The conversion of the energy supply system towards renewable technologies is indispensable for climate and environmental protection. With the predominant use of inexhaustible but fluctuating renewable energy sources, energy storage capacities and physical networks are key infrastructure for sustainable functionality. Efficient pumped-storage hydropower can meet these demands. However, suitable sites for conventional surface reservoirs are facing natural limits, and new storage capacities in ecologically sensitive mountainous valleys are increasingly difficult to license. To gap these aspects this article reflects the construction of fully underground pumped-storage hydropower plants to cover multipurpose energy storage requirements.
Thus, the surface reservoirs are substituted by underground storage caverns with less water volume required by equivalent energy storage capacity since high heads are utilized. Proximity to urban areas improves the construction and operation through various infrastructure and close connection to existing power grids, power plants and consumers. Valuable surface resources remain untouched and the closed water cycle ensures a constant storage volume and independent operation against external influences. Furthermore pumped-storage is combined with seasonal underground thermal energy storage. This system leads the well-proven hydraulic energy storage technology into a new energetic age and ensures the demand-based and cross-sectoral renewable energy supply.
Der Umbau der Energiebereitstellung mit überwiegender Nutzung erneuerbarer Energien ist auf Energiespeicher und physikalische Vernetzung der Energieinfrastruktur angewiesen. Die Speicher sind Schlüsselkomponenten, welche die Schwankungen zwischen Energiebedarf und Energieerzeugung ausgleichen. Effiziente Pumpspeicherkraftwerke erfüllen diese Anforderungen; geeignete Speicherstandorte sind jedoch nur begrenzt verfügbar. Darüber hinaus ist der Speicherausbau in ökologisch sensiblen Hochtälern immer schwieriger realisierbar.
Die für Triebwassersysteme und Krafthäuser gängige untertägige Bauweise soll auf die gesamte Kraftwerksanlage inklusive den Speicherbauwerken ausgeweitet werden. Vollständig unterirdisch errichtete, tiefliegende, nicht an natürliche Gegebenheiten gebundene Kraftwerksbauten können für sehr große Fallhöhen und gleichzeitig reduzierte Wasservolumina ausgelegt werden. Der geschlossene Wasserkreislauf gewährleistet maximale Umweltverträglichkeit und unabhängigen Betrieb gegenüber äußeren Einflüssen. Die Nähe zu urbanen Gebieten erleichtert Bauvorhaben durch vorhandene Infrastruktur und sichert die Anbindung an bestehende Energienetze. Die Kombination von Pumpspeichern mit saisonalen thermischen Energiespeichern führt die hydraulische Energiespeicherung in ein neues Zeitalter und sichert die bedarfsgerechte und sektorenübergreifende Energieversorgung.

The proposed method can be seen as an adaption of the “Seeber” concept considering developments in geomechanics, calculation methods and steel technology over the last decades. When exposed to inner pressure, the cracking condition is transgressed and steel linings will not protect the rock mass against cracking. Accordingly, the post-failure behaviour of the rock mass is an essential basis for structural design. The effects of crack water pressure on radial displacements and the width of gaps are considered. The resistant behaviour of the rock mass is determined by its minor primary principal stress. Under mountain ridges and slopes, there is no correlation between the minor stresses and the height of overburden. Obviously damage cases in concrete lined tunnels are the result of inappropriate assessment of principal stresses. A better approach is proposed based on fundamental considerations and FE calculations. Crack water pressure close to the level of the minimal principal stress will induce progressive hydraulic fracturing in the rock mass, which requires safe waterproofing sealing of the shaft. Grouting the coaxial gap in rock mass is a firm part of any design concept. In shafts sealed by membranes, the capability to bridge fissures must be proved by tests. In steel lined shafts, the usable passive resistance of rock mass is determined by the acceptable radial displacement.
Die Betrachtung des Verbundverhaltens Felsmantel-Auskleidung kann als Erweiterung des Seeber-Verfahrens durch Berücksichtigung der Entwicklungen in den letzten Jahrzehnten von Geomechanik, Berechnungsverfahren und Stählen aufgefasst werden. Bei Innendruckbelastung entstehen Radialrisse an der Laibung, sobald dort die wirksame Tangentialspannung unter Null fällt. Nach Überschreiten der Anrissbedingung können Panzerungen Radialrisse im Felsmantel und Rissweiten an der Laibung nicht verhindern. Das Post-Failure-Verhalten des Felsmantels ist wesentlicher Bestandteil des Bemessungsverfahrens. Die Wirkung des Kluftwasserdrucks auf Radialverschiebung der Laibung und Rissweite wird berücksichtigt. Die Primärspannung des Gebirges bzw. dessen im betrachteten Querschnitt kleinere Hauptnormalspannung bestimmen das Tragverhalten des Felsmantels. In Kamm- und Hanglagen besteht kein unmittelbarer Zusammenhang zwischen Überlagerungshöhe und der kleineren Hauptnormalspannung. Mit grundsätzlichen Überlegungen und Ergebnissen von FE-Parameterstudien wird ein Zugang zur Abschätzung der Gebirgsspannungen angeboten. Kluftwasserdrücke nahe der minimalen Gebirgsspannung können zu fortschreitender Kluftsprengung führen. Innendrücke, die diesem Zustand nahekommen, bedürfen somit einer verlässlich dichten Auskleidung. Die Riss-Überbrückung von Membranen muss gewährleistet sein. Für Kunststoff-Folien sind entsprechende (Versuchs-) Nachweise zu liefern.

Optimization of rock grouting procedures during construction is necessitated when sparse data sets and incomplete geologic understanding form the basis of initial design. Relying on geologic investigation findings that often have limited budgets, initial designs typically consider data from only a small volume of the entire rock mass to be grouted. During construction, thousands of production boreholes may be drilled and grouted, and each of these boreholes has the potential to provide valuable information for modifying the injection materials and construction means/methods. Implementation of procedural changes is greatly facilitated by the ability to efficiently assemble, query, visualize and interpret vast amounts of 3D data in near real-time.
This contribution summarizes the main targets of rock mass characterization in the context of grouting works, along with investigative tools that provide valuable information: (1) regarding the distribution and properties of in situ permeability features; (2) for modifying and optimizing grouting procedures; and (3) for verifying grouting results in situ. Three dimensional modeling approaches that are amenable to data visualization are reviewed, including the workflow for near real-time model updating as construction proceeds.

Grouting measures in dam construction are of increasing importance in Europe, where many of the largest dams were constructed during the 1950s and 1970s. Nowadays, these dams often have to resist higher loads then they were originally designed for, and changes of reservoir management have increased loads on the structures in many cases. For this reason, many plant operators have decided to adapt dam structures for present-day use, to increase sustainability and guarantee serviceability. At the same time, the construction of new dams requires comprehensive planning as well as full cooperation between all areas of civil engineering and grouting technology. Grouting works are key elements of dam structures, which are usually not directly visible from the surface and therefore seldom perceived by the public. This paper gives an insight into the possibilities of grouting measures in dam construction and a brief overview of objectives of grouting measures and their assignment to components of dams as well as grouting measures for waterproofing curtains, pressure tunnels, pressure shafts, surge tanks and porous mass concrete.
Injektionsmaßnahmen im Talsperrenbau gewinnen durch die erforderlich gewordene Ertüchtigung von bestehenden Anlagen wieder zunehmend an Bedeutung in Europa. Durch moderne Methoden der Speicherbewirtschaftung (Pumpspeicherwerke) und daraus resultierende hohe dynamische Lasten über die Lebensdauer der Anlagen wurde es notwendig, die in den 1950er- und 1970er-Jahren gebauten Anlagen dem aktuellen Stand der Technik anzupassen. Gleichzeitig ist beim Bau neuer Talsperren eine umfassende Planung von Injektionsmaßnahmen sowie eine Zusammenarbeit aller Bereiche der Ingenieurwissenschaften mit der Injektionstechnik notwendig. Injektionen sind dabei ein wesentlicher Bestandteil von Sperrbauwerken, die in der Regel von der Oberfläche nicht sichtbar sind und somit selten von der Öffentlichkeit wahrgenommen werden. Der Beitrag gibt Einblick über die Vielfältigkeit der Einsatzmöglichkeiten von Injektionsmaßnahmen im Talsperrenbau und behandelt hierbei die Funktionen von Injektionsmaßnahmen und deren Anlagezuordnung im Kraftwerksbau, die Injektion von Dichtschirmen, Druckstollen, Druckschächten und Sperrbauwerken aus Massenbeton.

In rock tunneling, pre-excavation grouting (or, pre-injection) refers to systematic treatment of the rock mass ahead of an advancing tunnel face via pressure grouting. The main purpose of pre-excavation grouting is to reduce water inflows, or to improve geomechanical properties of the rock mass. This paper summarizes approaches for treating competent rock masses with systematic pre-injection of cementitious grouts through boreholes drilled from the working tunnel face. The focus is on traditional cement based grouting technology and drill-and-blast tunneling under high static groundwater pressures (> 20 bar). Post-injection, where drilling and grouting is performed somewhere behind the tunnel face, provides an additional means for achieving a high degree of watertightness, but is beyond the scope of this paper.

The E4 Stockholm Bypass is a new route for the European highway (E4) past the Swedish capital Stockholm. The bypass will connect the southern and northern parts of Stockholm. To reduce the impact on the surroundings, 18 km of the total of 21 km of the Stockholm Bypass are being constructed in tunnels. The Bypass will be one of the longest road tunnels in the world, with a construction cost of 3.1 billion Euro (2009 prices).
The challenges have been many, for example how to evaluate the hydraulic rock mass properties for such a vast tunnel stretch and then find the most suitable grouting design, the contractor's ability to deliver proper grout properties and suitable grouting equipment, the time and resources needed for QA/QC of the grouting works and the need for adaption of the grouting works to true geological conditions. Not to mention the complexity of monitoring water ingress during construction for the Client to show that the sealing demands are being met according to the environmental permits for water works operations. The Stockholm Bypass is by far the largest rock fissure grouting operation undertaken for road tunnels in Swedish history.

Grouting into an open borehole is a process that has been well described academically. Numerous grouting techniques and grouting criteria are available for various applications and combinations of rock mass/ground. Tube á manchette (TAM) or sleeve port grouting systems have until now mostly been used in specialized civil engineering work in soft ground. In order to be able to carry out grouting successfully in faulted rocks, cased drilling is necessary in order to maintain the stability of the borehole for the insertion of the sleeve pipe. Under these premises, fundamental considerations for successful TAM grouting in faulted rocks are presented. The rheological properties of the grout used, the form and size of the injection opening and the strength and thickness of the sheathing compound significantly influence the penetration into the surrounding rock mass. Increased effective pressure is necessary in order to break through the sheathing compound and also to overcome friction losses during the grouting process. The necessity of high effective pressure and the emergence of the grout at the sleeve ports can, in contrast to an open borehole, increase the risk of jacking the ground in the course of grouting and this has to be carefully taken into account and investigated in advance. The interaction of effective grouting pressures and friction losses of the grouting system and their effect on the grouting process in faulted rock are described through the formulation of a general grouting criteria for TAM grouting.
Der Injektionsprozess in einem offenen Bohrloch ist ein wissenschaftlich gut beschriebener Vorgang. Zahlreiche Injektionstechniken und Injektionskriterien sind für verschiedene Anwendungsfälle sowie Gebirgs-/Baugrundarten vorhanden. Manschettenrohr-Injektionssysteme wurden bisher vorwiegend bei Spezialtiefbaumaßnahmen im Lockergestein eingesetzt. Um Injektionen im Störungsgestein erfolgreich durchführen zu können, ist ein verrohrtes Bohrverfahren zur Aufrechterhaltung der Bohrlochstabilität zum Einbringen der Manschettenrohre sinnvoll. Unter dieser Prämisse werden Grundüberlegungen für eine erfolgreiche Manschettenrohr-Injektion im Störungsgestein vorgestellt. Die rheologischen Eigenschaften des verwendeten Injektionsmittels, die Form und Größe der Injektionsöffnungen im Manschettenrohr, sowie die Festigkeit und Stärke der Mantelmischung beeinflussen die Penetration in das umgebende Gebirge maßgeblich. Ein erhöhter wirksamer Injektionsdruck ist notwendig um einerseits die Mantelmischung aufzusprengen und andererseits die Reibungsverluste während des Injektionsprozesses zu überwinden. Die Notwendigkeit von hohen wirksamen Injektionsdrücken und punktuellen Injektionsaustritten kann im Vergleich zu Injektionen am offenen Bohrloch das Risiko, den Baugrund im Zuge der Injektion aufzusprengen erhöhen und muss somit sorgfältig im Vorhinein berücksichtigt und untersucht werden. Durch die Formulierung von grundlegenden Injektionskriterien für Manschettenrohre wird die Wechselwirkung von wirksamen Injektionsdrücken und Reibungsverlusten des Injektionssystems und deren Auswirkungen auf den Injektionsprozess im Störungsgestein beschrieben.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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