The connection between tunnels and cross passages places high demands on support and safety measures, especially for mechanized tunnelling with segmental lining. The critical task is to develop a temporary support system during the opening of the precast segmental lining until the inner lining of the cross passage has developed its full bearing capacity and is acting as a final support measure. For singleshell tunnels with waterproof linings, the serviceability of a durable waterproofing connection has to be ensured. A working group initiated by Austrian Federal Railways (ÖBB) has been concentrating on the opening of cross passages in TBM tunnels. The result of the research will be summarized in a guideline for the design of cross passage openings in tunnel with segmental lining. The guideline will describe the different systems already used for various scenarios according to the state of the technology. The paper summarizes the current state of the guideline and provides some recommended systems for lining support, waterproofing systems as well as some fundamental structural design models for the different support and coupling elements.
Die Verbindung von Tunnelröhren mit Querschlägen stellt speziell bei maschinellen Vortrieben mit Tübbingausbau hohe Ansprüche an die baulichen Sicherungsmaßnahmen. Der Übergang zwischen Tunnelröhre und Querschlag bildet im Bauzustand den kritischen Bereich. Die Herausforderung liegt darin, die Tübbinge der Tunnelröhre beim Abtragen bzw. Aufschneiden temporär zu stützen, bis der Ausbau bzw. die Innenschale des Querschlags hergestellt ist. Zusätzlich gilt es, die Gebrauchstauglichkeit des Dichtungsanschlusses bei gedichteten, einschaligen Systemen dauerhaft sicherzustellen. Eine von der ÖBB-Infrastruktur AG im Rahmen einer TVM-Forschungsinitiative initiierte Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit dem Anfahren von Querschlägen bei maschinellen Vortrieben. Das Ergebnis dieser Untersuchungen wird in einem Planungsleitfaden zusammengefasst. Ziel und Zweck des Planungsleitfadens ist es, die verschiedenen technischen Möglichkeiten für das Anfahren gemäß den anerkannten Regeln der Technik und den bisher erzielten Erfahrungen der eingesetzten Systeme zusammenzufassen. Beginnend mit dem Versuch, einheitliche Begriffe zu bestimmen, über die Abhandlung von allgemeinen Planungsgrundsätzen werden die gängigen Systeme zur Lastabtragung im Bereich der Tübbingöffnung, Abdichtungssysteme sowie Vorschläge für die statische Berechnung und Dimensionierung vorgestellt. Der Beitrag fasst den aktuellen Arbeitsstand des Planungsleitfadens zusammen.

The southern tube of the Koralm Tunnel, contract KAT3, is being conventionally excavated with two-pass lining, while the northern tube is being driven by TBM with single-pass segment lining. The tunnel tubes are located in quite different geotechnical conditions, with soft ground of high and low permeability, major fault zones and hard rock. Cross passages are provided about every 500 m of the 12 km long tunnel section. Different support types are required for the opening of the segment lining and connection to the excavation of the cross passage. In hard rock, the support consists of anchors, tail void grout and permanent bolts between the segments. In soft ground, a temporary pre-stressed steel structure is provided, with longitudinal dowels at ring joints and special segments with increased reinforcement for the special case where cross passage excavation enters the segment-lined tunnel.
Im Baulos KAT3 des Koralmtunnels KAT3 wird die Südröhre konventionell mit zweischaligen Ausbau und die Nordröhre maschinell mit einschaliger Tübbingauskleidung aufgefahren. Die Fahrröhren liegen in sehr unterschiedlichen geologischen Verhältnissen wie durchlässigen und undurchlässigen Lockerböden mit hohem Wasserdruck, großen Störungszonen und langen Abschnitten mit standfestem Gebirge. So wie für den gesamten Tunnel sind auch für den 12 km langen Tunnelabschnitt in der Nordröhre Querschläge im Abstand von rund 500 m herzustellen. Das Auffahren der Nordröhre erfolgt mittels einer Tunnelvortriebsmaschine (TVM) mit einschaliger Tübbingauskleidung. Aufgrund dieser Randbedingungen ergeben sich unterschiedliche Sicherungstypen für die Querschlaganbindung an die Tübbingröhre. Im kristallinen Festgestein erfolgt die Sicherung durch Anker, Ringspaltvermörtelung und permanente Schrauben. In den neogenen Sedimenten wurde eine temporäre Sicherung mit vorgespannter Stahlabstützung, Längsdübeln in den Ringfugen und Sondertübbingen entwickelt, die für diesen besonderen Fall des Einfahrens des Querschlagvortriebs in die Tübbingröhre anwendbar ist.

