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Autor(en)TitelZeitschriftAusgabeSeiteRubrik
Hörlein, NorbertHard rock tunnelling in Norway / Tunnelbau am PolarkreisGeomechanics and Tunnelling5/2018424-433Topics

Kurzfassung

Tunnelling in Scandinavia differs in several ways from the methods used in Central Europe. Porr Bau GmbH has been working since the end of 2016 with the subsidiary PNC on the first tunnelling project for the company in Norway. The project Fv.17 is located in Nordland, 10 km south of the Arctic Circle. The narrow coastal road is to be upgraded with two new tunnels. The Norwegian fjords are well known as vacation destinations and for their nature, but building tunnels in this environment is challenging, and the rock conditions are also demanding. The rock types described in the tender changed, leading to high water inflow. Systematic rock grouting needed to be carried out to finish the tunnel drive.
Der Tunnelbau in Skandinavien unterscheidet sich in einigen Bereichen erheblich von der Praxis in Zentraleuropa. Die Porr Bau GmbH errichtet mit ihrem Tochterunternehmen PNC seit Ende 2016 ihr erstes Tunnelbauwerk in Norwegen. Das Projekt Fylkesveg (Fv.17) liegt in der Provinz Nordland rund 10 km südlich des Polarkreises. Hier ist eine Engstelle an der Küstenstraße durch zwei neu zu errichtende Tunnels zu umgehen. Die Fjorde von Norwegen sind hinlänglich als Urlaubsziel bekannt, für die Tunnelbauer stellen sie jedoch eine Herausforderung dar. Touristen genießen hier die Abgeschiedenheit und Ruhe in den Sommermonaten zur Zeit der Mitternachtssonne. Gerade aber diese gewaltige Natur sorgt in den Wintermonaten für wochenlange Finsternis und eisige Temperaturen. Dies beeinflusst die Arbeiten. Eine weitere Herausforderung liegt im Fels. Die in den Vertragsunterlagen beschriebene Geologie stellte sich während der Vortriebsarbeiten als anspruchsvoller dar als ursprünglich erwartet. Durch die Ausführung systematischer Gebirgsverbesserung mittels Zementinjektion konnten die Behinderungen bewältigt werden

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Incecik, Mete; Po luk, EvrenTunnel T26 on the Ankara-Istanbul high speed rail route - Tunnelling under difficult conditions / Der Tunnel T26 auf Schnellstrecke Ankara-Istanbul - Vortrieb unter schwierigen geologischen VerhältnissenGeomechanics and Tunnelling5/2018434-440Topics

Kurzfassung

The Turkish Railway Administration has started to renovate and modernise the Turkish railway network in Anatolia after a long break. As the first task, a high speed railway line has been planned between the capital city Ankara and the commercial metropolis Istanbul. The section between Bozoyuk and Bilecik passes through a steep mountain range, where the old railway line and the existing highway are located right next to each other. The rail line for the new high speed route is planned to run over the steep valley of Bozoyuk and then connect to Tunnel T26. This region has a quite old geological composition with metamorphic silt and clay shales, which are folded over each other due to tectonic movement. The shales are crushed down to small pebble-cobble sized particles, significantly reducing the cohesion. The excavation work for Tunnel T26 was conducted under arduous conditions due to inadequate geological investigation.
Die türkische Eisenbahnverwaltung hat nach einer langen Pause begonnen, das Eisenbahnnetz in Anatolien zu erneuern und zu modernisieren. Als erstes Ziel hat man eine Trasse für eine Schnellbahnstrecke zwischen der Hauptstadt Ankara und der Handelsmetropole Istanbul geplant. Der Abschnitt zwischen Bozöyük und Bilecik führt durch ein steiles Gebirge, in dem auch die alte Eisenbahnlinie und die Landstraße nebeneinander verlaufen. Diese Gegend hat einen sehr alten geologischen Aufbau mit metamorphischen Schluff- und Tonschiefern, die durch tektonische Bewegungen gekrümmt bzw. aufeinander gekippt sind. Die Schiefer sind bis auf kleine Blöcke zermürbt, so dass ihr Zusammenhalt sehr niedrig ist. Die Vortriebsarbeiten im Tunnel T26 erfolgten aufgrund unzureichender geologischer Erkundung unter schwierigsten Verhältnissen.

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Meier, Joachim; Böhm, SebastianDefective vacuum well in a deep excavation, prevention of a serious incident / Havarie eines Vakuumbrunnens in einer tiefen Baugrube, Abwehr eines GroßschadensGeomechanics and Tunnelling5/2018441-449Topics

Kurzfassung

In the course of the new construction of the Wehrhahn Line in Düsseldorf, works included the top-down building of the station at Schadowstraße with back-anchored diaphragm walls embedded up to 12 m into the Tertiary fine sand. The formation of the excavation was planned to lie above this in the Quaternary sand gravel. During the construction period, it was noticed that the Tertiary groundwater aquitard in the east part of the excavation is up to 2.5 m higher than forecast. This made necessary the installation of partially inclined suction wells in the Tertiary, in the protection of which the Tertiary groundwater was to be replaced by a surface filter. Altogether 41 suction wells were sunk.
Shortly before reaching the excavation bottom level, an increased sand freight and an unplanned higher inside water level were recorded in places. Immediately introduced investigations showed that a defective foot cap had led to the intake of fine sand. In consequence, an erosion channel had formed at the underside of the lance, running through under the diaphragm wall. After a first stabilisation, a remedial concept was worked out collaboratively with all parties. Accordingly the filter section was closed by nitrogen freezing and the action point of the heave was moved downward. An adapted excavation concept was also decided from heave calculations. The extent of the frozen body was checked with an extensive monitoring programme. Through meticulous preparation and the frictionless collaboration of all parties, a major incident could be prevented.
Im Zuge des Neubaus der Wehrhahn-Linie in Düsseldorf wurde unter anderem der Bahnhof Schadowstraße in Deckelbauweise mit rückverankerten Schlitzwänden und bis zu 12 m Einbindung in den tertiären Feinsand erstellt. Die Baugrubensohle liegt planmäßig darüber im quartären Kiessand. Zur Ausführungszeit wurde festgestellt, dass der tertiäre Grundwasserstauer im Ostteil der Baugrube bis zu 2,5 m höher ansteht als angegeben. Hierdurch wurde die Herstellung von teils geneigten Saugbrunnen im Tertiär erforderlich, in deren Schutz der tertiäre Grundwasserstauer durch einen Flächenfilter ersetzt werden sollte. Es wurden insgesamt 41 Saugbrunnen hergestellt. Kurz vor Erreichen der Endaushubkote wurde eine erhöhte Sandfracht und punktuell ein unplanmäßig hoher Innenpegel festgestellt. Sofort eingeleitete Untersuchungen zeigten, dass eine defekte Fußkappe zum Entzug von tertiärem Feinsand geführt hatte. In der Folge hatte sich ein Erosionskanal an der Unterkante der Lanze gebildet, der unter dem Schlitzwandfuß hindurch verlief. Nach einer ersten Stabilisierung wurde gemeinsam mit allen Projektbeteiligten ein Sanierungskonzept erarbeitet. Demnach wurde die Filterstrecke durch eine Stickstoffvereisung verschlossen und damit der Angriffspunkt des Auftriebs nach unten verschoben. Weiterhin wurde anhand von Auftriebsberechnungen ein angepasstes Aushubkonzept festgelegt. Die Frostkörperausdehnung wurde durch ein umfangreiches Monitoringprogramm überwacht. Durch minutiöse Vorbereitung und reibungslose Zusammenarbeit aller Beteiligten konnte ein drohender Großschaden abgewehrt werden.

