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Autor(en)TitelZeitschriftAusgabeSeiteRubrik
Keil, Andreas; Linden, Sebastian; Weber, JakobDie Kampmannbrücke über die Ruhr in EssenBautechnik4/2022296-304Berichte

Kurzfassung

Die neue Kampmannbrücke über die Ruhr verbindet die Essener Stadtteile Heisingen und Kupferdreh und dient als Ersatz für eine Stahlbeton-Verbundbrücke aus den 1950er-Jahren, die aufgrund fortschreitender Korrosionsschäden abgerissen werden musste. Die neue Hauptbrücke ist als einhüftige, selbstverankerte Schrägseilbrücke mit Verbundfahrbahnplatte ausgeführt. Die bestehenden Stützen und Pfahljoche der alten Brücke konnten als Auflager für ein Traggerüst zur Herstellung der Stahlkonstruktion und des Seiltragwerks verwendet werden, wodurch eine aufwendigere Herstellung im Freivorbau vermieden wurde. Entstanden ist ein ingenieurtechnisch prägnantes und wirtschaftliches Bauwerk, das sich elegant in das umliegende Naturschutzgebiet einfügt. Das liegt auch an der Entwicklung eines innovativen Spannverfahrens, das es ermöglichte, die Seilverankerungen besonders kompakt zu entwerfen. Dadurch treten diese am Brückendeck in den Hintergrund und bieten einen freien Blick auf die Ruhr und den Baldeneysee.

The Kampmann bridge across the river Ruhr in Essen
The new bridge Kampmann bridge over the river Ruhr connects the Essen districts of Heisingen and Kupferdreh replacing a steel-concrete composite bridge from the 1950s, which had to be torn down. The new main bridge is designed as a self-anchored cable-stayed bridge with a composite deck. The existing columns and pile trestles of the old bridge served as supports for a shoring for the steel and cable construction, thus avoiding a more complex construction with the free cantilever method. The result is a distinctive and economical structure that fits in elegantly into the surrounding area. This is also due to the development of an innovative tensioning method for the stay cables, allowing for the design of the cable anchorages to be particularly compact. As a result, they fade into the background, providing an unobstructed view on the river Ruhr.

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Endres, Bernd; Wagner, MarkusDie Chance des großen Ganzen - Ganzheitliche Gestaltung, Planung und Umsetzung des Autobahnabschnitts der BAB A 3 zwischen Erlangen und WürzburgBautechnik4/2022305-313Berichte

Kurzfassung

Autobahnen sind - mit ihren zahlreichen Bauwerken - nicht nur elementare Grundlage unserer mobilen Zivilisation, sondern auch unübersehbarer und damit prägender Bestandteil unserer gebauten Umwelt und Landschaftsräume. Rund 100 Jahre nach dem Bau der ersten kreuzungsfreien Straßen präsentiert sich das gewachsene Autobahnnetz als Ansammlung meist rein funktionaler Bauwerke aus unterschiedlichen Dekaden. Das ÖPP-Großprojekt “Ausbau der A 3 zwischen den Autobahnkreuzen Würzburg/Biebelried und Fürth/Erlangen” ist eine nahezu einmalige Chance, eine der am stärksten befahrenen europäischen Fernstraßenverbindungen auf einem ca. 80 km langen Abschnitt nach einheitlichen Kriterien zu erneuern: zeitlose Gestaltung mit harmonischer Einbindung in stark variierende Landschaftsräume, hohe Materialeffizienz, Dauerhaftigkeit und bestmögliche konstruktive Durchbildung aller Bauteile. Vorzeitige Obsoleszenz durch konstruktive Mängel, Vandalismus oder kurzlebige Gestaltung gilt es zu vermeiden. 2015 begann auf Initiative des Bauherrn eine intensive, interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Architekten, Bauingenieuren und Landschaftsplanern. Das Resultat war 2017 ein umfassendes Gestaltungshandbuch und, darauf aufbauend, Pflichtenhefte und -pläne für die Gestaltung und Konstruktion sämtlicher Brücken und Lärmschutzanlagen des gesamten Projekts. 113 Brücken werden erneuert und mehr als 45 km Lärmschutzanlagen gebaut. Eine ganzheitliche Betrachtung der auszubauenden Autobahnstrecke statt der Summierung zahlreicher Einzelmaßnahmen von unterschiedlicher Qualität und Erscheinung, ausgezeichnet mit dem Polis Award in Silber und einer Auszeichnung bei dem Deutschen Brückenbaupreis 2020.

