Investigation of inspection methods for rock adhesion of shotcrete in tunnels and proposals for improving practices

Thumbnail Image

Files

master_Huttunen_Nelli_2025.pdf (11.41 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-04-22

Department

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Geoengineering

Language

en

Pages

53

Series

Abstract

This master's thesis investigates inspection methods for rock adhesion of shotcrete in tunnels, with a focus on improving current practices, particularly for Länsimetro Oy. The research addresses the challenges associated with the time-intensive and resource-intensive nature of current inspection methods. The primary goal is to find a more effective and quicker method for shotcrete surface monitoring. The study employs a mixed-methods approach, including a literature review of existing monitoring techniques, interview research with various Finnish organizations involved in underground facilities, and a field study using thermal imaging. The interviews gathered insights from owners (Helsinki Urban Environment Division (KYMP), Finnish Transport Infrastructure Agency, Posiva), and experts (Technical Research Centre of Finland, Ramboll) regarding their inspection methods, challenges, and ongoing developments. The field study involved testing the potential of thermal imaging to identify areas of poor shotcrete adhesion in the Keilaniemi maintenance tunnel, comparing the results with existing sounding data. The findings indicate that while various non-destructive methods such as thermography, acoustic methods, and ultrasonic testing exist for monitoring shotcrete and concrete structures, sounding remains the most used method for tunnel inspections in Finland and globally. The thermal imaging trial did not successfully identify areas of poor adhesion in the Keilaniemi tunnel. The thesis highlights the limitations of sounding due to its subjectivity and the difficulty in differentiating defects from subsurface structures. The thesis concludes that while current alternative methods may face challenges when applied to the rough and variable surfaces of shotcrete in tunnels, improving the reporting platform at Länsimetro by transitioning to a software-based system could significantly enhance efficiency. Recommendations for future research include further testing of ultrasonic, non-contact acoustic, and active thermography methods specifically on shotcrete structures in operational tunnel environments.

Tämä diplomityö tutkii ruiskubetonin kalliotartunnan tarkastusmenetelmiä tunneleissa, keskittyen erityisesti nykykäytäntöjen parantamiseen Länsimetro Oy:n näkökulmasta. Tutkimuksessa käsitellään nykyisiä tarkastusmenetelmiä ajan ja resurssien käytön näkökulmasta. Päätavoitteena on löytää keinoja ruiskubetonipintojen tehokkaampaan ja nopeampaan tarkastukseen. Tutkimuksessa käytetään monimenetelmällistä lähestymistapaa, johon sisältyy kirjallisuuskatsaus olemassa olevista tarkastusmenetelmistä, haastattelututkimus suomalaisten maanalaisia tiloja hallinnoivien organisaatioiden kanssa sekä kenttätutkimus lämpökuvauksen avulla. Haastatteluissa kerättiin näkemyksiä omistajaosapuolilta (Helsingin kaupunkiympäristön toimiala (KYMP), Väylävirasto, Posiva) ja asiantuntijoilta (VTT, Ramboll) heidän käyttämistään tarkastusmenetelmistä, haasteista ja kehitystyöstä. Kenttätutkimuksessa testattiin lämpökuvauksen mahdollisuuksia tunnistaa heikon adheesion alueita Keilaniemen huoltotunnelissa vertaamalla tuloksia olemassa olevaan koputusaineistoon. Tulokset osoittavat, että vaikka useita menetelmiä, kuten lämpökuvaus, akustiset menetelmät ja ultraäänitutkimus, käytetään ruiskubetonin ja betonirakenteiden tarkastukseen, koputustarkastus on edelleen yleisin menetelmä tunnelien tarkastukseen Suomessa ja maailmalla. Lämpökuvauskokeilu Keilaniemen tunnelissa ei onnistunut tunnistamaan vioittuneita ruiskubetonialueita. Diplomityö tuo myös esiin koputustarkastuksen rajoitukset, kuten menetelmän subjektiivisuuden ja vaikeuden erottaa vialliset alueet esimerkiksi ruiskubetonisalaojista. Työssä todetaan, että vaihtoehtoiset menetelmät tunnelitarkastuksille kohtaavat haasteita ruiskubetonipintojen epätasaisuuden ja vaihtelun vuoksi. Sen sijaan Länsimetro voisi merkittävästi parantaa tarkastustoiminnan tehokkuutta siirtymällä ohjelmistopohjaiseen raportointijärjestelmään. Tulevaisuuden tutkimussuosituksiin kuuluu ultraäänimenetelmien, akustisten menetelmien ja aktiivisen termografian testaus tunnelikohteissa.

Description

Supervisor

Siren, Topias

Thesis advisor

Penttilä, Juhani

Keywords

shotcrete, maintenance, monitoring, tunnelling, material testing, safety

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202505193823

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG