[ca] La construcció de túnels sota el nivell piezomètric pot comportar problemes constructius quan l'excavació travessi zones molt transmissives on pot haver-hi entrades sobtades d'aigua . Aquestes entrades poden arrossegar materials quan es creuin capes poc competents, arribant a provocar enfonsaments, xemeneies I subsidència del terreny. D'altra banda aquestes entrades d'aigua poden provocar el descens del nivell d'aigua per drenatge de l'aqüífer. Per minimitzar les entrades d'aigua I els impactes associats a la excavació es perforen túnels amb tuneladores (TBM) que restringeixen les afeccions per drenatge al front de perforació. Aquest mètode es especialment adequat en medis urbans on el túnel es proper a la superfície. L'objectiu d'aquesta tesi serà abordar les dificultats constructives relacionades amb la hidrogeologia que existeixen al construir túnels amb tuneladora així com determinar els impactes que aquestes poden produir. En primer lloc, es busca una metodologia que permeti caracteritzar hidrogeològicament el terreny que ha de travessar la tuneladora ja que aquestes són sensibles als canvis sobtats de medi i condicions de terreny. Hi ha dos aspectes important que normalment no son tinguts en compte: El comportament hidrogeològic de les falles (conducte, barrera, conducte-barrera) i la importància de la connectivitat hidrogeològica entre les fractures que son creuades pel túnel y la resta del massís rocós. Aquests dos aspectes han estat tinguda en compte en la caracterització geològica i hidrogeològica amb el fi de corregir el disseny del túnel i minimitzar riscos geològics. Una investigació geològica amb caracterització hidrogeològica preliminar (que va incloure la revisió de l'estat hidrogeològic previ i assaigs de bombeig d'interferència) va ser realitzada en una zona granítica de la Línia 9 del metro de Barcelona (zona de la B-20). El model hidrogeològic conceptual va ser construït fent servir un model numèric quasi-3D, on van ser calibrats diferents escenaris. Les falles i els dics van mostrar un comportament de conducte barrera que compartimentalitza el flux parcialment. El comportament de barrera es l'efecte mes marcat i es mentre que en els dics apareix el comportament de conducte. La caracterització del medi hidrogeològic ha permès realitzar un pla de drenatge i els canvis necessaris en el disseny del túnel. En segon lloc, es troba una metodologia que permeti trobar el lloc i quantificar les entrades d'aigua que hi pot haver en el front d'excavació d'un túnel construït amb tuneladora. Les entrades d'aigua sobtades en el túnel constitueixen un problema important perquè poden provocar un col·lapse del túnel que afecti a les estructures superficials. Un mètode per predir les entrades d'aigua en el front de túnel ha estat implementat en el sector de Santa Coloma de la Línia 9 del metro de Barcelona. Per aconseguir-ho es va realitzar una caracterització geològica i geofísica 3D, aquests resultats van ser implementats en un model numèric quasi-3D, on una condició de contorn de front de túnel mòbil ha estat inserida per simular la iteració amb l'aqüífer. El model prediu correctament la variació de nivells piezomètrics i la magnitud de les entrades d'aigua concentrades en les zones de falla i dics. L'adaptació de l'escala del model al túnel i a la connectivitat amb la resta del massís han estat clau per poder quantificar les entrades d'aigua. Aquest mètode permet localitzar les zones perilloses on el dewatering hauria de ser implementat. En tercer lloc, es caracteritzen els impactes hidrogeològics que provoca la construcció d'un túnel construït amb tuneladora. Malgrat que l'efecte dren que acostumen a originar la majoria de túnels es minimitza per l'acció del sosteniment que s'instal·la just després de la maquina, la construcció d'aquesta estructura lineal impermeable pot produir una obstrucció de l'aqüífer o efecte barrera. Es quantifica la variació de gradient abans i desprès de la construcció d'un túnel, això es farà amb mètodes analítics que es comparen amb el canvi de gradient observat. A mes a mes es quantifiquen els canvis de connectivitat que provoca la construcció del túnel comparant la variació de comportament observada en una sèrie d'assaigs de bombeigs realitzats abans i després de la construcció del túnel. Tots aquests enfocaments permeten abordar els principals problemes hidrogeològics que es trobaran els túnels construïts amb tuneladora així com els impactes que provoquen. L'ús de models numèrics esdevé una eina robusta per poder quantificar i predir les entrades d'aigua en el front del túnel i les variacions de nivell provocades pel mateix túnel. El coneixement d'aquests escenaris permetrà trobar les solucions adients o minimitzar les conseqüències de l'acció de medi hidrogeològic sobre el túnel o a l'inrevés.

