödvändiga. Orsaken till anpassningarna är att teorin främst är utvecklad för ett mer eller mindre konstant injekteringstryck, samtidigt som ett varierande injekteringstryck i viss utsträckning använts i det norska projektet. Resultaten tyder på att det skulle vara möjligt att spara både tid och pengar med hjälp av RTGC, genom att minska åtgången av både tid och injekteringsbruk. Resultaten antyder även att höga injekteringstryck kan orsaka betydande jacking om geologin och sprickornas orientering och längd är ogynnsamma. Om och i vilken utsträckning jackingen påverkar den slutliga tätningen av bergmassan har emellertid inte kunnat studeras i detta projekt, då data kring inläckage ej varit tillgänglig vid genomförandet av analysen. Vidare visas, trots vissa antaganden och förenklingar i den geologiska modellen, att denna teoretiska modell möjliggör en bedömning av effekterna som injekteringstrycket har på det slutliga resultatet. Detta bör kunna användas för att välja ett optimalt injekteringstryck. / The “Real Time Grouting Control Method” is a concept for governing the grout spread during a grouting operation. The goal is to be able to use the penetration length as stop criterion and to be able to monitor the progress of the grouting operation in real-time, which would make grouting operations more efficient in terms of time and cost. The theory has been tested with data from tunnelling projects in Sweden with pre-cambium rock, and with data from dam projects in Iran and in Laos with sedimentary rock, all with promising results. Recently there have been developments in the RTGC-theory that propose jacking limits based on a combination of grout pressure and spread of grout, both for elastic jacking, where deformations can be compensated for, and ultimate jacking, where deformations are permanent. With the theory, the effects of high pressures and elastic jacking can be assessed, and the negative consequences of elastic jacking can be quantified. Specifically, the  focus is on the effect that fracture deformation may have on the distance that the grout penetratesinto a fracture, and on the transmissivity of a fracture. The aim of this thesis is to evaluate what effects high grouting pressures may have on the grouting process with respect to jacking. To obtain this, the theory is used to analyse data from a railway tunnel project in Norway, where considerably higher grouting pressures than in Sweden are used. The application of the theory has been successful, even though some minor adaptions have been necessary. The reason for the adaptions is that the RTGC-theory is developed for a more or less constant grouting pressure, while a varying pressure to some extent has been applied in the Norwegian project. The results suggest that using RTGC could save time and money by reducing grouting time and grout volume. The results also suggest that the high grouting pressures may cause considerable jacking if the geology and fracture situation is unfavourable. If and to what extent the jacking affects the final tightness of the rock mass has however not been possible to determine, given that data regarding measured leakage has not been available at the time for this analysis. It is shown that despite assumptions and simplifications in the geological model, using this theoretical approach enables the estimation of the effect that the grouting pressure has on the outcome of the performed grouting, arguably allowing for the optimum grouting pressure to be selected.

When constructing a tunnel, the main challenges are geotechnical and hydrogeological. In the working process the aim in tunneling is to secure the rock mass by sealing the mass before blasting. This is done by grouting. The problem with tunneling is that there is a high leakage of groundwater when the boreholes hits fracture apertures that conduct the groundwater through the rock mass. The water flow is measured in dams continuously throughout the tunneling process. These dams are located at regular intervals along the tunnel. This master thesis has together with Golder and Trafikverket analyzed 15 selected dams. These 15 dams were selected because they had a uniform measurements of flow series for autumn 2020. But also, more important, a new grouting design was implemented in spring 2020. This study is limited to one contract from the project E4 Bypass Stockholm. The evaluated method is based on a backward calculation from grouting data to determine a theoretical fracture apertures. The theoretical fracture aperture is calculated from the rheology of grouting, pressure, and time for grouting but also the predicted fractures during the geological investigations. The hypothesis through the whole master thesis is that high leakage of groundwater correlates with larger fractures in the rock mass, and low leakage of ground water correlates with smaller fractures in the rock mass. Therefore, the leakage was categorized as high leakage and low leakage, respectively for the dams. To investigate this, the theoretical fracture apertures were determined with a calculation tool, MrGrout. This program