National Transport Library Research Database

BeFo 524 - Effekten av frysning och tining av grundvatten på sprutbetong i tunnlar (via numeriska modeller) (BeFo 524 - Unravelling the interplay of temperature fluctuation and water leakage in frost damage of shotcrete-lined rock tunnels under freeze-thaw cycles)

Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2024-11-01 -- 2029-12-31 Registration number:
  • Trafikverket 2024/77797
Subject(s): Abstract: Många svenska trafiktunnlar som är byggda i grunda, hårda bergarter utsätts för säsongsmässig frost, där temperaturfluktuationer, vattenläckage och tillhörande frys- och töcykler under vintersäsongen har lett till istillväxt tillsammans med nedbrytning och nedfall av sten/sprutbetong. För att undvika oväntade trafikstörningar måste is och nedfallet material i tunneln avlägsnas, vilket medför betydande underhållsinsatser och kostnader. Detta projekt kommer att öka vår förståelse för samspelet mellan frystemperaturfluktuationer och vattenläckage i svenska bergtunnlar, för att bättre kunna förutsäga under vilka förhållanden istillväxtinducerade berg/sprängbetongfel skulle inträffa. Dessa resultat kommer att bidra till att optimera tunneldesignen, minska de efterföljande underhållsinsatserna och i slutändan minimera livscykelkostnaderna. För att uppnå detta mål kommer vi i detta projekt att utveckla ett multifysikaliskt simuleringsramverk för modellering av kopplade termo-hydro-mekaniska processer i frystinade samverkanskonstruktioner. Modellen kommer att valideras baserat på tillgängliga laboratorieexperimentella data från frystiningstester och sedan tillämpas för att studera frostriskerna i tunnelskala. Ett klassificeringssystem kommer att föreslås för att kvantitativt bedöma frostskadornas benägenhet baserat på geotekniska, hydrologiska och termiska förhållanden. Resultaten kommer att bidra till optimering av konstruktion och minskning av underhållskostnader. Abstract: Many Swedish traffic tunnels constructed in shallow hard rocks are subject to seasonal frost, where temperature fluctuation, water leakage, and associated freeze-thaw cycles during the winter season have led to ice growth accompanied with rock/shotcrete degradation and fallouts. To avoid unexpected traffic disruptions, ice and fallen shotcrete and rock within the tunnel need to be removed, incurring substantial maintenance efforts and costs. This project will advance our understanding of the interplay of freezing temperature fluctuation and water leakage in Swedish rock tunnels, to better predict the conditions under which ice growth-induced failures would occur. These results will help to optimise the tunnel design, reduce the subsequent maintenance efforts, and ultimately minimise the life cycle costs. To achieve this goal, in this project, we will develop a multi-physics simulation framework for modelling coupled thermo-hydro-mechanical processes in freeze-thawed composite materials. The model will be validated based on available laboratory experimental data of freeze-thaw tests and then applied to study the frost hazards at the tunnel scale. A classification system will be suggested in order to quantitatively assess the frost damage proneness based on geotechnical, hydrological, and thermal conditions. The outcomes will support the optimisation of tunnel construction and decrease maintenance costs.
Item type: