First TBMs launch in London for HS2 project - Erste TBMs in London für das HS2-Projekt gestartet
Breakthrough in the Kerenzerberg tunnel - Durchschlag im Kerenzerbergtunnel
The Inn district power station has been put into operation - Gemeinschaftskraftwerk Inn in Betrieb genommen
New schedule and cost plan for 2nd Munich main line - Neuer Zeit- und Kostenplan für 2. Stammstrecke München
Contract awarded for the Wendlingen Tunnel on the new Stuttgart-Ulm railway line - Tunnel Wendlingen auf der Neubaustrecke Stuttgart-Ulm vergeben
All tunnelling work in the Stuttgart basin has been completed - Alle Tunnelvortriebe im Stuttgarter Talkessel beendet
Sustainable pilot project in the Filder Tunnel uses cement-free building materials - Nachhaltiges Pilotprojekt im Fildertunnel setzt auf zementfreie Baustoffe
Herrenknecht AG wins bauma innovation award 2022 - Herrenknecht AG gewinnt bauma Innovationspreis 2022
Award ceremony for the international Mining the Future competition - Preisverleihung für den internationale Wettbewerb Mining the Future
Obituary Dipl.-Ing Guntram Innerhofer - Nachruf Dipl.-Ing Guntram Innerhofer
Call for papers - Topics for the next issues of Geomechanics and Tunnelling - Themen für die nächsten Ausgaben der “Geomechanics and Tunnelling”

The success of the energy transition in relation to achieving a low carbon fossil-free energy of the future largely depends on the extent to which collective efforts are geared towards specific goals, as the actual transformation of the energy sector is shaped by many challenges and uncertainties. Pandemics, uninterrupted supply chains and ongoing conflicts add to the complexity of the situation. The International Energy Agency has published its “World Energy Outlook” since 1998 and demonstrates ways of achieving a decarbonised energy of the future based on different scenarios. Taking three energy scenarios as the starting point, possible routes and corresponding effects by 2050 are outlined.
Das Gelingen der Energiewende in Richtung einer karbonärmeren und fossilfreien Energiezukunft wird maßgeblich davon abhängen, wie zielorientiert diese gemeinschaftlichen Anstrengungen wahrgenommen werden, denn die aktuelle Transformation des Energiesektors ist geprägt von unzähligen Herausforderungen und Unsicherheiten. Pandemien, unterbrochene Lieferketten und aktuelle Konflikte verstärken den Komplexitätsgrad. Seit 1998 veröffentlicht die internationale Energieagentur ihren “World Energy Outlook” und zeigt mit unterschiedlichen Szenarien mögliche Wege in eine dekarbonisierte Energiezukunft. Anhand dreier Energieszenarien werden mögliche Wege und deren Auswirkung bis 2050 skizziert.

To increase capacity and reduce travel time for long-distance traffic, the Austrian Federal Railways (ÖBB-Infrastruktur AG) are planning a new railway line between Köstendorf and Salzburg. The centrepiece of the project is the Flachgau Tunnel - an approx. 16 km long, twin-tube single-track tunnel system. The selected tunnel alignment ''K5 optimiert'' was developed in a multi-year route selection procedure. Further optimisation within the current design stage - the detailed submission - achieved a 200 m shortening in tunnel length. The chosen standard cross-section was substantiated with life-cycle-cost and carbon-footprint investigations which also coincided with experiences from the construction and operation of existing tunnel structures with varying cross-sections and travel speeds. Both studies show the advantages of the larger 54 m2 cross-section compared to a smaller 44 m2 cross-section. Complex hydrogeological conditions require a water pressure-tight tunnel design capable of withstanding a maximum pressure of approx. 11 bar. These conditions are especially challenging for conventional tunnelling methods and require a waterproofing concept with two independent sealing layers. At present, the construction of the project is scheduled to take place from 2027 until 2040.
Zur Erhöhung der Kapazität auf der Weststrecke sowie zur Fahrzeitverkürzung im Fernverkehr plant die ÖBB-Infrastruktur AG eine Neubaustrecke im Abschnitt Köstendorf-Salzburg. Herzstück des Vorhabens ist der etwa 16 km lange Flachgauertunnel, der als eingleisig zweiröhriges Tunnelsystem geplant ist. Die im Zuge des mehrjährigen Trassenauswahlverfahrens entwickelte Auswahltrasse “K5 optimiert” wurde in der laufenden Planungsphase - der vertieften Einreichplanung - adaptiert und damit eine Verkürzung um ca. 200 m Länge erreicht. Erfahrungen aus der Errichtung sowie dem Betrieb von Tunnelbauwerken mit unterschiedlichen lichten Querschnittsflächen und Fahrgeschwindigkeiten wurden in Studien zu Life Cycle Costs sowie zum Carbon Footprint untermauert, in denen Tunnelquerschnitte mit 44 und 54 m2 gegenübergestellt wurden. Die Ergebnisse beider Studien zeigen die Vorteile des größeren Querschnitts. Komplexe hydrogeologische Rahmenbedingungen erfordern die druckwasserhaltende Ausbildung des gesamten Tunnelbauwerks bei Wasserdrücken von bis zu 11 bar. Bei diesen Rahmenbedingungen wird vor allem bei konventionell aufgefahrenen Abschnitten nahezu Neuland betreten, sodass ein Abdichtungssystem mit zwei voneinander unabhängigen Abdichtungsebenen entworfen wurde. Aus derzeitiger Sicht soll die Neubaustrecke zwischen 2027 und 2040 errichtet werden.

