Based on mining experience and historical conventional construction processes a new type of construction has evolved - the New Austrian Tunnelling Method (NATM). NATM changed the view on the rock mass surrounding the tunnel from the forcing to the load-carrying component. NATM is a proven methodology for conventional tunnelling applied worldwide. New observation- and measurement techniques as well as digital models (e.g. geological model) will be increasingly integrated within the Building Information Modelling (BIM) process. BIM provides a sound basis of vital information for decision support across different project phases.
Aus Erfahrungen des Bergbaus und alter konventioneller Bauverfahren entstand eine neue Bauweise - die Neue Österreichische Tunnelbaumethode (NÖT) - , bei der das den Tunnel umgebende Gebirge vom nur belastenden zum tragenden Teil des Bauwerks wird. Die NÖT hat sich als neue konventionelle Baumethode weltweit bewährt. Neue Beobachtungs- und Messverfahren sowie die Integration von verschiedenen digitalen, unter anderem geologischer Modelle, werden zunehmend im Building Information Modeling (BIM) Prozess berücksichtigt. BIM bietet wertvolle Informationen zur Unterstützung von Entscheidungsprozessen über Projektphasen hinweg.

Tunnel constructions according to the principles of NATM are representing an essential key competence for construction companies. Likewise, extensive demands are placed on the people involved, and essential rules and requirements must be taken into account in order to be used successfully. The current developments in the cooperation in project management as well as the tendencies in the environment are critically examined and attempts are made to explain the necessary measures to secure this construction method in the future. Successful implementations are presented using two selected project examples.
Tunnelbau nach den Grundsätzen der NÖT stellt für ausführende Unternehmungen eine wesentliche Schlüsselkompetenz dar. Ebenso sind damit auch umfangreiche Anforderungen an die handelnden Personen verbunden, und es müssen zur erfolgreichen Anwendung wesentliche Regeln und Voraussetzungen im gemeinsamen Umgang berücksichtigt werden. Die aktuellen Entwicklungen im Miteinander bei Projektabwicklungen werden ebenso wie die Tendenzen im Umfeld kritisch betrachtet, und es wird versucht, die notwendigen Maßnahmen zur künftigen Absicherung dieser Baumethode darzulegen. Anhand von zwei ausgewählten Projektbeispielen werden erfolgreiche Umsetzungen vorgestellt.

The 8,900 m long Rohtang Tunnel lies in the Indian Himalayas north of the Manali tourist region. It avoids the dangerous route over the Rohtang Pass, which is at an elevation of almost 4,000 m, shortening the Manali-Leh Highway by approx. 50 km and enabling access to the northern regions of the state of Himachal Pradesh and onto Jammu and Kashmir even during the winter.
It was envisaged that the tunnel would be driven from two sides by drilling and blasting. The horseshoe-shaped cross-section with an excavation diameter of more than 13 m carries two lanes of vehicle traffic, two footpaths and an emergency egress beneath the carriageway.
In addition to the extreme conditions that were a feature of this project - portals at an altitude of over 3,000 m, with corresponding severe winters, avalanches and mudslides, etc. - the NATM was also driven to its limits. Friable soils instead of blast rock, water ingress in excess of 250 l/s, high rock pressure with extreme deformations and rapid changes in rock formations presented major challenges to all involved. Tunnelling operations are now nearing completion and the road tunnel will be open to traffic later this year.
Der Rohtang Tunnel mit einer Länge von 8.900 m liegt im Indischen Himalaya nördlich der Touristenregion Manali. Er erspart die gefährliche Strecke über den Rohtang Pass, der sich auf fast 4.000 m erhebt, verkürzt den Manali-Leh Highway um ca. 50 km und gewährt auch im Winter Zugang zu den nördlichen Regionen des Bundesstaats Himachal Pradesh und weiter nach Jammu und Kaschmir. Als Vortriebsmethode war ein Sprengvortrieb vorgesehen, ausgeführt von zwei Seiten. Der Querschnitt, ein Hufeisenprofil mit einem Ausbruchdurchmesser von mehr als 13 m, nimmt im Endzustand zwei Fahrbahnen, zwei Gehwege und einen Rettungstunnel unterhalb der Fahrbahn auf. Neben den allgemeinen Extrembedingungen des Projekts wie Höhenlage der Portale über 3.000 m mit entsprechenden Wintern, Lawinen- und Murenabgängen kam auch die NÖT im Vortrieb an ihre Grenzen: Fließende Böden statt sprengbaren Fels, dazu Wasserzutritte über 250 l/s, hoher Gebirgsdruck mit extremen Verformungen und rapide Wechsel in den Felsformationen stellten große Anforderungen an alle Projektbeteiligten. Inzwischen sind die Tunnelarbeiten fast fertiggestellt und das Bauwerk wird noch dieses Jahr für den Verkehr freigegeben.

