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This article analyses and discusses the current state of the art in the development of digital ground models in tunnelling. Following a review and discussion of the literature research combined with interview responses, a deficit analysis was performed. It shows why current projects mainly work with models and software that function as isolated solutions. A lack of software developments and limited collaborative work mean that the effects of current findings cannot immediately be implemented in models. Accordingly, the enormous potential of full coaction can only be imagined. A further problem is the lack of loss-free data exchange across varying project phases and participants. Science is already moving in the right direction with the goal of harmonising the basic systematics. Finally, requirements for a digital ground model are formulated, and in combination with collaborative working and improved communication, these result in a large number of advanced possible applications.

Aktuelle Entwicklung der digitalen Baugrundmodellierung im Tunnelbau
In diesem Beitrag wird der aktuelle Stand der Technik der Entwicklung des digitalen Baugrundmodells im Tunnelbau analysiert und erörtert. Nach der Zusammenschau und Diskussion von Literaturauswertung und Interviewantworten wurde eine Defizitanalyse durchgeführt. Sie zeigt auf, warum derzeitige Projekte vorwiegend mit Modellen und Softwareanwendungen arbeiten, welche als Insellösungen funktionieren. Fehlende Softwareentwicklungen und eingeschränkte kollaborative Bearbeitungen führen dazu, dass die Auswirkungen aktueller Erkenntnisse in den derzeit zur Anwendung kommenden Modellen oft nicht unmittelbar eingearbeitet werden. Dementsprechend können die enormen Potenziale der Zusammenwirkung derzeit nur erahnt werden. Ein weiterer Schwachpunkt ist die fehlende Möglichkeit eines verlustfreien Datenaustausches über Projektphasen und Projektbeteiligte hinweg. Mit dem Ziel einer Harmonisierung der grundlegenden Systematik geht die Wissenschaft bereits in die richtige Richtung. Abschließend werden Anforderungen für ein digitales Baugrundmodell formuliert, die in Kombination mit einer kollaborativen Bearbeitung und verbesserten Kommunikation eine Vielzahl an erweiterten Anwendungsmöglichkeiten ergeben.

The European requirements for fire safety design and testing of structural masonry members are already the governing requirements in many cases. In principle, both the European and the German classification may be used according to the Bauregelliste. However, the latter may only be used when European classification of a member or construction material is not possible because the appropriate European standards do not exist. The European standards do not differ fundamentally from the German standard DIN 4102-2. One significant difference is that according to the DIN 4102-2, it was required to carry out two tests with the most unfavourable result governing, while according to the European standard, only one test is required. According to the EN Standard, the tests for fire resistance and the reaction to fire are carried out separately. There are other differences related to the pressure in the furnace as well as the use of plate thermocouples instead of jacketed thermocouples. Fire safety design of masonry is carried out in accordance with EC 6-1-2 and the National Annex. Only the members not regulated in the EC 6-1-2, e.g. pre-cast masonry members, non-load-bearing walls, lintels, connections and joints, should be designed and checked according to the revised DIN 4102-4.

Scaling of tunnel drainage systems comprises complex reaction mechanisms, which are essentially caused by the interaction of water with cement-based materials and the atmosphere. The resulting precipitation of CaCO3 in the drainage is an economically highly challenging task for tunnel operators with respect to maintenance and cleaning action. Hydrochemical modelling is used to decipher reaction mechanisms and thus to provide quantifications, which are required to develop monitoring tools, like in-situ alert systems, and prevention strategies, like application of low-eluting shotcrete and inhibitors.
Die Versinterung von Tunneldrainagen umfasst komplexe Reaktionsvorgänge, die sich im Wesentlichen auf die Wechselwirkung von Wässern mit zementgebundenen Materialien und der Atmosphäre beziehen. Die hieraus resultierende Abscheidung von CaCO3 in den Dränagen stellt aufgrund von Instandhaltungs- und Reinigungsarbeiten eine große ökonomische Herausforderung für den Tunnelbetreiber dar. Hydrochemische Modellierungen ermöglichen es, Reaktionsabläufe zu erkennen und Bilanzierungen durchzuführen, welche die Voraussetzung für die Entwicklung von Monitoring-Werkzeugen, wie In-situ-Sinter-Wächtern, und von Präventionsstrategien, wie die Anwendung von eluatarmen Spritzbetonsorten und geeigneten Inhibitoren, darstellen.