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Höser, Sebastian; Bahr, Alexander; Wagner, Hanns; Mehlführer, Markus; Herzeg, ThomasUntersammelsdorf Tunnel - Challenges and special measures during tunnelling in lacustrine clay / Tunnel Untersammelsdorf - Herausforderungen und Sondermaßnahmen beim Vortrieb im SeetonGeomechanics and Tunnelling5/2018450-461Topics

Kurzfassung

The 665 m long, twin-track Untersammelsdorf Tunnel is being built in the course of the construction of the Koralmbahn line between Graz and Klagenfurt. The tunnel is located in extremely challenging subsoil conditions consisting of silty to fine sandy lacustrine deposits. The developed tunnelling concept provided wide-ranging special underground engineering measures and represents a unique construction method to date. Accordingly, numerous challenges arose in the design phase, which were verified by carrying out extensive trials and investigations in the preparatory period or for which fallback levels had to be provided for the support system. Now tunnelling work is almost complete, the experience can be reported.
Im Zuge der Errichtung der Koralmbahn zwischen Graz und Klagenfurt ist der 665 m lange, zweigleisige Tunnel Untersammelsdorf zu errichten. Der Tunnel liegt in extrem herausfordernden Untergrundbedingungen bestehend aus schluffigen bis feinsandigen Stillwassersedimenten. Das Vortriebskonzept sah umfangreiche Spezialtiefbaumaßnahmen vor und stellt eine bisher einmalige Bauweise dar. Dementsprechend ergaben sich in der Planung zahlreiche Problemstellungen, die mittels umfangreicher Versuche und Untersuchungen in der Vorbereitungsphase geklärt werden konnten oder für die Rückfallebenen im Tragsystem geschaffen werden mussten. Nachdem die Vortriebsarbeiten nahezu abgeschlossen sind, kann über die gemachten Erfahrungen berichtet werden.

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Wieland, Gerd; Prall, Karoline; Lenz, Gerold; Schachinger, Tobias; Gobiet, GerhardSemmering Base Tunnel - Design and construction of the shaft head caverns under difficult conditions / Semmering-Basistunnel - Planung und Bau der Schachtkopfkavernen unter erschwerten BedingungenGeomechanics and Tunnelling5/2018462-470Topics

Kurzfassung

In contract SBT1.1 of the Semmering Base Tunnel, the single-track main tunnels are being driven from the portal in Gloggnitz and from a temporary intermediate starting point in Göstritz. The temporary intermediate starting point in Göstritz is being constructed in order to reduce the risk to the tunnel construction
time for the Graßberg-Schlagl fault system. During the construction phase, the contractor developed optimisations of the planned logistics concept for the intermediate access point in Göstritz, which led to a redesign of the shaft head cavern system. Shortly before the excavation of the shaft head cavern, an unexpected and geotechnically relevant fault zone was encountered in the access tunnel. In order to investigate the geological situation in the area of the shaft head, extensive additional investigation measures were carried out. Due to the updated geological forecast, the layout of the shaft head cavern and the support concept had to be changed. Thanks to the measures taken, the shaft head cavern system cold be successfully excavate without any damage to the support.
Im Baulos SBT1.1 des Semmering-Basistunnels werden die eingleisigen Streckenröhren vom Portal in Gloggnitz und vom temporären Zwischenangriff in Göstritz aus aufgefahren. Der temporäre Zwischenangriff in Göstritz wird zur Risikominimierung hinsichtlich Bauzeit für die Vortriebe der Streckenröhren im Bereich des Graßberg-Schlagl-Störungssystems gebaut. Während der Ausführungsphase entwickelte der Auftragnehmer Optimierungen zum vorgesehenen Logistikkonzept für den Zwischenangriff in Göstritz. Dies hatte eine Umplanung des Schachtkopfkavernensystems zur Folge. Kurz vor dem Auffahren der Schachtkopfkavernen wurde eine nicht prognostizierte, geotechnisch relevante Störzone im Zugangstunnel angetroffen. Zur Erkundung der geologischen Situation im Bereich des Schachtkopfs wurden umfangreiche zusätzliche Erkundungsmaßnahmen durchgeführt. Aufgrund der aktualisierten geologischen Prognose musste das Layout der Schachtkopfkavernen sowie das Ausbaukonzept angepasst werden. Durch die getroffenen Maßnahmen konnte das Schachtkopfkavernensystem erfolgreich und ohne Schäden am Ausbau aufgefahren werden.

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Weiner, Thorsten; Thewes, MarkusNew testing method for the prediction of the dispersion of soil in slurry shield tunnelling / Neue Methode zur Prognose der Dispergierung beim flüssigkeitsgestützten SchildvortriebGeomechanics and Tunnelling5/2018471-478Topics

Kurzfassung

In this contribution, we present a new testing method for the prediction of the dispersion of soil in slurry shield tunnelling. It is based on the proven slake durability test equipment but differs substantially regarding the procedure for testing and evaluation. With the results, a substantial data analysis was conducted searching for correlations with typical characteristic soil parameters. For the first time in tunnelling practice, the test enables a qualitative assessment and therefore a prognosis of the expected dispersion based on quantitative values determined in a traceable and reproducible testing method. In addition the test allows for an estimation of the dispersion tendency based on figures for the plasticity and consistency, which are usually collected anyway in the preliminary stages of a tunnelling project. Contractual recommendations are also provided concerning the topic of dispersion.
In diesem Beitrag wird eine neue Methode zur Prognose der Dispergierung beim flüssigkeitsgestützten Schildvortrieb vorgestellt. Durch verschiedene uni- und multivariate Analysen konnte ein Zusammenhang zwischen der Dispergierung und den charakteristischen Kennwerten für die Plastizität und die Konsistenz eruiert werden. Letztendlich besteht nun zum einen die Möglichkeit, den Dispergierungsversuch direkt zur Feststellung der Dispergierungsneigung des anstehenden Baugrunds anzuwenden. Zum anderen kann zur qualitativen Prognose der Dispergierung auf ein Diagramm zurückgegriffen werden, wenn die für bindige Böden üblichen Kennwerte der Plastizitätszahl IP und der Konsistenzzahl IC ermittelt worden sind. Außerdem wird eine Handlungsempfehlung zum vertraglichen Umgang mit der Thematik skizziert.

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Edelhoff, Dennis; Humme, EvaSelection of a suitable TBM for soft ground tunnelling / Auswahl einer geeigneten Tunnelvortriebsmaschine für den Vortrieb im LockergesteinGeomechanics and Tunnelling5/2018479-486Topics