After a long design and approval process, the construction works for the first phase of the A26 started in 2019. The A26 not only relieves the central part of the road network of the city of Linz but also allows the river Danube to be crossed by means of a bridge: a 300 m long bridge, anchored in the rock slopes forming the banks of the Danube. The elements of the first phase are the Danube bridge and the two underground motorway junctions, Danube North and South, with excavation cross-sections of up to 400 m2 and the tight radii of the motorway on-ramps. Besides these conditions, urban planning requirements such as the protection of residents against immissions caused by noise and vibration, and the increased negative impacts resulting from the traffic during construction have an effect on the construction works. The excavated material from the tunnel is transported off site by ship. The existing rock mass requires excavation by means of the drill-and-blast method. The project-specific boundary conditions such as the high number of portals, the noise-reflecting effect of the “Danube gorge” and the low overburden require substantial measures to limit and monitor the immissions.
Nach einer langen Planungs- und Genehmigungsphase wurden die Hauptbauarbeiten zur A26 Linzer Autobahn Anfang 2019 in Angriff genommen. Der neue, über weite Bereiche unterirdische Straßenzug der A26 entlastet nicht nur die bestehenden innerstädtischen Verkehrswege im Linzer Stadtgebiet erheblich, sondern stellt auch eine zusätzliche Donauquerung in Form einer echten Hängebrücke mit einer Spannweite von über 300 m zur Verfügung. Die Hauptelemente des 1. Verwirklichungsabschnitts sind die Donaubrücke und zwei unterirdische Vollanschlussstellen, nördlich und südlich der Donau, mit Ausbruchquerschnitten bis zu 400 m2 und Rampentunnel mit engen Radien. Neben diesen Rahmenbedingungen erfordert die Planung eines innerstädtischen Bauprojekts neben der umfassenden Berücksichtigung des Anrainerschutzes hinsichtlich der Immissionswirkungen durch Lärm und Erschütterungen auch die möglichst reduzierte Auswirkung der Bauarbeiten auf die bestehenden Verkehrswege. Das Ausbruchmaterial der bergmännischen Bauweise des Tunnel Freinberg und der Anschlussstelle Donau Süd müssen über den Wasserweg der Donau abtransportiert werden. Die projektspezifischen Rahmenbedingungen, wie eine sehr hohe Anzahl an Tunnelportalen, die Schallreflexionen innerhalb des Donautals und die geringe Überlagerung erfordern gesamthaft erhebliche Maßnahmen zur Reduktion der Auswirkungen während der Bauphase.

West Link (Swedish: Västlänken) is one of the biggest infrastructure projects in Sweden building an in total 8 km double-track railway tunnel in Gothenburg, which is currently under construction. “E05 Korsvägen” is a construction lot which is part of the West Link project with the Swedish transport authority Trafikverket as the client. The works were awarded to the Joint Venture (JV) West Link Contractors consisting of Wayss & Freytag Ingenieurbau AG and NCC. A special contract model with a design and build part combined with a regular bill of quantities comprises building an underground double-track railway tunnel with a length of 3.2 km and the new Korsvägen station. This sub-project includes three drill and blast sections and three open excavation sections. All three construction pits will be executed in challenging soft ground conditions. The JV is confronted with high environmental demands and special requirements for the blasting works in the urban area of Gothenburg.
Mit dem West Link (Schwedisch: Västlänken) Projekt befindet sich derzeit eine insgesamt 8 km lange zweigleisige Neubaustrecke in der Ausführungsphase. Der West Link erstreckt sich über das Stadtzentrzum Göteborgs. Die schwedische Transportbehörde Trafikverket möchte damit die Kapazität des Schienennetzes steigern und zukünftig das stetig anwachsende Verkehrsaufkommen der Hafenstadt entlasten. Mit einer direkten Haltestellenanbindung an den bestehenden Hauptbahnhof “Centralen” werden entlang der Tunneltrasse zwei weitere unterirdisch liegende Bahnhöfe Haga und Korsvägen erstellt. Der 3,2 km lange Bauabschnitt Korsvägen wird von der Arbeitsgemeinschaft West Link Contractors, bestehend aus den Firmen Wayss & Freytag Ingenieurbau AG und NCC, ausgeführt. Dabei wird der neue Haltepunkt Korsvägen zu einem Drittel in offener Bauweise, und zu zwei Dritteln in geschlossener Bauweise erstellt. Hinführend zum Bahnhofsbauwerk werden die östlich und westlich gelegenen Aufweitungen als Übergang in den viergleisigen Bahnsteigbereich im Sprengvortrieb aufgefahren. Darüber hinaus werden zwei weitere Baugruben in geologisch anspruchsvollen Böden wie Quickton und Moräne erstellt. Die Komplexität des Projekts zeichnet sich vor allem durch die innerstädtische, dicht überbaute Lage der Tunneltrasse aus, die im Hartgestein aufgefahren wird. Kombiniert mit den sehr anspruchsvollen weichen Böden und dem oberflächennahen Grundwasserpegel sind die aufzufahrenden Tunnelbauwerke sowie die innerstädtischen tiefen Baugruben auf dem West Link Projekt eine ingenieurtechnische Herausforderung in jederlei Hinsicht.

