Comparison between pre-investigations and geotechnical site characterization of City Link, Stockholm

Abstract

[ANGLÈS] The Swedish Government commissioned to Banverket the extension of the rail capacity through central Stockholm in December 2000. A commuter rail tunnel below Stockholm, the City Link, represented the solution for a sustainable expansion of the public transport among the other alternatives presented. The City Link consists of a 6 km long tunnel connecting the train stations of Tomteboda and Stockholm Södra, and involves the construction of two new train stations. In May 2007, the government decided that Banverket would be in charge of constructing the City Link, expected to be finished in 2017. This study is focused on the Södermalm’s Tunnel, consisting of the last 500 m of the City Link, connecting to Stockholm Södra Train Station. Geotechnical pre-investiga¬tions commissioned by Banverket were carried out during 2008, and the construction works began officially in January 2009. In this study, a comparison between the results obtained through the pre-investigations and the actual findings while tunneling was performed. The comparison is based on the predicted and actual rock mass classifi¬cations used in the project. Rock Mass Rating (RMR) is the main classification for the characterization of the rock mass, and thus it specifies the tunnel reinforcement to apply. Q classification is provided as an additional system to corroborate the RMR values and to determine the length of the bolts used for the rock reinforcement. Additionally, other quality classifications were created specifically for this project by Banverket. Rock type, based on the RMR classification, provided a detailed description of the rock mass existing in the Stockholm area and anticipated the possible problems occurring while excavating. Rock class, divided the rock mass depending on the number of joint sets, and Weak zones classed the fractured areas depending on the spacing of the fractures. Pre-investigations carried out consisted of mapping of the surface outcrops, mapping of the intersecting tunnels, drill holes and core samples, jb-soundings, GPR, BIPS logging, in situ and laboratory tests as well as water loss measurements. Investigations while tunneling comprised detailed geological mapping along the trace of the tunnel, and where required, drill holes with or without coring and GPR were also performed. Three Study cases with different rock conditions were established to compare statis¬tically the results of the pre-investigations and the actual findings. The first case is located in the main tunnel and belongs to the Stockholm Granite Formation, with good rock quality. The second case contains a highly fractured zone occurring in the service tunnel. And the third case corresponds to a region where the glaciofluvial materials of the Stockholm Esker are in contact with the rock, and thus the trace of the tunnel crosses 20 m without rock cover. In general, the statistical analyzes showed a low correlation within the predicted and the actual values of the rock mass classi¬fications. This result may be due to the concentration of the pre-investigations in mainly three areas along the trace of the tunnel. The rest of the length of the tunnel was given a rock quality value based on the extrapolation of the data from those three investigated zones and on the surface mappings. The correlation within the rock quality and the rock reinforcement is also attempted in this study. The density of bolting is related to the Rock type classification, and the grouting density is related to the Rock class and Weak zones classifications since they are representing exclusively the jointing characteristics. When estimating the percentage of grout infiltrated to the fractures, only 45% of the fractures were grouted successfully.

[CASTELLÀ] El Gobierno de Suecia decidió expandir el transporte público en la ciudad de Estocolmo en diciembre de 2000. El proyecto más sostenible consistía en la construcción de una línea de ferrocarriles que travesara la ciudad de Estocolmo, el llamado Citybanan. El Citybanan consiste en un túnel de 6 km de longitud que atraviesa la ciudad de norte a sur, conectando las estaciones de tren de Tomteboda y Estocolmo Sur. En mayo de 2007, el Gobierno de Suecia decidió que la Administración de Transporte de Suecia se haría cargo de la construcción del Citybanan, el cual debe de ponerse en funcionamiento en 2017. Este Trabajo Final de Carrera incumbe los últimos 500 m del Citybanan, el llamado Túnel de Södermalm, que conecta con la Estación de Tren de Estocolmo Sur. Las primeras investigaciones geotécnicas se llevaron a cargo en 2008, y las obras del túnel empezaron en enero de 2009. En el presente estudio, se comparan los resultados obtenidos durante las investigaciones realizadas a priori y durante la excavación del túnel. La comparación está basada en los valores estimados y actuales de las clasificaciones geomecánicas utilizadas en el proyecto. La clasificación de Bieniawski (RMR) es la de mayor importancia para la caracterización del macizo rocoso, ya que especifica el soporte a aplicar en el túnel. La clasificación de Barton (Q) se utiliza como sistema adicional para corroborar los valores dados por el RMR y para determinar la longitud de los bulones. Además, la Administración de Transporte de Suecia creó otras clasificaciones para cuantificar la calidad del macizo rocoso. Tipo de roca, clasificación basada en el RMR, describe detalladamente el macizo rocoso existente en el área de Estocolmo y anticipa los posibles problemas que puedan ocurrir durante la excavación. Clase de roca divide el macizo rocoso dependiendo del número de fracturas, y Zonas débiles clasifica las áreas fracturadas dependiendo del espaciado de las fracturas. Las investigaciones a priori de la construcción consistieron en la observación de los afloramientos en superficie y de los túneles que cruzan la presente excavación, sondeos con o sin testigo, GPR, diagrafías, y ensayos in situ y al laboratorio. Las investigaciones llevadas a cargo durante la excavación consistieron en mapear detalladamente la geología del túnel, y dónde fuese requerido, se realizaron investigaciones adicionales. Tres casos con diferente calidad del macizo rocoso fueron establecidos para comparar estadísticamente los resultados de las investigaciones a priori y durante la excavación. El primer caso, correspondiente a los 100 primeros metros del túnel principal, está formado por roca de buena calidad, perteneciente a la Formación Granito de Estocolmo. El segundo caso, situado en el túnel de servicio, corresponde a un área con calidad de roca más pobre. Mientras que el tercer caso corresponde a una región del túnel principal dónde los sedimentos glaciofluviales del Esker de Estocolmo están en contacto con la roca, y dónde el túnel carece de cobertura de roca durante 20 m. En general, los análisis estadísticos mostraron una correlación pobre entre los valores estimados y los valores actuales de las clasificaciones del macizo rocoso. Este resultado se debe a la concentración de las investigaciones en sólo tres áreas a lo largo del túnel. En el resto de áreas del túnel, la calidad de roca fue obtenida mediante la extrapolación de los datos obtenidos en ésas tres regiones y, mediante las observaciones realizadas en superficie. La correlación entre la calidad del macizo rocoso y el soporte aplicado en el túnel fue también objeto de estudio. La densidad de bulones se ha relacionado con la clasificación Tipo de roca, y la densidad de lechada se ha relacionado con las clasificaciones Clase de roca y Zonas débiles, ya que representan exclusivamente las características de las fracturas. En estimar el porcentaje de lechada infiltrado en las fracturas, sólo el 45% presentó resultados exitosos.