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Autor(en)TitelZeitschriftAusgabeSeiteRubrik
Erharter, Georg H.; Marcher, Thomas; Reinhold, ChrisApplication of artificial neural networks for Underground construction - Chances and challenges - Insights from the BBT exploratory tunnel Ahrental PfonsGeomechanics and Tunnelling5/2019472-477Topics

Kurzfassung

The interaction of tunnel boring machines with the rock mass is highly influenced by human, technical and geological factors. Interpretation of geological observations and TBM data is currently done on a subjective basis. Technologies based on Artificial Intelligence research, can be used to automatically classify TBM data into rock mass behaviour types. Albeit first results look promising, any technology poses the threat of malicious use that deliberately harms / benefits one or another party.
This paper shows how an Artificial Neural Network (ANN) can be trained to achieve the best possible rock mass behaviour classification, or how such a system can be misused to yield a more optimistic, respectively pessimistic classification to fortify the interests of one party. However, ANN also pose the chance to serve as an independent objective opinion and to improve the self-consistency of geological classifications.

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Bakhshi, Mehdi; Nasri, VeryaNew ACI 533 guide on general design and construction aspects of precast concrete tunnel segmentsGeomechanics and Tunnelling5/2019478-483Topics

Kurzfassung

American Concrete Institute (ACI) is aiming to publish its first guide (ACI 533.2R) on general aspects of precast tunnel segments. This paper presents salient features of the guide including the most recent developments on major aspects of design, manufacturing and construction. This document is drafted based on the knowledge and the experience gained on projects in Asia, Europe, and North America, and available national and international recommendations. Procedures to perform structural design during production, transportation, construction and final service stages are explained. Details of segmental ring geometry and systems, concrete strength, curing, and reinforcement detailing are discussed. Gasket design, segment connection devices, anchorage systems, tolerances, measurement and dimensional control, and repair of defects are among other topics that are covered. This document also addresses durability and degradation mechanisms of tunnel linings and their mitigation methods. While some parts of this guide may only consider the procedures adopted by ACI, they can be extended to other national and international codes and used worldwide.

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Meschke, Günther; Neu, Gerrit Emanuel; Marwan, AhmedRobust segmental lining design - Potentials of advanced numerical simulations for the design of TBM driven tunnelsGeomechanics and Tunnelling5/2019484-490Topics

Kurzfassung

Loading assumptions used for the structural design of segmental linings often improperly reflect the complex load combinations that develop during the construction of a bored tunnel. Therefore segment designs used in practice tend to be on the safe side and often rely on conventional reinforcement methods instead of including other reinforcement concepts, such as steel fibres. In this contribution, a multi-scale computational modelling framework is proposed to investigate the response of steel-fibre reinforced, traditionally reinforced, and hybrid-reinforced lining segments to radial loadings with an emphasis on the longitudinal joints. This modelling approach offers an opportunity to directly investigate the influence of type and content of steel fibres on the performance of segmented linings at the structural scale. Using this framework, a method for robust optimization is applied in order to generate damage-tolerant hybrid segment designs.

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Peila, Daniele; Martinelli, Daniele; Todaro, Carmine; Luciani, AndreaSoil conditioning in EPB shield tunnelling - An overview of laboratory testsGeomechanics and Tunnelling5/2019491-498Topics

Kurzfassung

The application of full-face mechanized tunnelling, mainly with EPB shielded machines, has widely increased in the last years and today it can be considered the key technology when tunnelling in soils above and below the water table. The applicability range of EPB machines has widened thanks on one side to the technological and mechanical progresses and on the other side to the quality and effectiveness of the conditioning products. No recognized standards are available for laboratory testing of conditioned soil and each research centre has developed its own procedures and methods. In this paper, an overview of the most frequently used procedures is presented and discussed briefly.

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Ritter, Stefan; DeJong, Matthew; Giardina, GiorgiaExperimental evaluation of analytical methods to assess building response to tunnelling subsidenceGeomechanics and Tunnelling5/2019499-504Topics

Kurzfassung

This paper evaluates the performance of currently available analytical procedures to assess building response to tunnelling-induced ground displacements. The focus is on methods that account for the interaction between the soil and the structure during tunnelling. These methods relate the soil to the building stiffness and are often called Relative Stiffness Methods (RSMs). Results from centrifuge model tests are used to evaluate the ability of these RSMs to predict building deformations. This evaluation benefits from detailed building models including facade openings, intermediate walls and strip footings. The range of RSM predictions was large, and the accuracy of each RSM was quantified. It was found that no RSM accurately predicts flexural building deformations. Recommendations that consider the building-to-tunnel position to achieve accurate predictions are indicated. This contribution provides a better understanding of the performance of currently available criteria to assess the risk of urban tunnelling.

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Rebhan, Matthias J.; Marte, Roman; Vorwagner, Alois; Tschuchnigg, Franz; Kwapisz, MaciejCorrosion damage to cantilever MR walls - Representation in tests and calculations / Korrosionsschäden an Winkelstützmauern - Versuchstechnische und rechnerische NachbildungGeomechanics and Tunnelling5/2019506-514Topics

Kurzfassung

After the failure of a cantilever retaining wall with counterfort on the Brenner Autobahn, intensive investigation of existing structures showed considerable corrosion damage to cantilever walls with and without counterforts, at the location of construction and day joints. This is difficult to detect and assess due to the placing of the main reinforcement at the back of the construction. The present paper presents a monitoring concept, which enables detection of corrosion damage and also provides a gain of information about the behaviour of the structure. The basis for this concept is the installation of inclination and strain gauges on the front of a retaining wall. In order to explain the functioning of the concept, a rudimentary cantilever model of the effect of corrosion damage is first described. Then the results and findings from a test series with artificial corrosion representation to reinforced concrete structures to validate the presented monitoring concept is described.
Nach dem Versagensfall einer Spornmauer auf der Brennerautobahn zeigte sich im Zuge intensiver Bestandserfassungen, dass vor allem im Bereich der Arbeits- und Betonierfugen von Winkelstütz- und Spornmauern erhebliche Korrosionsschäden vorliegen können. Diese sind aufgrund der Lage der Hauptbewehrung an der Hinterseite der Konstruktion schwierig zu erfassen und zu beurteilen. In vorliegendem Beitrag soll ein Monitoringkonzept vorgestellt werden, das die Erfassung von Korrosionsschäden ermöglicht und zudem auch einen Informationsgewinn in Bezug auf das Bauwerksverhalten aufweist. Die Grundlage für ein derartiges Konzept bildet die Anbringung von Neigungs- und Dehnungsaufnehmern an der Vorderseite eines Stützbauwerks. Um die Funktionsweise dieses Konzepts zu veranschaulichen, wird einleitend an einem rudimentären Stabmodell der Einfluss einer Korrosionsschädigung auf das Bauwerksverhalten aufgezeigt. Anschließend werden die Ergebnisse und Erkenntnisse aus einer Versuchsreihe zur künstlichen Korrosionsnachbildung bei Stahlbetonbauwerken zur Validierung des vorgestellten Monitoringkonzepts ausgeführt.

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Nöhrer, Franz; Rebhan, Matthias J.; Saurug, Bernhard; Marte, Roman; Grubinger, Stefan S.; Mauerhofer, GottfriedLong-term experiences for the safety Assessment of exisiting retaining structures in Styria / Risikomanagement bei Stützbauwerken im Streckennetz des Landes SteiermarkGeomechanics and Tunnelling5/2019515-522Topics

Kurzfassung

The road network of the Austrian state of Styria, comprises of about 5,000 retaining structures along a total distance of about 5,100 km. In order to be able to carry out a useful and efficient inspection methode to this number of structures, a risk management (priority management) concept has been developed in collaboration with a university. This is based on the recording of significant parameters regarding the stability of these structures. In addition, the damage potential resulting from a failure of a structure is given, which enables an estimation of the associated risk. These documents can also be used as a design basis or for the determination of necessary inspection measures. The approach presented here is the first version of this concept for existing retaining structures in the state road network and is currently in a phase of trial and validation.
Im Streckennetz des Landes Steiermark befinden sich auf einer Streckenlänge von ca. 5.100 km rund 5.000 Stützbauwerke. Um eine zielführende und effiziente Inspektionstätigkeit an dieser Anzahl von Bauwerken durchführen zu können, wurde im Zuge einer universitären Zusammenarbeit ein Konzept für das Risikomanagement (Prioritätenmanagement) erarbeitet. Dieses basiert auf der Erfassung maßgebender Parameter hinsichtlich der Standsicherheit der Bauwerke. Zusätzlich wird auch das in einem Versagensfall vom Objekt ausgehende Schadenspotenzial dargestellt, das eine Einschätzung des vom Bauwerk ausgehenden Risikos ermöglicht. Ebenso können diese Unterlagen auch als Planungsgrundlage sowie für die Ausarbeitung des erforderlichen Umfangs von Inspektionsmaßnahmen verwendet werden. Der hier vorgestellte Ansatz stellt eine erste Fassung dieses Konzepts für das Risikomanagement bei bestehenden Stützbauwerken auf Ebene des Landesstraßennetzes dar und befindet sich aktuell in einer Erprobungs- und Validierungsphase.

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Balbi, GianpieroMaintenance of retaining structures on the Swiss motorways and national roads / Erhaltung von Stützbauwerken auf den schweizerischen NationalstraßenGeomechanics and Tunnelling5/2019523-533Topics

Kurzfassung

The Swiss motorways and national roads are being completely modernised in maintenance sections. All structures are regularly checked according to national and Fedro standards and maintenance measures are implemented where necessary. Completed maintenance projects concerning retaining structures have shown that the danger of corrosion cannot be neglected. In order to ensure the availability of the network in the long term, several retaining structures have been preventatively strengthened, including with the aid of risk-based approaches. For this purpose, five research projects have been initiated. The procedure of Fedro for the maintenance of retaining structures is presented through examples from project studies.
Die Gesamterneuerung der schweizerischen Nationalstraßen erfolgt in Unterhaltsabschnitten. Alle Objekte darin werden regelmäßig nach Normen und Standards des Astra geprüft. Wo nötig, werden Erhaltungsmaßnahmen umgesetzt. Abgeschlossene Erhaltungsprojekte an Stützbauwerken haben gezeigt, dass eine nicht zu vernachlässigende Gefährdung durch Korrosion besteht. Um die Verfügbarkeit der Nationalstraßen langfristig zu gewährleisten, wurden mehrere Stützbauwerke, auch unter Berücksichtigung von risikobasierten Ansätzen, präventiv verstärkt. Hierzu wurden fünf Forschungsprojekte initiiert. Anhand von Beispielen aus Projektstudien und aus der Baupraxis wird die Vorgehensweise des Astra bei der Erhaltung von Stützbauwerken vorgestellt.

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Stern, Jürgen; Schuch, Markus1850 to 2019 - Experience with retaining structures at the ÖBB Infrastruktur AG / 1850 bis 2019 - Erfahrungen mit Stützbauwerken bei der ÖBB Infrastruktur AGGeomechanics and Tunnelling5/2019534-539Topics

Kurzfassung

The many years of experience with retaining structures at the ÖBB-Infrastruktur AG show that, independent of their structural loading, stone or mass concrete gravity walls, which have been in use since the railways were built, have the least expense for maintenance. Even structures built up to 160 years ago require little maintenance work, e.g. removal of plant growth. With anchored retaining structures of concrete, on the other hand, the maintenance work is considerably greater. This starts with regular inspection and extends to extensive repairs to the anchor heads.
With regard to the most economical construction of retaining structures, lifecycle costs are a significant parameter for the selection of a suitable type of structure, as with other railway works. Not only the construction costs, but also above all the maintenance costs are significant with a technical service life of 80 to 100 years. This basic idea of sustainable and safe railway operation is applied constantly in the regulations of the ÖBB-Infrastruktur AG.
Die langjährigen Erfahrungen mit Stützbauwerken bei der ÖBB-Infrastruktur AG zeigen, dass, unabhängig von deren statischen Beanspruchungen, Steinsätze sowie Schwergewichtsmauern aus Beton, die noch seit der Bahnbauzeit im Betrieb sind, den geringsten Instandhaltungsaufwand mit sich bringen. Selbst bei Bauwerken mit einem Anlagenalter von bis zu ca. 170 Jahren sind nur geringfügige Aufwände, z. B. Entfernung des Bewuchses, erforderlich. Bei geankerten Stützbauwerken aus Beton hingegen ist der Instandhaltungsaufwand deutlich höher. Dies beginnt bei der regelmäßigen Inspektion und reicht bis hin zu umfangreichen Instandsetzungen bei Ankerköpfen.
In Hinblick auf die wirtschaftlichste Ausführung von Stützbauwerken stellen wie bei anderen Bahnanlagen auch die Lebenszykluskosten einen wesentlichen Parameter für die Wahl der geeigneten Anlagenart dar. Nicht nur die Herstellungskosten, sondern vor allem die Instandhaltungskosten spielen bei einer technischen Nutzungsdauer von 80 bis 100 Jahren eine wesentliche Rolle. Dieser Grundgedanke eines nachhaltigen und sicheren Anlagenbetriebes findet in der Regelwerkserstellung der ÖBB-Infrastruktur AG laufend seine Anwendung.

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Sönser, Sabrina; Treichl, Hanspeter; Leitner, AndreasAnchored retaining walls from the early 1980s in the Salzburg area / Geankerte Stützkonstruktionen aus den frühen 1980er-Jahren im Raum SalzburgGeomechanics and Tunnelling5/2019540-547Topics

Kurzfassung

All retaining walls along highways have to be controlled and checked regularly. In the course of these checks, defects and a wide variety of failure mechanisms to anchors have been found throughout Austria over the past ten years. The following article discusses retaining walls with anchors of the type Permaflex in the area around Salzburg. Due to their construction, these have an increased susceptibility to corrosion. The two examples, a retaining wall at Egger and slope stabilisation of the Donnergraben bridge are in each case anchored, coupled plate elements made of reinforced concrete. In particular, the importance of both the installation of permanent monitoring as well as the availability of inventory documents in remediation planning is emphasized.
Geankerte Stützbauwerke entlang von Autobahnen und Schnellstraßen sind regelmäßigen Prüfungen und Kontrollen zu unterziehen. Bei diesen Kontrollen konnten in ganz Österreich im Laufe der letzten zehn Jahre vermehrt Schäden bzw. unterschiedlichste Versagensmechanismen an Dauerfreispielankern festgestellt werden. Hier wird insbesondere auf Stützbauwerke im Raum Salzburg eingegangen, bei denen Anker der Bauart Permaflex eingebaut wurden, die konstruktionsbedingt eine erhöhte Anfälligkeit gegen Korrosion aufweisen. Bei den betrachteten Objekten Ankerwand Egger und Hangsicherung Donnergrabenbrücke handelt es sich jeweils um rückverankerte, gekoppelte Plattenelemente aus Stahlbeton. Der Stellenwert der Installation eines permanenten Monitorings sowie möglichst umfangreicher Bestandsunterlagen für die Planung der Instandhaltungsmaßnahmen wird besonders hervorgehoben.

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Stadlbauer, Jakob; Antony, ChristophCase study on the maintenance of various anchored retaining walls in the Austrian high-speed road network / Erfahrungsbericht über die Erhaltung diverser geankerter Stützkonstruktionen im hochrangigen StraßennetzGeomechanics and Tunnelling5/2019548-554Topics

Kurzfassung

Anchored retaining structures demand detailed preliminary investigations for appropriate and economic repair and upgrading. However, due to the complex constraints and insufficient data basis, it is often necessary to investigate the basis for the design of repair works in advance. The article described two anchored constructions. The first is a bored pile wall to dowel a slope. In addition to the repair of corrosion damage to the strand anchors, repair of the uphill drainage system is an essential part of the refurbishment concept. The second example is a retaining structure about 40 years old, in which several rod anchors show corrosion to their heads. Since there is a lack of information about the ground conditions for the assessment of structural safety and design of repair works, additional investigation boreholes were drilled.
Geankerte Stützbauwerke erfordern detaillierte Voruntersuchungen zur zielgerichteten und wirtschaftlichen Instandsetzung und Ertüchtigung. Allerdings ist es aufgrund der komplexen Randbedingungen und ungenügenden Datengrundlagen oft erforderlich, unter einem entsprechend zeitlichen Vorlauf Grundlagen zur Sanierungsplanung zu erkunden. Im Folgenden werden zwei geankerte Konstruktionen erläutert. Bei der ersten Konstruktion handelt es sich um eine Hangverdübelung. Neben der Konservierung der Korrosionsschäden der Litzenanker ist auch die Instandsetzung des hangseitigen Entwässerungssystems wesentlicher Bestandteil des Sanierungskonzepts. Beim zweiten Objekt handelt sich um eine etwa 40 Jahre alte Stützkonstruktion bei der mehrere Stabanker Korrosionsschäden im Kopfbereich aufweisen. Mangels fehlender Informationen zu den Untergrundverhältnissen wurden für die Beurteilung der Standsicherheit und Planung der Instandsetzung Erkundungsbohrungen durchgeführt.

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Bergmeister, KonradThe Brenner Base Tunnel - geological, construction and logistical challenges and innovations at half time / Der Brenner Basistunnel - geologische, bautechnische, logistische Herausforderungen und Innovationen zur HalbzeitGeomechanics and Tunnelling5/2019555-563Topics

Kurzfassung

The Brenner Base Tunnel with a total of 230 km of tunnels is a geological, structural and logistical challenge. The transnational project is an additional challenge, considering different planning, approval and construction rules and cultures. From the start of construction in 2007 to the present, today halftime is reached with 100 excavated tunnel kilometers. An overview of selected topics is given in this contribution, such as project optimizations of the emergency areas, geological/geotechnical knowledge transfer from the already driven exploratory tunnel to the following construction lots of the parallel main tunnels, reprocessing and use of Schists as aggregates for the inner lining and shotcrete production, logistics experience with wheel-bound transport vehicles, measurements during construction with laser tunnel scanners and the service life of the tunnel of 200 years with an increased safety concept defined in the guide conceptual design. Preparations and planning are already at an advanced state for the second half of the project, concerning the next excavation lots, secondary linings as well as interior work with the installation of the technical equipment. The construction work is expected to be completed in 2025 and the end of construction is expected at the end of 2028 (2030 in case of risk occurrence).
Der Brenner Basistunnel mit einer gesamten Länge von 230 Tunnelkilometern ist eine geologische, bautechnische und logistische Herausforderung. Unterschiedliche Planungs-, Genehmigungs- und Baukulturen des länderübergreifenden Bauwerks machen dieses Vorhaben noch komplexer. Vom Baubeginn 2007 bis zur heutigen Halbzeit mit über 100 vorgetriebenen Tunnelkilometern werden an dieser Stelle ausgewählte Themen vorgestellt, z. B. die Projektoptimierung der Nothaltestellen, der geologische und geotechnische Erkenntnistransfer der im vorauseilenden Erkundungsstollen gesammelten Erfahrungen auf die Hauptbaulose für die bereits durchörterten drei von vier Hauptlithologien, die Wiederaufbereitung und Verwendung des Bündner Schiefers im Innenschalen- und Spritzbeton, Logistikerfahrungen mit radgebundenen Transportfahrzeugen, baubegleitende Messungen mit Laser-Tunnelscanner und die Nutzungsdauer von 200 Jahren mit dem daraus folgenden erhöhten Sicherheitskonzept in der übergreifenden Regelplanung. Für die Herausforderungen der zweiten Halbzeit wie den weiteren Vortrieben, dem Innenausbau und dem bahntechnischen Ausbau sind die Vorbereitungen und Planungen bereits weit vorrangeschritten. Bei einem Abschluss der Rohbauarbeiten im Jahre 2025 ist mit einer Gesamtfertigstellung Ende 2028 (bei Eintreten von Risiken 2030) zu rechnen.

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Reinhold, Chris; Cordes, Tobias; Bergmeister, KonradGeotechnical rock mass characterisation and classification at the Brenner Base Tunnel project - Methodology and solutions / Geotechnische Klassifizierung und Charakterisierung des Gebirges beim Brenner Basistunnel - Methodik und LösungsansätzeGeomechanics and Tunnelling5/2019564-574Topics

Kurzfassung

For the construction of the Brenner Base Tunnel with a total length of the whole tunnel system of 230 km, the geotechnical characterisation of the rock and the rock mass based on the geological mapping, the exploration and the geological models is of essential importance. The reliability of the ground prediction and consequently the effectiveness of the construction and support measures are mainly influenced by the methodology for the evaluation of the characteristic material parameters of the ground. This mainly influences the project process and the construction as well as the maintenance costs of a tunnelling project. In this paper, the applied methodology with its approaches of resolution for the improvement of the reliability of the ground prediction at the Brenner Base Tunnel project are explained in detail. Furthermore the improvements to this methodology during different project stages are shown. The paper concentrates on the implementation of the results gained from the exploratory tunnel and the influence of these results on the methodology for the improvement of ground prediction and the reduction of ground risks. In addition problems and approaches for solving these problems are explained in detail. For instance the avoidance of the double consideration of the influence of schistosity by using a rock mass classification system for rock mass parameter identification.
Für die Realisierung des Brenner Basistunnels (BBT) mit einer Gesamtlänge des Tunnelsystems von 230 km ist aufbauend auf der geologischen Kartierung, den Erkundungen und den geologischen Modellen die geotechnische Klassifizierung und Charakterisierung des Gebirges von grundlegender Bedeutung. Die Methodik zur Ermittlung der charakteristischen Materialparameter und Zustandsvariablen bestimmen die Zuverlässigkeit der Baugrundprognosen und daraus folgend auch die Wirkungsweisen der Bau- und Sicherungsmaßnahmen. Dies beeinflusst deutlich den Projektablauf sowie die Bau- und Instandhaltungskosten eines Tunnelbauprojekts. In diesem Beitrag wird die am BBT angewandte Methodik mit ihren Lösungsansätzen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der Baugrundprognosen erläutert und auf die in den BBT-Projektphasen vollzogenen Optimierungen dieser Methode eingegangen. Ein Schwerpunkt bildet hierbei die Umsetzung des Erkenntnisgewinns aus dem Erkundungsstollen und dessen Einfluss auf die Methodik zur Verbesserung der Baugrundprognose sowie zur Verringerung der Baurisiken. Darüber hinaus werden Problematiken und Lösungsansätze erläutert, z. B. die Vermeidung einer zweifachen Berücksichtigung des Einflusses der Schieferung bei Nutzung eines Gebirgsklassifikationssystems zur Ermittlung der Gebirgskennwerte.

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Flora, Matthias; Grüllich, Sebastian; Töchterle, Andreas; Schierl, HeimoBrenner Base Tunnel exploratory tunnel Ahrental-Pfons - interaction between tunnel boring machine and rock mass as well as measures to manage fault zones / Brenner Basistunnel Erkundungsstollen Ahrental-Pfons - Interaktion zwischen Tunnelbohrmaschine und Gebirge sowie Maßnahmen zur Ereignisbewältigung in den StörzonenGeomechanics and Tunnelling5/2019575-585Topics