The chance of the big picture - holistic design, planning and implementation of the A 3 motorway section between Erlangen and Würzburg
Highways are - with their numerous structures - not only the elementary basis of our mobile civilization, but also a conspicuous and thus formative component of our built environment and landscape. Some 100 years after the construction of the first intersection-free roads, the evolved highway network presents itself as a collection of mostly purely functional structures from different decades. The major PPP project “Expansion of the A 3 between the Würzburg/Biebelried and Fürth/Erlangen interchanges” is an almost unique opportunity to renew one of the most heavily trafficked European trunk roads on an approx. 80 km long section according to uniform criteria: Timeless design with harmonious integration into highly variable landscapes, high material efficiency, durability and the best possible structural design of all components. Premature obsolescence due to structural defects, vandalism or short-lived design must be avoided. In 2015, on the initiative of the client, an intensive, interdisciplinary collaboration with architects, civil engineers and landscape planners began. The result in 2017 was a comprehensive design manual and, building on this, specifications and plans for the design and construction of all bridges and noise barriers for the entire project. 113 bridges will be renewed and more than 45 km of noise protection facilities will be built. A holistic view of the highway section to be upgraded instead of the summation of numerous individual measures of varying quality and appearance, honored with the Polis Award in silver and an award at the German Bridge Construction Prize 2020.

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Gesella, HeikoNeubau der Patton Brücke über die SauerBautechnik4/2022314-322Berichte

Kurzfassung

Im Zuge der Umsetzung des Infrastrukturprojekts “Umsteigebahnhof Ettelbruck” - etwa 30 km nördlich der Landeshauptstadt Luxemburg gelegen - wurde die neue Patton Brücke elegant über die Sauer und die Eisenbahnlinie Luxemburg-Troisvierges geschlagen. Die Stahlverbundbrücke mit einer Länge von 170 m führt die Nationalstraße N 7 mit drei Fahrstreifen und breitem Fahrradweg als Zubringer zum Umsteigebahnhof. Das Bauwerk fügt sich harmonisch in seine Umgebung ein, die von der Lage zwischen einem Naturschutzgebiet Natura 2000 im Norden und der Industriezone “um Dreieck” im Süden sehr konträr geprägt wird. Das wartungsarme und dauerhafte semiintegrale Bauwerk aus wetterfestem Baustahl weist infolge der doppelt im Raum gekrümmten Straßenachse eine komplexe Geometrie auf, die von einer starken Grundrisskrümmung bestimmt wird. Der Entwurf ordnet sich vollständig dem integralen Tragwerksgedanken unter. Damit kommt der Ausbildung der konstruktiven Details als Schnittstellen zwischen den Tragwerksteilen besondere Bedeutung zu. In diesem Zusammenhang werden insbesondere die monolithischen Anschlüsse der Y-förmigen Pfeiler zum Überbau und deren Fortsetzung im Baugrund als Pfahlbock beleuchtet, die im Zusammenspiel mit der gesamthaften Steifigkeitsabstimmung das gewünschte Verhalten des Tragwerks gewährleisten. Im Folgenden wird von der diesbezüglichen Planung und von der darauf abgestellten Bauausführung berichtet.

Construction of the new Patton Bridge over the Sauer
The new Patton Bridge was built over the Sauer and the Luxembourg-Troisvierges railway line as part of the implementation of the “Interchange Station Ettelbruck” infrastructure project, located 30 km north of Luxembourg City. The 170 m long steel composite bridge carries the national road N 7 with three lanes and a wide bicycle path as a feeder for the transfer station. The bridge is well integrated into the environment, which is strongly characterized by the nature reserve Habitate Natura 2000 in the north and the industrial zone “um Dreieck” in the south. The low maintenance and durable semi-integral structure made of weathering structural steel has a complex geometry due to the twice curved road axis in space, which is determined by a pronounced curve in plan. The global design completely follows the integral structural concept. In this overall concept, special attention is paid to the coherent design of the details as interfaces between the structural parts. In particular, the monolithic connections of the Y-shaped piers to the superstructure and their continuation in the subsoil are illuminated, which, in conjunction with the overall rigidity coordination, determine the desired behavior of the overall structure. The following is a report on the relevant planning and construction work.

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Bautechnik aktuell 4/2022Bautechnik4/2022323-326Bautechnik aktuell

Kurzfassung

Nachrichten:
Building Information Modeling durch Kurzfilme kennenlernen
Innovationen für die Zukunft

Veranstaltungen:
Digitaler DGNB Jahreskongress beleuchtet aktuelle Debatten zu Nachhaltigkeit im Bauen
8. Deutschen Geotechnik-Konvent - Digital am Bau

Wettbewerbe:
Carbonfasern aus Holz des DITF gewinnen Cellulose Fibre Award

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik4/2022327Veranstaltungskalender

Kurzfassung

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 4/2022Beton- und Stahlbetonbau4/2022Titelbild

Kurzfassung


Zum Titelbild:
Auf dem früheren Gelände des Axel Springer Verlags in der Innenstadt von Hamburg wurde das denkmalgeschützte ehemalige Verlagshochhaus instand gesetzt und dazu ein Neubaukomplex errichtet. Auf dem Titelbild zu sehen ist die erneuerte Fassade von Bauteil A. Die Herausforderungen für die Tragwerksplaner waren vielfältig und komplex. Details zu Rückbau, Teilabbruch, Komplettabbruch, Baugrube und Hochbau lesen Sie im Bericht auf S. 265-271. (Foto: WTM Engineers)

