The very variable geological conditions require two completely independent machine concepts for contract KAT3 of the Koralm Tunnel, which have been taken into account with the planned use of a shield machine capable of being rebuilt. This article discusses the essential constructional requirements for machinery and construction methods based on the current state of design and knowledge.

Die stark variierenden geologischen Verhältnisse erfordern für das Baulos KAT3 des Koralmtunnels zwei komplett eigenständige Maschinenkonzepte, die planerisch durch das Lösungskonzept einer umbaubaren Schildmaschine berücksichtigt werden. In dem Beitrag werden auf Basis des derzeitigen Planungs- und Kenntnisstands die wesentlichen konstruktiven Anforderungen an die Maschinen- und Verfahrenstechnik dargelegt.

In the course of the design work of an Austrian railway tunnel, an extensive efficiency raising campaign was carried out by ÖBBInfrastruktur AG, the construction arm of Austrian Railways, which resulted in innovations to the conventional system of constructing the invert slab of waterproof concrete to seal against service water. According to the requirements for rail tunnels, a waterproof invert slab has to be constructed to prevent water from getting into the drainage pipe and thus prevent contact with formation water. In the conventional construction, this necessitates an umbrella waterproofing in the vault and a reinforced invert slab according to the ÖVBB guidelines.
The slab is subject to constraints arising from the discharge of the heat of hydration, from temperature differences and from shrinkage processes. Therefore, a high ratio of reinforcement is normally required. This led to the consideration whether for economic reasons and under the special conditions of this project it would be possible to reduce or even leave out the high percentage of reinforcement steel completely. For this reason, a comprehensive testing program with laboratory tests, a full-scale test as well as analytical and numerical investigations carried out to verify the practical applicability of this innovative system.

Im Rahmen eines umfassenden Effizienzsteigerungsprogrammes seitens der ÖBB-Infratruktur AG wurde die Untersuchung eines neuartigen Sohlplattensystems für Eisenbahntunnel initiiert. Bei dem Sohlplattensystem handelt es sich um eine dichte Betonplatte, die ein Eindringen von Betriebswässern in die Drainageleitung des Tunnels verhindern soll. Im Regelfall erfordert dies eine Regenschirmabdichtung im Gewölbebereich und eine bewehrte Sohlplatte gemäß Richtlinie Innenschalenbeton der ÖVBB.
In dem Zusammenhang ist eine rissbreitenbeschränkende Bewehrung notwendig, die ein Auftreten von wasserführenden Rissen verhindert und einen hohen Bewehrungsgrad ergibt, da die Platte unter Zwangsspannungen aus unterschiedlichen Einflüssen steht. Aufbauend darauf wurde bei den speziellen Randbedingungen dieses Projektes überlegt, den hohen Anteil an Bewehrungsstahl zu reduzieren oder gänzlich wegzulassen. Durch die betontechnologisch günstigen Eigenschaften der Gesteinskörnungen, die bei dem Projekt zur Verwendung kommen, ergeben sich Vorteile, die eine neuartige Ausbildung der Sohlplatte ermöglichen. Aus diesem Grund wurden umfangreiche Untersuchungen mit Labortests, einem maßstäblichen Großversuch sowie analytischen und numerischen Berechnungen durchgeführt um die praktische Einsetzbarkeit der Innovation zu verifizieren.

In the western part of the Koralmbahn railway line, tests were carried out as part of planned specialised civil engineering works in silty to sandy still water sediments in order to find out about the interaction of jet grouting and dewatering measures with this ground, which is considered to be as geotechnically relatively unfavourable. Small-scale tunnelling work was also carried out to gain experience for the later tunnel construction work in this area. The most important discoveries were: that the jet grouting trials achieved jet grout columns with a diameter of 1.5 m within the still water sediments; and the simulation of a tunnel drive was able to demonstrate that stable conditions at the face can be achieved with the chosen advance support measures. The evaluated results made it possible to optimise the design of the tunnel structures and the forecast performance rates for the grouting works.

Im westlichen Bereich der Koralmbahn sind im Rahmen geplanter Spezialtiefbaumaßnahmen in schluffigen bis sandigen Stillwassersedimenten Versuche durchgeführt worden, um Erkenntnisse über die Interaktion von DSV- und Entwässerungsmaßnahmen mit diesem geotechnisch als relativ ungünstig geltenden Gebirge zu erlangen. Zusätzlich wurden durch kleinmaßstäbliche Vortriebsarbeiten Erfahrungen für die späteren Tunnelbauarbeiten in diesem Bereich gewonnen. Als wichtigste Erkenntnisse können genannt werden: Bei den Versuchen zu DSV-Arbeiten waren in den Stillwassersedimenten DSV-Säulen mit einem Durchmesser von 1,5 m zu erreichen; durch die Simulation eines Tunnelvortriebs konnte demonstriert werden, dass mit den gewählten Vorraussicherungsmaßnahmen stabile Verhältnisse im Bereich der Ortsbrust erzielbar sind. Basierend auf den ermittelten Ergebnissen können die bisherige Planung der Tunnelbauwerke sowie die prognostizierten Leistungsansätze bei den DSV-Maßnahmen optimiert werden.

The article describes current examples of the application of automatic surveying and alarm systems, with a closer description of the systems installed in the Mitterpichling West investigation tunnel for the Koralm Tunnel, the Tyne Tunnel project and in the metro projects in Budapest, Athens und Thessaloniki. The contribution such systems could make to improve the safety and costeffectiveness of tunnel drives is looked into in general. Finally, two visionary research projects are presented.