The soil tunnel in Drammen (Norway), part of Bane NOR's 'New Double Track Drammen-Kobbervikdalen' project, has a length of 290 m; however, the different unfavourable boundary conditions combined with a large excavation cross section (156 m2) make this section the most technically challenging part of the project. The soil tunnel is driven mostly in saturated glaciofluvial sediments, which consist primarily of sand and gravel with a low content of fines, resulting in a low cohesion to cohesionless soil. The groundwater level, always within or above the tunnel section, cannot be lowered during the construction due to project requirements. These geological/hydrogeological conditions together with the large cross section present a high-risk scenario for any tunnelling project and, in the case of Norway, an unprecedented challenge. Moreover, the tunnel is located in an urban area and has a low overburden of just 8 to 9 m during the first 80 m. For the client it was critical that the design solution was safe, robust, and able to respond to the existing level of uncertainty and potential unexpected occurrences. ILF's design is able to answer these technical challenges while removing many of the typical risks associated to saturated soil tunnelling with a solution that relies mainly on extensive pre-excavation ground improvement works in the form of jet grouting executed from the surface.
Der sogenannte “Lockermaterialtunnel” in Drammen (Norwegen) ist ein Teilabschnitt des Gesamtprojekts “2 gleisiger Eisenbahntunnel Drammen - Kobbervikdalen” der norwegischen Eisenbahngesellschaft Bane NOR. Der Abschnitt hat eine Länge von 290 m. Die unterschiedlichsten ungünstigen Randbedingungen in Kombination mit einem großen Ausbruchsquerschnitt (156 m2) machen diesen Abschnitt zum technisch anspruchsvollsten Teil dieses Tunnelprojekts. Der Tunnel wird größtenteils in gesättigten gletscherfluvialen Sedimenten aufgefahren, welche zu einem hohen Anteil aus Sand und Kies bestehen und einen sehr geringen Feinanteil aufweisen und der Baugrund somit als kohäsionsarmer bis kohäsionsloser Boden einzustufen ist. Der auf Tunnelniveau oder knapp oberhalb des Tunnels verlaufende Grundwasserspiegel darf entsprechend den Projektvorgaben während der Bauarbeiten nicht abgesenkt werden. Diese geologischen und hydrogeologischen Bedingungen sowie der große Querschnitt stellen für jedes Tunnelbauprojekt ein hohes Risiko dar und sind im Falle Norwegens eine außergewöhnliche Herausforderung für einen in untertägiger Bauweise zu errichtenden Tunnel dar. Darüber hinaus befindet sich der Tunnel in einem städtischen Gebiet und hat eine geringe Überdeckung von nur 8 bis 9 m im ersten Teilabschnitt. Für den Bauherrn war es von entscheidender Bedeutung, dass die gewählte tunnelbautechnische Vortriebslösung daher eine sehr sichere und robuste Bauweise ist und auf die bestehenden Unsicherheiten und möglichen unerwarteten Ereignisse reagieren kann. Die von ILF vorgeschlagene Lösung - einer umfangreichen, vorab von der Oberfläche aus hergestellten Bodenverbesserung - ermöglichte diese Anforderungen zu erfüllen und gleichzeitig viele der typischen Risiken, die mit dem Tunnelbau in gesättigtem Boden verbunden sind, mit einer sehr sicheren und robusten Lösung zu begegnen. Dieser Vergütungsring um den Tunnel wurde mit den Düsenstrahlverfahren hergestellt.

The profile accuracy during tunnel excavation will be influenced by several factors. Basically the design of the blasting pattern, the confinement conditions, the peak particle velocity generated, the escape of the gas volume and the geology are shown here, which are decisive criteria for successfully avoiding damage induced by blasting operations. Smooth blasting methods have been used successfully for years to minimize rock damage. By using electronic initiation systems in combination with software programs for modeling the energy conditions and the peak particle velocities generated, subsidence damage caused by blasting can be largely avoided.
Die Profilgenauigkeit wird im Zuge der Tunnelauffahrung durch mehrere Faktoren beeinflusst. Hier sind im Wesentlichen die Auslegung der Sprenganlagen im Nahbereich, die Einschlussverhältnisse, die generierten Schwinggeschwindigkeiten, das Entweichen des Gasvolumens und die Geologie ausschlaggebende Kriterien für eine erfolgreiche Vermeidung von durch Sprengarbeiten induzierten Bergschaden. Gebirgsschonende Sprengverfahren sind seit Jahrzehnten erfolgreich im Einsatz, um die Gebirgsschädigung zu minimieren. Durch den Einsatz von elektronischen Zündsystemen in Kombination mit Softwareprogrammen zum Modellieren der Energieverhältnisse und der generierten Schwinggeschwindigkeiten kann Bergschaden durch Sprengarbeiten weitestgehend vermieden werden.

The main lot of the Kerenzerberg safety gallery, a project of the Swiss Federal Roads Office (ASTRA), is currently under construction. In addition to the main works, the construction of a 5.2 km long safety gallery with a tunnel boring machine, the contract includes the excavation of 20 cross-passages and 52 ventilation galleries. The Joint Venture KER450 that was awarded the contact chose to excavate these cross headings simultaneously to the main drive. To implement the logistics concept, which needs to be highly capable and flexible at the same time, the contractor decided on an innovative and emission-free supply system known as Automated Service Vehicles (ASV). These fully electric, wheel-bound vehicles allow an almost automatic operation and were recently developed and supplied by the company VirtuRail. The first experiences after approximately one year of operation are very positive and have proven to be a main factor in the successful realisation of a challenging logistics concept.
Die Arbeitsgemeinschaft KER450 errichtet derzeit im Auftrag des schweizerischen Bundesamts für Straßen (ASTRA) den Sicherheitsstollen Kerenzerberg. Zusätzlich zum Vortrieb des ca. 5,2 km langen Sicherheitsstollens sind 52 Abluftstollen und 18 Querverbindungen zur Bestandsröhre zu errichten. Der Auftragnehmer entschied sich dabei, diese Querbauwerke zeitgleich zum Hauptvortrieb zu erstellen, was eine große Herausforderung an die Logistik stellt. Für die Bewältigung dieser Aufgabe setzt die Arbeitsgemeinschaft ein innovatives Logistikkonzept um. Zum Einsatz kommen sogenannte Automated Service Vehicles (ASV), die rein elektrisch angetrieben sind und einen hoch automatisierten Betrieb ermöglichen. Bei diesen Fahrzeugen handelt es sich um eine Neuentwicklung des Unternehmens VirtuRail. Der Einsatz dieser Fahrzeuge hat sich bewährt und war ein wesentlicher Faktor für die erfolgreiche Umsetzung des gewählten Konzepts.