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Crossrail is a new railway currently being constructed in London and is the largest construction project in Europe. Linking existing surface railways to the east and west of the capital via 21 km of new twin bore tunnels it will run 118 km from end to end. This paper briefly summarises the benefits of the scheme and its sustainability strategy and goes on to describe the design of the sprayed concrete and bored tunnels, management and mitigation of ground movements. It finishes by outlining the contractual framework for the procurement of the main construction contracts.
Crossrail ist das gegenwärtig größte europäische Bauvorhaben und beinhaltet eine neue Eisenbahnverbindung, die derzeit in London gebaut wird. Dabei werden die bestehenden Eisenbahnstrecken im Osten und Westen der Hauptstadt verbunden; die Gesamtstrecke ist 118 km lang, 21 km davon verlaufen in doppelröhrigen Tunneln. Der Beitrag erläutert den Nutzen und die Strategie des Projektes, insbesondere den Aspekt der Nachhaltigkeit, und befasst sich dann mit der Planung der Spritzbetonbauweise und der maschinellen Vortriebe sowie mit dem Management und der Minimierung von Erdbewegungen Der Beitrag schließt mit einer Beschreibung der vertraglichen Rahmenbedingungen für die Vergabe der Hauptbaulose.

The European research programme SBRI attempted to reveal the costs caused during the service life of a bridge - direct costs for the bridge owner as well as indirect costs for users. The principal results of SBRI should make it possible to take better account of the true costs of a central pier by considering the risks in the construction phase and those that may threaten the highway overpass during its service life.
CEREMA has developed two economic solutions to reach the objective of avoiding the central pier:
1) The solution implemented at Ko Wé Kara in New Caledonia is a steel-concrete composite tied arch bridge with innovative and economic details:
- innovative radial hangers made of welded plates, and
- innovative reinforcement against accidental impact of over-height vehicles.
2) One other possible solution is the composite steel-concrete gantry bridge. The European research programme PRECOBEAM allowed the use of tests and experimental projects to finalize a new system of connection to lower the cost of this type of structure: a strip along which the cutting line of the steel dowels is made in a clothoid shape (CL), which improves the fatigue resistance. CEREMA introduced this innovation in its research programme.
A composite structure can take various forms. It can associate, for instance, the steel web of a beam directly with a concrete flange. It can also constitute a composite deck with a bottom plate stiffened by connecting CL-shape indented strips. An outstanding project of this type in New Caledonia is described in detail. Of course, this type of bridge is an integral bridge and the article includes some recommendations for the design and construction of integral bridges.

This paper presents an experimental study on the cross-sectional capacity and flexural buckling resistance under fire conditions. Steady state stub and slender column tests were carried out at ambient and elevated temperatures on square and rectangular hollow sections as well as H-sections. In addition, transient state slender column tests were performed on H-section test specimens. The compressive load was applied centrically or eccentrically to the test specimens. The paper presents the testing programme, the geometry of the test specimens including initial geometrical imperfection measurements, elevated temperature material properties, test setup, the execution and the results of the stub and slender column tests.

Querschnitts- und Knickwiderstand im Brandfall - Experimentelle Untersuchungen.
Der Beitrag analysiert mit Hilfe experimenteller Methoden den Querschnitts- und Knickwiderstand im Brandfall. Die stationären Versuche zum Widerstand gedrungener und schlanker Stützen unter Druck- sowie kombinierter Druck- und Biegebeanspruchung bei Normaltemperatur und erhöhten Temperaturen wurden an Hohlprofilen sowie H-Querschnitten durchgeführt. Zusätzlich wurden schlanke Stützen unter transienten Versuchsbedingungen analysiert. Der Beitrag stellt das Versuchsprogramm, die Geometrie der Versuchskörper einschließlich geometrischer Imperfektionen, die Materialeigenschaften bei erhöhten Temperaturen, die Versuchseinrichtung sowie -durchführung und die Ergebnisse der Versuche zum Querschnitts- und Knickwiderstand dar.