This paper discusses the design and construction of a fault zone of the OeBB Koralmtunnel lot KAT3. Due to the experience gained during the advance of the parallel-situated southbound tunnel and the aim to minimize the geotechnical hazard for the subsequent excavation of the northbound TBM bore, an extensive redesign regarding the excavation-concept and -method was performed. Five different alternative solutions have been subject to a risk analysis to optimize the required measures and to minimize the cost-effective risks and hazards to an acceptable level. The set of measures, which was evaluated and juxtaposed, contained solutions for strengthening the rock mass with grouting from the TBM and from aside the bore, conventional tunnelling and backfill with a top heading or full-face excavation. Finally, the fault zone has been excavated with a conventional top heading drive from a nearby-situated cross-passage. Subsequently this tunnel stretch has been excavated by TBM without any construction delay. The paper focuses on highlighting the importance of a consequent application of the observational method and thereof derived measures in the context of a geotechnical safety management plan for controlling the residual risks.
Der Beitrag behandelt die Planung und Bauausführung für eine Störungszone des Koralmtunnels, Baulos KAT3. Aufgrund der Erfahrungen aus dem NÖT-Vortrieb in der parallelen Südröhre und dem Ziel, das geotechnische Risiko für den darauffolgenden TVM-Vortrieb in der Nordröhre zu minimieren, erfolgten umfangreiche Anpassungen der Planung hinsichtlich Auffahrkonzept und Vortriebsmethode. Fünf Varianten bildeten dabei die Basis für eine Risikoanalyse zur Optimierung der erforderlichen Maßnahmen und zur Reduktion der kostenwirksamen und geotechnischen Risiken. Das Maßnahmenbündel, welches bewertet und einander gegenübergestellt wurde, reichte dabei von einer Baugrundverbesserung von der TVM bzw. der Nachbarröhre aus, über einen vorab herzustellenden Injektionsstollen in der Nordröhre bis zu einem vorgängigen Auffahren der Störungszone im NÖT-Vortrieb und Rückverfüllung. Die Bewertung führte schließlich zu der Entscheidung, die Störungszone in der Kalotte über einen NÖT-Vortrieb von einem im Nahbereich befindlichen Querschlag aus aufzufahren. Anschließend wurde dieser Abschnitt mit der TVM ohne bauzeitliche Einbußen erfolgreich durchfahren. Die Wichtigkeit der durchgängigen Anwendung der Beobachtungsmethode und daraus abgeleiteter Maßnahmen im Kontext eines Geotechnischen Sicherheitsmanagements zur Kontrolle der Restrisiken wird aufgezeigt.

One of the major fault zones in the Semmering area runs along the Auebach Valley. In this fault zone a combination of soft fault rocks and water bearing hard rocks led to extremely challenging conditions in the design and execution of the tunnel. In difficult conditions, overlapping exploratory drillings in front of tunnel drive are essential to improve the geological-hydrogeological model and to assess geotechnical risks. However, in the encountered geological-hydrogeological conditions, the well-established exploratory drilling methods reached their limits. Despite the ongoing risk analysis, a very large-scale water and ground inflow with subsequent tunnel face collapse and development of a sinkhole on the surface occurred during the tunnelling. This paper describes the causes of the incident and the development of procedures to cope with the problem. In addition to the geological-geotechnical analyses, the article also discusses the limitations of geotechnical surveillance in complex heterogeneous rock masses.
Entlang des Auebachtals verläuft eines der Hauptstörungssysteme des Semmeringgebiets. Die unterschiedliche lithologische Zusammensetzung aus Störungsgestein und kompetenteren Bereichen sorgt in Verbindung mit Bergwasserführung für besondere Herausforderungen für die Planung und Bauausführung. Unter schwierigen Bedingungen ist eine kontinuierliche Vorauserkundung im Rahmen der Bauausführung zur laufenden Evaluierung möglicher geomechanischer Szenarien und zur Verfeinerung des dem tunnelbautechnischen Rahmenplan zugrundeliegenden Baugrundmodells unabdingbar. Unter den vorliegenden geologischen Rahmenbedingungen stoßen jedoch die gängigen Methoden der Bohrtechnik an ihre Grenzen. Trotz laufender Risikoanalyse kam es zu einem herausfordernden großmaßstäblichen Wasser- und Materialeinbruch im Vortrieb und zu Auswirkungen bis an die Geländeoberfläche. Der Beitrag beschreibt neben den Ursachen, die zum Eintritt des Ereignisses geführt haben, auch die Maßnahmen zur Bewältigung und diskutiert neben einer geologisch-geotechnischen Analyse werden auch die Grenzen der Beobachtungsmethode in einem heterogenen Gebirgsaufbau.

