The Paierdorf ventilation facility is a part and a preparatory contract for the Koralm Tunnel KAT 3 contract, and is situated approximately 3.7 km from the western portal. It consists of a vertical 120 m deep shaft, an 88 m long expanded section of the south tunnel, access tunnel/TBM entry cavern, an approximately 100 m section in the north tunnel and a ventilation tunnel having a length of around 93 m. The shaft, the access tunnel and the top heading of the south tunnel had already been constructed during the extended exploratory programme of the Koralm Tunnel. The TBM entry cavern, the segment of the north tunnel as well as the section in the south tunnel and the ventilation tunnel were then added in 2012. The ventilation tunnel crosses over the south tunnel with a minimal separation of 2.8 m and connects to the vertical shaft.
This geometrical arrangement results in complex geometry of the underground structure and complex geotechnical interaction between the parts. This paper concentrates on the prediction of system behaviour in the design phase with 2D and 3D numerical calculations and the comparison of predicted with observed behaviour during construction.
Das Lüftungsbauwerk Paierdorf - Teil des Koralmtunnels und vorgezogenes Baulos zum Hauptbaulos KAT 3 - befindet sich rund 3,7 km vom Westportal entfernt. Es besteht aus einem 120 m tiefen Schacht, einem rund 88 m langen aufzuweitenden Abschnitt in der Südröhre, einem Zugangstunnel bzw. einer TVM-Einfahrkaverne, einem rund 100 m langen Abschnitt in der Nordröhre und dem ca. 93 m langen Lüftungstunnel. Der Schacht, der Zugangstunnel und die Kalotte der Südröhre wurden bereits während des weiterführenden Erkundungsprogamms errichtet. Die Einfahrkaverne, der Abschnitt in der Nordröhre sowie die Aufweitung in der Südröhre und der Lüftungstunnel wurden im Zuge der Bauarbeiten im Jahr 2012 aufgefahren. Der Lüftungstunnel kreuzt die Südröhre in einem Vertikalabstand von rund 2,8 m und verbindet die Nordröhre mit dem Lüftungsschacht.
Die geometrische Anordnung aller Bauwerksteile resultiert in einer komplexen Geometrie und einer komplexen geotechnischen Wechselwirkung zwischen den genannten Teilen. Der Beitrag konzentriert sich auf die Vorhersage des Systemverhaltens in der Planungsphase mittels numerischer 2D- und 3D-FE-Berechnungen und den Vergleich zwischen dem prognostizierten und beobachteten Verhalten in der Phase der Bauausführung.

The New Semmering Base Tunnel (SBTn) has been designed with a flat gradient to meet the requirement for uniform high-speed rail infrastructure for the new Südbahn line, which is considered an internationally significant transport corridor for Austria as an industrial location. The 27.3 km tunnel is divided into a number of construction sections with separate contracts due to the geological and hydrogeological conditions. In addition to the tunnel drives from the Gloggnitz portal, the tunnel will also be driven from three intermediate starting points. The individual tunnelling contracts will be started at intervals of about one year. The first tunnelling contract starts in 2014 in the Fröschnitzgraben, the drives in Gloggnitz and the intermediate starting point at Göstritz in 2015 and the tunnel drive in Grautschenhof from 2016. From 2021, when all tunnelling works have been completed and the structure of the two running tunnels has been completed, the installation of the tunnel equipment will start. Opening for service is intended for the end of 2014.
Der Semmering-Basistunnel neu (SBTn) wurde gemäß den Vorgaben zur Bereitstellung einer einheitlich leistungsfähigen Eisenbahninfrastruktur für die neue Südbahn, die als international bedeutende Verkehrsachse für den Wirtschaftsstandort Österreich gilt, mit einer flachen Neigung konzipiert. Der 27,3 km lange Tunnel wird aufgrund der geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse sowie der baulogistischen und tunnelbautechnischen Anforderungen in mehreren Bauabschnitten mit unterschiedlichen Baulosen errichtet. Neben den Vortrieben vom Portal Gloggnitz wird der Tunnel über drei Zwischenangriffe aufgefahren. Die einzelnen Tunnelbaulose werden gestaffelt in Abständen von etwa einem Jahr begonnen. Das erste Tunnelbaulos startet 2014 im Fröschnitzgraben, 2015 beginnen die Vortriebe in Gloggnitz und beim Zwischenangriff Göstritz, ab 2016 erfolgt der Tunnelvortrieb in Grautschenhof. Ab 2021, wenn alle Vortriebsarbeiten abgeschlossen und die beiden Tunnelröhren im Rohbau durchgängig fertiggestellt sind, beginnt der Einbau der Tunnelausrüstung. Die Inbetriebnahme ist Ende 2024 vorgesehen.

