For the objective evaluation of the structural safety of tunnel structures during the construction phase, continuous monitoring of all important structural elements (e.g. tunnel lining) and the tunnel face are of utmost importance. The temporary top heading invert, frequently used in sensitive areas of top heading drives, could not up to now be monitored with measuring equipment, because it is usually covered with infill to form a temporary haul road.
The application of a Time Domain Reflectometry (TDR) measurement system makes it possible for the first time to detect, localise and quantify failures in the shotcrete lining. The calibration of the TDR measurement system in laboratory tests and the experience gained through a practical trial in the Lainzer tunnel in Vienna have made it possible to determine the capabilities and limits of this measuring system and demonstrate its readiness for practical use.

Für eine objektive Beurteilung der Standsicherheit von Tunnelbauwerken während der Bauphase ist eine kontinuierliche messtechnische Überwachung aller wichtigen Bauteile (z.B. Tunnelschale) sowie der Ortsbrust von entscheidender Bedeutung. Die beim Kalottenvortrieb häufig in sensiblen Bereichen eingesetzte temporäre Kalottensohle hat sich bisher einer messtechnischen Überwachung entzogen, da sie in der Regel für die Errichtung einer temporären Fahrbahn mit Ausbruchmaterial überschüttet wird.
Durch den Einsatz eines Time Domain Reflectometry (TDR) Messsystems ist es nun erstmals möglich, in der Spritzbetonschale auftretende Brüche zu erkennen, zu lokalisieren und zu quantifizieren. Durch die Kalibrierung des TDR-Messsystems in Laborversuchen und der Durchführung eines Praxisversuchs im Lainzer Tunnel (Wien) konnten die Möglichkeiten und Grenzen der Messmethode ermittelt sowie die Praxistauglichkeit des Systems unter Beweis gestellt werden.

One of the major shortcomings of two-dimensional approaches for underground excavation design is the (mostly) inadequate modelling of the effects of the face advance. Although they may roughly estimate the evolution of the displacements towards their final value, none of the 2D solutions available so far provide information about the extent of the pre-relaxation the ground has undergone. On the other hand, 3D calculations pose a much greater effort in modelling and evaluation, and can be conducted only by using numerical methods.
The method presented in this paper is intended to narrow this gap, representing an easy-to-implement tool allowing fast assessment of displacement development for a circular cavity in a linearly elastic-ideally plastic Mohr-Coulomb material under hydrostatic loading. A numerical parametric study has been performed on a 3D model in FLAC^3D. The parameters for the numerical simulations were chosen in such a way that they form a regular grid in a co-ordinate system spanned by the friction angle and a non-dimensional variable defined as the ratio between the depth of failure and the tunnel radius. Based on the displacement data obtained from numerical simulations, the respective fictitious support pressures have been back-calculated for every face position, using the closed-form solution developed by Feder & Arwanitakis. The back-calculated curves of the fictitious support pressure, its dimensionless form η (equivalent support pressure coefficient), defined as the ratio between the fictitious support pressure and the primary stress respectively, have been fitted with a slightly modified version of the function proposed by Sulem et al. The fitting process yields function shape parameters, allowing the establishment of three interpolation relationships. The knowledge of the shape parameters for an arbitrary set of mechanical parameters allows the calculation of the displacement path. The results have been verified on a set of ten 3D calculations with a random set of parameters and show very good agreement in all cases. In addition, the presented method is demonstrated through case histories.

Einer der größten Nachteile von zwei-dimensionalen Verfahren zur Planung von Untertagebauwerken ist die meist inadäquate Modellierung der Auswirkung einer fortschreitenden Ortsbrust. Wenngleich sie auch den Verschiebungsverlauf bis zum Endwert grob abschätzen, liefert keine der verfügbaren 2D-Lösungen Informationen über die Größe der Vorentlastung des Baugrunds. Auf der anderen Seite sind 3D-Berechnungen, die nur mit numerischen Methoden durchgeführt werden können, mit einem viel größeren Modellierungs- und Auswertungsaufwand verbunden.
Die hier vorgestellte Methode liefert ein einfach implementierbares Werkzeug, das eine schnelle Vorhersage des Verschiebungsverlaufs für einen kreisrunden Querschnitt in einem linear elastischen-ideal plastischen Mohr-Coulomb Material unter hydrostatischer Belastung erlaubt. An einem 3D-Modell im finite Differenzen Programm FLAC^3D wurde eine Parameterstudie durchgeführt. Die Parameter für die numerischen Simulationen wurden dabei so gewählt, dass sie ein regelmäßiges Netz in einem Koordinatensystem formen, das vom Reibungswinkel und einer dimensionslosen Variable η aufgespannt wird. Basierend auf den Verschiebungsverläufen aus den numerischen Berechnungen wurden, unter Anwendung der geschlossenen Lösung nach Feder & Arwanitakis, die zugehörigen fiktiven Ausbaudrücke für jeden Ortsbruststand rückgerechnet. Die rückgerechneten Kurvenverläufe des fiktiven Ausbaudrucks, beziehungsweise der dimensionslose Quotient aus fiktivem Ausbaudruck und Primärspannung wurden mit einer modifizierten Form der Funktion nach Sulem et al. angepasst. Diese Kurvenanpassung liefert Parameterder Formfunktion, welche die Etablierung von drei Interpolations-Beziehungen ermöglicht. Die Kenntnis dieser Formfunktion ermöglicht die Bestimmung des Verschiebungsverlaufs in Bezug zum Abstand der Ortsbrust für beliebige mechanische Parameter. Die etablierten Interpolations-Beziehungen wurden mittels zehn 3D-Berechnungen mit zufällig gewählten Parametern verifiziert und lieferten sehr zufrieden stellende Ergebnisse. Die Methode wurde anhand von Fallstudien getestet.