The Grand Paris Express is an urban infrastructure project in the Paris agglomeration. The outer districts, which will be enlarged with 70,cp te000 new flats per year, are to be connected to the public transport network of the core city. At the same time, various economic centres are planned around the city, similar to the La Défense banking centre. The metro lines connect the suburban railways, three airports and various TGV stations as a large ring and with direct connections to other transport hubs. The 19.3 km Grand Paris Express Line 16.1 connects the suburbs north and east of Paris in the Seine-Saint-Denis department. The cramped construction sites require modern construction processes that are sustainable and can be implemented quickly. For the fully automatic and completely underground line the client, Société du Grand Paris (SGP), is using segmental linings made of steel fibre concrete. The designer Egis, the contractor Eiffage Génie Civil and the segment manufacturer Bonna Sabla optimised the original solution of the 9.5 m ring in terms of productivity and quality in order to complete the construction site within SGP's desired schedule. For the MC2010 performance class, the segments use C50/60 concrete reinforced with 40 kg/m3 of Dramix high performance steel fibres. The 0.75 mm thin fibres, with a tensile strength of more than 1800 N/mm2, form a massive network of 11.6 km fibres/m3 concrete. The entire project also saves over 10,000 t of CO2 due to less steel consumption.
Grand Paris ist ein städtebauliches Infrastrukturprojekt in der Agglomeration Paris. Die Außenbezirke, die jährlich mit 70.000 neuen Wohnungen vergrößert werden, sollen am öffentlichen Verkehrsnetz der Kernstadt angeschlossen werden. Gleichzeitig sind verschiedene Wirtschaftszentren um die Stadt geplant, ähnlich wie das Bankenzentrum La Défense. Die Metrolinien verbinden die S-Bahnen, drei Flughäfen und verschiedene TGV-Bahnhöfe als großer Ring und mit direkten Verbindungen zu weiteren Verkehrshubs. Die 19,3 km lange Grand Paris Express Line 16.1 verbindet die Vororte nördlich und östlich von Paris im Departement Seine-Saint-Denis. Die beengten Baustellen verlangen nach modernen Bauprozessen, die nachhaltig und schnell umsetzbar sind. Der Bauherr Société du Grand Paris (SGP) verwendet für die vollautomatische und komplett unterirdische Linie Tübbinge aus Stahlfaserbeton. Der Planer Egis, der Unternehmer Eiffage Génie Civil und der Tübbinghersteller Bonna Sabla optimierten die ursprüngliche Lösung des Rings mit einem Druchmesser von 9,5 m hinsichtlich Produktivität und Qualität, um die Baustelle im gewünschten Zeitplan der SGP fertig zu stellen. Für die Leistungsklasse nach MC2010 wird für die Tübbinge C50/60-Beton verwendet, der mit 40 kg/m3 Dramix Hochleistungs-Stahlfasern bewehrt ist. Die 0,75 mm dünnen Fasern, mit einer Zugfestigkeit von mehr als 1800 N/mm2 bilden ein Netz mit einer Gesamtlänge von 11,6 km Fasern/m3 Beton. Das ganze Projekt spart mehr als 10.000 t CO2 durch den geringeren Stahlverbrauch ein.

CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) is the world's largest research centre for high-energy and particle physics. The research infrastructure contributed to the greatest successes in the field of experimental physics. A new, approximatively 91 km long subsurface infrastructure connected to the existing particle accelerator complex is being conceived in the frame of the Future Circular Collider. It would serve a global community of researchers with two subsequently operated particle colliders until the end of the 21st century. Even at an early stage of such a project, comprehensive investigations have to be carried out into the nature of the subsoil in order to find an optimal utilisation strategy for the excavated material in accordance with the national and international regulations in order to promote the recycling of excavated tunnel material in terms of resource conservation and the improvement of the sustainability of underground construction projects.
CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) ist das weltweit größte Forschungszentrum für Teilchenphysik. Mit seinen Teilchenbeschleunigern trug diese Organisation zu einigen der größten Erfolge im Bereich der Experimentalphysik bei. Mit einer etwa 91 km langen, kreisförmigen unterirdischen Infrastruktur kann bis zum Ende des 21. Jahrhunderts ein Programm im Bereich der physikalischen Grundlagenforschung mit zwei nacheinander installierten Teilchenbeschleunigern durchgeführt werden. Schon in einem frühen Stadium eines solchen Projekts müssen umfassende Untersuchungen zur Beschaffenheit des Baugrunds durchgeführt werden, um für das anfallende Ausbruchmaterial eine Verwertungsstrategie zu finden, die mit den national und international geltenden Vorschriften im Einklang steht, um die Verwertung von Tunnelausbruchmaterial im Sinne der Ressourcenschonung und der Verbesserung der Nachhaltigkeit von Untertagebauprojekten voranzutreiben.

