In slurry shield tunnelling, a reliable face support is presumed if a sufficient support pressure is transferred and the slurry excess pressure provides efficient support pressure on the soil skeleton. The required support pressure is calculated in reference to the groundwater pressure and the earth pressure. In this paper, the sliding wedge mechanism is applied. To ensure face stability, the support pressure transfer needs to be provided within the theoretical sliding wedge at the tunnel face. Therefore, the penetration depth of the bentonite suspension as a support medium has to be kept within limits. Research shows that certain penetration is required.
The stagnation gradient defines the relation of the support pressure and the penetration depth of the suspension. The gradient has a described minimum, but also an undefined but existing maximum. The German standard DIN 4126 describes two cases for the minimum at each trench depth: Either the pressure losses due to the pressure acting outside the sliding wedge are less than 5 % or the stagnation gradient is at least 200 kN/m3. If the supporting pressure gradient is below 200 kN/m3, DIN 4126 defines rough reduction factors. For a more precise observation of the stagnation gradient, this paper presents a detailed supplement to the DIN 4126 approach taking the tunnel diameter and the angle of the sliding wedge into account. The aim is to determine the minimum recommended stagnation gradient for which no increase of the slurry excess pressure is necessary due to too deep penetration.

As part of the four-track improvement of the Zurich-Berne line near Aarau, the 3.1 km long Eppenberg Tunnel was bored using a multi-mode TBM. This involved driving more than 700 m in highly permeable soils, mostly above the groundwater table. The hydroshield drive was confronted with considerable problems. The static yield point of the bentonite slurry repeatedly fell below the critical limit of 10 N/m2, despite its frequent replacement. As a result, large quantities of slurry penetrated into the ground and large quantities had to be replaced. In addition, significant additional grout quantities were repeatedly observed for the filling of the annular gap. A systematic and analytical approach in cooperation with all parties involved made it possible to determine the behaviour of the system. Problems started with highly permeable open-framework gravel layers, which permitted the slurry to penetrate far into the ground. This resulted in overbreak in the crown and local underpressure of the slurry with respect to the grout around the shield. Consequently, the annular gap grout flowed past the shield tail seal and destroyed the thixotropic properties of the slurry by adding free Ca cations. The slurry became unusable and had to be replaced. An extensive set of measures finally made it possible to solve the problems and safely bring the excavation to breakthrough.
Für den vierspurigen Ausbau der Strecke Zürich-Olten bei Aarau, wurde der 3, 1 km lange Eppenbergtunnel mit einer Multi-Mode-Tunnelvortriebsmaschine vorgetrieben. Dabei waren über 700 m im hoch durchlässigen Schotter und größtenteils über dem Grundwasserspiegel auszubrechen. Der Hydroschildvortrieb war mit erheblichen Problemen konfrontiert. Die statische Fließgrenze der Bentonitsuspension sank trotz häufiger Suspensionswechsel immer wieder unter die kritische Grenze von 10 N/m2. Dadurch flossen große Mengen an Suspension in den Baugrund ab, die ersetzt werden mussten, und es wurden häufig deutliche höhere Verpressmengen beim Ringspaltmörtel benötigt. Mit einem systematischen und analytischen Vorgehen gelang es, eine Erklärung für die Ursache der instabilen Suspension zu finden. Ausgangspunkt sind hoch durchlässige Rollkieslagen (Open-Framework-Gravel-Lagen), in denen die Suspension weit in den Baugrund eindringt, sich ein Überprofil entwickelt und sich ein lokaler Unterdruck in der Suspension in Relation zum Ringspaltmörtel über dem Schild einstellt. In der Folge überströmt der Ringspaltmörtel die Schildschwanzdichtung, mischt sich mit der Suspension, führt zu einem Kationentausch im Bentonit und damit zum Verlust der thixotropen Eigenschaften. Die Suspension verliert den Bentonit, wird dadurch unbrauchbar und muss getauscht werden. Durch ein umfangreiches Maßnahmenpaket konnte Ausbruch sicher bis zum Durchschlag zu Ende geführt werden.

A large number of successfully completed tunnelling projects in sensitive environments and airport areas show the highest technical and quality standards of mechanized tunnelling technology, mastering project challenges and individual tasks in the interest of customers, clients and the environment. The Forrestfield Airport Link, currently under construction in Perth, Australia, is one of these projects tackling challenges in an airport area sensitive to any kind of settlement and subsurface conditions. The paper highlights the project challenges that require a well-adapted TBM concept and experience with the use of variable density TBM technology from the manufacturer's point of view.

The article presents a platform approach, in which the almost complete linking of machine data analysis, Building Information Modelling, document management system and digital ground models can be carried out in real time during a mechanised tunnel drive. All processes of mechanised tunnelling are digitalised and further processed in various applications in real time. The subsequent examples should demonstrate that there are now practically no application limits to the digitalisation of tunnel construction sites. Furthermore the potential and limits of artificial intelligence and machine learning are presented.
Im Beitrag wird ein Plattformansatz vorgestellt, in dem die nahezu vollständige Verknüpfung von Maschinendatenauswertung, Building Information Modelling, Dokumentenmanagementsystemen und digitalen Baugrundmodellen im maschinellen Tunnelbau vortriebsbegleitend und in Echtzeit durchgeführt werden kann. Sämtliche Prozessdaten des maschinellen Vortriebs werden digitalisiert und in verschiedenen Anwendungen in Echtzeit weiterverarbeitet. An den folgenden Beispielen soll dargelegt werden, dass für die Digitalisierung von Tunnelbaustellen praktisch keine Anwendungsgrenzen mehr bestehen. Darüber hinaus werden die Möglichkeiten und Grenzen von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen vorgestellt.

