Geothermal prognoses were carried out for two tunnel projects in the Andes, each running between Argentina and Chile. Different methods were applied in accordance with the different project phases.
For the feasibility study of a 52 km long railway tunnel, hydrogeological mapping and hydrochemical analyses were carried out as well as isotope analyses on a thermal spring. An attempt to use silica and ionic solute geothermometers produced different results. For the central section of the tunnel temperatures are assumed to reach 50 to 70 °C and further investigations are recommended.
The second tunnel project is now in the design phase. Two investigation phases have been completed including geological/ hydrogeological mapping, water sampling and analysis and core drilling. The geothermal gradient is well known from borehole temperature measurements. The thermal conductivity of the rocks was determined from core samples in a laboratory, and an average heat flow of approximately 100 mW/m2 was calculated. During the driving of the tunnel, temperatures of just over 50 °C are expected.
Für zwei Tunnelvorhaben in den Anden, jeweils zwischen Argentinien und Chile, wurden geothermische Prognosen durchgeführt. Für verschiedene Projektphasen kamen entsprechend unterschiedliche Methoden zur Anwendung:
Für eine Machbarkeitsstudie eines 52 km langen Eisenbahntunnels wurde eine Quellkartierung mit Probennahme durchgeführt sowie Isotopenanalytik an einer Thermalquelle. Ein Versuch, Geothermometer anhand der Lösungsfracht des Quellwassers zu verwenden, scheiterte. Für den zentralen Bereich des Tunnels werden Temperaturen von 50 bis 70 °C vermutet, weitere Erkundungen wurden empfohlen.
Das zweite Tunnelvorhaben ist in der Planungsphase deutlich weiter. Neben Kartierungen liegen zwei Erkundungsphasen mit Kernbohrungen vor. Aus Bohrlochmessungen ist der geothermische Gradient bekannt, die Wärmeleitfähigkeit der Gesteine wurde anhand von Bohrkernen im Labor ermittelt. Es konnte ein durchschnittlicher Wärmefluss von etwa 100 mW/m2 errechnet werden, für den Tunnelvortrieb werden Gebirgstemperaturen von maximal knapp über 50 °C erwartet.

The application of geothermal energy has increased in the last couple of years in order to provide the heating or cooling demands of major projects. Open systems using groundwater directly can be used for geothermal energy extraction as well as closed systems with absorber pipes installed in underground structures. An accurate design, which considers the requirements of the energy consumer in particular but also the subsoiland groundwater conditions, the foundation concept and the building structure, as well as project-specific technical, legal and economic conditions, is required for economically efficient application. Diligent supervision is necessary during the construction stage to avoid any damage to absorber pipes, which could result in loss of performance.
Zur Deckung des Heiz- oder Kühlbedarfs bei Großprojekten wird in den letzten Jahren vermehrt auf eine Erdwärmenutzung gesetzt. Dabei kommen sowohl offene Systeme wie eine direkte Grundwassernutzung als auch geschlossene Systeme mit Absorberleitungen in erdberührten Bauteilen zur Anwendung. Für eine wirtschaftliche Umsetzung bedarf es zunächst einer sorgfältigen Planung, wobei insbesondere die Anforderungen des Nutzers, die Untergrund- und Grundwasserverhältnisse, das Gründungskonzept einschließlich der Gebäudestruktur sowie projektspezifische technische, rechtliche und wirtschaftliche Randbedingungen zu berücksichtigen sind. In der Bauphase ist für eine plangemäße Umsetzung mit besonderer Sorgfalt vorzugehen, um Beschädigungen der Absorberleitungen und somit Leistungsminderungen zu vermeiden.

The drainage of the north side of the Lötschberg Base Tunnel in the Bernese Oberland in Switzerland continuously produces about 100 litres of water per second at about 20 °C. This water is discharged into the local river Kander. In order to protect wetland areas and water rights, the responsible authorities imposed limitations on the quantity of drainage from the tunnel. At the same time, the warming of the Kander by the discharged groundwater has to be limited to 0.5 °C to protect the lake trout from the Thunersee lake, which swim up the Kander to spawn. Particularly in the cold winter months when the water flow in the Kander is low, this requires the withdrawal of about 4 MW of thermal energy, or the cooling of the groundwater by about 10 °C. Instead of artificial cooling, the Tropenhaus Frutigen in combination with a local heating network exploits the warm groundwater for sturgeon farming together with tropical green houses. A high added value is achieved through sustainable use with polycultures, closed circulations and the use of alternative energies. The project has aroused great interest nationally and internationally.
Der Lötschberg-Basistunnel im Schweizerischen Berner Oberland dräniert auf seiner Nordseite kontinuierlich rund 100 Liter pro Sekunde etwa 20 °C warmes Bergwasser. Dieses Wasser wird in das lokale Fließgewässer, die Kander, eingeleitet. Zum Schutz von Feuchtgebieten und Wasserrechten haben die Behörden die Dränagemenge des Tunnels limitiert. Gleichzeitig musste zum Schutz der Seeforellen aus dem Thunersee, die in die Kander zum Laichen aufsteigen, die Erwärmung der Kander als Folge des eingeleiteten Bergwassers auf 0,5 °C begrenzt werden. Insbesondere in den kalten Wintermonaten mit Niedrigwasser in der Kander erforderte dies den Entzug von rund 4 MW thermischer Energie bzw. eine Abkühlung des Bergwassers um rund 10 °C. An Stelle einer künstlichen Abkühlung nutzt das Tropenhaus Frutigen in Kombination mit einem Nahwärmeverbund das warme Bergwasser in einer mit tropischen Gewächshäusern kombinierten Störzucht. Dank einer nachhaltigen Nutzung mit Polykulturen, geschlossenen Kreisläufen und dem Einsatz von erneuerbarer Energie wird ein hoher Mehrwert erzielt. Das Projekt stößt damit sowohl national als auch international auf großes Interesse.