The Follo Line tunnels consist of a watertight single shell segmental lining with gaskets. The cross passages are drained, but watertightness is required between the two structures, which is a challenging boundary condition for design and construction. This paper focuses on the structural design of the intersection between the tunnels and the cross passages, which is performed with considerable effort. Special attention is brought to the water pressures acting in this area. Some of the challenges during project execution are discussed as well.

In the course of the construction of the new Wendlingen-Ulm line, the Boßler Tunnel with a length of 8,806 m is under construction between Aichelberg and Filstal. Both single-track main tunnel tubes are for the most part excavated by TBM and lined with segments. The main tunnel tubes have an overburden of up to 280 m and are separated by a rock pillar ranging in width from 5 to 30 m. For safety reasons, seventeen cross passages connect the main tunnels, each at a spacing maximum of 500 m. Cross passage excavation requires the opening of the main tunnel lining and therefore the removal of lining segments. In order to ensure stability of the tunnel lining during the construction phase, special lining segments are used for the main tunnel in cross passage areas. Special lining segments are adapted with additional reinforcement and built-in components. Shear forces in the circumferential joints are transmitted by shear dowels.
Im Zuge der Neubaustrecke Wendlingen-Ulm wird zwischen Aichelberg und Filstal der Boßlertunnel mit einer Länge von 8.806 m errichtet. Die beiden eingleisigen Haupttunnel werden vorwiegend maschinell aufgefahren und mit einer einschaligen Tübbingschale ausgebaut. Die Dicke des Gebirgspfeilers zwischen den beiden Röhren beträgt zwischen 5 und 30 m, die maximale Überlagerungshöhe ca. 280 m. Die beiden Haupttunnel werden in einem maximalen Abstand von 500 m mit insgesamt 17 Verbindungsbauwerken verbunden. Für den Vortrieb der Verbindungsbauwerke müssen die im Bereich der Tübbingöffnung verbauten Tübbinge ausgebaut werden. Um die Stabilität der Tübbingschale in der Bauphase sicherzustellen, werden die Tunnelröhren im Bereich der Verbindungsbauwerke mit Sondertübbingen, die entsprechend den zusätzlichen statischen und konstruktiven Anforderungen mit den erforderlichen Einbauteilen und zusätzlicher Bewehrung ergänzt werden, ausgeführt. Die Kraftübertragung im Bereich der Ringfuge erfolgt mit Schubdübeln.

This paper describes, by means of two practical examples, the different approaches employed to design and build cross passages between segmental lined tunnels for high speed railway lines in Spain. The increment of principal stresses at the cross passages leads to the need of an additional support system for the tunnel lining. The chosen solution for this support system depends mainly on the ground conditions, the tunnel overburden and contractor's local experience. The first example is related to the Pajares Tunnels bored in the San Emiliano formation and the second one collects the experiences of the Guadarrama tunnels bored in very hard gneiss and granite rocks. The aim of this paper is to establish some key aspects to be considered when choosing the cross passage design and the corresponding excavation process.