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This paper describes an investigation into the cross-sectional behaviour of elliptical hollow section (EHS) columns made from ferritic and duplex stainless steel. The EHS is a relatively new structural shape with a number of favourable attributes including aesthetic appeal, high strength-to-weight ratio, good torsional resistance and excellent flexural strength. In recent years there have been significant developments in the analysis and understanding of these shapes, although most studies have focused on carbon steel EHS. The work so far is taken a step further here by considering some of the newer grades of stainless steel that are used in structural applications. A numerical model is developed and validated against test data from the literature and is then employed to generate structural performance data. Subsequently, parametric studies are performed to investigate the influence of individual parameters such as the material properties, aspect ratio and local slenderness of cross-sectional elements. The accuracy of existing design procedures is assessed by comparing the numerical data with the resistances obtained using Eurocode 3. It is shown that the cross-sectional slenderness limits given in Eurocode 3 for EHS members made from carbon steel can also be safely used for sections made from ferritic and duplex stainless steel.

After more than 30 years of planning, construction of the Biel East city bypass started on 3 December 2007. The biggest challenge of this project was tunnel excavation in a zone of soil-like material with a length of 2 × 1,000 m, with extremely heterogeneous and variable geological conditions. The main tunnels were excavated by an earth pressure balance machine (diameter 12.56 m), and the cross passages (every 300 m) were constructed by conventional tunnelling methods with shotcrete support. In zones where fully saturated sands prevail (“Alte Schwemmsande”), brine ground freezing techniques were used. In order to prevent overloading of the main tunnels due to freezing pressures, these were supported by a combination of steel frames and dowel pins. Back analyses based on measured displacements of the segmental lining led to the conclusion that freezing pressures did not develop to the extent anticipated under the given ground conditions.
Nach über 30-jähriger Planungsgeschichte erfolgte am 3. Dezember 2007 der Spatenstich zur Umfahrung Biel Ostast. Die größten Herausforderungen stellten die Vortriebsarbeiten im Bereich des Lockermaterials dar. Über eine Strecke von fast 2 × 1.000 m zeigten sich die geologischen Verhältnisse äußerst heterogen und stark wechselhaft. Bei der Herstellung der Haupttunnelröhren kam eine Erddruckschildmaschine (-12,56 m) zum Einsatz. Die in einem Abstand von 300 m angeordneten Querschläge wurden in konventioneller Bauweise mit einer Teilschnittmaschine und Spritzbetonsicherung aufgefahren. In den Bereichen der wassergesättigten Schwemmsande bediente man sich der Bodengefriertechnik, wobei das Solegefrierverfahren zur Anwendung kam. Um die bestehenden Haupttunnelröhren vor einer aus dem Eisdruck entstehenden Überbeanspruchung zu schützen, sah man als Sicherungskonzept eine Kombination aus Schubdübel und Stahlrahmen vor. Rückrechnungen im Hinblick auf die wahrgenommenen Verformungen an der Tübbingschale brachten die Erkenntnis, dass die befürchteten Eisdrücke in der vorherrschenden Geologie nur zu einem geringen Maß auftreten.

