Performance prediction is one of the crucial issues for estimating excavation costs and construction time of tunnel projects. In mechanized tunneling, TBM performance highly depends on achieved penetration rate and cutter wear. The aim of the research group ABROCK and the topic of this paper is the improvement of penetration prediction by performing on-site penetration tests. Therefore estimated parameters by two existing prediction models (Gehring model, Colorado School of Mines model) are compared with the results of penetration tests at Austrians large infrastructure project of the OeBB Koralm tunnel construction lot KAT2. Penetration tests are a common tool to determine the performance of a TBM in certain geological environments. During a test, the TBM is operated under defined conditions that allow the comparison of different tunnel projects and machine types in analogous geological conditions. Results show that only for a narrow scope, considered prediction models reveal appropriate fitting. Once the rock mass is fractured or the stress level within the rock mass changes, existing models are not applicable. This fact emphasizes the need of an update for penetration prediction models by implementing a correction factor for discontinuities and the stress state in a rock mass. This may result in a new prognosis model called Alpine model.
Die Leistungsprognose ist einer der wichtigsten Aspekte für die Kalkulation von Baukosten und Bauzeiten bei Tunnelprojekten. Die Leistung einer TBM wird von der erreichten Penetration sowie dem auftretenden Werkzeugverschleiß bestimmt. Ziel der Forschungsgruppe ABROCK sowie Schwerpunkt dieses Beitrags ist es, existierende Penetrationsprognosemodelle mithilfe von Penetrationsversuchen auf Tunnelbaustellen zu verbessern. In diesem Beitrag werden die prognostizierten Penetrationswerte von zwei gebräuchlichen Modellen (Gehring Model, Colorado School of Mines Model) mit den Ergebnissen der Penetrationsversuche am großen österreichischen Infrastrukturprojekt der ÖBB-Infrastruktur AG, dem Koralmtunnel Baulos KAT2, verglichen. Der Penetrationsversuch ist eine häufig angewandte Methode, um die Leistung einer TBM in einem gewissen geologischen Umfeld zu bestimmen. Hierbei wird die Maschine unter definierten Bedingungen gefahren, wodurch ein Vergleich unterschiedlicher Tunnelprojekte sowie Maschinentypen bei entsprechenden geologischen Verhältnissen ermöglicht wird. Die Ergebnisse zeigen, dass die untersuchten Prognosemodelle nur für einen sehr engen Anwendungsbereich zuverlässige Werte liefern. Sobald das Gebirge Trennflächen oder einen veränderten Spannungszustand aufweist, sind beide Ansätze nicht mehr brauchbar. Diese Tatsache zeigt deutlich, dass die existierenden Modelle adaptiert werden müssen, indem Korrekturfaktoren für das Trennflächengefüge sowie den Spannungszustand im Gebirge implementiert werden. Dies soll in einem neuen Prognosemodell, dem sogenannten Alpine-Modell resultieren.

Within the scope of a research activity of ÖBB-Infrastruktur AG (Austrian Federal Railways) improvements for tunnel face documentation during TBM tunnelling are investigated. This contribution presents an autonomous imaging unit for taking videos of the tunnel face. The unit is installed during maintenance shift in the cutter head of a hard rock TBM. While turning the cutter head, a video is taken. Simultaneously a smartphone that also controls the camera tracks the orientation of the imaging system. From the video a consistent three-dimensional image is generated using latest algorithms from photogrammetry. The resulting 3D images are used for determining single block detachments from the tunnel face as well as quantifying the planarity in general. They serve for enhancing geological mapping including the determination of discontinuities and provide comprehensive and objective documentation information. First successful applications at Koralmtunnel lot KAT2 showed the value of this new way of documentation and measurements.
Im Rahmen einer Forschungsaktivität der ÖBB Infrastruktur AG werden Verbesserungen zur Dokumentation der Ortsbrust bei TBM-Vortrieben untersucht. Dieser Beitrag zeigt eine autonome Aufnahmeeinheit, die Videos der Ortsbrust erfasst. Die Aufnahmeeinheit wird während der Wartungsschicht im Bohrkopf einer Hartgesteins-Tunnelvortriebsmaschine installiert, und während einer Drehung des Bohrkopfs wird ein Video aufgenommen. Gleichzeitig zeichnet ein Smartphone, das auch die Kamera steuert, Orientierungsinformationen auf. Aus dem Video wird unter Anwendung aktueller Algorithmen der Photogrammetrie ein konsistentes dreidimensionales Bild erzeugt. Die resultierenden 3D-Bilder werden dazu benutzt, um einzelne Ausbrüche aus der Ortsbrust sowie die Ebenheit der aufgenommenen Bereiche zu quantifizieren. Sie dienen außerdem für eine verbesserte geologische Kartierung inklusive der Bestimmung von Trennflächenorientierungen und stellen eine umfassende und objektive Dokumentation dar. Erste erfolgreiche Anwendungen beim Baulos KAT2 des Koralmtunnels zeigen den Wert dieser neuartigen Art der Dokumentation und messtechnischen Bewertung.

Mechanized tunnelling is a highly technical construction process, which requires the establishment of precise objectives to consistently guarantee high quality and safety standards while still considering the aspects of time and cost reduction. In the tendering and construction phases, these objectives can be met by the application of a risk management strategy and the integration of quality assurance elements. The implementation of process controlling with the objectives optimization, error prevention and documentation provides a centralized monitoring element in the construction phase. External experts can monitor tunnelling activities in real time and submit recommendations in case of deviations. With downstream analyses, incidents can be evaluated and methodological errors identified.
Der maschinelle Tunnelbau ist ein hoch mechanisiertes Bauverfahren, bei dem zur Sicherstellung einer dauerhaft hohen Qualität und Einhaltung höchster Sicherheitsstandards bei gleichzeitiger Berücksichtigung bauzeit- und kostenreduzierender Aspekte klare Zielformulierungen aufgestellt werden müssen. In der Ausschreibungs- und Ausführungsphase können diese Zielstellungen durch die Anwendung einer Risikomanagementstrategie und die Integration von Qualitätssicherungselementen erfüllt werden. Die Ausführung eines Prozesscontrollings mit der Zielstellung Optimierung, Fehlervermeidung und Dokumentation stellt ein zentrales Überwachungselement in der Bauphase dar. Hierbei werden von externen Experten die Vortriebsarbeiten in Echtzeit überwacht und bei Vorliegen von Abweichungen Handlungsempfehlungen unterbreitet. Über nachgeschaltete Analysen können Schadensereignisse bewertet und Verfahrensfehler identifiziert werden.

For the driving of cross passages in mechanized tunnelling, different systems can be used for load transfer at the cross passage opening. With thin segmental linings, achieving high load-bearing capacity of the precast lining and the load transfer elements used pose a great challenge. For the selection of a system, not only the required support measures but also practical construction aspects such as the integration of the load transfer elements into the precast element and the installation of the elements play an important role. The use of shear dowels as a connection and load transfer element between segment rings in the cross passageoffers new possibilities in mechanized tunnelling. Particularly in connection with thin segmental linings, flexible systems of plastic with integrated steel core make it possible to resist loads with large deformations, both in the radial and longitudinal directions. In order to investigate the system behaviour of the overall system of segmental lining with thin construction and plastic shear dowels, shear tests were performed at the Chair for Subsurface Engineering of the Montanuniversität Leoben with a dowel system as the connecting element between segments. The objective of the research project initiated by the ÖBB-Infrastruktur AG is to determine the effects of different reinforcement concepts on the load-bearing capacity of the connection system. Ways of determining the failure of the construction element based on crack detection are also described.
Für das Anfahren von Querschlägen im maschinellen Tunnelbau kommen unterschiedliche Systeme für die Lastabtragung im Bereich der Querschlagsöffnung zum Einsatz. Bei schlanken Tübbingauskleidungen stellt das Erzielen einer hohen Lastkapazität der Fertigteilauskleidung sowie der eingesetzten Lastabtragungselemente eine hohe Herausforderung dar. Bei der Auswahl der Systeme spielen neben den erforderlichen Sicherungsmaßnahmen die baupraktischen Aspekte wie das Integrieren der Lastabtragungselemente in das Fertigteilsegment und die Installation der Elemente eine wesentliche Rolle. Durch Verwendung von Scherdübeln als Verbindung- und Lastübertragungselement zwischen Tübbingringen im Querschlagsbereich ergeben sich neue Möglichkeiten im maschinellen Tunnelvortrieb. Insbesondere im Zusammenhang mit schlanken Tübbingauskleidungen bieten flexible Systeme aus Kunststoff mit integriertem Stahlkern die Möglichkeit, Lasten mit großen Verformungen sowohl in Radial- als auch in Längsrichtung zu übertragen. Um das Systemverhalten des Gesamtsystems zwischen Tübbingauskleidung mit schlanker Bauteildicke und Kunststoffscherdübel zu untersuchen, wurden am Lehrstuhl für Subsurface Engineering der Montanuniversität Leoben Scherversuche mit einem Dübelsystem als Verbindungselement von Tübbingen durchgeführt. Ziel des von der ÖBB-Infrastruktur AG initiierten Forschungsprojekts ist es, die Auswirkungen unterschiedlicher Bewehrungskonzepte auf die Tragfähigkeit des Verbindungssystems zu bestimmen. Ergänzend werden Möglichkeiten zur Bestimmung des Bauteilversagens auf Basis der Risserkennung aufgezeigt.

In infrastructure tunnelling projects with shielded TBMs, prefabricated segmental linings are used with various systems and requirements. The required degree of accuracy in segment production and ring assembly is a considerable factor in terms of equipment, time and costs. The required tolerances for segments and ring assembly depend significantly on the segment geometry, lining system and field of application. In order to provide a reasonable basis for allowable segment and installation tolerances, a new approach has been established as part of a research initiative of the ÖBB-Infrastruktur AG with respect to the risks and consequences arising from geometrical tolerances. The paper explains the concept of “tolerance classes” with the approach for their developments, derivation and classification. A practical application example is shown in addition. With respect to the nomenclature of tolerances, a harmonization process has been performed in collaboration with the German committees for underground structures, ZTV-ING and DAUB. The results of harmonizing and proposals of tolerance clarifications are presented within this paper.

Toleranzklassen, Harmonisierung der Toleranzbegriffe und Toleranzanforderungen Erfahrungsstand 2016
Bei maschinellen Schildvortrieben kommen Tübbingauskleidungen mit unterschiedlichen Systemen und Anforderungen zum Einsatz. Die erforderliche Genauigkeit in der Herstellung der Fertigteilsegmente sowie beim Ringbau gewinnt immer mehr an Bedeutung für eine wirtschaftliche Auslegung der Auskleidung, gekoppelt an die spezifischen Anforderungen des Projekts. Das erforderliche Maß an die Genauigkeit der Tübbinge und den Einbau im Tunnel hängt im Wesentlichen von der Tübbinggeometrie, vom Tübbingsystem und vom jeweiligen Anwendungsbereich ab. Im Arbeitskreis “TVM-Forschungsprojekt Toleranzen”, einer Forschungsinitiative der ÖBB-Infrastruktur AG, wurde ein neuer Ansatz für die Herleitung zulässiger Herstell- und Einbautoleranzen unter Einbeziehung einer Risikobetrachtung entwickelt. Im vorliegenden Beitrag wird die Herangehensweise für die Entwicklung, Herleitung und Klassifizierung von Toleranzgruppen, die unter dem Namen “Toleranzklassen” geführt werden, beschrieben. Ergänzend wird auch ein Beispiel für die Anwendung des vorgestellten Konzepts gezeigt. Im Zusammenhang mit den Toleranzklassen erfolgte eine Harmonisierung von Toleranzbegriffen in Zusammenarbeit mit deutschen Ausschüssen wie der ZTV-ING und des DAUB. Die wesentlichen Änderungen und Ergänzungen der Toleranzbegriffe sowie Erläuterungen werden im Anschluss an das erwähnte Konzept der Toleranzklassen vorgestellt.

For deep tunnels with restricted possibilities for site investigation, deviations from the forecast are usually to be expected. Deviations of geological and hydrogeological conditions have different effects on tunnelling. At the Gotthard Base Tunnel it was found that some areas considered as critical actually behaved most favourably, whereas other areas, such as fault zones and zones of high rock pressure, deviated unfavourably from the forecast with considerable effects on costs and the time schedule. Unfavourable deviations could not be compensated by favourable areas. It should be also noted that these deviations had not been included in risk analyses, because they were unknown, however the original cost prognosis of 1999 provided sufficient financial reserves. These deviations were mastered by intensive probing ahead of excavation and adaptation of design, construction programme and additional measures defined during construction. On the basis of the comparison of forecast and actual conditions, the positive and negative effects of the conditions encountered on tunnelling are described.
Bei einem tiefliegenden Tunnel mit beschränkten Möglichkeiten der Erkundung treten bei der Ausführung naturgemäß Abweichungen von der Prognose auf. Diese haben ihre Ursachen in den geologischen und hydrogeologischen Verhältnissen, die sich unterschiedlich auf den Vortrieb auswirken. Beim Gotthard-Basistunnel hat sich gezeigt, dass sich in einzelnen als kritisch eingestuften Bereichen das Gebirge günstiger verhalten hat als prognostiziert. Von der Prognose abweichende ungünstigere Bereiche, insbesondere Störzonen und druckhaftes Gebirge, hatten erhebliche Auswirkungen auf Kosten und Termine, die durch die günstigeren Bereiche nicht aufgewogen werden konnten. Diese Abweichungen waren in den Risikoanalysen nicht enthalten, da diese nicht bekannt waren. Allerdings waren in der ursprünglichen Kostenprognose von 1999 entsprechende finanzielle Reserven vorgesehen. Die geänderten Verhältnisse wurden mit einer intensiven Vorauserkundung erfasst; mit einer Anpassung der Planung, des Bauablaufs und dem Einsatz zusätzlicher Maßnahmen wurde ihnen Rechnung getragen und damit konnten diese zielführend bewältigt werden. Auf Basis einer Gegenüberstellung von Prognose und Befund wird aus Sicht des SIOP-Teams auf die positiven und negativen Auswirkungen der angetroffenen Verhältnisse auf den Vortrieb eingegangen.

The historic rail tunnels in the Alps were consistently built in the form of single-tube twin-track tunnels, starting with the Mont Cenis Tunnel (1871). Only the 19.8 km long Simplon Tunnel at the start of the 20th century was built with two separate single-track tunnels. In 1988, the 53.8 km long Seikan Tunnel became the first tunnel more than 50 km long to go into operation - once more as a twin-track tunnel, although with additional constructional elements such as forced ventilation, emergency stations and a service tunnel. In 1994 followed the Channel Tunnel with a system of two single-track tunnels and a service or safety tunnel as well as a complex ventilation system. For the base tunnels through the Alps, the question arose in Switzerland at the start of the 1990s, what is the optimal tunnel system considering the requirements of construction, safety and operation? A cost-benefit analysis resulted in a system with two single-track tunnels and multi-function stations at the third points as the optimum. Meanwhile, various requirements have been newly formulated so that the question arises whether the same decision would be made with the knowledge available today.
Die historischen Eisenbahntunnel in den Alpen wurden nach dem Bau des Mont Cenis Tunnels (1871) konsequent in Form von einröhrigen Doppelspurtunneln gebaut. Einzig der 19,8 km lange Simplontunnel wurde Anfang des 20. Jahrhunderts mit zwei separaten Einspurtunneln erstellt. 1988 wurde mit dem 53,8 km langen Seikan-Tunnel erstmalig ein über 50 km langer Eisenbahntunnel in Betrieb genommen - wiederum als Doppelspurtunnel, allerdings mit zusätzlichen konstruktiven Elementen wie Betriebslüftung, Nothaltestellen und einem Dienststollen. 1994 folgte der Eurotunnel mit einem System aus zwei Einspurtunneln und einem Service- bzw. Sicherheitsstollen sowie einem zusätzlichen komplexen Lüftungssystem. Für die Basistunnel durch die Alpen stellte sich in der Schweiz Anfang der 1990er-Jahre die Frage, welches das optimale Tunnelsystem unter Berücksichtigung der Anforderungen Bau, Sicherheit und Betrieb sei. Aus einer Nutzwertanalyse resultierte das System mit zwei Einspurtunneln sowie Multifunktionsstellen in den Drittelspunkten als Optimum. Mittlerweile wurden verschiedene Anforderungen neu formuliert, so dass sich die Frage stellt, ob mit den heutigen Kenntnissen die gleiche Entscheidung getroffen würde.

The 57 km long Gotthard Base Tunnel from Erstfeld to Bodio is not only the longest but with an overburden of about 2, 300 m also the deepest rail tunnel in the world. The tunnel system consists of two parallel single-track tunnels with the axes 40 m apart (in fault zones up to 70 m), connected every 312.5 m by a total of 178 cross passages. The two multi-function stations at the approximate third points in Sedrun and Faido have an emergency station for each running tunnel and two track crossovers.
The normal profile is based on the structure gauge EBV 4 and the clearance for overhead EBV S3 and has minimum free passage area Fair of 41 m2. The tunnel has a ballastless track and the drainage system is separated. The shoulders at the side serve as walkway and escape route and house the numerous cable ducts for the operation of the tunnel. Due to the stringent water tightness requirements, the tunnel has a two-pass lining along the entire length, normally with umbrella waterproofing. Depending to the geology, the inner vault is between 25 and 35 cm thick, and in squeezing zones in Sedrun up to 70 cm.
Construction was undertaken simultaneously from the two portals at Erstfeld and Bodio as well as through two intermediate starting points in Amsteg and Faido (with access tunnels 2.1 km and 2.6 km long respectively) and down two vertical shafts in Sedrun (T = 800 m). The main drives were bored by TBMs (cutterhead diameter 8.8 to 9.55 m) except for the Sedrun section; altogether about 75 % of the tunnel length was bored mechanically.
Der 57 km lange Gotthard-Basistunnel von Erstfeld nach Bodio ist nicht nur der längste, sondern mit rund 2.300 m Überlagerung auch der tiefste Eisenbahntunnel der Welt. Das Tunnelsystem besteht aus zwei parallelen Einspurröhren mit einem Achsabstand von 40 m (in Störzonen bis 70 m), die alle rund 312,5 m mit total 178 Querschlägen verbunden sind. In den zwei Multifunktionsstellen ungefähr in den Drittelspunkten bei Sedrun und Faido sind pro Röhre eine Nothaltestelle und zwei Spurwechsel angeordnet.
Das Normalprofil basiert auf dem Lichtraumprofil EBV 4 und dem Stromabnehmerraum EBV S3 und weist eine minimale freie Querschnittsfläche Fair von 41 m2. Der Tunnel besitzt eine Feste Fahrbahn, die Entwässerung erfolgt im Trennsystem. Die seitlichen Bankette dienen als Geh- bzw. Fluchtwege und nehmen die zahlreichen Kabelschutzrohre für den Betrieb des Tunnels auf. Aufgrund der hohen Dichtigkeitsanforderungen wurde der Tunnel über die ganze Länge zweischalig i.d.R. mit einer Regenschirmabdichtung ausgebaut. Je nach Geologie ist das Innengewölbe zwischen 25 und 35 cm dick, in den druckhaften Zonen in Sedrun bis 70 cm.
Der Bau erfolgte gleichzeitig von den beiden Portalen Erstfeld und Bodio her sowie über Zwischenangriffe in Amsteg und Faido (Länge Zugangsstollen = 2,1 km bzw. 2,6 km) sowie über zwei Vertikalschächte in Sedrun (T = 800 m). Die Hauptvortriebe erfolgten mit Ausnahme des Teilabschnitts Sedrun mittels TBM (Bohrkopfdurchmesser 8,8 bis 9,55 m); insgesamt wurden rund 75 % der Tunnellänge maschinell aufgefahren.

The Sedrun section in the middle of the Gotthard Base Tunnel was critical in terms of scheduling and without doubt the section with the most complicated logistics. The article gives an overview of the complex overall construction measures and describes in detail the geotechnical and logistical challenges that had to be overcome.
Der Teilabschnitt Sedrun im Zentrum des Gotthard-Basistunnels war zeitlich kritisch und zweifelsohne der logistisch komplizierteste Bauabschnitt, die bautechnischen Anforderungen lagen auf Weltrekordniveau. Der Beitrag gibt eine Übersicht über die komplexe Gesamtbaumaßnahme und beschreibt die zu bewältigenden geotechnischen und baubetrieblichen Herausforderungen im Detail.

The multi-function station (MFS) Faido, with track crossovers located symmetrically around the transverse cavern, is accessed through a 2.7 km long access tunnel. The geology encountered in the transverse cavern and the first metres of boring the running tunnels was very different from the forecast. Technical, economic and scheduling considerations demanded the moving of the four crossovers by 600 m to the south. In the drill and blast excavation of the single-track tunnel to the north, deformations of up to 1.3 m occurred in the radius. In addition to the dangers of “squeezing rock” and “rock fall”, unforecast and serious rock burst also occurred in the east and west running tunnels, which could not have been foreseen. Yielding temporary support measures had to be carried out along a length of 500 m and sometimes massively strengthened.
Intensive probing in the form of hammer and core drilling and seismic methods (TSP - Tunnel Seismic Prediction) was carried out during the tunnel drives. The drives were also monitored with intensive rock mechanical measurements. The results of probing, the rock mechanical measurements and the interpretations of the encountered geology all confirmed that the decision was correct to move the MFS.
Die Multifunktionsstelle (MFS) Faido mit symmetrisch um die Querkaverne angeordneten Spurwechseln ist mit einem 2,7 km langen Zugangsstollen erschlossen. Die angetroffene Geologie in der Querkaverne und den ersten Metern Vortrieb in den Einspurstrecken wichen massiv von der Prognose ab. Technische, wirtschaftliche und programmliche Gründe erforderten eine Verschiebung der vier Spurwechsel um 600 m nach Süden. Im Sprengvortrieb der Einspurtunnel Richtung Norden stellten sich Deformationen von bis zu 1,3 m im Radius ein. Zu den Gefährdungen “Druckhaftigkeit” und “Nachbrüchigkeit” kamen nicht prognostizierte starke Bergschlagphänomene in der Ost- und Weströhre hinzu, die nicht vorhergesagt werden können. Die Ausbruchsicherungsmaßnahmen mussten aufgrund der Bergschlagphänomene auf ca. 500 m Länge nachgiebig ausgeführt und zum Teil massiv verstärkt werden.
Die Vortriebe wurden von einer intensiven Vorauserkundung in Form von Schlag- oder Kernbohrungen und mit Seismik (TSP - Tunnel Seismik Prediction) begleitet. Zudem wurden die Vortriebe mit intensiven felsmechanischen Messungen überwacht. Die Erkenntnisse aus den Vorauserkundungen, den felsmechanischen Messungen und den Interpretationen der vorgefundenen Geologie bestätigte die Richtigkeit der Entscheidung, die MFS zu verschieben.

The article describes how the great challenge of managing the material excavated during the construction of the Gotthard Base Tunnel was overcome. The recycling of material from mechanized tunnelling as high-grade aggregates and the development of high-quality concrete mixes demanded new methods and set new standards. At the same time, the environmental impact could be considerably reduced and considerable cost savings were achieved.
Der Artikel beschreibt wie die großen Herausforderungen gemeistert wurden, die sich beim Bau des Gotthard-Basistunnels bezüglich der Bewirtschaftung des Tunnelausbruchmals stellten. Bezüglich der Herstellung von Ausbruchmaterial aus dem mechanischen Tunnelvortrieb zu hochwertigen Gesteinskörnungen und der Entwicklung von qualitativ hochstehenden Betonmischungen wurden neue Wege beschritten und neue Maßstäbe gesetzt. Gleichzeitig konnten die Umweltbelastungen deutlich reduziert und erhebliche Kosten eingespart werden.

The provisions of the planning approval for the Gotthard Base Tunnel required more than 1, 000 environmental measures for the Amsteg and Erstfeld sections, arranged in 80 detail projects. The environmental aspect was also of great significance for the client. Therefore AlpTransit Gotthard AG provided sufficient resources to be able to implement the project successfully from the environmental point of view. The article is concentrated on selected aspects and explains their special features. The integration of environmental monitoring into the local construction supervision team; soil protection and cultivation; the problem of nitrite in the site wastewater; and dust and noise emissions are dealt with in detail, along with the ecological opportunities of a large construction site. A description of the usual conditions and measures affecting a tunnel site is intentionally omitted.
Die Plangenehmigungsverfügungen zum Gotthard-Basistunnel sahen für die Teilabschnitte Amsteg und Erstfeld mehr als 1.000 Umweltmaßnahmen vor, die in 80 Detailprojekten eingeordnet waren. Der Umweltaspekt war auch für die Bauherrschaft von hoher Bedeutung. Daher setzte die AlpTransit Gotthard AG genügend Ressourcen zur Verfügung, um das Projekt auch aus Umweltsicht erfolgreich umsetzen zu können. Der Beitrag konzentriert sich auf ausgewählte Aspekte und zeigt deren Besonderheiten auf. Im Einzelnen werden die Integration der Umweltbaubegleitung in die örtliche Bauleitung, der Bodenschutz und die Rekultivierung, die Nitritproblematik im Baustellenabwasser, Staub- und Lärmemissionen sowie die ökologische Chancen einer Großbaustelle behandelt. Auf eine Darstellung der üblichen Auflagen und Maßnahmen bei einer Tunnelbaustelle wird bewusst verzichtet.

In the process of dimensioning a tunnel lining support an optimized structural system is pursued that can accommodate the inherent uncertainties associated with the geotechnical, hydro-geological, and environmental conditions. Particularly for geotechnics, uncertainty has become a major issue of scientific discussion according to a number of recent publications. At the same time, advanced performance criteria often require probabilistic assessments in order to quantify a structure's safety and reliability or to inform life-cycle engineering decisions. This contribution demonstrates a novel design approach for the design assessment of concrete tunnel linings. The Index for the Capacity Utilization of Linings in Tunnels (CULT-I) introduced herein, facilitates the quantification of reliability of a tunnel lining support, while it aids toward a rationalized, performance-based design optimization with considerations on geotechnical uncertainty. A typical case of a shallow urban tunnel excavated in soft ground using the TBM method is presented, demonstrating the practical application and feasibility of the proposed approach.

This paper introduces InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) as an advanced tool for measuring and monitoring surface ground movements over time, with interest in all phases of a tunnel project, both in urban and non-urban areas. Following a preliminary overview of the technology used to compile radar images of the earth's surface, the multi-image techniques (Persistent Scatterers Interferometry, PSI) and the InSAR algorithm (SqueeSAR) are briefly outlined. Two examples of InSAR data applied to tunnelling projects are presented. In the first case, the integration of InSAR surface measurements into monitoring by conventional methods is discussed as a tool for providing useful information to study the relationship between tunnelling and surface settlements. In the second case, the temporal evolution of ground displacements provided by SqueeSAR is applied in order to understand the link between tunnel excavation and surface movements, along a slope under passed by two large tunnels.

Urban tunnel projects such as new metro lines face particular challenges. Shallow overburden, difficult (hydro)geological conditions and sensitive buildings in close proximity are risks that often cannot be avoided, demanding large and complex geotechnical monitoring programmes. This paper considers the current situation of tunnel monitoring in urban environments and describes two specific monitoring solutions, one for shafts and one for structures, and emphasises the importance of efficient data management with the assistance of a tunnel information system. Finally, the paper gives an overview of recent research activity and emerging sensing technologies.

Discontinuity mapping of tunnels during excavation is a key component of the interactive observational design approach. One requirement is to verify the geological and geomechanical predictions made at the design stage. In recent years, fully automated, remote-based techniques such as Terrestrial Laser Scanning (TLS) and Infrared Thermography (IRT) have become available, and their applications have increased, reducing the time needed to obtain complete geomechanical mapping of the rock mass. The effective use of these techniques is of great interest in tunnelling where the need arises for the operators to work close to the tunnel face. This paper presents a discussion of the main technical features of TLS and IRT, as well as data processing methods, followed by a case study of a tunnel excavated in the NW Italian Alps.

The Ingelsberg in Bad Hofgastein, Austria, is a highly hazardous mountain slope in the State of Salzburg. The Ingelsberg exhibits periodic episodes of instability, prompting major efforts to construct rock fall retention basins and safety nets to mitigate risks associated with future slope failures. As the results of traditional slope monitoring have proved rather ambiguous, continuous real-time monitoring of the Ingelsberg was performed from March 2013 through July 2014. The monitoring was undertaken with a Ground Based Interferometric Synthetic Aperture Radar (GB-InSAR). The data set of approximately 130, 000 radar scans represent the first long-term GB-InSAR measurements made in Austria, and indicate an episodic pseudo-sheeting failure process, somewhat analogous to the calving of a glacier front. Furthermore, reasonable time of failure predictions for rock fall events having volumes of only several tens of cubic meters could be made from the data set. The GB-InSAR monitoring provides significant insight regarding the overall slope behavior, failure tendencies, and associated geotechnical hazards of the Ingelsberg.

3D images combine visual and geometric information making them an obvious source for capturing and characterising rock surfaces especially when there are constrained time and access conditions. By taking photographs with an off-the-shelf camera and using modern algorithms from photogrammetry, 3D imaging has become state of the art on many conventional tunnel construction sites. Data is acquired on a daily basis, processed, geologically assessed, and finally stored in a suitable data base. The contribution provides a brief introduction of the technology and its measurement capabilities, as well as a description of the practical application during the construction of the 8 km long Gleinalmtunnel in Austria.

Digital data acquisition, data management and 3D modelling techniques are common techniques in the mining industry. On the other hand, civil engineering projects still lag behind in applying advanced technologies during geological reconnaissance and investigation. The La Colosa gold mining project (Colombia) is presented as an example, where sophisticated digital mapping techniques and 3D geological modelling is not only used for mining related issues, but is also successfully applied for the geological, geotechnical and hydrogeological investigations of adjacent civil engineering sites of the associated mine infrastructure.

The 130 km long Koralmbahn line between Graz and Klagenfurt is one of the most significant transport infrastructure projects in Europe. It is part of the new southern route and thus an important link in the Baltic-Adriatic corridor. The key structure on the Koralmbahn line is the 32.9 km long Koralm Tunnel - but construction of the new high speed line will also require 12 new stations and stops, more than 100 bridges and underbridges as well as numerous further tunnels. In Austrias point of view, the Koralmbahn line will represent a considerable structural improvement, especially for Southeast Austria as an industrial location. The quickest journey time between Graz and Klagenfurt will be considerably reduced from currently almost three hours to 45 minutes, with a simultaneous improvement of accessibility.
Die 130 km lange Koralmbahn zwischen Graz und Klagenfurt zählt zu den bedeutendsten Verkehrsinfrastrukturprojekten in Europa. Sie ist Teil der neuen Südstrecke und damit auch wichtiger Bestandteil des Baltisch-Adriatischen Korridors. Herzstück der Koralmbahn ist der 32,9 km lange Koralmtunnel - darüber hinaus besteht die neue Hochleistungsstrecke aber auch aus 12 neuen Bahnhöfen und Haltestellen, über 100 Brücken und Unterführungen sowie aus zahlreichen weiteren Tunnelbauten. Aus österreichischer Sicht bedeutet die Koralmbahn speziell für den Wirtschaftsstandort Südösterreich eine entscheidende Strukturverbesserung. So wird die schnellste Fahrzeit zwischen Graz und Klagenfurt von derzeit knapp drei Stunden auf 45 Minuten verkürzt und gleichzeitig die Erreichbarkeit deutlich verbessert.

On contract KAT3 of the Koralm Tunnel, a multi-mode tunnel boring machine with a diameter of 9,940 mm and an overall length of about 250 m will be used. The capability of the machine to be rebuilt from earth pressure to hard rock mode will enable it to bore through geologically different rock mass zones. It will be assembled in the launching excavation at Mitterpichling and at the west portal on the site facilities area, where the entire necessary infrastructure and segment production plant are situated. The particular geological challenges demand preliminary trials and special equipment on the tunnel boring machine.
Im Baulos KAT3 des Koralmtunnels kommt eine Multimode-Tunnelvortriebsmaschine, mit einem Durchmesser von 9.940 mm und einer Gesamtlänge von ca. 250 m, zum Einsatz. Die Umbaubarkeit der TVM vom Erddruck- auf den Hartgesteinsmodus ermöglicht die Durchörterung der geologisch unterschiedlichen Gebirgsbereiche. Die Montage erfolgt in der Baugrube Mitterpichling sowie am Westportal auf der Baustelleneinrichtungsfläche, auf der auch die gesamte erforderliche Infrastruktur und die Tübbingfabrik liegen. Die besonderen geologischen Herausforderungen erfordern Vorversuche und spezielle Einrichtungen auf der Tunnelvortriebsmaschine.

The present paper discusses experience gained during tunnelling in a crystalline rock mass on Koralm Tunnel contract KAT3. It reports on the benefits and information gained from preventer-supported exploratory drillings up to 250 m long, which were performed in consideration of predicted high water pressures in marble layers. Another case study points out the geological/geotechnical situation in a fault, featuring the remarkable finding that despite the high overburden, only small displacement magnitudes were measured, which is in stark contrast to experience gained on tunnel projects in comparable conditions. The paper concludes with the analysis of system behaviour observed in sections with highest overburden of 1,200 m. Although only small displacement magnitudes were measured, overstressing of the shotcrete lining was observed. A successful support concept was found by a targeted utilization of deformation gaps in the shotcrete lining in combination with adaptation of rock bolting according to the encountered structural situation.
Der vorliegende Beitrag erörtert die Vortriebserfahrungen im Kristallinabschnitt des Bauloses KAT3 des Koralmtunnels. Dabei wird vom Nutzen und Informationsgewinn aus bis zu 250 m langen, preventergestützten Vorauserkundungsbohrungen, die insbesondere aufgrund der prognostizierten hohen Wasserdrücke in Marmorlagen abgeteuft wurden, berichtet. Ein weiteres Fallbeispiel erörtert die geologische-geotechnische Situation in einer Störung mit der bemerkenswerten Erkenntnis, dass trotz der tiefen Lage des Tunnels - konträr zu den Erfahrungen bei anderen Vortrieben unter ähnlichen Randbedingungen - kaum Deformationen registriert wurden. Abschließend werden die Erfahrungen in dem Abschnitt des Koralmtunnels mit der höchsten Überlagerung von rund 1.200 m aufgezeigt. Trotz geringer Deformationen wurde dort eine Überbeanspruchung der Spritzbetonschale festgestellt. Durch das gezielte Vorsehen von schmalen Verformungsschlitzen in der Schale in Kombination mit einer an die Gefügesituation angepassten Systemankerung konnte hierfür ein erfolgreiches Ausbaukonzept gefunden werden.

Contract KAT2 will altogether produce about 8.6 m. t of excavated material. Most of this will be used as fill for various purposes or processed as aggregates for concrete production. This article deals with the management of the material excavated from the tunnel and of material, which has been affected by ground improvement measures or could have been contaminated during excavation or transport. Causes for chemical problems and risks with waste are identified, and possibilities and solutions for technically correct recycling or disposal in compliance with the conditions of waste management law are presented. As an example, the influence of selected additives such as cement or resin foam is discussed. There is also a description of investigation results into the evidence that high concentrations occur in the determination of iron and aluminium in the eluate. These parameters are of significance for the recycling of rock since they are limited under the Austrian federal waste management plan (BAWP).
Im Baulos KAT2 fallen insgesamt rund 8,6 Mio. t Tunnelausbruchmaterial an. Der überwiegende Teil wird als Schüttmaterial mit unterschiedlichen Verwendungen verwertet oder für die Herstellung von Gesteinskörnungen zur Betonherstellung aufbereitet. Dieser Beitrag behandelt den Umgang mit Tunnelausbruchmaterial und mit Material, das durch gebirgsverbessernde Maßnahmen beeinflusst wird oder das im Löseprozess und dem Transport verunreinigt werden kann. Ursachen für abfallchemische Auffälligkeiten und Risiken werden aufgezeigt; Möglichkeiten und Lösungen für die fachgerechte Verwertung oder Beseitigung unter Einhaltung abfallrechtlicher Rahmenbedingungen werden vorgestellt. Exemplarisch wird der Einfluss ausgewählter Hilfsstoffe wie Zement oder Harzschaum diskutiert. Beschrieben werden auch Untersuchungsergebnisse zum Nachweis, dass bei der Bestimmung von Eisen und Aluminium im Eluat hohe Konzentrationen auftreten. Diese Parameter sind für die Verwertung des Gesteins von Bedeutung, weil sie nach Bundesabfallwirtschaftsplan (BAWP) begrenzt sind.

The new Koralm railway line between Graz and Klagenfurt will connect the Lavanttal region in Lower Carinthia to the European railway network. This area is already a sensitive junction point, where activities for the adjacent tunnel building contracts and the future InterCity station overlap concerning construction time and available space. Activities will intensify in the technical equipment installation phase and demand well coordinated preliminary planning. Extensive framework conditions and requirements were already taken into account in the planning of the railway line to the new station, which is to fulfil development and intermodal connection functions resulting in a purposeful and modern configuration, also taking maintenance and tunnel rescue into account. The construction, equipment and activation phases in the Lavanttal region are being coordinated with detailed planning of procedures and logistics, with regular updates and refinements.
Die Koralmbahn als neue Hochleistungsstrecke zwischen Graz und Klagenfurt wird künftig die Region Lavanttal in Unterkärnten an das überregionale Bahnnetz anbinden. Bereits in der Errichtungsphase ist dieser Bereich ein sensibler Knotenpunkt, an dem sich Bautätigkeiten in der Rohbauphase für die angrenzenden Tunnelbaulose sowie für den neuen, zukünftigen InterCity-Bahnhof zeitlich und räumlich überlagern. In der Ausrüstungsphase verdichten sich die Abläufe und erfordern im Vorfeld eine gut aufeinander abgestimmte Planung. In der eisenbahntechnischen Streckenplanung des neuen Bahnhofs, der eine Erschließungs- und Verknüpfungsfunktion mit verschiedensten Verkehrsträgern erfüllen soll, waren bereits umfangreiche Randbedingungen und Anforderungen zu berücksichtigen und führten zu einer zweckmäßigen und modernen Konfiguration unter Mitberücksichtigung der Instandhaltung und der Tunnelrettung. Die Rohbau- und Ausrüstungs- sowie Inbetriebnahmephasen im Raum Lavanttal werden durch detaillierte Ablauf- und Logistikplanungen mit regelmäßigen Aktualisierungen und Verfeinerungen aufeinander abgestimmt.

The Granitztal tunnel chain, located after the Koralm Tunnel in a southward direction and adjoining the new IC station in the Lavanttal, essentially consists of the Deutsch Grutschen and Langer Berg Tunnels, which are being excavated cyclically, and the Granitztal gallery in cut-and-cover. The article offers a general overview of the project, described the geological and geotechnical conditions and compares the experience gained in the current early construction phase with the underlying conditions for design and tendering.
Die Tunnelkette Granitztal in südlicher Richtung gesehen nach dem Koralmtunnel sowie anknüpfend an den neu zu errichtenden IC Bahnhof im Lavanttal umfasst im Wesentlichen die Tunnel Deutsch Grutschen und Langer Berg, die im zyklischen Vortrieb aufgefahren werden, sowie geographisch dazwischenliegend die Einhausung Granitztal, die in offener Bauweise erstellt wird. Der Beitrag gibt eine allgemeine Projektübersicht, beschreibt die geologischen und geotechnischen Verhältnisse und betrachtet die in der aktuellen frühen Bauphase gewonnenen Erkenntnisse mit den der Planung und Ausschreibung zugrunde liegenden Gegebenheiten.