Extensive preparatory works for the new Semmering Base Tunnel (SBTn) project have been underway in Styria since March 2012 and in Niederösterreich since April 2012, in numerous construction sections and contracts. In the Gloggnitz construction section (PGG) on contract PGG1, one of six contracts in Gloggnitz, the works included two rail bridges, two trough structures, one road bridge, various flood protection works, a landfill for excavated spoil and three lifts at Gloggnitz station. The contract also dealt with landscaping for land rehabilitation and the site facilities area. In the construction section Tunnel Fröschnitzgraben (SBT2), contracts SBT2.2 and SBT2.3 include a drinking water supply plant, the infrastructure for the site facilities area at Fröschnitzgraben, a temporary site access road from the S06 Semmering Schnellstraße, two site roads, improvement of the L117 Pfaffensattelstraße, noise protection measures and extensive preparations for the landfill site in the Longsgraben. The section with contracts SBT2.5 and SBT2.4 also made extensive felling work and planting and reforestation necessary. On contract PGG1, an extensive slope cutting was formed for the construction of the Gloggnitz Portal area, and contract SBT2.3 constructed extensive embankments as reinforced earth retaining structures. Geotechnical safety management is applied to ensure the geotechnically safe and economic implementation of these measures.
Seit März 2012 laufen auf der steirischen Seite und seit April 2012 auf der niederösterreichischen Seite bereits in mehreren Bauabschnitten bzw. Baulosen umfangreiche Vorarbeiten für das Projekt Semmering-Basistunnel neu (SBTn). Im Bauabschnitt Gloggnitz (PGG) im Baulos PGG1, einem von sechs Baulosen in Gloggnitz, werden hierbei unter anderem zwei Eisenbahnbrücken, zwei Wannenbauwerke, eine Straßenbrücke, vielfältige Hochwasserschutzmaßnahmen, eine Aushubdeponie sowie drei Liftanlagen im Bahnhof Gloggnitz errichtet. Ebenso werden im Zuge dieses Bauloses der Landschaftsbau zur Renaturierung und die Baustelleneinrichtungsflächen umgesetzt. Im Bauabschnitt Tunnel Fröschnitzgraben (SBT2) werden mit den Baulosen SBT2.2 und SBT2.3 unter anderem eine Trinkwasserversorgungsanlage, die Infrastruktur der Baustelleneinrichtungsfläche Fröschnitzgraben, eine temporäre Baustellenzufahrt von der S06 Semmering Schnellstraße, zwei Baustraßen, eine Regenerierung der L117 Pfaffensattelstraße, Lärmschutzmaßnahmen sowie umfangreiche Vorarbeiten für die Deponie im Longsgraben realisiert. Weiters sind im Bauabschnitt mit den Baulosen SBT2.5 und SBT2.4 umfangreiche Schlägerungsarbeiten sowie Bepflanzungs- und Aufforstungsarbeiten erforderlich. Im Baulos PGG1 erfolgte die Herstellung eines umfangreichen Hangeinschnitts für die Errichtung des Portalbereichs Gloggnitz, im Baulos SBT2.3 werden Dämme als Bewehrte-Erde-Stützkonstruktionen im großen Umfang errichtet. Für die geotechnisch sichere und wirtschaftliche Umsetzung dieser Maßnahmen wird ein geotechnisches Sicherheitsmanagement angewendet.

The first call for tenders for the three tunnelling contracts of the New Semmering Base Tunnel is one of the highest value tendering processes in the Second Austrian Republic. The enormous magnitude of the construction works and access and development of the site for the tunnelling works represent a great logistical challenge. This situation also had to be considered in the form of contract.
Die erste Ausschreibung für die drei Tunnelbaulose des Semmering-Basistunnels neu ist eines der höchsten Vergabeverfahren der Zweiten Republik. Der enorme Bauumfang sowie die Erschließung der Baustelle und der Vortriebe stellen eine große logistische Herausforderung dar. Diesem Umstand musste auch in der Vertragsgestaltung Rechnung getragen werden.

Major tunnel projects like the new Semmering Base Tunnel require intensive design work long before construction can start. Design work is based on basic surveying, which is subject to particular requirements on major projects of engineering geodesy. The most important basis is a homogeneous and stress-free basic control network for position and height, represented by suitable stabilised points. The conception and implementation of this basic control network poses stringent requirements for the surveyor. On the one hand, great precision and reliability are required, and on the other hand design requirements have to be considered along with the numerous geodetic and geophysical considerations. The most challenging work, which has to be undertaken above ground for the later tunnelling works, is described in detail in this article
Große Tunnelbauvorhaben wie der neue Semmering Basistunnel erfordern bereits lange vor der Realisierung intensive Planungsarbeiten. Grundlage für alle Planungstätigkeiten sind Vermessungsgrundlagen, an die bei ingenieurgeodätischen Großprojekten besondere Anforderungen gestellt werden. Die wichtigste Basis ist ein homogenes und spannungsfreies Grundlagennetz in Lage und Höhe, das durch geeignet stabilisierte Punkte repräsentiert wird. Die Konzeption und Realisierung dieses Grundlagennetzes stellt hohe Anforderungen an den Vermessungsingenieur. Zum einen ist höchste Präzision und Zuverlässigkeit gefordert, zum anderen sind neben zahlreichen geodätischen und geophysikalischen Rahmenbedingungen auch Vorgaben aus der Projektierung zu berücksichtigen. Die herausfordernden Arbeiten, die bei der übertägigen Grundlagenvermessung für den späteren Tunnelvortrieb notwendig sind, werden in diesem Beitrag ausführlich dokumentiert.

The loading on the tools of a TBM can usually only be estimated through the global thrust force, which gives a typical force of about 250 kN for 17” discs. The actual loading is however highly variable, with peak loads that can be many times the nominal load. In the present paper the development and implementation of a method is presented, which makes it possible to measure disc forces in-situ and in real time. It turns out that the measured forces are unevenly distributed over the area of the face and can be correlated with geological/geotechnical features in the face. Furthermore, a method is presented which makes it possible to document the face photographically. Single images or videos are combined to an overall image by means of digital image processing. The quality of the pictures obtained in this way can provide a significant improvement of the geological documentation of TBM drives.
Die Belastungen von TBM-Abbauwerkzeugen können in der Regel nur über die globale Vorschubkraft abgeschätzt werden, woraus sich eine durchschnittliche Anpresskraft von etwa 250 kN für 17”-Disken ergibt. Die tatsächliche Belastung ist jedoch stark ungleichmäßig mit Spitzenkräften, die ein Vielfaches der nominellen Last betragen können. Im vorliegenden Beitrag wird die Entwicklung und Implementierung einer Messmethodik vorgestellt, die es ermöglicht Diskenkräfte in situ und in Echtzeit zu messen. Es zeigt sich, dass die gemessenen Kräfte ungleich über die Ortsbrust verteilt sind und mit geologisch/geotechnischen Merkmalen der Ortsbrust korreliert werden können. Darüber hinaus wird eine Methodik präsentiert, die es ermöglicht, die Ortsbrust fotografisch zu dokumentieren. Dabei werden einzelne Bilder oder Videos mittels Methoden der digitalen Bildverarbeitung zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Die Qualität der Bilder ist geeignet, die geologische Dokumentation bei TBM-Vortrieben wesentlich zu verbessern.

