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Zum Titelbild:
Die HTW Berlin wurde vom Bundesverband Spannbeton-Fertigdecken e.V. beauftragt, Untersuchungen an einem bestehenden Gebäudekomplex durchzuführen und zu ermitteln, wie sich der Einbau von leichteren Spannbeton-Hohldielen im Vergleich zur Ausführung mit schlaff bewehrten Massivbetondecken auf das Gesamttragwerk und dessen ökologischen Fußabdruck auswirkt.
Die Ausführungen zeigen die ersten Ergebnisse in Gestalt des erheblichen CO2-Einsparpotentials am Tragwerk, das der Einsatz von Spannbeton-Hohldielen im Vergleich zu einer konventionellen Bauweise mit massiven Betondecken ermöglicht.
Die Ökobilanzierungen zu den weiteren Schadstoffemissionen, die bei der DGNB-Zertifizierung beurteilt werden, und zum Einsparpotential bei den Rohstoffen zwischen Spannbeton-Fertigdecken und konventionellen Massivdecken folgen im Frühjahr 2023. (Foto: DW-Systembau)

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Die Bauindustrie zählt zu den einflussreichsten Branchen hinsichtlich des anthropogenen Ressourcen- und Energieverbrauchs sowie des anfallenden Feststoffmülls (≥ 38 %). Die Entwicklung und Verwendung von Bauweisen und Baustoffen mit minimalem Umwelteinfluss über den gesamten Lebenszyklus ist somit von höchster Relevanz. Um den ökologischen Einfluss von Bauweisen und Baustoffen quantifizieren zu können, muss eine faktenbasierte Ökobilanzierung durchgeführt werden. Gegenwärtig ist dies meist nicht der Fall und objektive Vergleiche fehlen. Im Hochbau haben besonders Deckensysteme großen Einfluss auf die Gesamtbilanz der Tragstruktur. Deswegen widmet sich dieser Beitrag dem ökologischen Vergleich von unterschiedlichen Deckensystemen im Hochbau in Anlehnung an die EN 15804 und die EN 15978. Die Systemgrenzen sind mit den Lebenszyklusphasen Cradle-to-Gate und Cradle-to-Grave festgelegt worden. Insgesamt werden neun unterschiedliche Deckenarten aus Holz, Stahl, Beton wie auch deren Kombinationen im Rahmen unterschiedlicher statischer Systeme betrachtet. Alle Systeme wurden nach gängiger Ingenieurpraxis für die gegebenen Randbedingungen nach den aktuell gültigen Normen (ÖNORM, Eurocode) möglichst effizient dimensioniert. Die Ergebnisse zeigen, dass mit allen betrachteten Materialien ökologisch konkurrenzfähige Systeme umgesetzt werden können. Zentral sind jeweils ein Einsatz der Materialien entsprechend deren Eigenschaften und die Optimierung der Struktur sowie des Tragsystems.

Environmental Performance of Ceiling Systems in Building Construction - Currently used Systems and Future Optimisation Potenzial
The building industry counts to the most influencing sectors regarding raw material demand, energy use and solid waste generation (≥ 38 %). The development and use of construction methods and building materials with minimal environmental impact over the entire life cycle has therefore utmost relevance.
In order to quantify the environmental impact of construction methods and materials, a fact-based life cycle assessment must be carried out. Currently, these kinds of assessments are not state of practice with a lack of objective comparisons missing on the market. When looking at building construction, ceiling systems in particular have a great influence on the environmental footprint of the entire building. Therefore, this paper is dedicated to the environmental comparison of different ceiling systems in building construction based on EN 15804 and EN 15978. The system boundaries were defined with the life cycle phases of cradle-to-gate and cradle-to-grave. A total of nine different ceiling types within different structural systems were considered and evaluated. All systems were dimensioned as efficiently as possible according to common engineering practice for the given boundary conditions with the currently valid standards (ÖNORM, Eurocode). The results show that environmental competitive systems can be implemented using all considered materials. The key is to take the materials properties into account while simultaneously optimising the structure and load-bearing systems.