Kurzfassung

For tunnelling in loose rock, where active and continuous support of the face is required, the application areas of mix/hydro and EPB shield machines are increasingly overlapping to such a degree that the use of both types of machine is possible both in the fine-grain range and in coarse-grained loose rock. Since the prevailing soil conditions are rarely homogeneous, but rather characterised by alternating sequence, the planning process is of decisive importance. However, it is not possible to select machines solely based on soil conditions or geotechnical parameters. The supplementary assessment areas include the machine- and process-engineering, system-immanent special features, e.g. management of bricks/blocks, transfer of supporting pressure and maintenance, interaction of TVM building ground regarding wear and sticking, utilization of the overburden as well as evaluation of the spoil quality. This article describes the main aspects of the decision-making process for suitable machine and tunnelling technology and summarizes the advantages and disadvantages.
Für maschinelle Vortriebe im Lockergestein, bei denen eine aktive und stetige Ortsbruststützung notwendig ist, überlagern sich die Einsatzbereiche von Mix-/Hydro- und EPB-Schildmaschinen zunehmend; ein Einsatz beider Maschinentypen ist sowohl im Feinkornbereich als auch im grobkörnigen Lockergestein möglich. Da die vorherrschenden Bodenverhältnisse nur selten homogen, sondern vielmehr durch Wechsellagerungen gekennzeichnet sind, kommt dem planerischen Abwägungsprozess entscheidenden Bedeutung zu. Eine Maschinenauswahl ausschließlich auf Grundlage der Baugrundverhältnisse bzw. der geotechnischen Parameter ist dennoch nicht möglich. Zu den ergänzenden Beurteilungsbereichen gehören die maschinen- und verfahrenstechnischen systemimmanenten Besonderheiten, z.B die Bewältigung von Steinen/Blöcken, die Stützdruckübertragung und Aufrechterhaltung, die Interaktion TVM-Baugrund im Hinblick auf Verschleiß und Verkleben oder die Verwertung des Abraums. Der vorliegende Beitrag stellt die wesentlichen Aspekte bei der Entscheidungsfindung zur geeigneten Maschinen- und Vortriebstechnik dar und zeigt zusammenfassend den Weg der Abwägung von Vor- und Nachteilen im Hinblick auf die Definition einer Vorzugslösung auf.

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Gollegger, JohannesExperience from TBM excavation obtained in the Follo Line ProjectGeomechanics and Tunnelling5/2018487-492Topics

Kurzfassung

In some projects the selection of TBM is straight forward, but in others all boundary conditions have to be carefully evaluated in order to make the most suitable choice. For underground projects the actual ground conditions remain to certain degree always unknown, regardless of the performed ground investigations. This means specific parameters, which may have significant impact on the project success, might be over- or underestimated. Such parameters could be different rock mass properties as well as water ingress. This paper discusses some relevant parameters for TBM selection in hard rock environment, mainly based on the experience gained in the Follo Line Project in Norway. Four double shield TBMs with excavation diameter of 9.96 m are drilling through various kinds of gneisses with banding and lenses of amphibolite and pegmatite. More than 75 % of a total of 36 km have already been excavated with several kilometres of pre-excavation grouting for reduction of water ingress. Furthermore, potential improvements for TBMs will be proposed in order to make TBMs even more successful.

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Flora, Matthias; Jäger, Manfred; Teuscher, PeterSelection and specification of a tunnel boring machine as the leading factor for the achievement of project goals / Auswahl und Spezifizierung der Tunnelvortriebsmaschine als maßgebliche Einflussgröße für den ProjekterfolgGeomechanics and Tunnelling5/2018492-504Topics

Kurzfassung

For almost all tunnelling jobs in the world - independent of continent or culture - the question has to be answered, which is the most suitable tunnelling method or in case of a mechanised tunnelling project the preferred tunnel boring machine to be used. Just the correct choice of a machine does not necessarily lead to the success of a project, which depends more on the design of the tunnel boring machine as well as the definition of measures to cope with all possible events during the advance. The core of the article constitutes a priori determined decision-making process and the resulting guideline and intends to raise awareness of the critical criteria and parameters.
Bei nahezu allen Tunnelbauvorhaben dieser Welt stellt sich - unabhängig vom Kontinent und von der Kultur - die Frage nach der bestgeeigneten Vortriebsmethode oder, im Fall eines maschinellen Tunnelbauvorhabens, der einzusetzenden Vortriebsmaschine. Einzig die Auswahl der Vortriebsmaschine führt nicht unbedingt zum Erfolg eines Bauvorhabens. Vielmehr steht dieser in direktem Zusammenhang mit der Auslegung der Tunnelvortriebsmaschine sowie der Festlegung von Maßnahmen zur Bewältigung von Ereignissen während des Vortriebs. Das Kernstück des Beitrags bilden ein a priori ermittelter Entscheidungsprozess und die daraus resultierende Planungsleitlinie sowie eine Sensibilisierung für die erfolgsentscheidenden Kriterien und Parameter.

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Bach, Dietmar; Holzer, Wolfgang; Leitner, Wolfgang; Radoni , NedimThe use of TBM process data as a normative basis of the contractual advance classification for TBM advances in hard rock / Die Verwendung von Maschinenparametern und Betriebsdaten als normative Grundlage für die vertragliche Vortriebsklassifizierung für Tunnelvortriebsmaschinen im FestgesteinGeomechanics and Tunnelling5/2018505-518Topics

Kurzfassung

In April 2016 a newly formed working group began with the revision of the Austrian standard ÖNORM B 2203-2. The goal of the group was the establishment of a practicable advance classification scheme, which would be applicable both for the design and for the construction phase. In addition, a clear separation should be established between a regular advance, which is clearly described and can be calculated by the bidding contractor, and a “hindered advance”, which cannot clearly be described and calculated. The contractual framework is used to compensate for the regular advance, and hindering occurrences such as water ingress or increased wear are compensated by additional contractual time-dependent costs. Fair compensation regulations for hindered advance (such as an advance through blocky rock mass, mixed face conditions, swelling, squeezing ground, major face instabilities, increased adhesion and stickiness of muck, obstacles and suspension losses) are to be defined as well. The method presented in this paper and based on systematic TBM data evaluation achieves both the goal of contractual advance classification and the goal of establishing a simple threshold differentiating regular advance and hindered advance.
Im April 2016 begann eine neu formierte Arbeitsgruppe mit der Überarbeitung der ÖNORM B 2203. Das Ziel der Unterarbeitsgruppe ÖNORM B 2203-2 ist die Schaffung einer praktikablen Vortriebsklassifizierung sowohl für die Planung und Kalkulation in der Ausschreibungs-/Kalkulationsphase als auch für die Vergütung in der Ausführungsphase. Zusätzlich war eine klare Abgrenzung zwischen einem “Regelvortrieb”, der in der Ausschreibung klar beschrieben und vom Bieter kalkuliert werden kann, und einem “erschwerten Vortrieb”, der weder eindeutig beschreibbar noch kalkulierbar ist, zu schaffen. Der Regelvortrieb soll mit vertraglichen Vortriebsklassen vergütet werden, wobei Wassererschwernisse und Erschwernisse aufgrund von hohem Verschleiß mit zusätzlichen vertraglichen zeitabhängigen und sonstigen Kosten abgegolten werden sollen. Für einen “erschwerten Vortrieb” (Mixed Face, Blockigkeit, Verspannprobleme, Quellerscheinungen, Druckhaftigkeit, Nachbrüchigkeit, erhöhte Klebrigkeit, Hindernisse, Stützflüssigkeitsverluste) sollen faire Regelungen der Vergütung erarbeitet werden. Mit der vorgestellten Methode unter Verwendung von Maschinenparametern wird sowohl das Ziel der Schaffung einer Vortriebsklassifizierung als auch die Abgrenzung zwischen einem “Regelvortrieb” und “erschwerten Vortrieb” erreicht.

