The 5.65 km long Thirra motorway tunnel experienced major problems during the summer of 2009 in a central 1,000 m long section through a fault zone with 500 m overburden. The tunnel showed large convergence, settlement and invert heave. In early November 2009, a 60 m long section of the south tube collapsed. A team of tunnel consultants including Dr. Sauer and iC were engaged to analyze the situation and make suggestions for a modified design. This resulted in a completely new concept for re-profiling, re-mining the collapse and inner lining. The basic principles followed were optimization of the shape to near-circular, very short ring closure and stiff lining. This concept was implemented by the contracting JV at record speed and worked perfectly. The displacements of the primary lining were very small and the loads within limits.
Der Thirra Autobahntunnel befand sich im Sommer 2009 im zentralen Teil mit 500 m Überlagerung in einem sehr kritischen Zustand. Über eine Länge von ca. 1.000 m waren in einer Störungszone große Konvergenzen, Setzungen und Sohlhebungen aufgetreten. Anfang November 2009 verbrach ein 60 m langer Abschnitt der Südröhre. Ein Beraterteam von Dr. Sauer und iC wurde engagiert, analysierte die Ereignisse und entwickelte ein Konzept zur Nachprofilierung, Aufarbeitung des Verbruchs und für die Innenschale des betroffenen Abschnitts. Das Konzept beruhte auf Querschnittsoptimierung, extrem kurzem Ringschluss und steifer Schale. Dieses Konzept wurde von der ausführenden ARGE in Rekordbauzeit umgesetzt und bereitete keinerlei Probleme. Die Verschiebungen in der Schale waren sehr gering, die Beanspruchungen im zulässigen Rahmen.

The new transport corridor TRACECA (Transport Corridor Europe-Caucasus-Asia) connects Azerbaijan with Black sea ports and allows an increase in the freight volume and passenger traffic in the future. Within this corridor the Georgian Government decided to build a bypass around Tbilisi as a solution for the trend of increasing traffic. The bypass railway project of Tbilisi includes four single-tube tunnels in a suburban area of Tbilisi with small overburden which pass through poor and complex rock mass conditions. The project is still ongoing and will be finished in 2013.
Der neue Verkehrskorridor Transport Corridor Europe-Caucasus-Asia (TRACECA) verbindet Aserbaidschan mit einigen Hafenstädten am Schwarzen Meer und ermöglicht so eine künftige Erhöhung des Frachtvolumens und des Personenverkehrs. Die georgische Regierung hat beschlossen, innerhalb dieses Korridors eine Umfahrung für Tiflis zu bauen, um das stetig steigende Verkehrsaufkommen zu bewältigen. Das Eisenbahnumfahrungsprojekt für Tiflis umfasst vier Doppelspurtunnel mit geringer Überlagerung. Die Tunnel befinden sich in den Außenbezirken von Tiflis und verlaufen durch ungünstige und komplexe Gebirgsverhältnisse. Das Projekt wird 2013 fertiggestellt.

The underground metropolitan transport network of London is not only the oldest worldwide, but also one of the busiest, serving approximately a billion passengers annually. Both of these characteristics induce an accelerating necessity for new infrastructure as well as maintenance and rehabilitation of the present infrastructure, which of course includes the upgrading and extension of existing underground stations. Next to that, especially with London being one of the most condensed regions in the world, influence of tunnelling works on the built environment can hardly be matched. A huge design challenge is then to develop an appropriate balancing solution that guarantees, apart from the new structures' safety and functionality, the operational and structural integrity of the existing neighbouring structures and surrounding assets and utilities. Under these circumstances, Sprayed Concrete Lining (SCL) structures are very often a preferable option, due to the flexibility in geometries and the ability to regulate the impacts on surrounding structures during construction. This paper aims to present the status of London transport infrastructure and recent important initiatives towards its improvement (i.e. the LU upgrade plan and the Crossrail project), the sensitivities and particularities of underground sprayed concrete constructions in London, and an outline of case histories from Dr. Sauer and Partners (DSP) involvement in respective projects, namely the London Underground Green Park Station, the Bond Street Station, and the Tottenham Court Road Station upgrades and the Crossrail Farringdon Station, the Limmo Auxiliary Shaft and the Independent Category-3 design checks of the Crossrail project.
Das unterirdische Stadtverkehrsnetz von London (The Tube) ist nicht nur das weltweit älteste, sondern auch eines der verkehrsreichsten, mit rund einer Milliarde Passagiere jährlich. Beide Aspekte ergeben ein sich beschleunigendes Bedürfnis für neue Infrastruktur sowie für Wartung, Erweiterung und Modernisierung der bestehenden U-Bahn-Stationen. Da der Großraum London ein besonders dicht besiedeltes Gebiet ist, hat der Einfluss von neuen Tunnelbauwerken auf bestehende Gebäude eine enorme Bedeutung. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Herausforderung, die Struktur und den Betrieb benachbarter Bauwerke und der umliegenden Infrastruktur bzw. Anlagen zu gewährleisten. Unter diesen Bedingungen wird die Spritzbeton-Tunnelbauweise (SCL) aufgrund der flexiblen Geometrien und die Fähigkeit, die Auswirkungen auf die umgebenden Strukturen zu regulieren, sehr häufig eine bevorzugte Option. Dieser Bericht zielt darauf ab: (i) den Status der Londoner Verkehrsinfrastruktur und wesentliche Initiativen zu ihrer Verbesserung (d. h. den LU Upgrade Plan und das Crossrail-Projekt) darzustellen, (ii) die Besonderheiten der Spritzbeton-Tunnelbauweise in London zu dokumentieren und (iii) einen breiten Erfahrungsbericht der Fa. Dr. Sauer und Partner (DSP) zu entsprechenden Projekten zu geben. Dabei handelt es sich um die Upgrades von London Underground Green Park Station, Bond Street Station und Tottenham Court Road Station sowie die Crossrail Farringdon Station, den Limmo Hilfsschacht und die unabhängige Überprüfung der Planung von Crossrail-Tunnelbauwerken.

The new Austrian tunnelling method has proved greatly successful in the past fifty years thanks to its flexibility and cost-effectiveness. The application of the NATM demands a high degree of technical and social competence from all project parties and is based on a carefully developed culture. The article summarises the requirements for the successful implementation of NATM projects, discusses some current wrong turnings and explains modern ideas in the fields of cooperative project development, tender models and value engineering.
Die Neue Österreichische Tunnelbauweise hat sich in den vergangenen fünf Jahrzehnten dank ihrer Flexibilität und Wirtschaftlichkeit in höchstem Maße bewährt. Die Anwendung der NÖT erfordert von allen Projektbeteiligten ein hohes Maß an technischer und sozialer Kompetenz und beruht auf einer sorgsam aufgebauten Kultur. Der Beitrag fasst die Voraussetzungen für die erfolgreiche Umsetzung von NÖT-Projekten zusammen, zeigt aktuelle Fehlentwicklungen auf und erläutert aktuelle Ansätze in den Bereichen kooperative Projektabwicklung, Vergabemodelle und Value Engineering.

German Railways DB AG has awarded a contract to the joint venture Tunnel Eierberge consisting of the Austrian companies PORR, G. Hinteregger, Östu-Stettin and Jäger Bau for the design and construction of the Bad Staffelstein construction section. This 7.7 km long section is part of the new line from Ebensfeld to Erfurt and the core structure is the Eierberge Tunnel. The Eierberge Tunnel is a two-track rail tunnel with an excavated cross-section of 160 to 190 m2 and will be built with three emergency exits. The main tunnel and the emergency exits pass through the clay, marl and limestone of the Lower Jurasssic (Lias) overlain by Quaternary strata and lie entirely below the groundwater table. The 3.7 km long Eierberge Tunnel was driven by drill and blast with mucking by hydraulic excavator. The support was according to the principles of the ne Austrian tunnelling method.
The tunnel was constructed on account of the prevailing water pressures of up to 6 bar with all-round plastic waterproofing membrane and inner lining of waterproof concrete. In order to comply with the provisions of a guideline that was revised during the construction period, an integrated system for subsequent grouting had to be designed and installed; this was used for DB for the first time in the Eierberge Tunnel.
Die Deutsche Bahn hat die Arbeitsgemeinschaft Tunnel Eierberge aus den österreichischen Unternehmen PORR, G. Hinteregger, Östu-Stettin und Jäger Bau mit der Planung und dem Bau des Bauabschnitts Bad Staffelstein beauftragt. Dieser 7,7 km lange Abschnitt ist Teil der Neubaustrecke Ebensfeld-Erfurt und umfasst als Kernelement den Tunnel Eierberge. Der Tunnel Eierberge ist ein zweigleisiger Eisenbahntunnel mit einem Ausbruchquerschnitt von 160 bis 190 m2 und wird mit drei Notausgängen hergestellt. Der Haupttunnel und die Notausgänge durchörtern die Ton-, Mergel- und Kalksteine des Unteren Jura (Lias) sowie Deckschichten des Quartärs und liegen zur Gänze unter dem Grundwasserspiegel. Der 3,7 km lange Tunnel Eierberge wurde im Spreng- und Baggervortrieb aufgefahren. Die Sicherung erfolgte nach den Grundsätzen der Neuen Österreichischen Tunnelbauweise.
Der Tunnel wurde aufgrund der vorherrschenden Wasserdrücke bis 6 bar mittels KDB-Rundumabdichtung und Innenschale aus WU-Beton druckdicht ausgebildet. Um der Forderung einer während des Baus geänderten Richtlinie nachkommen zu können, musste ein integriertes Injektionssystem geplant und eingebaut werden, das bei der DB am Tunnel Eierberge zum ersten Mal zum Einsatz gelangte.

Contract B-9528 - Södermalm Tunnel is a good example of urban tunnelling, where tunnel alignments cannot be chosen freely due to existing buildings and subsurface structures. Around ten tunnel crossings and a number of difficult situations underpassing existing buildings were in the scope of Södermalm Tunnel with the main focus on the Maria Magdalena Church. A NATM approach enabled tunnelling of the first double track tunnel in Stockholm's Esker to succeed in very close vicinity of the church.
Hauptbaulos B-9528 - Södermalmstunnel ist ein Beispiel für innerstädtische Randbedingungen, wo die Linienführung des Tunnels von existierenden Bauwerken beeinflusst ist und nicht mehr frei wählbar ist. Neben rund zehn Tunnelkreuzungen war eine Reihe von schwierigen Gebäudeunterfahrungen im Auftragsumfang des Projekts B5-9528 - Södermalmstunnel, wobei die Maria-Magdalena-Kirche im Fokus der Bemühungen stand. Ein NÖT-Vortrieb ermöglichte im Nahbereich der Kirche die erste Durchörterung von Stockholms Esker (Oser) mit einem Großquerschnitt.

