The contribution gives an overview of the state-of-the-art of process controlling in mechanised tunnelling. A web-based and ubiquitous integrated database forms the backbone of PROCON II, a software for the analysis of machine data, project specifications, shift reports and geodetic information stored in a temporally and spatially correlated data structure. The software helps to build a knowledge base that is fed by experience from the present as well as all previous projects and that helps optimising safety, efficiency and performance of a mechanised tunnelling project. Along with a brief summary of the program features of PROCON II, this contribution gives three examples of how the software can be employed to gain insight into the key mechanisms of Earth Pressure Balanced (EPB) shield tunnelling and how it can help to improve the tunnelling performance.
Der Beitrag gibt einen Überblick über den Stand der Technik des Prozesscontrolling im maschinellen Tunnelbau. Eine webbasierte und überall verfügbare integrierte Datenbank bildet das Rückgrat von PROCON II, einer Software, welche die Analyse von Maschinendaten mit Projektspezifikationen, Schichtprotokollen und geodätischen Informationen in einer räumlich und zeitlich korrelierten Datenstruktur verknüpft. Die Software unterstützt dabei den Aufbau einer Wissensbasis, die auf Erfahrungen aus dem laufenden sowie aus vorangegangenen Projekten beruht, und dabei hilft, die Sicherheit, Effizienz und Leistungsfähigkeit eines maschinellen Tunnelvortriebs zu optimieren. Neben einer kurzen Übersicht über die Programmfeatures von PROCON II beinhaltet dieser Beitrag drei Beispiele, wie die Software eingesetzt werden kann, um am Beispiel eines Erddruckschildvortriebs Einblicke in Schlüsselmechanismen zu erhalten, und wie sie dadurch helfen kann, die Vortriebsleistung zu verbessern.

This paper introduces a holistic product model for the interactive simulation of shield tunnelling machines. The underlying product model is based on the Building Information Modelling methodology and uses the Industry Foundation Classes to classify and structure the captured data. Data from design, measurements and numerical simulation components obtained from four sub-models (ground, tunnel, tunnel boring machine and building) are stored, classified and organized on commonly available servers. The very heterogeneous data structures found in each individual model are adjusted in advance using georeferencing, transformation or other suitable methods to increase compatibility. In particular, this article describes the methodological design of an interactive product model for mechanized tunnelling in soft soil, including its sub-models. Performance is demonstrated by a case study using data from the Wehrhahn-Line subway construction site in Düsseldorf, Germany. Here, the focus is on the verification of the product model and its use in the numerical simulations. The research presented is a central component of the Collaborative Research Center SFB 837 “Interaction Modelling in Mechanized Tunnelling” at the Ruhr University, Bochum.
Zur interaktiven Simulation von maschinellen Schildvortrieben wird ein ganzheitliches Produktmodell vorgestellt. Das Produktmodell basiert auf der Methode des Building Information Modelings und nutzt zur Strukturierung der Daten das Datenaustauschformat Industry Foundation Classes (IFC). Zentral gespeicherte Daten aus Planung, Messungen oder numerischen Simulationen von insgesamt vier Untermodellen (Baugrund, Tunnel, Tunnelvortriebsmaschine und Bebauung) werden klassifiziert und wiederum zur weiteren Nutzung organisiert. Die sehr heterogene Datenstruktur der einzelnen Untermodelle wird im Vorfeld durch Georeferenzierung, Transformation und andere geeignete Verfahren angepasst. Der Beitrag beschreibt den methodischen Aufbau des interaktiven Produktmodells für den Tunnelvortrieb im Lockergestein einschließlich seiner Untermodelle. Die Leistungsfähigkeit zeigt ein Fallbeispiel mit Daten der U-Bahnbaustelle Wehrhahn-Linie in Düsseldorf. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf der Verifizierung des Produktmodells sowie auf verknüpften Simulationen und übergreifenden Analysen. Die Forschungsarbeiten sind zentraler Bestandteil des Sonderforschungsbereichs SFB 837 “Interaktionsmodelle für den maschinellen Tunnelbau” an der Ruhr-Universität Bochum.

The evaluation of the abrasiveness of soil is not unified or standardised at the moment. Mostly used are complex index processes with greatly simplified model bodies and simplified test conditions such as the LCPC abrasimeter test. These processes can however at best measure the efficiency of the wear mechanism and are not capable of reflecting the strength of the bonding of the internal fabric, an essential factor determining the level of operational demands, i.e. the resistance to excavation. These index processes therefore offer no advantages over evaluation processes based on conventional soil mechanics parameters. Quite the opposite, these mostly prototype tests imply new problems that are inevitable with the testing methods. The paper thus presents at the end an extended method of evaluating wear to excavation tools and the conveyance or transport of excavated spoil.
Die Beurteilung der Abrasivität von Lockergesteinen ist bis heute nicht vereinheitlicht oder normiert. Verbreitet sind vor allem komplexe Indexverfahren mit stark vereinfachten Modellkörpern und vereinfachten Versuchsrahmenbedingungen wie z.B. der Drehflügelversuch LCPC. Diese Verfahren können aber allenfalls die Wirksamkeit des Verschleißmechanismus abbilden und sind nicht in der Lage, die Festigkeit des Gefügeverbands als maßgeblichen Einflussfaktor auf die Größe der Beanspruchung, d.h. den Abbauwiderstand zu erfassen. Derartige Indexverfahren besitzen daher keine Vorteile gegenüber Bewertungsverfahren, die auf herkömmlichen, bodenmechanischen Kennwerten beruhen. Ganz im Gegenteil implizieren diese, meist prototypartigen Versuche neue, versuchsspezifische Probleme. Der Beitrag stellt daher abschließend einen erweiterten Bewertungsansatz zur Verschleißbewertung von Abbauwerkzeugen sowie der Abförderung bzw. dem Abtransport von gelöstem Abbaugut vor.

The Baltic-Adriatic Corridor, one of the most important north-south routes in Europe and the easternmost crossing of the Alps, connects the Baltic with the Adriatic. 455 km of the Baltic-Adriatic Corridor runs through Austria. Currently it only meets the requirements of an efficient international long distance transport connection in a few stretches. This is due above all to topography: in Austria, the corridor crosses the Alps. In addition, large sections of the line date from the era of the Austro-Hungarian Empire and only a few sections have been updated since then. Three bottlenecks on Austrian territory in particular massively limit the efficiency of the corridor: the Vienna hub, the crossing of the Semmering and the Neumarkter Sattel, a mountain pass where the railway line bypasses the Graz region in a big loop. To eliminate these bottlenecks in the corridor, Austria is currently pushing ahead with three key projects as well as a number of other construction plans: the Vienna Central Railway Station as a through station, the Semmering Base Tunnel and the Koralmbahn line. But further projects on the Baltic-Adriatic Corridor are also of great importance for Austria: the Terminal Inzersdorf, the upgrading of the Pottendorfer line, the repair of the line from Mürzzuschlag to Bruck/Mur and the improvement from Bruck/Mur to Graz.
Als eine der wichtigsten Nord-Süd-Transversalen Europas und östlichster Alpenübergang verbindet der baltisch-adriatische Korridor die Ostsee mit der Adria. Davon verlaufen 455 km des baltisch-adriatischen Korridors in Österreich. Sein heutiger Ausbauzustand entspricht nur abschnittsweise den Anforderungen an eine leistungsfähige internationale Fernverkehrsverbindung. Dies ist vor allem auf die topografische Gegebenheit zurückzuführen: Der Korridor durchquert in Österreich die Alpen. Darüber hinaus stammen große Teile der Trassenführung aus der Zeit der österreichisch-ungarischen Monarchie und wurden seither nur abschnittsweise auf den neuesten Stand gebracht. Insbesondere schränken drei Engpässe auf österreichischem Staatsgebiet die Leistungsfähigkeit des Korridors massiv ein: der Knoten Wien, die Semmering-Querung und der Neumarkter Sattel, über den die Strecke überdies den Raum Graz großräumig umfährt. Um diese Engpässe im Korridor zu beheben, forciert Österreich aktuell drei Schlüsselprojekte: den Hauptbahnhof Wien, den Semmering-Basistunnel und die Koralmbahn. Aber auch weitere Projekte sind im Verlauf der baltisch-adriatischen Achse von wesentlicher Bedeutung für Österreich: der Terminal Inzersdorf, der Ausbau der Pottendorfer Linie, die Bestandssanierung Mürzzuschlag-Bruck/Mur und die Linienverbesserung Bruck/Mur-Graz.

The twin-tube Koralm Tunnel with a length of about 32.9 km is the key structure on the new high-speed line between Graz and Klagenfurt. The Koralm Tunnel passes through the mountain massif of the Koralpe with a maximum overburden of about 1,200 m. The two tunnel bores have a standard inner radius of 3.95 m and run at a spacing of about 40 m, connected by cross-passages every 500 m. In the middle of the tunnel is an emergency station. Construction works on the main contracts started with the completion of investigation works at the end of 2008. The structure of the tunnel should be completed by 2019 with the start of operation being planned for 2023.
Der zweiröhrige Koralmtunnel stellt mit einer Länge von rund 32,9 km das Kernstück der neuen Eisenbahnhochleistungsstrecke zwischen Graz und Klagenfurt dar. Der Koralmtunnel durchquert das Gebirgsmassiv der Koralpe bei einer maximalen Überlagerung von etwa 1.200 m. Die beiden Tunnelröhren weisen einen Regel-Innenradius von 3,95 m auf, verlaufen mit einem Achsabstand von rund 40 m und sind alle 500 m über Querschläge miteinander verbunden. In Tunnelmitte ist eine Nothaltestelle situiert. Die Bauarbeiten für die Hauptbaulose wurden nach Abschluss der Erkundungsarbeiten Ende 2008 aufgenommen. Der Tunnelrohbau soll bis 2019 abgeschlossen sein. Nach der bahntechnischen Ausrüstung, Inbetriebnahme und Inbetriebsetzung ist die Gesamtinbetriebnahme im Jahr 2023 vorgesehen.

The largest construction lot of the Koralmtunnel project, which will be executed by the joint venture KAT 2 (Strabag - Jäger Bau), has been under construction for almost three years. The key tasks thus far were the edification of the twin shafts to a depth of 60 m, approximately 4.5 km tunnel by drill and blasting, the assembling and implementing of the two tunnel boring machines, as well as the installation of the above- and underground logistic-infrastructure. This report describes the development of the logistics concepts, the work preparation for the maximum excavation length of up to 17 km, as well as the first experiences of their implementation.
Das größte Baulos des Koralmtunnels, ausgeführt von der Arbeitsgemeinschaft KAT 2, Strabag - Jäger Bau, ist mittlerweile zweieinhalb Jahre in der Bauausführung. Die bisherigen Schlüsselaufgaben waren die Herstellung des 60 m tiefen Bauschachtes, ca. 4, 5 km zyklische Vortriebe, die Montage und Inbetriebnahme der beiden Tunnelbohrmaschinen, sowie die Herstellung der Logistik Infrastruktur Ober- und Untertage. Der Bericht beschreibt die Entwicklung des Logistikkonzeptes, die Planung dessen bis zur maximalen Vortriebslänge von bis zu 17 km, sowie die ersten Erfahrungen der Umsetzung.

In order to preserve the environment and save resources, Austrian Railways ÖBB have decided to recycle material excavated from contract KAT 2 of the 32.9 km long Koralm Tunnel and process it as aggregates for concrete production. This leads to a saving of gravel resources, reduction of transport routes and reduction of the required landfill areas. The rock mass, which is predominantly formed of schistose gneisses and gneisses with inclusions of mica schist, amphibolites and marbles, is being bored by tunnel boring machines. The material excavated from the tunnel is being recycled on site by processing for concrete aggregates.
Die ÖBB haben sich aus umwelt- und ressourcenschonenden Aspekten beim Bau des 32,9 km langen Koralmtunnels im Baulos KAT 2 für die Verwendung des Tunnelausbruchs für die Aufbereitung von Gesteinskörnungen zur Betonherstellung entschieden. Dadurch ergibt sich eine Schonung der Kiesrohstoffe, Verringerung der Transportwege und Verkleinerung der erforderlichen Deponieflächen. Das Gebirge, vorwiegend aus Schiefergneisen und Gneisen mit Einschaltungen von Glimmerschiefern, Amphiboliten und Marmoren aufgebaut, wird mit Tunnelvortriebsmaschinen aufgefahren. Das anfallende Tunnelausbruchmaterial wird auf der Baustelle zu Betonzuschlagstoff aufbereitet.

The Paierdorf ventilation facility is a part and a preparatory contract for the Koralm Tunnel KAT 3 contract, and is situated approximately 3.7 km from the western portal. It consists of a vertical 120 m deep shaft, an 88 m long expanded section of the south tunnel, access tunnel/TBM entry cavern, an approximately 100 m section in the north tunnel and a ventilation tunnel having a length of around 93 m. The shaft, the access tunnel and the top heading of the south tunnel had already been constructed during the extended exploratory programme of the Koralm Tunnel. The TBM entry cavern, the segment of the north tunnel as well as the section in the south tunnel and the ventilation tunnel were then added in 2012. The ventilation tunnel crosses over the south tunnel with a minimal separation of 2.8 m and connects to the vertical shaft.
This geometrical arrangement results in complex geometry of the underground structure and complex geotechnical interaction between the parts. This paper concentrates on the prediction of system behaviour in the design phase with 2D and 3D numerical calculations and the comparison of predicted with observed behaviour during construction.
Das Lüftungsbauwerk Paierdorf - Teil des Koralmtunnels und vorgezogenes Baulos zum Hauptbaulos KAT 3 - befindet sich rund 3,7 km vom Westportal entfernt. Es besteht aus einem 120 m tiefen Schacht, einem rund 88 m langen aufzuweitenden Abschnitt in der Südröhre, einem Zugangstunnel bzw. einer TVM-Einfahrkaverne, einem rund 100 m langen Abschnitt in der Nordröhre und dem ca. 93 m langen Lüftungstunnel. Der Schacht, der Zugangstunnel und die Kalotte der Südröhre wurden bereits während des weiterführenden Erkundungsprogamms errichtet. Die Einfahrkaverne, der Abschnitt in der Nordröhre sowie die Aufweitung in der Südröhre und der Lüftungstunnel wurden im Zuge der Bauarbeiten im Jahr 2012 aufgefahren. Der Lüftungstunnel kreuzt die Südröhre in einem Vertikalabstand von rund 2,8 m und verbindet die Nordröhre mit dem Lüftungsschacht.
Die geometrische Anordnung aller Bauwerksteile resultiert in einer komplexen Geometrie und einer komplexen geotechnischen Wechselwirkung zwischen den genannten Teilen. Der Beitrag konzentriert sich auf die Vorhersage des Systemverhaltens in der Planungsphase mittels numerischer 2D- und 3D-FE-Berechnungen und den Vergleich zwischen dem prognostizierten und beobachteten Verhalten in der Phase der Bauausführung.

The New Semmering Base Tunnel (SBTn) has been designed with a flat gradient to meet the requirement for uniform high-speed rail infrastructure for the new Südbahn line, which is considered an internationally significant transport corridor for Austria as an industrial location. The 27.3 km tunnel is divided into a number of construction sections with separate contracts due to the geological and hydrogeological conditions. In addition to the tunnel drives from the Gloggnitz portal, the tunnel will also be driven from three intermediate starting points. The individual tunnelling contracts will be started at intervals of about one year. The first tunnelling contract starts in 2014 in the Fröschnitzgraben, the drives in Gloggnitz and the intermediate starting point at Göstritz in 2015 and the tunnel drive in Grautschenhof from 2016. From 2021, when all tunnelling works have been completed and the structure of the two running tunnels has been completed, the installation of the tunnel equipment will start. Opening for service is intended for the end of 2014.
Der Semmering-Basistunnel neu (SBTn) wurde gemäß den Vorgaben zur Bereitstellung einer einheitlich leistungsfähigen Eisenbahninfrastruktur für die neue Südbahn, die als international bedeutende Verkehrsachse für den Wirtschaftsstandort Österreich gilt, mit einer flachen Neigung konzipiert. Der 27,3 km lange Tunnel wird aufgrund der geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse sowie der baulogistischen und tunnelbautechnischen Anforderungen in mehreren Bauabschnitten mit unterschiedlichen Baulosen errichtet. Neben den Vortrieben vom Portal Gloggnitz wird der Tunnel über drei Zwischenangriffe aufgefahren. Die einzelnen Tunnelbaulose werden gestaffelt in Abständen von etwa einem Jahr begonnen. Das erste Tunnelbaulos startet 2014 im Fröschnitzgraben, 2015 beginnen die Vortriebe in Gloggnitz und beim Zwischenangriff Göstritz, ab 2016 erfolgt der Tunnelvortrieb in Grautschenhof. Ab 2021, wenn alle Vortriebsarbeiten abgeschlossen und die beiden Tunnelröhren im Rohbau durchgängig fertiggestellt sind, beginnt der Einbau der Tunnelausrüstung. Die Inbetriebnahme ist Ende 2024 vorgesehen.

Extensive preparatory works for the new Semmering Base Tunnel (SBTn) project have been underway in Styria since March 2012 and in Niederösterreich since April 2012, in numerous construction sections and contracts. In the Gloggnitz construction section (PGG) on contract PGG1, one of six contracts in Gloggnitz, the works included two rail bridges, two trough structures, one road bridge, various flood protection works, a landfill for excavated spoil and three lifts at Gloggnitz station. The contract also dealt with landscaping for land rehabilitation and the site facilities area. In the construction section Tunnel Fröschnitzgraben (SBT2), contracts SBT2.2 and SBT2.3 include a drinking water supply plant, the infrastructure for the site facilities area at Fröschnitzgraben, a temporary site access road from the S06 Semmering Schnellstraße, two site roads, improvement of the L117 Pfaffensattelstraße, noise protection measures and extensive preparations for the landfill site in the Longsgraben. The section with contracts SBT2.5 and SBT2.4 also made extensive felling work and planting and reforestation necessary. On contract PGG1, an extensive slope cutting was formed for the construction of the Gloggnitz Portal area, and contract SBT2.3 constructed extensive embankments as reinforced earth retaining structures. Geotechnical safety management is applied to ensure the geotechnically safe and economic implementation of these measures.
Seit März 2012 laufen auf der steirischen Seite und seit April 2012 auf der niederösterreichischen Seite bereits in mehreren Bauabschnitten bzw. Baulosen umfangreiche Vorarbeiten für das Projekt Semmering-Basistunnel neu (SBTn). Im Bauabschnitt Gloggnitz (PGG) im Baulos PGG1, einem von sechs Baulosen in Gloggnitz, werden hierbei unter anderem zwei Eisenbahnbrücken, zwei Wannenbauwerke, eine Straßenbrücke, vielfältige Hochwasserschutzmaßnahmen, eine Aushubdeponie sowie drei Liftanlagen im Bahnhof Gloggnitz errichtet. Ebenso werden im Zuge dieses Bauloses der Landschaftsbau zur Renaturierung und die Baustelleneinrichtungsflächen umgesetzt. Im Bauabschnitt Tunnel Fröschnitzgraben (SBT2) werden mit den Baulosen SBT2.2 und SBT2.3 unter anderem eine Trinkwasserversorgungsanlage, die Infrastruktur der Baustelleneinrichtungsfläche Fröschnitzgraben, eine temporäre Baustellenzufahrt von der S06 Semmering Schnellstraße, zwei Baustraßen, eine Regenerierung der L117 Pfaffensattelstraße, Lärmschutzmaßnahmen sowie umfangreiche Vorarbeiten für die Deponie im Longsgraben realisiert. Weiters sind im Bauabschnitt mit den Baulosen SBT2.5 und SBT2.4 umfangreiche Schlägerungsarbeiten sowie Bepflanzungs- und Aufforstungsarbeiten erforderlich. Im Baulos PGG1 erfolgte die Herstellung eines umfangreichen Hangeinschnitts für die Errichtung des Portalbereichs Gloggnitz, im Baulos SBT2.3 werden Dämme als Bewehrte-Erde-Stützkonstruktionen im großen Umfang errichtet. Für die geotechnisch sichere und wirtschaftliche Umsetzung dieser Maßnahmen wird ein geotechnisches Sicherheitsmanagement angewendet.

The first call for tenders for the three tunnelling contracts of the New Semmering Base Tunnel is one of the highest value tendering processes in the Second Austrian Republic. The enormous magnitude of the construction works and access and development of the site for the tunnelling works represent a great logistical challenge. This situation also had to be considered in the form of contract.
Die erste Ausschreibung für die drei Tunnelbaulose des Semmering-Basistunnels neu ist eines der höchsten Vergabeverfahren der Zweiten Republik. Der enorme Bauumfang sowie die Erschließung der Baustelle und der Vortriebe stellen eine große logistische Herausforderung dar. Diesem Umstand musste auch in der Vertragsgestaltung Rechnung getragen werden.

Major tunnel projects like the new Semmering Base Tunnel require intensive design work long before construction can start. Design work is based on basic surveying, which is subject to particular requirements on major projects of engineering geodesy. The most important basis is a homogeneous and stress-free basic control network for position and height, represented by suitable stabilised points. The conception and implementation of this basic control network poses stringent requirements for the surveyor. On the one hand, great precision and reliability are required, and on the other hand design requirements have to be considered along with the numerous geodetic and geophysical considerations. The most challenging work, which has to be undertaken above ground for the later tunnelling works, is described in detail in this article
Große Tunnelbauvorhaben wie der neue Semmering Basistunnel erfordern bereits lange vor der Realisierung intensive Planungsarbeiten. Grundlage für alle Planungstätigkeiten sind Vermessungsgrundlagen, an die bei ingenieurgeodätischen Großprojekten besondere Anforderungen gestellt werden. Die wichtigste Basis ist ein homogenes und spannungsfreies Grundlagennetz in Lage und Höhe, das durch geeignet stabilisierte Punkte repräsentiert wird. Die Konzeption und Realisierung dieses Grundlagennetzes stellt hohe Anforderungen an den Vermessungsingenieur. Zum einen ist höchste Präzision und Zuverlässigkeit gefordert, zum anderen sind neben zahlreichen geodätischen und geophysikalischen Rahmenbedingungen auch Vorgaben aus der Projektierung zu berücksichtigen. Die herausfordernden Arbeiten, die bei der übertägigen Grundlagenvermessung für den späteren Tunnelvortrieb notwendig sind, werden in diesem Beitrag ausführlich dokumentiert.

The loading on the tools of a TBM can usually only be estimated through the global thrust force, which gives a typical force of about 250 kN for 17” discs. The actual loading is however highly variable, with peak loads that can be many times the nominal load. In the present paper the development and implementation of a method is presented, which makes it possible to measure disc forces in-situ and in real time. It turns out that the measured forces are unevenly distributed over the area of the face and can be correlated with geological/geotechnical features in the face. Furthermore, a method is presented which makes it possible to document the face photographically. Single images or videos are combined to an overall image by means of digital image processing. The quality of the pictures obtained in this way can provide a significant improvement of the geological documentation of TBM drives.
Die Belastungen von TBM-Abbauwerkzeugen können in der Regel nur über die globale Vorschubkraft abgeschätzt werden, woraus sich eine durchschnittliche Anpresskraft von etwa 250 kN für 17”-Disken ergibt. Die tatsächliche Belastung ist jedoch stark ungleichmäßig mit Spitzenkräften, die ein Vielfaches der nominellen Last betragen können. Im vorliegenden Beitrag wird die Entwicklung und Implementierung einer Messmethodik vorgestellt, die es ermöglicht Diskenkräfte in situ und in Echtzeit zu messen. Es zeigt sich, dass die gemessenen Kräfte ungleich über die Ortsbrust verteilt sind und mit geologisch/geotechnischen Merkmalen der Ortsbrust korreliert werden können. Darüber hinaus wird eine Methodik präsentiert, die es ermöglicht, die Ortsbrust fotografisch zu dokumentieren. Dabei werden einzelne Bilder oder Videos mittels Methoden der digitalen Bildverarbeitung zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Die Qualität der Bilder ist geeignet, die geologische Dokumentation bei TBM-Vortrieben wesentlich zu verbessern.

In very long rail tunnels (> 20 km), emergency stations (NHS) are provided for trains to stop in case of an incident. Emergency stations are constructionally detailed and equipped so that the passengers can be evacuated quickly and safely in case of an incident such as a fire in a train. Such emergency stations are provided in the existing Lötschberg Base Tunnel (CH, opened 2007) and similar tunnels that are currently under construction, the Gotthard Base Tunnel (CH), Brenner Base Tunnel (A), new Semmering Base Tunnel (A) and Koralm Tunnel (A). The present article compares and explains in detail the ventilation and safety aspects of emergency stations and the construction detailing, ventilation and safety equipment, which have to be considered in the design of an emergency station.
In sehr langen Eisenbahntunneln (> 20 km) werden sogenannte Nothaltestellen (NHS) für den störungsbedingten Halt eines Zugs vorgesehen. Die NHS sind baulich und technisch so ausgestattet, dass im Störungsfall, z.B. bei Zugbrand, eine rasche und sichere Evakuation von Fahrgästen ermöglicht wird. Im bestehenden Lötschberg Basistunnel (CH, Inbetriebnahme 2007) sowie den sich im Bau befindlichen Gotthard Basistunnel (CH), Brenner Basistunnel (A), Semmering Basistunnel neu (A) und Koralmtunnel (A) sind solche NHS vorgesehen. Im vorliegenden Beitrag erfolgt eine Gegenüberstellung der baulichen und lüftungs- bzw. sicherheitstechnischen Ausgestaltung der NHS. Die projektspezifischen Randbedingungen und Vorgaben, die bei der Planung der NHS berücksichtigt werden mussten, werden im Detail erläutert.

Scaling of tunnel drainage systems comprises complex reaction mechanisms, which are essentially caused by the interaction of water with cement-based materials and the atmosphere. The resulting precipitation of CaCO3 in the drainage is an economically highly challenging task for tunnel operators with respect to maintenance and cleaning action. Hydrochemical modelling is used to decipher reaction mechanisms and thus to provide quantifications, which are required to develop monitoring tools, like in-situ alert systems, and prevention strategies, like application of low-eluting shotcrete and inhibitors.
Die Versinterung von Tunneldrainagen umfasst komplexe Reaktionsvorgänge, die sich im Wesentlichen auf die Wechselwirkung von Wässern mit zementgebundenen Materialien und der Atmosphäre beziehen. Die hieraus resultierende Abscheidung von CaCO3 in den Dränagen stellt aufgrund von Instandhaltungs- und Reinigungsarbeiten eine große ökonomische Herausforderung für den Tunnelbetreiber dar. Hydrochemische Modellierungen ermöglichen es, Reaktionsabläufe zu erkennen und Bilanzierungen durchzuführen, welche die Voraussetzung für die Entwicklung von Monitoring-Werkzeugen, wie In-situ-Sinter-Wächtern, und von Präventionsstrategien, wie die Anwendung von eluatarmen Spritzbetonsorten und geeigneten Inhibitoren, darstellen.

The recently completed Niagara Tunnel Facility Project in the province of Ontario in Canada is an extension of the Sir Adam Beck hydropower station originally built in the 19th century. The project includes the construction of a diversion tunnel to supply the existing hydropower station with an additional 500 m3 of water per second. The long-term stability of the unreinforced concrete lining is assured by a passive prestressed concrete lining according to the principles of Seeber. The operational water pressures reach 13 bar at the deepest point of the tunnel. In order to be able to monitor the slight deformations of the lining in the course of the prestressing process, an innovatively thought-out method of surveying had to be developed. The results of the deformation and long-term monitoring are presented.
Das kürzlich fertiggestellte Niagara Tunnel Facility Projekt in der Provinz Ontario in Kanada ist eine Erweiterung des im 19. Jahrhundert erbauten Sir Adam Beck Wasserkraftwerks. Das Projekt umfasst den Bau eines Umleitungsstollens, der das bestehende Wasserkraftwerk mit zusätzlichen 500 m3 Wasser pro Sekunde speist. Für die langfristige Stabilität der unbewehrten Betonschale wird die Schale nach dem Prinzip der passiven Vorspannung nach Seeber vorgespannt. Die betrieblichen Wasserdrücke erreichen am tiefsten Punkt des Tunnels rund 13 bar. Um die geringen Verformungen der Schale im Zuge des Vorspannungsprozesses messtechnisch überwachen zu können, musste eine innovative Vermessungsmethode entwickelt werden. Ergebnisse der Verformungs- und der Langzeitmessung werden vorgestellt.

The pressure tunnels of Alpine hydropower stations have been designed for a long lifetime and often give good service for long periods, making no further measures necessary except for regular maintenance. But in some pressure tunnels, damage to the lining has been discovered after some decades of use and this leads to repair works of varying extent. The article gives an overview of the damage patterns and the repairs, with serveral examples.
Die Druckstollen alpiner Wasserkraftwerke sind für eine lange Lebensdauer konzipiert und stehen in vielen Fällen über einen langen Zeitraum klaglos in Betrieb, sodass neben der regulären Instandhaltung keine weiteren Maßnahmen erforderlich sind. Bei manchen Druckstollen ist nach einer Nutzungsdauer von mehreren Jahrzehnten die Entwicklung von Schäden an der Auskleidung festzustellen, die zu Sanierungen unterschiedlichen Umfangs führen. Der Beitrag gibt einen Überblick über die Schadensbilder und die Sanierungen, wofür mehrere Beispiele angeführt werden.

The Beles Multipurpose Project, with a total installed capacity of 460 MW, is located in the Lake Tana region in the northwest of Ethiopia. The headrace system consists of the low pressure headrace tunnel and a 270 m deep vertical shaft with a power cavern at its lower end. A tailrace tunnel transports the turbine water to the Beles river where it is used again for agricultural purposes.
The entire tunnel length of the tailrace tunnel and most of the length of the headrace tunnel encountered various types of volcanic rock at an overburden between 50 and 370 m. This volcanic section of 17.5 km length was excavated by a hard rock double shield TBM and lined with an “open” segmental lining. Control of water loss and water ingress had to be achieved through the permeability characteristics of the surrounding rock, the hydrogeological conditions and by means of grouting where required.
The intake area is characterised by Quaternary lacustrine deposits over a length of about 1,600 m at an overburden up to a maximum of 120 m. For this lacustrine section, the DS-TBM was modified to run in a semi-EPB mode and the requirements to withstand pressurized backfilling were to be achieved by a gasket-sealed segmental lining.
Das Wasserkraftwerk Beles, mit einer Leistung von 460 MW, befindet sich im Nordwesten Äthiopiens in der Region des Tana Sees am Ursprung des Blauen Nils. Die oberwasserseitige Triebwasserführung umfasst den Druckstollen, einen 270 m tiefen vertikalen Druckschacht und ein Kavernenkrafthaus. Daran schließt der Unterwasserstollen an, der das Triebwasser zum Fluss Beles ausleitet, wo dieses zusätzlich für landwirtschaftliche Zwecke genutzt wird.
Mit dem gesamten Unterwasserstollen sowie mit dem Großteil des Druckstollens wurden auf einer Länge von etwa 17,5 km vulkanische Gesteine durchörtert, bei Überlagerungshöhen zwischen etwa 50 und 370 m. Die vulkanischen Gesteine wurden mit Hartgesteins-Tunnelbohrmaschinen aufgefahren und mit einer “offenen”, nicht gedichteten Fertigteilauskleidung ausgekleidet. Für die Begrenzung der Wasserzutritte und der Wasserverluste wurden soweit wie möglich die vorhandenen Gebirgseigenschaften betreffend Bergwasserdruck und Gebirgsdurchlässigkeit genutzt. Wo erforderlich wurden Gebirgsinjektionen eingesetzt, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Ein kurzer oberwasserseitiger Tunnelabschnitt im Anschluss an den Tana See durchörterte auf einer Länge von ca. 1.600 m lakustrine Sedimente bei Überlagerungshöhen bis zu 120 m. Für diesen Abschnitt wurde die Doppelschild-TBM auf einen Semi-Erddruckmodus umgerüstet, und es wurden gedichtete Fertigteile mit einer unter Druck eingebrachter Ringspaltverfüllung eingesetzt.

The “KW Bärenwerk” power station project is currently being implemented by the Salzburg AG. This article reports in detail how extensive surveys of the existing condition formed the basis for innovative decisions making by the company. The investigations carried out above and below ground in the period 2009-2010 were the basis for an objective consideration of the decision whether to repair the existing tunnel system or construct a new tunnel.
First the power station and its current facilities are described, with particular emphasis on the headrace and headrace tunnel. The investigations and analyses are also described in detail, and how the knowledge gained was used in the design process. A possible decision-making process is described, with a comparison of the most important features in order to differentiate between repair and new construction. The report ends with the state of the works that are currently underway.
In diesem Beitrag wird an einem derzeit in Realisierung befindlichem Kraftwerksprojekt “KW Bärenwerk” der Salzburg AG ausführlich dargelegt, wie eine umfassende Bestandserhebung die Grundlage zu einer richtungsweisenden Unternehmensentscheidungen bilden kann. Die unter- sowie obertägig im Zeitraum von 2009 und 2010 durchgeführten Untersuchungen waren die Basis für eine objektive Betrachtungsweise der beiden möglichen Entscheidungswege einer Sanierung des bestehenden Stollensystems oder eines Stollenneubaus.
Einleitend werden das Kraftwerk mit seinen Anlagenteilen und die Ist-Situation erläutert, wobei speziell auf den Triebwasserweg bzw. den Triebwasserstollen eingegangen wird. Weiter werden die Untersuchungen und Analysen detailliert beschrieben und die daraus gewonnen Erkenntnisse in die Planung übertragen. Es wird ein möglicher Weg des Entscheidungsprozesses gezeigt und dazu anhand einer Gegenüberstellung der wesentlichsten Entscheidungskriterien die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale der Sanierung bzw. des Neubaus des Druckstollens dargelegt. Der Bericht schließt mit dem Stand der tatsächlich durchgeführten Arbeiten.

The penstock and the surge tank are being renewed at the two existing hydropower stations of Tiwag (Tiroler Wasserkraft AG) in the Kaunertal valley. The core of the works is the bored pressure shaft about 1,430 m long with an excavation diameter of 5.54 m and armourings of 4.3 m diameter, which is being installed inside a segment lining. When a tunnel is continuously bored by a shield TBM, the system restricts the scope for reaction to changes in rock mass behaviour. Special measures outside normal operation are expensive and time-consuming. In geomechanically difficult sections of the tunnel, the situation has to be assessed continuously to establish whether the expected ground conditions could significantly disrupt the tunnelling system. For this purpose, hammer drilling was undertaken systematically during the advance and seismic investigations were carried out, as well as core drilling.
In order to achieve a secure mechanical connection between the steel lining or the concrete lining and the surrounding rock mass and activate the load-bearing capacity of the rock mass, grouting of the rock mass as well as contact and gap grouting are performed for the steel-lined sections and the concrete-lined surge tank riser shaft. The grouting of the rock mass immediately after the completion of the shaft drive is carried out according to the GIN method with a defined hole pattern and based on extensive tests. The results are systematically evaluated by the start of the contact and gap grouting after the installation of the steel lining.
Beim bestehenden Kaunertalkraftwerk der Tiwag (Tiroler Wasserkraft AG) werden der Kraftabstieg und das Wasserschloss neu gebaut. Das Herzstück ist ein gebohrter ca. 1.430 m langer Druckschacht mit einem Ausbruchdurchmesser von 5,54 m und einer Panzerung von 4,3 m Durchmesser, die innerhalb einer Tübbingauskleidung errichtet wird. Bei einem kontinuierlichen Vortrieb mit Schildmaschinen gibt es systembedingt nur eingeschränkte Reaktionsmöglichkeiten auf Änderungen im Gebirgsverhalten. Sondermaßnahmen, die außerhalb des Regelvortriebs liegen, sind kosten- und zeitintensiv. In geomechanisch schwierigen Vortriebsabschnitten gilt es laufend zu beurteilen, ob die zu erwartenden Gebirgsverhältnisse das Vortriebssystem maßgeblich stören können. Zu diesem Zweck wurden systematisch vortriebsbegleitende Drehschlagbohrungen und seismische Erkundungen durchgeführt sowie Kernbohrungen angeordnet.
Um eine kraftschlüssige Verbindung der Stahlpanzerung oder der Betonauskleidung mit dem umliegenden Gebirge zu erreichen und die Tragfähigkeit des Gebirges zu aktivieren, sind für die stahlgepanzerten Strecken und dem betonausgekleideten Wasserschloss-Steigschacht sowohl Gebirgsinjektionen als auch Kontakt- und Spaltinjektionen vorgesehen. Die unmittelbar nach Vortriebsende angeordneten Gebirgsinjektionen werden nach dem Prinzip der GIN-Methode über ein definiertes Bohrlochraster und auf Grundlage von umfangreichen Tests ausgeführt. Die systematische Auswertung der Ergebnisse erfolgt bis zum Beginn der Kontakt- und Spaltinjektion im Anschluss an den Einbau der Panzerung.

For the highly loaded pressure tunnels and shafts that are used for the extension of storage power plants with pumped storage and to increase installed capacity, alignments of the waterway system with high overburden are of great importance from the economical and safety points of view. With the development of the raise-boring method, vertical pressure shafts can now be drilled up to 800 m in one step.
Considering rock cover, the use of vertical pressure shafts can enable optimal alignments. If the vertical shaft is located deep enough in the rock mass and safety against hydraulic jacking can be ensured, no steel liner is required in the shaft as long as rock permeability is low, and a reinforced concrete lining is sufficient. This is designed in order to limit crack widths and thus keep water losses below acceptable values. In view of highly increasing steel prices, such a concept results in economic and competitive pumped-storage projects.
Bei hochbeanspruchten Druckstollen und Druckschächten, wie diese bei der Erweiterung von Speicherkraftwerken mit Pumpspeicherwerken und durch Leistungserhöhungen vorkommen, sind tiefliegende Linienführungen der Triebwassersysteme aus wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Gründen von größter Bedeutung. Mit der Entwicklung des Raise-Boring-Verfahrens können heute Vertikalschächte bis gegen 800 m in einer einzigen Etappe ausgeführt werden. Dadurch ergeben sich bezüglich Felsüberdeckung optimale Linienführungen. Falls der Schacht genügend tief im Gebirge angeordnet wird und somit die Sicherheit gegen hydraulischen Gebirgsbruch gewährleistet ist, kann bei wenig durchlässigen Felsformationen auf eine Stahlpanzerung verzichtet werden. Eine bewehrte Betonauskleidung ist ausreichend, deren Bewehrung so bemessen ist, dass die Rissweiten und somit die Wasserverluste auf zulässige Werte beschränkt werden. Anbetracht der stark angestiegenen Stahlpreisen führt dieses Konzept zu wirtschaftlichen und konkurrenzfähigen Pumpspeicherwerkprojekten.

For the construction of the Metro B1 line in Rome, special settlement reduction measures were implemented for settlement-sensitive structures beside deep excavations with depths of up to 45 m. These measures were necessary due to the excavation of tunnels with 6.8 and 9.8 m diameter under challenging soil and groundwater conditions. The originally designed jet grouting bodies were replaced by compensation grouting. This enabled all works to be performed from eight shafts (maximum 24 m depth), limiting the public space requirement. The efficiency of compensation grouting was demonstrated in two full-scale field trials and the advantages of active settlement compensation were proved during tunnel excavation.
Für den Bau der Metro B1 in Rom wurden neben bis zu 45 m tiefen Baugruben auch Sondermaßnahmen zur Setzungsreduktion für verformungsempfindliche Bauwerke realisiert. Diese Maßnahmen waren aufgrund des Vortriebs von Tunneln mit einem Durchmesser von 6,8 bzw. 9,8 m unter anspruchsvollen Boden- und Grundwasserverhältnissen erforderlich. Die im Amtsentwurf geplanten DSV-Arbeiten wurden durch Kompensationsinjektionen ersetzt. Dadurch konnten die Arbeiten aus acht Schächten (max. 24 m Tiefe) ausgeführt werden, wodurch sich ein geringer Bedarf an öffentlichen Flächen ergab. Die Effizienz der Injektionen konnte anhand von zwei großmaßstäblichen Feldversuchen gezeigt und die Vorteile eines aktiven Setzungsausgleichs während der eigentlichen Tunneldurchfahrt bestätigt werden.

The new metro line in Thessaloniki includes, besides the excavation of two twin tunnels, the construction of 13 stations with central platform in settlement-reducing top-to-down construction method. Due to restrictions in available space, it was necessary to dispense with the construction of an inner shell. Further constraints were the soft and highly inhomogeneous soil, the large excavation depths in groundwater, and the earthquake-resistant design of the structures. The special foundation works executed for permanent uplift safety as well for the soil strengthening in front of the excavation walls are described for representative stations.
Die neue U-Bahn in Thessaloniki umfasst, neben dem Schildvortrieb zweier Röhren, die Errichtung von 13 Bahnhöfen mit zentralem Bahnsteig in verformungsarmer Deckelbauweise. Wegen der engen Platzverhältnisse musste dabei auf eine Innenschale verzichtet werden. Weitere erschwerende Randbedingungen sind der weiche, stark inhomogene Untergrund, die große Aushubtiefe im Grundwasser und die erdbebengerechte Auslegung der Tragkonstruktion. Für typische Bahnhöfe werden die Spezialtiefbaumaßnahmen zur dauerhaften Auftriebssicherung sowie zur Verstärkung des Fußwiderlagers der tiefen Baugruben vorgestellt.

The paper describes some of the challenging geotechnical issues related to the redevelopment of a central London site in Tottenham Court Road. The London Underground station is being upgraded, and proposed tunnels of the Crossrail project and the Denmark Place project also have to be accommodated, which led to significant difficulties due to spatial restraints underground. Innovative solutions have been adopted for the design and installation of some of the piles together with an unprecedented low clearance between piles and a running tunnel of the Northern Line and the proposed Crossrail tunnel respectively. For one pile, a D-shaped section had to be chosen due to space limitations in the ground.
Dieser Beitrag beschreibt einige der geotechnischen Herausforderungen bei der Neugestaltung eines zentralen Stadtteils von London, der Tottenham Court Road. Aufgrund der Tatsache, dass neben dem Ausbau der bestehenden U-Bahnstation ein geplanter Crossrail-Tunnel sowie das Projekt Denmark Place in diesem Areal errichtet werden, entstehen erhebliche Schwierigkeiten durch die sehr beengten Platzverhältnissen im Untergrund. Innovative Lösungen in Planung und Herstellung der Pfähle waren erforderlich, wobei ein noch nie dagewesener geringer Abstand zwischen Pfahl und Northern Line Tunnel bzw. dem geplanten Crossrail Tunnel genehmigt wurde. Für einen Pfahl musste aus Platzgründen ein D-förmiger Querschnitt gewählt werden.

An approx. 2.2 km long section of the U5 in the city centre of Berlin is currently under construction to close the gap between the existing underground structures at the Berliner Rotes Rathaus and Brandenburger Tor stations. Construction started early 2012 and the connection between Alexanderplatz and Brandenburger Tor is planned to open in 2019. The alignment starts from the newly built Rotes Rathaus Metro station, passing under the River Spree, the planned new Berliner Schloss and the Spree channel, and then follows the street Unter den Linden before arriving at the Brandenburger Tor. Three new stations have to be constructed at Rotes Rathaus, Museumsinsel and Unter den Linden, with the centrepiece being the Museumsinsel station where ground freezing techniques are being used.
Geplant und derzeit im Bau ist die Herstellung eines ca. 2,2 km langen Lückenschlusses der Trasse zwischen den bestehenden Tunnelanlagen am Berliner Roten Rathaus und der Station Brandenburger Tor. Baubeginn war im Frühjahr 2012. 2019 soll die Verbindung zwischen Alexanderplatz und Brandenburger Tor eröffnet werden. Die Linienführung der Trasse verläuft innerstädtisch von der neu zu errichtenden U-Bahn Station Rotes Rathaus unter der Spree, unterhalb des zukünftigen Neuen Berliner Schlosses und dem Spreekanal entlang der Straße Unter den Linden zum Brandenburger Tor. Die Trasse beinhaltet drei neue Stationen (Rotes Rathaus, Museumsinsel und Unter den Linden). Herzstück ist die Station Museumsinsel, die im Schutz einer Vereisung hergestellt wird.