Many problems in engineered rock faces involve evaluation of the efficiency of rockfall mitigation measures, specifically rockfall dams, embankments and catch nets. Existing rockfall trajectory models are not suited for this purpose because they do not consider the non-linear dynamics of rock motion, which is highly dependent on rock size, shape and impact configuration. In this paper, we discuss the application of the new 3D rockfall modelling tool RAMMS::Rockfall, which computes rock-ground interactions using hard-contact impact mechanics. The model is applied to evaluate the effectiveness of a rockfall bank at the Geobrugg/WSL test site in Walenstadt, Switzerland.
Viele Fragestellungen bezüglich Steinschlagschutz betreffen die Effizienz von Schutzsystemen, vor allem bei einer Neubeurteilung von Steinschlagschutzwällen, -dämmen sowie flexiblen Fangnetzen. Viele bestehende Steinschlag-Trajektorien-Modelle sind nicht geeignet für diesen Zweck, da sie das nichtlineare Verhalten der Steinbewegung, die stark von der Größe und Form der Sturzblöcke sowie den Aufschlagparametern abhängt, nur ungenügend abbilden. In dem vorliegenden Beitrag wird die Anwendung des neuen 3D-Steinschlagmodells RAMMS::Rockfall vorgestellt, das die Interaktion zwischen Stein und Untergrund mittels mechanischer Modelle berechnet, die von einem harten Kontakt zwischen den beiden Einflussgrößen (Stein und Untergrund) ausgehen. Das Berechnungsmodell wird an einem Fallbeispiel angewendet, um die Effizienz eines Steinschlagdamms in der gemeinsamen Testanlage der Firma Geobrugg AG und der WSL in Walenstadt, Schweiz, zu überprüfen und neue Schutzmaßnahmen zu planen.

This paper presents a characterisation campaign carried out on granular soils conditioned for EPB tunnelling using a modified direct shear box. The main objective of soil conditioning is the reduction of its shear strength to control the counterpressure inside the bulk chamber. In order to preserve the pseudo-fluid characteristics of the conditioned soil mass, the main concerning parameters are their undrained properties. To characterise the undrained behaviour an adopted watertight direct shear apparatus was used. The purpose of this research is to define a simplified testing procedure for conditioned soil, analysing its feasibility and reliability with resources that can be found at any laboratory or job site. A comparison between the results obtained under dry and conditioned conditions is presented for three different cohesionless soils. The choice of the materials studied has been made in order to cover a wide range within sands grain size.

Undräniertes Verhalten von grobkörnigen Böden für Vortriebe mit EPB-Schilden - Ein neues experimentelles Verfahren.
Dieser Beitrag stellt Untersuchungen an grobkörnigen konditionierten Böden, wie sie bei Vortrieben mit EPB-Schilden vorkommen, mittels eines modifizierten Rahmenschergeräts vor. Das Hauptziel der Bodenkonditionierung ist die Reduzierung der Scherfestigkeit, um den Stützdruck in der Abbaukammer zu steuern. Um das undränierte Verhalten zu untersuchen, wurde ein wasserdichtes Rahmenschergerät entwickelt. Ziel der Entwicklung ist die Definition sowie die Überprüfung der Durchführbarkeit und der Zuverlässigkeit eines vereinfachten Prüfverfahrens für konditionierte Böden mit Mitteln, die in jedem Labor oder auf jeder Baustelle gefunden werden können. Abschließend werden die Ergebnisse von Untersuchungen an drei verschiedenen nichtbindigen Böden unter trockenen und konditionierten Bedingungen vorgestellt. Die untersuchten Böden decken ein breites Spektrum der Korngrößenverteilungen für Sande ab.

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The tunnels to Obertürkheim and Untertürkheim, part of the restructuring of the Stuttgart rail node, run completely through the built-up valley of Stuttgart and are being excavated with excavator and blasting. The article describes the possibilities and limits of blasting technology under the given local conditions. For the sections passing below residential areas, various methods of modern detonation and blasting technology have been tried and used in order to reduce the emissions of noise and vibration to the minimum possible. At the same time it was also necessary to minimise the loosening of the gypsum Keuper rock mass. The tunnels will be the first underground crossing of the River Neckar in Stuttgart. A section 500 m long will pass beneath the bed of the Neckar and its former courses in the current harbour area, with cover between only 8 m and 20 m. The branch structures that separate the tunnels to Ober- and Untertürkheim are also in this section, with the Neckar being crossed by altogether four individual tunnels at two levels. The prevailing geological conditions permitted an optimisation of the excavation of the branch structures without the originally intended pillar tunnel, which also reduced the construction time influence of this tunnel section.
Die Tunnel nach Ober- und Untertürkheim, Bestandteil der Neuordnung des Bahnknotens Stuttgart, verlaufen durchwegs in der innerstädtischen Stuttgarter Tallage und werden im Bagger- und Sprengvortrieb aufgefahren. Der Beitrag zeigt die Möglichkeiten und Grenzen der Sprengtechnik bei den gegebenen Randbedingungen auf. Für die Unterfahrung der betroffenen Wohngebiete werden unterschiedliche Ansätze der modernen Zünd- und Sprengtechnik erprobt und eingesetzt, um die Lärm- und Erschütterungsemissionen auf ein mögliches Minimum zu reduzieren. Im gleichen Maß gilt es hierbei auch, die Gebirgsauflockerungen im anstehenden Gipskeuper zu minimieren. Mit den Tunneln erfolgen in Stuttgart erstmalig bergmännische Unterquerungen des Neckars. Auf einem Abschnitt von rund 500 m werden das Neckar-Flussbett sowie die früheren Flusslagen im heutigen Hafengebiet mit Überdeckungen zwischen lediglich 8 und maximal 20 m unterfahren. Innerhalb dieses Teilabschnitts liegen auch die Verzweigungsbauwerke zur Auftrennung der Tunnel nach Ober- bzw. Untertürkheim, wodurch der Neckar mit insgesamt vier Einzelröhren in zwei Ebenen unterfahren wird. Die anstehenden geologischen Verhältnisse erlaubten eine Optimierung zur Auffahrung der Verzweigungsbauwerke ohne die ursprünglich vorgesehenen Pfeilerstollen, wodurch auch der Bauzeiteinfluss dieses Vortriebsabschnitts reduziert wird.