Tunnels within primary road networks are complex systems. The prerequisite of a good level of service is the seamless interaction of the various tunnel components (structural elements and technical equipment). Due to their heterogeneous nature, electrical and structural components are subject to divergent aging processes which require recurring maintenance procedures and rehabilitation measures. Considering the diversity of specifications and requirements among electrical/mechanical and structural components, it is evident that there is a considerable mismatch of maintenance cycles among them. Hence, tunnel asset management faces the challenge to develop strategies to integrate both the necessary functional integrity of the individual components over their respective lifecycle and the requirement of an optimized management for the overall system. Yet, the synchronization of measures towards maximizing system availability must not contradict positive wear-and-tear contingencies of the various tunnel components. Evidence based forecasting and reliability centred decision models are key elements of modern life cycle management. They must include interdependencies between the diversity of components and their manifold maintenance cycles.
Verkehrstunnel sind komplexe Systeme, die erst in einem gut abgestimmten Zusammenwirken unterschiedlichster Komponenten einen sicheren und verfügbaren Verkehrsweg gewährleisten. Diese teils sehr heterogenen elektromaschinellen und baulichen Komponenten unterliegen eigenen Alterungsprozessen, die wiederkehrender Erhaltungsmaßnahmen bedürfen. Die Mannigfaltigkeit der Eigenschaften und Anforderungen an elektromaschinelle und bauliche Komponenten setzt sich auch in sehr ungleichen Erhaltungszyklen fort. Ein zeitgemäßes Lifecycle-Management kommt an datenbasierten Zustandsprognosemodellen und zuverlässigkeitsorientierten Entscheidungsmodellen, welche die Wechselwirkungen der im Verkehrstunnel vorhandenen Gewerke und deren divergierenden Maßnahmenzyklen abbilden, nicht vorbei. Das Asset Management steht dabei vor der Herausforderung, Strategien zu entwickeln, die sowohl dem notwendigen Funktionserhalt der Einzelkomponenten über deren jeweiligen Lebenszyklus als auch dem Anspruch einer optimierten Bewirtschaftung des Gesamtsystems gerecht werden. Eine Synchronisierung von Maßnahmen im Sinne einer maximierten Verfügbarkeit darf jedoch nicht auf Kosten nicht ausgeschöpfter Abnutzungsvorräte gehen.

The aim of this project is to achieve a uniform and comparable method for the technical assessment of the state of structures throughout Germany (for bridges, tunnels, culverts; in general, for underground and support structures). By clustering defects, damage and measures according to their relevance to the technical condition of the structures, it is possible to make a more precise analysis and compare the repair and investment requirements for the system. This makes it easier for DB Netz AG to prioritize work and allocate the necessary resources. For the end user, the new process management and the support for damage assessment provided by the newly introduced damage catalogue, including pictures of the damage, is an essential part of uniform comparability and also ensures the transfer of know-how necessary for the actual work to be done. The article provides an insight into the progress with the project to date, the current state of the work and an outlook for the introduction of the new procedures for tunnels and culverts.
Ziel dieses Projekts ist eine deutschlandweit einheitliche und vergleichbare technische Zustandsbewertung der Konstruktiven Ingenieurbauwerke (KIB) (Brücken, Tunnel, Durchlässe, perspektivisch: Erd- und Stützbauwerke). Durch das Clustern von Mängeln, Schäden und Maßnahmen nach ihrer Relevanz für den technischen Zustand der Bauwerke wird eine exaktere Analyse und Vergleichbarkeit der Instandsetzungs- und Investitionsbedarfe aus dem Bestandssystem heraus möglich. Der DB Netz AG wird somit die Priorisierung und Verteilung der erforderlichen Mittel erleichtert. Für den Endanwender ist die neue Prozessführung und die Unterstützung der Schadensbewertung durch die neu eingeführten Schadenskataloge einschließlich Schadenbilder ein wesentlicher Aspekt der einheitlichen Vergleichbarkeit und stellt zudem den für die operative Arbeit notwendigen Know-how-Transfer sicher. Der Beitrag gibt einen Einblick in den bisherigen Projektverlauf, aktuellen Sachstand der Projektarbeit sowie einen Ausblick bis zur Einführung des neuen Verfahrens für Tunnel und Durchlässe.

Quantification of the level of loading of shotcrete supports from measured displacements of NATM-driven tunnels is common practice in Austria. At construction sites of the Austrian Federal Railways (OeBB), a hybrid method developed at the TU Wien (Vienna University of Technology) has been successfully applied over the last 15 years. Because OeBB tunnels are designed for a lifetime of 150 years, the long-term reliability of the support structures is of paramount interest. This provides the motivation for the development of hybrid methods applicable during the entire service life of tunnels, including also inner linings and segmental linings. The required extensions are intended to be carried out within a research program. The paper describes the state-of-the-art and projected future developments.
In Österreich ist es üblich, im Rahmen der Neuen Österreichischen Tunnelbaumethode (NÖT) die Auslastung von Spritzbetonschalen während des Baufortschrittes anhand gemessener Verschiebungen zu quantifizieren. Dazu wurde auf den Tunnelbaustellen der ÖBB Infrastruktur AG in den letzten fünfzehn Jahren eine an der Technischen Universität Wien entwickelte hybride Methode erfolgreich angewendet. Da ÖBB-Tunnel für eine Lebensdauer von 150 Jahren ausgelegt werden, ist die langfristige Zuverlässigkeit der Tunnelausbauten von größtem Interesse. Dies motiviert die Entwicklung von hybriden Methoden für die gesamte Lebensdauer von Tunneln, zwecks Auslastungsbestimmung sämtlicher Auskleidungen, etwa auch Ortbeton-Innenschalen oder Tübbingen. Dazu befindet sich ein eigenes Forschungsprogramm in Ausarbeitung. Der vorliegende Beitrag beschreibt den Stand der Technik und die geplanten zukünftigen Entwicklungen.

