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Small-diameter tunneling in hard rock is increasingly widespread due to the need for new and longer utility tunnels comprising sewer, stormwater, freshwater, or hydropower as well as cable tunnels and casings for pipelines transporting gas or hydrogen. Utility tunnels have to deal with a wide range of geological settings, like small overburden, weathered rock, rock-soil transitions, as well as fractured or intact hard rock with high strength and abrasivity. A database has been created including 35 hard rock projects with diameters between 1 and 5 m as well as more than 70,000 m of tunnel alignments, with a median drive length of less than 500 m. Challenges in creating it and some early interpretations based on the contents of the database are presented. Details about an exemplary pipe jacking project in basement rocks in Brittany, France, are given. The large variety in this small-diameter range in hard rock includes different TBM types, cutterhead designs, cutter types, and geotechnical conditions. Potential pitfalls in small-diameter TBM data analysis are shown and general drive parameter trends and penetration prediction approaches are presented and set in relation to the geotechnical conditions. Our analysis shows that difficult ground conditions do not only incorporate rocks with very high strength, but also generally weak rocks like schist or limestone could be responsible for low penetration rates and high thrust forces.

Tunnelbau mit kleinem Durchmesser in schwierigem Untergrund - Analyse der TBM-Leistung in hartem Fels
Die Anzahl an Tunnelbauprojekten mit kleinen Durchmessern in Gesteinen mit hohen Festigkeiten nimmt seit einigen Jahren stark zu, da neue und zunehmend längere Versorgungstunnel benötigt werden. Diese sogenannten Utility Tunnels sind mit einer Vielzahl von geologischen Gegebenheiten konfrontiert, wie geringe Überdeckung, starke Alteration der Gesteine, heterogene Ortsbrustbedingungen sowie Gesteine mit hoher Festigkeit und Abrasivität. Eine Datenbank mit zurzeit mehr als 35 Hartgesteinsprojekten mit Durchmessern zwischen 1 und 5 m sowie 70.000 m Tunneltrassen mit einer mittleren Projektlänge von weniger als 500 m wurde erstellt. Die Herausforderungen bei der Erstellung der Datenbank sowie einige erste Interpretationen auf der Grundlage des Inhalts der Datenbank werden vorgestellt. Weiterhin werden Details über ein beispielhaftes Rohrvortriebsprojekt im Grundgebirge der Bretagne, Frankreich, präsentiert. Die große Vielfalt in diesem kleinen Durchmesserbereich im Hartgestein umfasst unterschiedliche TBM-Typen, Schneidkopfdesigns, Werkzeugtypen und geotechnische Bedingungen. Es werden mögliche Fallstricke bei der Analyse von TBM-Daten aus Projekten mit kleinen Durchmessern aufgezeigt und allgemeine Trends bei den Antriebsparametern sowie Ansätze zur Vorhersage der Penetration vorgestellt und in Bezug zu den geotechnischen Bedingungen gesetzt. Unsere Analyse zeigt, dass schwierige Untergrundverhältnisse nicht nur Gesteine mit sehr hoher Festigkeit umfassen, sondern auch geringfeste Gesteine wie Schiefer oder Kalkstein für niedrige Vortriebsraten und hohe Anpresskräfte verantwortlich sein können.

This paper presents the pre-construction evaluation of the ground for the Lake Mead Intake No 3 Tunnel and the experience gained from the project, which had the aim of maintaining water supplies for the Las Vegas greater metropolitan area. The construction of this tunnel using a dual-mode slurry shield represents a major engineering achievement, which pushed back the boundaries of closed shield tunnelling: Overcoming an extended fault zone under high hydrostatic pressure in the metamorphic rocks and mucking-out difficulties associated with high rates of water inflow in the sedimentary rocks necessitated closed-mode operation over about 2 km at unprecedentedly high face pressures of up to 14 bar.

