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.

The articles deals with the recording of crack width changes and temperature developments in a road tunnel constructed of waterproof concrete. As part of the planning of repair concepts, specifically the repeatedly necessary repair of cracks in the reinforced concrete lining, crack widths and temperature effects were recorded for more than one year at selected locations. This enabled the determination of the relationship between cracking behaviour and temperature changes. The article describes the significant findings of this investigation programme.
Der Beitrag behandelt die Erfassung von Rissbreitenänderungen und Temperaturentwicklungen an einem Straßentunnel, der aus einer wasserundurchlässigen Betonkonstruktion erstellt wurde. Für wiederkehrende notwendige Instandsetzungen an Rissen der Stahlbetoninnenschale wurden im Zuge einer Ausarbeitung zu möglichen Instandsetzungskonzepten über ein Jahr lang im Tunnel an ausgewählten Stellen Rissbreiten und Temperaturverläufe erfasst. Dabei konnten auch Zusammenhänge zwischen dem Rissverhalten und dem Temperatureinfluss herausgestellt werden. Nachfolgend wird über wesentliche Erkenntnisse dieses Untersuchungsprogramms berichtet.

Considering the increasing shortage of resources, the reuse of material excavated from tunnels is the order of the day, which is being followed by clients, consultants and contractors as well as lawmakers. In addition to the creation of a legal situation to enable efficient and unbureaucratic reuse, further technical developments are also required in relation to material analysis to enable an immediate characterisation of the material at the face according to the decisive parameters for reuse. The linking of these results with a raw material database, in which the results of the material analyses are stored, represents a step towards modern, web-based handling of mineral raw materials.
Die Wiederverwertung von Tunnelausbruchmaterial ist in Anbetracht zunehmender Rohstoffverknappung ein Gebot der Stunde, das es sowohl von Auftraggebern, Planern und Baufirmen als auch dem Gesetzgeber selbst zu verfolgen gilt. Neben der Schaffung einer rechtlichen Situation, die eine effiziente und unbürokratische Verwertung ermöglicht, sind auch technische Weiterentwicklungen in Bezug auf eine Materialanalyse gefordert, die eine Charakterisierung des Ausbruchmaterials sofort am Anfallort nach den für eine Verwertung entscheidenden Parametern ermöglicht. Die Verknüpfung dieser Resultate mit einer Rohmaterialdatenbank, die mit den Ergebnissen der Materialanalyse gespeist wird, stellt den Schritt zu einem modernen, webbasierten Handel mit mineralischen Rohstoffen dar.

This paper has been conceived for the future “Leaflet for the reuse of the material excavated in tunnelling”. The goal was to explain the term “waste” in contrast to non-waste (product), the requirements for dealing with wastes, the permissible recovery of wastes and the time when the end-of-waste starts. Apart from the passages of legal texts which are most important from the technical point of view, explanations, legal material and letters already written by the Federal Ministry of Agriculture, Forestry, Environment and Water Management on this issue have been used. Moreover the decisive provisions of the Landfill Ordinance 2008 and of the Law on the Remediation of Contaminated Sites are presented.
Diese Arbeit wurde für das kommende “Merkblatt für die Verwertung von Tunnelausbruchmaterial” konzipiert und soll die Grundzüge der aktuellen abfallrechtlichen Situation in Österreich darstellen. Ziel war es, den Begriff Abfall gegenüber Nicht-Abfall (Produkt), die Anforderungen an den Umgang mit Abfällen, die zulässige Verwertung von Abfällen und den Zeitpunkt, wann das Abfallende eintritt, zu erläutern. Neben den aus fachlicher Sicht wichtigsten Gesetzesstellen wurden Erläuterungen, Gesetzesmaterialien und bereits ergangene Schreiben des Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft verwendet. Darüber hinaus werden die maßgeblichen Bestimmungen der Deponieverordnung 2008 und des Altlastensanierungsgesetzes dargelegt.