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 4/2022Beton- und Stahlbetonbau4/2022Inhalt

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Mechtcherine, ViktorBeiträge zur Nachhaltigkeit im BetonbauBeton- und Stahlbetonbau4/2022221Editorials

Kurzfassung

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Zöller, Raphael; Ochlast, Andreas; Zimmert, Florian; Braml, ThomasEntwicklung von Prozessen zur automatisierten Planung und Herstellung von StahlbetonbauteilenBeton- und Stahlbetonbau4/2022222-234Aufsätze

Kurzfassung

Die Industrie 4.0, Digitalisierung und Automatisierung haben das Potenzial, den Werkstoff Stahlbeton unter anderem in Hinblick auf Ressourcenschonung, Vorfertigung, Dauerhaftigkeit, Qualität der Ausführung sowie viele weitere Aspekte entscheidend weiterzuentwickeln. Bereits jetzt können in Fertigungshallen immer häufiger Roboter und Robomaschinen angetroffen werden. In Anlehnung an diesen Trend werden im vorliegenden Beitrag derzeit durchgeführte Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der Firmengruppe Max Bögl und der Universität der Bundeswehr München, Institut für Konstruktiven Ingenieurbau, vorgestellt. Die ersten erklärten Entwicklungsziele dieses Verbunds betreffen die Implementierung von Treibern der Digitalisierung und der Industrie 4.0 in die Planung und Herstellung von Stahlbetonfertigteilen. Hierzu wird in der digitalen Planung ein Prozess zur parametrischen 3D-Modellierung und Bahnplanung für Roboteranwendungen entwickelt. Die entstehenden Datensätze werden anschließend in der technischen Umsetzung unter Verwendung von Industrierobotern einerseits zur individuellen Fertigung von Bewehrungskörben, andererseits zur Herstellung alternativer Bauteilgeometrien mittels eines Beton-3D-Druck-Verfahrens verwendet.

Development of processes for the automated planning and production of individual reinforced concrete elements
Industry 4.0, digitalisation and automation are the topics of high interest for research and development in the construction industry and related institutions these days. As a result, robots and robotic machines can be found more and more frequently in production halls. Following this trend, this paper presents research and development work currently being carried out by the Max Bögl Group and the Institute of Structural Engineering of the Universität der Bundeswehr in Munich. The first declared development goals of this collaboration concern the implementation of drivers of digitalisation and Industry 4.0 in the planning and production of precast reinforced concrete elements. For this purpose, in digital planning, a process for parametric 3D modeling and path planning for robotic applications is being developed. The resulting data sets are then used in the technical implementation using industrial robots for the individual production of reinforcement cages on the one hand and for the production of alternative component geometries using a concrete 3D printing process on the other hand.

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Mechtcherine, Viktor; Taubert, Markus; Müller, Steffen; Will, Frank; Storch, Florian; Plaschnick, Paul; Otto, Jens; Maiwald, Patrick3D-gedruckte monolithische Stahlbetonwände im CONPrint3D-reinforced VerfahrenBeton- und Stahlbetonbau4/2022235-244Aufsätze

Kurzfassung

Die Beton-3D-Druck-Technologie entwickelt sich sehr dynamisch und findet zunehmend praktische Anwendung. Die Integration von lastabtragender Bewehrung stellt jedoch weiterhin eine Herausforderung dar. Der vorliegende Aufsatz stellt drei neue Verfahren zur Herstellung von Stahlbetonvollwänden vor, die auf der von den Autoren entwickelten CONPrint3D-Technologie basieren. Im Einzelnen sind das: 1) das schichtweise Überdrucken von Bewehrungsmatten, die vor eine gedruckte Kernwand gehängt werden, 2) das seitliche additive Füllen eines Bewehrungskorbs sowie 3) das vollautomatische Aufbauen einer Bewehrungsstruktur mit unmittelbar darauffolgendem schichtweisen Umhüllen durch extrudierten Beton. Neben dem aktuellen Forschungsstand und den betontechnologischen Herausforderungen werden maschinenbauliche Entwicklungsansätze und die kalkulatorische Bewertung der neuen Verfahren im Vergleich mit etablierten Bauverfahren präsentiert.

Additive manufacturing of monolithic, steel-reinforced concrete walls using CONPrint3D-reinforced methods
3D concrete printing technology is developing rapidly and is increasingly finding practical applications. However, the integration of load-bearing reinforcement remains a challenge. This paper presents three new methods for the construction of monolithic walls of reinforced concrete based on the CONPrint3D-technology developed previously by the authors. In detail, these are: 1) the additive covering of reinforcement meshes, which are hung in front of a printed core wall, 2) the lateral additive filling of a reinforcement cage and 3) the fully automatic construction of a reinforcement structure with immediate subsequent layer-by-layer encasing by extruded concrete. In addition to the current state of research and the material challenges, mechanical engineering development approaches and the calculative evaluation of the new processes in comparison to established construction methods will be presented.