Die Herstellung von Betonbauteilen muss zum Schutze des Klimas nachhaltiger werden. Ein Ansatz ist die grundlegende Veränderung der Betonrezepturen in ihren Ausgangsstoffen und Massenanteilen. Diese sind so zu verändern, dass der Einsatz primärer Rohstoffe signifikant reduziert wird, ohne die physikalischen Eigenschaften des Betons nachteilig zu verändern respektive zu verbessern. Dieser Aufsatz befasst sich mit aktuellen internationalen Forschungsergebnissen zu nachhaltigen, kreislaufoptimierten Betonmischungsrezepturen und deren erzielten 28-Tage-Druckfestigkeitswerten. Diese wurden mithilfe eines Analysemodells über die empirischen Druckfestigkeitswerte der Rezepturen und deren mögliche CO2-Einsparung im Herstellungsprozess bewertet. Die Veränderung des Treibhauspotenzials basiert auf einer reduzierten Sachbilanzstudie der Stoffströme. Die Auswertung der verfügbaren Daten ergab, dass insbesondere durch den Einsatz industrieller Abfall- und Nebenprodukte in Beton, wie Kupferschlacke, keramische oder Gießereiabfälle sowie Steinschlammpulver, ein nachhaltiges Ergebnis erzielt werden kann. Bei Verwendung dieser Produkte konnte sowohl eine rechnerische Einsparung des Kohlenstoffdioxidausstoßes als auch eine Zunahme der 28-Tage-Druckfestigkeit gegenüber der Vergleichsprobe erzielt werden.

Evaluation of new concrete regarding the load-bearing behavior and the greenhouse gas reduction in the manufacturing process
The production of concrete components has to become more sustainable to protect the climate. One approach is the fundamental change in the concrete recipes in terms of their materials and mass proportions. Change has to be done so that the use of primary raw materials is significantly reduced without adversely changing or improving the physical properties of the concrete. This essay deals with current international research results on sustainable, circulation-optimized concrete mix formulations and their achieved 28-day compressive strength values. The results were evaluated with an analysis model using the empirical compressive strength values of the formulations and their possible CO2 savings in the manufacturing process. The difference in the greenhouse potential is based on a reduced life cycle inventory study of the material flows. The evaluation of the available data shows that a sustainable result can be achieved using industrial waste and by-products in concrete, such as copper slag, ceramic or foundry waste and stone sludge powder. By using these products, carbon dioxide emissions are reduced and an increase in the 28-day compressive strength compared to the reference sample could be achieved. The examined studies with recycled aggregates from mixed and broken concrete waste mostly led to a negative analysis value due to reduced strength values.

In der letzten Zeit haben Naturfasern aufgrund ihrer umweltfreundlichen, wirtschaftlichen und mechanischen Eigenschaften bei der Verwendung als Verstärkung in Verbundwerkstoffen ein wachsendes Interesse in der Forschung geweckt. Trotz dieser Vorteile wurde das Tragverhalten von textilen Bewehrungen aus Naturfasern in Betonbauteilen bisher nicht systematisch untersucht. Die für Textilbetonbauteile entwickelten Bemessungsregeln beschränken sich deshalb auf textile Bewehrungen, die aus synthetischen Fasern hergestellt wurden. In diesem Beitrag wird das einaxiale Zugtragverhalten von Betonbauteilen mit einer Bewehrung aus Flachsfasertextilien (beschichtete Drehergewebe) untersucht. Dafür wurden Probekörper hergestellt und geprüft, wobei die Parameter der Textilien, z. B. der Schussfadenabstand, systematisch variiert wurden. Als Referenz wurden unbewehrte Dehnkörper geprüft. Die Eignung der Flachsfasertextilien als Bewehrung für einaxial auf Zug beanspruchte Betonteile zeigt sich sowohl durch eine signifikante Erhöhung der Bruchlast im Vergleich zu unbewehrten und unterbewehrten Betonbauteilen als auch durch fein verteilte Rissbilder. Die Kurven der Spannungs-Dehnungs-Diagramme können in drei für bewehrte Dehnkörper typische Bereiche unterteilt werden (Zustand I - ungerissen, Zustand IIa - Erstrissbildung und Zustand IIb - abgeschlossenes Rissbild). Die Abgrenzung der Bereiche ist mit zunehmendem Bewehrungsgrad deutlicher.