has the capacity to handle a large amount of data. The result consists of graphical interpretations of the theoretically calculated fracture apertures from each category. The results showed that graphically there was a very small difference between the fractures for high leakage and low leakage, respectively. For the category of high leakage, it was found that 50\% of all fracture apertures were dominated by a size below 250µm. The low leakage had 50\% of the dominated fracture apertures below 200µm. To investigate whether there was a statistically significant difference between the categories the result continued with a T-test. The null hypothesis for the test was that there is no difference. The results of the test showed that we could not reject the null hypothesis and that there is no significant difference. However, the margin was too small to be able to secure the hypothesis graphically. Several assumptions were made to implement the method, which leads to uncertainties. The calculation method is made automatically, which is advantageous when analyzing a large amount of data. The disadvantage of the method is that a manual calculation would have given a more reliable result but also take longer to calculate. A manual calculation had also made the result subjective, which in turn would require several repeated attempts to make a statistically independent evaluation. The conclusion is therefore that the method should be used on other projects to be able to compare whether leakage correlates with fracture apertures in the rock mass. This study does not provide a direct basis for knowing whether we have achieved a sufficient seal. The method is in an early phase to be able to use theoretical fracture apertures in practical decisions for tunneling. / <p>Ämnesgranskare för examensarbetet:<em> Lars M. Hansen</em>, Institutionen för Geovetenskaper.</p>

Många infrastrukturprojekt involverar byggnation i berg där det alltid finns osäkerheter att hantera, dessa kan minskas genom att utföra fler undersökningar. Eftersom förundersökningar i berg är relativt dyra gäller det att hitta en balans där fältprogrammet är ekonomiskt försvarbart. Ett området som studerats det senaste åren är att utreda kostnadsnyttan som förundersökningarna tillför. Metoden som har utvecklats kallas datavärdesanalys och används för att kunna bedöma kostnadsnyttan av att utföra ytterligare förundersökningar innan de är utförda. Syfte med studien är att utvärdera kostnadsnyttan av ytterligare förundersökningar för en injekterings- och bergförstärkningsdesign i ett riktigt bergbyggnadsprojekt. Detta kommer att göras med en utvecklad statistisk metod av datavärdesanalysen.  Förväntade resultat från studien var: Undersöka hur insamlad data från tidigare förundersökningar i projektet kan användas för att bedöma sannolikheterna i datavärdesanalysen. Utveckla datavärdesanalysen för att vara tillämpbar i ett bergbyggnadsprojekt. Testa metoden i ett byggprojekt med riktig data och kostnader. Utvärdera om den framtagna metoden är tillämpbar i ett bergbyggnadsprojekt. I studien upprättades först två olika typdesigner för injekteringen och bergförstärkningen, baserat på en begränsad mängd data som fanns tillgänglig för en utvald sektion (fall 1). Mängden data som var tillgänglig i fall 1 är liknande som i en förstudie. Sedan upprättades två nya typdesigner för vardera område där kompletterande information från högkvalitativ data från kärnborrhål, hammarborrhål och vattenförlustmätning adderades (fall 2). Sannolikheterna i datavärdesanalysen bedömdes genom att använda en statistik metod. Den statistiska metoden baserades på en monte carlo simulering där stupningen på brottet antogs variera för bergförstärkningen och konduktiviteten antogs variera för injekteringen.  Studien påvisade goda resultat för att datavärdesanalyser skulle kunna implementeras i projekt som ett beslutsunderlag. Problematiken som kan uppstå i projekt där man har olika åsikter om hur mycket förundersökningar som behövs skulle kunna elimineras genom att använda datavärdesanalyser på den tillgängliga informationen samt nyttan av mer information. Detta är viktigt ur ett samhällsekonomiskt perspektiv. Det är dock viktigt att personen som använder verktyget förstår hur metoden är uppbyggd och dess antaganden. Gör man inte det finns det stor risk att beslut fattas på grund av felaktigheter som kan finnas i både indata och misstolkad utdata. Vidare rekommenderas att metoden utvecklas innan den används i ett riktigt projekt. Exempel på detta kan vara att göra mindre antaganden. Det kan också vara att försöka koppla datavärdesanalysen till var man har utfört undersökningen på sträckan man studerar. Man skulle även kunna inkludera fler parametrar i sin monte carlo simulering. Slutligen kan man, för att göra metoden mer användarvänlig, skapa en bättre plattform som den kan användas på. / Many infrastructure projects involve construction in rock, where there are a lot of uncertainties to deal with. These uncertainties can be reduced by performing preliminary investigations. Since preliminary investigations are expensive, it is necessary to find a balance where the field program is financially justifiable. In recent years cost-benefit analysis has been studied to investigate the benefits that preliminary investigations add. The method that has been developed is called value of information analysis and it assesses the cost-benefit of doing more investigations before they are performed.  