[en] A number of problems, e.g. sudden inflows are encountered during tunneling under the piezometric level, especially when the excavation crosses high transmissivity areas. These inflows may drag materials when the tunnel crosses low competent layers, resulting in subsidence, chimney formation and collapses. Moreover, inflows can lead to a decrease in head level because of aquifer drainage. Tunnels can be drilled by a tunnel boring machine (TBM) to minimize inflows and groundwater impacts, restricting the effect on the tunnel face. This method is especially suitable for urban tunneling where the works are usually undertaken near the ground surface. The aim of the thesis is to elucidate the tunneling difficulties arising from hydrogeology, and to determine groundwater impacts. The following approaches were adopted to achieve these objectives. First, a methodology that characterizes hydrogeologically the medium crossed by the TBM is proposed. Two important aspects that are often overlooked are: variable groundwater behavior of faults (conduit, barrier, conduit-barrier), and role of groundwater connectivity between fractures that cross the tunnel and the rest of the rock massif. These two aspects should be taken into account in the geological and groundwater characterization to correct the tunnel design and minimize hazards. A geological study and a preliminary hydrogeological characterization were carried out in a granitic sector during the construction of Line 9 of the Barcelona subway (B-20 area). The hydrogeological conceptual model was constructed using a quasi-3D numerical model, and different scenarios were calibrated. Faults and dikes show a conduit-barrier behavior, which partially compartmentalized the groundwater flow. The barrier behavior, which is the most marked effect, is more prominent in faults, whereas conduit behavior is more notable in dikes. The characterization of groundwater media entailed a dewatering plan and changes in the tunnel course. Second, a methodology to locate and quantify the inflows in the tunnel face of the TBM was adopted. Unexpected high water inflows constitute a major problem because they may result in the collapse of the tunnel face and affect surface structures. Such collapses interrupted boring tasks and led to costly delays during the construction of the Santa Coloma Sector of L9 (Line 9) of the Barcelona Subway. A method for predicting groundwater inflows at tunnel face scale was implemented. A detailed 3D geological and geophysical characterization of the area was performed and a quasi-3D numerical model with a moving tunnel face boundary condition was built to simulate tunnel aquifer interaction. The model correctly predicts groundwater head variations and the magnitude of tunnel inflows concentrated at the crossing of faults and some dikes. Adaptation of the model scale to that of the tunnel and proper accounting for connectivity with the rest of the rock massif was crucial for quantifying the inflows. This method enables us to locate the hazardous areas where dewatering could be implemented. Third, the hydrogeological impacts caused by tunneling with TBM were characterized. The lining in tunnels reduces water seepage but could cause a barrier effect because of aquifer obstruction. Analytical methods were employed to calculate the gradient and permeability variation after tunnelling. The uses of pumping tests allow determinate the barrier effect and the changes in groundwater connectivity due to tunnelling. These approaches were adopted to help overcome the main hydrogeological problems encountered during the construction of tunnels with the TBM. Numerical models proved useful in quantifying and forecasting tunnel water inflows and head variations caused by tunnelling. A better understanding of these scenarios enabled us to find the correct solutions and to minimize the consequences of tunnel-groundwater interaction.