Tensile load-bearing behaviour of concrete components with impregnated textile reinforcement made of natural fibres
Recently, the use of natural fibres as a reinforcement in composite building materials have witnessed a growing interest amongst researchers due to their ecological, economical and mechanical properties. In civil engineering, however, they have not been considered in extensive investigations or the development of design guidelines for concrete members with textile reinforcement made of synthetic fibres. In this paper, the uniaxial tensile load-bearing behaviour of concrete members reinforced with flax fibre textiles (impregnated leno fabrics) is investigated. Therefore, test specimens were casted and tested, varying parameters of the textiles, e. g., the spacing of the weft threads. For a reference, both test specimens reinforced with non-impregnated textiles and without any reinforcement were investigated. The suitability of this type of reinforcement for concrete members under uniaxial tension is shown by an increase in the ultimate load compared to members without or with less reinforcement. The curves of the stress-strain diagrams can be divided into three stages typical for reinforced tensile test specimens (state I - uncracked, state IIa - process of cracking and state IIb - completed crack pattern). The differentiation of the areas is clearer with an increasing reinforcement cross-section. Further, a finely distributed crack pattern with uniform crack widths was observed which supports the findings of the diagrams.

Durch den steigenden Sanierungsbedarf von Straßenbrücken in Deutschland kommt der Planung für deren Erhalt und Neubau eine wachsende Bedeutung zu. Je genauer die vorhandenen Kenntnisse über die Einwirkungen sind, desto präziser können Prognosen der Lebensdauer eines Bauwerks sein. Dies trifft nicht nur im Brückenbau zu, auch im Automobilwesen werden im Zuge der Fahrzeugoptimierung detaillierte, zeitlich veränderliche Achslasten gemessen und simuliert. Einen besonderen Einfluss auf die ermittelten Achslasten hat die Fahrbahnqualität. Unter Verwendung dieser Daten und Simulationsmethoden ergibt sich für das Bauwesen die Fragestellung nach einem möglichen Zusammenhang zwischen Fahrbahnqualität und Lebensdauer einer Straßenbrücke. Durch höhere Anforderungen an die Fahrbahnqualität im Bereich von Brücken könnten dynamische Lasten reduziert und aufwendige Sanierungen des Tragwerks vermieden oder verzögert werden. Zur Untersuchung eines möglichen Zusammenhangs wird im Folgenden ein Vorgehen zur Bestimmung des Einflusses der Fahrbahnqualität auf die Lebensdauer von Straßenbrücken vorgestellt. Hierfür werden realitätsnahe Fahrbahnoberflächen generiert und dazu verwendet, an einem gekoppelten Bauwerk-Fahrzeug-System vereinfachte Achs- und Fahrzeugmodelle durch Fußpunktanregung in Schwingung zu versetzen. Die zeitlich veränderlichen Schnittgrößen des Bauwerks können darauf aufbauend rückgerechnet und auf ihr Schädigungspotenzial hin analysiert werden. Diese Methodik wird abschließend anhand eines Beispiels veranschaulicht. Es kann gezeigt werden, dass in diesem Fall ein deutlicher Zusammenhang zwischen Fahrbahnqualität und Lebensdauer erkennbar wird.

Combined analysis of roadway, truck axle loads and the service life of concrete bridges
The increasing need for rehabilitation of road bridges in Germany results in a growing importance of planning their maintenance and new constructions. The more accurate the knowledge about impacts is, the more precise forecasts of the service life of structures can be. This is not only relevant for bridge construction, but also for the automotive industry, where detailed, time-varying axle loads are measured and simulated with the aim of vehicle optimisation. Using these data and simulation methods, the question of a possible connection between road quality and the service life of road bridges arises for civil engineering. By setting higher requirements for the pavement quality in the area of bridges, dynamic loads could be reduced and extensive renovations of the load-bearing structure could be avoided or delayed. In order to investigate a possible correlation, a procedure for determining the influence of the pavement quality on the service life of road bridges is presented below. For this purpose, realistic road surfaces are generated and used to trigger a forced vibration at the simplified axle and vehicle models on a coupled structure-vehicle system. Based on this, the time varying internal forces of the structure can be calculated and analysed for their damage potential. Finally, this methodology is illustrated by means of an example. It can be demonstrated that in this case a clear correlation between surface quality and service life can be identified.

