R.E.News future Technology-GPR Mapping to Unlock the Secrets of Steel Fibre Reinforced Tunnel Linings

 26/09/25-FR-English-NL- footer

GPR : Lever le voile sur les secrets des revêtements de tunnels en béton fibré

Image-R.E.News©

Alors que les métropoles mondiales s’étendent et que l’espace en surface se raréfie, les villes s’enfoncent de plus en plus dans le sous-sol. Les tunnels urbains ne se contentent plus de canaliser la circulation : ils véhiculent eau, énergie et communications, constituant la charpente invisible des villes modernes.

Pour répondre à ces besoins, le tunnelier bouclier s’est imposé comme la méthode privilégiée, alliant efficacité et maîtrise des impacts en surface. Depuis des décennies, les revêtements de ces tunnels reposent sur des voussoirs en béton armé préfabriqué (RC). Fiables, mais vulnérables aux pressions d’eau élevées, ils laissent parfois place à des fissures et infiltrations.

C’est ici que le béton fibré à l’acier (SFRC) fait la différence : en répartissant mieux les contraintes, il limite fissuration et fuites. De plus en plus de projets misent désormais sur des revêtements composites multicouches (SFRC + RC + couches d’étanchéité), offrant une protection renforcée. Mais une question cruciale demeure : comment évaluer leur qualité sans les endommager ?

Voir l’invisible sans casser

Contrairement aux bâtiments de surface, un revêtement de tunnel reste inaccessible à l’œil nu. Les méthodes classiques – carottages ou tests acoustiques – sont intrusives et fragilisent la structure. Les ingénieurs cherchent donc depuis longtemps une approche non destructive.

La radar géologique (GPR – Ground Penetrating Radar) semblait être une piste. Déjà utilisée pour le béton armé, elle envoie des ondes électromagnétiques dans la structure et analyse leur réflexion. Mais les fibres d’acier du SFRC brouillent le signal, compliquant l’interprétation. Jusqu’à récemment, peu d’études s’étaient attaquées à ce casse-tête.

Singapour, laboratoire souterrain

Ce défi a réuni l’Université Tongji, Shanghai Tunnel Engineering (Singapour) et China Railway Construction Corporation autour d’une recherche pionnière. Leur terrain d’expérimentation : le Deep Tunnel Sewerage System – Phase 2 (DTSS-2), projet colossal destiné à gérer les eaux usées de Singapour pour plusieurs décennies.

Les chercheurs ont adopté une démarche en trois étapes :

Simulations numériques via le logiciel gprMax pour modéliser la propagation des ondes dans le SFRC.

Expériences sur maquettes, recréant les conditions réelles des revêtements composites.

Tests in situ, directement dans les tunnels du DTSS-2, pour confronter théorie et réalité.

La percée scientifique

Les résultats sont déterminants : en choisissant la bonne fréquence – 300 MHz – le GPR parvient à distinguer clairement les couches d’un revêtement composite SFRC-RC. L’équipe a en outre développé des formules empiriques décrivant l’atténuation du signal, offrant aux ingénieurs des outils pratiques pour interpréter les données.

C’est une avancée majeure : elle prouve que les revêtements les plus complexes peuvent être évalués sans percer ni fragiliser la structure.

Des implications mondiales

Cette réussite change la donne pour l’ingénierie souterraine. Métros, réseaux d’assainissement ou galeries énergétiques – autant d’infrastructures coûteuses et critiques – pourront bénéficier de contrôles de qualité non destructifs.

Elle s’inscrit dans une dynamique internationale : en Europe comme au Japon, des recherches similaires émergent face à la demande croissante de structures plus sûres et durables. L’expérience singapourienne devient ainsi une référence mondiale, démontrant que l’innovation académique peut transformer les pratiques industrielles.

Une nouvelle confiance sous terre

« La fréquence optimale pour détecter les revêtements composites SFRC-RC est de 300 MHz », résument les chercheurs, soulignant que leurs formules constituent désormais un guide quantitatif pour les projets futurs.

Au-delà de la recherche, ce travail offre aux maîtres d’ouvrage, ingénieurs et décideurs une promesse : bâtir des tunnels plus fiables, surveillés dès leur conception, et capables de durer dans le temps sans interventions coûteuses.

