The Institute of Rock Mechanics and Tunnelling at the Graz University of Technology was founded in 1992. From the beginning, the primary focus of research and development was on Alpine tunnelling and slope stability issues, considering geological conditions and their impact on construction. The aim was to improve the current practice, as well as to reduce uncertainties. The research areas can be roughly grouped into rock mass characterization, improvement of monitoring data interpretation, ground behaviour assessment, as well as development and improvement of support elements. The research is documented in about 110 master theses and 30 doctoral theses, and approximately 350 papers.
Das Institut für Felsmechanik und Tunnelbau der Technischen Universität Graz wurde 1992 gegründet. Von Beginn an lag der Schwerpunkt der Entwicklung und Forschung auf dem Gebiet des alpinen Tunnelbaus und der Hangstabilität unter Berücksichtigung der geologischen Verhältnisse und der Auswirkungen auf den Bau. Ziel war, die gängige Praxis zu verbessern und die Unsicherheiten zu reduzieren. Die Forschungsgebiete können grob in die Bereiche Gebirgscharakterisierung, Verbesserung der Methoden der Messdateninterpretation, Gebirgsverhalten sowie Entwicklung und Verbesserung von Stützmitteln unterteilt werden. Die Ergebnisse sind in rund 110 Diplom- und Masterarbeiten sowie etwa 30 Dissertationen und 350 Artikeln dokumentiert.

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

Special considerations are required for the support of tunnels in fault zones. On the one hand, standard support elements are not compatible with the imposed displacements. On the other hand, local shearing can cause damage to the lining already at rather small displacements magnitudes. Cracks in the lining frequently are observed, when the geometry of the tunnel changes, or at the intersection with cross passages. As strengthening of the lining in many cases cannot prevent damage, temporarily leaving an open gap in the primary lining. Implementing yielding elements into the lining is as well feasible, as economical increasingly replaces the traditional method of leaving open gaps. This results in a better utilization of the lining's capacity and a considerable reduction of displacements. As the lining with integrated yielding elements develops considerable thrust, a transfer of the loads via the construction joints is required. Thus, careful construction of those joints is essential. Another problem can be the bond between bolt, grout, and rock mass, as the bolts are installed, when the displacement rate is highest, and the strength of the grout still low. This paper deals only with phenomena caused by discontinuities and large displacements, and does not address other hazards, like flowing ground.
Der Tunnelbau in Störungszonen stellt ganz besondere Herausforderungen an den Ausbau. Zum einen sind die üblicherweise verwendeten Ausbaumittel mit den zu erwartenden Verformungen nicht kompatibel. Andererseits kann es, bedingt durch lokalisierte Scherverschiebungen an Trennflächen auch schon bei kleineren Verformungen zu Schäden an der primären Stützung kommen. Risse in der Spritzbetonschale treten häufig auch bei Querschnittswechseln oder beim Ansatz von Querschlägen auf. Da häufig eine Verstärkung der Schale Schäden nicht verhindert, ist bei höherer Überlagerung das Belassen eines offenen Schlitzes in der Spritzbetonschale zweckmäßig und wirtschaftlich. Anstelle der früher üblichen offenen Schlitze in Störungszonen werden zunehmend Stauchelemente eingesetzt, was zu einer besseren Auslastung der Schale und damit zu einer deutlichen Reduktion der Verformungen führt. Durch die bessere Auslastung der Schale kommt auch der Ausführung von Arbeitsfugen vermehrt Bedeutung zu. Problematisch kann auch der Verbund zwischen Felsbolzen, Mörtel und Gebirge bei höheren Deformationsraten während der Aushärtung des Mörtels sein. Dieser Beitrag beschäftigt sich nur mit Phänomenen, die durch Trennflächen und große Verformungen hervorgerufen werden. Andere Mechanismen wie fließendes Gebirge werden hier nicht diskutiert.