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Rath, Michael; Fasching, Stephan; Gaßner, Kerstin; Kollegger, JohannZur Einleitung von Vorspannkräften in dünnwandige HohlkastenquerschnitteBeton- und Stahlbetonbau4/2022245-255Aufsätze

Kurzfassung

Im Zuge eines Forschungsprojekts, welches zurzeit am Institut für Tragkonstruktionen der TU Wien behandelt wird, werden Hohlkastenquerschnitte, bestehend aus dünnwandigen Betonhalbfertigteilen, für deren Einsatz im Brückenbau untersucht. Die Hohlkastenquerschnitte werden segmentweise auf der Baustelle zusammengebaut und mit externer Vorspannung zu einem selbsttragenden Brückenträger zusammengespannt. Anschließend werden die Steg-, Boden- und Deckplatten mit Ortbeton ergänzt und somit ein monolithisches Bauwerk ohne Fugen hergestellt. Die Vorspannung des dünnwandigen Hohlkastenquerschnitts stellt dabei eine besondere Herausforderung dar. In dieser Arbeit wird eine neue Herangehensweise zur Einleitung der Vorspannkräfte in dünnwandige Hohlkastenquerschnitte vorgestellt, wobei diese anhand von durchgeführten experimentellen Untersuchungen sowie deren Analyse mit einer nichtlinearen FE-Berechnung präsentiert wird. Untersucht wurden zwei unterschiedliche Herstellungsarten der Lisenen, einerseits eine Herstellung in Fertigteilbauweise, andererseits in Ortbetonweise. Dabei hat sich gezeigt, dass eine Herstellung der Lisenen als Fertigteile für die Einleitung von Vorspannkräften in dünnwandige Hohlkastenquerschnitte aufgrund der bei der Ortbetonbauweise entstehenden Schubfuge zu bevorzugen ist.

On the introduction of post-tensioning forces into thin-walled box girder cross-sections
In the course of a research project currently being conducted at the Institute for Structural Engineering at the TU Wien, box girder cross-sections consisting of thin-walled semi-precast concrete elements are being investigated for their use in bridge construction. The box girder cross-sections are assembled segment by segment on the construction site and tensioned together with external post-tensioning to form a self-supporting bridge girder. Subsequently, the web, floor and deck slabs are completed with in-situ concrete, thus producing a monolithic structure without joints. The post-tensioning of the thin-walled box girder cross-section poses a particular challenge. In this paper, a new approach to the introduction of post-tensioning forces in thin-walled box-girder cross-sections is presented, based on experimental investigations carried out and their analysis with a nonlinear FE calculation. Two different manufacturing methods of the blisters were investigated, on the one hand a prefabricated construction method and on the other hand a cast-in-place method. It has been shown that the production of blisters as precast elements is preferable for the introduction of post-tensioning forces into thin-walled box girder cross-sections due to the shear joint created by the in-situ concrete construction method.

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Pröbsting, Arthur; Trost, Burkhart; Schuler, HaraldBerücksichtigung der Querbiegebewehrung zur Erhöhung des Querkraftwiderstands bei einer Bestandsbrücke - Fachwerkmodell und nichtlineare FE-AnalyseBeton- und Stahlbetonbau4/2022256-264Aufsätze

Kurzfassung

Zahlreiche Brücken aus den 1970er und 1980er Jahren sind heute deutlich höheren Verkehrslasten ausgesetzt als damals bei der ursprünglichen Bemessung. Unterdessen wurden die normativen Regelungen eher verschärft oder verfeinert, sodass diese Bauwerke den heute geltenden Regeln oft nicht standhalten können. Mit der Einführung der sogenannten Erhaltungsnorm SIA 269 ff. wurde versucht, dieser Tatsache entgegenzuwirken, insbesondere, indem günstige Einflüsse wie Materialnacherhärtung oder Reduktion der Restnutzugsdauer Eingang fanden. Im Falle der Grenzbrücke Basel hätte ein üblicher Querkraftnachweis zu einer aufwendigen Querkraftverstärkung in großen Bereichen der Brücke geführt. Unter Ansatz der Querbiegebewehrung für die Querkrafttragfähigkeit konnte jedoch auf die ursprünglich geplante Verstärkungsmaßnahme verzichtet werden. Die Wirkung der Querbiegebewehrung auf den Querkraftwiderstand wurde anhand eines zusätzlichen zweiten Fachwerkmodells erfasst. Die notwendige Erhöhung des Biegewiderstands ergab sich durch einen Spannungszuwachs im Spannglied bei der Findung des horizontalen Kräftegleichgewichts. Mit einer nichtlinearen Finite-Elemente-Berechnung konnten die Ergebnisse überprüft und die Verträglichkeit der beiden Fachwerkmodelle aufgezeigt werden.