Displacement monitoring has been common practice during tunnel excavation for many decades. The results are usually used to assess the stabilisation process and to adapt excavation and support to the actual conditions. Although monitoring is done routinely on practically all sites, no consistent collection of case histories has yet been established, so the experience gained on completed projects is rarely available for new projects. To better utilise this previous experience, an expert system for the evaluation and interpretation of displacement monitoring data is currently under development. The main component of the system is an expert knowledge base containing normal displacement behaviour for a wide range of geotechnical conditions. Methods required for the identification of such normal displacement situations as well as for clear description of the displacement characteristics have been developed and will be outlined. The check whether the actually observed displacements are normal will be done by means of a comparison with a real displacement scenario from the database. In case a significant deviation is identified, the actual displacement trends will be compared to reference trends characteristic for changing ground conditions and the most probable situation determined. If the degree of correlation is low, then it is very probable that the actual displacements show abnormal behaviour.

Die Messung von Verschiebungen im Zuge des Tunnelausbruchs ist seit mehreren Dekaden übliche Praxis. Die Messergebnisse werden gewöhnlich für die Beurteilung des Stabilisierungsvorgangs und für die Anpassung von Ausbruch und Stützung an die tatsächlich angetroffenen Verhältnisse verwendet. Obwohl die Beobachtung routinemäßig an praktisch allen Baustellen durchgeführt wird, gibt es keine konsistente Sammlung von Fallstudien. Als Folge dessen ist die Erfahrung, die im Zuge eines Projekts gemacht wurde, selten für neue Projekte verfügbar. Damit dieses Wissen in Zukunft aber besser genutzt werden kann, ist derzeit ein Expertensystem für die Auswertung und Interpretation von Verschiebungsmessdaten in Entwicklung. Die Hauptkomponente des Systems bildet eine Expertenwissensdatenbank, die für einen breiten Bereich an geotechnischen Situationen Verschiebungsfälle zur Verfügung stellt. Sowohl die erforderlichen Methoden für die Identifikation dieser Fälle als auch die Methoden zur eindeutigen Beschreibung der Verschiebungscharakteristik wurden entwickelt und werden in diesem Beitrag erläutert. Die Beurteilung, ob das beobachtete Verschiebungsverhalten normal ist, wird über einen Vergleich mit einer Verschiebungssituation aus der Datenbank durchgeführt, die repräsentativ für die angetroffenen Verhältnisse ist. Wird eine signifikante Abweichung festgestellt, so werden die tatsächlichen Verschiebungstrends mit Referenztrends, die charakteristisch für Änderungen in den Gebirgseigenschaften sind, verglichen und die Situation mit der besten Übereinstimmung bestimmt. Ist der Grad dieser Übereinstimmung gering, so ist es sehr wahrscheinlich, dass das beobachtete Verhalten abnormal ist.

The uncertainties in the ground model and the subsequent design of tunnels call for an observational approach. To enable the safe and economical tunnelling of underground infrastructure projects with shallow overburden, a safety management plan has to be implemented. The successful application of the observational method is based on a comprehensive definition of the expected behaviour by the designer and the verification of the actual conditions by the site geotechnical engineer during construction. Advanced tools and methods for monitoring data evaluation assist in the continuous interpretation of the system behaviour, enable timely detection of deviations and check against the warning and alarm criteria. The paper shows the application of the observational method as defined in Eurocode 7 as part of a Safety Management Plan through two case histories from OeBB tunnel projects.

Die Unsicherheiten im Baugrundmodell und folglich die Planung von Tunneln verlangt im Zuge der Bauausführung die Anwendung der Beobachtungsmethode. Bei großen Infrastrukturprojekten mit geringer Überlagerung ist daher zur Gewährleistung eines sicheren und wirtschaftlichen Tunnelvortriebs die Einführung eines Sicherheitsmanagementplans erforderlich. Die erfolgreiche Umsetzung der Beobachtungsmethode beruht auf einer ausreichenden Definition des erwarteten Verhaltens durch den Planer und einem ständigen Soll/Ist-Vergleich des Systemverhaltens durch den Geotechniker vor Ort während der Bauausführung. Fortschrittliche Werkzeuge und Methoden zur Messdatenauswertung unterstützen in der laufenden Interpretation des aktuellen Systemverhaltens, der Früherkennung von Abweichungen und der Überprüfung gegenüber Warn- und Alarmkriterien. Der vorliegende Beitrag zeigt anhand von zwei Fallbeispielen von ÖBB Tunnelprojekten die Umsetzung der Beobachtungsmethode gemäß Definition im Eurocode 7 im Rahmen des Geotechnischen Sicherheitsmanagementplans.

The Clem Jones Tunnel (former North-South Bypass Tunnel) is the first project to get underway as part of Brisbane's transport plan which aims to improve the urban road network. The total length to be excavated is 6.8 km which includes 4.8 km of driven tunnel and associated road connections. Construction commenced in August 2006 with project completion targeted well before the contractual completion date of October 2010. Due to the local geology, in particular the hard Brisbane tuff and Neranleigh-Fernvale formation a combination of tunnel excavation methods are used. The majority of the tunnel is excavated by two tunnel boring machines in rock having a compressive strength of between 80 and 150 MPa. Ten roadheaders are excavating the remaining tunnels such as ramps, access tunnels, cross passages and merges.
A major challenge arose during the planning of the initial mainline excavation underneath the Royal National Association Showground in Bowen Hills. This section contains low rock cover and historical maps indicate that the Showground is located within a former topographic depression (alluvial valley) where a creek once flowed through. Due to traffic merge design requirements, both TBM and roadheader excavation methods were required to be used in this challenging geological profile. The answer was to stabilise the alluvium above both TBM section tunnels from the surface prior to excavation and to operate the TBM in single shield mode with immediate grouting of annular void from the tail shield. In addition, the roadheader section of tunnel required additional support by spiles and canopy tubes installed from the tunnel face.