Yielding elements in combination with shotcrete linings are used in Austria since 1994, replacing the previous method of leaving open gaps. The first system, used at the Galgenbergtunnel, consisted of groups of axially loaded steel pipes with manufactured local weakness. The resistance of those elements showed a pronounced oscillation during shortening. This triggered a first improvement of the elements in the late 1990ies. Those elements were called LSC (Lining Stress Controller) and subsequently successfully used on a significant number of projects around the world. Recently, the yielding elements have been further optimized aiming at easier production and lower costs. Still using steel pipes, those are filled with porous material, increasing the elements' capacity. With sequential excavation, construction joints in the shotcrete lining are necessary. Producing quality joints appears to be difficult without special connecting elements. The so produced connections are thus potential points of weakness, reducing the lining capacity. A prototype of a connecting element was developed, which can be easily produced and installed. Site tests have been successfully conducted at the tunnel Stein in Austria.
Stauchelemente in Kombination mit Spritzbetonauskleidungen werden in Österreich seit 1994 eingesetzt und ersetzen damit die zuvor verwendeten offenen Deformationsschlitze. Das erste am Galgenbergtunnel eingesetzte System bestand aus Gruppen von axial beanspruchten Stahlrohren, bei denen lokal Schwächungen vorgesehen waren. Die Arbeitslinie dieser Elemente wies eine starke Oszillation während der Stauchung auf. Das System wurde in den späten 1990er-Jahren verbessert. Diese Elemente wurden Lining Stress Controller (LSC) genannt und bei vielen Projekten erfolgreich eingesetzt. Kürzlich wurden die Elemente weiterentwickelt mit dem Ziel, die Produktion zu vereinfachen und die Kosten zu senken. Das Konzept der Stahlrohre wurde beibehalten, diese jedoch mit einem porösen Füller versehen, was zusätzlich die Energieaufnahme der Elemente erhöht. Bei sequenziellem Vortrieb ergeben sich systembedingt Arbeitsfugen in der Spritzbetonschale. Ohne entsprechende Vorkehrungen ist das Herstellen von qualitativ hochwertigen Arbeitsfugen schwierig. Die Verbindungen sind potenzielle Schwachstellen, die das Tragvermögen der Spritzbetonschale reduzieren können. Ein Prototyp eines Verbindungselements zur Vermeidung solcher Schwachstellen wurde entwickelt und erfolgreich im Tunnel Stein in Österreich unter Baustellenbedingungen getestet.

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The term NATM was introduced by Rabcewicz during a lecture at the Geomechanics Colloquium in 1962. In this lecture, he summarizes the development of tunnelling methods and insight into mechanical processes in the ground over the last decades, and points out the positive experience made with a combination of shotcrete and rock bolts instead of the traditional timber or steel supports. Building on experience and development around the world, it has been Austrian engineers who have systematically developed and applied the method. In the beginning technological questions played a major role, but it was also clear that traditional design methods were no longer applicable. Thus it was still unavoidable to rely heavily on experience and observation. The importance of measurements for observing the system behaviour has been acknowledged, and techniques have been developed considerably further since then. Parallel to gaining more experience with the method in all kinds of ground conditions, contractual practices have also been further developed with the aim of establishing rules, which allow fair compensation of the contractor in spite of all the inherent uncertainties. In Austria, tunnel design practice has been standardized by the introduction of a guideline.
Some of the factors contributing to the success of the method are the awareness of the client of his responsibilities, appropriate site organization, qualified engineers and miners, practically oriented research and education, as well as extensive exchange of experience.
Der Begriff NÖT wurde von Rabcewicz geschaffen, der ihn erstmalig beim Geomechanik Kolloquium 1962 verwendete. In seinem damaligen Beitrag fasst er die während der letzten Dekaden entwickelten Tunnelbaumethoden und die Vorstellungen über die Mechanik der Vorgänge im Gebirge zusammen. Aufbauend auf vorliegenden Erfahrungen und Erkenntnisse haben überwiegend österreichische Ingenieure diese Methode entwickelt und umgesetzt. Standen anfänglich Probleme einer praktischen Umsetzung im Vordergrund, so war doch klar, dass die traditionellen Planungsgrundsätze der Vergangenheit angehörten. Deswegen musste man sich noch überwiegend auf Erfahrungen und Beobachtungen stützen. Von Anfang an wurde die Bedeutung von Messungen zur ingenieurmäßigen Erfassung des Gebirgsverhaltens erkannt und deren Weiterentwicklung laufend vorangetrieben. Parallel zur erfolgreichen Anwendung der Methode in allen Gebirgsarten wurden auch Vertragsmodelle entwickelt, die eine faire Vergütung bei wechselhaftem und unvorhersehbarem Gebirgsverhalten ermöglichen.
Zur Gewährleistung einer strukturieren geotechnischen Planung wurde eine eigene Richtlinie erarbeitet. Für den Erfolg der Methode sind entscheidungswillige und sachkundige Auftraggeber, eine entsprechende Baustellenorganisation, qualifizierte Ingenieure und Mineure, eine praxisorientiere Forschung und Ausbildung und schlussendlich ein intensiver Erfahrungsaustausch notwendig.

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Due to uncertainties in the ground model and the spread of geotechnical properties, prediction of the exact system behaviour of underground structures is difficult in many cases. In order to manage this problem, the so-called observational approach is often applied. Monitoring plays an important role to verify or falsify design assumptions, to adjust excavation and support measures to the actual conditions and to assess the stability of the system. For the management of the residual risk a geotechnical safety management plan is implemented. The OeGG has recently published a handbook summarizing the state of the art in tunnel monitoring and geotechnical safety management.

In many countries observations of the system behaviour are executed during tunnel construction. However, the enormous potential of modern monitoring and evaluation methods is frequently not utilised. This paper presents different and nowadays common evaluation methods and their benefit is highlighted. Case studies are used for illustration.
Beobachtungen des Systemverhaltens während des Tunnelbaus werden in vielen Ländern durchgeführt. Häufig wird jedoch das enorme Potenzial moderner Mess- und Auswertemethoden nicht ausgeschöpft. In diesem Beitrag werden verschiedene derzeit übliche Auswertemethoden dargestellt und deren Nutzen hervorgehoben. Fallbeispiele dienen zur Illustration.