To secure the availability and usability of the motorway network, the Federal Roads Office (Fedro) developed new solutions for the renovation of road tunnels while keeping them open to traffic and initiated a pilot project. The aim is to replace a non-reinforced inner shell at night and ensure the availability of all lanes during the day. The solution involves partially removing the existing inner shell, then installing a drainage and waterproofing system, and finally installing a new inner lining of self-compacting concrete during the night.
The success of this pilot project led to the decision to renovate two more tunnels without delay. The strategy is based on optimising the basic variant by reducing the lining thickness using ultra-high performance fibre reinforced cementitious composite (UHPFRC) instead of conventional concrete or installing thin precast segmental lining in UHPFRC instead of conventional formwork. Fedro's innovative method will make it possible to renovate road tunnels over the long term while maintaining daytime traffic flow without massively impacting their substance.
Um gleichzeitig die Verfügbarkeit und die Gebrauchstauglichkeit eines Autobahnnetzes sicherzustellen, hat das schweizerische Bundesamt für Straßen Astra neue Lösungen zur unter Betrieb erfolgenden Erneuerung von Straßentunneln gefördert und ein Pilotprojekt gestartet. Ziel ist es, in Nachtarbeit eine nicht armierte Innenschale zu erneuern und tagsüber die Verfügbarkeit aller Fahrstreifen zu gewährleisten. Der Lösungsansatz sieht vor, die vorhandene Innenschale partiell abzutragen, dann ein Dränage- und Abdichtungssystem einzubauen und anschließend in der Nacht eine neue Innenverkleidung aus selbstverdichtendem Beton einzubringen.
Der Erfolg dieses Pilotprojekts führte zu der Entscheidung, kurzfristig zwei weitere Tunnel zu erneuern. Die Sanierungsstrategie besteht darin, die Grundvariante durch Reduzierung der Dicke der Verkleidung zu optimieren. Hierzu kommt zementgebundener Ultra-Hochleistungs-Faserverbund-Baustoff (UHFB) anstelle des herkömmlichen Betons zum Einsatz oder es werden vorgefertigte Tübbinge aus UHFB anstelle einer herkömmlichen Tunnelschalung eingesetzt. Dank der neuen Astra-Tunnelerneuerungsmethode können alte Tunnel langfristig verkehrsgerecht erneuert werden, ohne ihre Bausubstanz massiv zu beeinträchtigen.

The 450-metre long Kuckuckslay Tunnel is a double track railway tunnel dating from 1871. It is located in Germany on the line between Trier and Cologne along the river Kyll. Since its commissioning, the tunnel is a non-electrified line and has undergone only a few refurbishing measures. In 2018, a joint venture was commissioned to refurbish the Kuckuckslay Tunnel. During a 2.5-year construction period, the Kuckuckslay Tunnel will be expanded using conventional tunnelling and provided with a new concrete lining. The so-called 'Tunnel-im-Tunnel-Methode' would be used for the expansion, during which rail traffic could be maintained. In this case, the loading gauge of the railway in the area of the tunnelling work would be protected by a mobile construction rig. The Kuckuckslay Tunnel construction project offered a particular challenge due to the severely limited space inside and outside the tunnel, as well as the environmental conditions within a protected area. This article describes how these challenges were implemented and gives an overview of the state of work, as well as technical solutions and experience from the work completed.
Der 450;m lange Kuckuckslay Tunnel ist ein zweigleisiger Eisenbahntunnel aus dem Jahr 1871. Er befindet sich in Deutschland auf einer Teilstrecke zwischen Trier und Köln entlang des Flusses Kyll. Seit seiner Inbetriebnahme hat der Tunnel nur wenige Erneuerungsmaßnahmen erfahren und wird ohne Elektrifizierung betrieben. Im Jahr 2018 wurde eine Arbeitsgemeinschaft mit der Erneuerung des Kuckuckslay Tunnels beauftragt. Im Zuge der Erneuerungsmaßnahme wird der Kuckuckslay Tunnel während einer 2,5-jährigen Bauzeit unter laufendem Bahnbetrieb in bergmännischer Bauweise aufgeweitet und mit einer neuen Ortbetoninnenschale versehen. Für die Aufweitung kommt die sogenannte Tunnel-im-Tunnel-Methode zum Einsatz, mit der eine Aufrechterhaltung des Bahnverkehrs möglich ist. Hierbei wird der Betriebsraum der Bahn im Bereich der Vortriebsarbeiten durch eine mobile Schutzeinhausung geschützt. Die Baumaßnahme Kuckuckslay Tunnel wird zur besonderen Herausforderung infolge stark eingeschränkter Platzverhältnisse innerhalb und außerhalb des Tunnels sowie der umwelttechnischen Randbedingungen innerhalb einer Schutzgebietszone. Die baubetriebliche Umsetzung dieser Herausforderungen, ein Überblick über den Stand der Arbeiten sowie technische Optimierungen und Erfahrungen aus der Ausführungen werden in dieser Veröffentlichung vorgestellt.