In 2012 the Greek State awarded Intrakat the Aposelemis Tunnel, an approx. 3.5 km long, tunnel inclined at 15% accommodating a 1.8 m diameter steel pipe to convey water from the Lassithi Plateau to the reservoir impounded by the Aposelemis dam about 600 m below for the drinking water supply of Heraklion and Agios Nikolaos in Crete. The project is regarded as an environmental project and as such is being financed from the Cohesion Fund of the European Commission. Unexpectedly, this relatively small tunnel project has offered a wide spectrum of tunnelling problems and turns out to be a challenging task from a variety of aspects: the tender and the contractual situation, technical and the meanwhile encountered geological challenges. On top of these, the economic crisis in Greece doesn't make such a project easy. Since October 2013, Jäger Bau GmbH has mastered these challenges together with Intrakat on the basis of a service contract. The TBM excavation works commenced in March 2015 and were expected to be completed within 11 months at the latest, but due to various unforeseen adverse geological occurrences, only two-thirds of the tunnel length had been excavated by August 2016.

Using the example of Crossrail contract C510, the logistic challenges of inner-city tunnelling are considered in the first part of the article. Noise and dust protection measures and restricted working times have to be observed out of consideration for the local inhabitants. Supply to the site is subject to strict rules. The routes to and from the site are precisely specified, and the number of trucks underway at the same time is limited. The road safety equipment of the trucks, without which these cannot be used, is precisely specified.
The second part of the article is concerned with long-term settlement as a result of tunnelling. Due to the long project duration, meanwhile 5 ½ years, the settlement behaviour of some existing buildings could now been observed for up to 2 ½ years after the completion of tunnelling. The results are partially astonishing since they contradict expert opinion until now about long-term settlement in London clay. Long-term settlement approximately doubles the settlement that is directly due to tunnelling. The measurements demonstrate that inclinations and deflections to buildings are growing and long-term damage cannot be ruled out. This example is used to explain the effects of long-term settlement, what duration has to be expected and what the causes could be.
Am Beispiel des Bauloses Crossrail C510 werden im ersten Teil des Beitrags die logistischen Herausforderungen beim innerstädtischen Tunnelbau betrachtet. Mit Rücksicht auf die Anrainer sind Lärm- und Staubschutzmaßnahmen und eingeschränkte Arbeitszeiten einzuhalten. Die Andienung der Baustelle unterliegt strikten Regeln. Die Routen zur und von den Baustellen sind genau festgelegt, die Anzahl der Lkw, die gleichzeitig unterwegs sein dürfen, ist begrenzt. Die Ausstattung der Lkw in Bezug auf Verkehrssicherheit, ohne die sie nicht eingesetzt werden dürfen, ist genau vorgeschrieben.
Der zweite Teil des Beitrags befasst sich mit Langzeitsetzungen infolge der Vortriebsarbeiten. Durch die lange Projektdauer von mittlerweile 5 ½ Jahren konnte das Setzungsverhalten bei manchen Bestandsbauwerken bis zu 2 ½ Jahre nach Vortriebsende beobachtet werden. Die Ergebnisse sind teilweise erstaunlich, da sie im Gegensatz zur bisherigen Lehrmeinung über Langzeitsetzungen im Londoner Ton stehen. Langzeitsetzungen verdoppeln in etwa die direkten vortriebsbedingten Setzungen. Die Messungen belegen, dass Neigung und Durchbiegung an den Gebäuden größer werden und langfristig Schäden nicht auszuschließen sind. Anhand eines Beispiels wird erläutert, wie sich die Langzeitsetzungen auswirken, mit welcher Dauer zu rechnen ist und welche Ursachen dahinter stehen können.

If correctly applied, digitalisation can also create great added value for railways, which explains why German Railways (DB) is taking it seriously. As with many other construction client organisations, the DB with their portfolio of major projects was and is confronted with the situation that cost targets and deadlines can often not be maintained. The causes for such deviations are various and in addition to the many external reasons, are also due to the current methods of controlling construction projects. The DB has recognised that the use of digital methods of project implementation such as Building Information Modelling (BIM) can achieve a great contribution to the improvement of project stability. While DB has already consistently furthered the use of BIM for station buildings in recent years, BIM has only been in use on DB infrastructure projects since 2015. By the end of 2020, however, the running up process of BIM at DB should have reached the stage that all complex major projects and all projects suitable for standardisation are designed and controlled with BIM. The DB hopes to gain from the use of BIM more transparency on projects, considerable economic benefits and the strengthening of the collaboration of all sides as partners.
Richtig eingesetzt kann die Digitalisierung auch bei der Eisenbahn einen hohen Mehrwert schaffen, weshalb die Deutsche Bahn (DB) der Digitalisierung einen sehr hohen Stellenwert gibt. Wie viele andere Bauherrenorganisationen auch, war und ist die DB mit ihrem Portfolio an Großprojekten mit der Tatsache konfrontiert, dass Kosten- und Terminziele in einem nicht unerheblichen Ausmaß nicht eingehalten werden können. Die Ursachen für solche Abweichungen sind vielfältig und liegen neben vielen externen Gründen auch in der Art und Weise der aktuellen Steuerung von Bauprojekten. Die DB hat erkannt, dass mit dem Einsatz digitaler Methoden zur Projektabwicklung wie Building Information Modelling (BIM) ein großer Beitrag zur Verbesserung der Projektstabilität geleistet werden kann. Während im Bereich der Bahnhofsbauten der DB die Anwendung von BIM bereits in den letzten Jahren konsequent vorangetrieben wurde, kommt BIM für die Infrastrukturprojekte der DB Netz AG erst seit 2015 zum Einsatz. Bis Ende 2020 soll der BIM-Hochlauf bei der DB aber so geschaffen sein, dass alle komplexen Großprojekte und alle standardisierbaren Projekte mit BIM geplant und gesteuert werden. Die DB verspricht sich von dem Einsatz von BIM mehr Transparenz in den Projekten, erhebliche wirtschaftliche Vorteile und eine Stärkung der partnerschaftlichen Zusammenarbeit nach allen Seiten.