Consideration of transverse bending reinforcement to increase the shear resistance of an existing bridge - Model development and compatibility assessment
Many bridges built in the 1970s and 1980s are now exposed to much higher traffic loads than they were designed for at the time. In the meantime, the normative regulations have tended to be tightened or refined, so that these structures often cannot withstand the rules that apply today. With the introduction of the so-called maintenance standard SIA 269ff. [1], an attempt was made to counteract this fact, in particular by incorporating favourable influences such as material post-hardening or reduction of the remaining period of use. In the case of the Basel border bridge, a conventional shear verification would have led to costly shear force reinforcement in large areas of the bridge. However, by applying the transverse bending reinforcement for the shear force bearing capacity, the originally planned reinforcement measure could be dispensed with. The transverse bending reinforcement was taken into account in the shear force resistance by adding a second truss model. The necessary increase of the bending resistance resulted from a stress increase in the tendons when finding the horizontal force equilibrium. With a non-linear finite element calculation, the results could be checked and the compatibility of the two truss models could be shown.

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Schadow, ThomasSpringer Quartier Hamburg - Tragwerk und Baugrube - Aspekte aus der PlanungspraxisBeton- und Stahlbetonbau4/2022265-271Berichte

Kurzfassung

Herrn Dr.-Ing. Karl Morgen zum 70. Geburtstag gewidmet
Auf dem früheren Gelände des Axel Springer Verlags in der Innenstadt von Hamburg wurde ein Neubaukomplex errichtet sowie das denkmalgeschützte ehemalige Verlagshochhaus instand gesetzt und modernisiert. In diesem Bericht werden die statisch-konstruktiven Herausforderungen der Tragwerksplanung im Bestand sowie beim Neubau erläutert. Darüber hinaus werden technische Aspekte der Baugrube für drei Untergeschosse des Neubaus und des Abbruchs der Bestandsgebäude beschrieben.

Springer Quartier Hamburg - Structure and Building Pit
On the former site of the Axel Springer Verlag in the center of Hamburg, a new building complex was erected, and the listed office building was repaired and modernized. This report explains the static-constructive challenges of structural design in existing and new buildings. In addition, technical aspects of the building pit for three basement floors of the new building and the demolition of the existing building are described.

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Sonderegger, Eric; Beliaev, Dmitrii; Lorber, Stefan; Ott, Markus; Uhl, HubertRealisierung der neuen AirportAcademy auf dem LabCampus am Münchner FlughafenBeton- und Stahlbetonbau4/2022272-279Berichte

Kurzfassung

Am neuen LabCampus auf dem Gelände des Flughafens München plant und erstellt die Ed. Züblin AG als Generalübernehmerin den Neubau des Trainingszentrums AirportAcademy für die LabCampus GmbH. Besonders bautechnisch herausfordernd ist das tragende außen liegende Betonfachwerk über zwei Geschosse. Das Tragwerk folgt von der Formgebung her den Start- und Landebahnen des Flughafens und ist umlaufend ohne jegliche Dilatationsfugen ausgeführt. Über seitlich anschließende Stahlverbundträger und die aufgehenden Fassadenpfeiler unterstützt das Betonfachwerk die darüberliegenden Geschosse. Neben zahlreichen Interaktionen in der Tragwerksfindung und -planung in Kombination mit hoch beanspruchten Knotenpunkten stellt der Anspruch einer gleichbleibenden Ästhetik des später um den kompletten Gebäudeumfang sichtbaren Außentragwerks eine besondere Herausforderung an das Schalungssystem und an den Betonbau dar.

Realization of the new AirportAcademy on the LabCampus at Munich airport
As a general contractor, Ed. Züblin AG is planning and executing for the LabCampus GmbH the new training center AirportAcademy, which is part of the LabCampus innovation hub on the Munich Airport site. Especially the external two-story concrete truss poses a significant challenge in terms of structural engineering. Inspired by the distinctive shape of Munich Airport's runway & taxiway, the structure is designed without expansion joints. In combination with the laterally connected steel-composite beams and the rising concrete façade pillars, the concrete truss functions as part of the superstructure by supporting the floors above. Regarding the fulfilling of demands for an even and seamless appearance of the see-through external supporting structure, the combination of a unique structural design and the presence of highly stressed nodes poses a significant challenge to the formwork and exemplifies the complexity in concrete construction.

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell 4/2022Beton- und Stahlbetonbau4/2022281-283Beton- und Stahlbetonbau aktuell

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Persönliches:
Ulrich Quast 85 Jahre
Eine großartige Persönlichkeit des Bauwesens wird 70 - Karl Morgen

Nachrichten:
Spritzbeton-Tagung

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBeton- und Stahlbetonbau4/2022284Veranstaltungskalender

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Geomechanics and Tunnelling 4/2022Geomechanics and Tunnelling4/2022Imprint

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Content: Geomechanics and Tunnelling 4/2022Geomechanics and Tunnelling4/2022Contents

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Tunnel drainage and sinteringGeomechanics and Tunnelling4/2022Cover Pictures

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To increase overall safety, standardize Croatia's highway network, and adapt to the increased traffic to and from European countries, the Croatian Government decided to build a second tube for the Uka Tunnel - the third-longest tunnel in Croatia. DSI Underground produced and supplied anchor systems and equipment to support excavation. (photo: DSI underground)
Um die Sicherheit insgesamt zu erhöhen, das kroatische Autobahnnetz zu vereinheitlichen und sich an den zunehmenden Verkehr von und nach Europa anzupassen, beschloss die kroatische Regierung den Bau einer zweiten Röhre für den Uka-Tunnel - dem drittlängsten Tunnel in Kroatien. DSI Underground lieferte Ankersysteme und Ausrüstung zur Unterstützung des Vortriebs. (Foto: DSI Underground)

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Dietzel, Martin; Wagner, HannsTunnel drainage and sintering - Tunnelentwässerung und VersinterungGeomechanics and Tunnelling4/2022334Editorials

Kurzfassung

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News: Geomechanics and Tunnelling 4/2022Geomechanics and Tunnelling4/2022335-344News

Kurzfassung

Initial break-through in the Semmering Base Tunnel - Erster Durchschlag im Semmering-Basistunnel
Tunnel break-through in the Brenner Base Tunnel - Tunnel-Durchschlag im Brenner Basistunnel
Ceremony marks the start of excavation of the new U2 in Vienna - Tunnelanstich für neue U2 in Wien
Further milestones reached in the construction of the Fehmarn Belt Tunnel - Weitere Meilensteine für den Fehmarnbelt-Tunnel erreicht
Carcassing of Koralm Tunnel complete - Koralmtunnel im Rohbau fertig
Work with TBM underway in Airolo - TBM in Airolo gestartet
ZÜBLIN awarded orders for mining works in Chile - ZÜBLIN erhält in Chile Aufträge für Bergwerksprojekte
TBM for Kühtai expansion project starts turning - TBM für Erweiterungsprojekt Kühtai angedreht
Implenia builds connecting tunnel for the Stockholm metro - Implenia baut Verbindungstunnel für die Metro in Stockholm
Tunnelling starts in the H52 Hochstegen contract section -Tunnelanschlag im Baulos H52 Hochstegen
Call for papers - Topics for the next issues of Geomechanics and Tunnelling - Themen für die nächsten Ausgaben der “Geomechanics and Tunnelling”

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Dietzel, Martin; Eichinger, StefanieScale formation processes - State of knowledge and current challenges / Prozesse der Versinterung - Kenntnisstand und aktuelle HerausforderungenGeomechanics and Tunnelling4/2022347-357Topics

Kurzfassung

Scale formation in water drainage systems occurs in diverse forms. In tunnel drainage systems in particular, calcium carbonate deposition can significantly impair water discharge, resulting in costly maintenance work and tunnel closures. This review paper presents and discusses the state of knowledge as well as the current challenges regarding scale formation in tunnel drainage systems in terms of typification, parameters controlling formation, such as hydrochemistry, interfacial phenomena, microbial activity, and countermeasures, such as appropriate adaptation of construction materials, drainage design, inhibitor use and cleaning. Detailed knowledge of the case-specific scale formation environment and the scaling capacities of the waters provides the basis for the tailored development and evaluation of suitable strategies for successfully reducing maintenance efforts and tunnel closure. For this purpose, time- and site-resolved monitoring of the composition of the solid phases, waters and the tunnel atmosphere during the implementation of the construction project and during the operation of the tunnel is paramount.
Versinterungen treten in Entwässerungssystemen in vielfältiger Ausprägung auf. Bei Drainagen von Tunnelbauwerken kann insbesondere die Abscheidung von Kalziumkarbonat zu einer signifikanten Beeinträchtigung der Wasserausleitung und damit zu kostenintensiven Instandhaltungsarbeiten sowie Sperren führen. In diesem Übersichtsbeitrag werden der Kenntnisstand sowie die aktuellen Herausforderungen der Versinterung von Tunneldrainagen in Hinblick auf die Typisierung, die steuernden Parameter der Entstehung wie Wasserchemie, Grenzflächenphänomene, mikrobielle Aktivität und Gegenmaßnahmen wie geeignete Anpassung von Baumaterialien, Drainagedesign, Inhibitoreinsatz und Reinigung vorgestellt und diskutiert. Die Basis für eine individuelle Entwicklung und Bewertung von geeigneten Strategien zur erfolgreichen Reduktion der Instandhaltungsaufwände und Sperrzeiten stellen detaillierte Kenntnisse über die fallspezifischen Bildungsumfelder von Versinterungen und Versinterungskapazitäten der Wässer dar. Hierfür ist ein zeit- und ortsaufgelöstes Monitoring der Zusammensetzung von Festphasen, Wässern und Tunnelatmosphäre im Verlauf der Umsetzung des Bauprojekts und während des Tunnelbetriebs unverzichtbar.