The 25 km long Pinglu Tunnel is part of a large water supply project in the north west of the Chinese province of Shanxi. After a brief description of the overall project, the article describes the alignment, geology, lining and the TBM and machinery concept. A second-hand hard rock double shield machine built in 1994 was supplied by the employer and had to be overhauled for the reject. During the progress of tunnelling, numerous mechanical, logistical and geological challenges had to be overcome.
Der 25 km lange Pinglu-Tunnel ist Teil eines großen Wasserversorgungsprojekts im Nordwesten der Provinz Shanxi/China. Nach einer kurzen Gesamtprojektübersicht beschreibt der Beitrag die Trassenführung, die Geologie, das Ausbaukonzept sowie das TBM- und Gerätekonzept. Zum Einsatz kam eine gebrauchte Hartgesteins Doppelschild Maschine aus dem Jahr 1994, die vom Auftraggeber bereitgestellt wurde und vom Auftragnehmer für das Projekt aufgearbeitet werden musste. Bei dem Tunnelvortrieb gab es zahlreiche maschinentechnische, logistische und geologische Herausforderungen zu meistern.

The Stuttgart-Ulm railway project is a central investment in the future for the German state of Baden-Württemberg. The new line will be part of the European high-speed rail network “Magistrale for Europe”, linking the European metropolitan areas of Paris, Strasbourg, Munich and Vienna along a central west-east axis to Bratislava and Budapest. Altogether, the Stuttgart-Ulm railway project includes the rearrangement of the Stuttgart rail node and the new line Wendlingen-Ulm. The joint venture ATCOST21 under lead company Porr has been awarded the contract for the Filder Tunnel and the approaches to Ober- and Untertürkheim. Employer and contractor intend to develop the project as partners with the aim of technical and commercial optimisation under the terms of the contractually agreed partnering model.
Das Bahnprojekt Stuttgart-Ulm ist für Baden-Württemberg eine zentrale Investition in die Zukunft. Die Neubaustrecke wird Teil des europäischen Hochgeschwindigkeitsnetzes “Magistrale für Europa” und verbindet als zentrale West-Ost-Achse die europäischen Metropolen Paris, Straßburg, München und Wien mit Bratislava und Budapest. Insgesamt umfasst das Bahnprojekt Stuttgart-Ulm die Neuordnung des Bahnknotens Stuttgart sowie die Neubaustrecke Wendlingen-Ulm. Die Arge ATCOST21 unter Federführung der Firma Porr ist mit der Herstellung des Fildertunnels und der Zuführung nach Ober- und Untertürkheim beauftragt. Auftraggeber und Auftragnehmer bekennen sich zur partnerschaftlichen Abwicklung des Projektes mit dem Ziel einer technischen und wirtschaftlichen Optimierung im Sinne des vertraglich vereinbarten Partnerringmodells.

A high degree of cooperation is necessary on every tunnel project. Scarcely any other branch of construction is faced with similar rapidly changing problems. The constantly changing properties of the ground demand the greatest attention and flexibility from all parties. Despite the differing initial positions of the interest groups involved, they have to overcome the complex tasks together. Increasing technical requirements of the project parties are in contrast with the increasing expectations of external stakeholders outside the project. Ever more complicated and extensive contract documents hinder rapid solutions on site for the benefit of the project and lead to a certain loss of ability by the site staff in making appropriate decisions. This unsatisfactory situation can only be countered with mutual understanding and cooperation based on trust.
Bei jedem Tunnelprojekt ist ein hohes Maß an Kooperation erforderlich. Kaum eine andere Bausparte wird mit ähnlichen rasch wechselnden Problemen konfrontiert. Die ständig wechselnde Beschaffenheit des Baugrunds fordert von allen Beteiligten höchste Aufmerksamkeit und hohe Flexibilität. Trotz unterschiedlicher Ausgangspositionen der beteiligten Interessensgruppen ist die gemeinsame Bewältigung der komplexen Aufgabe vorgegeben. Steigende fachliche Anforderungen an die Projektbeteiligten stehen den steigenden Erwartungshaltungen projektferner Stakeholder gegenüber. Immer komplizierter und umfangreicher werdende Vertragswerke erschweren rasche und projektgerechte Lösungen von Problemen vor Ort und führen zu einer gewissen Entmündigung des Baustellenpersonals. Diesem unbefriedigenden Zustand kann nur durch eine von gegenseitigem Verständnis und Vertrauen getragene Kooperation begegnet werden.

In connection with the many national and international attempts to improve “cooperation in construction”, a working group of the ITA Austria has been formed and has developed a new “Tender Model for Infrastructure Projects - VIP”. The mostly complete basic concept, which at the moment is being discussed and further developed together with representatives of employers, is the subject of this article.
The VIP has the essential intention of moving away from the currently dominant “cheapest bidder principle” or “best bidder principle”, in which quality criteria play no role or are of only minor importance. The VIP lays more emphasis on qualitative award criteria and intends the award of the contract to the bidder whose bid has the highest “benefit to society”.
Im Zusammenhang mit mehreren nationalen und internationalen Bestrebungen, die “Kooperation im Bauwesen” zu verbessern, hat sich eine Arbeitsgruppe der ITA Austria formiert und ein neues “Vergabemodell für Infrastrukturprojekte - VIP” entwickelt. Das weitgehend fertiggestellte Grundkonzept, welches zurzeit mit Vertretern von Auftraggebern abgestimmt und weiterentwickelt wird, ist Gegenstand dieses Beitrags.
Das VIP verfolgt als wesentliches Ziel eine Abkehr vom derzeit dominanten “Billigstbieterprinzip” bzw. “Bestbieterprinzip”, bei dem qualitative Kriterien keine oder nur eine untergeordnete Rolle spielen. Das VIP legt ein höheres Gewicht auf qualitative Zuschlagskriterien und strebt an, den Auftrag jenem Bieter zu erteilen, dessen Angebot den höchsten “Nutzen für die Gesellschaft” hat.

Efforts are being made in the construction industry at the moment to provide incentives for project partners to optimise construction projects with the intention of maximising the benefits for society. These efforts are concentrated on the development of contractual rules in order to bring the self-interests of the project parties into line with the overriding interests of the construction project. But it is often overlooked that the implementation of a construction project is carried out through a social system. Important influential factors like self-confidence, optimism, respect and trust as well as the orientation to common goals are often underestimated or even considered unalterable and thus neglected.
In der Bauwirtschaft gibt es derzeit Bemühungen, den Projektbeteiligten Anreize für eine Optimierung des Bauprojekts im Sinne einer Maximierung des Nutzens für die Gesellschaft zu geben. Diese Bemühungen konzentrieren sich auf die Entwicklung vertraglicher Regeln, um die Eigeninteressen der Projektbeteiligten mit den übergeordneten Interessen des Bauprojekts in Einklang zu bringen. Oft wird dabei übersehen, dass die Realisierung eines Bauprojekts durch ein soziales System erfolgt. Wichtige Einflussfaktoren wie Selbstbewusstsein, Optimismus, Wertschätzung und Vertrauen sowie die Orientierung nach gemeinsamen Zielen werden dabei meist unterschätzt bzw. als unveränderbar erachtet und daher vernachlässigt.

NATM was not introduced into the UK until 1985, despite the British tunnelling industry's long and distinguished history of numerous pioneering achievements in underground technology. The first application was for a mine access tunnel in rock and was soon followed in the early 1990s by soft ground NATM projects in London, which exhibits similar ground conditions to Frankfurt where this adaptation of the method was first tried out over 20-years previously. Following a very promising start NATM faced a serious setback in 1994 with the major collapse during construction of the Heathrow Airport's Central Terminal Area underground station and all NATM work on this and the other major project underway at the time, the Jubilee Line Extension, was suspended. The incident triggered criminal prosecutions and an enquiry by the UK's Health & Safety Executive, which eventually led to a complete re-evaluation of the method in the UK, resulting in recommendations and guidelines for the re-designated Sprayed Concrete Lining or SCL method published by the Institution of Civil Engineers and British Tunnelling Society in 1996. Since that time all sprayed concrete lined tunnelling in the UK, whether in soft ground or rock have been designed and constructed to the SCL methodology, culminating in the massive Crossrail project that is currently under construction in London. This paper reviews the history, development and future of NATM and SCL in the UK and illustrates these by reference to the key projects where the methods have been employed and are planned for the future.
Die NÖT kam bis 1985 im Vereinigten Königreich nicht zur Anwendung, obwohl der britische Tunnelbau eine lange und bemerkenswerte Geschichte von zahlreichen Pionierleistungen im Untertagebau besitzt. Die erste Anwendung war ein Bergwerk-Zugangsstollen in Fels, und schon bald folgten in den frühen 1990er-Jahren NÖT-Projekte in London in weichem Boden mit ähnlichen Bodenverhältnissen wie in Frankfurt, wo diese Methode über 20 Jahre zuvor angewendet wurde. Nach einem vielversprechenden Start der NÖT erfolgte 1994 ein schwerer Rückschlag mit dem großen Verbruch während des Baus der U-Bahnstation Central Terminal Area am Flughafen Heathrow. Daraufhin wurden alle NÖT-Arbeiten an diesem und den anderen großen Projekt wie die Jubilee Line Extension eingestellt. Der Vorfall löste Strafverfahren und eine Anfrage von der britischen Health & Safety Executive aus, die schließlich zu einer kompletten Neubewertung des Verfahrens in Großbritannien geführt haben. Als Ergebnis wurden 1996 Empfehlungen und Richtlinien für die nun als Spritzbetonauskleidungs- oder SCL-Methode bezeichnete Bauweise von der Institution of Civil Engineers und British Tunnelling Society veröffentlicht. Seit dieser Zeit werden alle Spritzbetonauskleidungen im britischen Tunnelbau, egal ob im weichen Boden oder Fels, nach der SCL-Methode geplant und gebaut. Das gilt auch für das Crossrail-Projekt, das derzeit in London in der Ausführung ist. Der Beitrag bespricht die Geschichte, Entwicklung und Zukunft der NÖT und SCL in Großbritannien und veranschaulicht diese anhand der wichtigsten Projekte, bei denen die Methoden zum Einsatz kamen und für die Zukunft geplant sind.