Im Beitrag werden aktuelle Ausführungsbeispiele automatisierter Mess- und Alarmsysteme erläutert, wobei auf die installierten Systeme im Erkundungstunnel Mitterpichling West des Koralmtunnels, im Projekt Tyne Tunnel und in den U-Bahnprojekten in Budapest, Athen und Thessaloniki näher eingegangen wird. Der Beitrag, den derartige Systeme zur Verbesserung der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit von Vortrieben leisten können, wird allgemein erörtert. Abschließend wird über zwei visionäre Forschungstrends zu diesem Thema informiert.

Eurocode 7 (EN 1997-1 (November 2004) + AC (February 2009)) does not specifically mention tunnelling in the scope of application. In the literature, tunnelling is linked with the retaining structures of Eurocode 7. Tunnelling is not covered by Eurocode 2 (Austrian standards ÖNORM EN 1992-1-1 and ÖNORM B 1992-1-1: 2007 02 01) either. This article discusses the possible interactions of these two Eurocodes and also takes into consideration the Austrian guideline RVS 9.32 (Mai 2004). This guideline has already introduced the partial safety factor concept for reinforced concrete construction and geotechnical engineering.

Im Eurocode 7 (EN 1997-1 (November 2004) + NAD (Februar 2009)) ist der Tunnelbau im Anwendungsbereich nicht explizit erwähnt. In der Literatur wird der Tunnelbau mit den Stützbauwerken des Eurocodes 7 in Verbindung gebracht. Im Eurocode 2 (ÖNORM EN 1992-1-1 und ÖNORM B 1992-1-1: 2007 02 01) wird ebenfalls nicht auf den Tunnelbau eingegangen. In diesem Beitrag wird auf mögliche Verbindungsmöglichkeiten dieser beiden Eurocodes hingewiesen. Dies erfolgt unter Berücksichtigung der RVS 9.32 (Mai 2004). In dieser Richtlinie wurde bereits auf das Teilsicherheitskonzept für den Stahlbetonbau und die Geotechnik eingegangen.

As indicated in the title, many different safety concepts - in the sense of various definitions of “safety” and “safety factor” - have been used in civil engineering and particularly in geotechnical engineering according to the type of project. “The” old safety concept (single) is a fiction. The Eurocodes are based on a common basis, the semi-probabilistic concept, but as before demand different strategies for different tasks. Different strategies for ultimate limit states of failure are now described in geotechnical engineering as different “design approaches”.
For retaining structures, which include tunnel linings in the broadest sense, the design approach DA 2⋆ is the most practical for standard cases and involves the least work in the transition to the Eurocodes. This procedure is also intended as standard in the Austrian guideline RVS 9.01.42 “Tunnel structures in soft soil under built-up areas” in the 2004 issue. This guideline is being revised at the moment, but no significant changes are anticipated in the new issue.
Particular features of geotechnical engineering, e.g. that ground can be an action as well as construction material or resistance, have resulted in some special provisions in Eurocode 7. Some of these particular features are referred to in this paper. The application of the Eurocodes in connection with numerical calculations in tunnel construction is also investigated and the limits discussed. The introduction of the Eurocodes is seen as a chance to exploit the experience in all European countries for better codes, unified safety requirements and to jettison ballast.

Wie im Titel angedeutet, wurden im Bauwesen und speziell in der Geotechnik je nach Aufgabenstellung verschiedene Sicherheitskonzepte - im Sinn von verschiedenen Definitionen von “Sicherheit” und “Sicherheitsfaktor” - verwendet. “Das” alte Sicherheitskonzept (Einzahl) ist Fiktion. Die Eurocodes beruhen auf einer gemeinsamen Basis, dem semi-probabilistischen Konzept, erfordern aber nach wie vor je nach Aufgabenstellung verschiedene Strategien. Unterschiedliche Strategien für Grenzzustände des Versagens werden in der Geotechnik jetzt als unterschiedliche “Nachweisverfahren” bezeichnet.
Für Stützbauwerke, zu denen Tunnelschalen im weitesten Sinn gehören, ist das Nachweisverfahren NV 2⋆ für Standardfälle am praktikabelsten und mit dem geringsten Aufwand bei der Umstellung auf die Eurocodes verbunden. Dieses Verfahren ist auch in der österreichischen Richtlinie RVS 9.01.42 “Geschlossene Bauweise im Lockergestein unter Bebauung” in der Ausgabe 2004 als Standard vorgesehen. Diese Richtlinie wird derzeit aktualisiert, wesentliche Änderungen werden sich durch die neue Ausgabe wohl nicht ergeben.
Besonderheiten der Geotechnik, z.B. dass Boden sowohl Einwirkung als auch Baustoff bzw. Widerstand sein kann, haben einige spezielle Regelungen im Eurocode 7 bedingt. Auf einige dieser Besonderheiten wird in diesem Beitrag hingewiesen. Weiterhin wird die Anwendbarkeit der Eurocodes im Zusammenhang mit numerischen Berechnungen im Tunnelbau untersucht und Grenzen aufgezeigt. Die Einführung der Eurocodes wird als eine Chance gesehen, die Erfahrungen aller europäischen Länder für bessere Normen, vereinheitlichte Sicherheitsanforderungen und das Abwerfen von Ballast zu nutzen.

By 2010, Eurocodes will replace the current British Standards as the primary basis for civil engineering design in the UK. With the introduction of Eurocode 7 Geotechnical design, a very substantial gap in the coverage of the Eurocodes in underground structures including tunnels has now been closed. This paper describes the design of soft ground tunnels using the Eurocodes, reviews some key aspects of these codes in tunnel design and highlight the discussion with examples of recent design cases.