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Koraimann, Günther; Bischof, KarinCharacterisation of microbial biofilms from tunnel drainage water / Charakterisierung von mikrobiellen Biofilmen aus TunnelwässernGeomechanics and Tunnelling4/2022358-368Topics

Kurzfassung

Microorganisms mainly from the domain of bacteria dominate life in the terrestrial subsurface up to a depth of several kilometers. Microbial life in that habitat is dependent on the availability of water and nutrients of biotic or abiotic origin. To produce biomass, bacterial primary producers are capable to use simple building blocks such as CO2, H2, CH4, reduced iron and sulfur, nitrate, phosphate as well as other salts and trace elements. Here, we describe the microbial content of several biofilm samples taken during the construction phase of a railway tunnel between the provinces of Styria and Carinthia (Koralm Tunnel). We could identify bacterial cells using light microscopy and used 16S rDNA based microbial profiling to characterize the bacterial community structure. Our results clearly show that the massive biofilms in tunnel drainage water were produced by a bacterial consortium typical for the deep continental subsurface biosphere. In many cases the majority of the consortium could be assigned to autotrophs, methanotrophs and methylotrophs.
Mikroorganismen, vor allem Bakterien, dominieren das Leben im terrestrischen Untergrund bis zu einer Tiefe von mehreren Kilometern. Das mikrobielle Leben ist in diesen Zonen auf das Vorhandensein von Wasser und Nährstoffen organischen oder anorganischen Ursprungs angewiesen. Primärproduzenten sind hauptsächlich autotrophe Bakterien, die aus einfachen Bausteinen wie CO2, H2, CH4, Schwefel- und Eisenverbindungen sowie Nitrat, Phosphat und verschiedenen anderen Salzen und Spurenelementen Biomasse, bestehend aus Zellen und Zellverbänden, generieren können. Im Zuge der Rohbau-Herstellung des Koralmtunnels wurde bei Entwässerungsbohrlöchern und nach Tunnelvortrieb teilweise massiver organischer Bewuchs festgestellt. Um die Verursacher dieser als Biofilme bezeichneten, mikrobiell verursachten Bewuchsformen zu identifizieren, wurden mikrobiologische (Mikroskopie) und genetische Untersuchungen (Mikrobiom-Analysen auf Basis von DNA-Sequenzierungen) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die im Koralmtunnel beobachteten und analysierten Biofilme vor allem auf die Aktivität von tief in der kontinentalen Erdkruste vorkommenden methylotrophen/methanotrophen und chemilithoautotrophen Bakterien zurückzuführen sind.

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Boch, Ronny; Pilgerstorfer, Thomas; Moritz, BerndReduction of scale formation by optimized drainage conditions - Insights from field testing / Reduzierung von Versinterung durch optimierte Drainagebedingungen - Erkenntnisse eines FeldversuchsGeomechanics and Tunnelling4/2022371-391Topics