The sealing of tunnel walls involves the use of membranes which, depending on the situation, are constantly exposed to the leaching action of groundwater, or of water emanating from the surrounding rock. In terms of ecological product compatibility, the question arises as to whether pollutants may be released in the process. Various geomembranes are examined in more detail and subjected to an evaluation system. It emerges that in particular geomembranes with especially worrying components such as phthalates should generally be kept away from the environment for precautionary reasons, even though some phthalate plasticisers have not yet been evaluated by the EU. Phthalates are characterised by the fact that they are released from the membranes in considerable quantities.

Scale deposit formation in drainage systems of railway tunnels represents a major challenge for their functionality and maintenance. The removal of these scale deposits causes high costs and restrictions of system availability. Effective measures to reduce scale deposit formation range from specification of the composition and structure of building materials to the application of tailored prevention and cleaning strategies. This requires advanced knowledge of the origin and type of scale deposits. The aim of this study is a systematic compilation, characterization, classification, and evaluation of scale deposits in relation to their formation mechanisms and the influence of variable environmental factors. The scale deposits from the 16 investigated tunnels mainly consist of the minerals calcite, aragonite, brucite as well as iron (hydr)oxides and detrital components. Four major types of scale deposits are distinguished: (i) unconsolidated-particulate, (ii) shard-like, (iii) porous, and (iv) compact scales. Types (ii) to (iv) show clear indications of microbial activity affecting the formation and appearance of individual deposits by various metabolic processes. The determining factors for the formation of scales - in addition to the geogenic composition of the aqueous solutions in the drainage system (groundwater / surface water) - are the variable interaction of these waters with the binding agents of the building materials used and the tunnel atmosphere. Geogenic conditions and technical-operational specifications of a tunnel determine the type and character of scale deposits, which can be actively influenced based on the case-specific reaction mechanisms by individual adaptations of environmental conditions.
Sinterbildungen in Drainagen von Eisenbahntunneln stellen für die Funktionalität und Instandhaltung des Entwässerungssystems eine große Herausforderung dar. Die Entfernung dieser Sinter verursacht neben hohen Kosten auch Einschränkungen der Anlagenverfügbarkeit. Wirkungsvolle Maßnahmen zur Reduzierung dieser Sinterbildungen reichen von gezielten bautechnischen Vorgaben für Baustoffe bis zum Einsatz von maßgeschneiderten Verhinderungs- und Reinigungsstrategien. Dies erfordert fundierte Kenntnisse über die Entstehungsmechanismen und die Typisierung der Sinter. Ziel dieser Studie ist die systematische Erfassung, Charakterisierung, Einteilung und Bewertung der Sinter in Hinblick auf deren Entstehungsmechanismen und den Einfluss von variablen Umgebungsfaktoren. Die Sinter aus 16 untersuchten Tunnelbauwerken bestehen vorwiegend aus Neubildungen der Minerale Kalzit, Aragonit, Brucit sowie Eisen(hydr)oxiden und detritischen Bestandteilen. Vier Sintertypen treten auf: (i) unverfestigt-partikuläre, (ii) scherbenartige, (iii) poröse und (iv) kompakte Sinter. Die Sintertypen (ii) bis (iv) zeigen deutliche Hinweise auf mikrobielle Aktivitäten, welche die Ausbildung der einzelnen Sinter durch verschiedene metabolische Prozesse beeinflussen können. Die bestimmenden Faktoren für die Bildung der Sinter sind - neben der geogenen Zusammensetzung der im Drainagesystem befindlichen wässrigen Lösungen (Grundwasser/Oberflächenwasser) - die Wechselwirkung dieser Wässer mit den Bindemittelphasen der verwendeten Baustoffe und mit der Tunnelatmosphäre. Geogene Randbedingungen und technisch-operative Vorgaben eines Tunnelbauwerks bestimmen die Art und Ausprägung des Sinters und können bei Kenntnis der fallspezifischen Reaktionsmechanismen durch individuelle Adaptierungen der Umgebungsbedingungen gezielt beeinflusst werden.

Tunnels and underground works in sulphate bearing rocks are very challenging. For more than a century experience has accumulated in Switzerland and southern Germany with difficult conditions during construction and operation, which show the difficult conditions with extreme, long lasting heave of the invert and extreme swelling pressures. The analyses of published experience over more than a century and recent personal experience led to the compilation of many pieces of a puzzle and to a better understanding of complex processes. The swelling processes in sulphate bearing rocks are triggered by the formation of flow path for water, the dissolution, concentration and precipitation of minerals. In particular Anhydrite is dissolved and the solution becomes saturated, until precipitation and crystallization of Gypsum starts. The applied construction methods play an important influence on the rock mechanics and geochemical processes and finally the magnitude of in-situ swelling pressures. The in-situ swelling pressure are still large, but substantially less than the swelling pressures from laboratory tests. Estimated swelling pressures will be indicated.
Tunnelbau in Sulfatgestein gehört zu den größten Herausforderungen bei Untertagebauten. Seit mehr als einem Jahrhundert kommt es bei Untertagebauten in Sulfat führendem Gebirge zu schwierigen Verhältnissen während des Baus und Betriebs der Tunnel mit großen, langandauernden, oft unerwartet auftretenden Sohlhebungen und extrem hohen Quelldrücken. Die Analyse von Tunnelbauten über hundert Jahre bis heute sowie eigene Untersuchungen führten zum besseren Verständnis der komplexen Vorgänge. Quellvorgänge werden durch die Bildung von Wasserwegen um Tunnel ausgelöst und laufen weiter als Transport- und Ausfällvorgänge. Die Quellvorgänge bei Sulfatgestein laufen über die Lösung von Anhydrit, Konzentrierung von Sulfat, Ausfällung und Kristallisation von Gips. Die Bauvorgänge und felsmechanische Randbedingungen beeinflussen die Gebirgsbeanspruchung und geochemischen Prozesse und die Größe der aufzunehmenden Quelldrücke. Die von der Auskleidung aufzunehmenden In-situ-Quelldrücke sind zwar immer noch hoch, sind aber weit geringer als die im Laborversuch gemessenen Quelldrücke. Richtwerte von Quelldrücken werden ermittelt.

As part of the reorganization of the Stuttgart railway node, many tunnels had to be driven through the rock formation of gypsum Keuper (Grabfeld Formation), which contains anhydrite. In contact with water, the mineral anhydrite converts into the mineral gypsum with a resulting increase of volume. To prevent damage to the tunnel structure and the buildings above the tunnel as a result of this swelling process, the tunnelling work had to be carried out dry. No water was allowed for cleaning, drilling or for dust reduction. Dry tunnelling for hundreds of metres in this form and intensity is a novelty. There were no empirical values. In this article the special features of a dry tunnelling are presented. A target-actual comparison or geotechnical deformations should be deliberately avoided, although some peculiarities only result from changes to the contractual framework.
Im Rahmen der Neuordnung des Bahnknotens Stuttgart mussten viele Tunnel im anhydritführenden Gipskeuper (Grabfeld Formation) vorgetrieben werden. Das Mineral Anhydrit wandelt sich in Kontakt mit Wasser in das Mineral Gips um, was eine Volumenzunahme zur Folge hat. Um Schäden am Tunnelbauwerk und an der oberhalb der Tunnel befindlichen Bebauung in Folge dieses Schwellprozesses auszuschließen, mussten die Vortriebe trocken erfolgen. Es durfte kein Wasser zum Reinigen, zum Bohren oder zur Staubniederschlagung eingesetzt werden. Über viele hunderte Meter Tunnel trocken vorzutreiben, stellt in dieser Form und Intensität ein Novum dar. Erfahrungswerte lagen nicht vor. In diesem Beitrag sollen die Besonderheiten eines trockenen Vortriebs dargestellt werden. Auf einen Soll-Ist-Vergleich oder auf geotechnische Verschiebungen wurde hierbei verzichtet, wenngleich einige Besonderheiten erst aus Änderungen der vertraglichen Rahmenbedingungen resultieren.

Work-sampling studies are typically applied to determine unit rates (a measure of construction labour productivity) for labour-intensive building construction processes. This study analyses how this methodology can be adapted for application to labour-intensive tunnelling processes, e.g. the construction of the inner lining. Therefore, first, the application of the work-sampling methodology for typical building construction process (wall formwork processes for a classical reinforced concrete building structure) was analysed. On this basis, a detailed work-sampling study for constructing the inner lining of a railway tunnel was prepared and performed. Thereby, the usage of a tablet computer was tested instead of analogue execution with paper forms. The study demonstrated that work-sampling studies allow the determination of average unit rates of tunnelling processes (for specific project and construction properties). Furthermore, the methodology allows to identify detailed unit rates with the goal to demonstrate specific influences (e.g. disturbances), which can be further utilized in construction and site management as well as claim management processes, such as the determination of productivity losses. However, the double analysis carried out for the tunnel inner lining (reinforcing and tunnelling workforce) and the size of the analysed workforces (up to ten workers) showed the limits for a one-person work-sampling study.

Ermittlung von Aufwandswerten für arbeitskraftaufwendige Tunnelbauprozesse mithilfe der Multimomentaufnahme
Multimomentaufnahmen werden hauptsächlich zur Bestimmung von Aufwandswerten von arbeitskraftaufwendigen Bauprozessen im Hochbau herangezogen. Diese Studie untersucht, wie diese Methodik für arbeitskraftintensive Tunnelbauprozesse wie die Konstruktion der Tunnelinnenschale angewandt werden kann. Dafür wurde zunächst die Anwendung der Multimomentaufnahme für einen typischen Hochbauprozess (Wandschalung für eine klassische Stahlbetonbaukonstruktion) analysiert. Basierend darauf wurde eine detaillierte Multimomentaufnahme für die Herstellung der Innenschale eines Eisenbahntunnels ausgearbeitet und durchgeführt. Dabei wurde die Verwendung eines Tablet-Computers anstelle einer analogen Ausführung mit Papierformularen getestet. Die Studie hat gezeigt, dass Multimomentaufnahmen auch im Tunnelbau für die Bestimmung von durchschnittlichen Aufwandswerten (für spezifische Projekt- und Konstruktionseigenschaften) herangezogen werden können. Darüber hinaus ermöglicht die Methodik die Ermittlung detaillierter Aufwandswerte, die entsprechende Einflüsse (z. B. Störungen) aufzeigen und weiterführend im Baustellen- bzw. Claim-Management (z. B. die Ermittlung von Produktivitätsverlusten) genutzt werden können. Die für die Tunnelinnenschale durchgeführte Doppelanalyse (Bewehrungs- bzw. Tunnelbaukolonne) bzw. die Größe der analysierten Arbeitsgruppen (bis zu zehn Arbeitskräfte) zeigten jedoch die Grenzen für eine Ein-Personen-Multimomentaufnahme.