Tiroler Wasserkraft AG realized the extension of hydropower plant Kirchbichl located in the Unterinntal built in the 1940s for the first time. The excavation pits were retained by a bored pile wall with jet grouting connections between the piles, supported with up to two bracing horizons. Safety against uplift during construction stage is managed by a deep-set jet grouting plate, which is partially anchored. Due to the dismantling of the bracing during the construction progress a partially load transfer from the bored pile wall on the partly completed concrete construction and the jet grouted plate occurs. This interaction is simulated at the static calculations. The excavation shoring was calculated by using a geotechnical program. The resulting spring supporting forces from geotechnical consideration were used in the finite element model as loads on the new reinforced concrete walls to calculate the necessary reinforcement content during construction sequence. The results from construction sequence were perpetuated at final state of the new powerhouse structure to get the governing reinforcement content.
Das Bauvorhaben Kraftwerk Kirchbichl-Erweiterung der Tiroler Wasserkraft AG liegt im Unterinntal und dient in Zukunft als Erweiterung des in den 1940er-Jahren errichteten Wasserkraftwerks. Zur Sicherung der Baugruben wurden aufgelöste Bohrpfahlwände mit dazwischen liegenden DSV-Zwickeln abgeteuft und mit bis zu zwei Aussteifungshorizonten gegenseitig abgestützt. Die Auftriebssicherheit während des Bauzustands bildet eine hochliegende DSV-Platte mit teilweiser Verankerung. Mit fortschreitendem Bau erfolgt durch den Ausbau der Steifen eine partielle Lastübertragung von Bohrpfahlsystem auf den teilweise fertiggestellten Stahlbetonbau des KH 2 und die DSV-Sohle. Diese Bauwerksinteraktion wird in statischen Berechnungen simuliert. Die Baugrubenumschließung wird mit einem geotechnischen Programm ausgelegt. Die in der geotechnischen Betrachtung resultierenden Federauflagerkräfte werden wiederum als Kräfte auf die Krafthausstruktur für deren bewehrungstechnische Auslegung im Bauzustand angesetzt. In den statischen Berechnungen wird dieser Kraftzustand in den Endzustand weitergeführt; um dadurch die resultierende maximale Bewehrung zu erhalten.

DSI supporting means secure development of the largest gold mine in Ecuador - DSI Stützmittel sichern Erschließung des größten Goldbergwerks in Ecuador

Consolidation of ore mining rupture zones in Russia - Bruchzonenkonsolidierung im Erzbergbau in Russland

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Was hat die nun allenthalben angestrebte “Neo-Ökologie” mit den Produkten der FAGSI Vertriebs- und Vermietungs-GmbH, einer der führenden Anbieterinnen hochwertiger Gebäude in Containerbauweise zu tun? Das Unternehmen erweist sich mit seinen Gebäudelösungen etwa als ein Pionier der “Sharing Economy”. Seit beinahe 40 Jahren betreibt es mit seinen Mietlösungen für Containergebäude dieses Geschäftsmodell. Dabei nutzen Kunden die Gebäude exakt so lange, wie sie diese benötigen. Von wenigen Monaten bis zu Standzeiten von mehreren Jahren ist dank der speziell für diese Anforderung entwickelten Produktreihen ProEnergy und ProLife alles üblich. Besteht kein Bedarf mehr für die Containergebäude, nimmt FAGSI sie wieder zurück, bereitet sie auf und stellt sie rundumerneuert einem anderen Kunden zur zeitlich begrenzten Nutzung bereit. (Foto: FAGSI)

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Stählerne Druckrohrleitungen in Wasserkraftanlagen führen das Triebwasser von der Wasserfassung über weite Strecken und oft sehr große Höhensprünge hinweg zu den Kraftwerksturbinen. Als gleichzeitige Strukturelemente und Transportleitungen stellen sie besonders hoch und komplex beanspruchte Stahlkonstruktionen dar. Für die Betreiber von Wasserkraftanlagen ist die Bewertung des Zustands von Druckrohrleitungen daher einer der wichtigsten Schritte im Zuge der Erteilung, Erneuerung und Aufrechterhaltung einer Nutzungskonzession durch die staatlichen Behörden. Für die Wasserkraftanlagen in der italienischen Autonomen Provinz Bozen - Südtirol wurden - aufgrund ihrer besonderen Bedeutung für die Energieversorgung des Landes und des Alters der Anlagen - in den letzten Jahren systematisch derartige Zustandsbewertungen (Assessments) durchgeführt. Für die Bewertung bestehender älterer Druckrohrleitungen im Hinblick auf die statisch-konstruktive Trag- und Betriebssicherheit muss dabei - aufgrund des Fehlens von einschlägigen Normen und Regelwerken mit allgemein anerkannten, durchgehenden Vorgehensweisen - auf die Expertise aus verschiedenen Literaturstellen und Fachbereichen zurückgegriffen werden. Das ist der Tatsache geschuldet, dass Druckrohrleitungen typische Eigenschaften sowohl eines (stählernen) Bauwerks als auch einer Hochdruckkomponente des Anlagenbaus aufweisen. Damit spielen die Ergebnisse von zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfungen sowie die Anwendung fortschrittlicher numerischer Berechnungen und Nachweisverfahren eine besonders große Rolle. Dieser Beitrag vermittelt einen Überblick über die im Land Südtirol in den letzten Jahren durchgeführten Zustandsbewertungen bei Druckrohrleitungen und die dabei angewandten Methoden.