The paper describes the introduction of NATM in Brazil and the developments, which contributed to applications in local geological conditions. An unsuccessful application in the early stages significantly contributed to the development of practices for assistance during construction and systems to help with instrumentation interpretation. Successful applications, which resulted in remarkable results in terms of cost and construction time, are also presented. The evolution of contract types is described, as well as their consequences for the outcome of the projects.
Der Beitrag befasst sich mit der Einführung der NÖT in Brasilien und den Entwicklungen, die zur Anwendung der Methode unter den lokalen geologischen Bedingungen beigetragen haben. Ein früher Fehlschlag trug entscheidend dazu bei, dass bauunterstützende Verfahren und Systeme zur Unterstützung bei der Messdateninterpretation entwickelt wurden. Weiterhin werden erfolgreiche Anwendungen, die ausgesprochen kostengünstig waren und in kurzer Zeit ausgeführt wurden, vorgestellt. Die Entwicklung der Bauverträge und deren Auswirkungen auf den Erfolg von Projekten werden diskutiert.

Since the conventional tunnelling method or NATM was introduced in 1982, it has always remained more popular in Korea than the mechanized tunnelling method. More than 90 % of the total length of tunnels in the Korean peninsula have been designed and constructed according to the NATM. The Korean practice of utilization of the NATM will be discussed in this paper, focusing on the main characteristics of Korean practice and technical issues.
Seit die konventionelle Tunnelbaumethode bzw. NÖT 1982 in Korea eingeführt wurde, ist sie immer noch beliebter als der maschinelle Tunnelbau. Mehr als 90 % der gesamten Tunnellänge auf der koreanischen Halbinsel wurden nach der NÖT geplant und ausgeführt. In diesem Beitrag wird die Anwendung der NÖT in Korea vorgestellt und auf die wesentlichen lokalen Anwendungsmerkmale und auf technische Fragen eingegangen.

This contribution provides a brief historical review of NATM applications in France by presenting a selection of motorway projects implemented in the last five decades. In the late 1950s, the development of the French motorway network became a national priority. The implementation of major transit projects (e.g. the A8 motorway link between Italy and the Côte d'Azur as well as the Mont Blanc and Frejus Alpine transit routes) involved the construction of a significant number of motorway tunnels. The first generation of these tunnels was still constructed using traditional methods. However, to keep pace with the booming motorway development, a faster and more cost-efficient tunnelling method was needed. The answer was found in the New Austrian Tunnelling Method (NATM). The construction of the Nice Motorway Bypass with ten tunnels in the early 1970s - 40 years ago - was the first French NATM application. The method was implemented with the guidance of Prof. Rabcewicz. Since then, the observational approach to tunnelling has become the standard method in French tunnelling.
Dieser Beitrag gibt anhand einer Auswahl von französischen Autobahnprojekten aus den vergangenen fünf Jahrzehnten einen kurzen historischen Überblick über die Anwendung der Neuen Österreichischen Tunnelbauweise (NÖT) in Frankreich. In den späten 1950er-Jahren wurde der Ausbau des französischen Autobahnnetzes zur Staatspriorität erklärt. Die Verwirklichung von wichtigen Verkehrsachsen wie die A8 Autobahnanbindung der Côte d'Azur oder die alpenquerenden Tunnel Mont Blanc und Frejus bedingte die Errichtung zahlreicher neuer Autobahntunnel. Die erste Generation dieser Tunnel wurde noch mit traditionellen Methoden gebaut. Die rasche Erweiterung des französischen Autobahnnetzes erforderte jedoch schon bald eine schnellere und wirtschaftlichere Tunnelbaumethode, die in der NÖT gefunden wurde. Der Bau von zehn Tunneln der Autobahnumfahrung Nizza in den frühen 1970er-Jahren, also vor exakt 40 Jahren, stellt die erste französische Anwendung der NÖT dar. Die damals neuartige Beobachtungsmethode wurde unter Mithilfe von Prof. Ladislaus von Rabcewicz zur Anwendung gebracht und ist seither aus dem französischen Tunnelbau nicht mehr wegzudenken.