On contract H8 - Tunnel Jenbach on the northern approach route to the Brenner Base Tunnel, a 54 km section of tunnel is currently being equipped with a geothermal system making use of energy lining segments, which enable the laying of absorber pipework in the TBM-driven tunnel. The system will be able to supply energy to the building yard in Jenbach though a connection in the emergency exit shaft. The design of the geothermal energy system covers the design of the energy segments, the sizing of the geothermal system, the installation of the segments in the tunnel and connecting them together in the tunnel and the laying of the connection pipework. Various restrictions resulting from the practicalities of tunnel construction had to be taken into account in the geothermal system. This article describes the experience gained during the design phase and the current state of the works. Then follows a discussion of the conditions for the future application of geothermal systems in tunnels.
Im Baulos H8 - Tunnel Jenbach, als Teil der Zulaufstrecke Nord zum Brenner Basistunnel, wird derzeit ein 54 m langer Tunnelabschnitt mit einer geothermischen Anlage ausgerüstet. Dabei kommen so genannte Energietübbinge zum Einsatz, welche die Verlegung von Absorberleitungen in TBM-vorgetriebenen Tunneln ermöglichen. Die Anlage wird über einen Notaustiegsschacht mit dem Bauhof der Gemeinde Jenbach verbunden, um diesen in Zukunft mit Wärmeenergie zu versorgen. Die Planung der Geothermieanlage erstreckte sich von der Bemessung der Energietübbinge, der Dimensionierung der Geothermieanlage, dem Einbau der Energietübbinge in den Tunnel, die Verbindung der Energietübbinge untereinander im Tunnel bis zur Verlegung der Anschlussleitungen. Dabei mussten zahlreiche tunnelbauspezifische Randbedingungen beachtet und mit den Erfordernissen der technischen Gebäudeplanungen abgestimmt werden. Dieser Beitrag berichtet über die in der Planungsphase gewonnenen Erfahrungen und stellt den derzeitigen Stand der Arbeiten vor. Abschließend wird diskutiert, unter welchen Rahmenbedingungen geothermische Systeme in zukünftigen Tunnelprojekten integriert werden könnten.

The “Deep geothermal power station” project represents a new process for the exploitation of geothermal energy. District heating and heating for industrial purposes as well as electricity can be produced in a geothermal power station. The heat extraction will be controlled and continuous in a closed circulation system using drillings from a mined system of tunnels at a depth of 6,000 m. In order to overcome the high temperatures and rock pressures to be expected, interdisciplinary collaboration between several professions will be required.
Das Projekt “Geothermietiefenkraftwerk” stellt einen neuen Verfahrensansatz in der Nutzung geothermischer Energie dar. Fernund Prozesswärme sowie Elektrizität werden hierbei in einem geothermischen Großkraftwerk erschlossen. Die Wärmegewinnung erfolgt kontrolliert und kontinuierlich in einem geschlossenen Kreislauf mittels Bohrungen von einem bergmännisch aufgefahrenen Stollensystem in einer Teufe von 6.000 m. Zur Beherrschung der hohen Temperaturen und Gebirgsdrücke ist eine interdisziplinäre Zusammenarbeit mehrerer Fachdisziplinen erforderlich.

The construction of the Tauern Tunnel in the early 1970s was a milestone in the development of the New Austrian Tunnelling Method (NATM). The experience gained then formed the basis for the development of new technologies, which made tunnelling more efficient and safer and were applied consistently in the design and construction of the second tube. The present article describes the geological conditions, compares the geology with the original tunnel and then explains the starting points for the geomechanical design framework. The basic considerations for the planning of the tunnelling work are described, particularly for squeezing rock behaviour. Then there is a discussion of the geotechnical monitoring and implementation of the design during the excavation of the tunnel, with particular consideration of the problem of long-duration creep deformation and the difficulties in the project-specific determination of warning values. Finally, the conditions encountered along the new tube are summarised and compared with the design and geotechnical conditions of the first tube. This includes a description of the extremely complex and difficult tunnelling conditions in incompetent rock when passing through the approx. 300m long section in slope debris.

Der Bau der ersten Röhre des Tauerntunnels in den frühen 70er Jahren des letzten Jahrhunderts stellte einen Meilenstein in der Entwicklung der Neuen Österreichischen Tunnelbauweise (NÖT) dar. Die damals gewonnenen Erfahrungen bildeten die Grundlage für die Entwicklung neuer Technologien, die den Tunnelbau effizienter und sicherer machten und bei Planung und Bau der 2. Röhre konsequent angewendet wurden. Vorliegender Beitrag erläutert nach einer Vorstellung der geologischen Rahmenbedingungen und einem Vergleich mit der Geologie der ersten Röhre die Ausgangspunkte für die geomechanische Rahmenplanung. Die grundsätzlichen Überlegungen bei der Vortriebsplanung, insbesondere für druckhaftes Gebirgsverhalten, werden dargestellt. In weiterer Folge wird auf die geotechnische Überwachung und Umsetzung der Planung während der Vortriebsarbeiten eingegangen, wobei besonders die Problematik von langanhaltenden Kriechverformungen und die Schwierigkeiten bei der projektspezifischen Festlegung von Warnwerten betrachtet werden. Abschließend werden die im Zuge des Vortriebs angetroffenen Verhältnisse zusammengefasst und eine Gegenüberstellung mit der Planung und den geotechnischen Verhältnissen der ersten Röhre durchgeführt. Dabei werden auch die äußerst komplexen und schwierigen Vortriebsbedingungen im Lockergestein bei der Durchörterung der ca. 300 m langen Hangschuttstrecke behandelt.

This report gives an overview of the ventilation scheme for both tubes of the Tauern Tunnel with particular attention to the rebuilding of the multi-storey ventilation cavern. The cavern was designed and constructed in the 1970s - along with most of the ventilation system - and provides the ventilation for the central sections of both tubes with a ventilation shaft about 600 mm deep. While the original scheme intended sheet metal ducts partly suspended from the cavern vault, all the extract air ducts now had to be constructed of reinforced concrete as part of the construction of the second tube on account of the requirement for fire resistance. This also included the replacement of existing suspended sheet metal ducts.
The design work was a particular challenge because the structural design and detailing also had to consider the complicated existing structure and the aerodynamic (flow resistance) and logistical (maintenance of traffic and continuous operation of ventilation) aspects.

Im vorliegenden Bericht wird eine Übersicht über das Lüftungskonzept der beiden Röhren des Tauerntunnels gegeben, wobei besonders auf die Umbauarbeiten der mehrgeschossigen Lüfterkaverne eingegangen wird. Die Kaverne wurde - wie der Großteil der Lüftungsanlage - bereits in den 1970-er Jahren für beide Tunnelröhren geplant und errichtet und gewährleistet mit einem rund 600 m hohen Lüftungsschacht die Be- und Entlüftung der zentralen Lüftungsabschnitte für beide Tunnelröhren. Während beim ursprünglichen Konzept zum Teil vom Kavernengewölbe abgehängte Blechkanäle vorgesehen waren, müssen im Zuge des Neubaus der zweiten Tunnelröhre und der Sanierung der Bestandsröhre sämtliche Abluftkanäle wegen der geforderten Hitzebeständigkeit in Stahlbetonbauweise ausgeführt werden. Daher musste auch für die bereits bestehenden, aufgehängten Blechkanäle Ersatz geschaffen werden.
Die Planungsarbeiten erwiesen sich als besonders herausfordernd, da die statisch-konstruktive Planung auch die komplexen bestehenden Bauwerke und zusätzlich lüftungstechnische (Strömungswiderstand) und logistische (Verkehrsaufrechterhaltung und laufender Lüftungsbetrieb) Aspekte zu berücksichtigen hatte.

Based on the experience of former tunnel construction projects, the project management appointed an independent quality assurance consultant in addition to quality control by the site supervision for the construction of the intermediate slab and the concrete pavement of the new second tube of the Tauern Tunnel (direction Salzburg). In relation to the concrete pavement with exposed aggregate finish and the intermediate slab, quality assurance measures included the inspection of the suitability certificates and expert support in construction preparation and concreting. Compliance with the technical conditions of contract was also monitored continuously.
For the road pavement construction, particular emphasis was placed on the quality of the pavement concrete and the exposed aggregate finish. For this reason, the first few days of pavement construction were subjected to increased checks, until the concrete production, transport logistics and construction crew had got used to the specific conditions in the tunnel and a homogeneous exposed aggregate finish could be guaranteed with the required functional properties like skid-resistance and noise-reducing texture.
Construction of the intermediate slab was prepared in advance by casting a test slab as agreed with the specialist in order to check that the required construction quality could be achieved with the chosen process. The experience with the test slab led to an optimisation of the construction process and the implementation of this and maintenance of the quality requirements were supervised during the construction work.

Für die Herstellung der Zwischendecke und der Betonfahrbahn der neuen zweiten Röhre des Tauerntunnels (Richtungsfahrbahn Salzburg) wurde von der Projektleitung aufgrund der Erfahrungen aus vorhergehenden Tunnelbaulosen zusätzlich zur Qualitätskontrolle durch die örtliche Bauaufsicht eine begleitende Qualitätssicherung durchgeführt. In Bezug auf die in Waschbetontechnik ausgeschriebene Betonfahrbahn und die Zwischendecke umfassten die qualitätssichernden Maßnahmen die Begutachtung der Eignungsnachweise und die sachverständige Unterstützung der Bauvorbereitung und des Deckeneinbaus. Zusätzlich erfolgte eine laufende Beurteilung der Einhaltung der technischen Vertragsbestimmungen.
Für den Straßendeckeneinbau wurde besonderes Augenmerk auf die Qualität des Deckenbetons und der hergestellten Waschbetonstruktur gelegt. Zu diesem Zweck wurden die ersten Tagesleistungen bei der Deckenherstellung einer verdichteten Kontrollprüfung unterzogen, bis sich die Betonproduktion, die Transportlogistik und die Einbaumannschaft auf die spezifischen im Tunnel vorherrschenden Verhältnisse eingespielt hatten und eine homogene Waschbetonoberfläche mit den geforderten funktionalen Eigenschaften bezüglich Griffigkeit und lärmmindernder Textur sicher gestellt werden konnte.
Für die Herstellung der Zwischendecke wurde im Rahmen der Arbeitsvorbereitung ein Probefeld in Abstimmung mit dem Sachverständigen hergestellt, um die Erreichbarkeit der geforderten Bauwerksqualität mit dem gewählten Einbauverfahren zu überprüfen. Die Erfahrungen aus dem Probefeld führten zu einer Optimierung des Einbauverfahrens. Die Umsetzung der Erkenntnisse aus dem Probefeld und Einhaltung der Qualitätsanforderungen wurden bei der Ausführung begleitend überwacht.

The extent of tunnel refurbishment has increased constantly in recent years. The particular importance of meticulous and thought-out planning has been demonstrated on recent projects. The original drawings often provide an insufficient basis for design work and have to be checked, verified or supplemented by targeted investigation measures. A brief glance at the list of claims from a refurbishment project can clearly demonstrate the potential savings, which could have been produced by relatively cheap investigations. For the planning and design of the refurbishment of the first tube of the Tauern Tunnel, many staged investigation surveys were therefore carried out. The investigation measures carried out and their results and effect on the design and tender documents for the refurbishment of the existing tube of the Tauern Tunnel are described in this article.

In den letzten Jahren ist der Umfang der Tunnelsanierungen stetig gestiegen. Die bei Sanierungsmaßnahmen besonders große Bedeutung einer sorgfältigen und durchdachten Planung konnte bei den jüngst ausgeführten Projekten erkannt werden. Alte Baupläne sind oft nur eine sehr unzureichende Planungsgrundlage, die durch gezielte Erkundungsmaßnahmen abgesichert, verifiziert oder ergänzt werden sollten. Ein kurzer Blick auf die Liste der Mehrkostenforderungen bei Sanierungsprojekten zeigt in eindrucksvoller Weise das Einsparpotenzial, das mit vergleichsweise kostengünstigeren Erkundungsmaßnahmen hätte erzielt werden können. Für die Planung der Sanierung der ersten Röhre des Tauerntunnels wurden daher mehrere, zeitlich gestaffelte Erkundungsprogramme durchgeführt. Die durchgeführten Erkundungsmaßnahmen sowie deren Ergebnisse und Auswirkungen auf die Planung und Ausschreibung der Sanierung der Bestandsröhre des Tauerntunnels werden im vorliegenden Beitrag vorgestellt.

The construction of the 6,545 m long second tube of the Tauern Tunnel required a well thought-out concept for the disposal and reuse of the material excavated from the tunnel. Because the reuse of the excavated material had been assigned the highest priority for saving resources according to the Waste Management Law (AWG), the project also included a number of officially approved earthworks projects. This article gives an overview of the considerations and challenges, which arose during the design and construction phases with regard to the disposal and reuse of this material. Particular attention is paid to embankment filling to raise the level of the Tauernalm service area, where about 235,000 m3 of tunnel spoil was filled in only three months. The article also describes the particular challenges of geotechnical design, supervision and logistics on this project, and also the overall mass balance of the tunnel excavation, which had to be adapted a number of times during the construction phase due to altered project parameters and had to be considered as a direct interaction with the tunnelling concept.

Der Bau der 6.545 m langen zweiten Röhre des Tauerntunnels erforderte ein durchdachtes Konzept für die Disposition und Verwendung des Tunnelausbruchmaterials. Da der Wiederverwertung des dabei gewonnenen Materials im Sinne des Abfallwirtschaftsgesetztes (AWG) zur Schonung der Ressourcen höchste Priorität eingeräumt wurde, umfasste das Bauvorhaben auch mehrere behördlich bewilligte Erdbauprojekte. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über die Themenkreise und Herausforderungen, die sich im Zusammenhang mit der Disposition und Verwertung des angefallenen Ausbruchmaterials im Zuge der Planungs- und Ausführungsphase ergeben haben. Hierbei wird insbesondere auf die Dammschüttung zur Anhebung der Raststation Tauernalm eingegangen, bei der rund 235.000 m3 Tunnelausbruchmaterial in nur knapp drei Monaten eingebaut wurden. Der Artikel beschreibt die besonderen Anforderungen an die geotechnische Planung, die Überwachung und die Logistik für dieses Bauwerk. Daneben wird auf die Massenbilanz des gesamten Tunnelausbruchs eingegangen, die aufgrund geänderter Projektrandbedingungen auch während der Ausführungsphase mehrfach angepasst werden musste und in direkter Wechselwirkung mit dem Vortriebskonzept zu betrachten war.

Ground reaction curves characterise the behaviour of the ground while excavating and supporting the cavity and provide a better understanding of the resulting interactions of ground pressure, lining loading and deformation. By including the element of time, the picture can be extended to a diagram, which can be used to display or understand certain situations better. A few practical examples should help to understand the reasons for failure or the failure mechanism.

Gebirgskennlinien charakterisieren das Verhalten des Gebirges beim Öffnen und bei der Sicherung des Hohlraums und ermöglichen einen besseren Einblick in die daraus resultierenden Zusammenhänge von Gebirgsdruck, Ausbaubelastung und Verformung. Durch Einbeziehung der Zeitkomponente wird das Bild zu einem Diagramm erweitert, wodurch bestimmte Situationen besser dargestellt bzw. nachvollzogen werden können. Einige Beispiele aus der Praxis sollen dazu beitragen, die Gründe des Versagens bzw. den Versagensmechanismus zu verstehen.

The demand for efficient tunnels for traffic and utilities is increasing as living space above ground becomes scarce. This requires mechanized tunnelling technology, which sets standards regarding safety, profitability and environmental protection - in traffic tunnelling and in the trenchless construction of utility tunnels such as sewer, water supply, and cable tunnels, or oil and gas pipelines. Different types of machines and working principles have been developed to master the geological and hydrological requirements of tunnelling projects worldwide. Continuous research and development activities have lead to a constant improvement of tunnelling performance; today's TBM technology is therefore capable of handling unstable face conditions with water pressures up to 15 bar. This paper gives an overview of the development steps and of state-of-the-art tunnelling equipment for soft ground application, examines the feasibility of tunnel visions and highlights the innovative and current design approaches for today's specific project requirements.
Der Bedarf an leistungsfähigen Verkehrs- und Versorgungstunneln steigt mit der Verknappung des Lebensraums an der Erdoberfläche. Dies erfordert eine mechanisierte Tunnelbautechnologie, die Maßstäbe hinsichtlich Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Umweltschutz setzt - sowohl im untertägigen Verkehrswegebau als auch im grabenlosen Bau von Versorgungstunneln wie Abwasserkanälen, Wasser- und Leitungstunnel oder Öl- und Gasleitungen. Um die geologischen und hydrologischen Herausforderungen von Tunnelbauprojekten auf der ganzen Welt zu bewältigen, wurden unterschiedliche Maschinentypen mir verschiedenen Arbeitsmodi entwickelt. Permanente Forschung und Entwicklung führten zu einer steten Verbesserung der Vortriebsleistung; die heutige TBM-Technologie kann demzufolge auch Situationen mit instabiler Ortsbrust und Wasserdrücken bis zu 15 bar erfolgreich meistern. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über die Entwicklungsschritte und den Stand der Technik der Tunnelvortriebstechnik im Lockermaterial, bietet einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen und hebt die innovativen und aktuellen Konstruktionsansätze für jüngst durchgeführte Projekt mit spezifischen Anforderungen hervor.

In order to extend the range of application of earth pressure balance (EPB) shields in closed mode, conditioning with foam has proved to be particularly effective in coarse-grained soils. The properties of the soil-foam-mixture depend on the support pressure due to the high foam content. The production and dosage of foam up to now has mostly been based on practical experience from job sites. To improve the theoretical basis, research based on realistic foam production has been carried out at the Institute for Tunnelling and Construction Management at the Ruhr University, Bochum, Germany.
Properties of foams and the particular properties of soilfoam mixtures with various injection ratios under atmospheric conditions were specified and analysed. The test results have helped to define operational parameters for foam and also for the first time the range of application of various types of foam generator.
Um die Einsatzgebiete von Erddruckschilden im geschlossenen Modus zu erweitern, hat sich in grobkörnigen Lockergesteinen die Konditionierung mit Schaum als besonders effektiv erwiesen. Die Eigenschaften eines Boden-Schaum-Gemischs sind aufgrund des hohen Schaumanteils druckabhängig. Die Herstellung und Dosierung des Schaums erfolgt bislang vorwiegend auf der Basis praktischer Erfahrungen. Zur Verbesserung der theoretischen Grundlagen werden am Lehrstuhl für Tunnelbau, Leitungsbau und Baubetrieb der Ruhr-Universität Bochum Untersuchungen durchgeführt, die eine realitätsnahe Schaumproduktion berücksichtigen.
Es wurden sowohl Eigenschaften von Schäumen als auch maßgebliche Eigenschaften von bei unterschiedlichen Injizierraten konditionierten Lockergesteinen unter atmosphärischen Bedingungen bestimmt und ausgewertet. Aus den Versuchsergebnissen lassen sich Einsatzparameter verschiedener Schäume zur Konditionierung sowie erstmalig auch Einsatzbereiche für bestimmte Typen von Schaumgeneratoren ableiten.

A numerical simulation model for the analysis of shield-supported tunnelling processes based on the finite element method is presented. The process-oriented computational representation of the tunnel drive enables forecasts of the effects of different tunnelling process parameters, like support and grouting pressures or the advance rate, on ground deformations and stresses, groundwater conditions or the loading of the shield machine and segment lining. This requires, in addition to the realistic numerical modelling of the sequential tunnelling process, the supporting measures and the surrounding ground, to employ adequate numerical models to describe the intricate interactions between the ground and the tunnelling process resulting from the face support, the contact between shield skin and ground, the shield tail grouting, the steering of the machine and the lining. These process-oriented interactions determine the structural behaviour above and behind the machine to a considerable degree. Selected numerical applications demonstrate the capabilities of the simulation model described here for the analysis of interaction mechanisms in mechanical tunnelling.
Der vorliegende Beitrag präsentiert ein auf der Methode der Finiten Elemente basierendes Simulationsmodell zur Analyse schildgestützter Tunnelvortriebsprozesse. Die prozessorientierte Abbildung des Tunnelvortriebs ermöglicht Prognosen der Auswirkungen unterschiedlicher Vortriebsparameter, wie Stütz- und Verpressdrücke oder der Vortriebsgeschwindgkeit, auf die Bodenverformungen und -beanspruchungen, die Grundwasserverhältnisse oder die Belastungen von Schildmaschine und Tübbingausbau. Dies erfordert neben der wirklichkeitsnahen numerischen Abbildung des sequentiellen Vortriebsprozesses, der Prozesskomponenten und des umgebenden Baugrunds adäquate numerische Modelle zur Beschreibung der vielfältigen Boden- Prozess-Interaktionen infolge der Ortsbruststützung, des Kontakts zwischen Schildmantel und Baugrund, der Schildschwanzverpressung, der Maschinensteuerung und des Ausbaus. Diese prozessabhängigen Wechselwirkungen prägen das strukturmechanische Verhalten vor, über und hinter der Tunnelvortriebsmaschine in erheblichem Umfang. Ausgewählte Beispielrechnungen demonstrieren die Möglichkeiten des vorgestellten Simulationsmodells für die Analyse von Interaktionsmechanismen im maschinellen Tunnelvortrieb.

Mechanical tunnel drive methods are gaining ever more significance on account of their mechanisation and efficiency. Mechanical boring can achieve particularly high advance rates in combination with segment lining systems. In order to investigate the load bearing capacity and robustness of segments, high-strength and ultra high-strength concrete segments were made by HOCHTIEF as part of the European Integrated Project TUNCONSTRUCT (www.tunconstruct.org), investigated through numerical simulation and in the laboratory, and then load tested at STUVA in Cologne. The results included an increase of load-bearing capacity in bending of up to 20 %.
The development of segments made of high-strength concrete does indeed enable higher load bearing capacities, but there are applications under very high overburden and related pressure where this alone is not sufficient. For such cases, a compressible mortar has been developed for the annular gap filling. This has a compression potential of up 50 % and is capable of absorbing deformation of the rock mass and thus reducing the loading of the segment lining. This type of mortar has been successfully used in a large-scale trial in 2009 at the Jenbach Tunnel in the Inn valley, including the manufacture of the mortar on the construction site, the transport chain to the TBM and the injection into the annular gap.
Maschinelle Vortriebsverfahren gewinnen durch ihre hohe Mechanisierung und Effizienz weiter an Bedeutung. Besonders in Kombination mit Tübbingauskleidungssystemen können sie hohe Vortriebsleistungen ermöglichen. Um die Steigerung der Tragfähigkeit und Robustheit von Tübbings zu untersuchen, wurden von HOCHTIEF im Rahmen des Europäischen Verbundforschungsprojekts TUNCONSTRUCT (www.tunconstruct.org) Tübbings aus hochfesten und ultrahochfesten Betonen hergestellt, rechnerisch und labortechnisch untersucht und bei der STUVA, Köln, Belastungstests unterzogen. Dabei konnte unter anderem eine Steigerung der Biegetragfähigkeit von bis zu 20 % festgestellt werden.
Die Entwicklung von Tübbings aus höherfesten Betonen ermöglicht zwar höhere Tragfähigkeiten, dennoch gibt es bei sehr hohen Überlagerungsdrücken Anwendungsfälle, bei denen dies alleine nicht ausreicht. Für solche Anwendungen wurden komprimierbare Ringspaltmörtel entwickelt, die mit einem Stauchpotenzial von bis zu 50 % in der Lage sind, Gebirgsverformungen aufzunehmen und so die Belastung auf den Tübbingausbau zu vermindern. Ein solcher Mörtel wurde im Jahr 2009 beim Tunnelvortrieb Jenbach im Inntal in einem Großversuch erfolgreich einem Praxistest unterzogen, bei dem der Herstellungsprozess des Mörtels auf der Baustelle, die Transportkette zur TVM und das Einbringen in den Ringspalt erprobt wurden.

Construction time and project risks in mechanized tunnelling are determined to a great extent by the number and difficulty of the cross passages and emergency exits. This article presents innovative solutions that lead to more flexibility in ground freezing measures, enable a high-quality watertight connection between the cross passage and the running tunnels and permit the simple coupling of segments under high overburden pressures. Either experience from completed projects or results of tests on construction elements is available for the proposed solutions.
Bauzeit und Projektrisiken bei maschinellen Tunnelvortrieben werden maßgeblich von der Anzahl und dem Schwierigkeitsgrad der herzustellenden Querschläge und Notausstiege bestimmt. Im vorliegenden Beitrag werden innovative Lösungen vorgestellt, die zu höherer Flexibilität bei Vereisungsmaßnahmen führen, einen hochwertigen Dichtungsanschluss zwischen Querschlag und Haupttunnel erlauben und eine einfache Tübbingkopplung bei hohen Gebirgslasten gestatten. Für die vorgeschlagenen Lösungen liegen entweder bereits Erfahrungswerte aus Ausführungsprojekten oder Ergebnisse von Bauteilversuchen vor.

The success of a tunnel project depends on successfully overcoming the ground conditions and the geological risks. Despite this basic fact, the production of technical regulations and guidelines, the further development of machine technology and improving methods of surveying and control, mishaps still often occur during tunnel drives, affecting either the tunnel itself or the surroundings, e.g. existing infrastructure or buildings. The causes are often multifaceted but can almost always be attributed to the existing ground conditions, which had not been appropriately determined, described, or considered in the design, or taken into account during construction. The following explanations describe the risks inherent in ground conditions and show how these risks can be countered by appropriate ground investigations for tunnelling.
Der Erfolg eines Tunnelvortriebs hängt von der sicheren Beherrschung des Baugrunds und der hierin liegenden Risiken ab. Trotz dieser grundlegenden Erkenntnis, der Erarbeitung von technischen Vorschriften und Richtlinien, der Weiterentwicklung der Maschinentechnik sowie einer verfeinerten Mess- und Steuerungstechnik kommt es immer Tunnelvortrieb wieder beim zu Schäden, die entweder unmittelbar den Vortrieb selbst oder das Umfeld, z. B. bestehende Infrastruktur oder Bauwerke, betreffen. Die Ursachen sind häufig vielfältiger Natur, lassen sich aber überwiegend auf die vorherrschenden Baugrundverhältnisse zurückführen, die entweder nicht zutreffend ermittelt, beschrieben, planerisch umgesetzt oder ausführungstechnisch berücksichtigt wurden. Die nachfolgenden Ausführungen beschreiben die im Baugrund vorhandenen Risiken und zeigen auf, wie diesen Risiken durch gezielte Baugrunduntersuchungen für den Tunnelbau begegnet werden kann.

Keine Kurzfassung verfügbar.

After receiving the commission to develop a New Semmering Base Tunnel in early 2005, the ÖBB-Infrastruktur (Bau) AG (Austrian Railways) undertook a three-year route selection process leading to the determination of the Pfaffensattel route as the best variant for the New Semmering Base Tunnel. Extensive design work on this route is underway at the moment in all disciplines. The aim is to produce the documentation to hand in for official approval by the early part of this year, and this should show a wide understanding and agreement of all project parties as well as technical quality.
Extensive geological and hydrogeological investigations, full-coverage surveying and the mapping and recording of all relevant environmental data over a wide area required a considerable effort. The interdependencies of the individual professions with the resulting extra design work, and working with the many affected landowners produced major challenges for the entire project team, which was only mastered through the personal commitment of all parties involved in the project and an increased application of extra resources.

Nach dem Auftrag der Projektentwicklung eines Semmering-Basistunnel neu im Frühjahr 2005 konnte von der ÖBB-Infrastruktur (Bau) AG in einem dreijährigen Auswahlprozess die Trasse Pfaffensattel als beste Variante für den Semmering-Basistunnel neu ermittelt werden. Für diese Trasse laufen derzeit umfangreiche Planungen in allen Fachbereichen. Ziel ist es bis zum Frühjahr dieses Jahres genehmigungsfähige Einreichprojekte für die erforderlichen Behördenverfahren zu erstellen, die neben der fachlichen Qualität auch eine breite Kenntnis und Zustimmung aller Beteiligten aufweisen.
Umfassende geologische und hydrogeologische Erkundungen, flächendeckende Vermessungen sowie großräumige Kartierungen und Erhebungen aller umweltrelevanten Grundlagen stellten dafür einen erheblichen Aufwand dar. Die gegenseitigen Abhängigkeiten der einzelnen Fachgebiete zueinander, die daraus resultierenden zusätzlichen Planungsarbeiten und die Zusammenarbeit mit vielen betroffenen Grundeigentümer stellten dauernde riesige Herausforderungen für das gesamte Planungsteam dar, die nur durch den persönlichen Einsatz aller Projektbeteiligten und durch einen verstärkten Einsatz zusätzlicher Ressourcen abgedeckt werden konnten.

After the completion of the route selection process for the ÖBB New Semmering Base Tunnel rail project, a geological, hydrogeological and geotechnical investigation programme was developed for the chosen “Pfaffensattel” route and implemented in 2008/2009. The programme included drilling cores with an extensive programme of geophysical, geotechnical and hydraulic borehole investigations, geophysical measurements on the surface and laboratory testing to determine geological, hydrogeological and geotechnical parameters. The results of this investigation programme and the knowledge gained form the basis for the specialist contributions for the production of the environmental impact assessment and also the documents required for the application under the Railway Law.

Im Anschluss an das Trassenauswahlverfahren für das ÖBB Bahnprojekt Semmering-Basistunnel neu wurde für die gewählte Trasse “Pfaffensattel” ein geologisches, hydrogeologisches und geotechnisches Erkundungsprogramm entwickelt und im Zeitraum 2008/2009 umgesetzt. Dieses Erkundungsprogramm setzte sich aus Kernbohrungen mit einem umfangreichen geophysikalischen, geotechnischen und hydraulischen Bohrlochversuchsprogramm, geophysikalischen Oberflächenmessungen sowie einem Laborprogramm zur Ermittlung geologischer, hydrogeologischer und geotechnischer Parameter zusammen. Die Ergebnisse und die daraus resultierenden Erkenntnisse dieses Untersuchungsprogramms bilden die Grundlage für die fachspezifischen Beiträge zur Erstellung der Umweltverträglichkeitserklärung sowie der Einreichunterlagen nach Eisenbahngesetz.

As result of the two-year route selection process, the southernmost variant Pfaffensattel was chosen in April 2008 as the best variant for the New Semmering Base Tunnel, which run from Gloggnitz to the Mürzzuschlag-Langenwang area, and the route has since been optimised for design through a detailed programme of investigations. As a result of this, the final route of the tunnel was fixed in autumn 2009. All design work for the partially concentrated approvals process are now based on this route.
This article is concerned with the essential technical tunnel construction aspects of the design to be handed in for approval, above all the construction concept and the procedure for geotechnical design to be used as a basis. At the time of writing this article, the final evaluation of the geomechanical and hydrogeological investigations and the geotechnical design are still underway.

Als Ergebnis eines rund zweijährigen Trassenauswahlverfahrens wurde im April 2008 die südlichste Variante Pfaffensattel als die beste Variante für den Semmering-Basistunnel neu, der zukünftig Gloggnitz mit dem Raum Mürzzuschlag-Langenwang verbinden soll, ausgewählt und seither im Rahmen der Maßnahmenplanung mit einem detaillierten Erkundungsprogramm optimiert. Als Ergebnis konnte die endgültige Lage des Tunnels im Herbst 2009 fixiert werden. Auf dieser Trasse bauen nun sämtliche Planungen für das teilkonzentrierte Genehmigungsverfahren auf.
Der gegenständliche Beitrag befasst sich mit den wesentlichen tunnelbautechnischen Aspekten für die Einreichplanungen, allen voran das zugrunde liegende Baukonzept sowie dem prinzipiellen Vorgehen in der geotechnischen Planung. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Beitrags lag das geologische Baugrundmodell weitgehend vor, die endgültige Auswertung der geomechanischen und hydrogeologischen Untersuchungen sowie die geotechnische Planung waren jedoch noch im Gang.

For the conception of the emergency ventilation and the design of the ventilation system for the New Semmering Base Tunnel, particular demands apply, which are based on specific protection objectives and defined in the Tunnel Safety Concept. The main objective is to keep the safe areas (the refuge room at the emergency station, opposite tube, portals) free of smoke. This paper deals with the Safety Concept and the tunnel ventilation. A methodical approach was applied to prevent single critical scenarios being weighted too heavily in the design of the ventilation equipment. This achieved an optimisation of the entire system instead of designing the ventilation system for isolated extreme scenarios.

Für die Konzeption der Ereignisfalllüftung und für die Bemessung der Lüftungsanlagen für den Semmering-Basistunnel neu gelten besondere Anforderungen, die auf spezifischen Schutzzielen basieren, die im Tunnelsicherheitskonzept definiert sind. Im Vordergrund steht dabei das Ziel, die sicheren Bereiche (Warteraum der Nothaltestelle, Gegenröhre, Portale) rauchfrei zu halten. Der Beitrag behandelt das Sicherheitskonzept und die Tunnellüftung. Durch einen methodischen Ansatz wird verhindert, dass bei der Bemessung der Lüftungsanlagen einzelne kritische Szenarien zu stark gewichtet werden. Anstatt das Lüftungssystem auf einzelne Extremszenarien zu bemessen wird so eine Optimierung des Gesamtsystems erreicht.

The Koralmbahn railway line between Graz and Klagenfurt is an essential link in the Baltic-Adriatic Corridor. The new high-speed line will create new capacities and significantly better conditions for environmentally friendly goods transport by rail. The current journey times for passengers will be reduced considerably. The Koralm Tunnel with a length of 32.9 km is the most important section of the new Koralmbahn. The article reports on the current state of design, investigation and construction at the Koralm Tunnel and examples of further development are presented.

Die Koralmbahn zwischen Graz und Klagenfurt stellt ein maßgebliches Teilstück im Rahmen des Baltisch-Adriatischen Korridors dar. Mit dieser neuen Eisenbahn-Hochleistungsverbindung werden neue Kapazitäten und deutlich verbesserte Voraussetzungen für den umweltfreundlichen Bahngüterverkehr geschaffen. Im Personenverkehr wird die derzeitige Fahrzeit erheblich reduziert. Der Koralmtunnel stellt mit einer Länge von rund 32,9 km das Kernstück der neuen Koralmbahn dar. Im Artikel wird über den aktuellen Stand der Planung, der Erkundung und der baulichen Umsetzung beim Koralmtunnel berichtet, und es werden projektspezifische Weiterentwicklungen exemplarisch vorgestellt.

One of the main goals of the ground investigation for the Koralm Tunnel project was the detailed investigation of the Lavanttal fault systemwhich lies in the contact between the Koralm crystalline and the neogenic formations of the Lavanttal. The above-ground investigation programme (mapping, core drilling, geophysics) was able to deliver the first estimation of the geological, hydrogeological and geotechnical rock conditions of the fault zone many hundreds of metres thick (fig. 1). The Paierdorf investigation tunnel, which has now been constructed, clarified the thickness and the internal structure of the fault zone as well as the hydraulic and mechanical rock properties along the tunnel. Equally important was the practical experience gained by tunnelling through the fault zone. The knowledge gained from the Paierdorf investigation tunnel will be used in further design work for the mechanical driving of this very heterogeneous region of rock.

Eines der wesentlichen Erkundungsziele für das Projekt Koralmtunnel stellt die detaillierte Erkundung des Lavanttaler Störungssystems, insbesondere die im Kontaktbereich zwischen dem Koralmkristallin und dem Neogen des Lavanttals verlaufende Hauptstörungszone, dar. Mit den übertägigen Erkundungsarbeiten (Kartierungen, Kernbohrungen, Geophysik) konnten erste Einschätzungen bezüglich der geologischen, hydrogeologischen und geotechnischen Gebirgsverhältnisse dieser mehrere hundert Meter mächtigen Störungszone gewonnen werden (Bild 1). Mit dem nun gebauten Erkundungstunnel (EKT) Paierdorf wurden die Mächtigkeit, der interne Aufbau der Störungszone sowie die hydraulischen und mechanischen Gebirgsverhältnisse im Bereich der Tunneltrasse abgeklärt. Ebenso wichtig waren die praktischen Erfahrungen der tunnelbautechnischen Bewältigung der Störungszone. Die Erkenntnisse aus dem EKT sollen in die weiteren Planungsschritte für das maschinelle Auffahren dieses sehr heterogenen Gebirgsbereichs einfließen.

The very variable geological conditions require two completely independent machine concepts for contract KAT3 of the Koralm Tunnel, which have been taken into account with the planned use of a shield machine capable of being rebuilt. This article discusses the essential constructional requirements for machinery and construction methods based on the current state of design and knowledge.

Die stark variierenden geologischen Verhältnisse erfordern für das Baulos KAT3 des Koralmtunnels zwei komplett eigenständige Maschinenkonzepte, die planerisch durch das Lösungskonzept einer umbaubaren Schildmaschine berücksichtigt werden. In dem Beitrag werden auf Basis des derzeitigen Planungs- und Kenntnisstands die wesentlichen konstruktiven Anforderungen an die Maschinen- und Verfahrenstechnik dargelegt.