Im Jahre 2010 werden die Eurocodes in Großbritannien die aktuellen Britischen Normen als Grundlage für die Bemessung im Bauingenieurwesen ersetzen. Mit der Einführung des Eurocodes 7 “Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik” wird nun eine wesentliche Lücke im Geltungsbereich der Eurocodes für unterirdische Bauwerke einschließlich Tunnel geschlossen. Der Beitrag erläutert die Bemessung eines Tunnels im Lockergestein bei Anwendung der Eurocodes, behandelt einige Schwerpunkte dieser Normen hinsichtlich Tunnelbemessung und beleuchtet die Diskussion mit Beispielen aus neueren Entwurfsaufgaben.

The calculation and design of engineering structures in Germany has changed from a global safety factor concept to a partial safety factor concept introducing a number of partial safety factors. The report presents the current rules for transport tunnels and explains the new method of structural design and serviceability by means of a practical example.

Die statische Berechnung und Bemessung von Ingenieurbauwerken in Deutschland ist in den letzten Jahren von einem Globalsicherheitskonzept mit einem einzigen Sicherheitsbeiwert auf ein Teilsicherheitskonzept mit zahlreichen Teilsicherheitsbeiwerten umgestellt worden. Der Bericht stellt die maßgebenden Regelwerke für Verkehrstunnel vor und erläutert die neuen Tragfähigkeits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweise an einem praxisnahen Beispiel.

Although Eurocode 7 does not mention tunnelling explicitly it is under discussion amongst practitioners to what extent the principles of EC7 can be applied to the design of tunnels. In EC7 three different design approaches, which differ in the application of partial factors on actions, soil strength and resistance, have been established. A characteristic feature of tunnelling is that the surrounding soil or rock represents loading and support for tunnel, similar to deep excavation problems. In addition, the highly nonlinear behaviour of shotcrete linings needs special attention and therefore care must be taken when choosing partial factors of safety. In this contribution the applicability of the different design approaches for tunnelling employing numerical methods are investigated and the differences obtained are discussed. Two examples are presented, namely a station tunnel in soil and a tunnel in rock, both constructed based on NATM principles.

Obwohl Tunnelbau im Eurocode 7 nicht explizit erwähnt wird, steht zur Diskussion, ob der EC7 prinzipiell auch für die Bemessung im Tunnelbau anwendbar ist. Im EC7 sind drei Nachweisverfahren definiert, die sich in der Anwendung der Teilsicherheitsfaktoren auf Einwirkungen, Widerstände und Bodenkennwerte unterscheiden. Ein wesentlicher Aspekt im Tunnelbau ist, dass der Baugrund sowohl Einwirkung als auch Widerstand sein kann, und somit sind Parallelen zur Bemessung von Baugruben gegeben. Zusätzlich kommt hinzu, dass das mechanische Verhalten von Spritzbeton hochgradig nichtlinear ist, was bei der Wahl der Teilsicherheitsbeiwerte beachtet werden muss. In diesem Beitrag wird die Anwendbarkeit der unterschiedlichen Nachweisverfahren des EC7 für den Tunnelbau bei Anwendung numerischer Methoden untersucht und die Unterschiede in den Ergebnissen aufgezeigt. Zwei Beispiele wurden gewählt, ein Stationstunnel im Lockergestein und ein Tunnel im Fels, beide nach der Neuen Österreichischen Tunnelbauweise aufgefahren.

The author shortly reviews the requirements of the Eurocode 7 regarding the Observational Method for use during tunnel construction. The particularities and problems of applying the Observational Method at deep tunnels are listed. A recommendation is given to improve the situation and to bring the approaches used in normal ground engineering problems and deep tunnels closer together.

Zunächst werden die Anforderungen des Eurocodes 7 hinsichtlich der Anwendung der Beobachtungsmethode im Tunnelbau kurzbetrachtet. Anschließend werden die Besonderheiten und Probleme bei deren Anwendung bei tiefliegenden Tunneln analysiert. Dabei zeigen sich wesentliche Unterschiede zu anderen bodenmechanischen Anwendungen. Schließlich werden Empfehlungen gegeben, wie die Anwendung der Beobachtungsmethode verbessert und die Vorgangsweisen vereinheitlicht werden können.

The Austrian Society for Geomechanics has published a guideline for the geotechnical design for underground structures with conventional excavation in 2001, which was revised in 2008. The guideline clearly focuses on the observational approach due to the uncertainties in the ground model and ground parameters in the design stage. In this paper the requirements stipulated in the Eurocode regarding the observational method are compared to the respective formulations in the guideline.

Die Österreichische Gesellschaft für Geomechanik hat 2001 erstmals eine Richtlinie für die geotechnische Planung von Untertagebauten mit konventionellem Vortrieb herausgegeben, die 2008 nach Überarbeitung neu aufgelegt wurde. Die Richtlinie konzentriert sich wegen der vielen Unsicherheiten im Baugrundmodell und den Baugrundeigenschaften klar auf die Beobachtungsmethode. Die Anforderungen im Eurocode 7 bezüglich der Beobachtungsmethode werden in diesem Beitrag den Ausführungen in der ÖGG-Richtlinie gegenübergestellt.

Keine Kurzfassung verfügbar.