Assessment of existing steel penstocks in hydropower plants - strategies in the context of the installations in South Tyrol
Steel penstocks carry water over large distances and often steep changes of altitude from the water catchment to the turbines in the powerhouse. As structural elements and - simultaneously - fluid transport lines, they represent steel structural elements that are loaded in a very high and complex manner. For the operators of hydropower plants, the assessment of the structural condition and the associated risks of steel penstocks thus represents one of the crucial steps needed to obtain, renew and maintain an operating concession from public authorities. Assessments of this type were carried out systematically over the course of the last few years for the many hydropower plants in the Italian Autonomous Province of Bolzano - South Tyrol, due to their particular significance for the energy supply of the region and the advanced service life of many plants. The assessment of the structural health and safety of existing, ageing steel penstocks thereby requires expertise drawn from various disciplines and reports from literature, due to the fact that no encompassing, dedicated standard or code of practice for this task is currently available that fully reflects the current state of the art in the reliability and strength of steel structures for this type of components. In fact, steel penstocks in hydropower plants share some features with civil steelwork structures and others with pressure vessels and components. Non-destructive testing techniques as well as advanced, non-linear numerical calculations thus play a significant part. This article gives a summary of the methods and techniques recently applied for the assessment of steel penstocks in South Tyrol.

Der Dortmund-Ems-Kanal (DEK) als eine der wichtigsten künstlichen Wasserstraßenverbindungen Deutschlands wird - wie alle übrigen Wasserstraßen des westdeutschen Kanalnetzes - seit den 1980er-Jahren für die Begegnungen von Großmotorgüterschiffen und Schubverband ausgebaut. Im Zuge des Ausbaus müssen sämtliche kreuzenden Bauwerke wie Tunnel, Durchlässe oder Brücken an die neuen Abmessungen des Kanals angepasst werden. In vielen Losabschnitten ist das Kanalbett des DEK im Bereich der Südstrecke zwischen Dortmund und Bergeshövede bereits verbreitert und vertieft, Brücken und Düker sind dem Ausbauziel angepasst worden.
Das Wasserstraßen-Neubauamt Datteln (WNA) wird die in den 1930er-Jahren errichtete Kanalbrücke (KBr) Ems bei DEK-km 78,806N im Rahmen dieses Ausbauziels erneuern. Für den Neubau ist die Erstellung eines Doppeltrogs unter laufender Schifffahrt geplant. Der erste Trog sollte ursprünglich direkt neben der bestehenden KBr gebaut werden. Aufgrund des schlechten baulichen Zustands der KBr Ems wurde nach einer Variantenuntersuchung eine Umfahrungsstrecke als wirtschaftlichste, bautechnisch sinnvollste Lösung festgelegt. Derzeit befindet sich diese Umfahrungsstrecke in der Ausführungsphase; im Herbst 2019 wurde der Stahltrog der Umfahrungsstrecke horizontal über die Ems verschoben.

Construction of Canal Aqueduct Ems - 2110 t of steel above the Ems
Since the 1980s the Dortmund-Ems Canal (DEK), one of the most important German inland waterways, has been extended - as all other inland waterways of the Western German network of canals - so that large inland cargo vessels and convoys are able to pass. In the course of this expansion the structures crossing the canal like tunnels, culverts or bridges have to be adapted to the canal's new dimensions. In the area of the southern stretch between Dortmund and Bergeshövede several sections of the canal have already been widened and deepened; bridges and culverts have been adapted.
The Waterway Engineeering and Construction Office in Datteln will renew the Canal Aqueduct Ems at DEK-km 78, 806N, which was built in the 1930s, within the scope of this mentioned expansion target. The replacement is planned as a so-called double-trough during ongoing shipping. Originally, the first trough was meant to be built directly next to the existing canal aqueduct. An analysis of variants lead to a bypass canal as the most economical and most structurally reasonable solution due to the poor condition of the Canal Aqueduct Ems. Currently the bypass canal is being realised and in autumn 2019, the corresponding steel trough was horizontally pushed across the Ems.

Der Sylvensteinspeicher - Bayerns ältester staatlicher Wasserspeicher - wurde 1954-1959 gebaut und liegt ca. 60 km südlich von München. Die Talsperre, ein 48,5 m hoher Erddamm, schützt die Unterlieger vor Hochwasser, sichert eine ausreichende Niedrigwasseraufhöhung und liefert umweltfreundlichen Strom aus Wasserkraft. Um die Betriebssicherheit der Anlage zu erhalten, wurde bereits 1994 mit umfangreichen Nachrüstungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen begonnen. Diese umfassen den Neubau einer zusätzlichen Hochwasserentlastung, eine Dammerhöhung um 3 m, den Einbau einer zusätzlichen Dichtwand in Damm und Untergrund sowie ein an den Stand der Technik angepasstes neues Sickerwassermesssystem. Die Erneuerung des gesamten Stahlwasserbaus ist derzeit in der letzten Phase. Die besonderen Herausforderungen, speziell für den Stahlwasserbau, waren das Bauen im Bestand unter sehr beengten Platzverhältnissen sowie die zwingenden Vorgaben des laufenden Betriebs der Talsperre.