The importance of information management was recognised in surface construction industry decades ago, and is increasingly being recognised through formal processes and laws. Around the world, these laws and codes of practice are currently being drafted and enacted, to reflect the development of software tools and corresponding increasing adoption by industry. This paper deals with general overview of BIM and its benefits as well as specifics of implementing information modelling in the tunnelling business utilizing BIM (Building Information Modelling) technology developed for buildings as well as similar technology developed for the mining industry. Although BIM was initially recognised as a 3D digital representation of physical and functional characteristics of a facility, the benefits of using it are much wider than anticipated by its definition. This paper focuses on aspect of consultants and the role of other parties in developing projects.

In this article, digitally supported processes for project development in tunnelling are described, supported on the one hand by a digital structure model from the design phase and on the other hand by an interactive process platform during the construction phase. Pricing and material quantity data from tendering and construction are part of the process chain. The connectivity of different BIM models and the associated interfaces represent an important but also challenging part of the closed solution. A BIM viewer is used as a bridge solution for data exchange between the IT systems used. Examples and solution approaches for 3D modelling in tunnelling and their networking with the information system IRIS are described. This article describes a multi-unit process system, which is being continuously developed and contains all relevant building blocks of the BIM process in the field of infrastructure.
Im vorliegenden Beitrag werden digital gestützte Prozesse zur Projektabwicklung im Tunnelbau erläutert, die sich einerseits auf ein digitales Bauwerksmodell aus der Planung und andererseits auf eine interaktive Prozessplattform im Rahmen der Ausführung abstützen. Kalkulationsdaten aus der Angebotslegung und Bauausführung sind Bestandteil der Prozesskette. Die Vernetzung unterschiedlicher BIM-Modelle und die damit verbundenen Schnittstellen stellen einen wichtigen aber auch anspruchsvollen Teil einer geschlossenen Lösung dar. Als Brückenlösung zum Datenaustausch der eingesetzten IT-Systeme kommt ein BIM-Viewer zum Einsatz. Es werden Beispiele und Lösungsansätze zur 3D-Modellierung im Tunnelbau und deren Vernetzung mit dem Informationssystem IRIS aufgezeigt. Dieser Beitrag beschreibt ein mehrgliedriges Prozesssystem, das kontinuierlich ausgebaut wird und alle relevanten Bausteine des BIM-Prozesses im Infrastrukturbereich enthält.

The term “Value Engineeering” was introduced into Austrian construction contracts in 2006 with the issue of the standard ÖNORM B 2118. The first attempts to implement value engineering proposals in practice met with considerable difficulties and led to long discussions on various sites. Representatives of client organisations and contractors together with representatives of universities and expert lawyers already tried to produce a generally acceptable regulation in 2009. This first attempt failed and only the present FSV bulletin has succeeded in laying down a common viewpoint.
The process presented in this report for the implementation of a value engineering proposal can only be an aid for practical project development. The implementation of a value engineering proposal requires agreement between contractor and client, which can only be reached through reciprocal estimation and trust.
Im Jahr 2006 wurde mit der Veröffentlichung der ÖNORM B 2118 der Begriff “Value Engineering” in die österreichische Bauvertragsabwicklung eingeführt. Die ersten Versuche, Value Engineering-Vorschläge in der Praxis umzusetzen, stießen auf erhebliche Schwierigkeiten und führten zu langen Diskussionen auf diversen Baustellen. Bereits im Jahr 2009 versuchten Vertreter von Bauherren und Bauausführenden gemeinsam mit Vertretern von Universitäten und Fachjuristen eine allgemein akzeptierte Regelung zu erarbeiten. Diese ersten Versuche scheiterten, und erst mit dem jetzt vorliegenden FSV-Merkblatt ist es gelungen, eine gemeinsame Sichtweise festzuschreiben.
Der in diesem Bericht vorgestellte Prozess zur Abwicklung eines Value Engineering-Vorschlags kann nur ein Hilfsmittel für die praktische Abwicklung sein. Die Umsetzung eines Value-Engineering-Vorschlags bedarf das Einvernehmen zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber, das nur durch gegenseitige Wertschätzung und Vertrauen erzielt werden kann.