The jet grouting process is being applied in a number of ways never attempted before as part of the four-track improvement of the Lower Inn Valley line. In addition to the production of waterproof invert, ground improvement to reduce settlement and for the homogenisation of the excavation cross-section in mixed face sections, special mined solutions in particular have been made possible by jet grouting. A horizontal jet grout screen for advance tunnel support was produced for the first time under compressed air conditions; the protection of a complete ringshaped jet-grouted surround also made a mined compressed air drive possible. The jet grouting process was also used to carry out sealing blocks to enable the mined connection of various mechanically tunnelled rescue tunnels to the main tunnel driven by a TBM.
The specific conditions on the project combined with the difficult ground conditions typified by Inn gravel sediments, dejection fan deposits and man-made fill demand all the knowledge and ability of the parties involved. The successful application of the jet grouting technique under these conditions assumes a very high quality of construction and a specifically adapted quality assurance system. Using the example of the contracts H7-1 Fritzens Tunnel, H4-3 Stans Tunnel and H8 Jenbach Tunnel, the various applications of the jet grouting technique are described, and also the difficulties that arose during construction.

Im Zuge des viergleisigen Ausbaus der Unterinntaltrasse wird das Düsenstrahlverfahren in einer noch nie dagewesenen Vielfalt angewandt. Neben der Herstellung von Dichtsohlen, Bodenverbesserungen zur Setzungsminimierung und zur Homogenisierung der Ausbruchquerschnitte in so genannten Mixed Face Bereichen wurden vor allem bergmännische Sonderbauweisen durch die Anwendung des Düsenstrahlverfahrens erst ermöglicht. Erstmalig wurde ein horizontaler DSV-Schirm als Tunnelvoraussicherung unter Druckluftbedingungen hergestellt; im Schutz einer ringförmigen vollständigen DSV-Umschließung konnte ebenso ein bergmännischer Druckluftvortrieb bewerkstelligt werden. Weiter wurden mit dem Düsenstrahlverfahren Dichtkörper ausgeführt, um den bergmännischen Anschluss verschiedener maschinell vorgetriebener Rettungsstollen an die mittels TBM aufgefahrenen Hauptröhren zu ermöglichen.
Die projektspezifischen Randbedingungen, verbunden mit den schwierigen Baugrundverhältnissen geprägt von Innschottersedimenten, Schwemmfächerablagerungen und anthropogenen Auffüllungen, verlangen sämtlichen Projektbeteiligten alles an Wissen und Können ab. Die erfolgreiche Anwendung des Düsenstrahlverfahrens unter diesen Umständen setzt eine sehr hohe Ausführungsqualität und ein spezifisch abgestimmtes Qualitätssicherungssystem voraus. Anhand der Fallbeispiele Los H7-1 Tunnel Fritzens, Los H4-3 Tunnel Stans und Los H8 Tunnel Jenbach werden die unterschiedlichen Anwendungen des Düsenstrahlverfahrens und auch die im Zuge der Bauausführung aufgetretenen Schwierigkeiten dargestellt.

The success factors cost, time, quality and safety can be considerably optimised on future tunnel projects through the analysis of the process data. A real-time data analysis system to monitor the mechanical tunnelling works was installed on contracts H3-4 and H8, part of the improvement of the Brenner rail corridor for the Brenner Eisenbahn GmbH (BEG). The intention was to exclude various technical, but also contractual interpretations from the client and the contractor, particularly regarding construction progress, which could have led to deadline and cost overruns, right from the start.
In order to clarify the sphere of risk during tunnelling work, BEG decided on the implementation of a process controlling system for the sections Münster-Wiesing (H3-4) and Jenbach (H8). The purpose is to promptly record the complex interactions between ground, structure and construction process, or ideally in real time. This should enable critical situations to be recognised early and the implementation of preventative measures in good time.

Die Erfolgsfaktoren Kosten, Zeit, Qualität und Sicherheit können bei künftigen Tunnelbauprojekten maßgeblich durch die Analyse der Prozessdaten optimiert werden. Im Rahmen des Ausbaus der Eisenbahnachse Brenner, Abschnitt Zulaufstrecke Nord, wurde für die Baulose H3-4 und H8 von der Brenner Eisenbahn GmbH (BEG) ein Echtzeit-Datenanalysesystem zur Überwachung der maschinellen Tunnelvortriebsarbeiten eingesetzt. Unterschiedliche technische, aber auch vertragliche Auslegungen von Auftraggeber und Aufragnehmer insbesondere zum Bau-Soll, die zu Termin- und Kostenüberschreitungen führen können, sollten somit von Beginn an abgegrenzt werden.
Zur Klärung der Risikosphäre während der Vortriebsarbeiten wurde bei den Teilabschnitten Münster-Wiesing (H3-4) und Jenbach (H8) seitens der BEG die Implementierung eines Prozesscontrollingsystems beschlossen. Ziel ist es, die komplexen Wechselwirkungen zwischen Baugrund, Bauwerk und Bauverfahren zeitnah - nach Möglichkeit in Echtzeit - zu erfassen. Kritische Situationen sollten somit frühzeitig erkannt und präventive Maßnahmen rechtzeitig eingeleitet werden.