Hydraulic steel construction renewal of the Sylvenstein reservoir
The Sylvenstein reservoir - Bavaria's oldest state-run reservoir - was erected between 1954 and 1959 and is located about 60 km south of Munich. The dam, a 48.5 m high earth dam, protects the lower reaches of the river from flooding, ensures adequate minimum water flow and delivers green hydropower. In order to maintain the operational safety of the Sylvenstein reservoir, extensive retrofitting and upgrading measures were started as early as 1994. These include the construction of an additional spillway, a dam heightening of 3 m, the installation of an additional sealing wall in the dam and underground, and a new leakage water measuring system adapted to the state of the art. The renewal of the entire hydraulic steel construction is currently in its final phase. The special challenge, especially for the hydraulic steel construction, was to perform the work under very limited space conditions as well as to meet the mandatory requirement of continued operation of the dam.

Die beweglichen Strukturen an Schleusen und Stauanlagen sind Bauteile, die sich an der Schnittlinie zwischen Maschinenbau und Bauwesen befinden. Diese Stahlwasserbauten haben besondere Anforderungen an die Abwicklung. Dies beginnt mit der technischen Bearbeitung - es sind unterschiedliche Lagerungszustände, unterschiedliche statische Systeme und Bewegungen zu berücksichtigen, Schwingungsanregungen stellen ebenfalls eine Herausforderung dar. Die Behandlung dieser Randbedingungen in einem Planungsprozess führt dazu, dass Stahlwasserbauten zu den aufwendigsten Tragstrukturen gehören. Hier wird von den allgemeinen Randbedingungen von Wehranlagen und im Besonderen dieses Projekts berichtet. Dabei werden die daraus resultierenden Strukturen vom Oberwasserrevisionsverschluss zur Baugrubenumschließung und dem eigentlichen Wehrkörper betrachtet. Die durchgängige Bearbeitung mit BIM bietet für diese Klasse von Bauwerken spezifische Chancen und Randbedingungen, deren Lösungsansätze hier gezeigt werden.

Viereth weir: advantages of continuous processing with BIM in the complex design of hydraulic steel structures
The movable structures on locks and weirs are components located at the interface between mechanical and civil engineering. The handling requirements of hydraulic steel structures are special. It starts with technical processing - different bearing conditions, different static systems and movements are to be considered; vibration may also be a challenge. Dealing with these conditions in a planning process makes hydraulic steel structures the most complex supporting structures. The following is a report on the general conditions relating to weirs and especially the given project. The resulting structures ranging from the upstream inspection gate to the construction pit confinement and the actual weir body are contemplated. The consistent application of BIM offers specific opportunities and conditions for this category of structures; approaches for solutions are described below.

An den etwa 90 Jahre alten Wehrwalzen von Hengstey- und Baldeneysee standen erstmals in ihrer Betriebszeit grundlegende Sanierungsarbeiten an. Hierzu werden die Walzen zunächst vollständig entschichtet, dann defekte Stahlbauteile ausgetauscht und anschließend ein neuer Korrosionsschutz aufgetragen. Zudem werden Antriebsketten erneuert und vorhandene Dichtungskonstruktionen ersetzt. Zu den Herausforderungen bei der Sanierung zählen u. a. voneinander abweichende Angaben in alten Statiken und Bestandsplänen, problematische Schadstoffgehalte in der alten Korrosionsbeschichtung sowie die Wiederherstellung eines dichten Anschlusses zwischen Walzen und Sohlbalken.

Rehabilitation of the roller drum gates at Lake Hengstey and Lake Baldeney
For the first time in their operating time of approximately 90 years, there was a major rehabilitation of the roller drum gates at the lakes Hengstey and Baldeney required. For this purpose, the roller drum gates were first completely decoated, then defective steel components were replaced and finally a new corrosion coating was applied. In addition, chains have been renewed and existing seal designs replaced. The challenges in the rehabiltation included divergent information in old statics and inventory plans, problematic pollutant levels in the old corrosion coating as well as a tight connection between the roller drum gates and the weir structure.

Das Wehr Horkheim befindet sich am Neckar und bildet gemeinsam mit der Schleuse, dem Kraftwerk und einem Hochwassersperrtor die stromaufwärts nächste Staustufe nach Heilbronn. Das Wehr selbst liegt am oberen Ende im Horkheimer Altneckar und wurde in den Jahren 1927-1929 errichtet.
Im Jahr 2008 wurde durch die WSV (Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes) auf Grundlage des altersgemäßen Bauwerkszustands beschlossen, eine Grundinstandsetzung des Wehrs vorzunehmen und dem Amt für Neckarausbau Heidelberg (ANH) die Planungshoheit bezüglich dieser Maßnahme übertragen.
Das ANH hat hierzu im Jahr 2008 die Planungsgemeinschaft aus den beiden Ingenieurbüros IRS Stahlwasserbau Consulting AG (Würzburg) und Weber-Ingenieure GmbH (Heilbronn) mit der Planung der Grundinstandsetzung beauftragt.
Die Planung erfolgte im Wesentlichen gemäß der DIN 19704 (Stahlwasserbau), DIN 18800 Teil 1-3 (Stahlbau, damals gültige Norm) und für die Fischbauchklappe nach EN 1993-1-1 für den Nachweis auf Ermüdung.

