The abrasiveness of crushed rock is determined in the design phase of a tunnelling project to estimate the wear on excavation and boring tools, using for example the LCPC abrasiveness test. Considered from the point of view of material science, there are problems with the validity of such an index value since important tribological factors, like for example the internal structure of the sample impeller (size, phase composition) are not considered in the current testing standard (AFNOR P18-579). In this investigation, LCPC tests were performed with impellers of various steels of the same and different hardnesses against two abrasives (Mohs hardness 7, 9) in order to determine the influence of the internal structure and the associated tribo-mechanical properties on the LCPC index value (ABR). In addition to the material hardness required by the standard (60 to 75 HRB ≈ 105 to 140 HV 10 according to DIN EN ISO 18265-2013), sample materials with higher hardness values were also used in order to extend the basis of the LCPC abrasiveness index to these practically applicable material groups. The results make clear that awareness has to be raised regarding the materials used for the LCPC test. An abrasive can be classified differently just by using various materials of the same hardness. In order to obtain reliable and reproducible index values for the abrasiveness of crushed rock, it is necessary to consider the influence of materials in future recommendations for the LCPC.
Die Abrasivität von Lockergestein wird im Rahmen der Planungsphase eines Tunnelbauprojekts zur Abschätzung des Verschleißes an Abbau- und Bohrwerkzeugen bestimmt, beispielsweise durch den LCPC-Abrasivitätstest. Aus werkstofftechnischer Sicht ergeben sich Schwierigkeiten in Bezug auf die Aussagekraft eines solchen Indexwertes, da wichtige tribologische Einflussfaktoren wie z. B. das Gefüge des Prüfflügels (Größe, Phasenzusammensetzung) in der aktuellen Prüfnorm (AFNOR P18-579) nicht berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Untersuchung wurden LCPC-Versuche mit Drehflügeln aus verschiedenen Stählen gleicher und unterschiedlicher Härte gegen zwei Abrasive (Mohshärte 7, 9) durchgeführt, um den Einfluss des Gefüges und den damit verbundenen tribo-mechanischen Eigenschaften der Prüfflügelwerkstoffe auf den LCPC-Indexwert (ABR) zu ermitteln. Neben Werkstoffhärten, die nach Norm gefordert werden (60 bis 75 HRB ≈ 105 bis 140 HV 10 nach DIN EN ISO 18265-2013), fanden auch Prüfwerkstoffe mit höheren Härtewerten Anwendung, um die Datenbasis des LCPC-Abrasivitätsindex auf diese anwendungsnahen Werkstoffgruppen auszuweiten. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass eine Sensibilisierung im Umgang mit dem LCPC-Versuch in Bezug auf die verwendeten Werkstoffe erforderlich ist. Ein Abrasiv lässt sich unterschiedlich klassifizieren, nur durch die Nutzung von verschiedenen Werkstoffen derselben Härte. Um aussagekräftige und reproduzierbare Indexwerte für die Abrasivität von Lockergestein bestimmen zu können, ist es notwendig, werkstofftechnische Einflüsse in zukünftigen Empfehlungen für den LCPC-Versuch zu berücksichtigen.

The Brenner Base Tunnel, with two main bores and an investigation tunnel running parallel in the middle, crosses the main ridge of the Alps beneath the Brenner Pass and the border of Austria and Italy. The first construction contract was a 10.5 km long investigation tunnel bored by a double shield machine in granite. Numerous investigation measures, laboratory tests and geological face surveys were carried out, and the TBM data was recorded on a 10-second cycle. Due to the large amount of data and the very well known homogeneous geology, it seemed appropriate to develop correlations between the data of the rock mass, the rock and the TBM. Statistically reliable statements could be derived. The unconfined compression strength of the rock, discontinuity parameters and index parameters such as the RMR (Rock Mass Rating), GSI (Geological Strength Index) and RQD (Rock Quality Designation) were compared with the penetration behaviour. GSI values between 30 and 40 showed four times the penetration rate compared to GSI values between 90 and 100. This applies similarly for the RQD, RMR and discontinuity spacing values.
The objective was to precisely localize rock mass zones with a high degree of fracturing or faults for the main bores. This is only possible to a limited extent from the face surveys since the sides of the tunnel are not visible between the individual face surveys and the delivered information is not complete. By matching the geological face information with the TBM data, the faulted rock mass zones in the investigation tunnel could be defined well. In addition, experience from the investigation programme and its geotechnical monitoring is described. The constant presence of geologists on the TBM, the installation of measurement segments and continuous probe drilling can be seen as particularly positive.
Der Brenner Basistunnel mit zwei Hauptröhren und dem mittig parallel verlaufenden Erkundungstunnel unterquert den Alpenhauptkamm unter dem Brennerpass zwischen den beiden Ländern Österreich und Italien. Das erste Baulos war ein 10,5 km langer Erkundungsstollen im Granit, der mit einer Doppelschildmaschine aufgefahren wurde. Zahlreiche Erkundungsmaßnahmen, Laborversuche und geologische Ortsbrustaufnahmen wurden durchgeführt. Die TBM-Daten wurden im 10-Sekunden-Takt aufgezeichnet. Aufgrund der großen Anzahl von Daten und der sehr gut bekannten homogenen Geologie bot es sich an, Korrelationen zwischen Daten des Gebirges, des Gesteins und der TBM herzustellen. Es konnten statistisch gefestigte Aussagen getroffen werden. Die einaxiale Druckfestigkeit des Gesteins, Trennflächenparameter sowie Indexparameter wie RMR (Rock Mass Rating), GSI (Geological Strength Index) und RQD (Rock Quality Designation) wurden mit dem Penetrationsverhalten verglichen. GSI-Werte zwischen 30 und 40 zeigten dabei eine um das Vierfache erhöhte Penetrationsrate im Vergleich zu GSI-Werten zwischen 90 und 100. Ähnliches gilt für RQD, RMR und Werte des Trennflächenabstands.
Ziel war es, Gebirgsbereiche mit hohem Zerlegungsgrad und Störungen für die Hauptröhren genau zu lokalisieren. Das ist aufgrund der Ortsbrustaufnahmen nur begrenzt möglich, da die Laibung zwischen den einzelnen Ortsbrustaufnahmen nicht sichtbar ist und somit nur lückenhafte Informationen vorliegen. Durch die Abgleichung der geologischen Ortsbrustinformationen mit den TBM-Daten konnten die gestörten Gebirgsbereiche im Erkundungsstollen gut abgegrenzt werden. Weiterhin werden die Erfahrungen aus dem Erkundungsprogramm und dem geotechnischen Monitoring aufgezeigt. Die ständige Präsenz des Geologen auf der TBM, der Einsatz von Messtübbingen und durchgehende Vorausbohrungen sind dabei besonders positiv hervorzuheben.