Tunnel construction normally results in the production of large quantities of broken rock or soil. One essential question for the legal handling of this tunnel spoil is whether it is considered to be waste under the terms of European and national waste laws. The current paper therefore looks into the practically important question, under what preconditions tunnel spoil is legally considered to be waste and when the end of this property is reached. In this regard, it is first investigated whether and when tunnel spoil is waste under the terms of the Waste framework directive 2008/98/EC. Particular attention is paid to the applicable case law of the European Court of Justice (ECJ). Then the question is asked, to what extent tunnel spoil can be regarded as material excavated in the course of construction works under the terms of Art. 2 Sec. 1 lit. c of the waste directive, and is thus excepted from the scope of application of the directive. Finally, it is explained how the possible property of tunnel spoil as waste can end, including details of both the EU requirements and also national law.
Beim Tunnelbau fallen in der Regel größere Mengen an gebrochenem Fels- oder Lockergestein an. Für den rechtlich zulässigen Umgang mit diesem Tunnelausbruch ist wesentlich, ob es sich dabei um Abfall im Sinne des europäischen und innerstaatlichen Abfallrechts handelt. Der vorliegende Beitrag geht daher der praktisch wichtigen Frage nach, unter welchen Voraussetzungen Tunnelausbruch rechtlich Abfall darstellt und wann ein Ende der Abfalleigenschaft erreicht wird. In diesem Zusammenhang wird zuerst untersucht, ob und wann Tunnelausbruch Abfall im Sinne der AbfallrahmenRL 2008/98/EG darstellt. Dabei wird insbesondere auf die maßgebliche Judikatur des Europäischen Gerichtshofs (EuGH) eingegangen. In der Folge wird geprüft, inwiefern Tunnelausbruch als im Zuge von Bauarbeiten ausgehobenes Material im Sinne von Art. 2 Abs. 1 lit. c AbfallrahmenRL angesehen werden kann, das vom Anwendungsbereich der Richtlinie ausgenommen ist. Schlussendlich wird erläutert, wie die mögliche Abfalleigenschaft von Tunnelausbruch enden kann. Dabei wird sowohl auf die unionsrechtlichen Vorgaben als auch auf die innerstaatliche Rechtslage eingegangen.

The construction of autobahns and dual-carriageway roads is only possible with considerable use of resources and visible encroachment in the environment and landscape. The ASFINAG is aware of their responsibility for this, so modern and resource-saving construction materials and methods are being used for the new building of federal roads. This also includes the intention to balance masses on the overall project and the best quality management of tunnel spoil. A good collaboration of technical design and environmental design with clarification of the potential for material recycling and the necessary approvals are preconditions for sustainable materials management. Nevertheless, the implementation of major projects like the S 10 Mühlviertler Schnellstraße (S 10) is faced with challenging conditions, which complicate efficient and sustainable handling of materials.
Der Bau von Autobahnen und Schnellstraßen ist nur mit beträchtlichem Ressourceneinsatz und sichtbaren Eingriffen in Umwelt und Landschaft zu realisieren. Die ASFINAG ist sich der damit verbundenen Verantwortung bewusst. Daher werden beim Neubau von Bundesstraßen moderne und ressourcenschonende Baustoffe und Bauweisen eingesetzt. Dazu zählen auch das Bestreben nach einem Massenausgleich im Gesamtprojekt und die möglichst hochwertige Bewirtschaftung von Tunnelausbruchmaterial. Das gute Zusammenspiel aus technischer Planung, Umweltplanung, Klärung von Möglichkeiten der Materialverwertung und der rechtzeitigen Erwirkung von dazu erforderlichen Genehmigungen ist eine Grundvoraussetzung für eine nachhaltige Materialbewirtschaftung. Dennoch ist man bei der Realisierung von Großbauvorhaben wie der S 10 Mühlviertler Schnellstraße (S 10) mit herausfordernden Rahmenbedingungen konfrontiert, die eine effiziente und nachhaltige Materialverwertung erschweren.