Tests were performed on lining materials, which enable conclusions about the long-term stability of tunnels. For this purpose, laboratory tests were carried out on lining elements, which had been in use in existing tunnels for 20 to 40 years. To examine the effective forces and load transfer between tunnel lining layers, experiments were performed with sheet membranes in combination with shotcrete and in-situ concrete. The investigations show the influence of the surface roughness of sprayed concrete on the sheet membrane and the shear behaviour of the waterproofing system. The sheet membrane shows various types of damage, like indentations and scratches to the surface. The tests reveal that the requirements of the valid guideline are sufficient for uniaxial loading, but combination with shear stresses could lead to damage to the sheet membrane. The results provide information about the bonding behaviour of double-layer tunnel constructions.
Durch Untersuchungen an Ausbaumaterialien können Rückschlüsse auf die Langzeitstabilität von Tunnelbauwerken gezogen werden. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurden Laborversuche an Stützmitteln durchgeführt, die in bestehenden Tunnelbauwerken ca. 20 bis 40 Jahre im Einsatz waren. Um die wirkenden Kräfte zwischen den Tunnelschalen zu untersuchen, wurden Experimente mit Kunststoffdichtungsbahnen im Verbund mit Spritzbeton- und Ortbeton durchgeführt. Die durchgeführten Versuche zeigen den Einfluss der Oberflächenrauigkeit von Spritzbeton auf die mechanische Beständigkeit und auf das Scherverhalten des Abdichtungssystems. Die Dichtungsbahnen weisen in Abhängigkeit von der einwirkenden Belastung unterschiedliche Schadensbilder in Form von Eindrücken und Kratzern an der Oberfläche auf. Die Untersuchungen zeigen, dass die Anforderungen laut gültiger Richtlinie bei rein axialer Belastung ausreichend sind, dass es bei zusätzlicher Scherbeanspruchung aber zu Schädigungen in der Abdichtung kommen kann. Die dargestellten Erkenntnisse geben Auskunft über das Verbundverhalten von zweischaligen Tunnelausbauten.

The creation of sustainable infrastructure is increasingly being provided in underground facilities. In terms of construction and maintenance, this leads to greater challenges for construction, transport and energy-provider companies. This also applies for emergency services organisations as well as to ensure the safety for the users of the infrastructure. The project “Research@ZaB - Zentrum am Berg” will establish an underground facility for research and development, education and training purposes. On the one hand, the centre should meet the requirements of public institutions; on the other hand it represents a “development factory” for private companies as well as concerned universities.
Untertägige Anlagen sind substanzielle Elemente der innerstädtischen sowie überregionalen Infrastruktur und des Energiewesens. Die Schaffung zukunftsfähiger Infrastrukturen erfolgt zunehmend in unterirdischen Anlagen, was gleichzeitig zu größeren Herausforderungen für die Bau-, Verkehrs- und Energieunternehmen, aber auch die Einsatzorganisationen hinsichtlich der Herstellung, der Erhaltung und Wartung sowie der Gewährleistung der Sicherheit für die Nutzer der Infrastrukturen führt. Mit dem Projekt “Research@ZaB - Zentrum am Berg” wird eine für den Hohlraumbau fehlende Untertage-Einrichtung zu Forschungs-, Entwicklungs-, Schulungs- und Trainingszwecken errichtet, die einerseits die Anforderungen der öffentlichen Institutionen erfüllen soll, aber gleichzeitig eine “Weiterentwicklungsfabrik” für private Unternehmen und für die zuständigen Universitäten darstellt.

Since construction work of section SBT3.1 has started in May 2016, all contract sections of the Semmering Base Tunnel are under construction. Therefore, the geotechnical prediction designed for the tendering transforms to the framework planning required for construction. During the tendering process, the crucial aim of the geotechnical prediction is to depict the expected ranges of the general conditions for contract design and cost estimation. The framework planning for construction on the other hand defines the minimum requirements for tunnel driving at the expected ground conditions. The specification of requirements is set for all driving works - for tunnel and cross-sections as well as for shafts and complex areas with caverns and therefore varies in expected ground conditions and in complexity of the structure. If the need for an adjustment is indicated on site, the framework plan can be revised in justified cases.
Seit dem Baubeginn im Baulos SBT3.1, im Mai 2016, sind alle drei Tunnelbaulose des Semmering-Basistunnels in Bau. Damit erfolgt aus tunnelplanerischer Sicht der Übergang von der geotechnischen Prognose der Ausschreibungsplanung zur tunnelbautechnischen Rahmenplanung für die Bauausführung. In der Ausschreibungsphase ist das wesentlichste Ziel der Prognose die Darstellung der erwarteten Bandbreiten der Rahmenbedingungen für die Vertragsgestaltung und die Angebotskalkulation. Die Rahmenplanung für die Bauausführung wiederum hat zum Ziel die Mindestanforderungen für den Vortrieb unter den erwarteten Baugrundverhältnissen zu definieren. Diese Vorgaben erfolgen für sämtliche Vortriebsarbeiten - sowohl für die Tunnel und Querschläge als auch für die Schächte und die Kavernenbereiche - und unterscheiden sich nach den erwarteten Baugrundverhältnissen und der Komplexität des Bauwerks. Werden Anpassungserfordernisse vor Ort erkannt, erfolgt in begründeten Fällen eine Rahmenplanfortschreibung.

Contract SBT2.1 “Tunnel Fröschnitzgraben” has a value of about EUR 623 million, the largest contract for the Semmering Base Tunnel. The construction contract was awarded in autumn 2013 to the joint venture Tunnel Fröschnitzgraben Implenia - Swietelsky Tunnelbau. The contract includes altogether about 26 km of running tunnels to be driven by two mechanised drives and two conventional drives, with the works being undertaken at all four faces almost simultaneously. The particular challenge is that the entire supply to the underground activities and the clearance of excavated material has to pass through two shafts about 400 m deep. The construction of these two shafts with excavated diameters of about 12.4 and 9.9 m respectively and the selection of the shaft logistics are of decisive significance for the success of the project. These special requirements of the project faced a limited availability of flexible complete contractors for the construction and operation of shafts. Considering this situation, the joint venture partner Swietelsky Tunnelbau decided to solve the problem in-house and follow new routes with innovative concepts.
Das Baulos SBT2.1 “Tunnel Fröschnitzgraben” ist mit einem Auftragswert von etwa 623 Mio. EUR das größte Baulos des Semmering-Basistunnels. Im Herbst 2013 erhielt die Arbeitsgemeinschaft Tunnel Fröschnitzgraben Implenia - Swietelsky Tunnelbau den Bauauftrag. Für die im Baulos insgesamt aufzufahrenden ca. 26 km Streckenröhren sind zwei maschinelle Vortriebe (TVM) und zwei konventionelle Vortriebe vorgesehen. Die Arbeiten werden an allen vier Vortriebsästen großteils zeitgleich abgewickelt. Die besondere Herausforderung liegt darin, dass die gesamte Versorgung der untertägigen Aktivitäten sowie der Abtransport des Ausbruchmaterials über zwei jeweils ca. 400 m tiefe Schächte erfolgen müssen. Die Herstellung der beiden Schächte mit einem Ausbruchdurchmesser von rd. 12,4 bzw. 9,9 m und die Auswahl der Schachtlogistik sind für das Gelingen des Projekts von entscheidender Bedeutung. Den speziellen Anforderungen des Projekts stand ein begrenztes Angebot an flexiblen Komplettanbietern für den Bau und den Betrieb von Schächten gegenüber. Angesichts dieser Situation hat sich der Arge-Partner Swietelsky Tunnelbau dazu entschieden, die Problemstellungen in Eigenregie zu lösen und mit innovativen Konzepten neue Wege zu beschreiten.