The resistance of aggregates to abrasion estimated by the Micro-Deval test is an important mechanical parameter for aggregates used as railway ballast. At present, testing intervals are sparse due to the cost of the tests. Cost-efficient testing methods would be greatly appreciated. A detailed study of the applicability of alternative testing methods, as commonly used to estimate the potential of a rock or soil to cause wear to a tool (LCPC Abroy test and Cerchar test), demonstrates the advantage of implementing these testing methods in addition to the recommended tests.
Der mittels des Mikro-Deval-Tests ermittelte Widerstand gegen Verschleiß ist ein wichtiger mechanischer Kennwert von Gesteinskörnungen, die als Bahnschotter Verwendung finden. Derzeit sind wegen der hohen Kosten für die Prüfungen große Prüfintervalle üblich. Wirtschaftlichere Testverfahren wären hochwillkommen. Eine umfangreiche Studie zur Anwendbarkeit von Prüfverfahren zur Abschätzung des Werkzeugverschleißes zufolge des Verschleißpotenzials von Boden oder Fels (LCPC Abroy-Test und Cerchar-Test) stellt die Vorteile des Einsatzes dieser Verfahren als Ergänzung zu den etablierten Prüfverfahren dar.

The digitalisation of many areas of the economy is progressing, also in construction, where the intention is to provide information about built facilities for decision-makers concerning the design, building and operation of construction works in a consistently high quality, easily read and data-based. Until now, digitalisation in construction has been retarded by the high complexity of construction, which should however now rapidly change. The DAUB recommendation “Digital Design, Building and Operation of Underground Structures” is intended to make a contribution in this regard.
Recommendations from the German Tunnelling Committee DAUB normally represent “best practice” solutions from German tunnelling. For Building Information Modelling (BIM) in tunnelling, there is not however yet sufficient experience. There have indeed been many solutions on projects but there is a lack of the appropriate standards for systematically applicable industry-wide solutions. The DAUB recommendations show how appropriate standards can be created. The following article discusses selected themes from the DAUB recommendations.
Die Digitalisierung vieler Bereiche der Wirtschaft ist im Gange, auch im Bauwesen. Informationen über bauliche Anlagen sollen den Entscheidungsträgern für das Planen, Bauen und Betreiben von Bauwerken schnell, in konsistent hoher Qualität, in leicht lesbarer, datenbasierter Form zur Verfügung gestellt werden. Bisher war die Digitalisierung im Bauwesen wegen der hohen Komplexität im Bauwesen gehemmt, was sich nun aber rasch ändern soll. Die DAUB Empfehlung “Digitales Planen, Bauen und Betreiben von Untertagebauten” soll einen Beitrag dazu leisten.
Üblicherweise bilden DAUB Empfehlungen “best practice” Lösungen aus dem deutschen Untertagebau ab. Für das Building Information Modelling (BIM) im Untertagebau gibt es aber noch nicht genügend Erfahrungen. Zwar existieren viele Lösungen aus Projekten, für eine systematisch anwendbare Branchenlösung fehlt es aber aktuell an den entsprechenden Standards. Die DAUB-Empfehlung zeigt auf, wie entsprechende Standards geschaffen werden können. Der nachfolgende Artikel geht auf ausgewählte Themen aus der DAUB-Empfehlung ein.

Transport infrastructure is a fundamental cornerstone for mobility of the population and also functions as a motor for the economy. New digital methods along the value chain will be used to digitally support the process in the future, from the very first project idea, through tendering and construction to the maintenance of infrastructure projects. The four levers of digital transformation - data, automation, networks and access - will have a significant impact on this process in infrastructure construction. Networking of data sources and storage of data in off-grid databases is already possible, a development which enables project participants to analyse the construction data, process it and at the same time use it as a documentation basis during the development phase and for later maintenance measures. Such a well-founded digital database can be used to evaluate, optimize and completely document construction-related processes. This paper deals with various digital application areas in infrastructure construction and provides an overview of digitalisation developments in this field.
Die Verkehrsinfrastruktur ist ein Eckpfeiler für das Mobilitätsverhalten der Bevölkerung und fungiert zudem als Motor für die Wirtschaft. Durch digitale Methoden entlang der Wertschöpfungskette wird zukünftig der Prozess von der ersten Projektidee über die Ausschreibung und die Bauabwicklung bis zur Instandhaltung von Infrastrukturprojekten digital begleitet werden. Die vier Hebel der digitalen Transformation - Daten, Automation, Netzwerke und Zugang - beeinflussen diesen Prozess maßgeblich. Die Vernetzung von Datenquellen und die Speicherung von Daten in ortsunabhängigen Datenbanken ist bereits möglich. Diese Entwicklung ermöglicht den Projektbeteiligten die detektierten baubetrieblichen Daten zu analysieren, zu bearbeiten und zugleich als Dokumentationsgrundlage in der Abwicklungsphase sowie später für Instandhaltungsmaßnahmen zu nutzen. Anhand dieser fundierten digitalen Datenbasis wird es möglich, baubetriebliche Prozesse zu evaluieren, zu optimieren und vollständig zu dokumentieren. Dieser Beitrag behandelt verschiedene digitale Anwendungsgebiete im Infrastrukturbau und gibt einen Überblick über die Entwicklungen in Bezug auf die Digitalisierung in diesem Bereich.

The BIM pilot project for the Karawanken Tunnel North consists of three main components, 3D modeling of the geological prognosis and actual conditions, the inner lining and inner components of the tunnel and the portal building and road elements at the portal. The pilot project was started when the preliminary design of the tunnel was already done. Only the portal building was done in BIM from the beginning. For the tunnel lining, the 3D modeling, quantity check and simplified 4D and 5D procedures together with the contractor were the main issues. A major effort had to be invested into data structuring following IFC and Asfinag requirements. Currently the tunnel is being advanced. Regular workshops are held to re-define the project targets and improve the achievement of the pilot project.
Das Building Information Modeling (BIM)-Pilotprojekt Karawankentunnel Nord besteht aus den drei Hauptkomponenten einer 3D-Modellierung der Geologie von Prognose und Ist, der Innenschale und dem Innenausbau des Tunnels und dem Portalgebäude mit dem Vorportalbereich. Das BIM-Projekt wurde gestartet, als die Entwurfsplanung bereits fertiggestellt war, ausgenommen für das Portalbauwerk, das von vornhinein in BIM geplant war. Für die Tunnelinnenschale steht eine ausreichend detaillierte Modellierung im Vordergrund mit vereinfachten 4D- und 5D-Komponenten in Interaktion mit der ausführenden Baufirma. Für die Durchführung des Projekts musste ein erheblicher Aufwand in die Strukturierung der Daten in Abstimmung mit den Anforderungen der Autobahn- und Schnellstraßen-Finanzierungs-Aktiengesellschaft (Asfinag) und internationaler Richtlinien (IFC-Standards) gesteckt werden. Derzeit befindet sich der Tunnel in der Vortriebsphase. In regelmäßigen Workshops werden notwendige Anpassungen an neue Entwicklungen und Bedürfnisse ermittelt und evaluiert, um den Nutzen des Pilotprojekts zu steigern.

Digitalization will change the way of gathering geological data, methods of rock classification, application of design analyses in the field of tunnelling as well as tunnel construction and maintenance processes. In recent years, a rapid increase in the successful application of digital techniques (Building Information Modelling and Machine Learning (ML)) for a variety of challenging tasks has been observed. Driven by the increasing overall amount of data combined with the easy availability of more computing power, a sharp increase in the successful deployment of techniques of ML has been seen for different tasks. ML has been introduced in many sciences and technologies and it has finally arrived in the fields of geotechnical engineering, tunnelling and engineering geology, although still not as far developed as in other disciplines. This paper focuses on the potential of ML methods for geotechnical purposes in general and tunnelling in particular. Applications such as automatic rock mass behaviour classification using data from tunnel boring machines (TBM), updating of the geological prognosis ahead of the tunnel face, data driven interpretation of 3D displacement data or fully automatic tunnel inspection will be discussed.

Starting with geological field mapping in the tunnel, a process can be implemented to transform all geological observations into data structures for later use in BIM systems. All necessary basics are already available and a reference implementation has been programmed. When corresponding standards become available, which will be the case in the next one to two years, universal interchangeability of the information will also be provided. This will ensure that the ground model can be maintained through the life cycle, and the ground - as part of the Digital Twin of the structure - is available in later project phases like operation, maintenance, enlargement und renaturation.
Beginnend mit der geologischen Feldaufnahme im Tunnel kann ein Prozess implementiert werden, der es erlaubt, alle Beobachtungen in Datenstrukturen zu überführen, die im Building Information Modeling (BIM) weiterverwendbar sind. Alle erforderlichen Grundlagen dafür sind bereits vorhanden und eine Referenzimplementierung ist ausprogrammiert. Sind entsprechende Standards verfügbar, was in den nächsten ein bis zwei Jahren der Fall sein wird, ist auch die universelle Austauschbarkeit der Information gegeben. Damit ist gewährleistet, dass das Baugrundmodell durch den gesamten Lebenszyklus des Bauwerks mitgeführt wird, und damit der Baugrund als Teil des digitalen Zwillings des Bauwerks in Betriebs-, Erweiterungs- und Rückbauphasen uneingeschränkt zur Verfügung steht.

In current tunnelling practice, Finite Element (FE) simulations form an integral element in the planning and the design phase of mechanised tunnelling projects. The generation of adequate computational models is often time consuming and requires data from many different sources, in particular, when manually generated using 2D-CAD drawings. Incorporating Building Information Modelling (BIM) concepts offers opportunities to simplify this process by using geometrical BIM sub-models as a basis for structural analyses. This paper presents a Tunnel Information Model (TIM) as a BIM specifically tailored to fit the needs of mechanised tunnelling projects and a “BIM-to-FEM” technology, that automatically extracts relevant information (geology, alignment, lining, material and process parameters) needed for FE simulations from BIM sub-models and subsequently performs FE analysis of the tunnel drive. The results of the analysis are stored centrally on a data server to which the user has continuous access. A case study from the Wehrhahn-Metro line project in Düsseldorf, Germany, is presented and discussed to demonstrate the efficiency and the applicability of the proposed BIM-to-FEM workflow.

Digital data acquisition and processing in geology and geotechnics are essential in all phases of a tunnelling project. This article describes typical work flows of engineering geology and the digital tools used, and discusses the requirements, chances and risks associated with the integration of ground models into BIM projects. The handling of factual data is depicted, but the main topic is the development and application of interpreted geological models for tunnelling. Aspects like the transferred information and its localisation, uncertainty of a prediction and requirements for formats, data structures and software environment are discussed. Efficient exchange and long-term usability of information demands clear definitions for the specialist models and use cases to be covered.
Digitale Datenerfassung und Verarbeitung spielen in der Geologie und Geotechnik in allen Phasen eines Tunnelprojekts eine große Rolle. Dieser Aufsatz beschreibt typische Aufgaben der Ingenieurgeologie und dabei genutzte digitale Methoden und diskutiert Rahmenbedingungen, Chancen und Risiken bei der Einbeziehung der Baugrundinformationen in ein BIM-Projekt. Der Umgang mit verschiedenen geologisch-geotechnischen Grundlagendaten wird beschrieben. Der Fokus liegt aber auf der ingenieurgeologischen Interpretation und Bereitstellung von Modellen für den Tunnelbau. Dabei wird auf Aspekte wie die transportierten Informationen und deren Verortung, Unsicherheiten einer Prognose sowie Anforderungen an Formate, Datenstrukturen und Arbeitsumgebungen eingegangen. Diesbezüglich klare Rahmenbedingungen und Definitionen für die jeweiligen Anwendungsfälle und Fachmodelle sind Voraussetzung für einen effizienten Austausch sowie die Nutzung und langfristige Verwertbarkeit der Informationen.