In very long rail tunnels (> 20 km), emergency stations (NHS) are provided for trains to stop in case of an incident. Emergency stations are constructionally detailed and equipped so that the passengers can be evacuated quickly and safely in case of an incident such as a fire in a train. Such emergency stations are provided in the existing Lötschberg Base Tunnel (CH, opened 2007) and similar tunnels that are currently under construction, the Gotthard Base Tunnel (CH), Brenner Base Tunnel (A), new Semmering Base Tunnel (A) and Koralm Tunnel (A). The present article compares and explains in detail the ventilation and safety aspects of emergency stations and the construction detailing, ventilation and safety equipment, which have to be considered in the design of an emergency station.
In sehr langen Eisenbahntunneln (> 20 km) werden sogenannte Nothaltestellen (NHS) für den störungsbedingten Halt eines Zugs vorgesehen. Die NHS sind baulich und technisch so ausgestattet, dass im Störungsfall, z.B. bei Zugbrand, eine rasche und sichere Evakuation von Fahrgästen ermöglicht wird. Im bestehenden Lötschberg Basistunnel (CH, Inbetriebnahme 2007) sowie den sich im Bau befindlichen Gotthard Basistunnel (CH), Brenner Basistunnel (A), Semmering Basistunnel neu (A) und Koralmtunnel (A) sind solche NHS vorgesehen. Im vorliegenden Beitrag erfolgt eine Gegenüberstellung der baulichen und lüftungs- bzw. sicherheitstechnischen Ausgestaltung der NHS. Die projektspezifischen Randbedingungen und Vorgaben, die bei der Planung der NHS berücksichtigt werden mussten, werden im Detail erläutert.

Scaling of tunnel drainage systems comprises complex reaction mechanisms, which are essentially caused by the interaction of water with cement-based materials and the atmosphere. The resulting precipitation of CaCO3 in the drainage is an economically highly challenging task for tunnel operators with respect to maintenance and cleaning action. Hydrochemical modelling is used to decipher reaction mechanisms and thus to provide quantifications, which are required to develop monitoring tools, like in-situ alert systems, and prevention strategies, like application of low-eluting shotcrete and inhibitors.
Die Versinterung von Tunneldrainagen umfasst komplexe Reaktionsvorgänge, die sich im Wesentlichen auf die Wechselwirkung von Wässern mit zementgebundenen Materialien und der Atmosphäre beziehen. Die hieraus resultierende Abscheidung von CaCO3 in den Dränagen stellt aufgrund von Instandhaltungs- und Reinigungsarbeiten eine große ökonomische Herausforderung für den Tunnelbetreiber dar. Hydrochemische Modellierungen ermöglichen es, Reaktionsabläufe zu erkennen und Bilanzierungen durchzuführen, welche die Voraussetzung für die Entwicklung von Monitoring-Werkzeugen, wie In-situ-Sinter-Wächtern, und von Präventionsstrategien, wie die Anwendung von eluatarmen Spritzbetonsorten und geeigneten Inhibitoren, darstellen.

The recently completed Niagara Tunnel Facility Project in the province of Ontario in Canada is an extension of the Sir Adam Beck hydropower station originally built in the 19th century. The project includes the construction of a diversion tunnel to supply the existing hydropower station with an additional 500 m3 of water per second. The long-term stability of the unreinforced concrete lining is assured by a passive prestressed concrete lining according to the principles of Seeber. The operational water pressures reach 13 bar at the deepest point of the tunnel. In order to be able to monitor the slight deformations of the lining in the course of the prestressing process, an innovatively thought-out method of surveying had to be developed. The results of the deformation and long-term monitoring are presented.
Das kürzlich fertiggestellte Niagara Tunnel Facility Projekt in der Provinz Ontario in Kanada ist eine Erweiterung des im 19. Jahrhundert erbauten Sir Adam Beck Wasserkraftwerks. Das Projekt umfasst den Bau eines Umleitungsstollens, der das bestehende Wasserkraftwerk mit zusätzlichen 500 m3 Wasser pro Sekunde speist. Für die langfristige Stabilität der unbewehrten Betonschale wird die Schale nach dem Prinzip der passiven Vorspannung nach Seeber vorgespannt. Die betrieblichen Wasserdrücke erreichen am tiefsten Punkt des Tunnels rund 13 bar. Um die geringen Verformungen der Schale im Zuge des Vorspannungsprozesses messtechnisch überwachen zu können, musste eine innovative Vermessungsmethode entwickelt werden. Ergebnisse der Verformungs- und der Langzeitmessung werden vorgestellt.

The pressure tunnels of Alpine hydropower stations have been designed for a long lifetime and often give good service for long periods, making no further measures necessary except for regular maintenance. But in some pressure tunnels, damage to the lining has been discovered after some decades of use and this leads to repair works of varying extent. The article gives an overview of the damage patterns and the repairs, with serveral examples.
Die Druckstollen alpiner Wasserkraftwerke sind für eine lange Lebensdauer konzipiert und stehen in vielen Fällen über einen langen Zeitraum klaglos in Betrieb, sodass neben der regulären Instandhaltung keine weiteren Maßnahmen erforderlich sind. Bei manchen Druckstollen ist nach einer Nutzungsdauer von mehreren Jahrzehnten die Entwicklung von Schäden an der Auskleidung festzustellen, die zu Sanierungen unterschiedlichen Umfangs führen. Der Beitrag gibt einen Überblick über die Schadensbilder und die Sanierungen, wofür mehrere Beispiele angeführt werden.