Accurate estimation of rate of penetration (ROP), daily rate of advance (AR), and cutter cost/life is necessary for the justification and successful use of a TBM on any tunneling project. Various models have been introduced over the years to provide such estimates. In many cases, these models have been successful with pin point accuracy, and in other instances off by a wide margin. Improving the accuracy of performance prediction models for hard rock TBMs has been the subject of many studies, some yielding project-based models and some more universal models that can be used elsewhere. This paper will discuss the latest version of a new empirical model for estimating penetration rate and disc cutter life for hard rock TBM tunneling based on recent tunneling projects, constructed during the period 2002-2009. The new model was then applied to predict TBM performance and disc cutter wear in different mechanized tunneling projects under construction since 2009. Accuracy and validity of the model for prediction of ROP were checked by comparing predicted and measured values of TBM performance in 24 km of newly bored tunnel. The results indicate that despite some minor deviations in estimates in some tunnel sections, reasonable agreement can be observed between predicted and actual ROP of TBMs.

The wear to excavation tools is a central challenge for tunnelling with Hydroshield (TBM) in soft ground because it is one of the main causes of stoppages. Due to the inaccessibility of the processes involved and the wide range of influencing factors, there has been no method of forecasting the wear to excavation tools until now. Working from a detailed analysis of 18 tunnel drives with hydroshield TBMs, an empirical approach to investigate the factors with an influence on the wear to excavation tools was selected for the present work. The analysis enables the qualification and quantification of the essential factors with an influence on the tool life parameters of the excavation tools.
Der Verschleiß der Abbauwerkzeuge ist eine zentrale Herausforderung beim Vortrieb mit Hydroschild-TVM in Lockergesteinen, weil dieser eine Hauptursache für Vortriebsunterbrechungen ist. Bisher liegen aufgrund der Unzugänglichkeit der beteiligten Prozesse und der hohen Bandbreite an Einflussfaktoren keine Prognosemethoden für den Verschleiß der Abbauwerkzeuge vor. Mit der detaillierten Analyse von 18 Vortrieben mit Hydroschild-TVM wurde für die vorliegende Arbeit ein empirischer Ansatz zur Untersuchung der Einflussfaktoren auf den Verschleiß der Abbauwerkzeuge gewählt. Die Analyse erlaubt die Qualifizierung und Quantifizierung der maßgeblichen Einflussfaktoren auf die Standgrößen der Abbauwerkzeuge.

This paper summarizes the main observations related to geotechnical properties and tool changes that characterize the different tunnel drives in a database of 33 km of EPB tunnel records from the Barcelona area. The data have been examined in detail with regard to cutting tool replacement and performance of the mechanized excavation. The database includes tunnels in soft soils, in hard and medium rocks and in mixed soil-rock conditions; tool changing records and geotechnical properties. Transverse and longitudinal geotechnical heterogeneity are accounted for systematically. Longitudinal heterogeneity is used to subdivide the drives in the database into homogeneous units. Transverse (within section) heterogeneity is described by a set of newly developed impact factors FI.

In order to obtain an enhanced understanding of the system behaviour, especially with regard to the capacity reserves of the support and general load conditions, measurement pre-cast concrete rings are used at the ÖBB construction lot KAT2 of the Koralm Tunnel. These are equipped with a strain gauge in each reinforcement layer, thus allowing direct measurement of the strains in every pre-cast concrete segment.
Based on this information, the stress distribution in the respective segment cross-section can be calculated, allowing section forces determination by integrating them. The used interpolation method allows the presentation of the section forces over circumference of the entire ring based on the measurement data of each segment, while obeying the constraints by the issue of longitudinal joint capacity.
The applied calculation method is verified by comparing its results with a numerical 3D analysis. The application of the method is presented by a case study of the measurement ring installation at the ÖBB construction lot KAT2 of the Koralm Tunnel. In addition, further room for research and development is briefly outlined.
Um ein besseres Verständnis des Systemverhaltens - speziell im Hinblick auf die Auslastung des Ausbaus und der vorherrschenden Belastungssituation - zu erhalten, werden beim TVM-Vortrieb auf dem Baulos Koralmtunnel 2 (KAT2) der ÖBB-Infrastruktur AG Tübbingsegmente mit Dehnmessgebern, sogenannte Messtübbinge, verwendet. Diese sind mit Dehnmessgebern in beiden Bewehrungslagen, in denen die Dehnungen direkt gemessen werden, ausgestattet.
Anhand dieser Daten kann die Spannungsverteilung im jeweiligen Tübbingquerschnitt errechnet und in weiterer Folge können über Integration die Schnittkräfte ermittelt werden. Die verwendete Interpolationsmethode ermöglicht, unter Berücksichtigung der Längsfugenbelastbarkeit, die Darstellung der Schnittkräfte über den gesamten Umfang des Tübbingrings, ausgehend von den Ergebnissen an der jeweiligen Position der Dehnmessgeber.
Die angewandte Berechnungsmethode wird zur Verifizierung mit den Resultaten einer numerischen 3D-Berechnung verglichen. Die Anwendung dieser Methodik wird anhand eines Fallbeispiels an einem Messtübbingring, der am Baulos KAT2 eingebaut wurde, vorgestellt. Zusätzlich wird noch kurz auf ausstehende Forschungsthemen und Entwicklungen eingegangen.