Contract KAT2 of the approximately 33 km long, twin-bore Koralm Tunnel will produce about 8.6 mio. t of excavated material. For this reason, the maximum degree of recycling of the material was intended right from the start of the design process. This was planned including consideration of the optimal cost-effectiveness of overall materials management with minimal environmental impact through the minimisation of transport processes and land use as well as generally sparing use of resources. On contract KAT2, more than 50% of the material excavated from the tunnel can be recycled for technical use on site. The material is used as aggregates for concrete and as fill (anti-capillary layers, frost protection layers, filter gravel, sealing layers) for the earthworks in the open air.
One difficulty is the fact that according to the generally applicable legal situation under the federal waste management plan (BAWP 2011) and the landfill regulations (DVO 2008), material excavated from tunnels is considered to be waste. In order to ensure proper handling while considering the legal situation, the chemical composition of the waste has to be established and taken into account. On the other hand the technical requirements for construction are binding. This resulted in numerous potential conflicts in connection with the material produced from the tunnel, the chemical evaluation and the decision whether to reuse or recycle it starting with the design of the project up until the time the project was completed.
Am Baulos KAT2 des rund 33 km langen, zweiröhrigen Koralmtunnels fallen insgesamt rund 8,6 Mio. t Tunnelausbruchmaterial an. Aus diesem Grund wurde bereits zu Beginn der Projektierung eine maximale Wiederverwertung des Ausbruchmaterials angestrebt. Dies erfolgte unter Berücksichtigung einer optimalen Wirtschaftlichkeit der gesamten Materialbewirtschaftung bei einer minimalen Umweltbelastung durch Minimierung von Transportvorgängen und Flächenverbrauch sowie weitgehende Ressourcenschonung. Im Baulos KAT2 werden über 50% des anfallenden Tunnelausbruchs genutzt, die somit vor Ort eine bautechnische Verwendung finden. Der Einsatz erfolgt als Gesteinskörnungen für Beton und als Schüttmaterial (kapillarbrechende Schichten, Frostkoffer, Filterkiese, Dichtschicht) für den Erdbau der freien Strecke.
Erschwerend dabei ist die Tatsache, dass es sich gemäß derzeit gültiger Rechtslage nach dem Bundesabfallwirtschaftsplan (BAWP 2011) bzw. der Deponieverordnung (DVO 2008) bei Tunnelausbruchmaterial um Abfall handelt. Um eine ordnungsgemäße Abwicklung unter Berücksichtigung rechtlicher Rahmenbedingungen sicherzustellen, müssen einerseits die abfallchemischen Fragestellungen eruiert und berücksichtigt werden, andererseits sind die technischen Vorgaben an die Ausführung in geforderter Qualität bindend. Daraus folgend ergaben sich im Zeitraum von der Projektvorbereitung bis hin zur Projektumsetzung zahlreiche Spannungsfelder im Zusammenhang mit dem anfallenden Material, der geologischen Ansprache, der abfallchemischen Beurteilung und der Entscheidung über die weitere Verwendung bzw. Aufbereitung.

‘Linthal 2015’ in the canton Glarus is currently one of the largest construction projects being undertaken by the Swiss energy sector. The core of the project is an underground pumped-storage power plant that is under construction. This will pump water from Lake Limmern at 1,800 m ASL to the higher Lake Mutt at 2,500 m ASL from where, utilising a maximum head of 709 m, it will again be used for the generation of electricity as required. The new power plant will have a pump and turbine output of 1,000 MW; the construction period is scheduled to extend over six years.
Such a complex construction project at a high-altitude setting involving huge volume flows (i.e. around half a million cubic metres of solid excavated material) can only be completed successfully with the sparing use of resources. This involves, in particular, the on-site processing of excavated limestone into aggregates for concrete.
Amongst other equipment, two powerful gravel processing plants, one using wet processing (at 1,874 m ASL) and the other dry processing (at 2,436 m ASL) were erected on site; these plants process the excavated material as needed for on-site concrete production. This allowed a closed materials cycle to be established, in turn allowing the site to operate self-sufficiently.
The challenges associated with using excavated tunnel material as a resource are tremendous. However, assuming the project is completed in line with its goals, the advantages for all parties will be even greater and, not least, environmental considerations will have been taken into account. These opportunities were exploited and implemented consistently on the Linthal 2015 construction site.
Linthal 2015 im Kanton Glarus ist aktuell eines der größten Bauvorhaben der Energiewirtschaft der Schweiz. Das Herzstück ist ein im Bau befindliches unterirdisch angelegtes Pumpspeicherkraftwerk. Dieses wird Wasser aus dem Limmernsee auf 1.800 m ü. M. in den höher gelegenen Muttsee auf 2.500 m ü. M. pumpen und bei Bedarf wieder zur Stromproduktion nutzen, wobei eine maximale Fallhöhe von 709 m bewirtschaftet wird. Das neue Kraftwerk soll eine Pump- und eine Turbinenleistung von je 1.000 MW aufweisen, die geplante Bauzeit beträgt sechs Jahre.
Eine derart komplexe Bauaufgabe im Hochgebirge mit ihren enormen Volumenströmen (z.B. ca. 0,5 Mio. m3 Festausbruch) ist nur mit einem schonenden Ressourcenumgang erfolgreich zu realisieren. Dazu gehört insbesondere das Aufbereiten des ausgebrochenen Kalksteins vor Ort zu Gesteinskörnungen für Beton. Auf der Baustelle wurden zwei leistungsstarke Kiesaufbereitungsanlagen, eine mit Nass- (auf 1.874 m ü. M.) und die zweite mit Trockenaufbereitung (auf 2.436 m ü. M.) installiert, die das Ausbruchmaterial bedarfsgerecht für die eigene Betonproduktion verarbeiten. So konnte ein geschlossener Stoffkreislauf erzeugt werden, womit die Baustelle autark agieren kann. Die Herausforderungen bei der Verwendung des Tunnelausbruchs als Rohstoff sind enorm. Noch größer sind aber bei zielorientierter Umsetzung die Vorteile für alle Beteiligten, und nicht zuletzt werden umweltrelevante Aspekte berücksichtigt. Diese Chancen wurden auf der Baustelle Linthal 2015 genutzt und konsequent umgesetzt.