Kurzfassung

Approx. 42 km of tunnel were excavated on the contract Tulfes-Pfons H33, including a 15 km long section of the exploratory tunnel, which has been excavated since October 2015 with a gripper TBM from the Ahrental access tunnel southward into the district of Steinach. The interaction of the tunnel boring machine with the rock mass is discussed here as a back analysis of the mechanized tunnelling drive. This article does compare the forecast with the actual geological/geotechnical conditions, but only considers the conditions actually encountered. The back analysis takes place analogously to the principle of geotechnical planning according to the ÖGG (Austrian Society of Geomechanics) guideline, in which, starting from the rock mass structure and the rock mass types, the encountered tunnel face and intrados behaviour are observed and an estimation of the system behaviour is carried out. A description of the tunnelling technology concept completes this paper together with two case studies and the lessons learned.
Im Baulos Tulfes-Pfons H33 wurden ca. 42 Tunnelkilometer aufgefahren. Teil davon ist ein 15 km langer Abschnitt des Erkundungsstollens, der seit Oktober 2015 mit einer Gripper-TBM vom Zufahrtstunnel Ahrental nach Süden bis ins Gemeindegebiet Steinach aufgefahren wurde. Im Sinne einer “back analysis” dieses maschinellen Vortriebs wird die Interaktion der Tunnelbohrmaschine mit dem Gebirge erörtert. In diesem Beitrag wird kein geologisch/geotechnischer Soll-Ist-Vergleich durchgeführt, sondern es werden nur die tatsächlich angetroffenen Verhältnisse berücksichtigt. Die “back analysis” erfolgt analog dem Prinzip der geotechnischen Planung gemäß der ÖGG-Richtlinie für die Phase “Bauausführung”, bei der ausgehend vom Gebirgsbau und den Gebirgsarten das angetroffene Ortsbrust- und Laibungsverhalten beobachtet und eine Abschätzung des Systemverhaltens durchgeführt werden. Eine Beschreibung des tunnelbautechnischen Konzepts runden zusammen mit zwei Fallbeispielen sowie den daraus gewonnenen Erkenntnissen den Beitrag ab.

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Cordes, Tobias; Reinhold, Chris; Schneider-Muntau, Barbara; Grüllich, Sebastian; Himmelsbach, Christian; Wehrmeyer, GerhardAnalyses of TBM disc cutter forces - application possibilities / Analyse der TBM-Diskenkräfte - AnwendungsmöglichkeitenGeomechanics and Tunnelling5/2019586-594Topics

Kurzfassung

Forecasts made during tunnelling of the daily advance, to control the machine, specify the lining and verify system behaviour are of great importance for safety and for the success of the whole project. In practice, such forecasts are obtained in deep tunnels by probe drilling, leading to downtime periods and by analog/digital face documentation with shorter downtime periods. Measurement and evaluation of rock mass cutting at the cutterhead of the TBM enables continuous monitoring without downtime. From the spatial distribution of the disc forces, basic geological/geotechnical information about the tunnel face can be derived. In addition, this data is valuable for load monitoring and monitoring the condition of the discs to determine the optimal changing time. This contribution deals with a geological-geotechnical interpretation of the disc forces of the open TBM on contract H33 Tulfes-Pfons of the Brenner Base Tunnel. The spatially distributed disc forces are evaluated and compared with the geological documentation.
Baubegleitende Prognosen für den täglich zu erwartenden Vortriebsablauf, die Steuerung der Maschine, die Ausbaufestlegung und die Überprüfung des Systemverhaltens sind wichtig für die Sicherheit und den Projekterfolg eines maschinellen Tunnelvortriebs. In der Praxis werden diese Prognosen bei tiefen Tunneln anhand von Vorauserkundungsbohrungen mit längeren Vortriebsstillständen und durch analoge/digitale Ortsbrustaufnahmen in halbtäglichen/täglichen Intervallen mit kurzen Vortriebsstillständen gewonnen. Eine kontinuierliche Überwachung ohne Bauverzug stellt die Messung und Auswertung des Gebirgslöseprozesses am Bohrkopf der TBM dar. Aus dem räumlichen Verlauf der Diskenkräfte können grundlegende geologische/geotechnische Informationen der Ortsbrust abgeleitet werden. Darüber hinaus sind diese Daten für die Last- und Zustandsüberwachung der Disken und den optimalen Zeitpunkt eines Diskenwechsels wertvoll. Dieser Beitrag befasst sich mit einer geologisch-geotechnischen Interpretationen der Diskenkräfte an der offenen TBM im Baulos H33 Tulfes-Pfons des Brenner Basistunnels. Dabei werden die ausgewerteten räumlichen Diskenkräfte der geologischen Aufnahme gegenüberstellt.

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Lussu, Andrea; Grüllich, Sebastian; Kaiser, Christian; Fontana, Adrian15 km TBM exploratory tunnel excavation in the construction Lot H33 of the Brenner Base Tunnel / 15 km TBM Vortrieb im Los Tulfes Pfons - Erfahrungen und Erkenntnistransfer auf das HauptbaulosGeomechanics and Tunnelling5/2019595-603Topics

Kurzfassung

The Tulfes Pfons H33 construction contract of the Brenner Base Tunnel includes a 15 km long exploratory tunnel. The tunnel is being driven by an open gripper TBM, permitting a view of the surface of the rock mass, to achieve the best possible geological and geotechnical exploration for the deep tunnel system. Geologists and geotechnical engineers follow the TBM excavation on a daily basis and guarantee ongoing mapping and interpretation of the rock mass classification and of the TBM data. All data from the exploratory tunnel advance, the TBM data, the measured deformations and the seismic explorations as well as the findings of geological mapping are incorporated into the geotechnical longitudinal section, which serves as the basis for the tenders of the main construction contracts. In particular, discussions take place with the designer of the following contract, how the encountered fault zones and overbreaks can be passed successfully in the main tunnels. Both the improvement of the rock mass from the exploratory tunnel and ramps are considered in order to excavate the most difficult fault zones from the exploratory tunnel.
Das Baulos Tulfes Pfons des Brenner Basistunnel umfasst unter anderem den Bau eines 15 km langen Erkundungsstollens. Der Stollen wird mit einer offen Gripper-TBM aufgefahren, bei der das Gebirgsgefüge offen einsehbar ist, und soll die bestmögliche geologische und geotechnische Erkundung des tiefliegenden Tunnelsystems ermöglichen. Geologen und Geotechniker verfolgen den TBM-Vortrieb täglich und garantieren eine Kontinuität bei der Interpretation der Gebirgsparameter und der Maschinendaten. Sämtliche Daten aus den Erkundungsbohrungen, der TBM, den gemessenen Verformungen und den seismischen Untersuchungen sowie die Erkenntnisse aus der Beobachtung des Gebirgsgefüges fließen in den geotechnischen Längenschnitt ein, der als Basis für die Ausschreibungen der Hauptbaulose dient. Besonderes Augenmerk wird dabei auf das Störzonenmanagement gelegt. In Zusammenarbeit mit dem Planer der Folgebaulose wird untersucht, wie diese Störbereiche in den darüber liegenden Haupttunneln erfolgreich durchfahren werden können. Dabei werden sowohl Gebirgsvergütungen vom Erkundungsstollen aus in Betracht gezogen als auch Rampen, um die schwierigsten Störzonen vorab bergmännisch aus dem Erkundungsstollen aus aufzufahren.