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

In high arch dams situated in wide valleys, the water load has the effect that the vertical forces from the self-weight are redistributed from the centre of the dam toward its flanks. As a consequence, the normal force in the foundation area of the central dam blocks is reduced and a gap may open in the base joint, which widens even further due to uplift pressure.
Taking the Zillergründl Dam as an example, such behaviour can be demonstrated both by static calculations and measurements. The base joint gap, as it has been calculated and measured, would lead to sealing problems if no upstream apron is provided. Due to the upstream apron, however, the uplift pressures will be limited and correct behaviour is ensured. In the left-hand flank, directly on the downstream side, there is a fault zone. To bridge this zone, a concrete support element was constructed there. Due to loosening down to a considerable depth in the zone of the right-hand flank, the dam was provided with exceptionally deep foundations in that area. Measuring and monitoring results have shown that both measures have proved worthwhile and ensure high bearing capacity.
Bei hohen Gewölbemauern in weiten Tälern kommt es zufolge Wasserlast zu einer Umlagerung der Vertikalkräfte aus dem Eigengewicht von der Sperrenmitte zu den Flanken. Dadurch kommt es im Aufstandsbereich der mittleren Sperrenblöcke zu einer Verringerung der Normalkraft und damit verbunden allenfalls auch zu einer Klaffung der Bodenfuge, die durch den Sohlwasserdruck noch verstärkt wird.
Dieses Verhalten kann am Beispiel der Sperre Zillergründl sowohl durch statische Berechnungen als auch durch Messungen veranschaulicht werden. Die errechnete und auch gemessene Klaffung der Bodenfuge würde ohne Vorboden vermutlich zu Problemen bei der Abdichtung führen. Durch den Vorboden werden jedoch die Sohlwasserdrücke begrenzt und ein einwandfreies Verhalten gewährleistet. Im Bereich der linken Flanke befindet sich unmittelbar an der Sperrenluftseite eine Störungszone. Zur Überbrückung dieser Zone wurde dort ein Stützkörper angeordnet. Im Bereich der rechten Flanke wurde die Sperre aufgrund einer tiefreichenden Auflockerung außergewöhnlich tief eingebunden. Beide Maßnahmen haben sich, wie die Mess- und Beobachtungsergebnisse zeigen, bewährt und gewährleisten eine hohe Tragsicherheit.

Among other major projects for the use of domestic hydropower, Tiwag (Tiroler Wasserkraft AG/Tyrol Water Power plc) is planning the expansion of the Kaunertal power station. Important components of the project are a new lower stage power station (Prutz 2), a new diversion tunnel to the Gepatsch reservoir with water catchments in the upper Ötztal valley and a new upper stage with a new reservoir at Platzertal.
The choice of a location for the new reservoir was preceded by intensive scrutiny and evaluation of several alternatives. As well as non-technical aspects, this involved above all the consideration of aspects relating to hydraulic engineering, dam construction and engineering geology, with some of these areas being subjected to intensive investigations. Such aspects included the topographic suitability of the sites with reference to the size of the direct reservoir catchment area and the dam and reservoir cubage, ease of infrastructure development in the construction phase and ease of access in the operating phase, the altitude and length of the diversion tunnel for the collection works and the headrace tunnel, the impermeability of the reservoir basin, aspects relating to the foundations of the dam, the possibility of obtaining fill material for the dam, considerations relating to the sealing element and zoning of the dam, the vulnerability of the reservoir to gravitational processes and last but not least, the stability of the reservoir slopes taking into account the future effects of the retained water.
As part of the development of the project, the aspects referred to above were investigated and explored for several reservoir site options. It can be demonstrated that the Platzertal upper stage solution represents the best choice, viewed both from the technical angle and in other respects.
Die Tiwag - Tiroler Wasserkraft AG plant neben anderen Großprojekten zur Nutzung der heimischen Wasserkraft den Ausbau des Kraftwerks Kaunertal. Wesentliche Bestandteile des Projekts sind ein neues Unterstufenkraftwerk Prutz 2, ein neuer Überleitungsstollen in den Speicher Gepatsch mit Wasserfassungen im hinteren Ötztal sowie eine neue Oberstufe mit dem Speicher Platzertal.
Der Wahl des Speicherstandorts ist eine intensive Prüfung und Bewertung mehrerer Alternativen vorausgegangen. Dabei wurden neben nichttechnischen vor allem wasserbauliche, dammbauliche und ingenieurgeologische Aspekte betrachtet und teilweise intensiv erkundet. Dazu zählen die topographische Eignung der Standorte in Bezug auf die Größe des direkten Speichereinzugsgebiets bzw. die Damm- und Speicherkubatur, die Erschließbarkeit in der Bauphase und die Erreichbarkeit in der Betriebsphase, die Höhenlage sowie die Stollenlänge für Beileitung und Triebwasserweg, die Dichtheit des Speicherbeckens, die Gründungsverhältnisse für das Absperrbauwerk, die Möglichkeiten zur Schüttmaterialgewinnung, Überlegungen zu Dichtungselement und Zonierung des Dammbauwerks, die Exposition des Speichers hinsichtlich gravitativer Sturzprozesse sowie nicht zuletzt die Stabilität der Speicherhänge unter Berücksichtigung eines zukünftigen Staueinflusses.
Die genannten Aspekte wurden im Rahmen der Projektentwicklung für mehrere Speicherstandorte untersucht und erkundet. Es kann gezeigt werden, dass die gefundene Oberstufenlösung Platzertal auch aus technischer Sicht die optimale Wahl darstellt.