Rockfall events along main traffic routes in alpine regions emphasize the necessity of enhancing hazard assessment, especially in terms of rockfalls. In the field of regional rockfall modelling it becomes more and more important to work with 3D rockfall codes to account for morphological structures. Due to the general scale of regional rockfall modelling it is in most cases not possible to collect quantitative field data. Thus the input parameters are determined according to disposition models like in the Bavarian hazard map. The current paper deals with a detailed rockfall study which was accomplished during rockslope scaling works in the Bavarian Alps. The rock slope consisting of the Hauptdolomite-Formation extends along the federal road B 305 north of the village of Schneitzlreuth in Bavaria. Due to attending rockslope scaling works in cooperation with the State Agency for Construction in Traunstein, a quantification of block dimensions according to real rockfall field tests was possible. After having determined the three main block axes for over 300 rocks, rockfall modelling were accomplished applying the 3D rockfall codes Rockyfor3D and RAMMS::Rockfall. One part of the parameter studies covers the main proportion of the detected block sizes using Rockyfor3D. The second part of the study presents a comparison of the Rockyfor3D and RAMMS::Rockfall outcomes, taking the same block class for both codes into account. This paper demonstrates the limits and possibilities of using different 3D rockfall codes taking detailed field data into account.

This paper introduces InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) as an advanced tool for measuring and monitoring surface ground movements over time, with interest in all phases of a tunnel project, both in urban and non-urban areas. Following a preliminary overview of the technology used to compile radar images of the earth's surface, the multi-image techniques (Persistent Scatterers Interferometry, PSI) and the InSAR algorithm (SqueeSAR) are briefly outlined. Two examples of InSAR data applied to tunnelling projects are presented. In the first case, the integration of InSAR surface measurements into monitoring by conventional methods is discussed as a tool for providing useful information to study the relationship between tunnelling and surface settlements. In the second case, the temporal evolution of ground displacements provided by SqueeSAR is applied in order to understand the link between tunnel excavation and surface movements, along a slope under passed by two large tunnels.

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Aufgrund der Energiewende werden zahlreiche Windenergieanlagen errichtet. Eine Onshore-Ausführungsvariante sind Tiefgründungen auf Stahlbetonfertigrammpfählen. Die Tragfähigkeitsermittlung dieser Pfähle kann in Deutschland bspw. auf der Grundlage von in der Normung aufgeführten Erfahrungswerten oder auf firmeneigenen Spezifikationen der Anlagenhersteller erfolgen. Zyklische Belastungen solcher Gründungen sind ab einer Größenordnung von 20 % des statischen charakteristischen Pfahlwiderstands bei der Tragfähigkeitsermittlung zu berücksichtigen. Für Stahlbetonfertigrammpfähle sind die Auswirkungen von zyklischen Belastungen auf das Tragverhalten aufgrund fehlender Erfahrungen noch nicht abschließend untersucht. Um das Tragverhalten von Stahlbetonfertigrammpfählen unter zyklischer Last zu untersuchen, wurden Feldversuche in bindigen und nichtbindigen Böden ausgeführt, bei denen die Pfähle sowohl statisch als auch zyklisch unter Ansatz von unterschiedlichen Lastspannen belastet wurden. Diese Feldversuche werden in diesem Beitrag vorgestellt und deren Ergebnisse mit gängigen Verfahren aus der Normung nachgerechnet. Somit wird die Eignung dieser Verfahren zur Beschreibung des Tragverhaltens von Stahlbetonfertigrammpfählen unter statischer und zyklischer Belastung überprüft.

About the influence of one-way loading on the bearing behaviour of precast concrete piles for onshore wind energy plants.
Due to the energy transition several wind energy plants are built. Precast impact driven concrete piles represent one option to realise foundation piles onshore. In Germany, the bearing capacity of these piles can be estimated using empirical values taken from current standards or using in-house specifications of plant producers. Cyclic loading of such foundations exceeding 20 % of the static characteristic pile bearing capacity have to be considered when estimating the pile bearing capacity. However, the consequences of cyclic loading for the bearing behaviour of precast impact driven concrete piles are not fully understood yet. Therefore, field tests in cohesive and non-cohesive soils considering static and cyclic loading with different load amplitudes have been conducted and are presented within this paper. Using prevalent methods stated in current standards to estimate the bearing capacity of piles under static and cyclic loading are applied to recalculate the results of the field tests. Thereby, the suitability of these methods for estimation of the bearing behaviour of precast impact driven concrete piles under static and cyclic loading is reviewed.