Emergency exits must be available at certain intervals in tunnels for safety reasons. For this purpose, cross passages are excavated to a second tunnel tube, to shafts with staircases or separate exit tunnels. For the excavation of these emergency exits in TBM drives with segmental lining, openings have to be provided in the segmental lining. This article outlines different systems to make openings in segmental linings. The choice of a suitable system depends on various constraints, e.g. the geometric dimensions of the tunnel tube and the cross passages or the prevailing soil conditions. In addition, the loadbearing capacity and serviceability is also very important.
In Tunnelbauwerken müssen aus sicherheitstechnischen Gründen in bestimmten Abständen Rettungswege vorhanden sein. Hierzu werden Querschläge zu einer zweiten Tunnelröhre, zu Schächten mit Treppenaufgängen oder auch separate Fluchtstollen hergestellt. Für den Bau dieser Rettungswege in maschinell vorgetriebenen Tunnelröhren mit Tübbingausbau müssen bei allen Varianten Öffnungen in der Tübbingschale ausgebrochen werden. Im Beitrag werden verschiedene Systeme zur Herstellung von Öffnungen in Tübbingschalen vorgestellt. Die Wahl eines geeigneten Systems hängt von verschiedenen Randbedingungen wie den geometrischen Abmessungen der Tunnelröhre und der Querschläge oder den anstehenden Baugrundverhältnissen ab. Darüber hinaus spielen aber auch die Tragfähigkeit und die Gebrauchstauglichkeit des Tübbingausbaus eine entscheidende Rolle.

Faced with the combined challenge of aging sewer infrastructure and rapid population growth, the Abu Dhabi Sewerage Services Company (ADSSC) has embarked on a bold approach to build an enhanced sewer infrastructure with a deep gravity sewer tunnel at the centre. The primary lining of the new 41 km-long deep sewer tunnel has been completed by tunnel boring machines (TBM). The concrete segmental lining has an internal diameter varying from 4 to 5.5 m internal diameter and is located at depths of 20 to 80 m below the ground surface. This paper discusses the results of observations made on segment cracking experienced at different stages in the installation of concrete lining for the first of three TBM drives in Contract T-02 of the Abu Dhabi Strategic Tunnel Enhancement Program (STEP). It also attempts to quantify correlations and ranking among various mechanical and geometrical variables of ring installation based on their contribution to segment cracking. The method of assessment used in the case study has been successfully verified on a separate project, which encouraged the author to develop and propose a generalized procedure for investigation to serve as a roadmap in the future projects with segment cracking issues.

The article provides a summarised report about the redesign of the 8, 822 m long Boßler Tunnel from the originally intended shotcrete method to a mechanically driven tunnel. The twin-bore Boßler Tunnel is the main contract on the Albaufstieg (Alb ascent) section of the new DB line from Wendlingen to Ulm as part of the major DB project Stuttgart-Ulm. In 2012, the tunnel was tendered by the DB AG for construction by conventional methods with shotcrete support, but a bid for the Boßler Tunnel was received from the consortium Porr, Hinteregger, Östu/Stettin and Swietelsky with an alternative proposal to drive a 2,900 m long section of the tunnel with a machine. The contract was awarded with the alternative proposal and during the construction of the Boßler Tunnel, a change was then made to complete mechanised tunnelling in a unique technical and operational process. The report provides an insight into the challenges of a change to the overall construction system, undertaken after the award during the construction period, for the driving of altogether 17,500 m of tunnel bores. Construction operations, logistics, design for construction, additional investigation measures and contractual parameters were reorganised and redesigned on a tight schedule. Starting with the original 5,800 m TBM drive and the start of tunnelling in April 2015, the entire Boßler Tunnel was actually constructed as a mechanically driven single-pass tunnel by June 2018.
Der Beitrag gibt einen zusammenfassenden Bericht über die Umgestaltung des 8.822 m langen Boßlertunnels von einem ursprünglich in Spritzbetonbauweise geplanten Tunnel in einen maschinell aufgefahrenen Tunnel. Der zweiröhrige Boßlertunnel bildet das Hauptbaulos am Albaufstieg der DB Neubaustrecke Wendlingen-Ulm im Zuge des DB Großprojekts Stuttgart-Ulm. 2012, als Tunnel in konventioneller Spritzbetonbauweise von der DB AG zur Ausschreibung gebracht, wurde der Boßlertunnel von der Arbeitsgemeinschaft Porr, Hinteregger, Östu/Stettin und Swietelsky mit einem Sondervorschlag, der das Auffahren des Tunnels mit maschinellem Vortrieb in einem 2.900 m langen Teilbereich vorsah, angeboten. Beauftragt mit dem Sondervorschlag wurde während der Bauausführung der Boßlertunnel in einem einzigartigen technischen und baubetrieblichen Vorgang in einen ausschließlich maschinell aufgefahren Tunnel umgestaltet. Der Beitrag vermittelt einen Einblick in die Herausforderungen einer generellen Änderung des Bausystems, nach Auftragserteilung im Zuge der Baudurchführung, beim Auffahren von insgesamt 17.500 m Tunnelröhren. Baubetrieb, Baulogistik, Ausführungsplanung, zusätzliche Erkundungsmaßnahmen und bauvertragliche Parameter waren in engen Zeiträumen umzugestalten und neu zu konzipieren. Ausgehend von ursprünglich 5.800 m TVM-Vortrieb und dem Vortriebsbeginn im April 2015 konnte bis Juni 2018 der gesamte Boßlertunnel als maschinell aufgefahrener einschaliger Tübbingtunnel hergestellt werden.