Excavation material from tunnel constructions, which is generally regarded as waste, has to be disposed of properly, but is good input material for producing recycling aggregates or for on-site reclaiming or recycling action. Due to the large mass and potential contaminations from rock formations and/or tunnelling process, reclaiming or recycling has to be monitored. The waste law provides standardized examination methods and parameters, limit values, quality classes and requirements. In the course of the revision of the Austrian landfill ordinance and the Austrian circular economy strategy by the Federal Ministry Republic of Austria Climate action, environment, energy, mobility, innovation anf technology (BMK), adaptions regarding the promotion of circular economy for this material should be developed. This study provides a description of the technical and legal requirements, actual challenges and an outlook to possible changes of the requirements.
Tunnelausbruchmaterial, das in der Regel als Abfall anfällt, muss einerseits ordnungsgemäß entsorgt werden, stellt andererseits aber ein potenzielles Ausgangsmaterial für die Herstellung z.T, hochwertiger Recycling-Baustoffe dar oder kann bereits vor Ort sinnvoll verwertet werden. Aufgrund der großen Masse sowie möglicher, sich teilweise beeinflussender Kontaminationsmöglichkeiten aus dem Tunnelvortrieb bzw. dem Ausgangsgestein muss eine Verwertung kontrolliert erfolgen. Dafür existieren seitens des Abfallrechts Untersuchungsvorgaben, Parameter, Qualitätsklassen und Verwertungsvorgaben. Im Zuge einer Novelle der Deponieverordnung sowie der Kreislaufwirtschaftsstrategie des Bundesministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK) sollen hier Anpassungen dieser Anforderungen in Richtung der Forcierung einer Kreislaufwirtschaft angedacht werden. In dem Beitrag sollen sowohl die bisherigen rechtlichen und fachlichen Anforderungen, aktuelle Herausforderungen aus der Umsetzung sowie ein Ausblick auf eventuelle Änderungen der Rahmenbedingungen dargestellt werden.

Tunnel construction is not immune to the climate crisis - here too there is an urgent need to improve the carbon footprint. The production of concrete and consumption of cement cause climate-damaging CO2 emissions. A tunnel with a 10 m diameter, for example, generates around 10 t of CO2 per linear metre. The main priority is thus to reduce the amount of concrete and steel reinforcement used and to select low-carbon cements and binders, as well as employing single-shell construction methods suited to the requirements of the construction project. We need to consider practical approaches to reducing concrete volumes which go beyond structural requirements. CO2 reduction in tunnelling starts with the design and approval process, so financial incentives must be built into award criteria and construction contracts. This article aims to highlight ideas which in future will play an increasingly important role in the design of underground construction works than is currently the case. Although many well-established work practices and design details in underground construction are based on decades of experience and are bound by normative and contractual framework conditions, it is now time to re-examine the facts and consider new ideas that reflect the need to reduce CO2 in concrete construction.
Die Klimakrise macht auch nicht vor dem Tunnelbau halt, sondern fordert eine Verbesserung der CO2-Bilanz. Betonherstellung bzw. Zementverbrauch verursachen klimaschädliche CO2-Emissionen. So fallen zum Beispiel bei einem Tunnel mit 10 m Durchmesser durchschnittlich etwa 10 t CO2 je Laufmeter an. Im Fokus stehen daher sowohl die Reduktion von Betonkubaturen und Stahlbewehrung als auch die Verwendung von CO2-armen Zementen und Bindemitteln, sowie einschalige Bauweisen je nach Anforderungen an das Bauwerk. Praktische Arbeitsabläufe zur Verringerung von Betonmengen, die über das statisch Erforderliche hinausgehen, sind zu diskutieren. CO2-Reduktion im Tunnelbau beginnt zum einen mit Planung und Genehmigungsverfahren und braucht zum anderen Anreize einer monetären Bewertung in Vergabekriterien und Bauverträgen. In diesem Aufsatz sollen Denkanstöße aufgezeigt werden, die in Zukunft bei der Planung von Untertagebauwerken zunehmend eine größere Rolle als bisher einnehmen sollen. Auch wenn viele bislang etablierte Arbeitsschritte und Ausführungsdetails im Untertagebau auf jahrzehntelangen Erfahrungen beruhen als auch durch normative und vertragliche Randbedingungen gebunden sind, müssen im Hinblick auf die notwendige CO2-Reduktion im Betonbau in vielerlei Hinsicht neue Überlegungen angestellt und Gegebenheiten hinterfragt werden.