Seit 2001 prämiert der Deutsche Bauherrenpreis vorbildliche Neubauten und Sanierungen von Mehrfamilienhäusern. Eine Analyse der neueren Projekte zeigt, dass Wohnungswirtschaft und Planer ein überaus leistungsstarkes Team bilden, welches wirtschaftliches und energieeffizientes Bauen sehr gut vereinbaren kann. Eine hohe Energieeffizienz wirkt sich bei Mehrfamilienhäusern in höchstens geringem Umfang auf die Baukosten auswirken, sowohl bei Neubauten als auch bei Sanierungen. Bei Kaltmieten hat der Standort in einer Großstadt großen Einfluss; Häuser mit niedrigem Primärenergiebedarf werden sogar günstiger vermietet. Pauschale Behauptungen, Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden führten zu überhöhten Baukosten und Kaltmieten, erweisen sich vor dem Hintergrund dieser Auswertung anspruchsvoller Projekte als nicht haltbar. Gutachten über die Wirtschaftlichkeit von Energiestandards sollten nicht nur Materialpreise, sondern die Baukosten realisierter Projekte untersuchen und dabei stets mit statistisch abgesicherten Methoden (oder wenigstens mit Bandbreiten) arbeiten.

Building costs and energy efficiency of apartment buildings.
Since 2001 the “Deutscher Bauherrenpreis” (German building owners award) awards exemplary new and renovated apartment buildings. An analyses of the recent projects shows that housing industry and engineers are a powerful team that is able to bring energy efficient and economic construction together. Construction costs of both new built and renovated apartment buildings are just marginally impacted by energy efficiency. Most significant impact on basic rents is the location of a building in a large city; buildings with low primary energy demand are even rented cheaper. This analysis of ambitious projects shows that blanket assertions that energy efficiency requirements would increase construction costs drastically are not valid. Studies about the economic efficiency of buildings should not only investigate costs of construction materials but also construction costs of real projects. Studies should also use elaborated statistical methods (or at least use bandwidths).

Das in der Entstehungszeit des Hauptbahnhofes Karlsruhe erstellte Überführungsbauwerk über die Schwarzwaldstraße ist in einem schlechten baulichen Zustand mit anprallgefährdeten Pendelstützen und muß erneuert werden. Da die Widerlager in einem erhaltenswerten Zustand sind, werden die Auflager und das Tragwerk ersetzt. Gleichzeitig wird die lichte Höhe dem Lichtraumprofil der Stadtbahn angepaßt und der Gesamtquerschnitt in der Breite zwischen Stadtbahn, Straße und Geh- und Radweg neu aufgeteilt. Die Bauarbeiten sind unter Aufrechterhaltung des Betriebs auf den über- und unterführten Gleisanlagen und des Fußgänger- und Radverkehrs durchzuführen.
Zu der baubetrieblich schwierigen Aufgabenstellung mit den speziellen Bauverfahren - seitliche Vorfertigung, Verschub und Austausch der Tragwerke in Sperrpausen - sind Querkraftkopplungen zu planen und zu bauen. Durch diese Fugenkopplungen werden die gegenseitigen vertikalen Verformungen bei Längsfugenüberfahrten ausgeschlossen, um eine stabile Gleislage und einen wartungsarmen Oberbau sicherzustellen.

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Bis vor einigen Jahren dachte niemand daran, Deponien mit Asphaltbeton oder anderen Asphalterzeugnissen abzudichten. Die Asphaltfachleute waren der Meinung, daß Asphalt schon wegen seiner geringen Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln dafür ungeeignet ist, da ja Asphalt durch aliphatische oder noch leichter durch zyklische Kohlenwasserstoffe und Chlorkohlenwasserstoffe in seine Bestandteile Bitumen und Mineralstoffe zerlegt werden kann. Befestigungen aus Asphalt an Großtankstellen, Flugzeugabstellflächen und Tankfeldern, wo starker Anfall von Benzin, Flugbenzin, Diesel, Heizöl oder anderen Lösungsmitteln auftritt, wurden im Laufe der Zeit zerstört. In neuerer Zeit wird die Verwendung von Asphaltbeton für Deponiebasisabdichtungen propagiert. Das Hauptargument der Befürworter des Asphaltbetons ist, daß sich Asphalt im Wasserbau bei der Herstellung von Kanälen, Talsperren und Speicherbecken bestens bewährt hat. Wenn nun auch eine ausreichende Lösungsmittelbeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit nachgewiesen würde, dürfte der Anwendung von Asphaltbeton im Deponiebau nichts mehr im Wege stehen. In dem Forschungsvorhaben "Eignung von Asphalten als Baustoff für Basisabdichtung von Deponien" glauben die Verfasser einen derartigen Nachweis geführt zu haben.