The successful structural verification of basement walls under earth pressure loading with light imposed loading is often difficult. This situation is often encountered for external basement walls under terrace doors, stairs, masonry light wells etc., where the theoretically necessary imposed loading is missing. This makes it impossible to resist the acting bending forces from earth pressure using a vertical arch model. In such cases, the earth pressure has to be resisted in a horizontal direction. Since however the bending moment capacity of unreinforced masonry parallel to the bed joint is low, another possibility is to use a textile-reinforced bed joint with longitudinal fibres of alkali-resistant glass or carbon fibre. With an appropriately adapted textile reinforcement in the bed joints, the masonry can fulfil the requirements for load-bearing capacity against earth pressure with horizontal load transfer, even under a small imposed load. Textile reinforcement has the advantage above all of corrosion resistance compared to conventional steel reinforcement, and textiles can also be inserted into thin bed joints. The Chair of Structural Design in the Faculty of Architecture of the TU Dresden is currently carrying out extensive numerical and experimental studies for this purpose. The objective is to develop an optimal configuration of material and textile form for use as bed joint reinforcement. The investigations are concentrating on the tension strength, bonding and durability of the composite material “textile mortar”. This report should give a brief overview of the state of the work in the currently running research project.

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Bei der Druckfestigkeitsprüfung von Mauersteinen ist die Höhe des Prüfwertes von verschiedenen Faktoren abhängig. So kann u. a. die während der Druckbelastung hervorgerufene Querdehnungsbehinderung den Prüfwert der Druckfestigkeit deutlich beeinflussen. Wie groß dieser Einfluss ist, hängt im Wesentlichen von der Schlankheit der Mauersteine ab. Mit abnehmender Schlankheit vergrößert sich der Prüfwert der Druckfestigkeit durch den Einfluss der Querdehnungsbehinderung. Bei gleichem Mauersteinmaterial ergeben sich somit für Mauersteine mit geringer Schlankheit deutlich höhere Druckfestigkeitswerte als für Mauersteine mit größerer Schlankheit. Als weitere Einflussfaktoren können der Feuchtegehalt und das Größenformat der Prüfkörper genannt werden. Ziel einer am Institut für Bauforschung (ibac) der RWTH Aachen University durchgeführten Forschungsarbeit war die voneinander losgelöste Herleitung von differenzierten Formfaktoren für die zuvor genannten Einflussfaktoren. Untersucht wurden Prüfkörper mit unterschiedlichen Schlankheiten, Feuchtegehalten und Formaten, die aus Porenbeton-Planelementen der Festigkeitsklassen 2 und 6 sowie Kalksandstein-Planelementen der Festigkeitsklasse 20 entnommen wurden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden im vorliegenden Artikel vorgestellt.

Shape factors for masonry units.
In compressive tests on masonry units, the height of the test value depends on different factors. Among others, the effect of platen restraint occurring during compression may exert a significant influence on the test value of the compressive strength. The extent of this influence mainly depends on the slenderness of the masonry units. The test value of the compressive strength increases with decreasing slenderness due to the influence exerted by the effect of platen restraint. Thus, when the masonry units are made of the same material, masonry units with a low slenderness yield significantly higher compressive strength values than masonry units with a high slenderness. Further influencing factors are the moisture content and the dimensions of the test specimens. It was the aim of a research project conducted at the Institute of Building Materials research (ibac) of RWTH Aachen University to separately derive defined shape factors for the previously mentioned influencing factors. Test specimens with different ratios of slenderness, moisture contents and dimensions which were taken from autoclaved aerated concrete high precision elements of strength classes 2 and 6 as well as from calcium silicate high precision elements of strength class 20 were examined. The results of these investigations are presented in the present paper.