The Beles Multipurpose Project, with a total installed capacity of 460 MW, is located in the Lake Tana region in the northwest of Ethiopia. The headrace system consists of the low pressure headrace tunnel and a 270 m deep vertical shaft with a power cavern at its lower end. A tailrace tunnel transports the turbine water to the Beles river where it is used again for agricultural purposes.
The entire tunnel length of the tailrace tunnel and most of the length of the headrace tunnel encountered various types of volcanic rock at an overburden between 50 and 370 m. This volcanic section of 17.5 km length was excavated by a hard rock double shield TBM and lined with an “open” segmental lining. Control of water loss and water ingress had to be achieved through the permeability characteristics of the surrounding rock, the hydrogeological conditions and by means of grouting where required.
The intake area is characterised by Quaternary lacustrine deposits over a length of about 1,600 m at an overburden up to a maximum of 120 m. For this lacustrine section, the DS-TBM was modified to run in a semi-EPB mode and the requirements to withstand pressurized backfilling were to be achieved by a gasket-sealed segmental lining.
Das Wasserkraftwerk Beles, mit einer Leistung von 460 MW, befindet sich im Nordwesten Äthiopiens in der Region des Tana Sees am Ursprung des Blauen Nils. Die oberwasserseitige Triebwasserführung umfasst den Druckstollen, einen 270 m tiefen vertikalen Druckschacht und ein Kavernenkrafthaus. Daran schließt der Unterwasserstollen an, der das Triebwasser zum Fluss Beles ausleitet, wo dieses zusätzlich für landwirtschaftliche Zwecke genutzt wird.
Mit dem gesamten Unterwasserstollen sowie mit dem Großteil des Druckstollens wurden auf einer Länge von etwa 17,5 km vulkanische Gesteine durchörtert, bei Überlagerungshöhen zwischen etwa 50 und 370 m. Die vulkanischen Gesteine wurden mit Hartgesteins-Tunnelbohrmaschinen aufgefahren und mit einer “offenen”, nicht gedichteten Fertigteilauskleidung ausgekleidet. Für die Begrenzung der Wasserzutritte und der Wasserverluste wurden soweit wie möglich die vorhandenen Gebirgseigenschaften betreffend Bergwasserdruck und Gebirgsdurchlässigkeit genutzt. Wo erforderlich wurden Gebirgsinjektionen eingesetzt, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Ein kurzer oberwasserseitiger Tunnelabschnitt im Anschluss an den Tana See durchörterte auf einer Länge von ca. 1.600 m lakustrine Sedimente bei Überlagerungshöhen bis zu 120 m. Für diesen Abschnitt wurde die Doppelschild-TBM auf einen Semi-Erddruckmodus umgerüstet, und es wurden gedichtete Fertigteile mit einer unter Druck eingebrachter Ringspaltverfüllung eingesetzt.

The “KW Bärenwerk” power station project is currently being implemented by the Salzburg AG. This article reports in detail how extensive surveys of the existing condition formed the basis for innovative decisions making by the company. The investigations carried out above and below ground in the period 2009-2010 were the basis for an objective consideration of the decision whether to repair the existing tunnel system or construct a new tunnel.
First the power station and its current facilities are described, with particular emphasis on the headrace and headrace tunnel. The investigations and analyses are also described in detail, and how the knowledge gained was used in the design process. A possible decision-making process is described, with a comparison of the most important features in order to differentiate between repair and new construction. The report ends with the state of the works that are currently underway.
In diesem Beitrag wird an einem derzeit in Realisierung befindlichem Kraftwerksprojekt “KW Bärenwerk” der Salzburg AG ausführlich dargelegt, wie eine umfassende Bestandserhebung die Grundlage zu einer richtungsweisenden Unternehmensentscheidungen bilden kann. Die unter- sowie obertägig im Zeitraum von 2009 und 2010 durchgeführten Untersuchungen waren die Basis für eine objektive Betrachtungsweise der beiden möglichen Entscheidungswege einer Sanierung des bestehenden Stollensystems oder eines Stollenneubaus.
Einleitend werden das Kraftwerk mit seinen Anlagenteilen und die Ist-Situation erläutert, wobei speziell auf den Triebwasserweg bzw. den Triebwasserstollen eingegangen wird. Weiter werden die Untersuchungen und Analysen detailliert beschrieben und die daraus gewonnen Erkenntnisse in die Planung übertragen. Es wird ein möglicher Weg des Entscheidungsprozesses gezeigt und dazu anhand einer Gegenüberstellung der wesentlichsten Entscheidungskriterien die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale der Sanierung bzw. des Neubaus des Druckstollens dargelegt. Der Bericht schließt mit dem Stand der tatsächlich durchgeführten Arbeiten.