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The squeezed connection developed by DSI Underground for a fast and safe connection of pipe umbrellas is a decisive step in the development history of the AT-Pipe Umbrella System. The system ensures a simple, fast and cost-efficient connection of pipe umbrella tubes. The squeezed connection results in increased bending stiffness in the connection area in comparison to conventional threaded tubes. Furthermore, the load-bearing capacity of the connection is more than 50 % higher than the elastic design value of default pipe umbrella tubes (see page 96).
Die von DSI Underground entwickelte Pressverbindung zur schnellen und sicheren Verbindung von Rohrschirmrohren ist ein entscheidender Schritt in der Entwicklungsgeschichte des AT-Rohrschirmsystems. Das System ermöglicht die einfache, schnelle und kostengünstige Verbindung von Rohrschirmrohren. Das Presssystem hat im Bereich der Verbindung eine deutlich höhere Biegesteifigkeit als konventionelle Schraubsysteme. Zudem ist die Tragfähigkeit der Pressverbindung um rund 50 % höher als der elastische Bemessungswert von ungeschwächten Rohrschirmrohren (siehe Seite 96).

This paper describes, by means of two practical examples, the different approaches employed to design and build cross passages between segmental lined tunnels for high speed railway lines in Spain. The increment of principal stresses at the cross passages leads to the need of an additional support system for the tunnel lining. The chosen solution for this support system depends mainly on the ground conditions, the tunnel overburden and contractor's local experience. The first example is related to the Pajares Tunnels bored in the San Emiliano formation and the second one collects the experiences of the Guadarrama tunnels bored in very hard gneiss and granite rocks. The aim of this paper is to establish some key aspects to be considered when choosing the cross passage design and the corresponding excavation process.

This paper presents a new theory for the shear capacity of reinforced concrete members without shear reinforcement. While recognizing that there are multiple failure mechanisms, the theory attributes the opening of a critical flexural shear crack as the lower bound of the shear capacity. It proposes that the shear displacement of an existing flexural crack can be used as the criterion for the unstable opening of the critical flexural shear crack. Based on the theory, the paper presents a simplified shear evaluation model. Compared with the current shear provisions in the design codes, the model is characterized by good accuracy and a solid physical background. It demonstrates a great flexibility for dealing with complex design conditions. As an example, the paper discusses the possibility of extending the theory to the shear resistance of higher-strength concrete. The suggested method provides a more logical and fluent transition from normal- to high-strength concrete and shows good agreement with experimental observations.

With a length of 32.9 km, the Koralm tunnel is the key structure on the route of the new 130 km Koralm railway between Graz and Klagenfurt (Austria). This paper defines the most important boundary conditions for dividing the sections and for selecting the methods of tunnelling (sequential or continuous). The focus of the article is mainly on section KAT 3, in which both tertiary sediments and crystalline rock sequences, including the Lavanttal fault zone, are excavated by sequential and continuous tunnelling. The considerations for this section also include the decision to excavate the sediments and the Lavanttal fault zone using a shield machine with earth pressure components. The criteria for defining the different operating modes are described.
Der Koralmtunnel mit einer Länge von 32,9 km stellt das Schlüsselbauwerk entlang der 130 km langen neuen Koralmbahn zwischen Graz und Klagenfurt dar. Der vorliegende Beitrag legt die wesentlichen Randbedingungen zur Einteilung der Baulose und zur Wahl der jeweiligen Vortriebsmethode (zyklisch oder kontinuierlich) dar. Der Fokus ist dabei hauptsächlich auf das Baulos KAT 3 gerichtet, in dem sowohl tertiäre Sedimente als auch kristalline Gesteinsabfolgen mitsamt der Lavanttaler Störungszone im zyklischen und im kontinuierlichen Vortrieb durchörtert werden. Die Betrachtungen für dieses Baulos umfassen auch die Entscheidungsfindung, die Sedimente und die Lavanttaler Störungszone mittels Schildmaschine mit Erddruckkomponenten aufzufahren. Die Kriterien zur Abgrenzung der unterschiedlichen Betriebsmodi werden dargestellt.