The purpose of this report is to evaluate the benefits of additional preliminary investigations in a real project that could improve the grouting and rock support designs. The studied method is VOIA (Value of Information Analysis) based on statistical probabilities. The expected result of the study was: Investigate how collected data from preliminary investigations can be used to determine the probabilities used in the VOIA concept based on statistics. Develop a VOIA concept that is based on statistics and can be applied in a real project. Test the concept in a real project with real data and costs. Evaluate however the statistical approach was suitable to be applied in a real project. First part of the study consists of establishing two basic designs for grouting and rock support, that is based on a limited amount of information for a certain section of the project (case 1). The data available in case 1 is similar to a desk study. For the second part of the study the previous designs were updated and adjusted according to the additional information, from high quality investigations such as core drilling and water pressure test (case 2). The probabilities in the value of information analysis were evaluated using a statistical approach. The method was based on a monte carlo simulation where the dip of the plane was assumed to vary for the reinforcement design. For the grouting design the conductivity was assumed to vary.   Conclusions from this report proves that a statistical approach for the VOIA concept has great possibilities of being applied in projects as a tool before making decisions regarding preliminary investigations. The problem that often occur in projects today concerning different opinions about the amount of investigations needed, could be eliminated if a well constructed statistical model can be used that has the possibility of adjusting to the amount of available data. This would be beneficial from a socioeconomic perspective. However it's important that the user of this approach understand the purpose of every assumption and understands how to interpret the output data. Otherwise, decisions can be based on errors made by assumptions or bad input data.   Furthermore, recommendations is presented in this report regarding some areas that need to be developed before it is suitable to apply the method in a real project. One is to construct the VOIA concept based on fewer assumptions. Another is to connect the VOIA method to the geographical point of where the investigations have been made. There is also a possibility to include more parameters in the monte carlo simulation. Finally, to construct a more applicable tool in a project, a user friendly platform to conduct the analysis from is a great area to develop.

Detta examensarbete har gjorts i syfte att få fram förankringslängder till ett bergförankrat vindkraftverk. Målet med examensarbetet har varit att få fram längder på förankringstag och en prövning av flera olika stagvarianter har gjorts. Det dimensionerande momentet och egentyngden på vindkraftverket har tagits från ett tidigare projekt beläget i Solberg. Dessa krafter har fördelats ut till stagen och förankringslängder har tagits fram. De delar som har hanterats i rapporten utöver dimensioneringen är stagvarianter, borrning av stag, injekteringsbruk och provdragning. En bottenplatta i form av en oktogon har använts i dimensioneringsprocessen. Stagen har placerats i en cirkulär form i ett lager. Tre olika metoder har använts för att få den dimensionerande längden på förankringen. De tre metoderna hanterar: Vidhäftning mellan berg      och injekteringsbruk Vidhäftning mellan stål      och injekteringsbruk Bergkonsmetoden En analys har gjorts mellan dessa. För att lösa problemet har en litteraturstudie i olika böcker och eurokoder gjorts. Intervjuer med personer från olika företag med anknytning till förankringar har varit en bra grund till examensarbetet. Efter avslutade litteraturstudier har formler för beräkning av problemet tagits fram och fyra excel-modeller har upprättats för beräkning av förankringslängder. Ett beräkningsexempel på ett stag från Pretec har gjorts och förankringslängder har tagits fram. I resultaten har dragkraften i varje stag varierat mellan 1725 – 3747 kN, detta kan ses i tabell 6. Förankringsdjupet för de olika lastfallen varierar mellan 3 – 10 meter. De slutsatser som har gjorts är att förankringslängden ökar med sprucket berg då vidhäftningen är försämrad och att förankringslängden ökar med ökad påfrestning hos stagen. Metoden där förankringslängden bestäms med hjälp av bergkonsmetoden kan uteslutas vid homogent berg. / This master’s dissertation has been made in order to gain a deeper knowledge of how to design anchors