The 123 km long Erfurt-Leipzig/Halle high speed train link connects in the north the cities of Berlin and Munich with Verona in the South as part of the EU's Trans-Europe Network. The project which is designed for a top speed of 300 km/h is being managed by DB Projekt Bau, a subsidiary of Deutsche Bahn. The total cost of this section between Berlin and Munich including tunnels and bridges is estimated at 13 Mrd. Euro. On the project section VDE 8.2 between Erfurt-Leipzig/Halle three tunnels are being built with a total length of 15.4 km, each composed of two single track tubes with centers approx. 25 m apart. One tunnel is being executed by mechanized tunnelling, the two others by conventional drill and blast method. The longer of these two - the Bibra tunnel with a length of 6,466 m was awarded in January 2008 to the by Marti Tunnelbau AG lead J.V. for 209 m. Euro.
Concerning the implemented equipment - great emphasis is being put onto machines to increase the efficiency of the production as well as the handling of the muck by crushing the blasted material in the tunnel and transport it by conveyor belt systems with minimal emissions out of the tunnel to the final placement area.
Die 123 km lange Hochgeschwindigkeitsstrecke Erfurt-Leipzig/ Halle verbindet im Norden die Städte Berlin und München mit Verona im Süden, dies als Teil der Trans-Europa Hochleistungsbahnstrecke. Das Bahnprojekt ist für eine Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h ausgelegt und wird durch die DB Projekt Bau, einer Tochtergesellschaft der Deutschen Bahn, umgesetzt. Die Gesamtkosten dieses Abschnitts zwischen Berlin und München mit Tunneln und Brücken betragen ca. 13 Mrd. Euro. Auf dem Projekt-Abschnitt VDE 8.2 zwischen Erfurt-Leipzig/Halle werden drei Tunnels mit einer Gesamtlänge von 15,4 km gebaut, welche jeweils aus zwei einzelnen Tunnelröhren bestehen, die rund 25 m von einander entfernt sind. Einer dieser Tunnel wird als maschineller Tunnelvortrieb ausgeführt, die beiden anderen im konventionellen Sprengvortrieb. Der längere dieser beiden - der Bibra Tunnel mit einer Länge von 6.466 m wurde im Januar 2008 an die von der Marti Tunnelbau AG geführte Arbeitsgemeinschaft für 209 Mio. Euro vergeben.
In Bezug auf den Einsatz des Vortriebsinventars wird großer Wert auf leistungsfähiges Inventar gesetzt - dies um die Effizienz des Vortriebs zu steigern sowie das Handling des gesprengten Ausbruchmaterials mittels installiertem Brecher im Tunnel bandgerecht zu zerkleinern und mit Bandförderungsanlagen emissionsarm durch den Tunnel der Endlagerstelle zu geführt werden kann.

In order to relieve the existing S-Bahn urban transit railway trunk line under the inner city of Munich, the construction of a second S-Bahn trunk line with a further inner-city tunnel is planned, which will also link the transport nodes at the Hauptbahnhof main station, at the Marienhof/Marienplatz and at the Ostbahnhof east station. The two-track line is about 10 km long, of which about 7 km will run in tunnels, and will mainly run in the Tertiary at a depth of about 40 m due to the existing dense building and underground transport routes that have to be crossed. The platform level of the three new stations will also be correspondingly 35 to 41 m deep. The high water pressures and the cross-sections of the station tunnels of up to 330 m2 pose particular challenges for the design and construction of the stations. The article provides an overview of the overall project and the special technical features of the tunnels.
Zur Entlastung der bestehenden S-Bahn-Stammstrecke unter der Innenstadt von München ist der Bau einer 2. S-Bahn-Stammstrecke mit einem weiteren Innenstadttunnel geplant, die ebenfalls die Verkehrsknotenpunkte am Hauptbahnhof, am Marienhof/Marienplatz und am Ostbahnhof erschließen soll. Die rd. 10 km lange, zweigleisige Strecke, von der rd. 7 km im Tunnel liegen werden, wird aufgrund der bereits vorhandenen dichten Bebauung und der zu kreuzenden unterirdischen Verkehrsbauwerke überwiegend im Tertiär in einer Tiefe von rd. 40 m verlaufen. Entsprechend tief werden mit 35 bis 41 m auch die Bahnsteigebenen der drei neu zu erstellenden unterirdischen Haltepunkte liegen. Die hohen Wasserdrücke und die Querschnittsflächen der Bahnsteigröhren von bis zu 330 m2 stellen besondere Anforderungen an die Konstruktion und den Bau der Stationen. Nachfolgend wird ein Überblick über das Gesamtvorhaben und die tunnelbautechnischen Besonderheiten gegeben.

The new line from Stuttgart to Ulm is part of the new trans-European Main Line from Paris to Budapest. It crosses the Schwäbische Alb (Swabian Jura) and is divided for planning approval purposes into the sections Albvorland, Albaufstieg, Albhochfläche and Albabstieg (Alb foreland, climb, high plain and descent). While the high plain is mostly characterised by open-air line, long tunnels dominate the adjoining slope sections. Common to all these sections is a similar geology with karstified Weissjura limestone as the most frequent formation. The construction of a structurally safe and serviceable high-speed railway track demands careful handling of the karst.
This article presents the concept for karst investigation and treatment for the high plain. A differentiation is made between wide-area investigation for the permanent way in cuttings and on embankment and isolated investigation for bridge foundations. Selected investigation results are described as well as the treatment measures derived from them. A decision is made based on generally valid rules about relevant cavity sizes dependant on the depth below the foundation whether and what treatment is necessary. This is generally based on the results of the karst working group, who performed appropriate work on the basics for the new line from Nuremberg to Ingolstadt on the Franconian Jura.
Die Neubaustrecke Stuttgart-Ulm ist Teil der neuen transeuropäischen Magistrale Paris-Budapest. Sie quert die Schwäbische Alb und wird von der Planfeststellung in die Abschnitte Albvorland, Albaufstieg, Albhochfläche und Albabstieg unterteilt. Während die Albhochfläche überwiegend durch offene Strecken charakterisiert wird, dominieren in den angrenzenden Hangabschnitten lange Tunnel. Diesen Bereichen gemeinsam ist eine ähnliche Geologie mit verkarstetem Weißjura-Kalkstein als häufigste Formation. Für die Herstellung eines standsicheren und gebrauchstauglichen Hochgeschwindigkeits-Fahrwegs bedarf es eines sorgfältigen Umgangs mit dem Karst.
In diesem Beitrag wird das Konzept der Karsterkundung und -sanierung für die Albhochfläche vorgestellt. Dabei wird zwischen singulären Erkundungen für Brückengründungen und flächendeckenden Erkundungen für den Fahrweg im Einschnitt und in Dammlage unterschieden. Ausgewählte Erkundungsergebnisse sowie daraus abgeleitete Sanierungsmaßnahmen werden vorgestellt. Auf Grundlage allgemeingültiger Festlegungen über relevante Hohlraumgrößen in Abhängigkeit von der Tiefenlage unter der Gründung wird entschieden, ob und welche Sanierungsmaßnahmen erforderlich sind. Hierbei wird generell auf die Ergebnisse des Arbeitskreises Karst zurückgegriffen, der für die Neubaustrecke Nürnberg-Ingolstadt auf der Fränkischen Alb entsprechende Grundlagenarbeit geleistet hat.