Tunnelling and underground construction is a material-intensive undertaking that involves the use of large quantities of concrete. Analyses of the life-cycle assessment of a new tunnel show that the carbon footprint is largely determined by cement and concrete consumption. Optimising the quantity used, composition and properties of this construction material is thus crucial to reducing ''grey'' emissions - CO2 emissions arising from the construction phase. While strength and durability requirements along with exposure classes are clearly set out in directives and tender specifications, CO2 emissions per cubic metre of concrete are not currently considered a relevant criterion when it comes to project design, award and implementation. And this, despite the fact that the current state of knowledge and research shows that substantially lower-carbon concretes could be used than is generally the case today. A paradigm shift is required to achieve the goal of carbon neutrality in the construction industry.
This paper shows how CO2 emissions per cubic metre of concrete can be declared and reduced in tunnel construction, and how concrete recipes can be formulated using climate-friendly materials, while maintaining the required strengths and durability properties. Using the design approaches outlined here, it is possible to increase clinker efficiency and reduce CO2 intensity without adversely affecting the structure and its functionality.
Der Tunnel- und Untertagebau ist ein materialintensives Unterfangen, bei dem große Betonmengen zum Einsatz kommen. Analysen der Umweltbilanz eines Tunnelneubaus zeigen, dass insbesondere der CO2-Fußabdruck maßgeblich vom Zement- bzw. Betonverbrauch abhängt. Zur Reduktion der sogenannten grauen Emissionen - der CO2-Emissionen, die während der Bauphase entstehen - ist die Optimierung der Einsatzmenge, der Zusammensetzung und der Eigenschaften dieses Baustoffs demnach von signifikanter Bedeutung. Während Festigkeit und Dauerhaftigkeitsanforderungen bzw. Expositionsklassen in Richtlinien und Ausschreibungen klar spezifiziert werden, stellen CO2-Emissionen pro Kubikmeter Beton derzeit kein planungs-, vergabe- oder ausführungsrelevantes Kriterium dar. Und das, obwohl nach Stand des Wissens und der Forschung bereist heute wesentlich CO2-ärmere Betone ausgeführt werden könnten als es in der Praxis i. d. R. der Fall ist. Um das Ziel der CO2-Neutralität im Bauwesen zu erreichen, sollte es hier zu einem Paradigmenwechsel kommen.
In diesem Beitrag wird gezeigt, wie CO2-Emissionen pro Kubikmeter Beton für den Tunnelbau deklariert und reduziert werden können, wie Betonrezepturen mit klimafreundlichen Stoffen entworfen und wie dabei die erforderlichen Festigkeiten und Dauerhaftigkeitseigenschaften sichergestellt werden können. Mit den dargestellten Design-Ansätzen können die Klinkereffizienz gesteigert und CO2-Intensität gesenkt werden, ohne negativen Einfluss auf das Bauwerk und seine Funktionalität zu nehmen.

Sustainability is a guiding principle for political, economic and ecological action, which in companies, societies and countries all over the world, is based on the following three pillars: ecology, economy and social aspects. With the associated worldwide efforts to reduce emissions, this topic has also arrived in the construction industry in general and thus in tunnel construction in particular. In addition to the actual planning, construction, use and maintenance of mined structures, tunnel builders certainly have a special role to play, since the creation of underground structures relieves overground structures and can also change living space for the better. However, the influences and impact must always be considered in the overall context of all three pillars of sustainability - and in our fast-paced times, this requires a considerable change in mindset as well as a clear change and expansion of the assessment standards. The following article draws a current picture of “sustainable tunnelling” on the basis of four sub-sections that describe selected tasks and approaches from the perspective of operators, planners, the construction industry and science as a basis for discussion.
Nachhaltigkeit stellt ein Leitbild für politisches, wirtschaftliches und ökologisches Handeln dar, das in Unternehmen, Gesellschaften, Ländern der ganzen Welt auf den drei Säulen Ökologie, Ökonomie und Soziales beruht. Mit den damit verbundenen weltweiten Bestrebungen, Emissionen zu reduzieren, ist diese Thematik auch in der Bauindustrie im Allgemeinen und damit im Tunnelbau im Besonderen angekommen. Neben der eigentlichen Planung, Errichtung, Nutzung und Erhaltung von bergmännisch aufgefahrenen Bauwerken fällt hier den Tunnelbauern sicher auch deshalb eine spezielle Rolle zu, da durch die Schaffung von unterirdischen Strukturen die Oberflächen unserer Erde entlastet werden und Lebensräume auch zum Positiven verändert werden können. Die Einflüsse und Auswirkungen müssen dabei aber immer im Gesamtkontext aller drei Säulen der Nachhaltigkeit gesehen werden - und dies bedarf in unserer kurzlebigen Zeit einem gewaltigen Umdenken sowie einer deutlichen Änderung und Erweiterung der Bewertungsmaßstäbe. Im Beitrag wird anhand von vier Teilbeiträgen zu ausgewählten Aufgabenstellungen und Lösungsansätzen aus Sicht von Betreibern, Planern, Bauindustrie sowie Wissenschaft als Diskussionsgrundlage ein aktuelles Bild zur Nachhaltigkeit im Tunnelbau gezeichnet.

In a former paper of the authors a concept for dimensioning pressure shafts, considering the passive resistance of rock-mass, has been developed. The assumption made there was that many cracks are distributed evenly over the circumference. The width of a single fissure was estimated by a reduction factor on the cumulated width of cracks. This question was now investigated analytically on basis of common mechanical principles and was confirmed by FE calculations. On hand of examples a dimensioning concept for bridging a single fissure by the steel lining has been developed. In the annex questions frequently arising over the planning process are discussed. It is intended to facilitate an overall judgement of the individual system by better knowledge of the complex relations.
Der Beitrag ergänzt einen früheren Aufsatz der Autoren, die ein grundsätzliches Bemessungskonzept für Druckschächte unter Nutzung des passiven Gebirgswiderstandes entwickelt haben. Im untersuchten Rechenmodell sind die Radialrisse im Felsmantel gleichmäßig über den Umfang verteilt. Die Kumulation ihrer Rissweiten ergibt mit einem Reduktionsfaktor im Modell die maßgebende Weite eines Einzelrisses. Im vorliegenden Artikel wird die Überbrückung dieses Einzelrisses durch die Stahlpanzerung auf Grundlage nachvollziehbarer mechanischer Prinzipien analytisch untersucht und mit FE-Berechnungen ergänzt. Ergebnis ist das Bemessungskriterium der Rissüberbrückung, das weiterführend in Beispielen für Bemessungsvorschläge angewandt wird. Im Anhang werden Fragen diskutiert, die sich bei der Planung häufig stellen. Beabsichtigt ist, durch Analyse der komplexen Zusammenhänge die geschlossene Beurteilung des Systems zu erleichtern.