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Marchetti, Diego; Fabris, Carla; Schweiger, Helmut F.The Flat Dilatometer and Seismic Dilatometer for in situ testing / In-situ-Versuche mit Flat Dilatometer und seismischem DilatometerGeomechanics and Tunnelling4/2019306-317Topics

Kurzfassung

In the last decades there has been a massive migration from laboratory testing to in situ testing, to the point that, today, in situ testing is often the major part of a geotechnical investigation. In particular direct-push in situ tests, such as Cone Penetration Test (CPT) and the Flat Dilatometer Test (DMT), are fast and convenient in situ tests for routine site investigation. The scope of this paper is to describe the DMT and its recent updates, in particular the Seismic Dilatometer Test (SDMT) for measuring shear and compression wave velocities and the automated dilatometer probe (Medusa DMT). An Example of SDMT test results and its application to derive soil stiffness parameters are shown, as well as the result of a class-A prediction of an anchor pull-out test, which was calibrated with the SDMT profile.
In-situ-Versuche haben in den letzten Jahrzehnten gegenüber Laborversuchen deutlich an Bedeutung gewonnen und stellen in manchen Fällen den Hauptanteil eines geotechnischen Untersuchungsprogramms dar. Insbesondere Drucksondierungen (CPT) und Flat Dilatometer Tests (DMT) sind schnelle und einfach durchführbare In-situ-Versuche für routinemäßige Baugrunderkundungen. In diesem Beitrag werden neue Entwicklungen des Flat Dilatometers wie der seismische Dilatometerversuch (SDMT) zur Bestimmung von Scher- und Kompressionswellen und der automatische DMT (Medusa DMT) vorgestellt. Als Beispiel werden SDMT-Ergebnisse gezeigt, die zur Kalibrierung von Steifigkeitsparametern für numerische Berechnungen eines Ankerzugversuchs im Seeton verwendet wurden.

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Macek, Matej; Logar, Janko; Pulko, Bo tjanComparative evaluation of soil properties using CPT and DMT in-situ tests / Vergleichende Bewertung der Bodeneigenschaften durch CPT und DMTGeomechanics and Tunnelling4/2019318-327Topics

Kurzfassung

The piezocone penetration test (CPT) and flat dilatometer test (DMT) are routinely used in geotechnical practice and are often considered adequate for detailing of soil profile and determination of soil properties. This paper presents comparison of results of ground characterization and evaluation of soil properties based on the combined use of CPT and DMT at four different locations, each with different ground composition. Evaluation of both tests in terms of soil type, undrained shear strength, constrained modulus and friction angle is presented and results are compared. In some cases the results are also compared with laboratory data. The main objective is to show that companion sets of CPT and DMT at a given site could be used to better define the geotechnical ground model and to increase confidence in the evaluation of soil properties.
Drucksondierungen (CPT) und Flat Dilatometer-Tests (DMT) werden routinemäßig in der geotechnischen Praxis eingesetzt und oft als ausreichend angesehen, um das Bodenprofil detailliert darzustellen und die Bodeneigenschaften zu bestimmen. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse in der Beschreibung des Bodenprofils und der Bodeneigenschaften auf Basis einer kombinierten Verwendung von CPT und DMT an vier verschiedenen Standorten mit jeweils unterschiedlichen Bodenarten vorgestellt. Eine vergleichende Bewertung beider Tests hinsichtlich Bodenart, undränierter Scherfestigkeit, Steifemodul und Reibungswinkel wird präsentiert und die Ergebnisse verglichen. In einigen Fällen werden die Ergebnisse auch mit Labordaten verglichen. Das Hauptziel besteht darin, zu zeigen, dass CPT und DMT sich ergänzen und an einem bestimmten Standort verwendet werden können, um das geotechnische Bodenmodell besser zu erfassen und das Vertrauen in die Bewertung der Bodeneigenschaften zu erhöhen.

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Ausweger, Georg M.; Havinga, Michael; Lüftenegger, Roland; Marte, Roman; Oberhollenzer, SimonStiffness of Salzburger Seeton - Comparison of results from cone penetration tests and laboratory tests / Steifigkeit des Salzburger Seetons - Vergleich von Ergebnissen aus Drucksondierungen und LaborversuchenGeomechanics and Tunnelling4/2019328-339Topics

Kurzfassung

Cone penetration tests are a good option for in situ tests in case of soft, fine-grained soils. Thus, they are often used for subsoil investigations in the Salzburger Becken, which mainly consists of silty, fine-sandy sediments. Unfortunately, empirical correlations for the determination of soil parameters from cone penetration tests in case of silty, fine-sandy soils are very rare in literature. This contribution should help to evaluate the known correlations and correlation factors for the determination of soil stiffness based on cone penetration tests regarding their applicability for the Salzburger Seeton. This is done by the comparison of cone penetration test results with results from laboratory tests.
Drucksondierungen stellen im Fall eines weichen, feinkörnigen Bodens eine gute Möglichkeit zur In-situ-Untersuchung des Untergrunds dar. Aus diesem Grund werden im Salzburger Becken, das überwiegend aus schluffig, feinsandigen Sedimenten besteht, häufig Drucksondierung zur Untergrunderkundung eingesetzt. Nachteilig ist dabei, dass für schluffige, feinsandige Böden in der Literatur kaum Erfahrungswerte zur Ableitung von Bodenkennwerten auf Basis von Drucksondierungen vorliegen. Dieser Beitrag soll durch den Vergleich von Drucksondierungsergebnissen mit Ergebnissen aus Laborversuchen an Proben des Salzburger Seetons dazu beitragen die bekannten Korrelationen und Korrelationsfaktoren zur Bestimmung der Bodensteifigkeit aus Drucksondierungen hinsichtlich ihrer Gültigkeit für den Salzburger Seeton besser beurteilen zu können.