The line being upgraded (ABS) from Hanau to Nantenbach is part of the about 112 km long Main-Spessart-Bahn line between Hanau and Würzburg. The line is a central axis for long-distance and goods traffic linking the economic centres of the Rhine-Main region with Würzburg and the region of Franken and with more than 200 trains per day is one of the most heavily trafficked lines of German Railways DB. A key part of the project is the bypassing of the 160 year old Schwarzkopf Tunnel between Laufach and Heigenbrücken.
In order to bypass the Schwarzkopf Tunnel, four new cut-and-cover tunnels are being constructed, which requires extensive specialised civil engineering measures. The excavations for the cut-and-cover tunnel sections are supported by piled walls, nailed walls and walls with walers. In addition, extensive piled foundations are being provided for the open-air sections using the continuous flight auger (CFA) method. There is also soil nailing along the existing tracks and temporary and permanent anchoring. The article gives a brief overview of the project and describes examples of the specialised civil engineering methods used through the example of two structures.
Die Ausbaustrecke (ABS) Hanau-Nantenbach ist Teil der rund 112 km langen Main-Spessart-Bahn zwischen Hanau und Würzburg. Die Strecke verbindet als eine zentrale Achse des Fern- und Güterverkehrs die Wirtschaftszentren des Rhein-Main-Gebietes mit Würzburg und der Region Franken und zählt mit über 200 Zügen täglich zu den am stärksten frequentierten Trassen im Netz der Deutschen Bahn. Kernmaßnahme des Projekts ist die Umfahrung des rund 160 Jahre alten Schwarzkopftunnels zwischen Laufach und Heigenbrücken.
Für die Umfahrung des Schwarzkopftunnels werden vier neue Tunnel teilweise in offener Bauweise errichtet. Dabei sind umfangreiche Spezialtiefbaumaßnahmen zu erbringen. Die Baugruben für die offenen Tunnelabschnitte werden mit Pfahlwänden, Nagel- und Verbauwänden gesichert. Außerdem wird für die Bahndämme der neuen Zugtrasse eine umfassende Pfahlgründung im Schneckenortbeton-Verfahren (SOB-Verfahren) ausgeführt. Dazu kommen Bodenvernagelungen entlang der Bestandsgleise sowie Aussteifungen und temporäre sowie dauerhafte Verankerungen. Der Beitrag gibt eine kurze Projektübersicht und zeigt anhand zweier Bauwerke die durchgeführten Spezialtiefbauarbeiten beispielhaft auf.

The northernmost section 1 (StA 1) of the section of line being upgraded (ABS) and newly built (NBS) between Karlsruhe and Basel runs from Karlsruhe to Rastatt Süd. 16 km of new line is being built, which should be in operation in 2022. The core structure of StA 1 is the 4, 270 m long Rastatt Tunnel, the second largest engineered structure in the overall ABS/NBS Karlsruhe-Basel project after the Katzenberg Tunnel. The main contract for the construction of the tunnel was awarded in August 2014. The first preparatory construction measures on site started in summer 2013. Due to the prevailing conditions of topography and existing infrastructure and the continuously increasing requirements of approvals and codes, the construction of the Rastatt Tunnel poses great challenges for the engineers, which demand innovative solutions in design and construction as well as a collaborative approach from all those involved in the project.
Der nördlichste Streckenabschnitt 1 (StA 1) der Ausbau- und Neubaustrecke (ABS/NBS) Karlsruhe-Basel führt von Karlsruhe bis nach Rastatt Süd. Hier entsteht ein rund 16 km langer Neubaustreckenabschnitt, der 2022 in Betrieb genommen werden soll. Das Herzstück des StA 1 ist der 4.270 m lange Tunnel Rastatt, nach dem Katzenbergtunnel das zweitgrößte Ingenieurbauwerk im Gesamtprojekt ABS/NBS Karlsruhe-Basel. Die Vergabe für das Hauptgewerk Tunnelrohbau erfolgte im August 2014. Mit den ersten vorlaufenden Baumaßnahmen vor Ort wurde bereits im Sommer 2013 begonnen. Durch die vorherrschenden Verhältnisse aus Topographie und Bestand sowie stetig steigende Genehmigungs- und Regelwerksanforderungen stellt die Realisierung des Rastatter Tunnels die Ingenieure vor herausfordernde Aufgaben, die innovative Lösungen in Planung und Bau sowie eine partnerschaftliche Herangehensweise aller Projektbeteiligten erfordern.