The penstock and the surge tank are being renewed at the two existing hydropower stations of Tiwag (Tiroler Wasserkraft AG) in the Kaunertal valley. The core of the works is the bored pressure shaft about 1,430 m long with an excavation diameter of 5.54 m and armourings of 4.3 m diameter, which is being installed inside a segment lining. When a tunnel is continuously bored by a shield TBM, the system restricts the scope for reaction to changes in rock mass behaviour. Special measures outside normal operation are expensive and time-consuming. In geomechanically difficult sections of the tunnel, the situation has to be assessed continuously to establish whether the expected ground conditions could significantly disrupt the tunnelling system. For this purpose, hammer drilling was undertaken systematically during the advance and seismic investigations were carried out, as well as core drilling.
In order to achieve a secure mechanical connection between the steel lining or the concrete lining and the surrounding rock mass and activate the load-bearing capacity of the rock mass, grouting of the rock mass as well as contact and gap grouting are performed for the steel-lined sections and the concrete-lined surge tank riser shaft. The grouting of the rock mass immediately after the completion of the shaft drive is carried out according to the GIN method with a defined hole pattern and based on extensive tests. The results are systematically evaluated by the start of the contact and gap grouting after the installation of the steel lining.
Beim bestehenden Kaunertalkraftwerk der Tiwag (Tiroler Wasserkraft AG) werden der Kraftabstieg und das Wasserschloss neu gebaut. Das Herzstück ist ein gebohrter ca. 1.430 m langer Druckschacht mit einem Ausbruchdurchmesser von 5,54 m und einer Panzerung von 4,3 m Durchmesser, die innerhalb einer Tübbingauskleidung errichtet wird. Bei einem kontinuierlichen Vortrieb mit Schildmaschinen gibt es systembedingt nur eingeschränkte Reaktionsmöglichkeiten auf Änderungen im Gebirgsverhalten. Sondermaßnahmen, die außerhalb des Regelvortriebs liegen, sind kosten- und zeitintensiv. In geomechanisch schwierigen Vortriebsabschnitten gilt es laufend zu beurteilen, ob die zu erwartenden Gebirgsverhältnisse das Vortriebssystem maßgeblich stören können. Zu diesem Zweck wurden systematisch vortriebsbegleitende Drehschlagbohrungen und seismische Erkundungen durchgeführt sowie Kernbohrungen angeordnet.
Um eine kraftschlüssige Verbindung der Stahlpanzerung oder der Betonauskleidung mit dem umliegenden Gebirge zu erreichen und die Tragfähigkeit des Gebirges zu aktivieren, sind für die stahlgepanzerten Strecken und dem betonausgekleideten Wasserschloss-Steigschacht sowohl Gebirgsinjektionen als auch Kontakt- und Spaltinjektionen vorgesehen. Die unmittelbar nach Vortriebsende angeordneten Gebirgsinjektionen werden nach dem Prinzip der GIN-Methode über ein definiertes Bohrlochraster und auf Grundlage von umfangreichen Tests ausgeführt. Die systematische Auswertung der Ergebnisse erfolgt bis zum Beginn der Kontakt- und Spaltinjektion im Anschluss an den Einbau der Panzerung.

For the highly loaded pressure tunnels and shafts that are used for the extension of storage power plants with pumped storage and to increase installed capacity, alignments of the waterway system with high overburden are of great importance from the economical and safety points of view. With the development of the raise-boring method, vertical pressure shafts can now be drilled up to 800 m in one step.
Considering rock cover, the use of vertical pressure shafts can enable optimal alignments. If the vertical shaft is located deep enough in the rock mass and safety against hydraulic jacking can be ensured, no steel liner is required in the shaft as long as rock permeability is low, and a reinforced concrete lining is sufficient. This is designed in order to limit crack widths and thus keep water losses below acceptable values. In view of highly increasing steel prices, such a concept results in economic and competitive pumped-storage projects.
Bei hochbeanspruchten Druckstollen und Druckschächten, wie diese bei der Erweiterung von Speicherkraftwerken mit Pumpspeicherwerken und durch Leistungserhöhungen vorkommen, sind tiefliegende Linienführungen der Triebwassersysteme aus wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Gründen von größter Bedeutung. Mit der Entwicklung des Raise-Boring-Verfahrens können heute Vertikalschächte bis gegen 800 m in einer einzigen Etappe ausgeführt werden. Dadurch ergeben sich bezüglich Felsüberdeckung optimale Linienführungen. Falls der Schacht genügend tief im Gebirge angeordnet wird und somit die Sicherheit gegen hydraulischen Gebirgsbruch gewährleistet ist, kann bei wenig durchlässigen Felsformationen auf eine Stahlpanzerung verzichtet werden. Eine bewehrte Betonauskleidung ist ausreichend, deren Bewehrung so bemessen ist, dass die Rissweiten und somit die Wasserverluste auf zulässige Werte beschränkt werden. Anbetracht der stark angestiegenen Stahlpreisen führt dieses Konzept zu wirtschaftlichen und konkurrenzfähigen Pumpspeicherwerkprojekten.

For the construction of the Metro B1 line in Rome, special settlement reduction measures were implemented for settlement-sensitive structures beside deep excavations with depths of up to 45 m. These measures were necessary due to the excavation of tunnels with 6.8 and 9.8 m diameter under challenging soil and groundwater conditions. The originally designed jet grouting bodies were replaced by compensation grouting. This enabled all works to be performed from eight shafts (maximum 24 m depth), limiting the public space requirement. The efficiency of compensation grouting was demonstrated in two full-scale field trials and the advantages of active settlement compensation were proved during tunnel excavation.
Für den Bau der Metro B1 in Rom wurden neben bis zu 45 m tiefen Baugruben auch Sondermaßnahmen zur Setzungsreduktion für verformungsempfindliche Bauwerke realisiert. Diese Maßnahmen waren aufgrund des Vortriebs von Tunneln mit einem Durchmesser von 6,8 bzw. 9,8 m unter anspruchsvollen Boden- und Grundwasserverhältnissen erforderlich. Die im Amtsentwurf geplanten DSV-Arbeiten wurden durch Kompensationsinjektionen ersetzt. Dadurch konnten die Arbeiten aus acht Schächten (max. 24 m Tiefe) ausgeführt werden, wodurch sich ein geringer Bedarf an öffentlichen Flächen ergab. Die Effizienz der Injektionen konnte anhand von zwei großmaßstäblichen Feldversuchen gezeigt und die Vorteile eines aktiven Setzungsausgleichs während der eigentlichen Tunneldurchfahrt bestätigt werden.