Der Clem Jones Tunnel (ehemals North South Bypass Tunnel) ist das erste in Angriff genommene Projekt des Brisbane-Transportplans. Dieser Plan hat das Ziel, das städtische Straßennetzwerk zu verbessern. Insgesamt wird eine Strecke von 6,8 km aufgefahren, einschließlich 4,8 km bergmännische Tunnel und zugehörige Straßenanbindungen. Die Bauarbeiten begannen im August 2006, und die Fertigstellung des Projekts ist deutlich vor dem vertraglich vereinbarten Fertigstellungstermin im Oktober 2010 geplant. Der größte Teil der Tunnel wird durch zwei Tunnelbohrmaschinen im Hartgestein mit einer Druckfestigkeit zwischen 80 und 150 MPa ausgebrochen. Zehn Teilschnittmaschinen fahren die übrigen Tunnel wie Rampen, Zugangstunnel, Querschläge und Verbindungen auf.
Eine große Herausforderung ergab sich während der Planung des Haupttunnelvortriebs unter dem Ausstellungsgelände der Royal National Association in Bowen Hills. Dieses Gebiet besitzt eine geringe Felsüberdeckung, und aus historischen Karten weiß man, dass das Ausstellungsgelände in einer ehemaligen topografischen Senke (alluviales Tal) liegt, durch die früher ein Bach floss. Aufgrund von Verkehrsplanungsanforderungen war es notwendig, sowohl Tunnelbohrmaschinen als auch Teilschnittmaschinen in dieser schwierigen geologischen Situation zu verwenden. Die Lösung bestand darin, das Schwemmland über beiden TBMTunneln von oben her zu stabilisieren und die Tunnelbohrmaschine in der Einfachschildbetriebsart zu fahren, wobei der Ringspalt vom Schildschwanz aus verpresst wird. Die durch Teilschnittmaschinen ausgebrochenen Tunnel mussten außerdem zusätzlich durch Spieße und eine Rohrschirmsicherung gestützt werden.

The bentonite and grout flow around a TBM is elaborated, as well as grout flow along the lining. The calculated grout flow along the lining is compared with the results of measurements. Measurement data for the flow around the TBM are not available. Both the bentonite and the grout are modelled as a Bingham liquid and it will be shown that, due to the relatively low flow velocities, the yield stress is the governing parameter. The results of the calculations show that both the flow around the TBM and the flow around the lining may significantly influence loading on the TBM, the soil, and the lining. The bentonite and grout flow around the TBM may result in a lower volume loss than calculated when assuming that the soil follows the tapered TBM. The grout flow and especially grout consolidation lead to lower pressures around the lining if the tunnel is constructed in sandy soil.

Der Bentonit- und Mörtelfluss um eine TBM und der Mörtelfluss entlang der Auskleidung werden diskutiert. Der berechnete Mörtelfluss entlang der Auskleidung wird mit Messdaten verglichen. Für die Strömungen um eine TBM existieren keine Messdaten. Sowohl der Bentonit als auch der Mörtel werden als Bingham Flüssigkeit modelliert, und es wird gezeigt, dass wegen der relativ niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten die Fließspannung der bestimmende Parameter ist. Die Ergebnisse der Berechnungen zeigen, dass sowohl die Strömung um die TBM als auch entlang der Auskleidung einen bedeutenden Einfluss auf die Belastung der TBM, des Bodens und der Auskleidung haben. Der Bentonit- und Mörtelfluss um die TBM kann einen niedrigeren Volumenverlust zur Folge haben als berechnet, wenn man annimmt, dass der Boden der konisch zulaufenden TBM folgt. Der Mörtelfluss und besonders die Mörtelverfestigung führen zu einem niedrigeren Druck auf die Auskleidung wenn der Tunnel in sandigem Boden errichtet wird.

The prediction of excavation rates for tunnel boring was originally developed for rock boring machines. One of the earliest working methods for predicting TBM performance was developed at the University of Illinois. The method was simple, reliable, inexpensive, and the data available to the public. Since then, various methods, more sophisticated, more time consuming and more expensive have been developed by various researchers. Some of them were quite exacting in the prediction despite a limited knowledge of anticipated conditions. Others were ever changing and unavailable for public use.
Predictions of penetration rates and disc cutter consumption were tied to rock properties and machine variables while the prediction of TBM utilization was ignored even though in many cases it was the most variable element having the greatest impact. Prediction of TBM utilization was substantially more difficult since it was a function of time and length dependent downtimes, project conditions, TBM design features, work force, construction management, and site limitations. Many of these influences were simply a function of the impact of the human element and therefore tenuous to predict.
The development of machines designed to negotiate soil, rock, and a combination of both inherently imposed additional influences on the productivity. An increase in the use of electronic technology in tunnel boring, both for control functions and recording of instantaneous machine variables have allowed the imposition of additional constraints, such as thrust & torque limitations.
How do we take all of these additional variables into account in the forecasting of TBM performance?

Die Voraussage von Ausbruchgeschwindigkeiten für das Bohren von Tunneln wurde ursprünglich für Gesteinsbohrmaschinen entwickelt. Eine der ersten funktionierenden Methoden für die Voraussage von TBM-Leistungen wurde an der Universität von Illinois entwickelt. Die Methode war einfach, zuverlässig, kostengünstig und die Ergebnisse der Öffentlichkeit zugänglich. Seither wurden von verschiedenen Forschern die unterschiedlichsten Methoden entwickelt, die anspruchsvoller, zeitaufwändiger und teurer sind. Einige davon waren, trotz beschränkter Kenntnisse der zu erwartenden Bedingungen, genauer in der Voraussage. Andere wurden ständig verändert und nie der allgemeinen Verwendung zugänglich.
Die Voraussage der Penetrationsraten und des Verbrauchs an Diskenmeißeln waren an Gesteinseigenschaften und Maschinenparameter geknüpft, während die Voraussage der TBM-Ausnutzung ignoriert wurde, obwohl sie in den meisten Fällen das veränderlichste Element mit dem größten Einfluss war. Die Voraussage der TBM-Ausnutzung war wesentlich schwieriger, da sie eine Funktion von zeit- und längenabhängigen Stillstandzeiten, den Projektvorgaben, den Besonderheiten der TBM, der Mannschaft, der Bauleitung und der Baustellen-Beschränkungen war. Viele dieser Einflüsse waren einfach eine Folge der Einwirkung des menschlichen Faktors und deshalb schwierig vorauszusagen.
Die Entwicklung von Maschinen zur Bewältigung von Böden, Gestein und eine Kombination aus beiden vergrößerte naturgemäß die Anzahl der zusätzlichen Einflüsse auf die Produktivität. Eine Zunahme der Elektronik bei Tunnelbohrmaschinen, sowohl für Kontrollzwecke als auch zur Aufzeichnung der momentanen Maschinenparameter, hat die Auferlegung zusätzlicher Beschränkungen zugelassen.
Wie sind all diese zusätzlichen Variablen bei der Prognose der TBM-Leistungen zu berücksichtigen?

Performance and tool consumption are decisive factors in the economical application of TBMs. Therefore the most accurate possible prediction of penetration and cutter life, the commonly used measures, is of great importance. The potential accuracy is certainly restricted by the boundary conditions of application underground in rock. Apart from the characteristics of the prevailing rock, prediction models must also take into account parameters representing the design and layout of the TBM used (for example, parameters referring to dimensions and installed forces).It is the aim of this paper to provide a survey not only of all those features and parameters of TBMs, whose influence on penetration and cutter life has been already recognized and investigated, but also of those whose evaluation is still pending (e.g. the stiffness of the cutter head). Only those parameters are addressed which are assumed to be influential.
The evaluated correlations are predominantly presented in tendency diagrams. This enables the interaction of more parameters to be displayed better. Furthermore an extrapolation of such diagrams is easier, allowing their application in prediction models and also coping with future technical developments in TBM technology.

Leistung und Werkzeugverschleiß sind entscheidende Parameter für den wirtschaftlichen Einsatz von TBM. Daher ist eine äußerst genaue Prognose der Penetration und der Meißellebensdauer ? die im Allgemeinen verwendeten Maße ? von großer Bedeutung. Die machbare Genauigkeit ist durch Randbedingungen ? untertägiger Einsatz im Fels ? eingeschränkt. Neben den Eigenschaften des anstehenden Gebirges müssen die Vorhersagemodelle auch die durch Konstruktion und Ausführung der verwendeten TBM vorgegebenen Parameter berücksichtigt werden, z. B. Maße und Kräfte.
Ziel dieses Beitrags ist, eine Übersicht aller Merkmale und Parameter einer TBM zu geben, nicht nur die, deren Einfluss auf Penetration und Meißellebensdauer bereits erkannt worden ist, sondern auch solche, deren Bewertung noch aussteht (z. B. die Steifigkeit des Bohrkopfs). Dabei werden nur die Parameter behandelt, die als einflussreich angenommen werden.
Die untersuchten Zusammenhänge werden vorzugsweise in Tendenzdiagrammen dargestellt. Dies ermöglicht eine bessere Darstellung der Wechselwirkung mehrerer Parameter. Weiterhin ist die Extrapolation solcher Diagramme einfacher, wodurch ihre Anwendung in Prognosemodellen ermöglicht wird und sie auch zukünftigen Entwicklungen in der TBM-Technik gewachsen sind.

A new approach is required to TBM tunneling where adverse ground conditions exist if predictable advance rates are to be achieved. It is well understood that when good ground conditions exist, TBMs vastly outperform drill and blast advance rates. However, with today's available TBMs, these high performance rates can soon be negated if adverse ground conditions are encountered. It is a common misconception that a shielded TBM will be able to cope with all adverse conditions. This is definitely not the case, as projects like Pinglin in Taiwan, Hallandsås in Sweden and San Francisco in Ecuador, will attest to.
This paper describes adverse ground conditions as related to TBM tunneling, including squeezing ground, rock bursts, fault zones, and high water pressure. Optimal ground support techniques and potential problems with specific TBM types are discussed. Finally, a new concept TBM that integrates both ground conditioning and ground control techniques is introduced. This new concept TBM endeavors to facilitate predictable advance rates, even in difficult conditions, using novel concepts such as a retractable front shield and improved rock support systems in L2 area. This retractable front shield incorporated into a Double Shield feature allows for immediate ground conditioning behind the cutter head and 360 degree probe drilling, while still maintaining the increased safety and simultaneous tunnel lining characteristic of Double Shield TBMs.
Excellent access immediately behind the cutter head is maintained by eliminating the peripheral thrust cylinder utilized in standard shields and using the basic floating gripper design to pass thrust to the cutter head via a main beam.

Wenn in ungünstigen Gebirgsverhältnissen bessere Vortriebleistungen erreicht werden sollen, ist ein neuer Ansatz für den TBMVortrieb erforderlich. Im Allgemeinen gilt, dass TBMs bei günstigen Gebirgsverhältnissen deutlich bessere Vortriebleistungen als Sprengvortriebe erreichen. Bei den heute verfügbaren TBMs werden diese guten Vortriebsleistungen zunichte gemacht, sobald ungünstige Gebirgsverhältnisse angetroffen werden. Es ist ein weiterverbreitetes Missverständnis, dass eine Schild-TBM alle ungünstigen Baugrundverhältnisse meistern kann. Dies ist sicher nicht der Fall, was Projekte wie Pinglin in Taiwan, Hallandsås in Schweden und San Francisco in Ecuador beweisen.
Dieser Beitrag beschreibt schlechte Gebirgsverhältnisse, die den TBM-Vortrieb betreffen, darunter drückendes Gebirge, Bergschlag, Störungszonen und hoher Wasserdruck. Geeignete Ausbaumaßnahmen und mögliche Probleme mit bestimmten TBMBauarten werden behandelt. Schließlich wird ein neues TBMKonzept vorgestellt, das Techniken zur Gebirgsverbesserung und Gebirgsbeherrschung beinhaltet. Dieses neue TBM-Konzept soll sogar in schlechten Gebirgsverhältnissen prognostizierbare Vortriebleistungen ermöglichen, indem es neuartige Konzepte wie einziehbarer Vorderschild und verbesserte Gebirgssicherungssysteme im L2-Bereich einsetzt. Dieser einziehbare Vorderschild, der in einer Doppelschildeinrichtung integriert ist, ermöglicht die sofortige Gebirgsverbesserung hinter dem Bohrkopf und Erkundungsbohrungen über den vollen Umfang (360°), während die Eigenschaften eines Doppelschilds wie verbesserte Sicherheit und zeitgleicher Tunnelausbau erhalten bleiben.
Der Verzicht auf Vorschubzylinder am Umfang, wie bei normalen Schildmaschinen üblich, und der Einsatz von einfachen Grippersystemen und einem Hauptträger zur Übertragung der Vorschubkraft auf den Bohrkopf gewährleisten einen außerordentlich guten Zugang direkt hinter dem Bohrkopf.

The Niagara Tunnel Project (NTP) is a 10.2 km long bored pressure tunnel that will run under the City of Niagara Falls from the Upper Niagara River to the Sir Adam Beck Power Station. The completed project will enhance the capacity of the Sir Adam Beck Power Station by adding 500 m3/of water per second through the new diversion tunnel. The paper describes the project in which the world's largest hard rock TBM at 14.4 m in diameter is being used to excavate the tunnel. Features of the project include the use of a complex logistic system that allows different work steps simultaneously and describes the site installation for intake as well as for the outlet structures. The paper will also discuss the optimization of the TBM system as the tunnel advances through the varying geology consisting of various horizontal banked shale layers.
In order to meet the aggressive construction schedule as requested by the client, the contractor decided to assembly all mayor equipment including the TBM without a workshop assembly. The tunnel boring operation began in September 2006. After a start-up and commissioning period of four months, the production increased steadily through the various rock formations of the Niagara Escarpment into the Queenston Shale. Tunnelling through the Queenston shale proved to be far more difficult than expected with key block failures up to 20 t and over break exceeding 4 m in numerous occasions. The paper describes the design and construction methods to handle these extreme conditions with a big diameter open type TBM. Completion of the project is foreseen for 2012.

Das Niagara Tunnel Projekt (NTP) beinhaltet einen 10,2 km langen, gebohrten Drucktunnel der unter der Stadt Niagara Falls verläuft, vom Oberen Niagara Fluss bis zum Sir Adam Beck Wasserkraftwerk. Der neue Umleitungsstollen des fertig gestellten Bauwerks wird die Kapazität des Sir Adam Beck Kraftwerks verbessern durch Hinzufügung von 500 m3Wasser pro Sekunde. Der Artikel beschreibt das Projekt und die dabei eingesetzte Hartgesteins- TBM mit einem Durchmesser von 14,44 m. Die Merkmale des Projekts beinhalten u. a. die Anwendung eines komplexen Logistiksystems, das verschiedene Arbeitsschritte gleichzeitig erlaubt, und die Baustelleneinrichtung für Einlauf- und Auslaufbauwerke. Der Artikel behandelt die Optimierung der TBM während des laufenden Vortriebs durch eine wechselhafte Geologie, bestehend aus verschiedenen horizontal gebankten Schieferschichten.
Um die vom Bauherrn geforderte ehrgeizige Bauzeit einhalten zu können, beschloss der Bauunternehmer, alle größeren Ausrüstungsteile einschließlich des TBM ohne vorherige Werksmontage direkt auf der Baustelle zu montieren. Der Tunnelbau begann im September 2006. Nach einer viermonatigen Anlaufund Inbetriebnahmephase nahm die Produktion in den verschiedenen Gesteinsformationen des Niagara bis in den Queenston Schiefer stetig zu. Der Tunnelbau durch den Queenston Schiefer erwies sich mit dem Versagen von bis zu 20 to schweren Blöcken und Ausbrüchen von mehr als 4 m Höhe schwieriger als erwartet. Der Artikel behandelt Entwurf, Planung und Bauverfahren, um solche extreme Bedingung mit einer offenen TBM großen Durchmessers zu bewältigen. Die Fertigstellung des Projekts ist für das Jahr 2012 geplant.

The abrasiveness of soil and rock is a determining factor for tool wear in all processes of rock excavation above and below ground, for example drilling, cutting and excavating. Although this is highly cost-relevant, no classification scheme has yet been produced, with which soil and rock can be classified according to their abrasiveness and wearing effect. Comparative investigations using three methods of determining abrasiveness were used to produce a proposal for the classification of rock material. Although further series of investigations still have to be performed, a classification scheme has been produced, which is already in practical use and could be of use in future projects.

Die Abrasivität von Fest- und Lockergesteinen gilt als bestimmender Faktor für den Werkzeugverschleiß bei allen gebirgslösenden Verfahren über und unter Tage, z.B. beim Bohren, Fräsen, Schneiden, Schälen und Baggern. Obwohl höchst kostenrelevant, existiert bisher noch kein gemeinsames Klassifikationsschema, mit dem sowohl Fest- als auch Lockergesteine hinsichtlich ihrer Abrasivität und Verschleißwirkung eingeteilt werden können.
Durch vergleichende Untersuchungen mit drei Methoden der Abrasivitätsbestimmung konnte ein Vorschlag für die Klassifikation von Gesteinen entworfen werden. Obwohl noch weitergehende Reihenuntersuchungen durchgeführt werden müssen, so kristallisiert sich doch ein Klassifikationsschema heraus, das in der Praxis bereits angewandt wird und bei weiteren Projekten Verwendung finden könnte.

The prediction of the performance of EPBM drives is an essential tool for design and estimating. Realistic forecasting is only possible on the basis of the specific data for the project including all loadings, local conditions and interactions. The present article discusses the processes and their parameters typical for this method of tunnelling, defines the crucial soil mechanics parameters and recommended areas of application and makes recommendations for the estimation of the performance of earth pressure shields based on key performance indicators and the evaluation of data from a multitude of projects.

Die Leistungsprognose von TVM-Vortrieben stellt eine wesentliche Planungs- und Kalkulationsgrundlage dar. Eine realistische Prognose kann nur auf Basis der jeweiligen Projektdaten und unter Berücksichtigung aller Einwirkungen, Randbedingungen und Wechselwirkungen getroffen werden. Im vorliegenden Artikel werden die verfahrenstypischen Prozesse und Prozessparameter vorgestellt, die maßgebenden Baugrundparameter und empfohlenen Einsatzbereiche definiert sowie auf Basis der Schlüsselindikatoren für die Leistung und der Auswertung zahlreicher Projektdaten eine Empfehlung zur Abschätzung der Leistung von Erddruckschilden durchgeführt.

A shield tunnelling machine is driven forward by applying mechanical jack forces behind the shield machine tail while excavating the soil in front of the shield machine with its cutting face. In this study, the advance and excavation processes of the shield tunnelling operation are modelled using the finite element method in order to investigate the effect of these construction processes on the ground response. An excavating finite element is introduced, which models the disturbed soil in front of the cutting face. The operation of shield advance and of soil excavation is simulated using the finite element re-meshing technique at each time step of the analysis. The proposed modelling techniques of shield tunnelling construction are applied to simulate a deep and a triple-face shield tunnelling project in Tokyo and the numerical results are compared with the field measurements.

Eine Schildvortriebsmaschine wird durch Vorschubzylinder am Maschinenende vorangetrieben, während der Schneidkopf an der Vorderseite der Maschine den Boden abbaut. In dieser Studie werden der Vortrieb und der Bodenabbau beim Betrieb einer Schildmaschine mittels der Methode der Finiten Elemente modelliert, um den Einfluss dieser Vorgänge auf die Reaktion des Baugrunds zu untersuchen. Hierzu wird ein Ausbruchelement eingeführt, das den gestörten Boden vor der Maschine modelliert. Dabei wird das FE-Netz für jeden Zeitschritt angepasst. Die vorgestellte Modellierungstechnik für den Schildvortrieb wird eingesetzt, um einen tiefen Schildvortrieb und den Einsatz einer Dreikopf-Schildmaschine zu simulieren. Die numerischen Ergebnisse werden mit den Resultaten der vor Ort Messungen verglichen.

Keine Kurzfassung verfügbar.

The first tube of the Tauern tunnel for the A10 Tauern autobahn was constructed in the years 1970 to 1975. The great difficulties with the drive in strongly squeezing rock led to new methods being developed to cope with such rock conditions and represented a significant step forward for the New Austrian Tunnelling Method. After many false starts, the construction of the second tube has been underway since 2006, and the tunnelling work is now complete. About 35 years lie between the tunnelling work for the first and second tubes. This permits a good evaluation of progress in this area. From the designer's viewpoint, the major advances have been in the following areas:
- In the geotechnical design, now systematised through the ÖGG guideline, making it more practical.
- In the quality of the support measures and particularly the shotctrete.
- The greatest step forward is, however, the methods and the implementation of geotechnical surveying (trigonometric) and its rapid and trouble-free evaluation, allowing new methods of interpretation.
This was certainly also the reason why the tunnelling work for the second tube was considerably less eventful than anticipated. The result is that there will be no overruns of time or cost for the second tube

Die erste Röhre des Tauerntunnels für die A10 Tauernautobahn wurde in den Jahren 1970 bis 1975 errichtet. Die großen Schwierigkeiten beim Vortrieb im stark druckhaften Gebirge führten zu neuen Lösungsansätzen zur Beherrschung derartiger Gebirgsverhältnisse und waren ein bedeutender Fortschritt für die Neue Österreichische Tunnelbauweise Nach mehreren Anläufen ist nun seit dem Jahre 2006 die zweite Röhre in Bau; die zugehörigen Vortriebsarbeiten mittlerweile abgeschlossen. Zwischen den Vortriebsarbeiten für die beiden Tunnelröhren liegt ein Zeitraum von rund 35 Jahren. Damit lassen sich die Weiterentwicklung auf diesem Gebiet sehr gut beurteilen. Aus Sicht des Planers sind die größten Fortschritte in folgenden Gebieten zu verzeichnen:
? In der geotechnischen Planung, die nun durch die ÖGG Richtlinie systematisiert und daher nachvollziehbar ist.
? In der Qualität der Stützmittel und dabei insbesondere des Spritzbetons.
? Der größte Fortschritt ist aber bei der Art und Durchführung geotechnischer Messungen (trigonometrisch) und der raschen und problemorientierten Auswertung eingetreten, die neue Ansätze für die Interpretation ermöglicht.
Dies war sicher auch ein Grund dafür, dass die Vortriebsarbeiten für die zweite Röhre sich wesentlich unspektakulärer gestalteten als ursprünglich erwartet. Damit wird es beim Bau der zweiten Röhre auch weder zu Kosten- noch Terminüberschreitungen kommen.

The construction of the first tube of the Tauern tunnels in the years 1970 to 1975 was a milestone in the development of the NATM and of modern tunnelling. Completely new methods were introduced and used successfully to overcome the strongly squeezing rock, which was the only possibility of mastering the large rock deformations and completing tunnelling within the planned deadline.
The driving of the second tube of the Tauern tunnel between 2006 and 2008 has shown that the basics of the NATM are still valid. The considerably more favourable system behaviour does, however, show that the state of knowledge in design and construction has developed greatly. The major difference is the increase of productivity and this is made clear by comparing the production assets used.

Der Bau der ersten Röhre des Tauerntunnels in den Jahren 1970 bis 1975 war ein Meilenstein in der Entwicklung der NÖT und des modernen Tunnelbaus. Zur Bewältigung des bereichsweise stark druckhaften Gebirges wurden völlig neue Methoden umgesetzt und erfolgreich angewendet, nur dadurch konnten die großen Gebirgsverformungen beherrscht werden und der Tunnelvortrieb in der vorgesehenen Zeit abgeschlossen werden.
Der Vortrieb der zweiten Röhre des Tauerntunnels von 2006 bis 2008 hat gezeigt, dass die Grundsätze der NÖT unverändert ihre Gültigkeit haben. Das wesentlich günstigere Systemverhalten zeigt jedoch deutlich, dass sich die Kenntnisse in Planung und Ausführung stark weiterentwickelt haben. Der größte Unterschied zeigt sich aber bei der Erhöhung der Produktivität und wird durch den Vergleich der Produktionsmittel offenkundig.

Asfinag Baumanagement GmbH has been commissioned to construct the second tube of the Ganzstein tunnel. After completion, it will be possible to travel the entire length of the S6 expressway on dual carriageway. This investment will improve the connection of the industrial area of the Upper Steiermark with the Vienna Basin and also improve the traffic safety of the busy route. The article describes the current state of the construction works and also makes comparisons with the first tube of the tunnel, which was opened in 1980.

Die Asfinag Baumanagement GmbH ist mit der Errichtung der zweiten Röhre des Ganzsteintunnels betraut. Nach Fertigstellung wird die Schnellstraße S6 in ihrem gesamten Verlauf im Richtungsverkehr befahrbar sein. Durch diese Investition wird einerseits die Verbindung des obersteirischen Industrieraums mit dem Wiener Becken verbessert, andererseits die Verkehrssicherheit auf der stark befahrenen Strecke angehoben. Der Artikel beschreibt den gegenwärtigen Stand der Baumaßnahmen. Darüber hinaus werden Vergleiche mit der ersten Tunnelröhre gezogen, die im Jahr 1980 eröffnet wurde.

20 years lie between the construction of the two tubes of the Roppen tunnel, during which time the world has changed not only politically and in general thinking but has also produced dramatic technical progress. Above all with the development of communication and information technology, the environment for the tunnel builder and the proceedings on the construction site have changed, unfortunately not always for the better. The positive and negative developments are discussed in a critical manner and a return to more community and more dialogue on site are proposed.

Zwischen dem Bau der beiden Röhren des Roppener Tunnels liegen 20 Jahre, in denen sich das Weltbild nicht nur politisch, in der allgemeinen Denkweise sondern auch im technischen Fortschritt dramatisch verändert hat. Vor allem die Entwicklung der Kommunikations- und Informationstechnologien hat auch das Umfeld der Tunnelbauer und die Umgangsformen auf der Baustelle nachhaltig ? und leider nicht nur zum Positiven ? verändert. In einer kritischen Betrachtungsweise werden die positiven und negativen Entwicklungen der letzten 20 Jahre aufgezeigt und die Rückkehr zu mehr Gemeinsamkeit und mehr Dialog auf der Baustelle gefordert.

In the lower Inn valley in the Tyrol, the existing railway line is being widened to four tracks as part of the TEN (Trans European Network) section Munich-Verona. The Brenner Railway Company has appointed the joint venture Porr Tunnelbau - Max Bögl for the construction of the section H3-4. At the time of writing the article, two thirds of the 5.8 km long tunnelled section had been bored, with daily advance rates of up to 32 m being achieved. A Hydroshield is being used to bore the main tunnel with a diameter of 13.03 m. The tunnel gradient lies completely under the groundwater table. For long stretches, the tunnel route runs through loose sandy or gravelly soil with high and very changeable permeability. At the borders of the contract section, silty clay soil dominates.
Eleven shafts are being constructed every 500 m along the tunnel route to act as emergency exits. The shafts are constructed with diaphragm walls and are connected to the main tunnel by pipe-jacked headings of 4.8 m diameter. Because of the groundwater pressure of about 3 bar throughout the site, a sealing block has to be constructed in advance at the junction area.

Im Tiroler Unterinntal wird die bestehende Bahntrasse im Rahmen des TEN-Abschnitts München-Verona viergleisig ausgebaut. Die Brenner Eisenbahn Gesellschaft hat die Arbeitsgemeinschaft Porr Tunnelbau ? Max Bögl mit der Errichtung des Streckenabschnitts H3-4 beauftragt. Zum Zeitpunkt der Erstellung des Beitrags waren bereits rund zwei Drittel der 5,8 m langen Vortriebsstrecke aufgefahren, wobei Tagesleistungen bis zu 32 m erreicht wurden. Zum Auffahren des Haupttunnels mit einem Ausbruchdurchmesser von 13,03 m wird ein Hydroschild eingesetzt. Die Tunnelgradiente liegt vollständig unter Grundwasserniveau. Über weite Strecken verläuft die Tunneltrasse in sandigen oder kiesigen Lockerböden mit hoher und stark wechselnden Durchlässigkeiten. An den Baulosgrenzen dominieren schluffig-tonige Bodenanteile.
Entlang der Tunnelstrecke werden im Abstand von je 500 melf Schachtbauwerke als Notausgänge hergestellt. Die in Schlitzwandbauweise erstellten Schächte werden über Rohrvortriebe mit einem Durchmesser von 4,8 m an den Haupttunnel herangeführt. Aufgrund des überall anstehenden Grundwasserdrucks von etwa 3 bar muss im Anschlussbereich vorab ein Dichtblock hergestellt werden.

As part of the project “PPP Ostregion Paket 1”, a tunnelling project is being constructed on the basis of a performance specification for the first time in Austria, with the entire geological risk being borne by the contractor. The two-tube Tradenberg tunnel, each tube carrying one traffic direction, is in the S1-West section of the 51 km long Y-Trasse to be constructed by the consortium Bonaventura. The overall length of the tunnel is 2,457 m or 2,423.5 m, of which 1,403.6 m or 1,359 m are to be mined underground. The entire section is to open for traffic in early 2010. The contract model has the effect of transferring competence to the contractor. This opens a wide range of organisational possibilities for the construction consortium, but accompanied by an enormous increase in responsibility and commercial risk.

Im Rahmen des Projekts "PPP Ostregion Paket 1" wird erstmalig in Österreich ein Tunnelbauvorhaben auf Basis funktionaler Leistungsvorgaben realisiert, bei dem auch das gesamte geologische Risiko im Verantwortungsbereich des Auftragnehmers liegt. Der zweiröhrige, im Richtungsverkehr geführte Tradenbergtunnel, ist ein auf der S1-West liegender Teilabschnitt der vom Konsortium Bonaventura zu errichtenden 51 km langen Y-Trasse. Die Gesamtlänge des Tunnels beträgt 2.457 m bzw. 2.423,5 m, wovon auf die bergmännische Bauweise 1.403,6 m bzw. 1.359 m entfallen. Der gesamte Streckenabschnitt soll im Frühjahr 2010 in Betrieb gehen. Durch das Vertragsmodell findet eine Kompetenzverlagerung in Richtung des Bauausführenden statt. Dem Bauausführenden eröffnet sich dadurch ein weites Spektrum an Gestaltungsmöglichkeiten, dieses wird jedoch begleitet von einem enormen Zuwachs an Verantwortung und wirtschaftlichem Risiko.

The extension of the Hieflau power station is intended to increase the productive water quantity from 60 to 90 m3/s. The normal power production of the power station, which was commissioned in 1955, will be increased by the planned measures by about 108 GWh/a. In addition to the necessary adaptations and refurbishment of the intake and discharge structures, the headrace tunnel to be constructed represents the most important part of the extension.

Die Erweiterung des KW Hieflau sieht eine Erhöhung der Ausbauwassermenge von 60 auf 90 m3/s vor. Das Regelarbeitsvermögen des im Jahr 1955 in Betrieb genommenen Kraftwerks wird mit den geplanten Maßnahmen um ca. 108 GWh/a erhöht. Neben den erforderlichen Adaptierungen und Sanierungen der Ein- und Auslaufbauwerke ist der neu zu errichtende Triebwasserstollen das Kernstück der Erweiterung.

The power station facilities at Glockner/Kaprun were constructed in the years from 1946 to 1955. The system consists of a main and an upper stage with a total generation capacity of 353 MW. Since 2006, the association Austrian Hydro Power has been working to extend the existing power station group Glockner/Kaprun with the addition of the pumped storage works Limberg II. This will be a new cavern power station with two reversible pump turbines each of 240 MW installed underground. In the course of 50 years, the technical equipment and tunnelling techniques have developed decisively, enabling the number of employees to be reduced considerably. Construction work high in the mountains was then and is still now characterised by extraordinary difficulties because of the altitude. Regular progress of construction work presumes careful planning and well thought-out logistics.

Die Kraftwerksanlage Glockner/Kaprun wurde in den Jahren 1946 bis 1955 errichtet. Die Anlage besteht aus der Haupt- und Oberstufe mit einer Leistung von in Summe 353 MW. Seit 2006 wird die bestehende Kraftwerksgruppe Glockner/Kaprun von der Verbund ? Austrian Hydro Power um das Pumpspeicherwerk Limberg II erweitert. Es wird ein neues Kavernenkraftwerk mit zwei reversiblen Pumpturbinen zu je 240 MW Leistung unterirdisch errichtet. Im Laufe von 50 Jahren haben sich die technischen Hilfsmittel und die Vortriebstechniken entscheidend entwickelt, der Personaleinsatz wurde dadurch wesentlich reduziert. Die Bauarbeiten im Hochgebirge sind damals wie heute von außergewöhnlichen Erschwernissen infolge der Höhenlage gekennzeichnet. Für die Aufrechterhaltung des Baubetriebs ist eine präzise Arbeitsvorbereitung und ausgereifte Baustellenlogistik erforderlich.

125,000 m³ of excavation were completed in only 14 months, between October 2004 and December 2005, for the powerhouse and transformer caverns. The excavation of the shafts and tunnels - altogether 1,782 m - was undertaken parallel to the excavation of the caverns with a total volume of 78,000 m³. The internal construction works were also remarkable. From December 2005 to May 2007, which is a period of only 1.5 years, 48,000 m³ of concrete were placed in the caverns. The multitude of linings and backfill concreting in the tunnels, shafts and other subsidiary works were constructed at the same time as the concrete work in the caverns. This extraordinary performance was only possible through intensive preparation work, continuing during the construction phase, and the involvement of specialists. At peak times, 130 skilled construction workers were employed on the site. All works were carried out in continuous operation with day and night shifts. The only interruption was for the traditional Christmas and Easter holidays.

Von Oktober 2004 bis Dezember 2005, also in 14 Monaten, wurden in der Maschinen- und Trafokaverne insgesamt 125.000 m³ Ausbruch bewältigt. Die Ausbrüche für die Stollen und Schächte - insgesamt 1.782 m - liefen parallel zum Ausbruch der Kavernen und hatten ein Volumen von 78.000 m³. Die Leistungen beim Innenausbau waren ebenfalls beachtenswert. So wurden von Dezember 2005 bis Mai 2007, also in einem Zeitraum von nur 1,5 Jahren, in der Kaverne 48.000 m³ Beton eingebaut. Die zahlreichen Auskleidungen und Hinterbetonierungen in den Stollen, Schächten und sonstigen Nebenanlagen wurden gleichzeitig mit den Betonarbeiten in der Kaverne hergestellt. Diese außergewöhnlichen Leistungen waren nur durch eine intensive, baubegleitende Arbeitsvorbereitung und den Einsatz von Spezialisten möglich. Zu Spitzenzeiten waren rund 130 Facharbeiter auf der Baustelle beschäftigt. Sämtliche Arbeiten wurden in Tag- und Nachtschicht im Durchlaufbetrieb ausgeführt. Die einzige Unterbrechung bildeten traditionsgemäß die Weihnachts- und die Osterferien.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Since antiquity, the land connection between Baltic and Adriatic Seas has been used for trading and cultural exchange. In medieval times, this “amber route”, passing east of the Alps, was shifted to a line following intra-Alpine valleys orientated southwest - north-east, the so called “Diagonal Passage”. The historical “Südbahn”, however, lead partly through the Alps, crossing Semmering, but then continuing to Trieste further south-east, via Graz and Laibach, today Ljubljana. Cut through after the big wars of the 20th century, the railway connection Vienna-Italy follows now the “Diagonal Passage” at all its length, leaving Graz offside, in a basin separated by mountain ranges to the north and west and open to the east and south.
Koralm railway will integrate Graz into the “Baltic-Adriatic Corridor” which together with its second key element, Semmering base tunnel, will be an attractive trans-continental rail axis with adequate technical parameters, following the “Diagonal Passage” in its general orientation. The improvement of accessibility and transport conditions, especially in the Southern parts of Austria, will lead to a considerable increase of the regional product and a measurable modal shift, in favour of environment and sustainable mobility. “Baltic-Adriatic Corridor”, the future axis of welfare from “Poland to Po-Land (Padania)” or - in Italian language - “from Polonia to Bologna”, will decisively contribute to the re-integration of Central Europe, enhancing cultural exchange and economic development across the former Iron Curtain.