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Oberhollenzer, Simon; Marte, Roman; Gasser, Daniel; Premstaller, Michael; Leitich, AlexanderMicrostructure of the Salzburger Seeton - Characterization based on cone penetration tests / Mikrostruktur des Salzburger Seetons - Charakterisierung basierend auf DrucksondierungenGeomechanics and Tunnelling4/2019340-351Topics

Kurzfassung

Piezocone penetration tests (CPTu tests) allow continuous measurements of the tip resistance, the sleeve friction and the pore water pressure over depth. Furthermore, they minimize the required time as well as costs for a soil characterization. Due to the difficulty related to undisturbed sample recovery of soils (i.e. of weak silty fine-grained sediments) for laboratory testing, in situ investigations are becoming increasingly popular in geotechnical engineering. The article illustrates results of cone penetration tests, executed at three test sites in the city of Salzburg. It is shown that CPT-based soil behaviour type charts according to Robertson lead to a realistic characterization of the underground conditions. The grain size distribution of the Salzburger Seeton varies between fine sand-silt mixtures, which are found in the upper parts, to clayey silts in greater depths. According to CPT-based soil behaviour type charts of Robertson clayey silts behave clay-like contractive and are characterized by homogeneous properties with increasing depth. Qtn-IG diagrams underline that the Salzburger Seeton with a high clay content presents a weak microstructure. On the other hand, the upper Seeton layers, which can be classified as silt-sand mixtures and silty sands respectively, show a stronger bounding between the particles.
Drucksondierungen mit Porenwasserdruckmessung (CPTu Versuche), die eine kontinuierliche Bestimmung des Spitzenwiderstands, der Mantelreibung sowie des Porenwasserdrucks über die Tiefe ermöglichen und mit geringem Zeit- und Kostenaufwand verbunden sind, finden in der Geotechnik zur Charakterisierung der Untergrundverhältnisse vermehrt Anwendung. Die verstärkte Nachfrage nach In-situ-Versuchen gründet auch auf der Schwierigkeit, in sehr weichen, schluff-dominierten Feinsedimenten Bodenproben für vertiefte Laboruntersuchungen ungestört zu entnehmen. In diesem Beitrag wird auf Grundlage von Drucksondierungen verdeutlicht, dass die Bodenverhaltensdiagramme nach Robertson eine zielführende Charakterisierung der Untergrundverhältnisse ermöglichen. Der Salzburger Seeton deckt dabei ein Kornspektrum von Feinsand-Schluffgemischen, die i.A. in den oberen Bodenschichten anzutreffen sind, bis zu stark tonigen Schluffen in zumeist tieferen Bereichen ab. Für die tonigen Schluffe wird gemäß Bodenverhaltensdiagrammen nach Robertson ein tonähnliches, kontraktantes Verhalten angezeigt, wobei mit zunehmender Tiefe meist sehr homogene Eigenschaften festgestellt werden. Qtn-IG-Diagramme verdeutlichen, dass der tonige Salzburger Seeton durch schwache mikrostrukturelle Bindungen charakterisiert ist. Dem gegenüber zeigen die oberen Seetonbereiche, die als Feinsand-Schluffgemische bzw. schluffige Feinsande charakterisiert werden können, deutlich größere mikrostrukturelle Bindungen zwischen den Bodenteilchen.

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Mahler, András; Móczár, BalázsStrength and deformation characteristics of tertiary soils / Scherfestigkeits- und Verformungsverhalten von tertiären BödenGeomechanics and Tunnelling4/2019352-361Topics

Kurzfassung

This article presents the results of in-situ and triaxial testing of tertiary soils (Pannonian sand and Oligocene clay) performed for two major Hungarian projects. The shear strength of these formations varies greatly. Just interpreting the shear strength of tertiary soils poses a number of questions, which definitely exceeds the scope of existing standards. Since extracting multiple samples from the overconsolidated, high-density samples was not possible, the necessary parameters had to be determined from one larger specimen. Through short examples, it is demonstrated how the test results can be described using soil models and transferred into geotechnical design, highlighting the limits of numerical modelling (in case of these soils).
In diesem Artikel werden die Ergebnisse von In-situ- und Triaxialversuchen von Tertiärböden (Pannonischer Sand und Oligozäner Ton) für zwei große ungarische Projekte vorgestellt. Die Scherfestigkeit dieser Formationen variiert stark. Die Interpretation der Scherfestigkeit von Tertiärböden wirft eine Reihe von Fragen auf, die den Rahmen der bestehenden Normen eindeutig übersteigen. Da es nicht möglich war, mehrere Probestücke aus den überkonsolidierten, sehr dichten Proben zu gewinnen, mussten die notwendigen Parameter aus einer größeren Probe bestimmt werden. Anhand von Beispielen wird gezeigt, wie die Testergebnisse mithilfe von Bodenmodellen beschrieben und in das geotechnische Design übertragen werden können, wobei die Grenzen der numerischen Modellierung (bei diesen Böden) hervorgehoben werden.

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Spagnoli, Giovanni; Feinendegen, Martin; Ziegler, MartinAssessing the clogging potential of clay/additive / mixtures by cone pull-out testsGeomechanics and Tunnelling4/2019362-371Topics

Kurzfassung

Clogging can be a massive problem during the mechanized excavation of tunnels. Soil conditioning with foams and/or polymers is normally used in these cases to decrease the adverse effect of clogging. In a research project the cone pull-out test was used to assess the variation of adherence for four sticky clays with four commercial additives. Results show that the additives have also an impact on the basic mechanical properties of the clays such as liquid limit, plasticity index and shrinkage limit. The tests were performed on the one hand by spraying the additives on the metal surface of the cone and on the other hand by directly mixing them to the clays to reach the critical consistency index (i.e. where the maximum adherence with water was observed). Sprayed cone tests show for two clays a decrease in adherence. However, by directly mixing the additives to the clay, adherence considerably decreases, except for one kaolinitic clay. The results can be useful to select suitable additives or to develop new ones considering the geotechnical and mineralogical properties of the excavated clays.