Horkheim weir on the Neckar River - general refurbishment
Horkheim weir is located on the Neckar River and represents - in combination with the lock, the power station and a flood control gate - the next upstream barrage towards Heilbronn. The weir itself is located at the upstream end in the Horkheim Altneckar river section. The weir was built from 1927 to 1929.
In 2008, the WSV (Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes [Federal Waterways and Shipping Authorities]) decided on a general refurbishment of the weir due to the structures age-related condition and transferred the planning authority for this project to the Amt für Neckarausbau Heidelberg (ANH [office for Neckar development, Heidelberg]).
For this purpose, the ANH commissioned the planning consortium consisting of the two engineering firms IRS Stahlwasserbau Consulting AG (Würzburg) and Weber-Ingenieure GmbH (Heilbronn) to plan the general refurbishment activities.
Planning was primarily based on DIN 19704 (Hydraulic steel structures), DIN 18800 Part 1-3 (Steel structures, applicable standard at that time), and EN 1993-1-1 for the fatigue analysis of the fishbelly flap.

In diesem Beitrag werden die Grundsätze der mehrstufigen Finite-Elemente-Modellierung für die Bemessung von Stahlverbindungen beschrieben. Der wesentliche Bestandteil der Bemessung durch finite Elemente ist die Validierung und Verifizierung des Modells und seiner Ergebnisse. Für Modelle mit Schalen- und Volumenkörpern handelt es sich um eine Untersuchung der Netzsensitivität. Bei der komponentenbasierten Finite-Elemente-Methode (CBFEM) werden die Stahlplatten mittels nichtlinearer Materialanalyse (MNA) untersucht. Ihre Tragfähigkeit im plastischen Zustand wird durch die Dehnungen begrenzt. Das Verhalten der Komponenten, z. B. von Schrauben, Ankerschrauben, Schweißnähten usw., wird durch die Einführung nichtlinearer Federn berücksichtigt, die das Verhalten der Komponenten in Bezug auf Anfangssteifigkeit, Zugtragfähigkeit und Verformungskapazität darstellen. Zur Erläuterung dieses Vorgehens wird ein Überblick über die Erfolgsgeschichte der Finite-Elemente-Analyse (FEA) in Stahlbauverbindungen zusammengestellt. Dieser Beitrag zeigt Unterschiede zwischen den forschungs- und bemessungsorientierten Modellen und den aktuellen Erkenntnissen in der Modellierung von Verbindungskomponenten. Beide haben ihre Berechtigung in weiterführenden Untersuchungen. Die Validierung und Verifizierung wird am Modell des Blockversagens aufgrund des Versagens für die Knotenblechverbindung und für die durch Biegemomente um beide Achsen belasteten Grundplatten dargestellt. Die Schlussfolgerung zeigt das Potenzial bei der Bemessung von Bauteilen, einschließlich ihrer Anschlüsse.

Component based finite element design of steel joints
This paper describes the principles of multi-level finite element modelling for design of structural steel joints. The internal part of the design by finite elements is the validation and verification of the model and its results. For models by shell and solid elements is mesh sensitivity study. In component bases finite element design (CBFEB) are the steel plates considered by geometrically and materially non-linear analysis (GMNA). Its resistance in elastoplastic stage is limited by strains. The behaviour of components, e. g. of bolts, anchor bolts, welds etc., is treated by introducing nonlinear springs representing its behaviour in term of initial stiffness, ultimate resistance and deformation capacity. To show this process a contribution is prepared, which summarises the history of achievements of finite element analyses (FEA) in structural steel connections. This paper shows differences of the research-oriented and design-oriented models and the currents trends in modelling of connection components. Both have their roles in advanced analyses. The validation and verification is demonstrated on model of block shear during potential failure mode for gusset plate connection and for the base plates loaded by bending moments to both axes. The summary shows the potential in design of elements including its connection.

Im Gespräch:
Im Gespräch mit Reiner Nagel zum Konvent der Baukultur 2020

Persönliches: Bernhard Hauke für Verlag Ernst & Sohn in Konvent der Baukultur 2020 berufen

Wettbewerbe: Deutscher Nachhaltigkeitspreis sucht Vorbilder der Transformation im Bausektor

Tagungen und Veranstaltungen: Verbundbau nach Eurocode 4 - Seminar wird Webinar
Münchener Kranbahntag 2020 - Planung, Bemessung und Ausführung am 24. September
Eurosteel Conference verschoben auf 1. bis 3. September 2021

Rezension: Rezension

Einen Besuch wert: Einen Besuch wert: RömerMuseum Xanten

ÖSTV news: Metallschutztage Korrosionsschutz und Brandschutz auf Oktober verschoben