For the construction of the first tube of the Pfänder Tunnel, a pilot tunnel was excavated in 1974/1975 in advance of the main tunnel using two open TBMs. As a result of the positive experiences made with the pilot tunnel, the tenders for the excavation of the first tube included both a NATM advance and a TBM advance with open TBM. On the basis of the offers obtained, the first tube was constructed between 1977 and 1979, using the NATM.
For the construction of the second tube a qualitative comparison was performed, based on which it was recommended that the tender documents should cover both construction methods, the NATM and the TBM. Asfinag chose the NATM excavation as basic tender design and included the TBM excavation with shield TBM as fully fledged alternative in the tendering procedure. For the respective boundary conditions such as scope of services, operation and maintenance costs, a financial evaluation of both methods was performed and the difference in cost was considered when selecting the construction method. The method ultimately selected after reviewing the offers was a shield TBM advance.
Für den Bau der ersten Röhre des Pfändertunnels wurde 1974/75 vorab ein Richtstollen mit zwei offenen TBMs aufgefahren. Aufgrund der dabei gewonnenen positiven Erfahrungen wurden für den Vortrieb der ersten Röhre der zyklische und der kontinuierliche Vortrieb mit einer offenen TBM ausgeschrieben. Aufgrund des Angebotsergebnisses wurde die erste Röhre mit zyklischem Vortrieb 1977 bis 1979 ausgeführt.
Für den Bau der zweiten Röhre wurde aufgrund eines qualitativen Vergleichs die Projektierung und Ausschreibung beider Baumethoden - zyklisch und kontinuierlich - empfohlen. Die Asfinag hat als Amtsentwurf den zyklischen Vortrieb gewählt und als vollwertige Alternative den kontinuierlichen Vortrieb mit einer Schild-TBM in die Ausschreibung aufgenommen. Die unterschiedlichen Randbedingungen hinsichtlich Dienstleistungen, Betriebs- und Wartungskosten wurden für beide Methoden monetär bewertet und die Differenzkosten bei der Wahl der Methode berücksichtigt. Zur Ausführung kam aufgrund des Angebotsergebnisses der Einsatz einer Schild-TBM.

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This article investigates to what extent a “condition and safety assessment” with a classically defined safety factor &eegr; (now partial safety factor or load factor) is useful or indeed possible for creeping slides of large masses as are often encountered in the Alps, or whether different quantities like the displacement rate and its change with time are more useful for the description of the condition of such large-scale slides. This discussion is held under the viewpoint that various procedures with different results are available for the determination of such a “safety factor” and consequently there are also justified discrepancies between experts in the assessment of such a “safety factor for the current state” of the moving slope. The authors are of the opinion that the partial safety factors required by standards or former “safety factors” are predominantly intended for engineering structures, earthworks and dams but not generally for creeping slopes. In this case, classification of creep rate and the geological engineering assessment are always preferred. This is illustrated with two examples.
In diesem Beitrag wird untersucht, inwiefern für kriechförmig verlaufende Großmassenbewegungen, wie sie im alpinen Raum häufig anzutreffen sind, die “Zustands- und Sicherheitsbeurteilung” über eine klassisch definierte Sicherheitszahl &eegr; (jetzt Teilsicherheitsbeiwert und Ausnutzungsgrad) zweck mäßig und überhaupt möglich ist oder ob für die Zustandsbeschreibung derartiger Großmassenbewegungen nicht andere Größen wie die Bewegungsrate und deren zeitliche Änderung zielführender sind. Diese Diskussion erfolgt unter dem Gesichtspunkt, dass bei der Ermittlung einer solchen “Sicherheitszahl” unterschiedliche Verfahren mit unterschiedlichen Ergebnissen zur Verfügung stehen und in Folge auch noch berechtigte Diskrepanzen zwischen Experten in der Einschätzung einer solchen “Sicherheitszahl für den Istzustand” des bewegten Hangs gegeben sind. Die Autoren sind der Meinung, dass die normativ geforderten Teilsicherheitsbeiwerte bzw. früher “Sicherheitszahlen” überwiegend für Bauwerke aus dem kon struktiven Ingenieurbau, Erdbauwerke, Schutzbauwerke und Dämme gedacht sind, aber nicht generell für Kriechhänge. Hier hat die Klassifikation der Kriechgeschwindigkeit und die ingenieurgeologische geotechnische Bewertung immer Vorrang. Dies wird anhand von zwei Fallbeispielen dargestellt.