The construction of the Albabstieg Tunnel on the Wendlingen-Ulm railway line had to overcome several geotechnical challenges. For the filling of the ground replacement body as a foundation for the slab track from recycled tunnel excavation material, it turned out that the Jurassic limestones are only conditionally suitable as a qualified fill material. The aggregates processed on site can only be used as fill material if cement stabilised. Beside the main issue of karst investigation, above ground by means of geophysical methods and underground using a conventional drilling grid, two longer sections of pipe screens had to be constructed: in the area of an unsealed landfill intersected by the tunnel cross-section and in the area of shallow overburden in the Lehrer Tal. Tunnelling under a residential area with historic cellars had to be accompanied by an intensive monitoring of blasting due to highly variable rock strength. Low-emission tunnelling could only be achieved with additional measures of blasting optimization. With the interdisciplinary co-operation between client, geotechnical consultant, designer and contractor, these special challenges were successfully overcome and the construction works were completed within cost and schedule.
Beim Bau des Tunnel Albabstieg auf der NBS Wendlingen-Ulm mussten unterschiedliche, teilweise nicht prognostizierte geotechnische Herausforderungen bewältigt werden. Die Herstellung des Bodenaustauschkörpers im Einschnitt der Freien Strecke als Gründungskörper für die Feste Fahrbahn sollte aus aufbereitetem Tunnelausbruch erfolgen. Die anstehenden Weißjuragesteine sind nur bedingt als qualifizierter Schüttstoff geeignet, und die hergestellten Gesteinskörnungen konnten somit nur mittels geotechnischer Zusatzmaßnahmen eingebaut werden. Neben der Karsterkundung, über Tage durch geophysikalische Verfahren und unter Tage durch ein konventionelles Bohrraster, mussten im Vortrieb zwei Rohrschirmstrecken hergestellt werden: Im Bereich einer nicht abgedichteten Erdstoffdeponie und im Bereich geringer Überlagerung im Lehrer Tal. Sowohl bei der Karsterkundung, als auch bei der Herstellung der Rohrschirme kam es zu nicht prognostizierten Sachverhalten. Die Unterfahrung eines Wohngebiets mit historischen Kelleranlagen musste aufgrund der wechselhaften Gebirgsfestigkeit mit einem intensiven Sprengmonitoring begleitet werden. Erst durch zusätzliche Maßnahmen wie Sprengoptimierung konnte ein ausreichend emissionsarmer Vortrieb erreicht werden. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Auftraggeber, Sachverständigen, Planern und ausführendem Bauunternehmen führten zu einer erfolgreichen Bewältigung der besonderen Herausforderungen und einem Abschluss der Bauarbeiten im Kosten- und Terminplan.