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de Oliveira, Daniela Garroux G.; Thewes, Markus; Diederichs, Mark S.EPB machine excavation of mixed soils - Laboratory characterisationGeomechanics and Tunnelling4/2019373-385Topics

Kurzfassung

Earth pressure balance (EPB) tunnel boring machines are shield machines that rely on their own excavated material as a support medium to maintain the support pressure at the face. This material also needs to have the necessary properties to be extracted, transported and, finally, disposed of. Whenever the natural material does not fulfil the necessary requirements, additives like water, foam, polymers, and fines, must be added, modifying the excavated ground to the desired conditions. The rheological properties of any excavated material, together with any additives, must be investigated and understood, as they will influence the flow behaviour of this conditioned material, directly affecting the machine operation and tunnel logistics. While studies assessing the flowability related to the EPB excavation of sand or clay soils are available, there is a lack of information on mixed soils. This paper presents the results from a testing campaign with mixed clay-sand samples, aiming to reproduce a simplified tropical weathered mixed soil, investigating its flow behaviour when changing certain controlled variables: clay-sand proportions, clay mineral, size of the clastic grain mixed with clay, water content, and additives (foam and polymers). Results from the tests conducted with a flow table, a slump test, and a rheometer device were compared, providing insights about the flow behaviour of the tested samples and its interaction with an EPB machine.

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Gerstner, Reinhold; Vigl, Alois; Jäger, Manfred; Wilfinger, NicoleSuitability and selection of excavation methods for headrace tunnels of high head hydropower plants / Eignung und Auswahl von Vortriebsverfahren für Druckstollen von Hochdruck-WasserkraftanlagenGeomechanics and Tunnelling3/2019199-211Topics

Kurzfassung

In the construction of high-pressure hydropower plants, the headrace is often the decisive cost component and determines the economic feasibility of the plant. For this reason, the selection and dimensioning of the most suitable tunnelling method is of fundamental importance. This starts with the determination of a suitable layout followed by a reliable geological prediction and covers the geotechnical interpretation and identification of geotechnical requirements. This is followed by the most accurate forecast of the performance of different excavation systems and risk assessments for each estimate. Finally, the development and comparison of different construction process scenarios is required to determine the most practical and safest combination of the most suitable excavation methods. Subsequently, these individual steps are explained and a comparison is drawn with experience gained in construction practice in the implementation of numerous headraces of high-pressure hydropower plants.
Beim Bau von Hochdruck-Wasserkraftanlagen stellt der Triebwasserweg vielfach den entscheidenden Kostenanteil dar und entscheidet über die wirtschaftliche Machbarkeit der Anlage. Aus diesem Grund kommen der Auswahl und Dimensionierung der bestgeeignetsten Vortriebsverfahren eine entscheidende Bedeutung bei. Dies beginnt bei der Trassenwahl, gefolgt von einer zutreffenden geologischen Prognose und erstreckt sich über die geologisch-geotechnische Interpretation und Identifikation der Anforderungen. Danach folgt eine möglichst exakte Prognose der Machbarbarkeit und Leistungsfähigkeit unterschiedlicher Vortriebssysteme und der Risikobandbreite dieser Einschätzungen. Schließlich ist die Entwicklung und Gegenüberstellung unterschiedlicher Bauablaufszenarien erforderlich, um zur sinnvollsten und sichersten Kombination der bestgeeigneten Vortriebsmethoden zu kommen. In der Folge wird auf diese einzelnen Schritte eingegangen, und es wird ein Vergleich mit den in der Baupraxis gemachten Erfahrungen bei der Realisierung zahlreicher Triebwasserwege von Hochdruck-Wasserkraftanlagen gezogen.

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Blauhut, Andreas; Steyrer, Peter; Eichiner, Hans; Fiegl, Marco; Gasser, Oliver; Riediger, ChristianLower Tuxbach diversion - A high pressure diversion tunnel: Excavation and lining design for internal pressure greater than 20 bar / Untere Tuxbachüberleitung - Ein Überleitungsstollen als Hochdruckstollen: Vortrieb und Auskleidungskonzept für Innendrücke über 20 barGeomechanics and Tunnelling3/2019212-227Topics

Kurzfassung

The “Lower Tuxbach diversion” project includes an 8.5 km headrace tunnel to the Stillupp reservoir. Nearly in the middle, the tunnel has to pass under the Zemm valley, which is more than 200 m deeper than the weir and the reservoir. With the shallow gradient of the TBM excavation, long sections of the tunnel will then have a high internal pressure during operation (pressure > 20 bar). The TBM excavation was carried out mainly in the Ahorn gneiss of the “Tauernfenster”, which strikes perpendicular to the tunnel axis. The stability of the rock mass was regular, but in the tunnel section to the weir, many joints and smaller fault zones with non-water-resistant infilling were encountered. Considering the high internal pressure, it was decided to retain most of the originally foreseen concrete lining. In the tunnel section to the reservoir, the decision about a possible optimisation of the lining design will be made after the completion of excavation.
Das Projekt “Untere Tuxbachüberleitung” beinhaltet die Ausleitung des Tuxbachs über einen ca. 8, 5 km langen Stollen in den Speicher Stillupp. Bei etwa der Hälfte der Stollenstrecke muss das Zemmtal unterquert werden, das mehr als 200 m tiefer als die Bachfassung bzw. der Speicher liegt. Durch die Linienführung des maschinellen Vortriebs mit flacher Neigung kommen dabei im Betriebszustand längere Stollenabschnitte unter hohen Innendruck (> 20 bar). Die TBM-Vortriebe durchfahren großteils das achsparallel streichenden Ahorngneis des Tauernfensters. Die Stabilität des Gebirges ist weitgehend unproblematisch, allerdings sind im Stollenabschnitt Richtung Tux zahlreiche Klüfte bzw. Scherbahnen mit teils erosionsempfindlichen Füllungen zu beobachten. Im Hinblick auf die Innendruckbelastung wird daher in diesem Abschnitt die vorgesehene Ringbetonauskleidung großteils beibehalten. Im Stollenabschnitt Richtung Stillupp wird die Entscheidung über eine allfällige Optimierung des Auskleidungskonzepts nach Abschluss des laufenden Vortriebs getroffen.

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