The 93 m high concrete-faced rockfill dam (CFRD) is one of the main components of the Kavsak Bendi hydro-electric scheme located in the south-eastern part of Turkey. After re-assessing the geological conditions at the dam site, it was necessary to change the dam design from the roller compacted concrete (RCC) gravity dam originally planned to a CFRD. Due to the very poor geological conditions, the application of internationally established design criteria for a CFRD foundation in the case of Kavsak Bendi CFRD necessitates extensive improvement of the dam foundation zone. Special emphasis has been placed on the strict geometric boundary conditions for the revision of the dam design as the river diversion facilities and the power waterway have already been completely constructed. At the moment, the main dam excavation works will soon be completed and the treatment of the dam foundation zone is almost finished. This paper presents the status quo with respect to the design and application of measures which have been considered to overcome the challenging foundation conditions of the Kavsak Bendi CFRD.
Ein 93 m hoher Steinschüttdamm mit Betonoberflächendichtung (CFRD) ist eines der Hauptelemente der im Südosten der Türkei gelegenen Wasserkraftanlage Kavsak Bendi. Nach einer Neubewertung der geologischen Verhältnisse an der Dammstelle wurde eine Änderung des Dammtyps gegenüber dem ursprünglich geplanten Walzbetondamm (RCC-Damm) zu einem CFR-Damm erforderlich. Aufgrund sehr schlechter geologischer Verhältnisse ist die Anwendbarkeit weltweit anerkannter Konstruktions- und Auslegungskriterien für ein CFRD-Fundament im Fall des Kavsak Bendi CFRD mit umfangreichen Verbesserungsmaßnahmen im Bereich der Dammaufstandsfläche verbunden. Besonderes Augenmerk für die Überarbeitung der Dammplanung galt dabei den vorgegebenen geometrischen Randbedingungen, da die Bauumleitung und der Triebwasserstollen bereits fertig gestellt waren. Derzeit befinden sich die Aushubarbeiten für den Steinschüttdamm in der Endphase, und die Maßnahmen zur Verbesserung der Aufstandsfläche sind nahezu fertiggestellt. Dieser Bericht stellt den Status quo hinsichtlich Planung und Ausführung der Maßnahmen vor, die im Zusammenhang mit der Implementierung entworfen bzw. umgesetzt wurden, um die schwierigen geologischen Bedingungen bautechnisch zu beherrschen.

The Jin Ping arch dam foundation exhibits large differences in the stiffness between left and right bank due to a fault in the valley and unloading, relaxation and rock crushing effects in the left abutment. An extremely complex engineering problem appears by achieving mechanical balance for the dam body. To reinforce the left dam foundation concrete pads refilling faults, huge concrete piles and consolidation grouting together with grout and drainage curtains are investigated and executed. The numerical results show that these reinforcement measures for the excavated dam foundation improved significantly the rock mass deformability and its stability.
A suitable excavation sequence for reinforcement tunnels and caverns is studied and the stability of these tunnels is analysed. The influence of consolidation grouting on the slope stability is investigated by varying spacing and number of active grouting holes. During the construction of the reinforcement tunnels the vibrations induced by blasting are simulated and measured. For different distances between tunnels and slope to tunnels respectively, the maximum quantity of explosives for single drives is studied.

Pressure tunnels with pre-stressed concrete linings are recognised as state-of-the-art technology. Numerous pre-stressed concrete linings, featuring diameters of up to 6 m, have been successfully implemented over the last few decades.
This paper on the Niagara Tunnel Facility Project (NTFP) illustrates how the concept of passive pre-stressing can be further developed for application in increasingly complex geometrical and geotechnical boundary conditions. The diversion tunnel with an excavation diameter of 14.4 m was advanced in horizontal layers of sedimentary rock, which are characterised by a wide range of strengths and anisotropic stiffnesses as well as by pronounced time-dependent deformation behaviour. The in-situ stress field is marked by an exceptionally high horizontal stress, which s several times greater than the overburden pressure. The ground has a considerable swelling potential and is highly aggressive to concrete. This combination of difficult geotechnical conditions and unusual structural dimensions poses an unprecedented challenge to the designers with respect to both the design of the pre-stressed final lining and the planning of the grouting works. The long-term behaviour is modelled with the help of higher-order creep and shrinkage laws, which are calibrated based on trials and measurements.
Druckstollen mit vorgespannter Betonauskleidung stellen einen anerkannten Stand der Technik dar. Für passiv vorgespannte Druckstollenauskleidungen liegt eine Vielzahl an langjährigen Erfahrungen für Durchmesser bis 6 m vor.
Dieser Beitrag erläutert anhand des Beispiels des Niagara Tunnel Facility Projects (NTFP), wie das Konzept der passiven Vorspannung auf geometrisch wie geotechnisch ungewöhnliche Rahmenbedingungen erweitert werden kann. Der Umleitungstunnel mit einem Ausbruchdurchmesser von 14,4 m wurde in einer horizontalen Wechselfolge von Sedimentgesteinen vorgetrieben, die eine große Bandbreite an Festigkeiten und anisotropen Steifigkeiten sowie ein ausgeprägtes zeitabhängiges Verformungsverhalten aufweisen. Das Primärspannungsfeld ist charakterisiert durch ungewöhnlich hohe Horizontalspannungen, die ein Vielfaches des Überlagerungsdrucks betragen. Es besteht ein ausgeprägtes Quellpotenzial sowie ein stark betonaggressives Milieu. Die Kombination aus schwierigen geotechnischen Verhältnissen mit ungewöhnlichen Bauwerksdimensionen, stellt den Entwurf der vorgespannten Innenschale vor eine bislang unbekannte Herausforderung hinsichtlich Dimensionierung und Planung der Verpressarbeiten. Das Langzeitverhalten wird mithilfe höherwertiger Kriech- und Schwindgesetze abgebildet, die anhand von Versuchen und Messungen kalibriert wurden.