Pressure shafts, due to their complexity and length, are one of the most challenging parts of the headrace system of a high head hydropower plant. Pressure shafts offer great potential for optimisation and this has to be reflected in their design and construction. The article first describes most common system concepts for headrace systems. Then it introduces the graphical-analytical design method from Seeber in its main features and uses this as a basis for understanding the mode of action of common lining systems. Finally, the common mechanised heading methods are briefly discussed in terms of their areas of application depending on the expected ground behaviour with a qualitative risk assessment of their feasibility.
Kraftabstiege gehören gemessen an Komplexität, Längenerstreckung und Anpassungsmöglichkeiten an die Gegebenheiten vor Ort zu den anspruchsvollsten Anlageteilen von Hochdruckanlagen. Sie bergen ein entsprechendes Optimierungspotenzial und erfordern eine entsprechend hohe Beachtung bei der Planung und Ausführung. Der Beitrag geht zunächst auf die gebräuchlichsten Anlagenkonzepte ein, stellt anschließend das graphisch-analytische Bemessungsverfahren nach Seeber in seinen Grundzügen vor und nutzt dieses als Basis für das Verständnis der Wirkungsweise gängiger Auskleidungssysteme. Abschließend werden die gängigen mechanischen Vortriebsverfahren hinsichtlich ihrer Einsatzgebiete kurz erläutert und in Abhängigkeit des erwarteten Gebirgsverhaltens einer qualitativen Risikobetrachtung hinsichtlich ihrer Einsatzeignung unterzogen.

The example of many hydropower plants shows that the pressure shafts of high pressure power stations lie in very varied geological conditions, which has a great influence on the layout of the pressure shaft and the structural design of the lining. Despite this variability, it is possible to formulate a few basic geological criteria whose application, however, cannot replace the detailed consideration of the specific geological conditions that is essential for every pressure shaft.
Die Beispiele mehrerer Wasserkraftwerke zeigen, dass die Druckschächte von Hochdruckanlagen in sehr unterschiedlichen geologischen Verhältnissen liegen, die den Entwurf des Druckschachts und die Bemessung der Auskleidung stark beeinflussen. Bei aller Variabilität können aber einige grundsätzliche geologische Kriterien formuliert werden, deren Anwendung jedoch nicht die eingehende Befassung mit den spezifischen geologischen Verhältnissen ersetzt, die für jeden Druckschacht unabdingbar ist.

The Tiroler Wasserkraft AG (Tiwag) currently operates eleven large hydropower stations (> 8 MW) and more than 30 smaller plants (< 5 MW) generating electricity for commercial consumption. Most of the larger stations are storage schemes in the high mountains, intended to be able to balance the opposing seasonal supply and demand situation in the Alps and current fluctuations in the network. The headrace tunnels and penstocks of the high-pressure power stations of Tiwag are some of the most highly loaded of their type in the world. Great emphasis is placed on sustainable use and low maintenance costs, starting with the construction. Some stations have already been in operation for more than 60 years. This article describes the experience with the headrace tunnels of some of the larger hydropower stations.
Bei der Tiroler Wasserkraft AG (Tiwag) sind elf große Wasserkraftwerke (> 8 MW) und über 30 Kleinanlagen (< 5 MW) in Betrieb, die elektrische Energie für den kommerziellen Gebrauch erzeugen. Die meisten Großanlagen sind als Hochgebirgsspeicherkraftwerke ausgelegt, um die jahreszeitlich entgegengesetzte Angebot- und Nachfragesituation in den Alpen sowie Stromschwankungen im Netz ausgleichen zu können. Die für die Hochdruckanlagen der Tiwag gebauten Triebwasserwege und Kraftabstiege gehören zu den am höchsten beanspruchten derartigen Anlagenteilen der Welt. Es wurde bereits beim Bau großer Wert auf eine nachhaltige Nutzung mit geringem Instandhaltungsaufwand gelegt. Manche Anlagen sind bereits seit über 60 Jahren in Betrieb. In diesem Beitrag werden die Erfahrungen mit den Triebwasserwegen einiger größerer Wasserkraftanlagen dargestellt.

Despite the English description, the raise boring originated in Germany, where the first raise boring machine was developed by the engineer Bade in 1949. Today it is possible to bore diameters of more than 7 m and depths of more than 1,200 m with machines, which can apply tension forces of about 1,600 t and torques of about 1,100 kNm. The deepest shaft yet bored by the raise boring method has a depth of 1,260 m and a diameter of 7.10 m.
The raise boring method is purely mechanised and consists of two steps: Pilot boring and reaming. Depending on the rock hardness, the penetration rates range from 0.75 to 1.50 m/h for the pilot hole and between 0.20 and more than 2 m/h for the reaming, depending on geology and diameter. Modern guided drilling rigs can achieve an accuracy of about 0.1 m over 500 m (= 0.002%) for the pilot hole. Geological faults encountered drilling the pilot can be stabilised by grouting, and in some cases the use of plastic packers can be helpful. If collapses occur during enlargement, they have to be stabilised in a separate working step.
Even though the raise boring method has already been able to bore diameters of more than 7 m, there are shafts that cannot be bored by raise boring. But in this case a raise bored shaft can be used as a mucking shaft and the shaft enlarged to the final diameter by blasting without expensive shaft sinking machinery.
Trotz der englischen Bezeichnung liegen die Ursprünge des Raise Borings in Deutschland. Ingenieur Bade entwickelte bereits 1949 die erste Raise-Boring-Maschine. Heute ist man in der Lage, Durchmesser von mehr als 7 m und Tiefen von mehr als 1.200 m zu bohren mit Anlagen, die Zugkräfte von ca. 1.600 t aufbringen und Drehmomente von ca. 1.100 kNm bewältigen. Der tiefste Schacht, der bisher mit der Raise-Boring-Methode hergestellt wurde, hat eine Tiefe von 1.260 m und einen Durchmesser von 7,10 m.
Die Raise-Boring-Methode ist eine rein mechanische Ausbruchmethode und besteht aus zwei Arbeitsgängen: der Pilotbohrung und der Aufweitbohrung. Abhängig von der Gesteinshärte liegen die Bohrleistungen bei Pilotbohrungen zwischen 0,75 und 1,50 m/h und bei der Aufweitung, abhängig von Geologie und Durchmesser, zwischen 0,20 und mehr als 2 m/h. Mit den heutigen Zielbohrgeräten können Bohrgenauigkeiten bei der Pilotbohrung von ca. 0,1 m auf 500 m (= 0,002%) erzielt werden. Geologische Störzonen während der Pilotbohrung kann man mittels Injektionen stabilisieren; unter Umständen kann der Einsatz von Kunststoffpackern hilfreich sein. Bei Verbrüchen während der Aufweitbohrung müssen diese in einem separaten Arbeitsschritt stabilisiert werden.
Auch wenn mit der Raise-Boring-Methode bereits Durchmesser von mehr als 7 m gebohrt werden können, gibt es Schächte, deren Durchmesser mit dem Raise Boring nicht mehr hergestellt werden können. Mithilfe eines Raise-Boring-Schachts als Schutterschacht können solche Schächte ohne Installation von aufwendigen Schachtanlagen sprengtechnisch aufgeweitet werden.