Bei dem kollabierenden Abbruch von turmartigen Bauwerken wie Schornsteinen, Kühltürmen oder Fernmeldetürmen abseits der “grünen Wiese”, also im Baubestand, sind für das Umfeld kritische temporäre Bauzustände zu untersuchen, die sich mit einer normgerechten Analyse nicht im Detail abbilden lassen. Zur fachgerechten, sicheren und kosteneffizienten Planung und Durchführung solcher Abbrüche ist es erforderlich, diese Zustände zu identifizieren, um u. a. auch Risiken abschätzen zu können. In diesem Beitrag wird eine Serie von modernen numerischen Methoden vorgestellt, mit der Abbruchzustände an diesen Bauwerken ganzheitlich beschrieben werden können: von der nichtlinearen Abbruchstatik über die Einsturzsimulation mit Finiten Elementen und diskreten Partikeln bis zur Schwingungssimulation. Hierbei liegt die Innovation in der Verknüpfung der Methoden zur Erlangung einer zuverlässigen Erschütterungsprognose für Abbruchprojekte. Damit können Schäden an der Infrastruktur vermieden und ein wirtschaftlicher Abbruch durch kontrollierten Kollaps oder Sprengung ermöglicht werden. An zwei konkreten Praxisbeispielen, einer Schornsteinsprengung und einem Kühlturmabbruch per kontrolliertem Kollaps, werden die Funktion und Interaktion der Simulationen erläutert.

Integrated simulation of tower demolition
The demolition of tall structures located in urban areas, such as chimneys, cooling towers or telecommunications towers can lead to the critical construction states. These conditions cannot be analyzed in detail using code oriented analysis. To plan and conduct these kinds of demolitions professionally, safely, and cost-effectively, it is necessary to know these states to assess the corresponding risks. We describe a series of modern numerical methods with which the demolition of these structures can be described holistically: from non-linear demolition statics, to collapse simulation with finite element and discrete particle, to vibration simulation. In doing so, a combination of this innovative method and other procedures is applied to obtain a reliable prediction of vibrations in demolition projects. In this way, infrastructure damages can be avoided and a cost-efficient demolition by means of collapse or explosion will be possible. The function and interaction of the simulations are explained using two concrete practical examples: explosive demolition of a chimney and controlled collapse of a cooling tower.

Dieser Beitrag befasst sich mit der nichtlinearen Ermittlung der Spannungszunahme in Spanngliedern aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) in verbundlos vorgespannten Spannbetonträgern. Dafür wird zu Beginn ein Verfahren vorgeschlagen, anhand dessen die Spannungszunahme im Spannglied für jeden Lastschritt, vom Anfangszustand bis zum Bruchzustand, berechnet werden kann. Vom Anfangszustand bis zum Risszustand ist hierbei ein lineares Verfahren und vom Risszustand bis zum Bruchzustand ein iteratives Verfahren zielführend. Anschließend wird dieses Verfahren auf einen hypothetischen Spannbetonträger mit verbundlosen CFK-Litzen angewendet. Die daraus resultierenden Ergebnisse werden anschließend mit zwei verfügbaren Normen verglichen. Die empirische Spannungszunahme gemäß DIN EN 1992-1-1 (EC2) liegt deutlich unterhalb des in der nichtlinearen Berechnung ermittelten Werts und führt zu einer unwirtschaftlichen Bemessung der kostspieligen Spannglieder. Die Berechnung nach der kanadischen Norm (CAN/CSA-S806-02) hingegen liegt um ca. 20 % oberhalb des Werts aus der eigenen Berechnung. Zuletzt wird im Rahmen einer Parameterstudie der Einfluss aus der Menge an schlaffer Bewehrung und Spannbewehrung auf die Spannungszunahme im CFK-Spannglied untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine höhere Menge an Spannbewehrung die Spannungszunahme im Spannglied reduziert, während eine höhere Menge an schlaffer Bewehrung die Spannungszunahme erhöht.

Nonlinear analysis of the stress increase in the CFRP tendon of a unbonded prestressed beam
This article deals with the nonlinear evaluation of stress increase in unbonded carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) tendon in a post-tensioned beam. For this purpose, a method is proposed to calculate the stress increase in the tendon for each loading step from the initial state to the failure state. This method was in turn divided into two sub-methods, viz. a linear analysis dealing with the phase from initial to the cracking state and a nonlinear (iterative) analysis for the phase from cracking state to the failure. The method was then applied to a hypothetical post-tensioned concrete beam with unbonded CFRP tendon. The results obtained were subsequently compared with specific construction codes. This comparison showed no concordance with that of the empirical values suggested in DIN EN 1992-1-1 (Eurocode 2). The calculation according to the Canadian code (CAN/CSA-S806-02), on the other hand, deviated by approx. 20 % from the calculated value. At the end, a parametric study was conducted to investigate the effects of the amount of passive reinforcement and prestressing reinforcement on the stress increase in the unbonded CFRP tendon. The results showed that a higher amount prestressing reinforcement reduce the stress increase in tendon whereas an increased amount of passive reinforcement increases the stress increase.

