The Brenner Eisenbahn GmbH (BEG) was appointed in 1995 to design and construct the new railway line in the Lower Inn Valley between the national border near Kufstein and Innsbruck. In the densely populated Inn Valley, large parts of the line with a planned speed of 250 km/h had to be run through tunnels. Near Jenbach, a semi-quantitative process was used as part of a risk analysis for the decision between the variants of a shallow, mined special construction and a deep mechanically driven tunnel.
Die Brenner Eisenbahn GmbH (BEG) wurde im Jahr 1995 mit der Planung und Errichtung der Neubaustrecke im Unterinntal zwischen der Staatsgrenze bei Kufstein und Innsbruck beauftragt. Im dicht bebauten Inntal mussten große Teile der mit einer Spitzengeschwindigkeit von 250 km/h geplanten Strecke in Tunnellage errichtet werden. Im Bereich Jenbach wurde ein semi-quantitatives Verfahren im Rahmen der Risikoanalyse zur Variantenentscheidung zwischen einer seicht liegenden, bergmännischen Sonderbauweise und einem tiefliegende Maschinenvortrieb angewandt.

With a length of 32.9 km, the Koralm tunnel is the key structure on the route of the new 130 km Koralm railway between Graz and Klagenfurt (Austria). This paper defines the most important boundary conditions for dividing the sections and for selecting the methods of tunnelling (sequential or continuous). The focus of the article is mainly on section KAT 3, in which both tertiary sediments and crystalline rock sequences, including the Lavanttal fault zone, are excavated by sequential and continuous tunnelling. The considerations for this section also include the decision to excavate the sediments and the Lavanttal fault zone using a shield machine with earth pressure components. The criteria for defining the different operating modes are described.
Der Koralmtunnel mit einer Länge von 32,9 km stellt das Schlüsselbauwerk entlang der 130 km langen neuen Koralmbahn zwischen Graz und Klagenfurt dar. Der vorliegende Beitrag legt die wesentlichen Randbedingungen zur Einteilung der Baulose und zur Wahl der jeweiligen Vortriebsmethode (zyklisch oder kontinuierlich) dar. Der Fokus ist dabei hauptsächlich auf das Baulos KAT 3 gerichtet, in dem sowohl tertiäre Sedimente als auch kristalline Gesteinsabfolgen mitsamt der Lavanttaler Störungszone im zyklischen und im kontinuierlichen Vortrieb durchörtert werden. Die Betrachtungen für dieses Baulos umfassen auch die Entscheidungsfindung, die Sedimente und die Lavanttaler Störungszone mittels Schildmaschine mit Erddruckkomponenten aufzufahren. Die Kriterien zur Abgrenzung der unterschiedlichen Betriebsmodi werden dargestellt.

The history of autobahn tunnel construction in Austria is about 45 years young, and currently 140 tunnels with a total length of 300 km provide short, safe and environmentally friendly routes for traffic all year round. A further 100 km of tunnel are being designed or are under construction. The present article gives a review of milestones in the history of autobahn tunnel construction and analyses the special features of road tunnels with regard to the method of tunnelling. More detailed descriptions are given of the TBM project A14, 2nd bore of the Pfänder Tunnel and the S1 Danube-Lobau crossing project currently being designed, including the considerations leading to the selection of tunnelling method in each case.
Die Geschichte des Autobahntunnelbaus in Österreich ist rund 45 Jahre jung. 140 Tunnel mit einer Gesamtlänge von 300 km sorgen ganzjährig für kurze, sichere und umweltfreundliche Transportwege. Weitere 100 km Tunnel sind derzeit in Planung bzw. Bau. Der vorliegende Beitrag gibt einen geschichtlichen Rückblick auf Meilensteine im Autobahntunnelbau und analysiert die Besonderheiten von Straßentunneln im Hinblick auf die Vortriebsmethoden. Auf das bereits umgesetzte TVM-Projekt A14, 2. Röhre Pfändertunnel und das Planungsprojekt S1 Donau-Lobau-Querung mit den entsprechenden Baumethodenüberlegungen wird näher eingegangen.

The selection of the correct method of tunnelling from the contractor's point of view mostly depends on its chance to survive the competition of the marketplace, in addition to a host of technical constraints. The tendering and award conditions also decisively influence whether the technically and economically optimal solution is chosen.
There are also other factors like the market situation, availability of suitable tunnelling machinery and personnel resources, which can have a significant effect on the decision process.
Die Wahl der aus Sicht des Unternehmers richtigen Vortriebsmethode hängt neben einer Vielzahl technischer Randbedingungen vor allem davon ab, wie dieser damit im Wettbewerb bestehen kann. Dabei beeinflussen die Ausschreibungs- und Vergabebedingungen ganz wesentlich, ob letztlich auch die technisch und wirtschaftlich optimale Lösung zur Ausführung gelangt. Daneben sind es aber auch Faktoren wie Marktsituation, Verfügbarkeit von geeigneten Vortriebsanlagen, Personalressourcen, die im Entscheidungsprozess der Vortriebsmethode eine gravierende Rolle spielen können.

The question arises relatively early on every tunnel project: which method of tunnelling is best suited for the specific local conditions? The geological and topographical situations of long tunnels in Austria are particularly variable, as it is common in the Alps to pass through several rock formations and fault zones. An extensive analysis of the risks involved has to form an essential part of the considerations. Modern construction technology generally makes both methods feasible; the award is mostly based on the cost in addition to the estimation of risk and the schedule. Optimised construction progress requires appropriate preparation. On longer tunnel projects, the necessary mobilisation time is normally allowed due to the time lapse of about one year from ordering to delivery of a TBM, a piece of plant more comparable with a factory. For short NATM tunnels, the preparation period is considerably shorter. In comparison, NATM and TBM are essentially equivalent from the viewpoint of construction operation. The final choice is determined by the local geological conditions for the project and the length of the tunnel.
Bei jedem Tunnelbauprojekt stellt sich zu einem sehr frühen Zeitpunkt die Frage, welche Vortriebsmethode unter gegebenen Randbedingungen am besten geeignet ist. Insbesondere die Geologie und die topografischen Situation bei langen Tunneln sind in Österreich sehr wechselhaft, da im Alpenbereich meist mehrere Gesteinsformationen und Störungszonen durchfahren werden. Wesentlicher Bestandteil der Überlegungen wird eine umfangreiche Risikoanalyse sein müssen. Grundsätzlich können aus baubetrieblicher Sicht fast immer beide Vortriebsmethoden angewendet werden; den Ausschlag bilden neben den Risikoüberlegungen die Bauzeit und damit meist einhergehend die Kosten. Ein optimaler Bauablauf erfordert eine entsprechende Vorbereitung. Bei langen Tunneln und durch den etwa einjährigen Bestell- und Produktionsvorlauf einer TBM und deren fabrikmäßige Anlagenkonzeption ist dieser notwendige Vorlauf für die Baubetriebsplanung meist gegeben. Bei kurzen Tunnelbauwerken im NÖT-Vortrieb ist die Vorlaufzeit zu Lasten der Bauvorbereitung wesentlich kürzer. In der Gegenüberstellung sind aus baubetrieblicher Sicht NÖT und TBM grundsätzlich gleichwertige Vortriebsmethoden. Den Vorzug bestimmen letztlich die projektbezogenen primären Randbedingungen Geologie und Tunnellänge.

Brittle fault zones are among the geological formations, which demand particular attention during the design phase and also during the construction of underground structures. The characterisation of fault zones is one of the essential interdisciplinary tasks in the fields of engineering geology and geotechnics. The forecast of the rock mass model and detailed knowledge about the mechanical properties of the various fault rocks are of particular significance. The complexity of fault zones and their relevance for construction make it necessary to implement a projectspecific characterisation of the rock mass, which describes the relevant geological, hydro-geological and geotechnical rock mass conditions. In addition, the construction and economic background of each project has to be taken into consideration in order to get practical information for the tunnel design team. Considering this, a clear path from investigation, through the development of the engineering geological ground model, to geotechnical design and construction planning and construction is essential.
The article summarizes the significant characteristics of fault zones and presents their practical implementation in a project- specific classification and description of types of fault rocks and fault zones. The intention is to illustrate the engineering geological characterisation of fault rocks and fault zones in order to provide the data needed for geotechnical and construction design.
Sprödtektonische Störungszonen zählen zu jenen geologischen Formationen, denen im Rahmen der Planungstätigkeit und im Zuge der Bauausführung von Untertagebauten besonderes Augenmerk geschenkt werden muss. Die Charakterisierung von Störungszonen stellt eine der wesentlichen interdisziplinären Aufgaben der Fachgebiete Ingenieurgeologie und Geotechnik dar. Dabei stehen die Prognose des Gebirgsmodells und die Detailkenntnis über die mechanischen Eigenschaften der unterschiedlichen Störungsgesteine im Vordergrund. Die Komplexität von Störungszonen sowie deren bautechnische Relevanz machen eine projektspezifische Gebirgscharakterisierung erforderlich, welche die jeweiligen geologischen, hydrogeologischen und geotechnischen Gebirgsverhältnisse widerspiegelt. Darüber hinaus sind die bautechnischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen des jeweiligen Projekts zu berücksichtigen, um verwertbare Informationen für die Tunnelplanung liefern zu können. In diesem Zusammenhang ist ein nachvollziehbarer Weg, von der Erkundung über die ingenieurgeologische Prognose und Modellbildung bis hin zur geotechnischen/bautechnischen Planung und Bauausführung, wesentlich.
Der Beitrag fasst die wesentlichen Charakteristika von Störungszonen zusammen und präsentiert deren mögliche Umsetzung in projektspezifische Klassifikationen und Typisierungen von Störungsgesteinen und Störungszonen. Die Intention liegt darin, die ingenieurgeologische Charakterisierung von Störungsgesteinen und Störungszonen zu veranschaulichen, um darauf die geotechnische und bautechnische Planung von Untertagebauten aufbauen zu können.

The design of a ductile lining has to incorporate a number of influences. Both the influences of the ground conditions and the construction have to be considered in order to develop a safe and economical solution. Special focus has to be set on a plausible prediction of the time- and excavation-dependent displacement development and its interaction with the transient shotcrete properties, load-displacement behaviour of the yielding elements and the entire excavation sequence. The rather underdeveloped state of the state-of-the-art methods for ductile support pre-design is somewhat contrasting the frequent practical usage of this support concept. Especially the development of semi-empirical or analytical methods, allowing a quick initial assessment of the system behaviour and incorporating the influences mentioned above, has been neglected in favour of the numerical analysis methods.
A novel calculation method, analogous to the convergence confinement method, applicable to non-circular excavation geometries and unsymmetrical displacement fields is presented in the course of this paper. Castigliano's second law and the associated balance of the outer work enable determining the equilibrium point between the ground and the installed support measures and the determination of the support capacity. Additional semi-empirical relationships, derived from a series of systematic 3D numerical simulations, allow prediction of the pre-relaxation and of the longitudinal displacement profiles for a top heading advance. The combination of these relationships with the proposed energy-based equilibrium criterion allows the establishment of a coherent calculation method, addressing and incorporating all relevant geomechanical and constructional influences. A practical application example and the verification of the method are shown and discussed, with the calculation results compared to the measurement data from the exploratory tunnel Paierdorf (Lavanttal fault system).
The same ideas regarding the balance of outer work between the support measures and the rock mass can be used for finding clear boundaries of ground conditions where a flexible support becomes imperative.
Die Planung eines duktilen Ausbaus muss eine Vielzahl an Einflüssen berücksichtigen. Sowohl die Gebirgsverhältnisse als auch die bautechnischen Einflüsse sind in dieser Phase zu berücksichtigen, um einen wirtschaftlichen und sicheren Vortrieb zu gewährleisten. Besonderes Augenmerk muss dabei auf eine schlüssige Prognose der zeit- und vortriebsbedingten Verschiebungsentwicklung und deren Wechselwirkungen mit den zeitabhängigen Spritzbetoneigenschaften, Last-Verformungsverhalten der Stauchelemente und der gesamten Vortriebssequenz gelegt werden. Trotz einer Vielzahl an praktischen Erfahrungen mit Vortrieben in verformungsfreudigem Gebirge sind die Berechnungsmethoden zur Vorhersage des Systemverhaltens bei solchen geotechnischen Verhältnissen immer noch teilweise rudimentär. Vor allem die Weiterentwicklung von analytischen Methoden, die eine Vorabschätzung des Systemverhaltens unter Berücksichtigung der oben genannten Einflüsse erlauben, wurde in den letzten Jahren zugunsten numerischer Berechnungsmethoden stark vernachlässigt.
In dieser Publikation wird ein neues Rechenverfahren präsentiert, das eine Analogie zum Kennlinienverfahren bei nicht kreisrunden Ausbruchsgeometrien und unsymmetrischen Verschiebungsbildern darstellt. Der zweite Satz von Castigliano und die damit verbundene Bilanz von äußeren Arbeiten des Gebirges und des Ausbaus werden verwendet, um ein Gleichgewicht und die maximale Ausbaukapazität zu bestimmen. Weitere semi-empirische Beziehungen, die aus einer Reihe von numerischen 3DRechnungen hergeleitet wurden, erlauben die Vorhersage der Vorentlastung und der Verschiebungsentwicklung bei einem Kalottenvortrieb. Gemeinsam mit dem neuen Gleichgewichtskriterium ergibt sich ein in sich geschlossenes Rechenverfahren, das alle wesentlichen geotechnischen und bautechnischen Einflüsse erfassen kann. Ein praktisches Anwendungsbeispiel sowie die Verifikation des Verfahrens werden anhand der Verschiebungsmessdaten aus dem Erkundungstunnel (EKT) Paierdorf des Koralmtunnels (Lavanttaler Störungssystem) gezeigt.
Die gleichen Überlegungen zur Energiebilanz werden auch zur Bestimmung einer klaren “Grenze” hinsichtlich Gebirgsverhältnisse, bei denen ein nachgiebiger Ausbau zum Einsatz kommen muss, verwendet.

A whole range of problems are generally associated with the construction of tunnels in weak ground and under high overburden. Among those are large displacements, wide variation of stresses and strains, and sudden water ingress, to name just a few. A wide variety of behaviours can be experienced, depending on the ground conditions and the influencing factors. The contribution deals with experience from the construction of several Alpine tunnels in faulted rock masses. Specific characteristics of each project are highlighted, and the lessons learned described.
Eine ganze Reihe von Problemen ist mit Planung und Bau eines Tunnels in Baugrund mit schlechten Eigenschaften und hoher Überlagerung verbunden. Unter anderem sind dies große und stark anisotrope Verformungen oder plötzliche Wassereinbrüche, um nur einige wenige zu nennen. In Abhängigkeit von den Baugrundverhältnissen und den äußeren Einflüssen kann eine ganze Reihe unterschiedlicher Verhalten beobachtet werden. Der Beitrag fasst Erfahrungen zusammen, die beim Bau alpiner Tunnel im gestörten Gebirge gemacht wurden. Spezielle Charakteristika jedes Projekts werden aufgezeigt und die Lehren aus den Erfahrungen mitgeteilt.

Large deformations are usual for tunnel excavation in weak rock mass and high overburden. In order to avoid overloading the support, various ductile support systems have been developed in the last 15 years to permit the controlled build-up of load in the lining. The design of such a ductile support system requires the consideration of the development of displacements in space and time, the time-dependent properties of the shotcrete and the characteristics of the ductile elements. The requirements for a yielding system are described. The latest developments in yielding elements for use with shotcrete support are discussed and their general performance and effectiveness are explained.
Bei Tunnelvortrieben in Gebirge geringer Qualität und hoher Überlagerung treten in der Regel große Verformungen auf. Zur Vermeidung einer Überbeanspruchung des Ausbaus wurden in den letzten 15 Jahren unterschiedliche duktile Ausbausysteme entwickelt, die einen kontrollierten Lastaufbau in der Auskleidung erlauben. Zur Auslegung eines solchen duktilen Ausbaus müssen die räumliche und zeitliche Entwicklung der Verschiebungen sowie die zeitabhängigen Eigenschaften des Spritzbetons und die Charakteristik der duktilen Elemente berücksichtigt werden. Die Anforderungen an ein nachgiebiges System werden dargelegt. Die jüngsten Entwicklungen von Stauchelementen in Zusammenhang mit Spritzbetonauskleidungen werden gezeigt und deren generelle Leistung und Wirksamkeit durchleuchtet.

During the design work for the permit application for the approximately 27.3 km long new Semmering Base Tunnel between Gloggnitz and Mürzzuschlag, it has become apparent that due to its extent, the section through the Graßberg-Schlagl fault system will be more problematic than had been assumed during the route selection process. The article discusses the technical possibilities for the construction of the running tunnels through the fault zone. Support concepts with a second layer of shotcrete and short ring closure are investigated using numerical, timedependent calculations. The time dependence is influenced by the advance-rate and the consolidation of the fault material. The determination of the rock characteristics for the core fault zone is based on triaxial compression tests.
Im Zuge der Einreichplanung für den rund 27, 3 km langen Semmering- Basistunnel neu zwischen Gloggnitz und Mürzzuschlag hat sich gezeigt, dass die Durchörterung des Graßberg-Schlagl- Störungssystems aufgrund dessen Ausdehnung schwieriger wird, als im Trassenauswahlverfahren angenommen. Der Beitrag behandelt die technischen Möglichkeiten zur Herstellung der Streckenröhren im Störungsbereich. Dabei werden Ausbaukonzepte mit einer zweiten Spritzbetonschale und kurzem Ringschluss mittels numerischer zeitabhängiger Berechnungen untersucht. Die Zeitabhängigkeit wird durch die Vortriebsgeschwindigkeit und die Konsolidierung des Störungsmaterials beeinflusst. Die Ermittlung der Kennwerte für den Kern-Störungsbereich erfolgt auf Basis von triaxialen Druckversuchen.

This paper deals with the time dependent behaviour and the excavation of deep tunnels in weak rocks. Recent contributions to the formulation of a constitutive model for representing such a behaviour, advanced laboratory testing for parameters identification, and design analysis methods for use in engineering practice are discussed. The Stress Hardening ELasto VIscous Plastic constitutive model (SHELVIP), developed with the intent to analyse the rock mass behaviour of tunnels excavated in severely squeezing conditions in a relatively simple, but complete manner, is presented. Then, an innovative servo controlled triaxial apparatus (HPTA), designed and developed for testing weak rocks, with unconventional features such as accurate measurement systems, advanced mechanical set up, and a relatively high stress working range, both in terms of confining pressure, back pressure and axial load, is presented. Finally, consideration is given to numerical modelling of a tunnel excavated in a severely squeezing rock mass (the Carboniferous Formation along the Lyon-Turin Base Tunnel), where the excavation process has been closely simulated in axisymmetric conditions, and the SHELVIP constitutive model has been introduced. Numerical results are discussed and compared with in situ measurements, in terms of tunnel convergence and stresses in the lining.
Dieser Beitrag befasst sich mit dem zeitabhängigen Verhalten und dem Bau von tiefen Tunneln im schwachen Gebirge. Ein kürzlich formuliertes Stoffgesetz, das dieses Verhalten abbildet, fortschrittliche Laborversuchsprozeduren zur Parameteridentifikation und Methoden zur Vorhersage des Systemverhaltens werden diskutiert. Zuerst wird das Stress Hardening ELasto VIscous Plastic (SHELVIP) Stoffgesetz vorgestellt, das mit der Absicht entwickelt wurde, das Gebirgsverhalten von Tunneln in extrem druckhaften Verhältnissen auf eine relativ einfache, aber vollständige Weise zu analysieren. Anschließend wird ein innovativer servo-kontrollierter Triaxialversuchsaufbau, der für Versuche an schwachen Gesteinen entworfen und entwickelt wurde, dargestellt. Der Versuchsaufbau hat unkonventionelle Eigenschaften: Eine relativ breite Variation des Seitendrucks, des Porenwasserdrucks und der Axialspannung ist möglich. Abschließend wird ein praktisches Anwendungsbeispiel der numerischen Analyse bei extrem druckhaften Verhältnissen (Karbonformation im Saint Martin La Porte Zugangsstollen zum Basistunnel Lyon-Turin) gezeigt. Darin wurde der Ausbruchsprozess in einem axialsymmetrischen Modell genau simuliert, unter gleichzeitigem Einsatz des SHELLVIP-Stoffgesetzes. Die Resultate der numerischen Simulation werden diskutiert und mit den Verschiebungsmessdaten hinsichtlich auftretender Tunnelkonvergenzen und Spannungen im Ausbau verglichen.

The Kopswerk II power plant of the Vorarlberger Illwerke AG with a capacity of 510 MW was constructed between 2004 and 2008 as a pumped storage scheme parallel to the existing Kopswerk I (247 MW) constructed in 1969. The design of the headrace was confronted with borderline conditions concerning both construction and operation. The construction concept had to take into consideration the external constraints and ensure continuous construction in winter in the high mountains. On account of the formation water situation, the intention was to relieve formation water pressure during the construction period.
In operation, the components of the headrace system including pressure tunnel are subject to enormous internal pressure fluctuations within a very short time on account of the pumped storage peak flow operation of Kopswerk II. In addition, the external formation water pressure can reach a head of 450 m, which could scarcely be resisted with an economic lining alone. This resulted in a basic design concept to integrate the surrounding rock mass into the structural system as far as possible, both with regard to rock pressure and formation water pressure. Such a concept has to include systematic and differentiated grouting of the rock mass, which is not always simple to achieve under high formation water pressure.
Das Kopswerk II der Vorarlberger Illwerke AG mit einer Leistung von 510 MW wurde in den Jahren 2004 bis 2008 parallel zum seit 1969 bestehenden Kopswerk I (247 MW) als Pumpspeicherwerk neu errichtet. Die Planung der Oberwasserführung war sowohl im Hinblick auf die Errichtung wie auch auf den Betrieb mit grenzwertigen Bedingungen konfrontiert. Das Baukonzept musste hinsichtlich der äußeren Bedingungen einen Durchlaufbetrieb im Winter und im Hochgebirge ermöglichen. Hinsichtlich der Bergwassersituation war eine Entlastung des Bergwasserdrucks während der Bauarbeiten anzustreben.
Im Betrieb unterliegen die Komponenten der Oberwasserführung einschließlich Druckstollen wegen des Pumpspeicher- Spitzenstrom-Einsatzes des Kopswerks II enormen Innendruckschwankungen innerhalb kürzester Zeitspannen. Zudem steht von außen ein Bergwasser-Druckpotenzial von bis zu 450 m Wassersäule an, das durch eine wirtschaftliche Auskleidung allein kaum zu beherrschen wäre. Somit musste ein planerisches Grundkonzept verfolgt werden, welches das umgebende Gebirge möglichst weitgehend in das Tragkonzept mit einbezieht und zwar sowohl hinsichtlich Gebirgslast wie auch hinsichtlich Bergwasserdruck. Ein solches Konzept schließt eine systematische und differenzierte Gebirgsbehandlung mittels Injektionen konsequent ein, was unter Bergwasserandrang nicht immer leicht umsetzbar ist.

The article concerns the construction of the Kopswerk II pressure tunnel and associated works. Important details of the construction and construction sequence are described, particularly the logistics of a large site in the high mountains. In addition to a summary of the various drill and blast tunnels, the article concentrates on the TBM drive and the drilling and grouting works in the pressure tunnel.
Der Beitrag befasst sich mit den Bauarbeiten für den Druckstollen des Kopswerkes II und dessen Nebenanlagen. Dabei werden die Eckpfeiler der Bauausführung und des Bauablaufes, insbesondere auch die Logistik einer Baustelle im Hochgebirge beschrieben. Neben einem Abriss über die verschiedenen Sprengvortriebe wird vor allem über den TBM-Vortrieb und die Bohr- und Injektionsarbeiten im Druckstollen berichtet.

The Reißeck II pumped storage power station under construction for the Verbund Hydro Power AG is part of their current extension project in southern Austria. Features of the new system are the advantages of the rapidly available and easily controllable power output of a pumped storage scheme in generation operation and the possibility of storing hydropower water at times of low energy demand. The upgraded output of 430 MW in generation and pumping operation will achieve an increase of efficiency of the entire plant of up to 40 %. It is advantageous that some essential parts of the existing system (reservoir, tunnel system, infrastructure) can be made use of and will not have to be newly constructed. Starting from the experience of the challenging geological conditions during the construction of the original system, extensive geological investigations were carried out. Both mechanical and conventional tunnelling methods are being used to overcome the height difference of just under 600 m. The wholly underground power station with a tunnel system about 5.3 km long and a powerhouse cavern for two machine sets is planned for full operation in September 2014.
Das derzeit im Bau befindliche Pumpspeicherkraftwerk Reißeck II der Verbund Hydro Power AG ist ein aktuelles Erweiterungsprojekt im Süden Österreichs. Wesentliche Merkmale der Neuanlage sind die Vorteile der schnell verfügbaren und gut regelbaren Energieabgabe eines Speicherkraftwerks im Turbinenbetrieb sowie die Möglichkeit zur Speicherung des Triebwassers in Zeiten geringeren Energiebedarfs. Mit einer Ausbauleistung von 430 MW im Turbinen- und Pumpbetrieb wird eine Effizienzsteigerung des gesamten Kraftwerksstandorts von bis zu 40 % erreicht. Vorteilhaft ist, dass wesentliche Anlagenteile bestehender Anlagen (Speicher, Triebwasserweg, Infrastruktur) mitbenutzt werden können und nicht neu errichtet werden müssen. Aufbauend auf Erfahrungen und Kenntnisse über die herausfordernden geologischen Verhältnisse bei den Bestandsanlagen wurden umfangreiche geologische Vorerkundungen durchgeführt. Zur Überwindung der knapp 600 m Höhendifferenz kommen sowohl maschinelle als auch konventionelle Vortriebsverfahren zum Einsatz. Die vollständig unterirdisch errichtete Kraftwerksanlage mit einem ca. 5, 3 km langen Triebwasserweg und einem Kavernenkraftwerk für zwei Maschinensätze soll im September 2014 den Vollbetrieb aufnehmen.

A tunnel lining system of glass fibre reinforced (GRP) was used for the first time for the construction of the Feldsee pumped storage power station - integrated in the Fragant power station group of KELAG-Kärntner Elektrizitäts-AG. This innovative solution, together with the prestressed concrete backfilling, required more elaborate planning and very exact monitoring during construction, but proved considerably more cost effective compared to classic steel armouring. One of the most important questions was how the new system would overcome formation water pressure. The drainage of the tunnel after 20 months of operation has made it possible to gain the first practical experience and the conformation of the system.
Beim Bau des Pumpspeicherkraftwerks Feldsee - integriert in die Kraftwerksgruppe Fragant der KELAG-Kärntner Elektrizitäts-AG - kam erstmals eine Stollenpanzerung aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) zur Anwendung. Diese innovative Lösung im Zusammenhang mit dem vorgespannten Hinterfüllbeton erforderte eine aufwendigere Planung und ein sehr genaues Monitoring während der Ausführung, war aber im Vergleich zur klassischen Stahlpanzerung erheblich kostengünstiger. Eine der Kernfragen war die Beherrschung des Gebirgswasserdrucks mit dem neuen System. Anlässlich einer Stollenentleerung nach 20monatiger Betriebszeit konnten erste praktische Erkenntnisse gewonnen werden, die das System bestätigten.

The evaluation of several case histories of tunnels in swelling rock with sulfate bearing minerals shows that brittle fracture plays an important role in the development of swelling processes. Brittle failure by spalling has been directly observed in several tunnels, as early as the 19th century and more recently. Numerical analyses applied to different case histories with observed heave and development of strong swelling pressure, considering different construction processes; agree with the observed swelling zones. The effect of construction procedures on swelling in particular the development of pressures and swelling zones becomes evident from these analyses. For a better understanding of swelling processes brittle failure processes have to be considered in the analyses.
Die Auswertungen von Beobachtungen aus ausgeführten Tunneln im Sulfat führenden Gebirge zeigen, dass Sprödbruchvorgänge eine entscheidende Rolle spielen im Aufbau von Quelldrücken und Quellhebungen. Einerseits wurden in verschiedenen Tunneln, teilweise im 19. Jahrhundert, Sprödbruchvorgänge direkt beobachtet, wenn Abschalungen auftraten. Andererseits konnte mit numerischen Analysen gezeigt werden, dass je nach Bauvorgang unterschiedlich große, zerbrochene Zonen auftreten, die mit beobachteten Quellzonen und Hebungen an ausgeführten Bauwerken gut übereinstimmen. Die Auswirkung unterschiedlicher Bauvorgänge auf Größe der Quelldrücke und der quellenden Bereiche kann zumindest qualitativ nachgewiesen werden. Bei Tunnelbauten in quellendem Gebirge ist die Ausbildung von Sprödbrüchen zu berücksichtigen.

In Part 1 of “The Management of Heat Flow in Deep Mines” the sources of heat, mechanism of heat transfer and strategies of controlling heat transfer have been discussed. Part 2 deals with the effects of heat on the human body and mine cooling strategies for deep mines. In detail the effects of heat on a worker are examined, heat stress and heat tolerance discussed and methods of assessing heat stress in different mining situations presented. Experiences from deep South African gold mines highlight the adverse effects of heat stress environment on safety and labour productivity. The principal methods of cooling of deep and ultra deep mines are discussed. It is shown that auto-compression of ventilation air is a deciding factor governing the choice of surface or underground cooling of ventilation air. In the case of deep and ultra deep mines, the use of chilled service water and ice slurry has shown to be the most cost effective means of mine cooling. In the case of ice slurry as cooling medium advantage is taken of the latent heat of ice which significantly reduces the amount of water required for mine cooling and hence the cost of pumping the water to surface. Cooling strategies for moderately deep, deep and ultra deep mines are discussed. Examples of cooling of deep long mine tunnels are given.

The development of earth pressure shields started in 1974. The processing of the ground into an earth pressure support medium originally required that it mostly consisted of mixed and finegrained soil with at least 30 % silt and clay. Since then, the process technology has been the subject of constant further development and the scope of application has been considerably widened. Currently more than 90 % of the shield machines worldwide are being used with active face support as earth pressure shields in the whole spectrum of soils, in hard rock and also in transitional areas with mixed face conditions. The current state of technology for earth pressure shields is based on a range of important development steps, which are summarised in this paper from the beginnings until today. Projects are described where important earth pressure shield innovations were used for the first time. The development of earth pressure shields is supplemented with an overview of the process technology, possible operating modes, areas of application and also current research work.
Die Entwicklung der Erddruckschilde begann im Jahr 1974. Die Aufbereitung des Baugrunds zu einer Erddruck-Stützmasse setzte ursprünglich voraus, dass der Baugrund vor allem aus gemischt- und feinkörnigen Böden mit mindestens 30 % Schluff und Ton besteht. Seither wurden die Verfahrenstechnik ständig weiterentwickelt und die Einsatzbereiche stark ausgeweitet. Derzeit werden mehr als 90 % der weltweit eingesetzten Schildmaschinen mit aktiver Ortsbruststützung als Erddruckschild im gesamten Spektrum der Lockergesteine, im Festgestein und auch in Übergangsbereichen mit gemischter Ortsbrust eingesetzt. Der aktuelle Stand der Technik der Erddruckschilde basiert auf einer Reihe wichtiger Entwicklungsschritte, die in diesem Beitrag von den Anfängen bis zur Gegenwart zusammengefasst werden. Dazu werden Projekte hervorgehoben, bei denen wichtige Innovationen für Erddruckschilde erstmals zum Einsatz kamen. Eine Übersicht zur Verfahrenstechnik, den möglichen Betriebsmodi, den Einsatzbereichen sowie aktuellen Forschungsarbeiten ergänzt die Entwicklung der Erddruckschilde.

There are currently no recognised prediction models available for the estimation of tool wear in shield tunnelling in soil. This paper describes the current state of knowledge through the interpretation of the available index tests, available correlations and analogies to hard rock. Then follows a discussion of the essential soil properties and the process-related interactions, which can also determine tool wear in soil.
Für den Schildvortrieb im Lockergestein liegen derzeit keine anerkannten Prognosemodelle zur Abschätzung des Werkzeugverschleißes vor. Der Artikel beschreibt die aktuellen Erkenntnisse bei Interpretation der existierenden Index-Versuche, bestehende Korrelationen und Analogien zum Festgestein. Im Weiteren wird auf die maßgebenden Baugrundeigenschaften und die den Werkzeugverschleiß bestimmenden verfahrenstechnischen Interaktionen im Lockergestein eingegangen.

Ever more stringent requirements have been specified in recent years for the surfaces of tunnel inner linings with regard to surface porosity (with influence on the ease of cleaning) and lightness. These requirements are normally fulfilled by filling and applying tunnel paint. Recently there have been many cases of damage to paint or coating systems, sometimes only a few weeks after opening for traffic. This often includes the separation of the coating. This flaking leads to increased dirt adhesion and thus to a reduction of lightness and irritation to the field of view of the drivers. The refurbishment work, which is often necessary, leads to traffic obstruction like hold-ups and diversions. For this reason, the durability of the surface is of great significance, and innovative solutions are also being investigated in the field of concrete technology. The following article presents an alternative and durable method of fulfilling all the requirements placed on the surface of the tunnel inner lining.
In den vergangenen Jahren wurden immer höhere Anforderungen an die Oberflächen von Tunnelinnenschalen betreffend Oberflächenporosität (Einfluss auf Reinigungsfähigkeit) und Helligkeit gestellt. Zur Erfüllung dieser Anforderungen werden meist Tunnelanstriche nach vorheriger Spachtelung verwendet. In letzter Zeit traten jedoch vermehrt Schäden an Anstrichsystemen auf, teilweise schon wenige Wochen nach Verkehrsfreigabe. Hierbei kommt es oftmals zu einem Ablösen der Anstrichschicht. Diese Ablöseerscheinungen führen aufgrund einer verstärkten Schmutzablagerung zu einer Reduktion der Helligkeit und zu Irritationen des Blickfelds der Verkehrsteilnehmer. Die oftmals erforderlichen Instandsetzungsarbeiten am Beschichtungssystem führen zu Verkehrsbehinderungen wie Staus und Umleitungen. Aus diesen Gründen ist die Beständigkeit der Oberfläche von großer Bedeutung, und innovative Lösungswege werden auch im Bereich der Betontechnologie erprobt. Im nachstehenden Beitrag wird eine alternative dauerhafte Methode vorgestellt, die alle Anforderungen an die Oberfläche der Tunnelinnenschale erfüllt.

The Conrad Observatory in the state of Lower Austria is a geophysical research and development facility of the Central Institute for Meteorology and Geodynamics (ZAMG). The isolation of the tunnel system fulfils the optimal requirements for high-precision measurements. The client specified shotcrete class EV700 for the plastic fibre-reinforced shotcrete, i.e. the test bodies have to show an energy absorption capacity of at least 700 J in the slab test. The quality verification for the suitability of a fibre-reinforced shotcrete is performed according to the ÖVBB guideline “Sprayed Concrete” with a slab test as defined in the Austrian standard ÖNORM EN 14488-5, which can determine the energy absorption capacity and assign the shotcrete to an energy absorption class. The test rig used at the Chair of Subsurface Engineering is described, together with test results from different plastic fibre shotcretes from various testing institutes.
Das Conrad Observatorium in Niederösterreich ist eine geophysikalische Forschungs- und Entwicklungseinrichtung der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG). Die Abgeschiedenheit des Stollensystems erfüllt in optimaler Weise die für die hochpräzisen Messungen notwendigen Anforderungen. Auftraggeberseitig wurde für den kunststofffaserbewehrten Spritzbeton die Spritzbetonklasse EV700 vorgegeben, d.h., im Plattenversuch muss ein Energieabsorptionsvermögen von jeweils mindestens 700 J erzielt werden. Der Qualitätsnachweis für die Eignung eines faserbewehrten Spritzbetons erfolgt nach ÖVBB-Richtlinie Spritzbeton durch den in ÖNORM EN 14488-5 definierten Plattenversuch, mit dem die Energieabsorptionskapazität ermittelt und der Spritzbeton einer Energieabsorptionsklasse zugeordnet werden kann. Der am Lehrstuhl für Subsurface Engineering eingesetzte Versuchsaufbau wird vorgestellt, zusammen mit Prüfergebnissen von unterschiedlichen Kunststofffaserspritzbetonen von verschiedenen Prüfinstitutionen.

The Biel autobahn ring closes one of the last gaps in the Swiss autobahn network, and the east branch of this ring requires two twin-bore tunnels in difficult and variable geology. All four tunnel bores are being driven by an earth pressure machine with 12.6 m diameter. Right at the start of the tunnel section, the route passes under a canton road and the main line of the Swiss federal railways SBB. This article describes the contractor's “table bridge” proposal for the section under the canton road and the railway line and the work of the earth pressure machine and the transfer of the TBM between two tunnels is described in more detail.
The term “table bridge” describes an underpinning structure like a table top constructed in advance to enable the construction of the tunnels under the SBB tracks and the canton road without disturbing rail traffic. All loading from rail operation, earth surcharge and dead load is supported by the table construction and transferred into the underlying rock. Both tunnels are being driven using an earth pressure shield despite the changeable geology. The use of various operating modes - Open, Semi-Closed and Closed Mode - has enabled successful boring under difficult geological conditions. In order to be able to convert the TBM between modes quickly and without rebuilding work, the contractor is using a screw conveyor for the removal of excavated material along the entire route. Between the two tunnels, the TBM including backup was moved a distance of 631 m without dismantling work thanks to a newly developed system, which has saved many months of construction time.
Die Autobahnumfahrung Biel schließt eine der letzten Lücken im Schweizer Nationalstraßennetz, wobei bei der Erstellung des Ostastes dieser Umfahrung zwei zweiröhrige Tunnel in schwieriger, wechselnder Geologie zu realisieren sind. Alle vier Tunnelröhren werden mit einer Erddruckmaschine (Durchmesser 12,6 m) aufgefahren. Bereits am Beginn der Vortriebsstrecke steht die Unterquerung einer Kantonsstraße und der Stammlinie der Schweizer Bundesbahn an. In diesem Beitrag werden die Unternehmervarianten “Tischbrücke” zur Unterfahrung der Kantonsstraße und der Eisenbahnlinie sowie der Vortrieb mit einem Erddruckschild und der Transfer der TVM zwischen zwei Tunneln näher vorgestellt.
Bei der “Tischbrücke” wird eine tischähnliche Unterfangungskonstruktion unter den SBB-Gleisen und der Kantonsstraße vorab erstellt. Mit dieser Maßnahme konnten die SBB-Gleise ohne Störung des Bahnbetriebs unterfahren werden. Sämtliche Lasten aus Bahnbetrieb, Erdüberdeckung und Eigengewicht wurden durch die Tischkonstruktion übernommen und in den tiefer liegenden Fels geführt. Beide Tunnel werden trotz unterschiedlicher Geologie mit einem Erddruckschild aufgefahren. Der Einsatz von verschiedenen Betriebsmodi - Open, Semi-Closed und Closed Mode - ermöglichte das erfolgreiche Durchörtern dieser schwierigen geologischen Verhältnisse. Um schnell und ohne Umbauarbeiten an der TVM zwischen den einzelnen Vortriebsmodi wechseln zu können, setzte die Unternehmung auf der gesamten Strecke eine Förderschnecke zur Abraumförderung ein. Zwischen den beiden Tunneln wird die gesamte TVM einschließlich Nachläufer mit einem neu entwickelten System ohne Demontagearbeiten über eine Strecke von 631 m verschoben, wodurch mehrere Monate Bauzeit eingespart werden konnten.

In Hungary, a motorway network is being built in a star shape starting in Budapest. The M6 motorway runs southward from Budapest towards Croatia and will also link the city of Pécs, the European Capital of Culture for 2010 to the network. A consortium consisting of the firms Strabag, Colas, John Laing and Intertoll were awarded a contract in autumn 2007 to design, build and operate a section with a length of 48 km. An important part of the works is the construction of the M6 tunnel chain consisting of four twin-bore, two-lane motorway tunnels. These tunnels were built by Strabag. During the driving of the longest tunnel, a collapse occurred in summer 2008, in which both tunnel bores caved in over a length of 200 m. The lecture reports on the driving of the tunnel through the collapsed area and the construction of the subsequent inner lining works, which made it possible to maintain the opening date.
In Ungarn wird ein Autobahnnetz sternförmig von Budapest aus errichtet. Die Autobahn M6 verläuft von Budapest Richtung Süden, somit Richtung Kroatien. Zusätzlich wird die Stadt Pecs, Kulturhauptstadt Europas 2010, an das Autobahnnetz angeschlossen. Ein Konsortium, bestehend aus den Firmen Strabag, Colas, John Laing und Intertoll, haben im Herbst 2007 den Auftrag erhalten, einen Abschnitt dieser Autobahn mit einer Länge von 48 km zu planen, zu errichten und zu betreiben. Ein wesentliches Teilstück dieses Auftrags ist Errichtung der Tunnelkette M6, bestehend aus vier zweiröhrigen zweispurigen Autobahntunneln. Diese Tunnel wurden von der Firma Strabag errichtet. Beim Vortrieb des längsten Tunnels kam es im Sommer 2008 zu einem Verbruch, bei dem beide Tunnelröhren auf einer Länge von 200 m einstürzten. Der Vortrag berichtet über die Auffahrung des Verbruchs und die Durchführung der folgenden Innenschalenarbeiten, die es ermöglichten, den Eröffnungstermin einzuhalten.

The construction of the second bore of the Bosruck Tunnel is very much influenced by the experience gained in the first bore, which affects the tunnel advance and also support. The west bore has a total length of 5,424 m and is being sequentially tunnelled from both portals at the same time. In addition to the main tunnel, there are eleven crosscuts to be excavated. The article reports on the start of work from the beginning of January 2010 until September 2010 and gives an overview of the schedule and work preparation for the forthcoming excavation and support works in the various rock formations.
Der Bau der zweiten Röhre des Bosrucktunnels ist von den Erfahrungen der ersten Röhre sowohl beim Vortrieb und der Sicherung als auch beim daran nachfolgenden Innenausbau geprägt. Die Weströhre hat eine Gesamtlänge von 5.424 m und wird im zyklischen Vortrieb von beiden Portalen aus gleichzeitig vorgetrieben. Zusätzlich zum Haupttunnel sind noch elf Querschläge aufzufahren. Der Beitrag fasst die ersten Erfahrungen aus dem Vortrieb von Baubeginn Anfang Januar 2010 bis zum September 2010 zusammen und gibt und einen Ausblick über die Ablauf- und Arbeitsvorbereitung der noch anstehenden Ausbruch- und Sicherungsarbeiten in den unterschiedlichen Gebirgsformationen.

The 4.2 km Eyholz tunnel is part of the autobahn A9 and is the essential element in the bypass of Visp in the canton Valais, Switzerland. The tunnel passes through geologically problematic and also tectonically highly stressed zones (Rhone-Simplon fault).
The excavation of the two two-lane bores is being performed conventionally, by blasting and also in loose material. The interesting structures include the underground junction caverns, where slip roads to join and leave the autobahn are included in the tunnel, resulting in cross-sections of up to 300m2 having to be excavated.
The overburden areas near the portals were excavated with tunnel excavators under the protection of elaborate jetted canopies. The two tunnel bores are being excavated in parallel and are connected with crosscuts every 270 m. As is typical for recent Swiss autobahn tunnels, a service duct is constructed under the carriageway. The inner lining of the main bores is progressing at the same time as the excavation and also the lining of the cavern with in-situ concrete. The first bore should open for traffic in 2013.
Der 4,2 km lange Autobahntunnel Eyholz ist Teil der Autobahn A9 und bildet das Kernstück der Umfahrung Visp im Kanton Wallis, CH. Der Tunnel befindet sich in geologisch schwierigen, und zusätzlich tektonisch stark beanspruchten Zonen (Rhone-Simplon Störung).
Die Ausbruchsarbeiten der beiden Doppelspurröhren werden konventionell, sowohl im Spreng- als auch im Lockermaterialvortrieb ausgeführt. Bautechnisch interessante Bauwerke sind unter anderem die unterirdischen Verzweigungskavernen. Hier wurden aus Platzgründen Ein- und Ausfahrtsspuren in den Tunnel verlegt, wodurch Ausbruchsquerschnitte bis 300m2 aufzufahren waren.
Die Überlagerungsbereiche der Portalstrecken wurden teilweise mit aufwändigen Jettschirmen gesichert und im Baggervortrieb ausgebrochen. Beide Tunnelröhren werden parallel ausgebrochen und sind alle 270 m mit Querschlägen miteinander verbunden. Typisch für die Schweizer Autobahnen in jüngerer Zeit ist ein, unter der Fahrbahn angeordneter Werkleitungskanal. Gleichzeitig zum Vortrieb laufen der Innenausbau der Hauptröhren sowie der Ausbau der Kavernen in Ortbeton. 2013 soll die erste Röhre ans Netz gehen.