This paper describes the evolution of full face excavation from the mid 1980s to the present. During this time, more than 1,000 km of tunnels have been designed, excavated and completed using full face excavation, with cross sections ranging in size from 120 to 220 m2, in different geological and geotechnical conditions, near the ground surface or at depth.
Starting from the basic concepts of the approach (ADECO-RS) applied at the tunnel design stage and during construction, the experience gained and the lessons learned are summarised. It is shown how full face excavation has been developed and improved through the experience gained from the construction of both road and railway tunnels in the past thirty years.
In order to highlight the current stage of development, with new materials, technologies, modelling methods and increased capacity in observation and real-time monitoring of tunnel behaviour becoming available, the case of the Sochi Tunnel in Russia is presented and a comparison with the New Austrian Tunnelling Method (NATM) is illustrated.

Construction of the 3,300 m long Chamoise Tunnel in the French Jura Mountains had to overcome long sections of swelling marls beneath an overburden of 400 m. During the design phase, a reconnaissance gallery of 9 m2 was driven to investigate the geological conditions over the entire length of the tunnel. The findings of the gallery led the designer to choose the NATM. The North Tube was constructed between 1981 and 1984. The South Tube was constructed about ten years later. The main revolution in methodology was the change from sequential to full-face excavation in the marl sections. Applied for the first time for the Chamoise tunnel, the economic benefits of full-face excavation even in poor ground, largely due to the reduction of works cycles and the use of bigger machines, initiated a general trend from sequential towards full-face excavation in France.
The paper presents the methodological differences between the tunnel drives of the Chamoise north and south tubes. The comparison is supported by a numerical back-analysis of the observed ground behaviour. In addition, the role of face confinement is examined. The study shows that in the case of the Chamoise Tunnel the excavation sequence has little influence on the short-term ground behaviour and that face confinement would have been of no use. From an economical point of view, the most significant difference between the two tunnel drives are the mean advance rates, which were about 20% higher for full-face excavation (without face reinforcement) than the rates achieved by sequential (three-staged) excavation.
Beim Bau des 3.300 m langen Chamoisetunnels im französischen Juramassiv waren lange Abschnitte von quellfähigen Mergeln unter einer Überlagerung von etwa 400 m zu durchörtern. Im Zuge der Planung wurde ein Erkundungsstollen mit 9 m2 Querschnitt über die gesamte Tunnellänge aufgefahren. Basierend auf den Ergebnissen des Stollenvortriebs wurde die NÖT als die geeignetste Bauweise ausgewählt. Die Nordröhre wurde zwischen 1981 und 1984 errichtet. In den Mergelabschnitten erfolgte der Ausbruch mechanisch und in drei Phasen (Kalotte, Strosse, Sohle). Die Südröhre wurde etwa zehn Jahre später errichtet. Hauptunterschied im Vergleich zur Nordröhre war die Umstellung vom mechanischen Ausbruch der Mergel auf Vollausbruch im Sprengvortrieb. Damit wurde der Chamoisetunnel zum ersten französischen Autobahntunnel, der durchgehend im Vollausbruch aufgefahren worden war. Aufgrund der wirtschaftlichen Vorteile dieser Arbeitsweise, vor allem durch die reduzierte Zahl der Arbeitszyklen sowie den Einsatz größerer Maschinen, wurde damit in Frankeich ein genereller Trend vom Teilausbruch zum Vollausbruch eingeleitet.
Der Beitrag beschreibt die methodischen Unterschiede zwischen den Vortrieben der Nord-und Südröhren. Der Vergleich wird durch numerische Rückrechnungen ergänzt; zusätzlich wird die Rolle der Ortsbruststützung am Beispiel der Südröhre untersucht. Der Vergleich zeigt, dass die Ausbruchsequenz im Fall des Chamoisetunnels kaum Einfluss auf die kurzfristigen Gebirgsverformungen hat und dass eine Stützung der Ortsbrust wenig Sinn gemacht hätte. Aus wirtschaftlicher Sichtweise liegt der entscheidende Unterschied zwischen den beiden Röhren in den erzielten Vortriebsraten, die im Vollausbruch (ohne Ortsbruststützung) etwa 20% höher als beim dreistufigen Teilausbruch waren.