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Vorgeformte Stahlwellblechplatten werden vor Ort zu Rohren, Bögen oder Stahlwellblechdurchlässen zusammengebaut. Für die Tragfähigkeit der flexiblen, erdverlegten Stahlrohre ist die seitliche Bettung durch die Hinterfüllung mit Bodenmaterial ausschlaggebend. Während dem Hinterfüllen entwickelt sich der Erddruck, der zuerst alleine durch den kleinen Biegewiderstand des Rohres getragen werden muss. Die Biegemomentverteilung bleibt nach dem Verfüllen bis zum Rohrscheitel nahezu “eingefroren”. Der vorliegende Beitrag behandelt die Bauwerk-Boden-Interaktion anhand von numerischen Berechnungen mit dem Ziel, den Hinterfüllvorgang so zu gestalten, dass die Biegemomente klein bleiben.

Soil-structure interaction of structural plate steel underpasses backfilled in layers.
Curved corrugated steel plates are field assembled into pipes, arches, underpasses and other shapes. The lateral bedding that is responsible for the load bearing capacity of the flexible, earth embedded steel pipe is provided only by way of backfilling with soil material. The earth pressure that develops by backfilling must be solely born at first by the small bending resistance of the pipe. The bending moments remain nearly “frozen” after backfilling up to the top. This paper deals with the soil-structure interaction. This is shown by means of numerical calculations with FLAC as to how the steel conduit should be backfilled so that the bending moments remain small.

Orthotrope Platten mit offenen Flachstahlrippen wurden sowohl theoretisch als auch experimentell mit Anwendungen auf Eisenbahnbrücken untersucht. Es hat sich gezeigt, daß es im Kontaktbereich von Fahrbahnplatte, Querträger und Längsrippe zu Spannungskonzentrationen kommt, die die Fließgrenze des Stahls überschreiten können. Da Stahlbrücken mit orthotropen Platten durchgängig geschweißt sind, sind sie ermüdungsanfällig. Daher wurden serienmäßig die Ermüdungsversuche durchgeführt und eine zusätzliche Klassifizierung der Schweißdetails vorgeschlagen. Die Form der Ausnehmungen im Steg des Querträgers, die Wirkung von Schubkräften und die Durchschweißung stellen wichtige Faktoren dar. Die Ermüdungsrisse in einer orthotropen Platte treten bevorzugt um Ausnehmungen im Querträgersteg auf oder werden durch eine Rißbildung in schlecht ausgeführten Schweißnähten verursacht. Die Zuverlässigkeit von Brücken mit orthotropen Platten hängt von der Schweißtechnologie, der Qualität der Schweißnähte und Schweißnahtfolge ab.

Im Zuge der Neutrassierung der Bundesstraße B 188 als Ortsumgehung Tangermünde wird eine neue Elbebrücke erforderlich. Sie ersetzt eine in den Jahren 1931 bis 1933 gebaute Brücke, deren Hauptöffnung im zweiten Weltkrieg gesprengt worden war und die in der Nachkriegszeit mit einer Pionierbrücke wieder aufgebaut wurde. Die Gesamtlänge der neuen Elbebrücke Tangermünde beträgt 1435 m, sie wird nach Ihrer Fertigstellung die längste Straßenbrücke in Sachsen-Anhalt. Die Hauptöffnung über die Elbe wird mit einer Stabbogenbrücke überbrückt, die eine Spannweite von 185 m aufweist. Neben einem geschichtlichen Rückblick werden Planungsüberlegungen, Entwurf und Ausschreibung bis hin zur Vergabe beschrieben.

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Das maximale Biegemoment, das von Rohren und Rohrbögen übertragen werden kann, wird mit einem einheitlichen Verfahren, das auf v. Karman zurückgeht, bestimmt. Die Ovalisierung des geraden Rohres und das unterschiedliche Verhalten eines Bogens bei öffnender und schließender Biegung wird dadurch erklärt, daß die Kräfte geometrisch nichtlinear an dem verformten Rohrquerschnitt wirken. Um das plastische Materialverhalten zu erfassen, wird die Verdrehung schrittweise gesteigert. Der Zuwachs der Formänderungsarbeiten wird minimiert. Berechnungen am Beispiel vergleichbarer Rohre und Bögen werden vorgestellt. Berechnungen und Meßergebnisse von Kollapsmomenten bei geraden Rohren stimmen gut überein.