In the course of the building of the new Koralmbahn railway line between Graz and Klagenfurt in Austria, six tunnels have to be built in a sensitive landscape on the Carithian side. The tunnels have lengths of between 230 and 2,100 m. All the tunnels are designed to resist water under pressure and have a two-track standard cross-section. Except for the 495 m long Kühnsdorf Green Tunnel, which has already been completed, all the tunnels are currently under construction. The Srejach and Untersammelsdorf Tunnels with lengths of 620 and 665 m respectively are being driven in very challenging ground conditions consisting of silty to fine sandy lacustrine sediments, and extensive specialised civil engineering works had to be carried out in advance of both these tunnels. The performance of extensive tests and investigations during the tendering phase turned out to be very valuable for the planning of the project. The longest tunnel, the Stein Tunnel with a length of 2,100 m, is characterised by its location in soft ground with shallow overburden and the sensitive hydrogeological and ecological conditions. The driving of the Lind Tunnel in phyllite required special measures due to the lacustrine sediments above the tunnel, which reached down to the tunnel crown.
Im Zuge der Errichtung der Koralmbahn zwischen Graz und Klagenfurt sind auf Kärntner Seite in einem sensiblen Landschaftsraum sechs Tunnelbauwerke zu errichten. Die Tunnellängen liegen zwischen 230 und 2.100 m. Sämtliche Tunnelbauwerke werden druckwasserhaltend mit einem zweigleisigen Regelquerschnitt ausgeführt. Bis auf den 495 m langen Grüntunnel Kühnsdorf, der bereits fertig gestellt ist, befinden sich derzeit alle Tunnelbauwerke in der Ausführungsphase. Die Tunnel Srejach und Untersammelsdorf mit einer Länge von 620 und 665 m sind in extrem herausfordernden Untergrundbedingungen, bestehend aus schluffigen bis feinsandigen Stillwassersedimenten, herzustellen. Für diese beiden Tunnelbauwerke werden vorab Spezialtiefbaumaßnahmen in großem Umfang durchgeführt. Für die Planung dieser Arbeiten war die Durchführung von umfangreichen Versuchen und Untersuchungen in der Ausschreibungsphase sehr wertvoll. Der Tunnel Stein, mit 2.100 m der längste Tunnel in der Kette, ist durch seine Lage im Lockermaterial mit geringer Überlagerung und durch sensible hydrogeologische und ökologische Verhältnisse gekennzeichnet. Der Vortrieb des Tunnels Lind im Phyllit erfordert infolge der darüber liegenden Stillwassersedimente, die bis in die Tunnelfirste reichen, besondere Maßnahmen.

The Granitztal Tunnel Chain is not only the second longest tunnel system on the Koralmbahn line but also an essential part of the future new railway line between Graz and Klagenfurt (New South Range Line). At the time of reporting, more than two-thirds of the tunnel excavation works on the Graniztal contract are completed. After a detailed description of the project with four simultaneously advancing TBM drive and the extensive concreting ad earthworks in the Granitztal, the geological and geotechnical conditions and the experience gained until now are described. Particular attention is paid to the challenging geotechnical conditions in the Langer Berg section and the overground section in the Granitztal. The intensive design work to optimise future maintenance work is also described.
Mit der Tunnelkette Granitztal entsteht derzeit nicht nur das zweitlängste Tunnelsystem an der Koralmbahn, sondern ein wesentlicher Mosaikstein für die künftige Hochleistungsstrecke zwischen Graz und Klagenfurt. Zum Berichtszeitpunkt wird mehr als zwei Drittel der Vortriebsarbeiten für dieses Baulos abgeschlossen sein. Nach einer detaillierten Beschreibung des Projekts mit seinen vier gleichzeitig laufenden Vortrieben und den umfangreichen Beton- und Erdarbeiten im Granitztal wird über die geologischen und geotechnischen Verhältnisse und die bis dato gewonnenen Erkenntnisse berichtet. Besonderes Augenmerk wird auf die anspruchsvollen geotechnischen Verhältnisse im Abschnitt Langer Berg sowie im Übertage-Abschnitt Granitztal gelegt. Weiters wird über die intensiven Planungsaktivitäten zum Zwecke der Instandhaltungsoptimierung berichtet.