Underground construction sites represent a complex challenge for all project participants. Precisely in the area of health and safety as well as fire safety, therefore, good coordination is necessary in order to successfully counteract the increased accident and health risks. Clear definition of tasks and responsibilities is therefore essential. Through a continuous risk management process, it is possible to ensure from the design phase to the construction phase that risks can be minimized in advance and that the best risk reduction measures can be derived. The Guideline and Regulation for the Planning, Construction and Maintenance of Roadways (RVS) 09.01.51 “Health and Safety on underground construction sites” provides the necessary basis for this and thus represents an essential tool for all project participants to improve the level of safety.
Untertagebaustellen stellen eine komplexe Herausforderung für alle Projektbeteiligten dar. Gerade im Bereich des Sicherheits- und Gesundheitsschutzes sowie des Brandschutzes ist daher eine gute Koordination notwendig, um dem erhöhten Unfall- und Gesundheitsrisiko erfolgreich entgegen wirken zu können. Eine klare Definition der Aufgaben und Verantwortlichkeiten ist daher unumgänglich. Durch einen kontinuierlichen Risikomanagementprozess kann von der Planungs- bis zur Ausführungsphase sichergestellt werden, dass Risiken bereits im Vorfeld minimiert und bestmögliche Maßnahmen zur Risikoreduktion abgeleitet werden können. Die Richtlinie und Vorschrift für das Straßenwesen (RVS) 09.01.51 “Sicherheit und Gesundheitsschutz auf Untertagebaustellen” bietet die notwendigen Grundlagen dafür und stellt somit ein essentielles Werkzeug für alle Projektbeteiligten zur Erhöhung des Sicherheitsniveaus dar.

The works contract for cyclic driving ÖNORM B 2203-1 has made a significant contribution to the successful completion of numerous tunnel construction projects in the last four decades. As part of a required update in the industry, no reason was seen to change the set of rules of the present classification system and the essential principles of the existing standard. The focus of the revision has therefore been - on the basis of the experience of the last decades in the implementation of tunnelling projects - on the one hand in the analysis and rating of support elements and additional measures and on the other hand in the provisions of the standard for water implications. Through these updates, in good old tunnel construction tradition, cooperative project management on a high constructional level will continue to be ensured.
Die Werkvertragsnorm ÖNORM B 2203-1 für den zyklischen Vortrieb hat in den letzten vier Jahrzehnten einen wesentlichen Beitrag zur erfolgreichen Abwicklung von zahlreichen Tunnelbauprojekten geleistet. Im Rahmen eines nunmehr erforderlichen Updates wurde in der Branche daher kein Anlass gesehen an dem vorliegenden Klassifizierungssystem über Vortriebsklassen und den wesentlichen Grundsätzen des bestehenden normativen Regelwerks zu rütteln. Die Schwerpunkte einer zielgerichteten Überarbeitung wurden daher - aufgrund der Erfahrungen der letzten Jahrzehnte bei der Abwicklung von Tunnelbauvorhaben - einerseits in der Analyse und Evaluierung der Bewertungsfaktoren von Stützmitteln und Zusatzmaßnahmen und andererseits in den normativen Regelungen zu den Wassererschwernissen gesehen. Durch diese Updates soll in guter alter Tunnelbautradition weiterhin eine kooperative Projektabwicklung auf hohem baubetrieblichen Niveau sichergestellt werden.