High head hydropower plants can generate high electrical power at very short notice, or if equipped with pumps can also draw electricity from the distribution grid and store its energy very efficiently. In this way, hydropower plants can make an indispensable contribution to regulating the grid and the use of regenerative energy sources. Physically, this requires reservoirs at various altitudes connected through headraces.
In order to be able to use high head hydropower plants with longer headrace tunnels for the generation of electricity, surge tanks are needed to compensate the kinetic energy. A surge tank thus represents an interface between civil, mechanical and electrical engineering. The construction of new high head plants and particularly of pumped storage schemes, exploiting ever greater quantities of water and with increasingly stringent demands for flexibility, leads to additional criteria and requirements, which are explained in this article. The article describes also some specific designs of surge tanks in Austria.
Hochdruckwasserkraftanlagen können hohe elektrische Leistungen in kürzester Zeit bereitstellen oder bei zusätzlichen Pumpanlagen aus dem Netz abziehen und diese damit sehr effizient speicherbar machen. Damit leisten diese Anlagen einen unverzichtbaren Beitrag zur Netzregelung und Nutzung der regenerativen Energiequellen. Physikalisch sind dazu Speicher auf unterschiedlichen Höhen verbunden durch Triebwasserwege erforderlich.
Um nun Hochdruckwasserkraftanlagen mit längeren Stollen für die Erzeugung von elektrischem Strom betreiben zu können, sind zum Ausgleich der kinetischen Energie Wasserschlösser notwendig. Das Wasserschloss stellt dabei eine Schnittstelle zwischen Bauingenieurwesen, Maschinenbau und Elektrotechnik dar. Durch den Bau von neuen Hochdruckanlagen und insbesondere von Pumpspeicherkraftwerken mit steigenden Ausbauwassermengen und steigenden Anforderungen an die Anlagenflexibilität ergeben sich auch für die hydraulische Auslegung von Wasserschlössern zusätzliche Kriterien und Anforderungen, die in diesem Beitrag erörtert werden. Auch werden in diesem Artikel zusammenfassend spezifische Wasserschlossdesigns in Österreich dargestellt.

The extension of underground line U1 from Reumannplatz station to Oberlaa station, which includes construction lot U1/9, significantly enhances accessibility for local residents and workplaces, achieves optimal regional accessibility and improves connections to regional buses, a park & ride facility as well as easing the pressure on the Reumannplatz station. Starting from Reumannplatz, the U1 will increase by 4.6 km with five new stations in the forthcoming years. By 2017, it will be the longest underground line in Vienna (19.2 km).
Planning for construction preparation and the detailed design of construction lot U1/9 is being carried out by the planning group PCD - FCP - iC in cooperation with Architektengruppe AGU. PCD, the lead planning partner, is responsible for planning of the cut-and-cover method, whilst iC is responsible for the design of the mined tunnel sections. Preliminary geotechnical work, main geotechnical investigations and geotechnical support during construction were undertaken by the municipal department MA 29 (bridge construction and ground engineering). Project management incl. controlling and site supervision is done by the Client (Abteilung Bau, Planung und Projektmanagement of Wiener Linien). The design for obtaining the building permit in accordance with the Austrian railway law was carried out in 2009 and 2010 and approval was given in January 2011. Tenders were first drafted in 2010, and were published in the summer of 2011. The tender was awarded to the Strabag company. Construction started in the spring of 2012. Tunnel excavation commenced at the end of January 2014.
Die Verlängerung der U-Bahn-Linie U1 von der Station Reumannplatz bis zur Station Oberlaa, zu der auch der Bauabschnitt U1/9 gehört, dient der Erschließung von Wohnquartieren, der regionalen Erreichbarkeit, der Anbindung an die Regionalbusse, beinhaltet eine Park & Ride-Anlage und sorgt zusätzlich für eine Entlastung der Station Reumannplatz. Insgesamt wächst die U1 in den nächsten Jahren vom Reumannplatz ausgehend um 4,6 km und fünf Stationen. 2017 ist sie mit 19,2 km dann die längste U-Bahnlinie Wiens.
Die Planung des Bauabschnitts U1/9 wird durch die Planungsgemeinschaft PCD - FCP - iC in Zusammenarbeit mit der Architektengruppe AGU durchgeführt. PCD ist federführend zuständig für die Planung der offenen Bauweise. Für die Planung der geschlossenen Bauweise ist iC federführend verantwortlich. Die geotechnischen Vorarbeiten und Hauptuntersuchungen sowie die baubegleitende geotechnische Betreuung erfolgten durch die MA 29 Brückenbau und Grundbau. Die Aufgaben des Projektmanagements einschließlich Controlling und Steuerung sowie die örtliche Bauaufsicht werden vom Bauherrn selbst, durch die Abteilung Bau, Planung und Projektmanagement der Wiener Linien wahrgenommen. Die Planung für die eisenbahnrechtliche Baugenehmigung wurde in den Jahren 2009 und 2010 durchgeführt, der positive Bescheid wurde im Januar 2011 erteilt. Bereits im Jahr 2010 wurde mit der Planung der Ausschreibung begonnen, die im Sommer 2011 aufgelegt wurde. Den Zuschlag erhielt die Firma Strabag. Der Baubeginn erfolgte im Frühjahr 2012. Die Tunnelvortriebe wurden Ende Januar 2014 begonnen.