to a wind turbine on rock. The goal of the master’s dissertation has been to produce lengths of anchors and trials of several different anchors have been made. The design overturning moment and the weight of the construction that occur in wind turbine has been distributed to the anchors and anchorage lengths have been calculated. The areas that have been handled are anchor variants, drilling, grouting and testing of the anchorage. A bottom plate in the form of an octagon has been used in the design process. The anchors have been placed into a circular shape in one layer. Three different methods of solution were used to design the length of the anchorage. The three different methods manage: Bond between rock and grout Adhesion between steel and grout Rock cone method An analysis has been made between them. To overcome this, a literature study in various books and Eurocodes have been made. Interviews with people from various companies related to the anchorages have been a good foundation for this master’s dissertation. After completing literary studies, the formulas for calculating the problem has been developed and several Excel models have been established for calculating the anchorage length. The results of the pulling force varied between 1725 - 3747 kN. Anchor lengths that have been calculated vary between 3-10 meters. A calculating example of an anchor from Pretec has been made and the anchorage length has been produced. The conclusions are that the anchor length increases with fractured rock where the adhesion is impaired and that the anchoring length increases with increased tension in the anchors. The method in which the anchor is determined by the length of the rock cone is very conservative and may be omitted.

The construction of infrastructures such as dams requires for the foundations to lay on stable ground. One way to do so is to grout the rock fractures present in the bedrock using concrete, and this also ensures that lower amounts of groundwater reach the infrastructure itself. However, the continuous flow of groundwater carrying various dissolved chemical compounds, will trigger over time the deterioration of the concrete grout by dissolving the mineral phases resulting from the hydration process. This study aims at determining the variations in porosity and hydraulic conductivity induced by the dissolution of portlandite content present in the grout following the groundwater flow. Eight different cases have been simulated in COMSOL Multiphysics®, based on various combinations of fracture geometry (rough and smooth), hydraulic gradient, and inflowing groundwater composition. Each model has two main components, one for the flow simulation and one for the reactive transport. The modules implemented from COMSOL Multiphysics® are Darcy’s Law, Chemistry, and Transport of Diluted Species in Porous Media. The software PHREEQC has been used to determine the chemical species concentration for both the initial and boundary conditions. The results show that, at the end of a 100-day period, the mineral concentration decreases from 56.27% to 61.27% depending on the simulation considered. This leads to an increase in porosity ranging from 1.94% to 2.23%, while hydraulic conductivity displays a minimum growth of 6.42% and a maximum of 7.43%. The sensitivity analysis results reveal that the most influencing factor on the degradation is the hydraulic gradient, which is followed by the fracture geometry, while the inflowing groundwater composition impact is not as high as the previous ones. / Byggandet av infrastrukturer som dammar kräver att grunden läggs på stabil mark. Ett sätt att uppnå detta är att fylla sprickor i berggrunden med betong, vilket också säkerställer att mindre mängder grundvatten når infrastrukturen. Det kontinuerliga flödet av grundvatten, som bär med sig olika lösta kemikalier, kan dock med tiden leda till att betongen bryts ner genom att mineralfaserna som bildas vid hydratiseringsprocessen löses upp. Denna studie undersöker hur porositeten och den hydrauliska ledningsförmågan förändras när portlandit i betongfogar löses upp av grundvattenflödet. Åtta olika scenarier har simulerats i COMSOL Multiphysics® med olika kombinationer av sprickgeometri (grov och slät), hydraulisk gradient och inkommande grundvattensammansättning. Varje modell består av två huvuddelar: en för flödessimulering och en för reaktiv transport. Modulerna från COMSOL Multiphysics® som används är Darcys lag, kemi och transport av utspädda ämnen i porösa medier. Programvaran PHREEQC har använts för att fastställa koncentrationen av kemiska ämnen för både initiala och gränsvillkor. Resultaten visar att efter 100 dagar minskar mineralkoncentrationen med mellan 56,27% och 61,27%, beroende på simuleringen. Detta leder till en ökning av porositeten med 1,94% till 2,23%, medan den hydrauliska ledningsförmågan ökar med minst 6,42% och högst 7,43%. Känslighetsanalysen visar att den hydrauliska gradienten är den mest påverkande faktorn för nedbrytningen, följd av sprickgeometrin. Sammansättningen av det inkommande grundvattnet har inte lika stor påverkan.