Under contract to SSB, the urban rail operator in Stuttgart, Alfred Kunz Untertagebau München has been working on the Waltraud Tunnel since February 2014, which is the key structure in the extension of the U12 in the third section from Hallschlag to the Aubrücke bridge. This tunnel, with a length of 200 m, is mostly being constructed in fill material. The greatest challenge will be to tunnel beneath a 150 year old railway embankment with less than one diameter cover under continued operation.
In order to minimise settlement and to reduce risk for the client, it is planned to drive the tunnel with two side headings. Alternatively to the tendered concept of a side heading drive, an optimisation of construction operations was investigated as part of the detailed design, which differed from the tendered tunnelling concept in investigating full face excavation for comparison with the tender variant.
Im Auftrag der Stuttgarter Straßenbahnen AG errichtet Alfred Kunz Untertagebau München ab Februar 2014 den Waltraudtunnel, der das Herz der Erweiterung der U12 im dritten Teilabschnitt vom Hallschlag zur Aubrücke ist. Dieser Tunnel mit einer Länge von 200 m wird großteils in Auffüllungsmaterial errichtet. Als Höhepunkt wird ein ca. 150 Jahre alter Bahndamm mit weniger als einem Durchmesser Überlagerung unter laufendem Betrieb durchfahren.
Zur Setzungsminimierung und zur Minimierung der Risiken für den Auftraggeber ist es geplant, den Tunnel mit doppelten Ulmenstollen aufzufahren. Alternativ zum ausgeschriebenen Konzept eines Ulmenstollenvortriebs wird im Zuge der Ausführungsplanung eine baubetriebliche Optimierung untersucht, die abweichend vom ausgeschriebenen Vortriebskonzept die Durchörterung im Vollausbruch untersucht und mit der ausgeschriebenen Variante vergleicht.

In the planning of tunnels to be excavated according to NATM principles, the decision between full face or partial face excavation is of fundamental and decisive importance for the entire tunnel project. The current paper compares tunnel drives with full face and partial face excavation from various angles. In addition, the influential factors that have to be considered in the decision are explained. Also, an explanation as to how decisions are made in the course of the design, tendering and construction phases is presented. The paper is only concerned with NATM tunnelling; other methods like ADECCO or mechanised tunnelling methods are not considered.
Bei Vortrieben, die nach der NÖT aufgefahren werden, ist die Entscheidung zwischen Vollausbruch oder Teilausbruch von grundlegender und entscheidender Bedeutung für das gesamte Tunnelbauprojekt. Der vorliegende Beitrag vergleicht Vortriebe im Vollausbruch und im Teilausbruch aus unterschiedlichen Gesichtspunkten. Zudem wird erörtert, welche Einflussfaktoren bei der Entscheidung berücksichtigt werden sollten und wie die Entscheidungen im Verlauf von Planung, Ausschreibung und Ausführung gefällt werden. Der Beitrag behandelt ausschließlich NÖT-Vortriebe. Andere Bauverfahren wie ADECCO oder maschinelle Vortriebsmethode werden nicht betrachtet.

This paper deals with the boundary conditions regarding layout, geotechnics and economics required to make a full-face excavation of a tunnel. A flowchart for decision-making leads to four different excavation sequences. Unsuitable geometrical conditions and very unfavourable geotechnical conditions exclude full-face excavation. Under other boundary conditions, a full-face excavation may show economic advantages, which should be further exploited in our region.
Dieser Artikel beurteilt die grundsätzlichen Randbedingungen für einen Vollausbruch hinsichtlich Layout, Geotechnik und Wirtschaftlichkeit. Ein Flussdiagramm der Entscheidungsfindung führt zu vier unterschiedlichen Vortriebsabläufen. Ungünstige geometrische Randbedingungen und sehr ungünstige geotechnische Verhältnisse führen zum Ausschluss eines Vollausbruchs. Unter den anderen Randbedingungen jedoch kann der Vollausbruch wirtschaftliche Vorteile bringen, die in unseren Breiten mehr als bisher genutzt werden sollten.

The success of mechanised tunnelling is greatly influenced by the interactive behaviour of machine and ground. A multitude of published research and practice reports documents the problem of a targeted forecast based on tests and forecasting models [19]. The paper describes the currently used methods of estimating performance-relevant parameters, including current research into the subject of crack propagation in solid rock and developments in disc force measurement on the tunnel boring machine and its forecasting from laboratory tests.
Der Erfolg eines maschinellen Tunnelvortriebs wird maßgeblich vom Interaktionsverhalten Maschine-Baugrund bestimmt. Die Vielzahl der veröffentlichten Forschungs- und Praxiserfahrungen dokumentiert die Problematik einer zielgerichteten Prognose auf der Basis von Versuchen und Prognosemodellen [19]. Im Beitrag werden die derzeit zur Anwendung kommenden Methoden zur Abschätzung leistungsrelevanter Parameter unter Einbeziehung der aktuell laufenden Forschungen zum Thema Rissausbreitung im Festgestein sowie der Entwicklungen zur Diskenkraftmessung an der Tunnelvortriebsmaschine und deren Prognose anhand von Laborversuchen dargelegt.