BIM modelling of infrastructure works is controlled by a global market consisting of few software suppliers and is contingent upon the functions provided by them. Customization options furnished by the software suppliers often enable enhancement of functions, which is essential for infrastructure BIM although not completely available. This enables improved interoperability of the software tools used in this area. IFC is most likely to become an established international format for data exchange with its constant but also intricate further development. However, in underground infrastructure construction, both international and national standards are used and the integration of the latter in IFC cannot be anticipated. Hence, the implementation of BIM has to apply national standards in the use cases of collaborative data exchange among the different disciplines in tunnelling. In this contribution, the use case of payment of excavation classes and its implementation in a BIM environment are addressed. It discusses the interoperable interlinkage of software tools commonly used in construction to generate consistent digital data transfer and it underscores the need for an interdisciplinary agreement to integrate national standards into adequate practice for the implementation of BIM.
Die BIM-Modellierung im Infrastrukturbereich ist von einem globalen Markt weniger Softwarehersteller dominiert und von den darin bereitgestellten Funktionen geprägt. Zu Funktionserweiterungen, die für Infrastruktur-BIM grundlegend, aber nicht in vollem Umfang verfügbar sind, führen oft die von den Softwareherstellern bereitgestellten benutzerdefinierten Anpassungsmöglichkeiten. Sie ermöglichen eine verbesserte Interoperabilität der in diesem Sektor verwendeten Softwaretools. Angesichts der steten, aber auch komplexen Fortentwicklung besitzt IFC die größte Aussicht auf Etablierung als internationales Datenaustauschformat. Im Bau untertägiger Infrastrukturanlagen herrscht jedoch ein Nebeneinander internationaler sowie nationaler Standards, und die Abbildung letzterer in IFC steht kaum in Aussicht. Daher bedarf die Umsetzung einer BIM-Arbeitsweise der Berücksichtigung nationaler Standards in den Anwendungsfällen des kollaborativen Datenaustauschs zwischen den unterschiedlichen am Tunnelbau beteiligten Disziplinen. In diesem Aufsatz wird deshalb auf den Anwendungsfall Abrechnung-Vortrieb und dessen Repräsentation in einer BIM-Umgebung eingegangen. Der Aufsatz beleuchtet dabei die interoperable Verknüpfung gängiger auf Baustellen genutzter Softwaretools zur Gewährleistung einer durchgängigen Datenkette und betont das Gebot einer branchenübergreifenden Verständigung, sodass auch nationale Gegebenheiten ihren Weg in eine der BIM-Arbeitsweise gerechte Praxis finden.

The introduction of Austrian standard ONR 24810 provides a design concept for earth dams to protect against massive rockfall events. The essential basis for the concept is the differentiation into five construction types of rockfall embankments due to different system behaviour. The structure therefore has to be assigned to one type at the beginning of the design process. The types available for selection are a simple earth dam (type I), a dam with quarry stone facing (type II), a geosynthetic-reinforced dam without increased crosswise distribution of the impact loads (type III), a geosynthetic-reinforced dam with increased crosswise distribution (type IVa) and with strongly increased crosswise distribution (type IVb) of the impact loads. Eurocode 7 (EC 7) is considered accordingly. The design concept is currently being discussed and used in Austria, Switzerland, Germany and Norway. Presented are the design principle and the construction as executive summary.
Mit der Einführung der ONR 24810 liegt ein Bemessungskonzept für Erddämme zum Schutz gegen massive Steinschlagereignisse vor. Wesentliche Grundlage bei dem Konzept stellt die Unterscheidung in fünf Bautypen von Steinschlagschutzdämmen mit unterschiedlichem Systemverhalten dar. Vor Beginn der Bemessung muss das Bauwerk einem Typ zugeordnet werden. Dabei stehen der reine Erddamm (Typ I), der Damm mit Steinschlichtung (Typ II), der geokunststoffbewehrte Damm ohne erhöhte Querverteilung der Impaktlasten (Typ III), der geokunststoffbewehrte Damm mit erhöhter Querverteilung (Typ IVa) und mit stark erhöhter Querverteilung (Typ IVb) der Impaktlasten zur Auswahl. Bei der geotechnischen Nachweisführung wird der Eurocode 7 (EC 7) umgesetzt. Das Bemessungskonzept wird in Österreich, in der Schweiz, in Deutschland und Norwegen diskutiert und verwendet. Zusammenfassend vorgestellt werden die Bemessung und Konstruktion.

This article investigates to what extent a “condition and safety assessment” with a classically defined safety factor &eegr; (now partial safety factor or load factor) is useful or indeed possible for creeping slides of large masses as are often encountered in the Alps, or whether different quantities like the displacement rate and its change with time are more useful for the description of the condition of such large-scale slides. This discussion is held under the viewpoint that various procedures with different results are available for the determination of such a “safety factor” and consequently there are also justified discrepancies between experts in the assessment of such a “safety factor for the current state” of the moving slope. The authors are of the opinion that the partial safety factors required by standards or former “safety factors” are predominantly intended for engineering structures, earthworks and dams but not generally for creeping slopes. In this case, classification of creep rate and the geological engineering assessment are always preferred. This is illustrated with two examples.
In diesem Beitrag wird untersucht, inwiefern für kriechförmig verlaufende Großmassenbewegungen, wie sie im alpinen Raum häufig anzutreffen sind, die “Zustands- und Sicherheitsbeurteilung” über eine klassisch definierte Sicherheitszahl &eegr; (jetzt Teilsicherheitsbeiwert und Ausnutzungsgrad) zweck mäßig und überhaupt möglich ist oder ob für die Zustandsbeschreibung derartiger Großmassenbewegungen nicht andere Größen wie die Bewegungsrate und deren zeitliche Änderung zielführender sind. Diese Diskussion erfolgt unter dem Gesichtspunkt, dass bei der Ermittlung einer solchen “Sicherheitszahl” unterschiedliche Verfahren mit unterschiedlichen Ergebnissen zur Verfügung stehen und in Folge auch noch berechtigte Diskrepanzen zwischen Experten in der Einschätzung einer solchen “Sicherheitszahl für den Istzustand” des bewegten Hangs gegeben sind. Die Autoren sind der Meinung, dass die normativ geforderten Teilsicherheitsbeiwerte bzw. früher “Sicherheitszahlen” überwiegend für Bauwerke aus dem kon struktiven Ingenieurbau, Erdbauwerke, Schutzbauwerke und Dämme gedacht sind, aber nicht generell für Kriechhänge. Hier hat die Klassifikation der Kriechgeschwindigkeit und die ingenieurgeologische geotechnische Bewertung immer Vorrang. Dies wird anhand von zwei Fallbeispielen dargestellt.