Ein mit dem Verfahren Elastisch-Elastisch dimensionierter Rahmen wird mit dem Verfahren Plastisch-Plastisch nochmals mit den Nachweisverfahren von DIN 18800 Teil 1 und Teil 2 nachgewiesen. Einwirkungskombinationen, Tragsicherheitsnachweise, Biegedrillknicksicherheitsnachweise und Gebrauchstauglichkeitsnachweise werden erläutert. Aussagen werden getroffen über die zweckmäßige Profilwahl und die Ausführung bzw. Anordnung von Anschlüssen und Stößen. Es wird gezeigt, daß mit den plastischen Nachweisverfahren Einsparungen von Material und/oder Fertigungsaufwand gegenüber elastisch dimensionierten Tragwerken möglich sind.

Es wird über 34 Versuche berichtet. Hauptgegenstand der Untersuchungen war der Einfluß des Langzeitverhaltens des Betons auf die Traglast. Kriechen und Schwinden sowie Schwinden allein führten zu einer Abminderung der Traglast verglichen mit der Kurzzeittraglast. Die Bemessungsmethode der DIN 18806 konnte durch Versuche bestätigt werden.

Für Hallenrahmen wird ein einfaches und anschauliches Verfahren gezeigt, das es sehr schnell ermöglicht, die Auswirkungen der Theorie II. Ordnung auf die Schnittkräfte abzuschätzen. Dabei werden Rechenmethoden der Theorie I. Ordnung benutzt. Damit kann festgestellt werden, ob das zu untersuchende System stabil ist. Außerdem können die Ergebnisse von Rechenprogrammen auf ihre Richtigkeit hin überprüft werden. Voraussetzung für die Anwendung ist, daß die Stabkennzahl (1 ist. Bei einem der drei gezeigten Beispiele wird durch weitere Überlegungen und Rechnungen eine gute Übereinstimmung mit Ergebnissen erzielt, die nach genaueren Verfahren ermittelt wurden.

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This paper, which focuses on a fatigue crack found in a main girder of a continuous steel girder bridge, assesses the remaining structural safety of the steel bridge with such a fatigue crack in order to judge whether or not urgent action such as closure to traffic or necessary temporary repairs and strengthening should be carried out. Therefore, an elastic-plastic finite displacement analysis is carried out for the continuous three-span non-composite steel girder bridge with four main girders in which a fatigue crack about 1.1 m long in the web plate of the main girder was discovered during an inspection. From the analysis results it is found that the load redistribution function of the multiple main girder system was effective and the remaining load-carrying capacity of such a bridge system is such that there will be no sudden collapse of the entire bridge.

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The motorway viaduct over the Nalón River is 1100 m long and 27 m wide. The longitudinal structural system consists of a single strict composite box that takes advantage of the different properties of structural steel and concrete, going beyond the double composite action systems already in use for a long time. The box girder is enlarged by means of composite trusses connected to the upper slab at both sides of the deck. Longitudinally, the structure can be divided into two sections:
- a 660 m long curving approach section over the river plain
- a 440 m long straight section crossing the riverbed. The central part of this section is a 124 m span rigid frame composed of a box girder with varying depth and two elegant piers, one on each side of the river.
The bridge was constructed by launching from both abutments. The launching of the main section, due to the varying depth of the box girder in the main span, required longitudinal auxiliary elements in order to launch it in the same way as the spans of constant depth. A temporary pier was built in the middle of the river in order to reduce the cantilever in the main span to a moderate length. The viaduct construction was completed in May 2007.

Die Baubranche boomt wie lange nicht mehr. Doch Planungsfehler und Baumängel können so manches Fundament ins Wanken bringen. Eine Mischung aus Risikomanagement und einer Absicherung für alle Baubeteiligten löst viele Probleme.