Nachrichten:
Das neue bauingenieur24
Ingenieurbaukunst 2023 an Staatssekretär Rolf Bösinger übergeben
Ressourceneffizienz in der Betonherstellung - Otto von Guericke-Preis 2022 geht nach Kaiserslautern
4. Symposium Ingenieurbaukunst - Bauen mit und im Bestand
Deutscher Ingenieurbaupreis 2022 verliehen
DBV-Merkblatt “Parkhäuser und Tiefgaragen”

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The 27 km long second track between Divaca and Koper is one of Slovenia's most important infrastructure projects and includes seven tunnels with a total length of approx. 20.5 km. For tunnel T7 - Mlinarji above the Ospska valley in rni Kal, DSI Underground supplies all ground support equipment. (photo: DSI Underground)
Die 27 km lange zweite Bahnstrecke zwischen Divaca und Koper ist eines der größten Infrastrukturprojekte in Slowenien und beinhaltet den Bau von sieben Tunneln mit einer Gesamtlänge von rund 20,5 km. Für den Tunnel T7 oberhalb des Ospska-Tals in rni Kal liefert DSI Underground sämtliche Stützmittel. (Foto: DSI Underground)

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Final major tunnelling contract awarded for Sydney Metro West - Letzter großer Tunnelbauauftrag für Sydney Metro West vergeben
Implenia builds Boknafjord tunnel in Norway - Implenia baut Boknafjord-Tunnel in Norwegen
Contracts for main tunnel and materials management for second tube of Gotthard road tunnel - Verträge über Haupttunnel und Materialbewirtschaftung für zweite Röhre Gotthard Straßentunnel
Greywacke - Rock of the Year 2023 - Grauwacke - Gestein des Jahres 2023
Carcassing work in the Albula Tunnel complete - Roharbeiten im Albulatunnel abgeschlossen
Second tube of Long Itchington Wood Tunnel launched - Zweite Röhre der Long Itchington Wood Tunnels angefahren
Shell construction of cross passages in Rastatt Tunnel complete - Querschläge im Tunnel Rastatt im Rohbau fertig
Blast driving in Cholfirst safety tunnel started - Sprengvortrieb im Sicherheitsstollen Cholfirst gestartet
North Portal of Brenner Base Tunnel is taking shape - Nordportal des Brenner-Basistunnels nimmt Gestalt an
New Wendlingen-Ulm line goes into operation - Neubaustrecke Wendlingen-Ulm in Betrieb
Call for papers - Topics for the next issues of Geomechanics and Tunnelling - Themen für die nächsten Ausgaben der “Geomechanics and Tunnelling”

Small-diameter tunneling in hard rock is increasingly widespread due to the need for new and longer utility tunnels comprising sewer, stormwater, freshwater, or hydropower as well as cable tunnels and casings for pipelines transporting gas or hydrogen. Utility tunnels have to deal with a wide range of geological settings, like small overburden, weathered rock, rock-soil transitions, as well as fractured or intact hard rock with high strength and abrasivity. A database has been created including 35 hard rock projects with diameters between 1 and 5 m as well as more than 70,000 m of tunnel alignments, with a median drive length of less than 500 m. Challenges in creating it and some early interpretations based on the contents of the database are presented. Details about an exemplary pipe jacking project in basement rocks in Brittany, France, are given. The large variety in this small-diameter range in hard rock includes different TBM types, cutterhead designs, cutter types, and geotechnical conditions. Potential pitfalls in small-diameter TBM data analysis are shown and general drive parameter trends and penetration prediction approaches are presented and set in relation to the geotechnical conditions. Our analysis shows that difficult ground conditions do not only incorporate rocks with very high strength, but also generally weak rocks like schist or limestone could be responsible for low penetration rates and high thrust forces.