Transportation infrastructure projects are characterised by long project phases, a high number of project participants, hard-to-predict influences and their uniqueness. The new version of the ÖGG “Guideline for the Cost Determination for Transportation Infrastructure Projects” builds on experience of the previous version and sets new accents in practical applicability, e.g. through the use of risk fact sheets. Structured cost and risk management is no longer conceivable without adequate software. The integral cost and schedule analysis is a further step towards improved cost and project schedule stability. The guideline was published in English at the same time, which supports its use in international consulting.
Verkehrsinfrastrukturprojekte sind durch lange Projektphasen, eine hohe Anzahl an Projektbeteiligten, schwer vorhersehbare Einflüsse und ihre Einmaligkeit gekennzeichnet. Die neue Ausgabe der ÖGG-Richtlinie für die Kostenermittlung (2016) baut auf den Erfahrungen der Vorgängerversion auf und setzt neue Akzente in der praktischen Anwendbarkeit, z. B. durch den Einsatz von Risk Fact Sheets. Strukturiertes Kosten- und Risikomanagement ist ohne adäquate Software nicht mehr vorstellbar. Die integrale Kosten- und Bauzeitanalyse ist ein weiterer Schritt zur höheren Kosten- und Projektterminplanstabilität. Die Richtlinie erschien zeitgleich in englischer Sprache, wodurch ihr Einsatz bei internationalen Beratungsmandaten unterstützt wird.

Knowledge about the joint network is important in rock engineering. It controls the stability and strength of blocky rock masses. Thus, the joint network is mapped in more or less detail, regarding the specifications. To do so, different methods have evolved over the years. One of these methods is digital mapping, based on the visual and spatial appearance of the distinct joints. This mapping usually is done by an experienced geologist. However, the trend in digital mapping is towards a supervised but mainly autonomous identification of discontinuities. One aspect of this automated process is the recognition of joints in digital outcrop images by their optical attributes. This contribution presents a density based joint plane detection. By the combination of a vector based joint plane detection and a pixel based joint trace detection, not only joints, but also the foliation in the investigated tunnel face could be extracted very accurately. The approach represents the current state of research and further improvements are to be expected.
In der Felsmechanik ist die Kenntnis des Trennflächengefüges von größter Wichtigkeit, da es sowohl die Stabilität, als auch Gebirgsfestigkeit beeinflusst. Daher wird das Gefüge, abhängig von den Vorgaben, mehr oder weniger detailliert kartiert. Dazu wurden in den letzten Jahren unterschiedliche Methoden entwickelt. Eines dieser Werkzeuge ist die digitale Kartierung von Trennflächen, basierend auf optischen und räumlichen Merkmalen der jeweiligen Trennflächen. Dies erfolgt bislang manuell durch einen erfahrenen Geologen. Der Trend deutet jedoch zunehmend in die beaufsichtige und weitestgehend automatisierte Erfassung der Trennflächen. Ein Teilaspekt davon ist die Erfassung von Trennflächen in digitalen Aufschlussbildern anhand ihrer optischen Merkmale. Dieser Beitrag stellt eine häufigkeitsbasierte Methode zur Trennflächenerfassung vor. Durch die Verknüpfung einer vektorbasierten Trennflächenidentifikation und pixel-basierten Erfassung von Trennflächenspuren konnten nicht nur Trennflächen, sondern auch die Schieferung in der untersuchten Ortsbrust genau erfasst werden Der hier präsentierte Ansatz stellt jedoch nur einen aktuellen Stand der Forschung dar und es werden weitere Fortschritte erwartet.