The new metro line in Thessaloniki includes, besides the excavation of two twin tunnels, the construction of 13 stations with central platform in settlement-reducing top-to-down construction method. Due to restrictions in available space, it was necessary to dispense with the construction of an inner shell. Further constraints were the soft and highly inhomogeneous soil, the large excavation depths in groundwater, and the earthquake-resistant design of the structures. The special foundation works executed for permanent uplift safety as well for the soil strengthening in front of the excavation walls are described for representative stations.
Die neue U-Bahn in Thessaloniki umfasst, neben dem Schildvortrieb zweier Röhren, die Errichtung von 13 Bahnhöfen mit zentralem Bahnsteig in verformungsarmer Deckelbauweise. Wegen der engen Platzverhältnisse musste dabei auf eine Innenschale verzichtet werden. Weitere erschwerende Randbedingungen sind der weiche, stark inhomogene Untergrund, die große Aushubtiefe im Grundwasser und die erdbebengerechte Auslegung der Tragkonstruktion. Für typische Bahnhöfe werden die Spezialtiefbaumaßnahmen zur dauerhaften Auftriebssicherung sowie zur Verstärkung des Fußwiderlagers der tiefen Baugruben vorgestellt.

The paper describes some of the challenging geotechnical issues related to the redevelopment of a central London site in Tottenham Court Road. The London Underground station is being upgraded, and proposed tunnels of the Crossrail project and the Denmark Place project also have to be accommodated, which led to significant difficulties due to spatial restraints underground. Innovative solutions have been adopted for the design and installation of some of the piles together with an unprecedented low clearance between piles and a running tunnel of the Northern Line and the proposed Crossrail tunnel respectively. For one pile, a D-shaped section had to be chosen due to space limitations in the ground.
Dieser Beitrag beschreibt einige der geotechnischen Herausforderungen bei der Neugestaltung eines zentralen Stadtteils von London, der Tottenham Court Road. Aufgrund der Tatsache, dass neben dem Ausbau der bestehenden U-Bahnstation ein geplanter Crossrail-Tunnel sowie das Projekt Denmark Place in diesem Areal errichtet werden, entstehen erhebliche Schwierigkeiten durch die sehr beengten Platzverhältnissen im Untergrund. Innovative Lösungen in Planung und Herstellung der Pfähle waren erforderlich, wobei ein noch nie dagewesener geringer Abstand zwischen Pfahl und Northern Line Tunnel bzw. dem geplanten Crossrail Tunnel genehmigt wurde. Für einen Pfahl musste aus Platzgründen ein D-förmiger Querschnitt gewählt werden.

An approx. 2.2 km long section of the U5 in the city centre of Berlin is currently under construction to close the gap between the existing underground structures at the Berliner Rotes Rathaus and Brandenburger Tor stations. Construction started early 2012 and the connection between Alexanderplatz and Brandenburger Tor is planned to open in 2019. The alignment starts from the newly built Rotes Rathaus Metro station, passing under the River Spree, the planned new Berliner Schloss and the Spree channel, and then follows the street Unter den Linden before arriving at the Brandenburger Tor. Three new stations have to be constructed at Rotes Rathaus, Museumsinsel and Unter den Linden, with the centrepiece being the Museumsinsel station where ground freezing techniques are being used.
Geplant und derzeit im Bau ist die Herstellung eines ca. 2,2 km langen Lückenschlusses der Trasse zwischen den bestehenden Tunnelanlagen am Berliner Roten Rathaus und der Station Brandenburger Tor. Baubeginn war im Frühjahr 2012. 2019 soll die Verbindung zwischen Alexanderplatz und Brandenburger Tor eröffnet werden. Die Linienführung der Trasse verläuft innerstädtisch von der neu zu errichtenden U-Bahn Station Rotes Rathaus unter der Spree, unterhalb des zukünftigen Neuen Berliner Schlosses und dem Spreekanal entlang der Straße Unter den Linden zum Brandenburger Tor. Die Trasse beinhaltet drei neue Stationen (Rotes Rathaus, Museumsinsel und Unter den Linden). Herzstück ist die Station Museumsinsel, die im Schutz einer Vereisung hergestellt wird.

After more than 30 years of planning, construction of the Biel East city bypass started on 3 December 2007. The biggest challenge of this project was tunnel excavation in a zone of soil-like material with a length of 2 × 1,000 m, with extremely heterogeneous and variable geological conditions. The main tunnels were excavated by an earth pressure balance machine (diameter 12.56 m), and the cross passages (every 300 m) were constructed by conventional tunnelling methods with shotcrete support. In zones where fully saturated sands prevail (“Alte Schwemmsande”), brine ground freezing techniques were used. In order to prevent overloading of the main tunnels due to freezing pressures, these were supported by a combination of steel frames and dowel pins. Back analyses based on measured displacements of the segmental lining led to the conclusion that freezing pressures did not develop to the extent anticipated under the given ground conditions.
Nach über 30-jähriger Planungsgeschichte erfolgte am 3. Dezember 2007 der Spatenstich zur Umfahrung Biel Ostast. Die größten Herausforderungen stellten die Vortriebsarbeiten im Bereich des Lockermaterials dar. Über eine Strecke von fast 2 × 1.000 m zeigten sich die geologischen Verhältnisse äußerst heterogen und stark wechselhaft. Bei der Herstellung der Haupttunnelröhren kam eine Erddruckschildmaschine (-12,56 m) zum Einsatz. Die in einem Abstand von 300 m angeordneten Querschläge wurden in konventioneller Bauweise mit einer Teilschnittmaschine und Spritzbetonsicherung aufgefahren. In den Bereichen der wassergesättigten Schwemmsande bediente man sich der Bodengefriertechnik, wobei das Solegefrierverfahren zur Anwendung kam. Um die bestehenden Haupttunnelröhren vor einer aus dem Eisdruck entstehenden Überbeanspruchung zu schützen, sah man als Sicherungskonzept eine Kombination aus Schubdübel und Stahlrahmen vor. Rückrechnungen im Hinblick auf die wahrgenommenen Verformungen an der Tübbingschale brachten die Erkenntnis, dass die befürchteten Eisdrücke in der vorherrschenden Geologie nur zu einem geringen Maß auftreten.