In 2013 Asfinag published the tender for the construction of the second tube of the Gleinalm Tunnel. The tunnel is situated in hard rocks (gneiss) and the tender design contained excavation works realized by “drill and blast” in a top heading, bench and invert sequence. Additionally to this tender design, technical alternatives were allowed. One of the tenderers, the later contractor, offered both, a concept according to the tender and an alternative excavation concept including full face excavation by drill and blast. This alternative was based on considerations and experience the tenderer had gained from the construction works of the first tube in the early 1970s presuming optimal full face excavation conditions over wide areas of the tunnel and thus reducing time and costs. Due to these economic advantages and the low cost risk the owner finally commissioned the alternative. Minimizing the blasting vibration of the full face excavation on the nearby running tube, which was operated without any disturbance, was only one of the challenges of the project. In terms of logistics the supply of the excavation works with air and support materials as well as the huge mucking volume to be transported were identified as limiting factors.
Das im Jahr 2013 ausgeschriebene Vortriebskonzept für die zweite Röhre des Gleinalmtunnels hat den Ausbruch grundsätzlich als Sprengvortrieb in den Teilquerschnitten Kalotte, Strosse und Sohle vorgesehen, jedoch auch technische Alternativen zugelassen. Durch die später beauftragte Bietergemeinschaft wurde neben dem Hauptangebot auch eine Alternative eingereicht, die über weite Bereiche des Tunnels den Sprengvortrieb im Vollausbruch beinhaltet, und auf geologischen und geotechnischen Überlegungen beruht. Aufgrund der Wirtschaftlichkeit und Kostensicherheit wurde die Alternative beauftragt. Die Minimierung von Sprengerschütterungen im Zuge des Vollausbruchs im Zusammenhang mit der parallel verlaufenden und in Betrieb befindlichen Bestandsröhre stellt nur eine Herausforderung dar, die es zu bewältigen galt. Logistisch gesehen befand sich die Versorgung der Vortriebe im Grenzbereich des Machbaren.

The joint venture Bau Obervermuntwerk II, consisting of the companies Jäger Bau, Porr, Östu-Stettin and Hinteregger are constructing the pumped storage works Obervermunt II (OVW II) under a contract from the Vorarlberger Illwerke AG between the Silvretta and the Vermunt reservoirs. The Obervermuntwerk II is being built as a parallel works to the existing Obervermuntwerk (OVW). Together with the OVW II, a new headrace is being built for the existing Obervermuntwerk and the existing overground penstock will be demolished. All excavation is being undertaken conventionally by drill and blast; only the surge tank and the pressure shaft will be excavated by raise boring previously excavated mucking shafts. The aggregates for the concrete of the Obervermunt II power station (about 200,000 m3) are being prepared from excavated material as far as possible. A dedicated material processing plant for the project is being operated in Vermunt as well as a batching plant.
Die Arbeitsgemeinschaft Bau Obervermuntwerk II, bestehend aus den Firmen Jäger Bau, Porr, Östu-Stettin und Hinteregger errichtet im Auftrag der Vorarlberger Illwerke AG zwischen dem Speichersee Silvretta und dem Speichersee Vermunt das Pumpspeicherwerk Obervermunt II (OVW II). Das Obervermuntwerk II wird als Parallelwerk zum bestehenden Obervermuntwerk (OVW) errichtet. Mit der Errichtung des OVW II wird auch eine neue Triebwasserführung für das bestehende Obervermuntwerk hergestellt und die bestehende oberirdische Druckrohrleitung abgetragen. Sämtliche Ausbrucharbeiten erfolgen konventionell im Sprengvortrieb, lediglich beim Wasserschloss und dem Druckschacht werden mittels Raiseboring vorab Schutterschächte hergestellt. Die Zuschlagstoffe für den Beton des Kraftwerks Obervermunt II (ca. 200.000 m3) werden so weit wie möglich aus dem Ausbruchmaterial aufbereitet. Für diese Maßnahme wird im Bereich Vermunt eine eigene Materialaufbereitungsanlage sowie eine Betonmischanlage betrieben.

The future of our energy supply systems is moving towards Smart Cities and Smart Rural Communities, where the integration of combined technologies using renewable energy sources reduces environmental impact and offers citizens a better quality of life. Geothermal has a particularly important role in smart electricity and thermal grids, since it can deliver both heating and cooling, and electricity.
Shallow geothermal, using heat pumps, is a key energy source for smart energy systems. It provides solutions for the future energy system by coupling smart thermal and electricity grids with underground thermal storage and by providing reliable and affordable heating and cooling supply to both urban and rural areas.
As these technologies can be installed in grid and off-grid heating and cooling systems, they perfectly fit the new smart cities and rural communities approach.
In addition, there is also an important role for shallow geothermal energy in connection with and management of smart electricity grids. Geothermal heat pumps can provide demand response services, thereby contributing to grid stabilisation, whilst Underground Thermal Energy Storage (UTES) is an excellent storage solution. Shallow geothermal technologies will be utilised in the next generation of district heating: Smart Thermal Grids.

If international agreements to replace fossil fuels with renewables are taken seriously by politicians, a much broader use of environmental-friendly energy sources will be needed for heating and cooling purposes in the future. This necessary decarbonisation can be supported by the use of heat pumps in combination with geothermal absorbers, which have particular advantages since a large part of the heat used is extracted from the environment surrounding the building. The advantage of building-integrated geothermal systems also lies in the simple and inexpensive supply of cooling energy, which can be accomplished either by free cooling or by reversing the heat pump circuit. The geothermal plants at Salzburg railway station and the Austria Campus will be exemplified and operating experience is given.
Werden die internationalen Vereinbarungen zum Ersatz fossiler Energieträger durch erneuerbare von der Politik tatsächlich umgesetzt, ist auch im Gebäudesektor in Zukunft ein wesentlich ausgeweiteter Einsatz klimafreundlicher Energieträger erforderlich. Im Sinne einer notwendigen Dekarbonisierung bietet die Verwendung von Wärmepumpenanlagen in Kombination mit Geothermieabsorbern besondere Vorteile, da ein Großteil der Nutzwärme aus der Umgebung des Gebäudes bezogen wird. Der Vorteil gebäudeintegrierter Erdwärmeanlagen liegt auch in der einfachen und kostengünstigen Bereitstellung von Kühlenergie, welche sich entweder durch Free-Cooling oder durch die Umkehrung des Wärmepumpenkreislaufs bewerkstelligen lässt. Die Geothermieanlagen am Hauptbahnhof Salzburg und am im Bau befindlichen Austria Campus werden beispielhaft beschrieben und Bau- sowie Betriebserfahrungen angeführt.

