På senare år har samhället ställt allt högre miljökrav, när nya tunnlar ska anläggas. Ett område där kraven har höjts, är dräneringen av grundvatten på grund av inläckage till tunneln. Detta kan ge upphov till bland annat sinande brunnar, sättningsskador på byggnader samt påverkan på vegetation och naturmiljö. För att minimera problemen genomförs ett omfattande tät­ningsarbete i tunneln. Fullständig täthet uppnås dock sällan. Därför måste mätningar och kontroller utföras, både av grundvattennivåerna i närområdet och av det inläckande grund­vattenflödet i tunneln. Eftersom hanteringen av grundvattenfrågan länge varit nedprioriterad i branschen, behöver både planeringen och utförandet av mätningarna utvecklas, för att kunna möta samhällets allt hårdare miljökrav på området. Syftet med det här examensarbetet var att undersöka hur ramverket till den så kallade obser­vationsmetoden, kan användas till hanteringen av grundvatteninläckage vid tunnelbyggnad i berg. I denna metod förbereder man i projekteringen en preliminär design av konstruktionen. Samtidigt planerar man för åtgärder att sätta in, om mätningar (observationer) under bygg­tiden indikerar att designen behöver förändras. Därmed kan konstruktionen under projektets utförande anpassas till de faktiska förhållandena i marken. För att undersöka om observa­tionsmetoden är tillämpbar på hanteringen av inläckande grundvatten, studerades tunnel­projektet Norra länken i Stockholm. En jämförelse gjordes mellan hur grundvattenfrågan löstes i detta projekt och hur observationsmetoden definieras i Eurokoden samt i det till­hörande svenska tillämpningsdokumentet för geoteknik. Resultatet av den jämförande studien visade att utförandet i Norra länken till stor del överensstämde med hur observationsmetoden definieras i Eurokoden och med skrivningarna i tillämpningsdokumentet. Den ena skillnaden gällde mätanordningarnas tillförlitlighet. Den andra låg i hur det visas att det är tillräckligt hög sannolikhet, att den preliminära designen kommer att klara uppsatta krav. Med utveckling av dessa områden, borde det vara möjligt att fullt ut tillämpa observationsmetodens ramverk på hanteringen av grundvatteninläckage. Det visades dock att Eurokodens observationsmetod inte nödvändigtvis erbjuder den bästa lös­ningen, utan att varianter på denna också kan utgöra fullgoda alternativ. Examensarbetet visade också på några områden där förändringar kan göras, för att ge en bättre hantering av grundvattenfrågan i framtiden. Exempelvis borde bergtekniker komma in tidigt i projekteringen, för att göra kunskapsbilden mer komplett när de hydrogeologiska modellerna tas fram. Det borde också utredas om det finns bättre alternativ till injektering, när det är stor risk att detta inte är tillräckligt för att ge en tät konstruktion. Slutligen konstaterades det att det vore gynnsamt för alla inblandade parter om grundvatten­frågan hanterades på ett mer konsekvent sätt, eftersom detta skulle bidra till en ökad förut­sägbarhet och överskådlighet. Att följa det ramverk som Eurokodens observationsmetod erbjuder, är ett sätt att göra detta.

Constructing sustainable structures in rock that satisfy all predefined technical specifications requires rational and effective construction methods. When the geotechnical behaviour is hard to predict, the Euro­pean design code, Eurocode 7, suggests application of the observational method to verify that the performance is acceptable. The basic principle of the method is to accept predefined changes in the design during con­struction to comply with the actual ground conditions, if the current de­sign is found unsuitable. Even though this in theory should ensure an effective design solution, formal application of the observational method is rare. Investigating the applicability of the observational method in rock en­gineering, the aim of this thesis is to identify, highlight, and solve the aspects of the method that limit its wider application. Furthermore, the thesis aims to improve the conceptual understanding of how design deci­sions should be made when large uncertainties are present. The main research contribution is a probabilistic framework for the observational method. The suggested methodology allows comparison of the merits of the observational method with that of conventional design. Among other things, the thesis also discusses (1) the apparent contradiction between the preference for advanced probabilistic calculation methods and sound, qualitative engineering judgement, (2) how the establishment of limit states and alarm limits must be carefully considered to ensure structural safety, and (3) the applicability of the Eurocode defini­tion of the observational method and the implications of deviations from its principles. / För att kunna konstruera en anläggning i berg, som uppfyller satta tek­niska krav, krävs det en rationell och effektiv konstruktionsmetod. När konstruktionens beteende är svårt att förutsäga, erbjuder den europeiska standarden Eurokod 7 den så kallade observationsmetoden. Denna metod tillåter i förväg förberedda förändringar i designen under konstruktions­tiden, om observationer av konstruktionens beteende indikerar att så behövs. På så vis anpassas konstruktionen till de faktiska förhållandena i marken. Trots att detta tillvägagångssätt i teorin ger en rationell design, används metoden sällan i enlighet med Eurokod 7. Denna doktorsavhandling undersöker tillämpbarheten av observa-tionsmetoden när man bygger i och på berg. Målet är att belysa de aspekter som begränsar dess användning och i dessa fall föreslå förbätt­ringar som ökar tillämpbarheten. I ett vidare perspektiv syftar avhand­lingen även till att förbättra den konceptuella förståelsen för hur beslut bör fattas i designprocessen när det finns stora osäkerheter. Avhandlingen visar hur observationsmetoden kan användas i ett san­nolikhetsbaserat ramverk. Metodiken ger användaren möjlighet att jäm­föra för- och nackdelarna med observationsmetoden och konventionell dimensionering. Avhandlingen diskuterar bland annat även (1) den skenbara motsatsen mellan användandet av sannolikhetsbaserade beräkningsmetoder för att lösa komplexa dimensioneringsfrågor och kvalitativa ingenjörsmässiga bedömningar, (2) hur larmgränser och brottgränstillstånd bör definieras för att ge tillräcklig säkerhetsmarginal, samt (3) hur Eurokod 7:s strikta definition av observationsmetoden påverkar dess användbarhet. / <p>QC 20160926</p>

Tunneling involves large uncertainties. Since 2009, design of rock tunnels in European countries should be performed in accordance with the Eurocodes. The main principle in the Eurocodes is that it must be shown in all design situations that no relevant limit state is exceeded. This can be achieved with a number of different methods, where the most common one is design by calculation. To account for uncertainties in design, the Eurocode states that design by calculation should primarily be performed using limit state design methods, i.e. the partial factor method or reliability-based methods. The basic principle of the former is that it shall be assured that a structure’s resisting capacity is larger than the load acting on the structure, with high enough probability. Even if this might seem straightforward, the practical application of limit state design to rock tunnel support has only been studied to a limited extent. The aim of this licentiate thesis is to provide a review of the practical applicability of using reliability-based methods and the partial factor method in design of rock tunnel support. The review and the following discussion are based on findings from the cases studied in the appended papers. The discussion focuses on the challenges of applying fixed partial factors, as suggested by Eurocode, in design of rock tunnel support and some of the practical difficulties the engineer is faced with when applying reliability-based methods to design rock tunnel support. The main conclusions are that the partial factor method (as defined in Eurocode) is not suitable to use in design of rock tunnel support, but that reliability-based methods have the potential to account for uncertainties present in design, especially when used within the framework of the observational method. However, gathering of data for statistical quantification of input variables along with clarification of the necessary reliability levels and definition of “failure” are needed. / <p>QC 20170407</p>