Special situations can pose an extraordinary degree of difficulty and risk levels when tunnelling in soft ground, formations with soft ground character or at transitions to soft ground, especially when combined with low overburden, urban constraints or fault zones. Dealing with such situations is therefore of vital importance, to identify the situation correctly already during site investigation and design phase in order to derive the appropriate technical measures or approach. In addition, these situations are a particular area of conflict in tunnelling contracts when changes in ground conditions with high risk levels are encountered during execution of the works. The paper deals with circumstances and constraints of high risk situations in connection with soft ground tunnelling according to experience. It tries to identify and explain causal chains and interactions for such situations.
Sondersituationen beim Tunnelvortrieb im Lockergestein bzw. in Formationen mit Lockergesteinscharakter oder Übergängen von Festgestein zu Lockergestein können außerordentliche Schwierigkeitsgrade und Risiken aufweisen, speziell in Bereichen, wo zudem geringe Überlagerung samt Bebauung oder Störungen im Baugrund vorhanden sind. Der Umgang mit derartigen Situationen ist neben den technischen Herausforderungen - nämlich unter anderem bereits bei der Planung die Situation richtig einzuschätzen bzw. überhaupt zu erkennen und dann noch die richtigen Maßnahmen abzuleiten - auch ein besonderes bauvertragliches Spannungsfeld hinsichtlich adäquater Vertragsgestaltung, einschließlich dem Umgang mit geänderten Baugrundbedingungen und Risikolevels bei der Ausführung. Der folgende Artikel erörtert die Umstände und Zwänge von Hochrisikosituationen im Zusammenhang mit Lockergesteinsvortrieben nach gemachten praktischen Erfahrungen. Es wird dabei versucht die Ursachen und Verkettungen zu identifizieren und zu beleuchten.

Indian Strategic Petroleum Reserves Limited has awarded the packages of constructing underground unlined rock caverns for storage of 1.33 and 1.25 MMT of high sulphur crude oil at Visakhapatnam (Andhra Pradesh) and Padur (Karnataka) respectively to Hindustan Construction Company Limited, where-in Geoconsult is engaged for detailed design and site services.
The unlined rock caverns for oil and gas storage call for site characterization in terms of geology, hydro-geology, geochemistry, geomechanics and geotechnics, which in turn facilitates assimilation, assessment and amalgamation of all relevant data to establish an overall geological and/or geotechnical framework for the projects. In general, the construction of an underground unlined rock cavern compriseds five principal activities: (i) geological and/or geotechnical site investigations; (ii) stability assessment; (iii) temporary rock supports design; (iv) excavation and related works; and (v) permanent rock supports re-design according to the observational approach.
This paper outlines (a) the construction stage geological and/or geotechnical investigations to acquire geological/geotechnical data for rock mass quality appraisal as per Q-system and permanent rock support recommendations, (b) design criterion to utilize the rock itself as the principal structural material, to create as little disturbance as possible during the construction stage, and to add only the required supports, and (c) geotechnical instrumentation and monitoring to measure displacements at the surface and within the rock mass in order to fine-tune the excavation methods and rock supports, undertaken during construction stage of the project.
Die Sondergesellschaft Indian Strategic Petroleum Reserves Limited beauftragte Hindustan Construction Company Limited mit dem Bau zweier nicht ausgekleideter Felskavernen zur Lagerung von 1,33 bzw. 1,25 Mill. t sauren Rohöls in Visakhapatnam (Andhra Pradesh) und Padur (Karnataka). Geoconsult ist mit der Ausführungsplanung und baubegleitenden Dienstleistungen betraut.
Für die Herstellung der Kavernen zur Rohöl- und Gasspeicherung wurden die geologischen, hydrogeologischen, geochemischen, geomechanischen und geotechnischen Eigenschaften erhoben, was eine Erfassung, Zusammenführung und Verschmelzung aller relevanten Daten für den geotechnischen Rahmenplan ermöglichte. Generell umfasst die Ausführung fünf Hauptaktivitäten: (i) geologische und geotechnische Erkundungen; (ii) Stabilitätsberechnungen; (iii) Planung der temporären Stützmaßnahmen; (iv) Ausbruch und begleitende Arbeiten und (v) laufende Anpassung der permanenten Stützmaßnahmen an die Ergebnisse des geotechnischen Messprogramms.
Dieser Artikel stellt (a) die geologischen Erkundungen während der Bauphase zum Zwecke der Erlangung geologischer und geotechnischer Daten zur Bestimmung der Felsqualität, des Q-Wertes und der permanenten Stützmaßnahmen, (b) die Planungsparameter für die Verwendung des Fels als primären Baumaterials unter möglichst geringer Auflockerung während des Ausbruchs und Einbau der benötigten Stützmittel, sowie (c) die geotechnische Instrumentierung und Monitoring zur Messung von Verschiebungen an der Oberfläche und im Gebirge zur Feinabstimmung der Ausbruchsmethode und der Stützmaßnahmen in der Bauphase, dar.

The Crossrail project in London, currently the largest infrastructure project in Europe, has shifted the quality control and geotechnical monitoring of SCL tunnelling to the next level. Based on the absolute priority of health and safety the chain of control spans from contract form and design to procedures and review panels on the construction site where the management, monitoring and review of significant quantities of data is a demanding task.
Das Projekt Crossrail in London, das derzeit größte Infrastrukturprojekt Europas, hat die Standards der Qualitätsüberwachung und des geotechnischen Monitorings bei der Anwendung der Spritzbetonweise (SCL) auf die nächste Ebene gehoben. Bedingt durch die absolute Priorität von Arbeitssicherheit, erstreckt sich die Spanne der Überwachungsmaßnahmen von der Vertragsform über die Bauplanung bis hin zur Bauausführung und den Kontrollgremien auf der Baustelle, wo die Verarbeitung, Überwachung und Kontrolle erheblicher Messdatenmengen eine anspruchsvolle Aufgabe darstellen.