For the construction of the 4.2 km long Brixlegg tunnel, it was necessary to lower the water table by 50 m inside the mountain. This proved to have a bad effect on the artesian mineral and healing water springs at Bad Mehrn. To protect these, the responsible water authority prescribed a lining of the tunnel waterproof to 6 bar, in order to ensure that the groundwater table could rise again after the completion of tunnelling.
After the pressure tight tunnel lining had been successfully completed with the intended grout canopy at the transition from the pressure-tight to the drained sections of the tunnel, the groundwater initially rose quickly, but then stagnated after a few months. Continuous monitoring in the tunnel showed increasing high water pressures of up to 3 bar at the invert of the drained tunnel, despite functioning drainage at the sides.
Extensive investigations led to the supposition that this was not large-area seepage of water in the rock mass but rather localised lateral seepage along the old temporary construction drainage, which had been grouted. Targeted additional grouting was therefore carried out in the area of the old drainage and its filter bodies, which was very successful. The ingress of water into the drained section was completely stopped with the result that the water table started to rise again. The artesian flow of mineral water in Bad Mehrn started again on the 18th November 2008 and also has its original mineral content.
The additional grouting work led to hydrogeological and geotechnical knowledge, which could also be useful for future projects. In particular, the grouting of a construction drainage with its filter body at water pressures of 5 bar represents a special measure, which needs to be prepared in detail. Later leaks in this area lead to horizontal hydraulic short-circuits in the rock mass, which under some circumstances could considerably impair the intended purpose of a pressure-resistant tunnel lining to protect a water reservoir in the rock mass.

Beim Bau des 4,2 km langen Tunnels Brixlegg wurde im Gebirgsinneren eine Absenkung des Bergwasserspiegels um 50 m erforderlich. Es kam dadurch zu einer Beeinträchtigung der artesisch austretenden Mineral- und Heilwasserquellen von Bad Mehrn. Zu ihrem Schutz hatte daher die Wasserrechtsbehörde eine bis 6 bar druckdichte Auskleidung des Tunnels vorgeschrieben, um nach Vortriebsende eine Wiederaufspiegelung des Bergwassers zu gewährleisten.
Nach erfolgreichem druckdichten Tunnelausbau mit den planmäßig vorgesehenen Injektionsschirmen am Übergang vom druckdichten zum dränierten Tunnelbereich stellte sich zunächst eine rasche Bergwasseraufspiegelung ein, die aber nach einigen Monaten stagnierte. Laufende Kontrollen im Tunnel zeigten zunehmende, hohe Wasserdrücke bis zu 3 bar im Sohlbereich des dränierten Tunnels trotz funktionstüchtiger Ulmendränagen.
Umfangreiche Untersuchungen ließen vermuten, dass es sich dabei nicht um großräumige Wasserumläufigkeiten im Gebirge handelt, sondern um lokale Umläufigkeiten längs der alten verpressten Bauwasserdränage. Es wurden deshalb gezielte Nachinjektionen im Bereich der alten Baudränage und ihrem Filterkörper durchgeführt, die sehr erfolgreich waren. Der Übertritt von Mineralwasser in den dränierten Bereich wurde vollständig gestoppt, sodass die Bergwasseraufspiegelung wieder einsetzte. Seit dem 18. November 2008 tritt das Mineralwasser in Bad Mehrn wieder artesisch aus und weist auch die ursprüngliche Mineralisation auf.
Bei den Nachinjektionen wurden hydrogeologische und geotechnische Erkenntnisse gewonnen, die auch für künftige Bauvorhaben hilfreich sein können. Insbesondere stellt die Verpressung einer Baudränage mit ihrem Filterkörper bei Wasserdrücken von 5 bar eine Spezialmaßnahme dar, die im Detail vorbereitet werden muss. Spätere Undichtigkeiten in diesem Bereich führen zu horizontalen hydraulischen Kurzschlüssen im Gebirge, die unter Umständen den angestrebten Schutz eines Bergwasserkörpers mithilfe einer druckdichten Tunnelauskleidung stark beeinträchtigen.

The term temporary works includes a very wide range of plant and equipment. This article looks into construction electricity supply, lighting and communications as well as access control and location systems as implemented for the project “Brenner rail axis, northern approach, Kundl/Radfeld-Baumkirchen”.

Unter dem Begriff Bauprovisorien werden verschiedenste Ausrüstungsanlagen geführt. In diesem Beitrag wird auf die Baustromversorgung, die Baubeleuchtung und die Baukommunikation sowie auf die Zutrittskontroll- und Ortungssysteme eingegangen, wie sie bei dem Projekt “Eisenbahnachse Brenner, Zulaufstrecke Nord, Kundl/Radfeld-Baumkirchen” zum Einsatz kommen.

Various modern and innovative methods are being used to construct the Lower Inn Valley railway, about 40 km of new two-track line as the northern approach route for the future Brenner Base Tunnel, and work is currently well advanced. The client, the Brenner Eisenbahn Gesellschaft (Brenner Railway Company) (BEG), a subsidiary of the ÖBB Infrastruktur Bau AG, pays great attention to occupational health and safety. This duty is undertaken by design and construction coordinators appointed in line with the Construction Coordination Law - BauKG. The multitude of individual and very large construction and equipment contracts and the works spread over many years with countless specialist companies (e.g. construction, track work, electrical and safety equipment) and the number of contracted employers represent a particular challenge for health and safety management.

Für die unter Anwendung verschiedener moderner und innovativer Baumethoden errichtete bzw. noch in Bau befindliche zweigleisige, ca. 40 km lange Neubaustrecke der Unterinntalbahntrasse als nördliche Zulaufstrecke zum zukünftigen Brenner-Basistunnel, wurde bzw. wird vom Auftraggeber, der in der ÖBB Infrastruktur Bau AG eingegliederten Brenner Eisenbahn Gesellschaft (BEG), besonderes Augenmerk auf den Arbeitnehmerschutz gelegt. Diese Aufgabe wird von beauftragten Planungs- und Baustellenkoordinatoren gemäß Bauarbeitenkoordinationsgesetz - BauKG wahrgenommen. Die vielen einzelnen und sehr großen Haupt- und Ausrüstungsbaulose und die über mehrere Jahre dauernden Bauarbeiten mit den zahlreichen unterschiedlichen Gewerken (z.B. Bau, Gleisbau, Elektro- und Sicherungstechnik) sowie die zahlreich beauftragten Arbeitgeber stellen eine besondere Herausforderung an den Arbeitnehmerschutz dar.