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Mair am Tinkhof, Kurt; Radon i , Nedim; Reinhold, Chris; Insam, Romed; Rehbock-Sander, MichaelFrom the geological prognosis to the TBM drive: Planning the main construction lots of the Brenner Base Tunnel / Vom geologischen Gutachten zum maschinellen Vortrieb: Festlegung des Vortriebskonzepts für die Hauptbaulose des Brenner BasistunnelsGeomechanics and Tunnelling5/2018519-529Topics

Kurzfassung

It is state of the art to drive long tunnels in Alpine areas using hard rock TBMs. Mechanised tunnelling has much less flexibility than conventional excavation, so a deeper analysis of the available geological and geotechnical fundamentals is needed. In the course of planning the mechanised drives of the main tunnels on the Austrian side of the Brenner Base Tunnel, a detailed tunnelling concept was created, which deals with the project-specific features and boundary conditions. The exploratory tunnel, which is used for geological and geotechnical exploration for the construction of the main tunnels, is currently being excavated. Through additional analyses, the geotechnical model could be verified and a reliable update of the rock parameters and the associated critical decisions has been achieved. All further specifications regarding TBM requirements, additional and auxiliary measures, support concept, bill of quantities and construction time model were based on the prognosis of system behaviour.
Es ist Stand der Technik, lange Tunnel im alpinen Raum mit Hartgesteins-TBM aufzufahren. Ein maschineller Vortrieb weist eine wesentlich geringere Flexibilität als ein konventioneller Vortrieb auf und erfordert deswegen eine vertiefte Auseinandersetzung mit den zur Verfügung stehenden geologisch-geotechnischen Grundlagen. Im Zuge der Planung der maschinellen Vortriebe der Haupttunnnel auf der österreichischen Seite des Brenner Basistunnels wurde ein detailliertes Vortriebskonzept erstellt, das auf die projektspezifischen Besonderheiten und Randbedingungen eingeht. Derzeit wird der Erkundungsstollen vorgetrieben, welcher der geologisch-geotechnischen Erkundung dient. Durch zusätzliche Analysen konnte das geotechnische Modell verifiziert und eine zuverlässige Fortschreibung der angesetzten Gebirgskennwerte und der damit verbundenen bemessungskritischen Entscheidungen erzielt werden. Basierend auf der Systemverhaltensprognose wurden alle weiteren Festlegungen hinsichtlich Anforderungen an die TBM, Zusatz- und Sondermaßnahmen, Ausbaukonzept, Leistungsverzeichnis und Bauzeitmodell getroffen.

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Cudrigh-Maislinger, Susanna3D geological modelling - Through the example of Karawanken Tunnel project, northern section / Geologische 3D-Modellierung am Beispiel des Karawankentunnels, Abschnitt NordGeomechanics and Tunnelling5/2018530-536Topics

Kurzfassung

Before design and construction, particularly underground, it is essential to know the geological conditions well. Nowadays as in many other fields 3D modelling is a very powerful and helpful tool in geology and geotechnics. The advantages of 3D modelling in geology are convincing: In the past, 2D geological maps and sections were of common use and it could sometimes be difficult to conceive a 3D picture of the underground conditions from the 2D images. With modern software, geological 3D models can be generated easily. Once a 3D model is established, the underground situation is more comprehensible and inconsistencies in geological interpretation are immediately apparent. 2D sections can also be produced with little effort at any position. The model can also be used as a geological database for the project. All available geological and geotechnical information like maps, sections, borehole data and lab test results can be attached to the model. The generation of a geological 3D model will be explained through the example of the Karawanken Tunnel, northern section.
Vor Planung und Ausführung von Bauwerken ist es zuerst einmal notwendig, den Baugrund hinreichend zu verstehen. Wie in anderen Bereichen der Planung ist auch im Bereich Geologie/Geotechnik die dreidimensionale Modellierung im Vormarsch. Früher war man auf zweidimensionale Profile und Karten angewiesen, wobei es oft nicht ganz einfach war, sich im Kopf ein dreidimensionales Bild einer jeweiligen geologischen Situation vorzustellen. Heute können mit entsprechender Soft-und Hardware geologische 3D-Modelle relativ einfach erstellt und visualisiert werden. Diese tragen einerseits zum besseren räumlichen Verständnis von geologischen Verhältnissen bei. Andererseits werden eventuelle Ungereimtheiten im geologischen Modell sofort sichtbar. In die Modellierung können alle verfügbaren geologisch/geotechnischen Daten wie Kartierungen, Profilschnitte, Bohrkernaufnahmen, Laborergebnisse einfließen und für die Erstellung eines Modells herangezogen werden. Nach Erstellung eines geologischen 3D-Modells können Profilschnitte entlang jeder beliebigen Profilspur mit geringem Aufwand generiert werden. Die Erstellung eines geologischen 3D-Modells wird anhand des Projekts Karawankentunnel, 2. Röhre, Abschnitt Nord vorgestellt.

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Barth, Anton; Höllrigl, JakobModel adaption to reflect reality from design to construction through the example of a quarry / Anpassung der Modelle an die Wirklichkeit von der Planung zur Ausführung am Beispiel eines SteinbruchsGeomechanics and Tunnelling5/2018537-543Topics

Kurzfassung

After a landslide in 2007, a quarry face is to be restored. Consequently, models had to be formed of the geological conditions, of the material behaviour and of the failure mechanism, as well as a calculation model to simulate this mechanism. The geological structure and observations during and after the landslide suggested that the failure was a result of the toppling of slab-shaped rock blocks. The landslide facilitated a back analysis of strength parameters from this large-scale in-situ test, thus making laboratory tests, derived from classification systems and estimations of these parameters, unnecessary. A limit equilibrium method and a numerical model available for the simulation of toppling correspondingly showed that flattening of the face up to the mining boundary results in a sufficient factor of safety. However, the transition from weathered material to rock could not yet be considered. Only the first step of the face restoration, and excavation of the weathered cover, managed to shed light on its thickness, which facilitated precision of the calculation model. Only the excavation of the rock mass displaced by the landslide will show whether the quarry face geometry necessary for a sufficient factor of safety is feasible with respect to the actual loosening of the rock mass and to the actual depth of the landslide.
Nach einer Großhangbewegung im Jahr 2007 soll eine Steinbruchwand saniert werden. Dafür mussten ein Modell der geologischen Verhältnisse, ein Modell des Materialverhaltens, ein Modell des Versagensmechanismus sowie ein Rechenmodell, das diesen Mechanismus abbildet, gefunden werden. Das Trennflächengefüge sowie Beobachtungen während und nach der Hangbewegung legten nahe, dass das Versagen durch das Kippen tafeliger Großkluftkörper erfolgte. Die Hangbewegung ermöglichte, aus diesem großmaßstäbigen In-situ-Versuch Festigkeitsparameter zurückzurechnen und nicht auf Laborversuche, Klassifikationsverfahren oder Schätzungen zurückgreifen zu müssen. Als Rechenmodell für das Kippversagen stehen ein Grenzgleichgewichtsverfahren und numerische Modelle zur Verfügung. Diese Modelle zeigten übereinstimmend, dass eine Verflachung der Steinbruchwand bis zur Abbaugrenze eine ausreichende Standsicherheit zur Folge hat. Allerdings konnte dabei der Übergang von verwittertem Material zu Fels noch nicht berücksichtigt werden. Erst der erste Schritt der Sanierung, der Abtrag der Überlagerung, brachte dazu Aufschlüsse. Diese ermöglichten, das Rechenmodell zu präzisieren. Schließlich wird aber erst der Abtrag der bewegten Felsmassen zeigen, ob die für eine ausreichende Standsicherheit erforderliche Geometrie der Wand bei der tatsächlich vorhandenen Auflockerung und dem tatsächlich vorhandenen Tiefgang der bewegten Felsmasse ausführbar ist.

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Brandtner, Markus; Hofmann, Matthias; Paternesi, Alessandra; Saurer, Erich; Schweiger, Helmut F.; Walter, HerbertDesign strategies for sprayed concrete linings / Bemessungsstrategien für SpritzbetonschalenGeomechanics and Tunnelling5/2018544-558Topics

Kurzfassung

With the introduction of Eurocodes, non-linear methods are now explicitly permitted for the determination of internal forces. Although the application of Eurocode 7 has not been intended for tunnel construction, it is applied in practice. Tunnel linings are treated as retaining structures in the sense of Eurocode 7. The choice of the Design Approach to be applied is specified in the National Annex (NA) of each country. The application of a standard to a field which was not intended for the purpose naturally leaves room for diverse interpretation. A working group was established by the Austrian Society for Geomechanics (ÖGG) to develop a consistent design strategy for tunnelling. Recommendations based on comparative calculations have been developed for the design of sprayed concrete linings. This article summarises the findings of the investigations carried out.
Seit der Einführung des Eurocodes sind nichtlineare Verfahren zur Ermittlung der Schnittkräfte explizit erlaubt. Obwohl die Anwendung des Eurocodes 7 nicht für den Tunnelbau vorgesehen ist, wird dieser in der Praxis angewandt. Tunnelschalen werden im Sinne des Eurocodes 7 als Stützbauwerke behandelt und werden basierend auf dem im nationalen Anhang festgelegten Nachweisverfahren bemessen. Die Anwendung einer Norm auf ein dafür nicht vorgesehenes Fachgebiet lässt naturgemäß Raum für eine vielfältige Interpretation. Um eine für den Tunnelbau konsistente Anwendung zu entwickeln wurde seitens der Österreichischen Gesellschaft für Geomechanik (ÖGG) eine Arbeitsgruppe gebildet, die Empfehlungen für die Bemessung von Spritzbetonschalen auf Basis von vergleichenden Berechnungen erarbeitete. Dieser Beitrag fasst die Erkenntnisse aus den angestellten Untersuchungen zusammen.

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Lenz, Gerold; Poisel, Alexander; Brandtner, Markus; Goricki, Andreas; Wagner, Oliver K.Semmering Base Tunnel - Geotechnical models in design and construction / Semmering-Basistunnel - Geotechnische Modelle in Planung und BauGeomechanics and Tunnelling5/2018559-565Topics

Kurzfassung

The article describes the fundamental geotechnical model assumptions in the design phase of the Semmering Base Tunnel. Two selected case studies show the verification of the geotechnical model during tunnel construction. The verification process is essentially based on geotechnical monitoring in combination with specific back analyses. It is shown that particularly in complex geotechnical conditions, such as deep tunnels in weak rock mass, the designer can only assess a range of expected behaviour. Most information about system behaviour and thus about the geotechnical model conceptions can only be gained during construction. An improved understanding of the geotechnical model provides the potential to identify and minimize geotechnical risks earlier and to adapt excavation and support measures to the actual conditions.
Der Beitrag beschreibt die Grundzüge der geotechnischen Modellbildung am Semmering-Basistunnel in der Planungsphase und thematisiert dabei verbleibende Modellunsicherheiten. Anhand zweier Fallbeispiele aus den bereits aufgefahrenen Abschnitten wird gezeigt, wie die Modellvorstellungen während der Ausführungsphase verifiziert werden können. Dies erfolgt abgestimmt auf die jeweilige Modellvorstellung durch geotechnische Messungen in Kombination mit Rückrechnungen. Es wird gezeigt, dass in der Planungsphase insbesondere unter komplexen geotechnischen Verhältnissen zwar ein Rahmen des zu erwartenden Systemverhaltens definiert werden kann, ein Großteil der Erkenntnisse hinsichtlich der geotechnischen Modellvorstellungen aber erst im Zuge der Ausführung gewonnen wird bzw. gewonnen werden kann. Diese Erkenntnisse können aber genutzt werden, um geotechnische Modelle weiterzuentwickeln und so Risiken für die weiteren Arbeiten zu erkennen und um Maßnahmen an die tatsächlich angetroffenen Verhältnisse anzupassen.

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Schneider-Muntau, Barbara; Reinhold, Chris; Cordes, Tobias; Bathaeian, Iman; Bergmeister, KonradValidation of longitudinal displacement profiles by measurement at the Brenner Base Tunnel / Validierung der Radialverschiebungen im Längsprofil durch Messungen beim Brenner BasistunnelGeomechanics and Tunnelling5/2018566-574Topics

Kurzfassung

Longitudinal displacement profiles describe the displacement history during tunnel excavation, including that occurring ahead of the tunnel face. These deformations have an influence on the structural design of tunnel support. Theoretical approaches are used to estimate these deformations. However, as the approaches are based on assumptions, they should be applied with caution, particularly in case of deep tunnels. Therefore, experimentally determined longitudinal displacement profiles provide a valuable data basis for validation of the approaches. This study compares 40 m long horizontal chain inclinometer measurements in two lithologies in the exploration tunnel of the Brenner Base Tunnel with theoretically calculated profiles. The chain inclinometers were installed above the tunnel before the start of tunnelling. A measured radial displacement profile was created for each round, the statistical mean value curve was calculated and finally compared with the theoretical approaches. The measurement results show good qualitative agreement ahead of the tunnel face.
Das Längsprofil der Radialverschiebungen beschreibt die gesamte Verschiebungshistorie während eines Tunnelvortriebs, einschließlich jener vor der Ortsbrust. Diese Verformungen haben großen Einfluss auf die Gestaltung des Tunnelausbaus. Zur Abschätzung werden in der Regel Berechnungsansätze verwendet. Da diese Ansätze jedoch auf Annahmen beruhen, müssen sie, insbesondere bei tiefen Tunneln, mit Vorsicht angewandt werden. Experimentell ermittelte Radialverschiebungsprofile in Längsrichtung liefern eine wertvolle Datengrundlage für eine Validierung der theoretischen Ansätze. Dieser Beitrag vergleicht die in zwei Lithologien im Erkundungstunnel des Brenner Basistunnels experimentell mit 40 m langen horizontalen Ketteninklinometern ermittelten Radialverschiebungsprofile mit theoretisch berechneten Profilen. Die Inklinometer wurden vor Beginn des Vortriebs oberhalb der Tunnelfirste installiert. Für jeden Abschlag konnte ein Radialverschiebungsprofil erstellt werden, aus diesen Kurven eine statistische Mittelwertkurve gebildet werden und die Mittelwertkurve mit theoretischen Ansätzen verglichen werden. Die Messergebnisse zeigen eine qualitativ gute Übereinstimmung im Bereich vor der Ortsbrust.

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Schubert, Wulf; Brunnegger, Stefan; Staudacher, Robert; Wenger, JulianFurther development of yielding elements and connecting elements for shotcrete / Weiterentwicklung von Stauchelementen und SpritzbetonanschlüssenGeomechanics and Tunnelling5/2018575-581Topics

Kurzfassung

Yielding elements in combination with shotcrete linings are used in Austria since 1994, replacing the previous method of leaving open gaps. The first system, used at the Galgenbergtunnel, consisted of groups of axially loaded steel pipes with manufactured local weakness. The resistance of those elements showed a pronounced oscillation during shortening. This triggered a first improvement of the elements in the late 1990ies. Those elements were called LSC (Lining Stress Controller) and subsequently successfully used on a significant number of projects around the world. Recently, the yielding elements have been further optimized aiming at easier production and lower costs. Still using steel pipes, those are filled with porous material, increasing the elements' capacity. With sequential excavation, construction joints in the shotcrete lining are necessary. Producing quality joints appears to be difficult without special connecting elements. The so produced connections are thus potential points of weakness, reducing the lining capacity. A prototype of a connecting element was developed, which can be easily produced and installed. Site tests have been successfully conducted at the tunnel Stein in Austria.
Stauchelemente in Kombination mit Spritzbetonauskleidungen werden in Österreich seit 1994 eingesetzt und ersetzen damit die zuvor verwendeten offenen Deformationsschlitze. Das erste am Galgenbergtunnel eingesetzte System bestand aus Gruppen von axial beanspruchten Stahlrohren, bei denen lokal Schwächungen vorgesehen waren. Die Arbeitslinie dieser Elemente wies eine starke Oszillation während der Stauchung auf. Das System wurde in den späten 1990er-Jahren verbessert. Diese Elemente wurden Lining Stress Controller (LSC) genannt und bei vielen Projekten erfolgreich eingesetzt. Kürzlich wurden die Elemente weiterentwickelt mit dem Ziel, die Produktion zu vereinfachen und die Kosten zu senken. Das Konzept der Stahlrohre wurde beibehalten, diese jedoch mit einem porösen Füller versehen, was zusätzlich die Energieaufnahme der Elemente erhöht. Bei sequenziellem Vortrieb ergeben sich systembedingt Arbeitsfugen in der Spritzbetonschale. Ohne entsprechende Vorkehrungen ist das Herstellen von qualitativ hochwertigen Arbeitsfugen schwierig. Die Verbindungen sind potenzielle Schwachstellen, die das Tragvermögen der Spritzbetonschale reduzieren können. Ein Prototyp eines Verbindungselements zur Vermeidung solcher Schwachstellen wurde entwickelt und erfolgreich im Tunnel Stein in Österreich unter Baustellenbedingungen getestet.

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Volkmann, Günther M.Tunnel pre-support using pipe umbrellas - Technical developments and their advantages / Tunnel-Voraussicherung mit Rohrschirmen - Technische Entwicklungen und deren VorteileGeomechanics and Tunnelling5/2018582-588Topics

Kurzfassung

Pipe umbrella support systems have been used successfully for tunnelling in challenging ground conditions since the 1970s. The single umbrella pipes are installed stepwise and parallel to the later installed saw-tooth shaped primary lining by connecting pipe pieces to each other. The connections are the weakest link of the support system, so recent developments in this field also have an effect on system performance. The development of both machinery and connection types have a major influence on pipe umbrella design for tunnelling. This includes not only simple parameters like installation length or tube dimension but also the connection type. So a conventional pipe umbrella design is not as cost-efficient as current technical possibilities allow, because material as well as time savings are missed. This article explains possible optimisations for pipe umbrella supported tunnels with simple examples to show cost-optimised design principles regarding time and material.
Seit den 1970er-Jahren werden Rohrschirmsysteme erfolgreich im Tunnelbau in schwierigen Baugrundverhältnissen eingesetzt. Die einzelnen Rohrschirmrohre werden mittels Verbindungen bei der Installation etappenweise verlängert und der somit entstehende Rohrstrang parallel zur späteren Tunnellaibung eingebohrt. Die Verbindungen sind das schwächste Glied des Stützsystems, sodass neue Entwicklungen in diesem Bereich auch die Systemleistung positiv beeinflussen. Jüngste Entwicklungen von Bohrgeräten und Verbindungsarten haben großen Einfluss auf die Planung eines Rohrschirms im Tunnelbau. Dazu gehören nicht nur einfache Parameter wie Einbaulänge oder Rohrdimension, sondern auch die Verbindungen. Deshalb ist eine herkömmliche Rohrschirmplanung im Vergleich zu den heutigen technischen Möglichkeiten nicht kosteneffizient, da weder Materialeinsparungen noch Zeiteinsparungen genutzt werden können. Dieser Beitrag erläutert Optimierungsmöglichkeiten für Tunnelvortriebe mit Rohrschirmstützung anhand einfacher Beispiele, um kostenoptimierte Ausführungsprinzipien hinsichtlich Zeit und Material aufzuzeigen.

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Henzinger, Michael R.; Lange, Andreas; Volkmann, Günther M.; Moritz, Bernd A.; Schubert, WulfBedding improvement of lining segments using geotextile tubes / Bettungsverbesserung von Tübbingringen mittels GeotextilschläuchenGeomechanics and Tunnelling5/2018589-598Topics

Kurzfassung

During a shield TBM excavation in hard rock, the immediate backfill of the crown immediately behind the shield is technically difficult to realize. With the advance of the cutter head a relocation process of pea gravel within the annular gap is triggered, leading to an insufficient bedding distribution of the first segments behind the shield tail and to an ovalization of the segmental lining at a certain load level. During a test application as part of an “TBM research initiative” of the Austrian Federal Railways geotextile tubes were integrated into the exterior surface of the segments. Immediately after leaving the shield tail, the geotextile tube, which is placed all around one ring of segments, is expanded by injection with grout. As a result, an immediate bedding between the rock mass and segmental lining is established, also preventing the rearrangement of pea gravel within the annular gap when the shield is moved forward. The displacement measurements have shown that the ring of segments equipped with geotextile tubes experiences a more rigid body motion like behaviour after leaving the shield tail with a minimal ovalization only. Numerical simulations show the influence of bedding improvement on the ovalization of the ring of segments after leaving the shield tail.
Während eines Schildvortriebs im Festgestein ist die sofortige Herstellung einer vollständigen Bettung des Tübbingrings im Firstbereich unmittelbar nach Verlassen des Schilds technisch schwer realisierbar. Bei fortschreitendem Vortrieb kommt es zu einer Umlagerung von Perlkies im Ringspalt, wodurch die Tübbinge unmittelbar hinter dem Schildschwanz unzureichend gebettet sind und es bei entsprechendem Lastniveau zu einer Ovalisierung des Tübbingrings kommen kann. Bei einem Testeinsatz im Rahmen einer “ÖBB-TVM Forschungsinitiative” wurden Geotextilschläuche an der Außenseite der Tübbinge integriert. Unmittelbar nach dem Ausschieben des Tübbingrings aus dem Schildschwanz wird der ringsum laufende Geotextilschlauch durch Verpressen mit einer Mörtelsuspension expandiert. Hierdurch wird eine sofortige Bettung zwischen Gebirge und Tübbingausbau hergestellt und die Umlagerung von Perlkies im Ringspalt beim Nachziehen des Gripperschilds verhindert. Verformungsmessungen haben gezeigt, dass sich der mit Geotextilschläuchen ausgestattete Tübbingring nach Verlassen des Schildschwanzes annähernd als Starrkörper verhält und es nur zu geringfügigen Ovalisierungen kommt. Durch numerische Simulationen kann der Einfluss der Bettungsverbesserung auf die Ovalisierung des Tübbingrings unmittelbar nach Verlassen des Schildschwanzes belegt werden.

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Thienert, Christian; Leismann, Frank; Edelhoff, Dennis; Valentini, Heiko; Hörlein, Norbert; Kleen, EugenDevelopment of a water-permeable annular gap fill for single-shell drained segmental linings / Entwicklung eines wasserdurchlässigen Ringspaltmaterials für eine einschalige dränierende TübbingbauweiseGeomechanics and Tunnelling5/2018599-607Topics

Kurzfassung

Nowadays, tunnels with single-shell segmental lining are often constructed pressure-tight using gaskets. The economic application limit of this construction type is about 50 metres head of water. If the water pressure exceeds this value, considerably more complex - and thus more expensive - two-shell construction with an additional drainage layer between the inner and the outer lining is required. To extend the field of application of mechanized tunnelling with single shell lining in mid-mountain formations, an innovative approach was developed based on the application of a drainage layer in the annular gap fill with a water permeability kF <10-4 m/s. The basic idea of the newly developed water-permeable material for annular gap grouting is the use of a foam generator without a disturbing body, which foams the cement suspension in a defined way with sufficient compressive strength. Complex interrelations of material, process engineering and construction had to be considered comprehensively. The overall suitability of the developed process has been demonstrated in an extensive experimental program including field tests. The present paper focuses on the development of the construction material.
Bislang werden Tübbingtunnel in einschaliger Bauweise zumeist druckdicht ausgeführt, wobei die Abdichtung mittels Dichtrahmenprofilen erfolgt. Die wirtschaftliche Anwendungsgrenze dieser Bauweise liegt bei einem Wasserdruck von etwa 5 bar. Bei höherem Wasserdruck kann eine wesentlich aufwändigere - und damit teurere - zweischalige Konstruktion mit einer zusätzlichen Dränageschicht zwischen Innen- und Außenschale erforderlich werden. Zur Erweiterung des Einsatzbereichs von maschinellen Tunnelvortrieben mit einschaligem Tübbingausbau im Festgestein wurde ein pumpfähiges Ringspaltmaterial entwickelt, das eine ausreichend hohe Durchlässigkeit besitzt (kF-Wert < 10-4 m/s), um als Dränage genutzt werden zu können. Kernidee der Entwicklung ist das definierte Aufschäumen von Zementsuspension mittels Schaumgenerator zum Erzielen einer offenporigen und wasserdurchlässigen Struktur mit ausreichender Festigkeit zur Gewährleistung der Bettung der Tübbinge. Hierbei waren die komplexen Zusammenhänge von Baustoff, Verfahrenstechnik und Konstruktion umfassend zu berücksichtigen. Die generelle Eignung wurde im Rahmen eines ausgedehnten Versuchsprogramms einschließlich Baustellenversuchen nachgewiesen. Der vorliegende Beitrag geht schwerpunktmäßig auf die Entwicklung des Baustoffs ein.

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Kohlböck, Bernhard; Griesser, Ewald; Hillisch, Stefan; Birgmann, Harald; Fasching, AlfredThe BIM pilot project Köstendorf - Salzburg / Das BIM-Pilotprojekt Köstendorf - SalzburgGeomechanics and Tunnelling4/2018325-334Topics

Kurzfassung

The new approx. 21 km long section between Köstendorf and Salzburg is one of the last major milestones in the upgrading of the Salzburg-Vienna rail corridor to four tracks. The section comprises a multitude of different civil engineering structures, posing high demands on the interdisciplinary design team. The open sections of the alignment require many over- and underpasses and road diversions. In addition, the majority of the section runs underground through the Flachgau Tunnel, which has the particular feature of a tunnel bridge. The aim of the BIM project is to provide a software-independent, integrated model of the whole project. All parties involved in the project collaborate to define the LOD for the terrain, existing building, land use and geological models, as well as the models for the proposed new infrastructure for the open section, tunnels, ventilation control building, bridges, civil structures and drainage. The LoD are defined in parallel with the AIA according to the KISTE infrastructure identification system used by ÖBB (Austrian Federal Railways). At the same time, the BIM execution plans are generated by the team and adapted to the new BIM processes. The opportunities provided by the element-based display and evaluation are anticipated to lead to considerable improvements in the field of interdisciplinary design and visualisation studies. The present article describes the current state of work and provides a preview of future developments.
Die ca. 21 km lange Neubaustrecke zwischen Köstendorf und Salzburg ist ein wichtiger Meilenstein für den viergleisigen Ausbau der Strecke Salzburg-Wien. Charakteristisch für diesen Streckenabschnitt ist die große Anzahl an unterschiedlichen Ingenieurbauwerken, die hohe Anforderungen an das interdisziplinäre Planungsteam stellt. Neben der Trassenplanung für die freie Strecke mit einer Vielzahl von Über- und Unterführungsbauwerken sowie Straßenumlegungen verläuft der Großteil der Strecke unterirdisch im Flachgauertunnel und weist als Besonderheit eine Tunnelbrücke auf. Ziel des BIM-Pilotprojekts ist die Erarbeitung eines softwareunabhängigen integralen Gesamtprojektmodells. Die dafür notwendigen Definitionen des LOD für die Bereiche Geländemodell, Bebauungsmodell, Nutzungsmodell, Baugrundmodell sowie für die Entwurfsmodelle der Infrastrukturbauwerke freie Strecke, Tunnelanlagen mit Lüfterzentrale, Brücken, Kunst- und Wasserbauten werden in einem kooperativen Verfahren aller Projektbeteiligen entwickelt und in den AIA festgehalten. Parallel zur Erstellung der AIA werden die LoDs (Elementanforderungen und Attributlisten mit Projektphasenzuteilung) unter Berücksichtigung des ÖBB Anlagenverzeichnissystems “Kiste” definiert. Im gleichen Zuge werden die für die Zielerreichung jeweiligen BIM-Abwicklungspläne im Team erarbeitet und auf die neue integrale BIM-Prozesslandschaft abgestimmt. Durch die Möglichkeiten der elementbasierten Darstellung und Auswertung sind wesentliche Verbesserungen im Bereich der interdisziplinären Planungen und Visualisierungsstudien zu erwarten. Der vorliegende Artikel beschreibt den aktuellen Stand der Arbeiten und gibt eine Vorschau auf zukünftige Entwicklungen.

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ibert, Marko; Lah, Martin; Saje, SamoChallenges and opportunities in implementing BIM methodology in tunnellingGeomechanics and Tunnelling4/2018335-339Topics

Kurzfassung

Tunnelling differs fundamentally from mining, high rise buildings and civil surface construction in many ways, but when it comes to challenges, it combines the toughest from the three worlds. Tunnelling projects inherit uncertainties of ground conditions and constant preparedness for on-site changes from mining; complexity, dynamics and the need for detailing from buildings; and one of the challenges that tunnels inherit from civil surface construction is definitely the complex and curved geometry. To overcome the challenges and exploit the benefits of BIM methodology on tunnelling project it is essential to harmonize particles of existing standards, guidelines, processes and tools from the three worlds.
There are hundreds of specific questions arising from the BIM tunnelling pioneers: Which tool should be used? How can the efficiency of modelling and implementation of changes be increased? Which elements of the primary support structures need to be modelled? Which properties need to be assigned to elements? How to classify the elements? What to do when the performance of the software is over its limits? How should the spatial elements be used? How accurate should specific elements be modelled? And many more. Unfortunately, each of the question generates hundreds of different solutions. Thais article will tackle some of them and provide possible solutions as a result of experience from past projects with the goal of raising the discussion in a wider tunnel engineering society and consequently promoting the development and implementation of BIM methodology in tunnelling.

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Stelzer, Magdalena; Radoncic, Nedim; Iserte Llacer, Pedro Luis; Tatar, Ali; Holmberg, MatsBIM processes and workflows using the example of the subway extension in StockholmGeomechanics and Tunnelling4/2018340-347Topics

Kurzfassung

Three major technical and economic factors of the “Yellow Line” project of the Stockholm subway network justify the decision to apply a BIM-oriented design: (1) Early optimization and risk minimization for cost and time and active counteraction to the loss of information throughout the entire lifecycle of the project, (2) all technical aspects are to be incorporated in the design simultaneously and from early stage onwards, (3) numerous surface and subsurface structures, including tunnels under operation and in vicinity of the new line lead to a complex geometrical layout and geotechnical influences on each of these structures are to be minimized. Commercial 3D/BIM products have proven to be developed for application in surface structure design and new methods had to be established to cope with high quality tunnel modelling, coordination and tunnelling challenges. This publication is addressing the experience and solutions made during the design: Choice of appropriate modelling tools, applied methodology for a structured design process in a multidisciplinary and manifold work environment, accounting to highly complex geologically-geotechnical data, seamless transfer of the model data to numerical analysis tools. The advantages and disadvantages of using BIM methodology are discussed and recommendations with regard to future development are presented.