Dans un monde où les villes s’étendent vers les profondeurs, cette avancée incarne un pas décisif vers une infrastructure souterraine plus intelligente, plus sûre et plus durable.
NJC.© Info Ground Penetrating Radar Detection of Steel Fibre Reinforced Composite Linings in Shield Tunnels: Experimental and Field Studies

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

 26/09/25-English

GPR: Unveiling the secrets of fiber-reinforced concrete tunnel linings

Image-R.E.News©

As global cities expand and surface space becomes scarce, cities are moving deeper and deeper underground. Urban tunnels no longer simply channel traffic: they carry water, energy, and communications, forming the invisible framework of modern cities.

To meet these needs, the shield tunnel boring machine (TBM) has emerged as the preferred method, combining efficiency and control of surface impacts. For decades, the linings of these tunnels have relied on precast reinforced concrete (RC) segments. Reliable, but vulnerable to high water pressures, they sometimes give way to cracks and infiltration.

This is where steel-fiber-reinforced concrete (SFRC) makes the difference: by better distributing stress, it limits cracking and leaks. More and more projects are now relying on multi-layer composite linings (SFRC + RC + sealing layers), which offer enhanced protection. But a crucial question remains: how can their quality be assessed without damaging them?

Seeing the Invisible Without Breaking

Unlike surface buildings, a tunnel lining remains inaccessible to the naked eye. Conventional methods—coring or acoustic testing—are intrusive and weaken the structure. Engineers have therefore long sought a non-destructive approach.

Geological radar (GPR) seemed like a possible solution. Already used for reinforced concrete, it sends electromagnetic waves into the structure and analyzes their reflection. However, the steel fibers in the SFRC scramble the signal, complicating interpretation. Until recently, few studies had addressed this conundrum.

Singapore, Underground Laboratory

This challenge brought together Tongji University, Shanghai Tunnel Engineering (Singapore), and China Railway Construction Corporation around pioneering research. Their testing ground: the Deep Tunnel Sewerage System – Phase 2 (DTSS-2), a colossal project designed to manage Singapore's wastewater for several decades.

The researchers adopted a three-step approach:

Numerical simulations using gprMax software to model wave propagation in the SFRC.

Experiments on models, recreating the real-world conditions of composite linings.

In situ tests, directly in the DTSS-2 tunnels, to compare theory and reality.

The Scientific Breakthrough

The results were decisive: by choosing the right frequency—300 MHz—GPR was able to clearly distinguish the layers of an SFRC-RC composite lining. The team also developed empirical formulas describing signal attenuation, providing engineers with practical tools for interpreting the data.

This is a major breakthrough: it proves that the most complex coatings can be evaluated without piercing or weakening the structure.

Global Implications

This achievement is a game-changer for underground engineering. Subways, sewerage systems, and energy galleries—all costly and critical infrastructure—will be able to benefit from non-destructive quality control.

It is part of an international trend: in Europe and Japan, similar research is emerging in response to the growing demand for safer and more durable structures. The Singapore experience is thus becoming a global benchmark, demonstrating that academic innovation can transform industrial practices.

New Confidence Underground

"The optimal frequency for detecting SFRC-RC composite coatings is 300 MHz," summarize the researchers, emphasizing that their formulas now constitute a quantitative guide for future projects.

Beyond research, this work offers project owners, engineers, and decision-makers a promise: to build more reliable tunnels, monitored from the design stage, and capable of lasting over time without costly repairs.

In a world where cities are expanding underground, this advancement represents a decisive step toward smarter, safer, and more sustainable underground infrastructure.
NJC.© Info Ground Penetrating Radar Detection of Steel Fibre Reinforced Composite Linings in Shield Tunnels: Experimental and Field Studies

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 26/09/25-NL

GPR: De geheimen van tunnelbekledingen van vezelversterkt beton onthuld

Image-R.E.News©

Naarmate wereldsteden groeien en de oppervlakte schaarser wordt, gaan steden steeds dieper de grond in. Stedelijke tunnels kanaliseren niet langer alleen verkeer: ze vervoeren water, energie en communicatie en vormen zo het onzichtbare raamwerk van moderne steden.