Assessment of the clogging tendency of soils is mainly based on the consideration of soil mechanical parameters (plasticity index, liquidity index, grain size distribution). These parameters cannot be determined for solid rock, so the conventional assessment methods cannot be directly transferred to rock. A mechanised tunnel drive in solid rock can encounter critical clogging problems when water is present (groundwater, support slurry), the rock has a tendency to disintegrate (changeable solid rock) and the potential disintegration products are critical (grain size, mineralogical composition). The disintegration tendency of rock is normally determined in the slake durability test. The quantity-based assessment of this test permits few statements about the disintegration products, since they are not tested any further. This paper presents an extension of the slake durability test, which includes systematic soil mechanical tests on the disintegration products. These can be assessed together with the slake durability index to investigate the clogging tendency.
Die Bewertungsmöglichkeit der Verklebungsneigung von Lockergestein beruht vorwiegend auf der Betrachtung bodenmechanischer Kennwerte (Plastizitätszahl, Konsistenzzahl, Kornverteilung). Diese Kennwerte können bei Festgestein nicht ermittelt werden, sodass die bisherige Bewertungsmethode nicht direkt auf Fels übertragen werden kann. Ein maschineller Tunnelvortrieb im Festgestein kann hinsichtlich Verklebungen kritisch werden, wenn Wasser vorhanden ist (Bergwasser, Stützflüssigkeit), das Gestein eine Zerfallsneigung hat (veränderlich festes Gestein) und die potenziellen Zerfallsprodukte problematisch sind (Korngröße, mineralogische Zusammensetzung). Die Zerfallsneigung von Fels wird in der Regel mit dem Siebtrommelversuch (Slake-Durability-Test) bestimmt. Die mengenmäßige Auswertung dieses Versuchs erlaubt wenige Aussagen in Hinblick auf die Zerfallsprodukte, da diese nicht weiter untersucht werden. In diesem Beitrag wird eine Erweiterung des Siebtrommelversuchs vorgestellt, die systematische bodenmechanische Untersuchungen der Zerfallsprodukte beinhaltet. Diese können in Kombination mit der Zerfallsbeständigkeit hinsichtlich der Verklebungsneigung bewertet werden.

Deep Alpine tunnels are characterised by great lengths and deep overburden and are mostly bored by TBMs. The exploration of rock mass conditions plays an essential role with regard to the technical feasibility, the estimation of advance rates and the safety and cost-effectiveness of a project. Investigation drilling from the surface is often not possible due to the topographical conditions and the very high cost considering the great depths involved. Most TBMs are therefore designed to permit the exploration of the ground in parallel to continued tunnelling.
This paper offers an overview of currently available drilling processes, with hammer drilling with logging of drill data, core drilling with the use of preventers and directional drilling methods. Special attention is paid to the restricted space available at the cutterhead of a TBM and the practicalities of installing machinery. The quality of exploration results under the conditions of TBM operation, which is mainly intended to optimise advance rate, is also considered.
Tiefliegende Alpentunnel sind gekennzeichnet von großen Vortriebslängen und hohen Überlagerungen und werden vorwiegend mit TVM's aufgefahren. Die Erkundung der Gebirgsverhältnisse spielt dabei eine wesentliche Rolle im Hinblick auf die technische Machbarkeit, die Einschätzung von Vortriebsleistungen sowie die Sicherheit und die Wirtschaftlichkeit eines Projekts. Erkundungsbohrungen von der Geländeoberfläche sind wegen der topographischen Verhältnisse, aber auch wegen der sehr hohen Kosten aufgrund der großen Überlagerungshöhen oft nicht machbar. Daher werden die meisten TVM-Vortriebe mit einer parallel zum Vortrieb laufenden Untergrunderkundung konzipiert.
Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die aktuellen Bohrverfahren von Hammerschlagbohrungen mit Bohrdatenaufzeichnung über Kernbohrungen mit dem Einsatz von Bohrpreventern bis hin zu gesteuerten Bohrmethoden. Dabei wird speziell auf die Anforderungen der engen Platzverhältnissen im Bereich des Bohrkopfs einer TVM und deren gerätetechnischen Möglichkeiten eingegangen. Darüber hinaus erfolgt eine Betrachtung der Qualität der Erkundungsergebnisse unter den Zwängen eines TVM-Vortriebs, der in erster Linie auf Vortriebsleistung ausgelegt ist.