The design and construction of the Rosenstein Tunnel was intended to minimize the effects on the environment, nature and groundwater during construction and operation. Part of this design agenda was a decision to equip the tunnel with a geothermal energy system to recover energy from the ground for the heating and cooling of the elephant house at Wilhelma zoo. The Rosenstein Tunnel is located in the spa water protection area of Stuttgart. The construction of the geothermal system was only permitted on the condition that it must be guaranteed that there is no threat to the groundwater due to leakage of heat transfer fluid, which led to increased constructive demands for the design and construction of the system. One of these demands was the protection of the pipes during construction and service. The heat exchange takes place at absorber pipes installed between the shotcrete shell and the inner lining. Niches were placed on both sides of the tunnel blocks to house the boxes for the distribution manifolds, valves, regulators as well as the measuring and control instruments. To measure the operating temperature, a temperature measurement section is installed in both tubes, which records the temperature of the tunnel lining and the surrounding soil. The detailed measuring results not only allow a precise monitoring and control of the system, but also enable scientific research into the relationship between the temperature, soil temperature and the production of energy over the lifetime of the system.
Ziel bei der Planung und Ausführung des Rosensteintunnels war eine möglichst umwelt-, natur- und heilwasserschonende Realisierung. Im Rahmen dieses Konzepts wurde in der Entwurfsphase u. a. entschieden, den Rosensteintunnel mit einer Geothermieanlage zur Gewinnung von Energie aus der Erdwärme zum Heizen und Kühlen des neu zu errichtenden Elefantenhauses der Wilhelma auszustatten. Der Rosensteintunnel liegt im Heilquellschutzgebiet der Landeshauptstadt Stuttgart. Einer Ausführung der Anlage wurde daher nur unter der Bedingung zugestimmt, dass sichergestellt werden kann, dass eine Gefährdung des Grundwassers infolge des Austretens der Wärmeträgerflüssigkeit ausgeschlossen ist. Daraus ergaben sich erhöhte, konstruktive Anforderungen bei der Planung der Tunnelkonstruktion und der Konstruktion der Geothermieanlage. Diese waren u. a. der Schutz der Rohrleitungen im Bau- und im Endzustand sowie die Verlegung der Rohre in und durch die wasserundurchlässige Innenschale. Der Wärmeaustausch erfolgt über Absorberleitungen, die im Gewölbe zwischen der Spritzbetonaußenschale und der Ortbetoninnenschale liegen. In den Tunnelblöcken wurden Nischen angeordnet, in denen Kästen für die Modulverteiler, Armaturen, Regler sowie die Instrumente der Mess- und Regelungstechnik untergebracht sind. Zur Erfassung und Überwachung der Betriebstemperaturen wurde in jeder Tunnelröhre zusätzlich ein Temperaturmessquerschnitt vorgesehen, der die Temperatur der Innenschale und die des Untergrunds aufzeichnet. Die detaillierten Messergebnisse ermöglichen neben der Überwachung und Steuerung der Geothermieanlage auch die wissenschaftliche Erforschung der Zusammenhänge zwischen Lufttemperatur, Bodentemperatur und der Energiegewinnung über die gesamte Lebensdauer der Anlage.

Shallow geothermal energy now provides an essential contribution to the base load of heating energy. The thermal activation of tunnels is an interesting alternative and an economically appropriate supplement to the present hybrid systems in the field of ground engineering. An essential difference between the tunnel absorber and structures such as activated piles and diaphragm wall elements is the use of heat fluxes from the ground, as well as from the inside of the tunnel. Due to this circumstance, the tunnel absorber is assigned to the group of the duo-hybrid systems. The tunnel air temperature is essential for the heat flux inside the tunnel. Stuttgart-Fasanenhof and Jenbach are two geothermal tunnel plants which have been delivering dependable measurement data of the subsoil temperature, the tunnel lining temperature and the tunnel air temperature for four years. Based on the selected operation modes and case studies, the measurement results are analyzed and discussed. In addition, the possible geothermal potential of a geothermal tunnel system is introduced.
Oberflächennahe Geothermie leistet mittlerweile einen wesentlichen Beitrag zur Grundlastversorgung mit Wärmeenergie. Die thermische Aktivierung von Tunneln ist eine interessante Alternative und ökonomisch sinnvolle Ergänzung der bisherigen Hybridsysteme des Spezialtiefbaus. Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal des Tunnelabsorbers gegenüber z. B. aktivierten Pfählen oder Schlitzwandelementen ist die Nutzung von Wärmeströmen sowohl aus dem Erdreich als auch aus der Tunnelluft. Damit ist der Tunnelabsorber in die Gruppe der Duo-Hybrid-Systeme einzuordnen. Wesentlich für den Wärmestrom aus dem Tunnelinneren ist die Tunnellufttemperatur. Mit den Tunneln Stuttgart-Fasanenhof und Jenbach existieren zwei Tunnelgeothermieanlagen, die seit nunmehr vier Jahren verlässliche Messdaten zu Baugrund-, Tunnelschalen- und Tunnellufttemperatur liefern. An ausgesuchten Betriebsphasen und Modellstudien werden Messergebnisse analysiert und diskutiert sowie das mögliche tunnelgeothermische Potenzial vorgestellt.