Om aan deze behoeften te voldoen, is de schildtunnelboormachine (TBM) de voorkeursmethode gebleken, die efficiëntie combineert met beheersing van de impact op het oppervlak. Decennia lang waren de bekledingen van deze tunnels afhankelijk van geprefabriceerde gewapende betonsegmenten (RC). Deze zijn betrouwbaar, maar kwetsbaar voor hoge waterdruk, waardoor er soms scheuren en infiltratie kunnen ontstaan.

Hier maakt staalvezelversterkt beton (SFRC) het verschil: door de spanning beter te verdelen, beperkt het scheurvorming en lekkages. Steeds meer projecten vertrouwen nu op meerlaagse composietbekledingen (SFRC + RC + afdichtingslagen), die een verbeterde bescherming bieden. Maar een cruciale vraag blijft: hoe kan de kwaliteit ervan worden beoordeeld zonder ze te beschadigen?

Het onzichtbare zien zonder te breken

In tegenstelling tot bovengrondse gebouwen blijft een tunnelwand onbereikbaar voor het blote oog. Conventionele methoden – zoals boren of akoestisch testen – zijn intrusief en verzwakken de constructie. Ingenieurs hebben daarom lang gezocht naar een niet-destructieve aanpak.

Geologische radar (GPR) leek een mogelijke oplossing. Deze radar, die al wordt gebruikt voor gewapend beton, stuurt elektromagnetische golven de constructie in en analyseert hun reflectie. De staalvezels in de SFRC verstoren het signaal echter, wat de interpretatie bemoeilijkt. Tot voor kort waren er weinig studies die zich met dit raadsel bezighielden.

Singapore, Underground Laboratory

Deze uitdaging bracht Tongji University, Shanghai Tunnel Engineering (Singapore) en China Railway Construction Corporation samen rond baanbrekend onderzoek. Hun proefterrein: het Deep Tunnel Sewerage System – Fase 2 (DTSS-2), een kolossaal project dat decennialang is ontworpen om het afvalwater van Singapore te beheren.

De onderzoekers hanteerden een driestappenaanpak:

Numerieke simulaties met gprMax-software om de golfvoortplanting in de SFRC te modelleren.

Experimenten met modellen, waarbij de werkelijke omstandigheden van composietbekledingen worden nagebootst.

In-situtests, direct in de DTSS-2-tunnels, om theorie en werkelijkheid te vergelijken.

De wetenschappelijke doorbraak

De resultaten waren doorslaggevend: door de juiste frequentie te kiezen – 300 MHz – kon GPR de lagen van een SFRC-RC composietbekleding duidelijk onderscheiden. Het team ontwikkelde ook empirische formules die signaalverzwakking beschrijven, waardoor ingenieurs praktische tools kregen voor de interpretatie van de data.

Dit is een belangrijke doorbraak: het bewijst dat de meest complexe coatings kunnen worden geëvalueerd zonder de constructie te doorboren of te verzwakken.

Wereldwijde implicaties

Deze prestatie is een doorbraak voor de ondergrondse techniek. Metro's, rioleringssystemen en energiegalerijen – allemaal kostbare en kritieke infrastructuur – zullen kunnen profiteren van niet-destructieve kwaliteitscontrole.

Het maakt deel uit van een internationale trend: in Europa en Japan ontstaat soortgelijk onderzoek als reactie op de groeiende vraag naar veiligere en duurzamere constructies. De ervaring in Singapore wordt daarmee een wereldwijde maatstaf en toont aan dat academische innovatie industriële praktijken kan transformeren.

Nieuw vertrouwen in de ondergrond

"De optimale frequentie voor het detecteren van SFRC-RC-composietcoatings is 300 MHz", vatten de onderzoekers samen, en benadrukken dat hun formules nu een kwantitatieve leidraad vormen voor toekomstige projecten.

Naast onderzoek biedt dit werk projectontwikkelaars, ingenieurs en besluitvormers een belofte: het bouwen van betrouwbaardere tunnels, die vanaf de ontwerpfase worden gemonitord en die lang meegaan zonder kostbare reparaties.

In een wereld waarin steden ondergronds uitbreiden, is deze vooruitgang een beslissende stap naar een slimmere, veiligere en duurzamere ondergrondse infrastructuur.
NJC.© Info Ground Penetrating Radar Detection of Steel Fibre Reinforced Composite Linings in Shield Tunnels: Experimental and Field Studies

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------