On contract KAT2 at the 33 km long Koralm Tunnel, two hard rock double shield TBMs are currently boring a total distance of about 17 km each through the Koralm crystalline. Due to the forecast ground conditions, particularly localised fault zones and aquiferous areas, systematic exploration is being undertaken to provide continuous prediction of ground conditions. The intention is only ever to bore through already explored rock through the consistent application of the standardised method adapted to suit the tunnelling. The exploration system being used is mainly based on probe drilling (rotary hammer and core drilling) and the seismic method. With the assistance of the geophysical exploration system TSWD disturbed areas of the rock mass can be detected up to a distance of about 150 m ahead of the machine. Thereby the source of the seismic waves, which propagate into the rock mass, is the cutting process of the TBM cutterhead. The supplementary and targeted use of hammer and core drilling, which can be drilled up to about 100 m ahead, enables the direct exploration of any fault zones and aquiferous regions and the evaluation of their characteristics and the effect to be expected on tunnelling.
In order to evaluate the behaviour of the system and to verify the predictions, the geologists and geotechnicians on site perform continuous analyses of the machine data [1] and the geological documentation. This has led so far to good and reliable prediction results.
Beim Baulos KAT2 des 33 km langen Koralmtunnels sind derzeit zwei Hartgesteins-Doppelschild-Tunnelvortriebsmaschinen, die das Koralmkristallin auf einer Gesamtlänge von je ca. 17 km durchörtern, im Einsatz. Aufgrund der prognostizierten Gebirgsverhältnisse, insbesondere der lokal auftretenden Störungszonen und bergwasserführenden Bereiche, wird ein systematisches Vorauserkundungssystem zur laufenden Prognose der Baugrundverhältnisse eingesetzt. In jedem Fall wird angestrebt, durch eine konsequente Anwendung standardisierter und auf den Vortrieb abgestimmter Methoden nur in erkundetem Gebirge vorzutreiben. Das zum Einsatz kommende Vorauserkundungssystem stützt sich im Wesentlichen auf Bohrungen (Drehschlagbohrungen und Kernbohrungen) und seismische Verfahren. Mithilfe des geophysikalischen Vorauserkundungssystems TSWD, das den Fräsvorgang des TBM-Bohrkopfs und die dabei in das Gebirge übertragenen Wellen als seismische Quelle nutzt, können gestörte Gebirgsbereiche bis zu 150 m voraus prognostiziert werden. Der ergänzende und gezielte Einsatz von Drehschlag- und Kernbohrungen, die bis zu 100 m vorauseilend abgeteuft werden, ermöglicht eine direkte Erkundung allfälliger Störungszonen und wasserführender Bereiche und somit eine Bewertung hinsichtlich deren Ausprägung und deren erwartete Auswirkung auf das Vortriebsgeschehen.
Zur Beurteilung des Systemverhaltens und zur Verifikation der Prognose erfolgen durch die Geologen und Geotechniker vor Ort laufend Analysen der TBM-Maschinendaten [1] bzw. der baugeologischen Dokumentation. Dies hat bis dato zu guten und verlässlichen Prognoseergebnissen geführt.

The investigation measures carried out for the construction of the Gotthard Base Tunnel provide a demonstrative example for dealing with geological risk through appropriate investigation at each state of the project. Due to the length and deep overburden, it was impossible to completely investigate the entire length of the tunnel in advance. The concept in the southern sections intended the performance of probing ahead of the machine only in particularly critical locations, with the tunnelling and lining concept for the individual sections being designed to cope with possible hazard scenarios for the section and the provision of more intensive probing ahead of the continued drive in order to specify the necessary constructional measures. In addition, massive formation water ingress was to be expected in certain sections, which could reach a high quantity and high pressures (up to 200 bars).
The advance probing concept included in the contract for the almost 30 km long southern TBM drives of the Gotthard Base Tunnel with hammer drilling, seismic investigation and core drilling is described and the experience gained during the progress of the tunnel and the necessary adaptations are summarised. Suggestions are then derived for future projects.
Die durchgeführten Erkundungsmaßnahmen beim Bau des Gotthard-Basistunnels stellen ein anschauliches Beispiel für den Umgang mit dem Baugrundrisiko mittels phasengerechter Baugrunderkundung dar. Aufgrund der Länge und der großen Überlagerung war eine vorgängige vollumfängliche Erkundung über die gesamte Tunnellänge nicht möglich. Das Konzept in den südlichen Abschnitten sah vor, nur für die besonders kritischen Bereiche vorgängige Erkundungsmaßnahmen durchzuführen, die Vortriebs- und Ausbaukonzepte in den einzelnen Abschnitten auf die möglichen Gefährdungsbilder dieser Abschnitte auszulegen und die Vorauserkundungsmaßnahmen aus den laufenden Vortrieben zu intensivieren, um die erforderlichen baulichen Maßnahmen im Vortrieb festzulegen. Zudem musste in bestimmten Abschnitten mit massiven Bergwasserzutritten gerechnet werden, die einen hohe Schüttmenge und hohe Wasserdrücke (bis zu 200 bar) erreichen können.
Das in den knapp 30 km langen südlichen TBM-Vortrieben des Gotthard-Basistunnels gemäß Werkvertrag vorgesehene Vorauserkundungskonzept mit Schlagbohrungen, Seismik und Kernbohrungen wird aufgezeigt, und die Erfahrungen und erforderlichen Anpassungen während der Vortriebsarbeiten werden dargestellt. Schlussendlich werden die Erkenntnisse aus den Vortriebsarbeiten zusammenfassend dargestellt und daraus Vorschläge für andere Projekte aufgezeigt.