Tunnelbau mit kleinem Durchmesser in schwierigem Untergrund - Analyse der TBM-Leistung in hartem Fels
Die Anzahl an Tunnelbauprojekten mit kleinen Durchmessern in Gesteinen mit hohen Festigkeiten nimmt seit einigen Jahren stark zu, da neue und zunehmend längere Versorgungstunnel benötigt werden. Diese sogenannten Utility Tunnels sind mit einer Vielzahl von geologischen Gegebenheiten konfrontiert, wie geringe Überdeckung, starke Alteration der Gesteine, heterogene Ortsbrustbedingungen sowie Gesteine mit hoher Festigkeit und Abrasivität. Eine Datenbank mit zurzeit mehr als 35 Hartgesteinsprojekten mit Durchmessern zwischen 1 und 5 m sowie 70.000 m Tunneltrassen mit einer mittleren Projektlänge von weniger als 500 m wurde erstellt. Die Herausforderungen bei der Erstellung der Datenbank sowie einige erste Interpretationen auf der Grundlage des Inhalts der Datenbank werden vorgestellt. Weiterhin werden Details über ein beispielhaftes Rohrvortriebsprojekt im Grundgebirge der Bretagne, Frankreich, präsentiert. Die große Vielfalt in diesem kleinen Durchmesserbereich im Hartgestein umfasst unterschiedliche TBM-Typen, Schneidkopfdesigns, Werkzeugtypen und geotechnische Bedingungen. Es werden mögliche Fallstricke bei der Analyse von TBM-Daten aus Projekten mit kleinen Durchmessern aufgezeigt und allgemeine Trends bei den Antriebsparametern sowie Ansätze zur Vorhersage der Penetration vorgestellt und in Bezug zu den geotechnischen Bedingungen gesetzt. Unsere Analyse zeigt, dass schwierige Untergrundverhältnisse nicht nur Gesteine mit sehr hoher Festigkeit umfassen, sondern auch geringfeste Gesteine wie Schiefer oder Kalkstein für niedrige Vortriebsraten und hohe Anpresskräfte verantwortlich sein können.

The handling of a tunnel construction project poses great challenges for all those involved. Variables that cannot be clearly quantified can arise during the entire process of the project. The subsoil in tunnelling is one of these parameters which is difficult to forecast. The geological and hydrogeological conditions must be assessed during the planning phase with the help of exploratory measures and from the experience from projects that have already been built.
During the execution work, deviations from the documents on which the target determination is based occur in almost all underground construction projects. These changes can either cause a change in the construction process and/or lead to a different construction time in relation to the calculated duration.
Based on this initial situation, the development of an innovative contract and remuneration model for machine tunnelling appears to be important. The main focus of the model is to generate a transparent and comprehensible method of how the remuneration-worthy portion can be calculated in the case of a different construction time in mechanised tunnelling. In order to ensure this transparency and traceability of the system to be developed, the data records that can be digitally recorded during the tunnelling work are used as a fundamental basis for the created model.

Innovatives Vertrags- und Vergütungsmodell im maschinellen Tunnelvortrieb - Ermittlung der abweichenden Bauzeit auf Basis digitaler Vortriebs- und Prozessdaten
Die Abwicklung eines Tunnelbauprojekts stellt alle Beteiligten vor große Herausforderungen. Während des gesamten Projektverlaufs können Variablen auftreten, die nicht eindeutig quantifizierbar sind. Der Baugrund im Tunnelbau ist einer dieser schwer zu prognostizierenden Parameter. Die geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse müssen in der Planungsphase mit Hilfe von Erkundungsmaßnahmen und den Erfahrungen aus bereits realisierten Projekten beurteilt werden.
Während der Ausführungsarbeiten kommt es bei fast allen Tunnelbauprojekten zu Abweichungen von den der Kalkulation zugrundeliegenden Planungsunterlagen. Diese Änderungen können entweder einen geänderten Bauablauf und/oder zu einer abweichenden Bauzeit im Verhältnis zur kalkulierten Dauer zur Folge haben.
Ausgehend von dieser Ausgangssituation erscheint die Entwicklung eines innovativen Vertrags- und Vergütungsmodells für den maschinellen Tunnelbau als sinnvoll und notwendig. Der Schwerpunkt des Modells liegt darin, eine transparente und nachvollziehbare Methode zu generieren, wie der vergütungswürdige Anteil bei einer abweichenden Bauzeit im maschinellen Tunnelvortrieb berechnet werden kann. Um die Transparenz und Nachvollziehbarkeit im entwickelten Modell zu gewährleisten, werden die Datensätze, die während der Vortriebsarbeiten digital erfasst werden können, als wesentliche Grundlage verwendet.

