SUMMARY (Scroll down for Swedish version)
The Odenplan Station in the Stockholm City Link project is located directly under the existing subway station with a minimum rock cover of approximately 7 m. The span of the Odenplan Station is 25 m. When the Odenplan station was excavated, deformations larger than anticipated in previous calculations were observed. The main reason for this discrepancy is believed to be high horizontal in situ and/or persistent fractures in the area parallel with the excavation.
The excavation of the Odenplan station constitutes a case study with well-documented rock mass characteristics, excavation sequences, support sequences and measured deformations. It therefore provides a unique project to analyse. Based on this case study, the main objectives of this study was to (1) suggest a general technique for numerical back analyses based on measured deformations under geological conditions as those present in the Stockholm area, and (2) analyse the range of possible in situ stresses at Odenplan Station in the City Link project.
The complex three-dimensional 3DEC model lead to rather long computational times. A general technique for a real back analysis was therefore not possible to obtain in this study, since it would require unrealistically long computational time. Instead, a sensitivity study on the in situ stresses and different types of continuum and discontinuum approaches were performed. The results from the analyses gave valuable insight into which types of models that were able to properly recreate the observed ground behavior at Odenplan. The results from the study clearly showed that a continuum approach does not capture the true behavior of the blocky rock mass at Odenplan. It is therefore recommended that discontinuum approaches are used in the future when structurally controlled block movements could be expected. However, the exact cause behind the discrepancy between the continuum and the discontinuum model has not been determined in this report.
The performed sensitivity analysis suggests that the in situ stresses are high and in the range of those previously measured. Maximum horizontal in situ stresses are probably in the range of 5.7-7.2 MPa at a depth of 0-20 m, which agrees well with the results of previous rock stress measurements, which were, on average, 8.1 MPa at a depth of 30 m.
The encouraging results from this project indicate that further stress sensitivity analyses should be performed to have a better estimation of the range of in situ stresses in the Stockholm area by fitting displacements obtained from modeling to those measured in situ in different projects. These analyses are important in order to understand our present ability to perform numerical simulations reflecting true rock mass behavior.
Keywords: in situ stresses, numerical modeling, back analyses, sensitivity analyses, case study
SAMMANFATTNING
Odenplan station i Citybanan är belägen direkt under existerande tunnelbanestation, med en minsta bergtäckning på 7 m. Spännvidden på stationsrummet är 25 m. När bergmassan för stationsrummet sprängdes ut uppstod deformationer som var större än de som förväntats och prognosticerats i tidigare beräkningar. Den huvudsakliga anledningen till denna avvikelse tros vara höga horisontella in situ spänningar och/eller sprickplan med stor utbredning parallella med stationsrummet.
Uttaget av stationsrummet vid Odenplan utgör en väldokumenterad fallstudie med data från tunnelkartering, uttagssekvenser, bergförstärkning och uppmätta deformationer. Baserad på denna fallstudie har syftena med detta arbete varit att (1) föreslå en generell metodik för bakåtanalys baserat på uppmätta deformationer under geologiska förhållanden vanligt förekommande i Stockholmsområdet och (2) analysera det troliga intervallet för rådande in situ spänningar vid Odenplan.
Den komplexa tredimensionella modellen i 3DEC som togs fram inom projektet resulterade i relativt långa beräkningstider. En generell teknik för en fullständig bakåtanalys var därför inte möjlig att uppnå i denna studie, eftersom det skulle krävas orimligt långa beräkningstider. Istället genomfördes en känslighetstudie avseende rådande in situ spänningar samt olika typer av kontinuum- och diskontinuum-modelleringar. Resultaten från dessa analyser gav värdefull förståelse i hur olika typer av modeller klarar av att återskapa det observerade beteendet för bergmassan vid Odenplan. Resultaten visar tydligt att kontinuum-modellen i detta fall, med givna indata, inte klarade av att återskapa det korrekta beteendet av den blockiga bergmassan vid Odenplan. Det rekommenderas därför att beräkningar i framtiden genomförs med diskontinuum-modeller när den strukturella stabiliteten domineras av rörelser i en blockig bergmassa. Den exakta orsaken till avvikelsen mellan kontinuum- och diskontinuum modellen har emellertid inte fastställts i denna rapport.
Den genomförda känslighetsanalysen antyder att in situ-spänningarna är höga. Största horisontella huvudspänningen ligger sannolikt i intervallet 5.7-7.2 MPa vid ett djup på mellan 0-20 m, vilket stämmer bra överens med tidigare utförda bergspänningsmätningar som gav ett genomsnittligt värde på 8.1 MPa vid ett djup på 30 m.
De värdefulla och intressanta resultaten från detta projekt innebär att ytterligare känslighetsstudier av genomförda projekt rekommenderas. Dessa analyser är viktiga för att förstå vår kapacitet och utveckla vår förmåga att genomföra numeriska beräkningar som korrekt återskapar bergmassans verkliga beteende.
Nyckelord: in situ spänningar, numerisk modellering, bakåträkning, känslighetsanalys, fallstudie