The interaction between a protection structure and an acting process (e.g. debris flow) has only been described in a few publications so far. In particular, the acting forces and stresses have only been measured under real conditions in a few cases. Therefore it was necessary to design a monitoring barrier that could measure both the process parameters and the forces involved and their transfer into the ground. Such a structure was built 2016 in the Gadria torrent (South Tyrol). Data has meanwhile been measured, recorded and evaluated from five debris flows. With flow heights up to 2 m, densities up to 2,200 kg/m3 and velocities between 1 and 6 m/s, the measured impact forces could be compared with the existing loading approaches. The findings serve as a basis for the improvement of approaches for the design of protection structures.
Die Interaktion zwischen einem Schutzbauwerk und einem einwirkenden Prozess (z. B. Murgang) ist bisher nur in wenigen Publikationen beschrieben. Insbesondere die dabei auftretenden Kräfte und Spannungen wurden unter realen Bedingungen nur in wenigen Fällen gemessen. Deshalb war es notwendig; eine Konstruktion zu entwerfen, die sowohl die Prozessparameter als auch die auftretenden Kräfte und deren Abtragung messen kann. So ein Bauwerk wurde 2016 am Gadria-Bach (Südtirol) errichtet. Bislang konnten Messdaten von fünf Murgängen aufgezeichnet und ausgewertet werden. Bei Fließhöhen von bis zu 2 m, Dichten bis zu 2.200 kg/m3 sowie Geschwindigkeiten zwischen 1 und 6 m/s konnten die gemessenen Anprallkräfte mit den bestehenden Lastansätzen verglichen werden. Die Erkenntnisse bilden die Grundlage zur Verbesserung der Ansätze zur Bemessung von Schutzbauwerken.

Runout processes originating from rock slopes can be classified according to their process behaviour into rockfall, rock mass fall and rock avalanche. Their process behaviour is primarily determined by the volume of the detached rock mass, the degree of fragmentation of the moving mass and the morphology and nature of the runout path. The initial conditions of these processes depend on the initial failure mechanism. It is difficult to predict the runout and magnitudes of these types of rapid landslides since the complexity of the processes requires major simplifications in the calculation approaches. A good understanding of the process and clear mechanical model conceptions are therefore crucial in the development and choice of prediction models. The paper presents a classification of the runout processes originating from rock slopes on the basis of clearly defined mechanical models and provides an overview of the currently available models for prediction.
Die von Felsböschungen ausgehenden Sturzprozesse können entsprechend ihres Prozessverhaltens in Steinschlag, Felssturz und Felslawine untergliedert werden. Ihr Prozessverhalten wird vom Abbruchvolumen, vom Grad der Fragmentierung der bewegten Masse und der Morphologie und Beschaffenheit der Sturz- bzw. Gleitbahn bestimmt. Die Anfangsbedingungen dieser Prozesse hängen vom initialen Versagensmechanismus ab. Die Übergänge zwischen den Prozessen sind fließend. Die Prognose der Reichweite und der Magnituden dieser schnellen Massenbewegungen gestaltet sich schwierig, da aufgrund der Komplexität der Prozesse starke Vereinfachungen bei den Berechnungsansätzen erforderlich sind. Ein gutes Prozessverständnis und klare mechanische Modelle sind daher bei der Entwicklung und der Wahl von Prognosemodellen entscheidend. Dieser Beitrag präsentiert eine Klassifizierung der von Felsböschungen ausgehenden Sturzprozesse auf der Basis klarer mechanischer Modellvorstellungen und bietet einen Überblick über die derzeit zur Verfügung stehenden Prognosemodelle.