Kurzfassung

A field test was carried out in Koralmtunnel in order to enhance process understanding and to optimize the drainage system in a tunnel section that is complex in terms of hydrochemistry, water inflow and mineral (calcareous scale, iron ochre) and biological (microbial mats) deposits. The field test comprised three test fields with different system components and flow characteristics. The development of critical waters and deposits was recorded by continuous measurements of relevant water and air parameters by means of autonomous sensors/data loggers. Furthermore, the components were “forensically” examined with respect to scale formation. The experiments show the crucial importance of gas exchange (CO2, oxygen ingress), filling level (flow geometry/regime), residence time of waters and water-air interaction in the drainage system. The type, material consistency, and amount of scale and biofilms depend significantly on specific gradients. Floating scale crusts formed in stagnant sections, biofilms and iron ochre deposits of soft consistency formed at higher flow rates. Seepage packs and siphons turned out to be potential sediment traps with decreasing flow-through with no access. Drainage hoses and dimpled membranes tend to be beneficial because they can prevent air exchange at relatively high flow rates. High CO2 partial pressure within these components (measured and modeled) inhibits carbonate precipitation. The drainage system is locally designed as a series of direct cross-drains with simple flow paths, restricted air exchange, precautionary cleaning access, and optional water hardness stabilization (liquid conditioning).
Im Koralmtunnel wurde ein Feldversuch zwecks Prozessverständnis und Optimierung des Entwässerungssystems in einem hinsichtlich Hydrochemie, Wasserzutritt und mineralischer (Kalksinter, Verockerungen) wie biologischer (mikrobielle Matten) Ablagerungen komplexen Tunnelabschnitt durchgeführt. Drei Testfelder mit unterschiedlichen Systemkomponenten und Fließverhalten wurden eingerichtet. Die Entwicklung der Wässer und Ablagerungen wurde durch kontinuierliche Messungen relevanter Wasser- und Luftparameter mittels autonomer Sensoren/Datenlogger aufgezeichnet und die Bauteile wurden hinsichtlich Versinterung “forensisch” untersucht. Die Versuche zeigen die große Bedeutung des Gasaustauschs (CO2, Sauerstoffzutritt), des Füllstands (Fließgeometrie/-regime), der Verweilzeit der Wässer und der Wechselwirkung Wasser-Luft im Entwässerungssystem. Art, Konsistenz und Menge von Versinterung und Biofilmen hängen wesentlich von spezifischen Gradienten ab. In eingestauten Abschnitten bildeten sich aufschwimmende Sinterkrusten, bei höheren Fließraten Biofilme und Verockerungen weicher Konsistenz. Sickerpackungen und Siphons sind potenzielle Sedimentfallen mit abnehmendem Durchfluss bei fehlender Zugänglichkeit. Abschlauchungen und dichte Noppenbahnen sind tendenziell vorteilhaft, da sie den Luftaustausch bei relativ hohen Fließraten unterbinden können. Ein hoher CO2-Partialdruck innerhalb dieser Komponenten (gemessen und modelliert) unterbindet Kalkausfällung. Die Drainage wurde lokal als eine Reihe direkter Querausleitungen mit einfachen Fließwegen, eingeschränktem Luftaustausch, vorsorglichen Reinigungszugängen und optionaler Härtestabilisierung (Flüssigkonditionierung) ausgeführt.

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Pointner, Peter; Sellner, SabineDocumentation and scale deposits in the Koralm Tunnel - Mapping and sampling in practice / Dokumentation von Versinterungen im Koralmtunnel - Kartierung und Beprobung in der PraxisGeomechanics and Tunnelling4/2022392-401Topics

Kurzfassung

The bidding consortium 3G Gruppe Geotechnik Graz ZT GmbH and Pöyry Infra GmbH as well as Geoconsult ZT GmbH and BGG Consult Dr. Peter Waibel ZT-GmbH were awarded the contract for the geological and hydrogeological documentation during the construction of the 33 km long Koralm Tunnel, which was split into three lots. To assess the potential for scale deposition, ongoing documentation and surveys of the groundwater inflows were undertaken in addition to the usual hydrogeological documentation. The scope of documentation included mapping of scale deposition and groundwater inflows, regular site visits and sampling of water and solids in the excavated tunnel (shotcrete and segmental lining) both during and after excavation works. Furthermore, long-term monitoring of the water inflows (on-site parameters, determination of / changes in humidity) and laboratory analysis of the individual and mixed groundwater samples identified the parameters required to assess the potential for scale deposition. The documentation, analysis and assessments provided the basis for ultimately deciding which tunnel sections would require hardness stabilisation measures to reduce or inhibit scaling and calcium carbonate precipitations in the drainage system during the operational phase.
Im Zuge der Bautätigkeiten des Koralmtunnels waren die Bietergemeinschaften 3G Gruppe Geotechnik Graz ZT GmbH und Pöyry Infra GmbH sowie Geoconsult ZT GmbH und BGG Consult Dr. Peter Waibel ZT-GmbH mit der geologisch-hydrogeologischen Dokumentation der drei Rohbau-Baulose beauftragt. Zur Bewertung der Versinterungsneigung wurden über die übliche hydrogeologische Vortriebsdokumentation hinaus weiterführende Dokumentationen und Parametererhebungen der Berg- bzw. Grundwasserzutritte durchgeführt. Flächige Versinterungs- und Bergwasserzutrittskartierungen, regelmäßige Begehungen und Wasser- sowie Feststoffprobennahmen im ausgebauten Tunnel (Spritzbeton- bzw. Tübbingschale) während und nach Abschluss der Vortriebsarbeiten bildeten den Dokumentationsumfang. Darüber hinaus lieferten die (Langzeit-)Beobachtungen der Wasserzutritte (Geländeparameter, Bestimmung / Änderung des Feuchtegrads) sowie die laboranalytischen Untersuchungen der Berg- und Mischwasserproben jene Parameter, die für die Beurteilung hinsichtlich der Versinterungsneigung der Wässer erforderlich sind. Die durchgeführten Dokumentationen, Analysen und Bewertungen dienten als maßgebliche Entscheidungsgrundlage für die schlussendliche Festlegung jener Abschnitte, die in der Betriebsphase des Tunnels mit Härtestabilisierungsanlagen bzw.-mitteln versehen werden sollen um Sinterbildungen/Kalkausfällungen im Drainagesystem zu reduzieren bzw. zu verhindern.

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