The research study was intended to investigate the potential use of geothermal energy power plants in subsurface infrastructure such as tunnels and active or closed mines. The aims of the study was to examine the geological and geothermal conditions of a tunnel and a mine to survey the drilling technologies and necessary infrastructures for the drilling of deep boreholes as well as to determine rock, operating and process parameters and safety aspects in case of subsurface structures. The results are given in an evaluation matrix, which assembles the collected data and describes the specific boundary conditions of the tunnel projects and the mine as well as the risks of project Implementation.
Das Forschungsprojekt untersuchte das Nutzungspotenzial von Tiefengeothermiekraftwerken für untertägige Infrastrukturen wie Tunnelbauwerke und aktive oder auch stillgelegte Bergbaustrukturen. Ziel des Projekts war, die geologischen und geothermischen Standortbedingungen an einem ausgewählten Tunnelbauwerk und einer aktiven untertägigen Bergbauanlage zu überprüfen, die Bohrtechnologien und die Bereitstellung der notwendigen Infrastrukturen zum Abteufen von Tiefenbohrungen zu erheben und auch Gebirgs-, Betriebs- und Prozessparameter und Sicherheitsaspekte zu erfassen, die sich im Spezialfall von Untertageanlagen ergeben. Die Ergebnisse fanden Eingang in eine Bewertungsmatrix, die sich aus den erhobenen Daten, welche die konkreten Randbedingungen der Projekte aufzeigen, sowie die Risiken einer Projektumsetzung beschreiben.

The overall economics of a geothermal project are basically governed by the formation temperature gradient and the productivity of the reservoir. At the Chair of Petroleum and Geothermal Energy Recovery, a simulator has been developed considering different well geometries and casing strings or liner completions as well as total or partial cementation. In order to optimize heat transfer or to minimize losses, various tubing types like gas- or vacuum isolated pipes as well as relined or outside coated pipes can be simulated. The program also allows the simulation of transient states as well as the circulation of various media with various rates in closed systems. This enables the optimisation of energy recovery by simulating various materials and circulation rates over a long term, which is essential for the evaluation of the economical limits and energy efficiency of a geothermal project. The program can also be used for the simulation of oil and gas production since the conservation of energy results in less friction losses and higher flow velocities in gas wells which finally results in better deliquification behaviour.
Die Wirtschaftlichkeit eines geothermischen Projekts wird im Wesentlichen durch den Temperaturgradienten und die Produktivität der Lagerstätte bestimmt. Am Chair of Petroleum and Geothermal Energy Recovery der Montanuniversität Leoben wurde in den vergangenen Jahren ein Simulator entwickelt, der die Modellierung geothermischer Vorgänge im Bohrloch erlaubt. Ziel dieser Arbeit ist die Simulation der Wärmeverluste auf dem Weg von der Lagerstätte nach Obertage unter Berücksichtigung verschiedener Bohrlochgeometrien als auch Tagesrohrtouren oder Linerkomplettierungen samt deren vollständigen oder partiellen Zementation.
Um den Wärmetransport zu optimieren bzw. die Verluste zu minimieren, werden verschiedene Materialien der Steigrohre, wie gas- oder vakuumisolierte Rohre, aber auch innen und/oder außen isolierte Tübbinge behandelt. Das Programm ist für transiente Simulation sowie die Zirkulation verschiedener Medien mit variabler Zirkulationsrate in einem geschlossenen System ausgelegt. So kann die optimale Energieausbeute unter Verwendung verschiedenster Materialien und Zirkulationsraten über einen langen Beobachtungszeitraum simuliert werden, was wiederum die Basis für die Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz geothermaler Projekte darstellt. Das Programm wird aber auch für die Simulation von Erdöl- und Erdgasförderung herangezogen, zumal durch die Energiekonservierung die Reibungsdruckverluste wesentlich geringer sind, bei Gassonden die Fließgeschwindigkeit höher ist und somit die Austragfähigkeit von Flüssigkeiten aus der Sonde verbessert werden kann.

In the former quarry near Spitz many rockslides have occurred during operation as well as after closure. They endangered a railway, the Wachau-bicycle route, an important road and the left Danube river bank. Therefore, a protection embankment and a rock fall fence were constructed as well as a monitoring system installed automatically closing all traffic routes, when rock face displacements are exceeding a threshold. In order to clarify the need for risk reduction measures, the hazard caused by the former quarry near Spitz was investigated by
- Analyses of weather - and of occurrences statistics (when did rock slides occur for which reasons?) in order to assess the probability of future rock slides,
- Geomechanical analyses of occurred and of possible future rock detachments and
- Analyses of existing deposits and simulations of possible future rock slides in order to estimate the damage caused by these slides.
The results of these investigations and the subsequent conclusions are described.
Im ehemaligen Tagebau Spitz a. d. Donau ereigneten sich in der Vergangenheit sowohl während des Abbaus als auch nach dessen Stilllegung zahlreiche Felsstürze. Diese bedrohten die Wachau-Bahn, den Wachau-Radweg, die Wachau-Bundesstraße und das linksseitige Donauufer. Deshalb wurden ein Schutzdamm geschüttet, ein Steinschlagschutzzaun errichtet und ein Monitoring-Programm installiert, das bei Gefahr (bei größeren Verschiebungen) automatisch eine Sperre der Verkehrswege auslöst. Um die Notwendigkeit weiterer Maßnahmen zur Reduktion des Risikos abzuklären, wurde die vom ehemaligen Tagebau Spitz a. d. Donau ausgehende Gefahr analysiert. Dies geschah in Form von
- Analysen der Wetter- und Ereignisstatistiken (wann ereigneten sich warum Felsstürze), um die Wahrscheinlichkeit weiterer Felsstürze abzuschätzen,
- Geomechanischen Analysen früherer Ablösungen sowie Analysen möglicher zukünftiger Ablösungen und
- Analysen früherer Ablagerungen und Simulationen möglicher zukünftiger Absturzszenarien, um den durch diese Szenarien verursachten Schaden abzuschätzen.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen und die Schlussfolgerungen daraus werden beschrieben.