Both the technical boundary conditions and the usual advance rates achieved during hard rock TBM shield drives severely limit the ability of the on-site-personnel to document the geological conditions and the system behaviour at appropriate intervals. A systematic and continuous short-term investigation of the rock mass conditions is performed on the construction lot KAT2 of the Koralm Tunnel (obtained by impact drillings and geophysical methods). The difference in scales and the fact that no continuous inspection of the ground conditions can be performed lead to a gap between the prognosis and the observed behaviour and a direct comparison is seldom possible.
Based on the daily comparison between the observed behaviour and the analysed machine data, a state-of-the-art interpretation method has been developed. This method allows reliable conclusions regarding the primary aspects of the system behaviour and thus enables deductions on the geological/geotechnical conditions which have been encountered. The identification of the relevant parameters and suitable analysis methods has been performed in a “trial and error” manner: machine parameters deemed relevant in theory have been continuously compared with the observations on site and depending on the results, found usable or discarded.
Reliable knowledge about the face stability, qualitative degree of fracturing of the rock mass, occurrence of over excavation in the cutter head area, the state of the annular gap and the blockiness of the rock mass can be deduced by applying this method. The results are used on daily basis by the on-site geologist and geotechnical engineer in order to verify the prognosis and recommend additional/auxiliary construction measures.
Sowohl die technischen Rahmenbedingungen als auch die üblichen Vortriebsgeschwindigkeiten einer Tunnelvortriebsmaschine mit Schild (TVM-S oder TVM-DS) im Hartgestein beschränken die Fähigkeit des verantwortlichen Personals, die geologisch-geotechnischen Verhältnisse bzw. das Systemverhalten anhand der augenscheinlichen Inspektion und der geotechnischen Messdaten zu erfassen. Da am Baulos KAT2 des Koralmtunnels eine systematische und lückenlose Vorauserkundung betrieben wird, entsteht dadurch eine “Lücke” zwischen der Prognose (anhand der Bohrungen und/oder der geophysikalischen Methoden) und den beobachteten Verhältnissen.
Auf Grundlage bestehender Veröffentlichungen konnten für die täglichen Vergleiche zwischen dem beobachteten Systemverhalten und den analysierten Maschinendaten im Zuge des kontinuierlichen Vortriebs KAT2 ein Verfahren entwickelt werden, das zuverlässige Aussagen über die wesentlichen Aspekte des Systemverhaltens beim kontinuierlichen Vortrieb erlaubt und somit Rückschlüsse hinsichtlich der aufgefahrenen geologisch-geotechnischen Verhältnisse ermöglicht. Die Identifikation der relevanten Parameter und der Auswerteverfahren erfolgte im “Trial-and-error”-Verfahren: Alle theoretisch relevant erscheinenden Maschinenparameter wurden mit den Beobachtungen vor Ort verglichen und in den endgültigen Satz von aussagekräftigen Parametern aufgenommen bzw. als unbrauchbar verworfen.
Zuverlässige Aussagen über die Ortsbruststabilität, den qualitativen Zerlegungsgrad, die Profilmaßhaltigkeit im Bohrkopfbereich, den Zustand des Ringspalts und die Blockigkeit des Gebirges können mit diesem Verfahren getroffen werden. Die Ergebnisse werden täglich von den verantwortlichen Geologen und Geotechnikern verwendet, um die Prognosen zu verifizieren, das Prognosemodell stetig fortzuschreiben und zu verfeinern und nach Erfordernis Zusatz- bzw. Sondermaßnahmen zu empfehlen.