Doha, the capital of Qatar, is being developed into a modern centre for trade and industry. One essential part of the implementation of this aim is the provision of modern mass-transport. The “Qatar Integrated Railway Project” includes both high-speed railway lines and a metro system in Doha. Die Doha Metro has three lines. The network will have a total line length of 216 km in the first extension stage, of which 96 km run underground. The Green Line was awarded to a Joint Venture of Porr (lead), Saudi Bin Laden Group and the local construction company HBK. The contract includes turnkey completion of the underground section of the Green Line with a tunnel length of 2 × 17 km, six stations, gauge changing equipment and switches as well as cross-passages and emergency exit shafts. The project is being implemented as design and build. The paper reports on experience with assembly work under the difficult conditions of the Middle East as well as the first few weeks of tunnelling.
Doha, die Hauptstadt Qatars, soll zu einem modernen Zentrum für Wirtschaft und Handel ausgebaut werden. Ein wesentlicher Bestandteil zur Realisierung dieses Ziels sind moderne Massentransportmittel. Das “Qatar Integrated Railway Project” umfasst sowohl Hochgeschwindigkeits-Bahnlinien als auch ein Metrosystem in Doha. Die Metro Doha umfasst drei Linien. Das Netz Stufe hat in der ersten Ausbaustufe eine Gesamtstreckenlänge von 216 km, davon werden 96 km unter Tage geführt. Die Green Line wurde an ein Joint Venture von Porr (Federführung), Saudi Bin Laden Group und dem lokalen Bauunternehmen HBK vergeben. Der Auftrag umfasst die schlüsselfertige Errichtung des unterirdischen Abschnitts der Green Line mit einer Tunnellänge von 2 × 17 km, sechs Stationen, Spurwechselanlagen und Weichenanlagen sowie Querschläge und Notausstiegsschächte. Das Projekt wird als “Design and Build” abgewickelt. Der Beitrag berichtet über die Erfahrungen bei den Montagearbeiten unter den schwierigen Bedingungen des Mittleren Osten berichtet sowie von den Erfahrungen der ersten Vortriebswochen.

The Westbahn line between Vienna and Wels in Austria is being upgraded to four tracks to improve its capacity and performance for passenger and goods traffic. The opening of the section “Gap-closing St.Pölten-Loosdorf (GZU)” in 2017 completed the four-track Westbahn line between Vienna and Linz. The Pummersdorfer Tunnel is the last tunnel in this section and is designed as a single-bore two-track tunnel with a length of 3.5 km. The tunnel runs close to the surface with a maximum of 25 m overburden in weathered or unweathered Miocene schlier (marl). The driving of the tunnel encountered two groundwater horizons, pore groundwater in the Quaternary cover gravels above the tunnel crown and water in the joints of the Miocene schlier in or just above tunnel level. Some unexpected heavy water inrushes occurred during tunnelling.
The article first gives an overview of the project and the geological conditions and is then concerned with the effects of the groundwater inflows on the tunnelling works and the groundwater use in the near vicinity.
Für die Erhöhung der Kapazität und Leistungsfähigkeit im Personen- und Güterverkehr wird die Westbahn zwischen Wien und Wels viergleisig ausgebaut. Mit Inbetriebnahme des Abschnitts “Lückenschluss St.Pölten-Loosdorf (GZU)” im Jahr 2017 wird die viergleisige Westbahn zwischen Wien- und Linz fertiggestellt. Der Tunnel Pummersdorf ist der letzte Tunnel in diesem Abschnitt und ist als einröhriger zweigleisiger Tunnel mit rund 3, 5 km Länge konzipiert. Der Tunnel verläuft oberflächennahe mit maximal 25 m Überlagerung im verwitterten bzw. unverwitterten Miozänschlier. Durch den Vortrieb sind zwei Grundwasserhorizonte, Porengrundwasser in den quartären Deckenschottern oberhalb der Tunnelfirste und Kluftgrundwasser im Miozänschlier in bzw. knapp über Tunnelniveau, berührt. Im Zuge des Vortriebs kam es kurzfristig zu unerwartet starken Wasserzutritten.
Der Beitrag gibt zunächst einen Überblick über das Projekt sowie die geologischen Rahmenbedingungen und befasst sich anschließend mit den Auswirkungen der Bergwasserzutritte für die Vortriebsarbeiten und die im Nahbereich befindlichen Grundwassernutzungen.

The “Southeast Collector” project, a 15 km long sewer tunnel in the York Region east of Toronto, Canada, has a special feature in that the four TBMs for boring the tunnel are being provided by the client. This holds many unusual situations and challenges concerning on the one hand the risk distribution and on the other hand the construction dynamics. The article intends to discuss the motivations as well as the advantages and disadvantages of this concept through the example of this project, diverse research and available references. It finally attempts to find answers to the questions where and when the procurement of tunnel boring machines by the client may be appropriate.
Das Projekt “Southeast Collector”, ein 15 km langer Abwasserstollen in der York Region östlich von Toronto, Kanada, zeichnet sich durch eine Besonderheit aus, nämlich, dass die vier TBMs für den Vortrieb durch den Bauherrn bereitgestellt werden. Diese Situation birgt viele Ungewöhnlichkeiten und Herausforderungen in sich, was sich einerseits in der Risikoverteilung, aber andererseits in der Ausführungsdynamik widerspiegelt. Es wird versucht anhand dieses Projekts, diverser Nachforschungen und bestehender Literatur die Motivation, die Vor- und Nachteile und Herausforderungen dieses Konzepts zu erarbeiten, um schlussendlich Antworten zu finden, wo und wann die Beistellung von Vortriebsmaschinen durch den Bauherrn sinnvoll erscheinen mag.

In order to upgrade to the latest safety regulations, a rescue tunnel is being constructed parallel to the existing 12.9 km long, single bore Fréjus Tunnel. A particular challenge to the mechanised tunnel drive is the alignment through squeezing rock mass in places. In order to overcome the squeezing sections, various technical and organisational measures have been implemented during the course of the project.
Zur Anpassung an die aktuellen Sicherheitsvorschriften wird parallel zum 12,9 km langen, einröhrigen Fréjus Tunnel ein Rettungsstollen gebaut. Eine besondere Herausforderung ist der Verlauf des maschinellen Vortriebs durch stellenweise drückendes Gebirge. Zur Bewältigung der druckhaften Abschnitte wurden im Laufe des Projekts verschiedene technische und organisatorische Maßnahmen umgesetzt.