Inläckage av grundvatten är ofrånkomligt i en bergtunnel, men måste vanligen begränsas för att inte medföra skador på både omgivning och den egna anläggningen. Denna begränsning uppnås genom tätning av tunneln och kontrolleras med mätningar av inläckaget. Vilka begränsningsvärden för inläckaget som är möjliga att uppnå, baseras på prediktioner av inläckaget och fastslås i tillståndet som ges för denna vattenverksamhet. Syftet med det här arbetet är att få förståelse för orsakerna till avvikelser mellan det faktiska inläckage som mätningarna visar (utfallet) och det predikterade inläckaget. För att göra detta kommer en fallstudie att genomföras på anläggningen av två ramptunnlar, Solhems- och Kälvestatunneln, i infrastrukturprojektet E4 Förbifart Stockholm. Baserat på fallstudien skapas en ny konceptuell modell av de två ramptunnlarna som inkluderar information om jord-, berg- och grundvattenförhållanden som framkommit till och med i byggskedet. Utifrån denna konceptuella modell görs nya prediktioner av inläckaget med en analytisk formel. Detta jämförs med den konceptuella modell i systemhandlingsskedet från vilken de ursprungliga prediktionerna gjordes. De nya beräkningarna predikterar genomgående ett högre inläckage än de ursprungliga och avviker mindre från utfallet på flertalet delsträckor. Orsakerna till avvikelserna utvärderas, framförallt med avseende på ansatt hydraulisk konduktivitet då detta visat sig ha stor effekt på prediktionerna. Utvärderingen visade att den hydrauliska konduktiviteten i berget generellt var för lågt ansatt, något som hade kunnat förutsägas med annorlunda datainsamling i ett tidigare skede. Mer specifikt orsakade en svaghetszon, som borttagits i tidigare skeden men som observerats i byggskedet, stora avvikelser mellan prediktion och utfall på åtminstone en delsträcka i Solhemstunneln. Om informationen om svaghetszoner tolkats annorlunda i ett tidigare skede hade även detta kunnat förutsägas. / Groundwater inflow to a rock tunnel is inevitable, but nonetheless important to limit. Otherwise both the surroundings and the tunnel itself risk becoming subject to damage. To prevent this, legal limitations are set for the inflow. Measurements are then made to ensure that the inflow does not exceed these limitations. When constructing a tunnel in hard rock, the limit objectives are hopefully met through the filling of rock fractures through grouting. Inflow predictions are made at an early stage of a tunnel project, both in order to establish the legal requirements but also as basis for grouting design. The aim of the work reported is to understand why these predictions in some cases deviate from the measured inflow. To accomplish this, a case study on two road tunnels in one of Sweden's most comprehensive infrastructure projects of all time, the construction of a motorway bypass around the capital Stockholm, is presented and assessed. Several causes of deviations between inflow predictions and observations in these two tunnels are suggested, most of them related to the hydraulic conductivity of the rock. Overall the rock quality seems to be worse than predicted. In one tunnel segment in particular, one cause of major deviations from inflow predictions is due to a fracture zone which has not been accounted for. These identified causes of increased inflow could have been foreseen in an early stage of the project, either through more extensive investigations or different interpretations of existing data. New inflow predictions have been made based on the suggested corrections. The result is consistently higher than the predictions made earlier and mostly less deviant from observations. This indicates that the real inflow is probably higher than initially predicted.