Soft sedimentary rocks are frequently found in many mountainous regions of the world like Zagros Mountains located in the south and west of Iran, where most of Iran's water conveyance projects have been constructed or are under construction. These rocks usually contain considerable amounts of different types of clay minerals. The clay mineral-rich rocks cause many problems in the deep and long mechanised tunnelling projects. In particular, the boreability of these rocks is very different from other rocks, and due to their plastic behaviour and the lack of complete formation of chips during the cutting process by disc cutters, the prediction of cutterhead penetration in these rocks, with existing models, is often inaccurate. In this paper, a new model for estimating the disc cutter penetration in these rocks is introduced, which is based on data obtained from the main tunnelling projects completed in sedimentary rocks of Zagros Mountains. Then, the validity of the developed model is checked using actual data obtained from a tunnel recently constructed in the area. The new model can offer a more accurate estimate of machine performance in similar rocks.

In 2013, the Austrian Society for Geomechanics published the Guideline for the Geotechnical Design of Underground Structures with TBM Excavation. The Guideline contains general procedures for the geotechnical design and construction. In the design phase, the first steps are evaluating different ground conditions by classifying different ground types, different ground behaviours, their categorization into ground behaviour types, and the determination of construction measures derived from the ground behaviour. On this basis the expected system behaviour in each system sector of the tunnel boring machine (TBM) is predicted and described in detail to enable comparison in the construction phase. In the construction phase, geotechnical relevant ground parameters as well as observations regarding the actual system behaviour are recorded and compared with the assumptions of the design. The geotechnical design is updated continuously based on the encountered ground conditions and geotechnical observations. The improved quality of the geotechnical model allows an optimization of the construction while meeting all safety and environmental requirements. In the first part of the article, the general procedures of the guideline are described and parameters to describe the system behaviour in each system sector adequately are listed. In the second part of the article, the implementation of the guideline during design and construction at the Semmering Basetunnel in Austria is described.

Die Anwendung der Richtlinie für die geotechnische Planung von Untertagebauten mit kontinuierlichem Vortrieb in Österreich
2013 veröffentlichte die Österreichische Gesellschaft für Geomechanik die Richtlinie für die geotechnische Planung von Untertagebauten mit kontinuierlichem Vortrieb. Die Richtlinie enthält allgemeine Verfahren für die geotechnische Planung und Ausführung. In der Planungsphase werden in einem ersten Schritt die Baugrundverhältnisse analysiert, indem verschiedene Gebirgsarten und darauf aufbauend unterschiedliches Gebirgsverhalten definiert werden. Für jedes Gebirgsverhalten werden unter Beachtung der projektspezifischen Rahmenbedingungen bautechnische Maßnahmen abgeleitet. Anschließend kann durch die Zusammenschau von bautechnischen Maßnahmen und Gebirgsverhalten das Systemverhalten in jedem Maschinenbereich abgeleitet werden. Während der Ausführung werden geotechnisch relevante Baugrundparameter und Beobachtungen zum Systemverhalten dokumentiert und mit den Annahmen der Planung verglichen und die geotechnische Planung wird kontinuierlich aktualisiert. Durch diese Verfeinerung des Geotechnischen Modells können die bautechnischen Maßnahmen ständig optimiert werden. Im ersten Teil des Beitrages werden die allgemeinen Verfahren der Richtlinie beschrieben. Es wird eine Liste mit beobachtungsrelevanten Parametern angeführt, um das Systemverhalten in jedem Maschinenbereich nachvollziehbar zu beschreiben. Im zweiten Teil wird die Anwendung der Richtlinie während der Planung und der Ausführung am Beispiel des Semmering Basistunnels in Österreich erklärt.

One of the main hazards during tunnel boring machine (TBM) excavation in hard rock is related to the occurrence of unforeseen adverse conditions, leading to unfavourable rock mass behaviour during tunnel boring. In this respect, the continuous analyses of TBM excavation parameters may represent an interesting tool for a continuous monitoring of geotechnical conditions at the tunnel face and for early detection of changing ground conditions in the rock mass. This work provides a back-analysis of TBM data recorded during the excavation of the Frejus Safety Tunnel, bored across the French-Italian border in the Western Alps. It is a 13 km-long tunnel excavated by a 9.4 m diameter, single-shield TBM through strongly anisotropic calcareous schist, with cover up to 1800 m. Main problems faced during TBM excavation were related to the local occurrence of buckling-related convergence and consequent asymmetrical loading on the precast segment rings. Correlating TBM performance parameters to the encountered geological and geomechanical conditions provides the possibility to identify which parameters are most affected by geomechanical properties of the rock mass at the tunnel face and by rock mass behaviour. Conversely, the analysis indicates which parameters can be adopted as monitoring tool of ground conditions during TBM advance. In addition, this work highlights how buckling phenomena can be distinguished, in terms of TBM operation and performance, from other adverse conditions as, e.g., blocky ground or squeezing.