A mass movement of several m/year towards the Nolla stream was detected at the southern Heinzenberg (Grisons, Switzerland) in the 19th century. Debris flows originating from the upper stream valley reached the Hinterrhein valley at irregular intervals, creating temporary dams, which raised the river > 10 m above normal levels. Since 1870, comprehensive mitiga tion strategies, including torrent control and drainage of the 3-ha Lüschersee lake situated in the landslide area, have reduced the deformation velocity to approx. 4.3 cm/year and prevented further debris flows.
Whether draining of the Lüschersee has influenced the slope deformation was debated back then and has not been conclusively resolved till this day. A potential use of the lake to store water for the local ski area makes the topic current.
The integration of geological data with the results of numerical simulations shows that both the mechanical effect of the artificially raised riverbed and the subsequently reduced erosion have a positive influence on the slope, although the effects of changing the hydrogeological situation by refilling the Lüschersee remain uncertain. Therefore, the decision on refilling is dependent on a successful test filling accompanied by permanent GPS measurements.
Am südlichen Heinzenberg in Graubünden, Schweiz wurden im 19. Jh. Massenbewegungen mit Verschiebungsraten von mehreren m/a in Richtung des Wildbachs Nolla festgestellt. In unregelmäßigen Abständen drangen Schuttströme aus dem hinteren Bachlauf bis ins Hinterrheintal vor, die den Rhein auf > 10 m über seinem üblichen Wasserstand anstauten. Umfassende Sanierungsmaßnahmen ab 1870, allen voran eine Wildbachverbauung, sowie 1910 die Entleerung des 3 ha großen Lüschersees verringerten die Verschiebungsbeträge auf durchschnittl. 4,3 cm/a und verhinderten weitere Schuttströme. Der Einfluss der Entleerung des Lüschersees auf die Massenbewegung war schon damals umstritten und ist bis heute nicht geklärt. Seine geplante Wiederauffüllung zur Nutzung als Wasserreservoir für künstliche Beschneiung im örtlichen Skigebiet rückt die Thematik in den aktuellen Diskurs.
Die Integration geologischer Daten mit den Ergebnissen numerischer Simulationen zeigt, dass sowohl die mechanische Wirkung der Aufschotterung durch die Bachverbauung als auch die dadurch verhinderte Tiefenerosion einen verlangsamenden Einfluss auf die Hangdeformation haben. Bezüglich der Veränderung der hydrogeologischen Situation durch die Wiederauffüllung des Lüschersees und der damit verbundenen Verringerung der Stabilität verbleiben Unsicherheiten. Folglich wird die Entscheidung für die Wiederauffüllung erst nach einer erfolgreichen Probebefüllung stattfinden, welche durch permanent messende GPS-Stationen überwacht wird.

Displacement rates of mountain slope deformations that can affect entire valley mountain flanks are often measured spatially distributed in-situ without spatial significance. The spatially explicit measurement and recording of time series of slope deformations is a challenge, as the unstable slopes are often disintegrated into several subdomains, which move with different deformation rates. The current state-of-the-art monitoring systems detect slow to very slow deformation rates between mm/a and several m/a. Using the examples of slope deformations in Saalbach-Hinterglemm and the deep rock slide Marzellkamm in Austria this paper presents the results of terrestrial laser scans, extensometer measurements, Spaceborne InSAR data, unmanned Aerial System Photogrammetry (UAS-P), and fixed-point measurements. The different measurements complement each other and are optimally aligned for different application areas. InSAR data can help to identify hot spots on regional and local scale, while UAS-P enables for spatially high level accuracy in the detection of subdomains moving at different speeds. For local warning systems TLS, extensometers and GBInSAR deliver higher accuracy.
Bewegungsraten von Hangdeformationen, die ganze Bergflanken betreffen, werden oft ohne räumliche Komponente nur punktuell gemessen. Die räumlich-zeitliche Messung und Aufzeichnung von Hangdeformationen ist eine Herausforderung, da instabile Hänge oft in mehrere Subschollen zerlegt sind. Diese bewegen sich mit unterschiedlichen Bewegungsraten. Die aktuellen hochmodernen Überwachungssysteme erfassen langsame bis sehr langsame Bewegungsraten zwischen mm/Jahr und mehreren m/Jahr. In diesem Beitrag werden anhand der Beispiele für Hangdeformationen in Saalbach-Hinterglemm und die tiefgründige Felsgleitung Marzellkamm in Österreich die Ergebnisse von terrestrischen Laserscans, Extensometer-Messungen, Spaceborne InSAR Aufzeichnungen, Drohnen-Photogrammetrie (UAS-P) und Festpunktmessungen dargestellt. Die verschiedenen Messungen ergänzen sich gegenseitig und können für verschiedene Anwendungsbereiche optimal aufeinander abgestimmt werden. InSAR-Daten können helfen, Hot Spots auf regionaler und lokaler Ebene zu identifizieren, während UAS-P eine räumlich hohe Genauigkeit bei der Erfassung von Teilschollen ermöglicht, die sich unterschiedlich schnell bewegen. Für lokale Warnsysteme liefern TLS, Extensometer und GBInSAR eine höhere Genauigkeit.

The Inform@Risk project aims to develop a cost-effective but sufficiently accurate, easy-to-maintain early warning system (EWS) for informal settlements on the margins of large cities, adapted to tropical climatic conditions in South American mountain regions. This EWS will be implemented on the outskirts of the Bello Oriente district in Medellín. The area is characterized by an elevation of around 2,000 m, a medium slope inclination of 20° to 30° and deeply weathered crystalline rocks, which are particularly sensitive to shallow landslides during heavy precipitation. In addition to the development of a geo-sensor network with complex data integration and real-time evaluation, the main focus of the project is the social integration of the EWS both with the municipal authorities, which are going to take over the system after completion of the three-year project, and with the population living in the settlement. This report describes the project and the specifications of the EWS and presents first results from the field work.
Im Projekt Inform@Risk soll ein kostengünstiges, aber hinreichend genaues, einfach zu wartendes Frühwarnsystem (FWS) für informelle Siedlungen am Rande von Großstädten entwickelt werden, das an tropische Klimabedingungen in Bergregionen des südamerikanischen Raums angepasst ist. Dieses FWS wird am Rand des Stadtteils Bello Oriente in Medellín implementiert. Das Gebiet ist durch eine Höhenlage um 2.000 m, eine mittelsteile Hangneigung von 20° bis 30° und tiefgründig verwitterte Kristallingesteine charakterisiert und ist bei Starkregenfällen besonders anfällig für flachgründige Hangrutschungen. Kernpunkt des Projekts ist neben der Entwicklung eines Geosensornetzwerks mit komplexer Datenintegration und Echtzeit-Auswertung die soziale Integration des FWS sowohl bei den städtischen Behörden als auch bei der ortsansässigen Bevölkerung. Der Beitrag beschreibt das Projekt und die Spezifikationen des zu entwickelnden FWS und stellt erste Ergebnisse aus der Geländearbeit vor.