In modern tunnelling, deformation monitoring is an important component to ensure a safe construction. It is state of the art to measure displacements at the inner side of the tunnel lining using total stations. In addition, pointwise geotechnical sensors, e.g. electric strain gauges, may be installed in geological fault zones, which, however, do not deliver a complete picture of the internal deformations. The Institute of Engineering Geodesy and Measurement Systems (Graz University of Technology) supported by the Austrian Federal Railways (ÖBB-Infrastruktur AG, SAE Fachbereich Bautechnik/Tunnelbau) developed a fibre optic sensing system, which realizes thousands of measurement points inside the tunnel lining. The distributed measurements can be used to assess the in-situ strain behaviour as well as to localize failures (e.g. cracks) in the lining. This paper reports about the calibration of the fibre optic system under well-known laboratory conditions and the practical utilization of the system in mechanized and conventional tunnelling. The results demonstrate the high potential of distributed fibre optic systems and their capability especially in the operational phase to extend classical measurement methods in tunnelling projects.
Im Zuge der Errichtung von Tunnelbauwerken erweisen sich zuverlässige Überwachungsmessungen als essentieller Bestandteil, um sichere Vortriebsarbeiten garantieren zu können. Die Erfassung von Verschiebungen entlang der Innenseite der Tunnelschale erfolgt standardmäßig mit Totalstationen. Zusätzlich werden in geologischen Störzonen spezielle Messquerschnitte mit geotechnischen Sensoren wie z.B. elektrische Dehnungsgeber hergestellt. Jedoch liefern derartige Sensorsysteme lediglich punktuelle Messwerte, wodurch kein vollständiges Bild der internen Auslastung der Tunnelschale entsteht. Zur In-situ-Deformationsanalyse im Tunnelbau wurde vom Institut für Ingenieurgeodäsie und Messsysteme der TU Graz unterstützt von der ÖBB-Infrastruktur AG (SAE Fachbereich Bautechnik/Tunnelbau) ein verteiltes faseroptisches Messsystem entwickelt. Aus den Dehnungsmessungen resultieren tausende Messstellen entlang einer einzelnen Messfaser im Inneren der Tunnelschale, die eine flächenhafte Beurteilung der Auslastung ermöglichen. Darüber hinaus können Überbeanspruchungen der Tunnelschale (z.B. Risse) detektiert werden. Dieser Beitrag erläutert die Kalibrierung des faseroptischen Gesamtsystems unter Laborbedingungen sowie die praktische Anwendung unter realen Umgebungsbedingungen im maschinellen und konventionellen Vortrieb. Anhand der Resultate zeigt sich, dass verteilte faseroptische Messsysteme großes Potenzial für Überwachungsmessungen in Tunnelprojekten insbesondere auch in der Betriebsphase bieten und wertvolle Informationen in Kombination mit klassischen Methoden der Ingenieurgeodäsie abgeleitet werden können.

The digitalisation of construction-related processes will increasingly penetrate the individual development phases of tunnel construction projects (design, construction and operation). The digital transformation will affect all tunnelling processes through its four key levers: “digital data, automation, networks and digital access”. Topics such as Industry 4.0, digital twins, Building Information Modelling or Lean Management will lead to a rethink in the construction industry. The constant use of data sources and the storage of data in independent databases is already possible. This makes it possible for the project participants to analyse collected construction-related data, to process it and to make it available through an online portal. This results in the possibility to evaluate, optimize and document construction processes on a well-founded data base. Complex construction management systems will be described with digital models, and the use of digital knowledge systems will support the decision-making process for stakeholders. The fundamental philosophy of the New Austrian Tunnelling Method should not be called into question by standardised calculation algorithms and tunnelling software. In this contribution, visionary future trends are outlined for cyclical and continuous tunnelling methods, which should stimulate a controversial discussion.
Die Digitalisierung von baubetrieblichen Prozessen wird zukünftig die einzelnen Abwicklungsphasen von Tunnelbauprojekten (Planen, Bauen und Betreiben) verstärkt durchdringen. Die digitale Transformation wird durch ihre vier wesentlichen Hebel “digitale Daten, Automation, Netzwerke und digitaler Zugang” Einfluss nehmen. Themenfelder wie Industrie 4.0, digitale Zwillinge, Building Information Modelling oder Lean Management werden zwangsläufig zu Veränderungen in der Bauwirtschaft führen. Bereits jetzt ist die kabellose Vernetzung von Datenquellen und die Speicherung von Daten in ortsunabhängigen Datenbanken möglich. Damit wird es den Projektbeteiligten möglich, gesammelte baubetriebliche Daten zu analysieren, zu bearbeiten und über ein Online-Portal zur Verfügung zu stellen. Daraus resultiert die Möglichkeit baubetriebliche Prozesse auf einer fundierten Datenbasis zu evaluieren, zu optimieren und Arbeitsvorgänge lückenlos zu dokumentieren. Komplexe baubetriebliche Systeme werden mit digitalen Modellen beschrieben, die Nutzung von digitalen Wissensmanagementsystemen wird die Entscheidungsfindung der Projektbeteiligten unterstützen. Die grundsätzliche Philosophie der Neuen Österreichischen Tunnelbaumethode darf aber durch standardisierte Berechnungsalgorithmen und Tunnelbausoftwares nicht in Frage gestellt werden. Für konventionelle und maschinelle Vortriebe werden visionäre baubetriebliche Zukunftstrends skizziert und sollen zu kontroversen Diskussionen anregen.

Safety, time and costs belong to the most important influencing factors in tunnelling. The Smarter Tunnelling concept can positively influence these factors by speeding up work processes, avoiding limited safety zones and saving time and money. Smarter tunnelling not only describes the use of machines that are remotely monitored, but also the integration of an entire intelligent system into a tunnelling project. For this purpose, all machines used have to communicate with each other and with a central data processing unit. To implement this digitization and automation in tunnelling projects, networking with intelligent sensors and actuators as well as special software are used. In order to achieve a trimming of work processes at the same time, it is necessary to streamline data processing through IT solutions. This paper presents the Epiroc solutions, which have been specially developed for the tunnel construction sector.
Sicherheit, Zeit und Kosten gehören zu den wichtigsten Einflussfaktoren im Tunnelbau. Das Konzept “Smarter Tunnelling” beeinflusst diese Faktoren positiv, indem Arbeitsabläufe beschleunigt, Zonen mit beschränkter Sicherheit nicht mehr befahren sowie Zeit und Kosten eingespart werden. Smarter Tunnelling beschreibt hierbei nicht nur den Einsatz von Maschinen, die fernüberwacht werden, sondern die Integration eines gesamten intelligenten Systems in ein Tunnelbauprojekt. Hierzu müssen alle eingesetzten Maschinen untereinander und mit einer zentralen Datenverarbeitungseinheit kommunizieren. Zur Umsetzung dieser Digitalisierung und Automatisierung im Tunnelbau erfolgt eine Vernetzung mit intelligenten Sensoren und Aktoren sowie spezieller Software. Um gleichzeitig eine Optimierung von Arbeitsprozessen zu erreichen, ist es notwendig die Datenverarbeitung durch IT-Lösungen zu verschlanken.

This article reports on the development of tunnel boring machines (TBMs) in the past decades and the current state of the art. The development is presented with a look back and a look forward into the near future. Starting with the questions on the development of diameter and operating pressure of closed tunnelling machines, the perspective is expanded to general developments and current trends in machine technology for soft ground and hard rock. Finally, the possibilities and potentials arising from environmental requirements, further increases in performance and digitalization in mechanized tunnelling are shown.
Der Beitrag berichtet über die Entwicklung von Tunnelvortriebsmaschinen (TVM) in den vergangenen Jahrzehnten und zeigt den aktuell erreichten Stand auf. Dabei wird die Entwicklung jeweils mit einem Blick zurück und einem Ausblick in die nähere Zukunft dargestellt. Beginnend mit den Fragestellungen zur Durchmesser- und Betriebsdruckentwicklung geschlossener Vortriebsmaschinen wird der Blickwinkel auf allgemeine Entwicklungen und aktuelle Tendenzen der Maschinentechnik für Locker- und Hartgestein erweitert. Abschließend werden die Möglichkeiten und Potenziale aufgezeigt, die Umweltanforderungen, weitere Leistungssteigerungen und Digitalisierung im maschinellen Tunnelbau bieten.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.