Modernized tunnel Ivan now open for traffic - Tunnel Ivan modernisiert und für den Verkehr freigegeben

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Zum Titelbild:
Innovative Verfahren der Blechumformung und parametergestützte CAD-Modellierung erlauben die Realisierung hoch individualisierter Stahlbaukonstruktionen im Bauwesen. An der RWTH Aachen untersuchen der Lehrstuhl für Tragkonstruktionen und das Institut für Bildsame Formgebung topologische Bausysteme aus Feinblech auf Grundlage dieser Prinzipien. Mithilfe solcher Systeme lassen sich beliebige Flächengeometrien erzeugen, auch komplexe Krümmungen auf der Grundlage individueller Bauteile werden wirtschaftlich herstellbar. Zwei Prototypen, die im Rahmen dieser Untersuchungen entstanden sind, nutzen die strukturelle Leistungsfähigkeit des Materials aus und zeigen das Leichtbaupotenzial dieser Konstruktionsweise auf (Quelle: Lehrstuhl für Tragkonstruktionen (Trako RWTH), Beitrag Trautz, M. et al, S. 375 ff.).

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Das Projektmanagement im Bauwesen ist geprägt von vielschichtigen und zahlreichen Abhängigkeiten, großen Projektvolumen, veränderlichen Randbedingungen und langen Laufzeiten. Da sich Kriterien, Einschätzungen und Meinungen verändern oder erst im Projektverlauf eindeutig werden, benötigt es strukturierte und definierte Planungsgrundlagen sowie flexible Handlungsmöglichkeiten. Im Forschungsprojekt DigitalTWIN bilden deshalb digitale Werkzeuge für das Projektmanagement einen wichtigen Schwerpunkt. Die Implementierung agil entwickelter Softwarefunktionen im Projektverlauf von Gitterschalenkonstruktionen und Seilnetzfassaden zeigt exemplarisch die Vorteile einer engen Kopplung zwischen Projektbeteiligten und Experten der Datenwissenschaft und der Softwaretechnik. Tatsächliche Projektabläufe werden schneller und präziser bewertbar, strukturierte Prozessentwicklungen können datenbasiert abgeleitet werden und erprobte Workflows werden situativ angepasst, ohne den Bezug zur wachsenden Datenbasis zu verlieren. Der Aufsatz leitet zu Managementmethoden ein und zeigt beispielhaft, wie in Bauprojekten durch individuelle Softwareentwicklung aus relevanten Daten schneller Wissen und Handlungsempfehlungen abgeleitet werden können. Die erforderlichen Cloud-Infrastrukturen, die Plattformtechnologien und Methoden werden dabei in Demonstratoren sukzessive entwickelt und geben einen Ausblick, wie mit verteilten IT-Systemen trotzdem strukturiert, schnell, umfassend, digital und vertrauenswürdig zusammengearbeitet werden kann.

Agile software development in construction projects - a report summarizing the DigitalTWIN research project
Project management in the construction sector is characterized by manifold and numerous interdependencies, high project volumes with variable constraints and long project durations. It requires structured and defined planning principles as well as flexibility, as criteria, assessments, and opinions change or only become clear during the course of a project. Digital tools for project management are consequently an important focus in the DigitalTWIN research project. The implementation of agile software development in the project course of grid shell structures and cable net facades show the advantages of a close collaboration between project stakeholders and specialists in data science and software engineering. Real project progress can be evaluated faster and more precisely, process designs can be developed based on data, and proven workflows can be adjusted to specific situations without losing the relation to a growing database. The paper gives an introduction to management methods and shows how knowledge and recommended actions for construction projects can be obtained faster from relevant data using individual software development. The required cloud infrastructures, platform technologies and methods are developed step by step in demonstrators and provide an outlook how collaboration can be structured, fast, comprehensive, digital and trustworthy using distributed IT systems.

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist ein Schweißverfahren, mit dem dreidimensionale Strukturen aus Stahl hergestellt werden können. Wie andere additive Fertigungstechnologien ermöglicht es die Herstellung geometrisch komplexer Strukturen, die mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur sehr aufwendig realisierbar sind. In diesem Beitrag wird ein Arbeitsablauf vom Entwurf bis zur Fertigung für den Einsatz von WAAM im Rahmen der Herstellung von Stützen mit außergewöhnlicher Geometrie vorgestellt. Hierbei wird die Erforschung von Materialverhalten und Prozessparametern mit dem Ziel kombiniert, ein digitales Werkzeug für den Entwurf und die Fertigung von Bauteilen mittels WAAM bereitzustellen. Um die gewünschten Geometrien zu erreichen, werden die erforderlichen Schweißparameter erfasst und in einem rudimentären Digitalen Zwilling gespeichert. Ergänzt wird dies durch mehrere Prozesskontrollen, die während des Druckprozesses durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass das Objekt wie geplant erzeugt wird. Schließlich werden die Strukturen hergestellt und einer kritischen Bewertung unterzogen, um das Potenzial für zukünftige Anwendungen zu ermitteln. Die Herausforderung, geometrische Komplexität mit der Fertigung in großem Maßstab zu verbinden, stellt einen nächsten Schritt in der Integration von WAAM in den Stahlbau dar.