Tunnelling under compressed air is also a challenge for medical personnel. In addition to the personal suitability, equipment with the correct apparatus is also important. For the compressed air sites in the Lower Inn Valley, it was necessary to maintain specially trained medical personnel on stand-by round the clock for any emergency in the positive pressure area. This entailed ten ambulance men and seven emergency doctors. The constant readiness of a specially trained emergency team of doctors with apparatus suitable for compressed air provides improved safety for the employees in the positive pressure area and should, according to the available experience, become standard for such large sites.

Tunnelarbeiten unter Druckluft sind auch für medizinisches Personal eine Herausforderung. Neben der persönlichen Eignung steht besonders die apparative Ausrüstung im Vordergrund. Für die Druckluftbaustellen im Unterinntal war es erforderlich, speziell ausgebildetes medizinisches Personal für einen etwaigen Notfall im Überdruckbereich rund um die Uhr in Bereitschaft zu halten. Hierzu waren insgesamt zehn Notfallsanitäter und sieben Notärzte erforderlich. Die ständige Bereitschaft eines speziell ausgebildeten Notarztteams mit Druckluft geeigneten Geräten erhöht die Sicherheit der Arbeiter im Überdruckbereich und sollte nach den vorliegenden Erfahrungen zum Standard einer solchen Großbaustelle gehören.

Bored pile walls can be constructed between buildings and tunnel alignments to protect sensitive buildings from settlement resulting from tunnelling. The aim of the research work presented here was to evaluate the effectiveness of such a bored pile wall with FE calculations and identify influential parameters. Two methods of predicting settlement were investigated with the programme ABAQUS: The GAP method, where the deformations of the tunnel contour are prescribed, and the stress reduction method, with which the support pressure at the tunnel contour is reduced. The ground is modelled as linear-elastic, ideal-plastic with a Mohr-Coulomb failure criterion as well as with a hypoplastic constitutive law. The contact surface between wall and ground was modelled with complete bonding as well as with a contact law with friction.
The simulation results with the stress reduction method and the hypoplastic material model show the best results qualitatively. The predict settlements agree well with empirical methods and centrifuge tests from the literature. The simulations show that the effectiveness of the wall is significantly influenced by the contact properties in the boundary surface. It achieves the best protection effect when frictionless.

Zur Abschirmung sensibler Gebäude vor Setzungen infolge Tunnelvortrieb können Bohrpfahlwände zwischen Gebäude und Tunneltrasse eingesetzt werden. Ziel der hier präsentierten Forschungsarbeit war es, die Wirksamkeit einer solchen Bohrpfahlwand mit FE-Berechnungen nachzuvollziehen und Einflussparameter zu identifizieren. Mit dem Programm ABAQUS wurden zwei Möglichkeiten zur Setzungsprognose untersucht: Die GAPMethode, bei der die Verschiebungen der Tunnelkontur vorgegeben werden, und die Spannungsreduktions-Methode, bei welcher der Stützdruck an der Tunnelkontur reduziert wird. Der Boden wurde als linear-elastisch, ideal-plastisch mit Grenzbedingung nach Mohr-Coulomb sowie mit einem hypoplastischen Stoffgesetz modelliert. Die Kontaktfläche zwischen Wand und Boden wurde sowohl mit vollständigem Verbund als auch mit einem Kontaktgesetz mit Reibung modelliert.
Die Simulationsergebnisse mit der Spannungsreduktions-Methode und dem hypoplastischen Materialmodell zeigen die qualitativ besten Ergebnisse. Die Setzungsprognosen stimmen gut mit empirischen Ansätzen und Zentrifugenversuchen aus der Literatur überein. Die Simulationen veranschaulichen, dass die Wirksamkeit der Wand maßgeblich von den Kontakteigenschaften in der Grenzfläche beeinflusst wird. Die größte Abschirmwirkung erzielt sie bei Reibungsfreiheit.

In order to create the grout curtain for the Ermenek hydropower plant in Turkey, grouting measures were designed in karstified limestone. Based on the geological model, detailed investigations were carried out in advance of construction into the location and nature of the anchoring of the grout curtain into impermeable rock. Eventually, the water head of about 220 m will be grouted from four grouting galleries arranged vertically above one another with a separation of 70 m in each case, and connected from the lowest gallery at a maximum 250 m deep into impermeable layer. The overall height of the grout curtain will thus be about 470 m and the area approx. 680,000 m2. The design intends a single-row grout curtain with drillings spaced at 1.5 m, with denser spacing at some locations in the course of construction. In the immediate vicinity of the dam, the grout curtain is to have two rows for structural reasons, combined with a drainage curtain. Consolidation grouting in the foundation area of the arch dam will be carried out in the course of concreting. The injection pressures and the success criteria for each injection will be described.
Detailed investigations into the grout were performed for the implementation of the grouting measures. The determination of the injection steps and the closer spacing of the injection pattern required in places will be discussed, also regarding the karst features encountered.
The impounding of the 4,600 m m3 reservoir, which will take about 5 years, will be started while the dam is still being concreted.