In the past centuries, grouting has been one of the most common techniques in geotechnical engineering to strengthen and seal underground structures. Concerning increasing demands for tightness and cost efficiency, cement-based grout has been one the most frequent used materials. One of the first grouting operations is the work done by Charles Bérigny in France back in 1802 in order to repair a sluice by stabilizing the ground with liquid grout. Several studies have been then conducted in grouting, which have contributed into successful improvement of the grouting operations. The investigations have also extended the understanding of the factors such as choice of materials, choice of equipment, and the applied pressure type and magnitude, etc. that influencing the grout spread in rock fracture systems.   Among the factors, the applied pressure is one of the most significant ones influencing the spread of grout during grouting operations. Grouting at static pressure conditions is the most common method used in field, where in practice the injected grout can only penetrate into the rock fractures wider than 100 µm.   Recent investigations conducted on application of static and dynamic pressure conditions, using Short Slot and Varying Aperture Long Slot (VALS) in the lab have yielded an overall improvement of the grout spread under dynamic pressure conditions rather than the conventional static pressure conditions. However, the efforts conducted are just a beginning, especially in very fine micro factures smaller than 70 µm    The main objective of this investigation was therefore to improve the spread of grout by dynamic grouting into fractures smaller than 70 µm effectively, which could not be done with grouting at static pressure conditions.  Furthermore, the aim was to investigate filtration and erosion phenomena/ tendency of grout flow during static and dynamic pressure application using Varying Aperture Long Slot (VALS) in the lab. The durations of peak and rest periods used in the experiments were 2s/2s and 1s/5.5s, which were equivalent to 0.25 Hz and 0.15 Hz, respectively. The results of dynamic grouting showed up to 10 times improvement in the volume of passed grout through fracture apertures smaller than 70 µm. / Injektering är en av de vanligaste metoderna som använts för att förstärka och täta geotekniska konstruktioner. När det gäller ökande krav på täthet och kostnadseffektivitet har cementbaserade bruk varit ett populärt förbrukningsmaterial. Injektering användes förmodligen först av Charles Bérigny i en slussreparation i Frankrike under 1802 där marken stabiliserades med hjälp av flytande injekteringsmaterial. Flera studier har sedan dess utförts inom injekteringsteknik, vilket har bidragit till en framgångsrik förbättring av injekteringsoperationer. Dessa undersökningar har också utvidgat förståelsen av faktorer såsom materialegenskaper, val av utrustning, provprestanda, trycktyp och storhet som i sin tur påverkar brukets spridningsförmåga i bergets spricksystem.   Forskningen inom bergtätning fokuserar bland annat på att utveckla tillämpningen av statisk och dynamisk tryck vid injektering. Tillämpning av statiskt tryck är den vanligaste metoden för injektering ute i arbetsfält, där den injicerade bruket i praktiken endast kan tränga in i bergssprickor som är större än 100 μm.   De senaste undersökningarna med hjälp av Short Slot och Varying Aperture Long Slot (VALS) har visat en övergripande förbättring av inträngningen under dynamisk injektering jämfört med de konventionella statiska. Detta är bara en början och metoden behöver utvecklas mer, särskild för att åstadkomma bruksspridningen i mycket finare mikrosprickor, exempelvis sprickor mindre än 70 µm.   Syftet med detta arbete var att utveckla injekteringsmetoden där bruket kan tränga  i berg med sprickor mindre än 70 µm. Resultaten på de dynamiska tryckförhållanden visade att injekteringsbruket trängde bättre  i de smala sprickor  jämfört med de statiska tryckförhållanden. Upp till 10 gånger mer mängd av injekteringsbruk passerade sprickor med storlek mindre än 70 µm i VALS. Vidare har inloppsflödet och filtrerings- och erosionsfenomenen studerats med hjälp av laboratorieinstrumentet VALS. Varaktigheten av peak- och restperioder som användes i experimenten var 2s/2s och 1s 5.5s, vilka var ekvivalenta med 0.25 Hz respektive 0.15 Hz.