3D printed columns with exceptional geometry
Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is a welding process used to build up three-dimensional structures in steel. Like other Additive Manufacturing technologies, it allows for geometrically-exceptional structures to be fabricated which are otherwise unfeasible or very expensive to manufacture using traditional methods. This paper presents an integrated design approach to the use of WAAM in the context of large-scaled applications, focusing on columns with exceptional geometric complexity. It combines material behaviour and process parameter research, with the aim of providing a digital tool to design and print structures using WAAM. To achieve the desired geometries, necessary welding parameters are stored and applied to a rudimentary digital twin model. This is complimented by multiple process-control checks, which are implemented during the printing process to ensure that an object is generated as planned. Finally, the structures are manufactured and are subjected to a critical evaluation in order to identify the possible future potential. The challenge of combining geometric complexity with manufacturing for large scale represents a next step in the integration of WAAM in steel constructions.

Der Einsatz von Stahl im Bauwesen war über viele Jahre von engen Vorgaben hinsichtlich der einsetzbaren Halbzeuge geprägt und verlieh Stahlkonstruktionen häufig den Charakter von “Baukastensystemen”. Die Modernisierung der Bearbeitungsmethoden veränderte diese Gegebenheiten. Im digitalen Zeitalter ist es nunmehr möglich, nicht nur aufseiten der Produktion, sondern auch aufseiten des Entwurfs, der Darstellung, der Planung und der Konstruktion eine Prozesskette zu erstellen, mit deren Unterstützung hoch individualisierte Stahlbauteile erzeugt werden können, die Teil wiederum von individualisierten Bauwerken sind. Mit diesen Mitteln lassen sich Leichtbaukonstruktionen aus Blech mit individuellem Design erstellen, wie zwei Prototypen, die an der RWTH Aachen in Kooperation des Lehrstuhls Tragkonstruktionen mit dem Institut für Bildsame Formgebung entstanden sind, eindrücklich demonstrieren. Die neuartige Bauweise aus Feinblech erschließt einen für den Stahlbau bisher eher unzugänglichen Formenkanon und erweist sich als äußerst materialsparend und liegt so im Trend des nachhaltigen Bauens unserer Zeit.

Lightweight structures made of thin sheet metal
For many years, the use of steel in the construction industry was characterized by strict specifications regarding the semi-finished products that could be used and often gave steel structures the character of “modular systems”. The modernization of processing methods changed and improved these conditions. In the digital era, it is now possible to create a process chain not only on the production end, but also on the design, presentation, planning and construction end, with the support of which highly individualized steel components can be produced, which in return form part of individualized structures. With these means, lightweight sheet metal structures with individual design can be created, as impressively demonstrated by two prototypes that were created at RWTH Aachen University in cooperation between the Chair of Structures and Structural Design and the Institute of Metal Forming. The novel construction method using thin sheet metal opens up a canon of shapes that was previously rather inaccessible to steel construction and proves to be extremely material saving, thus being in line with the trend of sustainable construction of our time.

Prozesse beim Planen, Bauen und Betreiben sind von Abstimmungen, Bewertungen und Entscheidungen geprägt, bei denen Modelldaten, Visualisierungen und Simulationen wesentlich unterstützen. Im Forschungsprojekt DigitalTWIN steht deshalb der Einsatz von Diensten der erweiterten Realität (Extended Reality/XR) als ein wesentlicher Visualisierungsweg zukünftiger Arbeitsabläufe im Fokus. Eine durchgängige Datenverarbeitung, um Objekt-, Prozess- und Werkzeugdaten koordiniert kombinieren zu können, ist eine wesentliche Voraussetzung. Der systematische Einsatz der Gebäudedatenmodellierung (Building Information Modeling/BIM) und die Anwendung agiler Projektmanagementmethoden sind hierfür die Basis. Um die Schnittstellen durch IT-Werkzeuge schneller und aufgabenspezifisch zu lösen, wurden die entwickelten Dienste für kompatible, offene Plattformtechnologien entwickelt. Auch neue Funktechnologien für die latenzarme Vernetzung sowie die Frage des Breitbandausbaus auf der Baustelle wurden untersucht, da mit modernsten Visualisierungs- und Interaktionstechnologien die Anforderungen an die Breitbandinfrastruktur steigen. Der Aufsatz leitet zu den Möglichkeiten von XR-Diensten im Bauwesen ein und zeigt dann die entwickelten Szenarien für Stahl-Glas-Konstruktionen. Abschließend wird die Kombinierbarkeit der Softwaremodule für spezifische Einsatzszenarien gezeigt und ein Ausblick gegeben, wie Technologien des Industrial Internet of Things und der erweiterten Realität verknüpft werden können.

Situation-based use of extended reality technologies for steel-glass structures - a report from the DigitalTWIN research project
Planning, construction and operation are characterized by coordination, evaluation and decision-making processes, for which model data, visualizations and simulations provide essential support. The DigitalTWIN research project therefore focuses on the use of extended reality/XR services as an essential visualization path for future work processes. End-to-end data processing is an essential prerequisite in order to combine object, process and tool data in a coordinated manner is an essential prerequisite. The systematic use of building information modeling (BIM) and the application of agile project management methods are the base for this. Based on open platform technologies fast and task-specific services were developed in order to efficiently adapt and optimize software interfaces between individual modules. New wireless technologies for low-latency networking and the issue of broadband expansion on the construction site were also investigated, as state-of-the-art visualization and interaction technologies increase the demands on broadband infrastructure. The article introduces the possibilities of XR services in construction and then shows the developed scenarios for steel-glass constructions. Finally, the combinability of the software modules for specific application scenarios is shown and an outlook is given on how Industrial Internet of Things and augmented reality technologies can be linked.

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