The discussion “NATM - quo vadis” at the 7th Austrian Tunnel Day 2010 made quite clear that questions apart from tunnelling technology, especially questions about cooperation between project partners, represent the bottleneck holding back the successful implementation of infrastructure projects. Contracts with excessively low prices were identified as the essential cause of problems with cooperation between project partners. This consideration led to the forming of the VIP working group of the ITA Austria. The VIP tendering model should change precisely the process that was recognised as essential in the discussion at the Tunnel Day 2010. At the same time, however, it was clear that the cybernetic networking of all construction processes also had to be considered. The award itself is thus no isolated process but only a part of a mosaic of improved cooperation in construction. The following considerations have therefore been included in the VIP:
- The close integration with all other processes requires cybernetic modelling.
- Construction is not a purely technical but rather a techno-social process.
- The quality of collaboration is essential for the overall success of a construction project.
- The award criteria must be aimed at the optimisation of the completed structure.
- Due to the complexity of infrastructure projects, tendering as a negotiation procedure is mostly more suitable than an open/non-open procedure.
Die Diskussion “NÖT - quo vadis” hat am 7. Österreichischen Tunneltag 2010 hat eindrucksvoll vor Augen geführt, dass nicht tunnelbautechnischen Fragestellungen, sondern Probleme der Kooperation der Projektbeteiligten den Engpass für erfolgreiche Projektabwicklung im Infrastrukturbau darstellt. Für die Kooperation der Projektbeteiligten wurde das Bauen mit zu niedrigen Preisen als maßgebender Problemverursacher erkannt. Aus dieser Einschätzung hat sich die Arbeitsgruppe VIP der ITA-Austria gebildet. Mit dem Vergabemodell VIP sollte genau jener Prozess verändert werden, der aus der Diskussion des Tunneltags 2010 als maßgebend erkannt wurde. Zugleich war aber auch klar, dass die kybernetische Vernetzung aller Prozesse des Bauens mit berücksichtigt werden müssen. Die Vergabe selbst ist daher kein isolierter Prozess, sondern nur ein Mosaikstein für verbesserte Kooperation am Bau. Die folgenden Überlegungen sind daher in die Erarbeitung des VIP eingeflossen:
- Die enge Vernetzung mit allen anderen Prozessen erfordert eine kybernetische Modellierung.
- Das Bauen ist kein rein technischer, sondern ein techno-sozialer Prozess.
- Die Qualität der Zusammenarbeit ist für den Gesamterfolg eines Bauprojekts maßgebend.
- Die Kriterien für die Vergabe müssen auf ein Optimum des fertigen Bauwerks ausgerichtet sein.
- Aufgrund der Komplexität von Infrastrukturprojekten ist die Vergabe im Verhandlungsverfahren gegenüber einem offenen/nicht offenen Verfahren meist besser geeignet.

The TIWAG - Tiroler Wasserkraft AG has started to implement new ideas to find the best bidder for the construction project “New construction of penstock and surge tank at the Kaunertal power station” and the design project “Tender and construction design of the extension of the Kirchbichl power station”. The article describes the constraints and course of action of the procedure and also refers to the Austrian partnership model VIP. For the future tendering of drill and blast and mechanised underground construction works, the TIWAG is interested in a clear delineation of spheres in the payment of geologically induced costs; the first ideas for this purpose are described.
Die TIWAG-Tiroler Wasserkraft AG hat mit dem Projekt “Neubau Druckschacht und Wasserschloss Kraftwerk Kaunertal” bei Bauleistungen sowie für Planungsleistungen mit dem Projekt “Ausschreibungs- und Ausführungsplanung Erweiterung Kraftwerk Kirchbichl” begonnen, neue Ideen in der Bestbieterfindung umzusetzen. Ziel war es, für die Projektrealisierung einen gleichberechtigten Partner zu finden. Im Beitrag werden die Randbedingungen, der Ablauf es Verfahrens sowie ein Bezug zum VIP dargestellt. Für zukünftige Ausschreibungen von zyklischen und kontinuierlichen Untertagebaumaßnahmen befasst sich die TIWAG mit einer klaren Sphärentrennung bei der Vergütung von geologisch induzierten Kosten; erste Ideen dazu werden vorgestellt.

The article offers various definitions of risk and defines risk as the description of an incident, which in case of unhindered occurrence will with adequate probability lead to unintended consequences and resulting damage. The magnitude of the risk depends on the extent of damage and the probability of occurrence. One essential aspect of sensible handling of risks is the appropriate use of the tools of modern risk management. Risk management covers the phases of risk identification, risk assessment, risk mitigation and risk monitoring.
Der Beitrag stellt verschiedene Risikodefinitionen vor und präzisiert das Risiko als die Beschreibung eines Ereignisses, bei dem es für den Fall des ungehinderten Geschehnis' mit hinreichender Wahrscheinlichkeit zu einer Zielverfehlung und in der Folge zu einem Schadenseintritt kommt. Die Höhe des Risikos ist abhängig vom Schadensausmaß und der Eintrittswahrscheinlichkeit. Ein wesentlicher Aspekt im bewussten Umgang mit Risiken ist die konsequente Anwendung von Werkzeugen des modernen Risikomanagements. Risikomanagement umfasst die Phasen Risikoidentifikation, Risikobewertung, Risikosteuerung und Risikokontrolle.

Various risks face the implementation of construction projects, which all have an effect on construction costs. The worst risk comes from unforeseen events, which cannot be quantified. Other factors are also difficult to determine. The article deals with external and internal risks in the course of the implementation of construction projects as well as contractual risks from the point of view of the consultant.
Bei der Abwicklung von Bauprojekten bestehen unterschiedliche Risiken, die sich alle auf die Baukosten auswirken. Das größte Risiko besteht im Unvorhersehbaren, das quantitativ nicht ermittelt werden kann. Auch andere Einflussgrößen lassen sich nicht oder nur schwer erfassen. Der Beitrag behandelt die externe und interne Risiken in der Projektabwicklung sowie bauvertragliche Risiken aus Planersicht.