In the valley of Navis, the village of Kerschbaum with 84 houses stands on a slowly downhill moving, relatively corase grained, aqua bearing earth-flow/-slide about 40 m thick. This secondary movement overlies a deep-seated rock slide. The rates of movement at the surface of the earth-flow/-slide were between 1 und 3 cm/a before the implementation of remedial works. Starting from the geotechnical and geomechanical model of the slope, measures were developed, which were intended to reduce the movement. A monitoring system was installed to provide information about the movement and slope water conditions of the earth-flow/-slide and the sliding rock mass. In order to estimate the creep behaviour of the earth-flow/-slide, the ductility index ILZR was determined from shear tests. A simple flow law was assumed for the estimation of the change of creep rate. Measurements over a period of about 18 months after the first phase of remedial works show rates between 0.5 and 1.2 cm/a. The reduction of the rate of movement is compared with the creep model applied and the viscosity index ILZR to check the validity.
Im Navistal steht auf einem sich langsam talwärts bewegenden, lockergesteinsartigen, etwa 40 m mächtigen, wasserführenden Schuttstrom, der seinerseits als Sekundärbewegung einer tiefreichenden Felsgleitmasse aufliegt, die Siedlung Kerschbaum mit 84 Häusern. Die Bewegungsgeschwindigkeiten an der Oberfläche des Schuttstroms betrugen vor der Setzung von Sanierungsmaßnahmen zwischen 1 und 3 cm/a. Aufbauend auf das ingenieurgeologische und geotechnische Modell des Hangs wurden Maßnahmen entwickelt, die zur Verringerung der Bewegungen führen sollen. Ein installiertes Monitoringsystem gibt Auskunft über Bewegungen und Hangwasserverhältnisse des Schuttstroms und der Felsgleitmasse. Für die Abschätzung des Kriechverhaltens der Schuttstrommasse wurde aus Scherversuchen der Viskositätsindex ILZR ermittelt. Mit diesem erfolgte unter der Annahme eines einfachen Fließgesetzes die Abschätzung der Änderung der Kriechgeschwindigkeit. Messungen nach der ersten Sanierungsphase über einen Zeitraum von 18 Monaten zeigen Geschwindigkeiten zwischen 0,5 und 1,2 cm/a. Die Geschwindigkeitsreduktion wird mit dem verwendeten Kriechmodell und dem Viskositätsindex ILZR verglichen und die Gültigkeit überprüft.

This paper presents an experimental campaign aiming to assess the cracking behaviour of flexural members made with self-compacting concrete (SCC) and reinforced with both rebars and steel fibres recycled from end-of-life tyres (ELT). The characteristics, constructability and performance of this new type of fibre are first discussed. The results of the tests carried out are then presented and discussed. The parameters that have been investigated are: &phgr;/&rgr;s,ef, concrete cover and fibre content. The results obtained show improvement in cracking behaviour, especially for low reinforcement ratios and large covers. Results are compared with the predictions of the recently published fib Model Code for Concrete Structures 2010. The main objective of this investigation is to evaluate the efficiency of a new type of fibre technology for crack width control of RC elements, with advantages in sustainability from the point of view of recycling and durability.

This article describes an experimental programme aimed at studying the effect of cover, ratio between diameter and effective reinforcement ratio (&phgr;/&rgr;s, ef) and the influence of stirrup spacing on the cracking behaviour of reinforced concrete elements. The experimental programme was conceived in order to contribute to the debate - fuelled by the publication in recent years of Eurocode 2 EN1992-1-1 and the revision of the Model Code under way when the tests were carried out (and now published as a finalized document) - regarding the influence of these parameters on cracking. Important theoretical aspects are discussed, including where the crack width is estimated by current code formulations and what relevance this may have on the correlation between crack opening and durability of RC structures, especially with regard to structures with large covers. The effect of stirrup spacing, a variable absent from current codes, is also discussed.