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Exinger, Christoph; Mulitzer, Günther; Felsner, Rudolf; Lemmerer, Johann; Matt, Robert; Griesser, EwaldBIM pilot project Granitztal tunnel chain - Development of data structures for tunnel structure and track superstructure / BIM-Pilotprojekt Tunnelkette Granitztal - Entwicklung von Datenstrukturen für den Tunnelrohbau und OberbauGeomechanics and Tunnelling4/2018348-356Topics

Kurzfassung

An essential part of the Koralmbahn line, the Granitztal tunnel chain with a length of about 6.1 km runs between the Lavanttal and the Jauntal valleys and crosses the Deutsch Grutschen, the Granitztal and the Langer Berg. In early 2016, Austrian Railways ÖBB made a decision for the Granitztal tunnel chain project, which was then already under construction, to test the 3D model-based Building Information Modelling (BIM) design method in addition to conventional 2D design. One essential precondition for the application of the BIM method on transport infrastructure projects was recognised as the required data structures. In addition to the definition of general project requirements and standards for BIM, work started on the structuring and classification of the construction elements required for the tunnel structure and their properties. Of equal importance are the spatial positioning and location of the construction elements and the definition of topological relationships to each other.
The article gives an insight into the current state of development of BIM data structures for tunnel structure and track superstructure at the ÖBB and is intended to make a contribution to initiating the development of such data structures by all the disciplines involved in tunneling and transport infrastructure. The prime intention is to provide the BIM data structures produced in this way as an active contribution to the further development of the open BIM standard IFC (Industry Foundation Classes) in the IFC Underground Construction Group at buildingSMART
Als ein wesentlicher Bestandteil der Koralmbahn verläuft die Tunnelkette Granitztal mit einer Gesamtlänge von ca. 6, 1 km zwischen dem Lavanttal und dem Jauntal und quert die Deutsch Grutschen, das Granitztal und den Langer Berg. Im Frühjahr 2016 wurde bei den Österreichischen Bundesbahnen ÖBB die Entscheidung getroffen, anhand des bereits in Ausführung befindlichen Projekts Tunnelkette Granitztal zusätzlich zur konventionellen 2D-Planung die auf einem 3D-Modell basierende Planungsmethode Building Information Modelling (BIM) zu testen. Als essenzielle Voraussetzung für die Anwendung der BIM-Methode in der Verkehrsinfrastruktur wurden die dafür erforderlichen Datenstrukturen erkannt. Neben der Definition von allgemeinen Projektanforderungen und Standards hinsichtlich BIM wurde mit der Strukturierung und Klassifizierung der im Tunnelrohbau erforderlichen Bauelemente und deren Eigenschaften begonnen. Von gleichrangiger Bedeutung sind die Positionierung und Verortung der Bauelemente im Raum und die Definition von topologischen Beziehungen untereinander.
Der Artikel gibt Einblick in den aktuellen Stand der Entwicklung von BIM-Datenstrukturen für den Tunnelrohbau und den Oberbau bei den ÖBB und soll beitragen, die Entwicklung solcher Datenstrukturen bei allen am Tunnelbau und in der Verkehrsinfrastruktur beteiligten Disziplinen anzuregen. Als übergeordnetes Ziel sollen die so entstehenden BIM-Datenstrukturen als aktiver Beitrag zur Weiterentwicklung des Open-BIM-Standards IFC (Industry Foundation Classes) in die IFC-Underground-Construction-Gruppe bei buildingSMART eingereicht werden.

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Frodl, Stephan; Mayer, Peter-MichaelBIM modelling in mined tunnelling / BIM-Modellierung im konventionellen Tunnelbau - Diskussion und Empfehlung für die zu berücksichtigende Bauwerksgeometrie in 3D-Modellen / Discussions and recommendation for the structural geometry to be considered in 3D modelsGeomechanics and Tunnelling4/2018357-365Topics

Kurzfassung

In the context of mined tunnelling, the excavation of the tunnel cross-section is performed with an overcut. The size of the required overcut depends on the expected rock deformation as well as on typical construction tolerances. Likewise, secondary linings are also built with an overcut in order to account for formwork deformation, construction tolerances and deformation due to ground loads. On the other hand, clients usually specify the nominal tunnel geometry, which differs from the overcut geometries previously mentioned. When designing a tunnel according to the BIM method, it should be clarified which geometry should be used to create the geometrical model, since deviations between the target and the overcut geometry can be considerable. To generate a drawing derived directly from the 3D BIM model for tunnel construction use, it is imperative that the geometrical model is created based on the overcut geometry. Only then can the reinforcement quantity or formwork be designed correctly. Only a model based on overcut geometries will yield the correct theoretical masses, which for example could be used for target-actual comparisons. This article outlines the basics of the current 2D design approach; its technical limits are presented and contrasted with the proposed 3D design model. The article further shows how a 3D BIM design model has to be created so that 2D drawings for construction can be derived or created from it. In addition, general recommendations are provided for creation of BIM geometrical models.
Im konventionellen Tunnelbau wird der Tunnelausbruch mit überhöhten Querschnitten aufgefahren. Die Größe der erforderlichen Überhöhung richtet sich nach den zu erwartenden Gebirgsverformungen und den voraussichtlichen Bautoleranzen. Auch Innenschalen werden mit einer Überhöhung hergestellt, um etwaige Schalwagenverformungen, Bautoleranzen und Verformungen infolge Belastung zu berücksichtigen. Von den Auftraggebern wird dagegen i. d. R. die Soll-Geometrie vorgegeben, die sich von den vorgenannten Geometrien mit Überhöhungen unterscheidet.
Bei der Planung von Tunnelbauwerken nach der BIM-Methode ergibt sich nun die Frage, nach welcher Geometrie das geometrische Modell erstellt werden soll, da die Abweichungen zwischen Soll-Geometrie und überhöhter Geometrie beträchtlich sein können. Um eine Zeichnungsableitung direkt aus dem 3D-Modell anzufertigen und diese Pläne als Ausführungspläne zur Herstellung des Tunnelbauwerks zu verwenden, ist es zwingend erforderlich, dass das geometrische Modell auf der Grundlage einer überhöhten Geometrie erstellt wird. Nur dann ist es möglich, die Bewehrung oder die Schalung korrekt zu planen. Nur mit einem überhöhten Modell erhält man die tatsächlichen theoretischen Massen entsprechend der Ausführung, was z. B. für einen Soll-Ist-Vergleich verwendet werden kann. Im Beitrag werden die Grundlagen der bisherigen zweidimensionalen Planung und deren Abrechnungsgrenzen dargelegt und dem geometrischen Modell einer 3D-Planung gegenübergestellt. Es wird aufgezeigt, wie im Zuge einer BIM-Planung das geometrische Modell aufgebaut werden muss, um davon 2D-Pläne für eine Ausführungsplanung ableiten zu können. Darauf aufbauend werden Empfehlungen für die Erstellung der geometrischen Modelle einer BIM-Planung gegeben.

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