Für die Herstellung des Dichtschirms des Kraftwerks Ermenek in der Türkei wurden Injektionsmaßnahmen im verkarsteten Kalkgestein geplant. Basierend auf dem geologischen Modell gingen der Ausführung detaillierte Untersuchungen über die Lage und die Art der Einbindung des Dichtschirms in den undurchlässigen Untergrund voran. Schlussendlich wird die etwa 220 m hohe Wassersäule über vier vertikal übereinander angeordnete Injektionsstollen mit einem Abstand von jeweils 70 m injiziert und von der tiefsten Galerie maximal 250 m tief bis zum undurchlässigen Untergrund angeschlossen. Die Gesamthöhe des Dichtschirms beträgt somit etwa 470 m und weist eine Fläche von ca. 680.000 m2 auf. Die Planung sieht einen einreihigen Dichtschirm mit Bohrungen im Abstand von 1,5 m vor, der im Zuge der Ausführung örtlich verdichtet wurde. Im unmittelbaren Bereich der Talsperre ist aus Standsicherheitsgründen der Dichtschirm in zwei Reihen vorgesehen, der mit einem Dränageschirm kombiniert ist. Konsolidierungsinjektionen in der Aufstandsfläche der Bogenstaumauer werden im Zuge des Betonierens durchgeführt. Die zu verwendenden Injektionsdrücke und zu erzielenden Injektionserfolge werden erläutert.
Für die Ausführung der Injektionsmaßnahmen wurden detaillierte Untersuchungen des Injektionsguts durchgeführt. Die Festlegung der Injektionsschritte und die erforderliche lokale Verdichtung des Bohrrasters - auch in Hinblick auf die angetroffenen Karsterscheinungen - werden diskutiert.
Mit dem Aufstau des 4.600 Mio. m3 fassenden Reservoirs, der etwa fünf Jahre benötigen wird, wird während der Betonierung des Sperrenbauwerks begonnen.

In the Irlahüll Tunnel section to Ingolstadt, the high-speed rail route Nuremberg-Ingolstadt-Munich passes through limestone and dolomite with pronounced karst character. Various karst structures were encountered during the driving of the Irlahüll Tunnel. These were classified into four karst types. In order to activate the load-bearing effect of the ring of rock around the tunnel, karst structures had to be stabilised. The required thickness of the treatment was determined by structural calculations. Four specialised civil engineering contractors carried the work out.
The challenge was to appropriately stabilise slightly-to strongly-jointed rock, heterogeneously interspersed with karstification structures. The treatment ranged from filling cavities to grouting loose material and rock. The karst structures were stabilised according to karst type, with materials ranging from cement suspension to concrete. The karstified rock mass was systematically drilled, each individual borehole was geologically evaluated and, where required, further investigated by inserting a camera. The quantity, strength and pressure of the grout used were evaluated continuously by the team of experts for the site supervision and appropriate further steps were decided. The success of the stabilisation was demonstrated through quality control drillings and control grouting. The improvement of the rock mass was achieved to the required degree.

Die Eisenbahn-Schnellfahrstrecke Nürnberg-Ingolstadt-München durchfährt im Streckenabschnitt Tunnel Irlahüll bis Ingolstadt stark verkarstungsfähige Kalk- und Dolomitsteine. Beim Vortrieb des Tunnels Irlahüll wurden verschiedene Verkarstungsstrukturen aufgefahren, die in vier Karsttypen klassifiziert wurden. Um den Gebirgstragring im Nahbereich des Tunnels zu aktivieren, mussten die Verkarstungsstrukturen vergütet werden. Die erforderliche Mächtigkeit der Vergütung wurde durch statische Berechnungen festgelegt. Vier Spezialtiefbaufirmen führten die Arbeiten durch.
Die Herausforderung war, das mit Verkarstungsstrukturen heterogen durchsetzte, wenig bis stark geklüftete Gebirge, entsprechend zu vergüten. Die Bandbreite reichte von Hohlraumverfüllungen über Lockermaterial- bis zu Felsinjektionen. Die Vergütung der Karststrukturen erfolgte je nach Karsttyp mit Zementsuspension bis Beton. Das verkarstete Gebirge wurde systematisch abgebohrt, jede einzelne Bohrung geotechnisch bewertet und im Bedarfsfall durch eine Kamerabefahrung vertiefend erkundet. Die eingesetzten Injektionsmengen, -güter und -drücke wurden durch das Expertenteam der Örtlichen Bauaufsicht laufend ausgewertet und die weiteren Schritte entsprechend festgelegt. Die Qualität der Vergütung wurde mittels Kontrollbohrungen und Kontrollinjektionen nachgewiesen. Das Gebirge konnte im geforderten Maß vergütet werden.

Injection grouting by various methods is of fundamental importance for the construction of pressure tunnels and demands corresponding attention from designers and also from contractors. Pressure tunnel for the sake of this article means the low-pressure sections of the water supply to hydropower stations upstream of the surge chamber with an internal pressure of up to approx. 200 m WS (20 bar). The article deals principally with grouting used with lining systems consisting of precast concrete segments. Specific aspects concerning the grouting of in-situ concrete linings, foils or steel liners are only included incidentally.

Injektionen unterschiedlicher Art sind im Druckstollenbau von grundlegender Bedeutung und verdienen sowohl in der Planung als auch in der Ausführung eine entsprechende Beachtung. Als Druckstollen wird im Rahmen dieser Darstellung der Niederdruckabschnitt der Triebwasserführung von Wasserkraftanlagen vor dem Wasserschloss, mit einem Innendruck bis ca. 200 m WS (20 bar) verstanden. In erster Linie werden Injektionen behandelt, die bei Auskleidungssystemen mit Betonfertigteilen (Tübbingsystemen) Anwendung finden. Spezifische Aspekte von Injektionen bei Ortbeton-Auskleidungen, Folien oder Panzerungen werden nur am Rande mit einbezogen.