Pre-excavation grouting (PEG) is essential for mitigating groundwater inflow to unlined tunnel structures. Prevention of initial water inflow proved best practice to balance groundwater conditions throughout the utilisation of a tunnel. The grouted rock mass acts as a circumferential sealing barrier instead of a secondary lining to minimise groundwater inflow to an acceptable level over the structure's lifetime. The construction of unlined tunnels relies on existing favourable in-situ rock mass conditions with an overall low hydraulic head, mainly to keep the effort of grouting inferior and avoid an unbalanced proportion of pre-excavation grouting during the tunnel construction works.
From the operational perspective of tunnelling works, pre-excavation grouting delineates the continuous excavation process of a TBM and represents a discontinuative work process. In addition, grouting includes an exploration process ahead of the cutterhead to predict the ground conditions to align the sealing demand of the rock mass. Generally, pre-excavation grouting foresees the drilling of mainly open boreholes with a considerable length of 20 m to 25 m ahead of the tunnel boring machine (TBM). Establishing a continuous grouted zone around the tunnel demands an overlapping of the grouting rings ranging from 2 m to 10 m. The overlapping decreases the excavation length of the TBM adequately. The repetitive grouting process interfering with the excavation consists of various processes such as exploration including water loss measuring (WLM), the drilling and grouting of boreholes and the hardening time.
TBM tunnelling depends on the systematic and continuous implementation of construction procedures. Therefore, based on current static pre-excavation grouting, an agile combined grouting and excavation approach is presented, incorporating a reliable pre-excavation grouting, a systematic TBM excavation and a specific balance of long-term sealing and high utilisation rates for TBM excavation.

Analyse von vorauseilenden Injektionen im maschinellen Tunnelbau
Vorauseilende Injektionsmaßnahmen zur Reduktion von Wasserzutritten zu unverkleideten Tunnelbauwerken sind von entscheidender Bedeutung für den Erhalt der Grundwasserverhältnisse während und über die Gebrauchsdauer des Bauwerks hinweg. Aus baubetrieblicher Sicht stellen vorauseilende Gebirgsinjektionen eine Unterbrechung des kontinuierlichen Vortriebs dar. Der sich wiederholende Injektionsprozess besteht aus verschiedenen Subprozessen wie der Erkundung des Baugrundes, einschließlich von Wasserabpressversuchen, dem eigentlichen Bohren und Verpressen der Bohrlöcher und der Aushärtezeit des Injektionsgutes. Erforderliche Überlappungslängen verringern zudem die effektiven Vortriebslängen zwischen den Schirmen. Demgegenüber beruht die Effektivität eines TBM- Vortriebs auf der systematischen und kontinuierlichen Durchführung der Vortriebsprozesse, welche durch den disruptiven Injektionsprozess gestört wird. Anstelle der derzeitig üblichen statischen Ausführung von vorauseilenden Injektionsmaßnahmen mit fixierten Injektionsschirmlängen wird ein flexibles kombiniertes Injektions- und Ausbruchskonzept vorgestellt, das eine zuverlässige Injektion vor der Ortsbrust, einen systematischen Ablauf des TBM-Vortriebs bei einer hohen Auslastung und eine langfristige Abdichtung des Baugrunds gewährleistet.

The complex and dynamic nature of shield-driven tunnel excavation, staged construction, segmental lining installation process, and tail-void grouting necessitate using detailed numerical modeling for predicting ground behavior and response of segmental lining. In this article, results of three-dimensional advanced finite element modeling are presented for one of the major ongoing construction projects in the North America. Different segment joint models, i.e., rigid joints, perfect hinge joints, Janssen joints, and rigid joints with reduced lining thickness, are used in the analysis. Critical responses such as ground deformation, settlement trough, crown deformation, and the internal forces in the linings considering different segment joint modeling are discussed.