The Second Avenue Subway Project is a major capital expansion project of the New York City subway that will provide a dedicated line for the east side of Manhattan. The project is approximately 13.7 km long including 16 stations, and its estimated cost is about 17 billion US-Dollar. Under the current design of the whole subway route, ten stations will be cut-and-cover and six mined caverns. The excavated diameter of the bored tunnels is 6.6 m and the caverns span ranges from 12 to 21 m. As the geology of Manhattan varies along its length, the subway will pass through both hard rock and soft ground and there will be multiple rock/soil interfaces along the alignment. This paper presents details of planning, design and construction of the first phase of Second Avenue Subway in the very dense urban environment of Manhattan.

Der Bau der Second Avenue Subway ist ein wichtiges Erweiterungsprojekt der New York City Subway und wird eine Linie für die östliche Seite Manhattans bereitstellen. Das Projekt ist ungefähr 13,7 km lang und beinhaltet 16 Haltestellen. Die geschätzten Kosten liegen bei etwa 17 Mrd. US-Dollar. Nach aktuellem Entwurf der Gesamtstrecke der Erweiterung sind zehn Haltestellen in offener Bauweise und sechs bergmännisch ausgebrochene Kavernen herzustellen. Der Ausbruchdurchmesser der maschinell aufgefahrenen Tunnel beträgt 6,6 m und die Spannweiten der Kavernen zwischen 12 m und 21 m. Da die Geologie Manhattans sich entlang der Trasse ändert, durchquert die Subway sowohl Hartgestein als auch weichen Untergrund. Außerdem gibt es zahlreiche Fels/Boden-Übergangsstellen entlang der Trassierung. Dieser Beitrag stellt Einzelheiten der Planung, des Entwurfs und des Baus der ersten Phase der Second Avenue Subway in der sehr dichten städtischen Umgebung Manhattans dar.

The Cityringen project will link the historic old city centre of Copenhagen with the outskirts and provide rapid and safe transport for 240,000 passengers per day. The existing Metro network will be extended with 17 new stations with average dimensions of 65 m × 20 m. Two single-track tunnels each 15.5 km long and 5.50 m diameter will be bored by altogether four EPB-TBMs working at the same time. In addition, three construction and ventilation shafts, a ramp structure and subsidiary structures are to be constructed.
An introduction to the project will be followed by a report of the current state of the design and construction works. Particularly worth mentioning are the extensive dewatering measures at the shafts and station structures. Another important point is the dense monitoring programme provided for the reliable control of the construction works. The various geotechnical and geodetic sensors and measuring systems are also described and also the largely automatic recording, transmission and processing of the data. We then show how an automatic tunnel information system can link high-quality measured data with many other sources of data and information about construction progress and make it available over the Internet to ensure continuous safety of the construction works through risk management.
Das Projekt Cityringen wird den historischen Altstadtkern von Kopenhagen mit den Randbereichen verknüpfen und 240.000 Fahrgästen täglich eine rasche und sichere Fortbewegung ermöglichen. Dafür wird das bestehende Metro-Netz um 17 Stationen mit mittleren Abmessungen von 65 m × 20 m ausgebaut. Zwei eingleisige Tunnelröhren von je 15,5 km Länge und 5,50 m Durchmesser werden mit insgesamt bis zu vier gleichzeitig eingesetzten EPB-TBMs aufgefahren. Zusätzlich sind drei Bau- und Lüftungsschächte, ein Rampenbauwerk und Nebenbauwerke zu errichten.
Nach einer Projekteinführung wird über den aktuellen Stand der Planungs- und Bauarbeiten berichtet. Hervorzuheben sind dabei die umfangreichen Wasserhaltungsmaßnahmen im Bereich der Schächte und Stationsbauwerke. Als weiterer Schwerpunkt wird das für die verlässliche Steuerung der Bauarbeiten vorgesehene engmaschige Monitoringprogramm erläutert. Die verschiedenen geotechnischen und geodätischen Sensoren und Messsysteme werden ebenso vorgestellt wie die großteils automatische Erfassung, Übertragung und Verarbeitung der Daten. Schließlich wird gezeigt, wie mit einem integrierten Tunnelinformationssystem hochwertige Messdaten mit einer Vielzahl anderer Daten sowie Informationen zum Bauablauf verknüpft und über das Internet nutzbar gemacht werden können, um im Rahmen des Risikomanagements laufend die Sicherheit der Bauausführung zu gewährleisten.

The successful implementation of a major infrastructure project demands not only the processing of technical questions but also the solution of numerous legal problems and the organisation of an intensive communication process. The article offers an overview of the work of the project team at the ÖBB-Infrastruktur AG, which has been working intensively on the implementation of the New Semmering Base Tunnel project for eight years. The project has the most stringent requirements due to its project history and complexity and poses great challenges for all those involved.
Für die erfolgreiche Umsetzung eines großen Infrastrukturprojekts sind neben der Abarbeitung technischer Fragestellungen auch unzählige rechtliche Probleme zu lösen und ein intensiver Kommunikationsprozess zu betreiben. Der Beitrag gibt einen Einblick in die Arbeit des Projektteams der ÖBB-Infrastruktur AG, das seit acht Jahren intensiv an der Umsetzung des Projekts Semmering-Basistunnel neu arbeitet. Das Projekt weist aufgrund seiner Projekthistorie und Komplexität höchste Anforderungen auf und stellt alle Beteiligten vor immer neue Herausforderungen.