A new concept of “real time grouting control method” is described by which grout penetration and grouting control are made applicable in real time by applying theories for grout spread. The stop criterion with this method can be related to achieved grout spread, and grouting may be considered complete when the grout penetration for the smallest fracture to be sealed is above a predetermined target value, or before the grout penetration for the largest fracture aperture reaches a certain maximum limiting value. It might also be possible by online monitoring of the process to predict the course of the grout spread and flow and to analyse the risk of uplift and jacking. Four tunnel projects in Sweden are presented in the paper. These references indicate that the real time grouting control method may be applicable to real grouting design and control.

Nachfolgend wird ein neues Konzept einer “Echtzeit Kontrollmethode für Injektionen” beschrieben, das für das Eindringen von Injektionsgut im Fels und für die Prozesskontrolle neuartige theoretische Überlegungen zur Ausbreitung des Injektionsguts im Untergrund ansetzt. Das Abbruchkriterium kann mit dieser Methode auf die erreichte Ausbreitung bezogen werden. Die Injektion kann danach dann als abgeschlossen angesehen werden, wenn die Verfüllung der kleinsten zu behandelnden Kluft ein vorgegebenes Maß überschritten hat oder bevor die Verfüllung der größten zu behandelnden Kluft einen vorgegebenen Maximalwert erreicht. Mit dieser Methode kann bis zu einem gewissen Grad auch der Verlauf, die Rate und die Ausbreitung von Injektionsgut vorhergesagt werden. Weiterhin kann analysiert werden, wann das Risiko von örtlichen oder generellen Hebungen eintritt. Vier Schwedische Tunnelprojekte dienen in diesem Beitrag als Beispiele der Anwendung dieser Kontrollmethode. Diese Referenzen sollen auch zeigen, dass die Methode praxistauglich ist.

“The devil is in the detail” - this is particularly true for the implementation of complex grouting work. The term grouting includes a number of sophisticated processes including waterproofing, stabilisation, pressure tunnel, compensation, inclined shaft, vacuum, consolidation, sealing curtain, alluvial and rock grouting. The formulation of injection criteria, as part of the design as well as for construction, varies as much as the descriptions of these techniques. Some criteria are explained through examples from the point of view of the contractor.

“Die Tücke liegt im Detail” - ganz besonders gilt dies für die Durchführung komplexer Injektionsaufgaben. Unter dem Begriff Injektion verbergen sich zahlreiche anspruchsvolle Bauverfahren, unter anderen Abdicht-, Verfestigungs-, Druckstollen-, Hebungs-, Schrägschacht-, Vakuum-, Consolidation-, Dichtschleier-, Alluvial-, und Felsinjektionen. So verschieden wie die Bezeichnungen sind die Anforderungen an die Formulierung von Injektionskriterien, sowohl in der Planung als auch in der Ausführung. Anhand von Beispielen werden einige Kriterien aus ausführungstechnischer Sicht erläutert.

This paper provides an assessment of the use of pressure fall-off data during the Dounreay Shaft Isolation Project. The instrumentation controlling the injection of grout monitors and records both the pressure and the flow rate throughout the process, so pressure fall-off data is collected during any pauses to, and at the end of, each grout injection. The shapes of the pressure fall-off vs time curves have been examined qualitatively and categorised. The fall-off data has also been examined using PanSystem well test software, which creates the pressure change and pressure derivative curves, then attempts to simulate the fall-off curve by iteration after selection of a flow and boundary model chosen from the wide range available. The implications that the shapes of the pressure and derivative curves and the flow and boundary models have for the grout curtain have been examined. The caveats that surround the quantitative use of results from Pan-System analyses for a cement grout rather than a Newtonian fluid are discussed.

Diese Veröffentlichung handelt von der Beurteilung des Einsatzes und der Analyse von Daten zum Druckabfall im Zuge der Injektion am Schachtabdichtungsprojekt Dounreay, Schottland, UK. Die Instrumentation der Baustelle war darauf ausgelegt, Messwerte von Druck und Injektionsrate anzuzeigen, aufzuzeichnen und als Diagramm darzustellen. Damit war es möglich, in jeder Injektionsunterbrechung (also bei Rate = Null) und zu jedem Passenende Druckabfalldaten aufzuzeichnen. Die Form dieser Druckabfallkurven gegen die Zeit wurde qualitativ untersucht und kategorisiert. Eine weitere Interpretation dieser Daten erfolgte mittels des Programms “PanSystem”. Bei dieser Methodik werden die Druckänderungen über kleine Zeitinkremente errechnet und deren Ableitung über die Zeit in Kurvenform dargestellt. Durch iterative Simulation und Eingabe von Randbedingungen (“boundaries”) für das jeweilige Strömungsmodell - ausgewählt aus einer weiten Bandbreite von Möglichkeiten - ergibt sich die Möglichkeit, u. a. die Strömungsdimension, Strömungshindernisse und Reichweite der Injektion zu prognostizieren. Die daraus gezogenen Schlüsse für den Injektionsschirm wurden für die qualitative Abnahme der Arbeiten mitverwendet. In dem vorliegenden Artikel wird auch auf die möglichen Vorbehalte eingegangen, die sich aus den rheologischen Abweichungen von Injektionsmischungen gegenüber einer Newtonschen Flüssigkeit ergeben.