The Kaunertal power station has been in operation since 1965. During one of the regular inspections of the facility, it was noticed that the entire pressure shaft and surge tank must be completely renewed due to the long years of wear and tear. The renewal is necessary as a result of the heavy hydraulic loading from power station peak operation and due to the fact that parts of the pressure shaft were constructed in a then unknown landslip and have since been subjected to additional loading from creep movement of the rock mass. The route of the new pressure shaft will run below the identified landslip with a sufficient safety factor, further south than the existing pressure shaft. The implementation of the project with its heart, the steel lined pressure shaft approx. 1, 430 m long with a diameter of 4.3 m, to be constructed inside a PC segmental lining installed with the progress of the double-shield TBM, will take place in 2012 to 2015.
Das Kaunertalkraftwerk ist seit 1965 in Betrieb. Im Zuge regelmäßig durchgeführter Anlagenüberprüfungen wurde festgestellt, dass der gesamte Kraftabstieg (Druckschacht und Wasserschloss) infolge seiner langjährigen Beanspruchung umfassend erneuert werden muss. Der Erneuerungsbedarf ist einerseits auf die starke hydraulische Belastung im Rahmen des Spitzenkraftwerksbetriebs zurückzuführen, andererseits auf den Umstand, dass der Druckschacht seinerzeit auf Teilstrecken in einer lokalen, beim Bau nicht erkannten Massenbewegung errichtet wurde und seitdem einer zusätzlichen Beanspruchung aus Kriechbewegungen des Untergrunds ausgesetzt ist. Die Trasse des neuen Druckschachts wird mit ausreichendem Sicherheitsabstand nun unterhalb der identifizierten Massenbewegung und weiter südlich als der bestehende Druckschacht geführt. Die Realisierung des Projekts mit seinem Herzstück, dem gepanzerten ca. 1.430 m langen Druckschacht mit 4,3 m Durchmesser, der innerhalb einer mit Doppelschild-TBM hergestellten Tübbingvorauskleidung errichtet wird, erfolgt in den Jahren 2012 bis 2015.

Scour of jointed rock is an important safety issue for dams worldwide, with the cases of Kariba Dam and Ricobayo Dam illustrating the severe consequences of dam and spillway foundation erosion. Leading state-of-the-practice methods for assessing rock scour, such as the Erodibility Index Method and Comprehensive Scour Model, consider the influence of rock mass jointing on scour development, but current models have yet to fully consider the three dimensional mechanics and kinematics of rock block removal.
This contribution introduces the Block Scour Spectrum (BSS), a three dimensional analytic approach for determining the resistance rock blocks offer to removal when subjected to hydraulic flow or jet impingement. With the BSS, the resistance offered by different block types comprising the rock mass is determined as a function of resultant block loading direction. The results obtained can be used to optimize spillway direction or anchoring schemes. Application of the BSS is illustrated with a case study of spillway scour at the Ricobayo Dam in Zamora, Spain.
Die Kolkbildung in geklüftetem Fels ist ein bedeutendes Sicherheitsproblem für Talsperren in der ganzen Welt. Die schwerwiegenden Auswirkungen der Erosion im Gründungsbereich von Talsperren und Entlastungsbauwerken können anhand der Kariba-Talsperre und der Ricobayo-Talsperre anschaulich betrachtet werden. Die gängigsten Methoden zur Beurteilung der Kolkbildung im Fels wie die Erodibility Index Methode und das Comprehensive Scour Model berücksichtigen zwar den Einfluss der Klüftung auf die Kolkentwicklung, jedoch nicht die dreidimensionale Mechanik und Kinematik der Felsblockablösung.
In diesem Beitrag wird das Block Scour Spectrum (BSS) vorgestellt, ein dreidimensionaler analytischer Ansatz zur Bestimmung des Widerstands von Felsblöcken gegenüber einer Beanspruchung durch einen hydraulischen Abfluss oder das Auftreffen eines Wasserstrahls. Mit dem BSS kann der Widerstand unterschiedlicher Blocktypen eines Felsverbandes und als eine Funktion der resultierenden Belastungsrichtung bestimmt werden. Die Ergebnisse können anschließend genutzt werden, um beispielsweise die Ausrichtung der Entlastungsrinne oder Verankerungsmaßnahmen zu optimieren. Die Anwendung des BSS wird am Beispiel der Ricobayo-Talsperre in Zamora, Spanien, veranschaulicht, deren Entlastungsrinne durch Kolkbildung massiv beschädigt wurde.

The research project ABROCK - Analysis of Penetration and Cutter-Wear for TBM-Tunnelling in Hard Rock - is concerned with a subject that has not yet been solved satisfyingly, although it is almost as old as mechanised tunnelling. The use of a new generation of large diameter hard rock TBMs, which started in the 1990s, was a reason to take up the subject once again. Six university institutes from Austria, Germany, Switzerland and the USA combined to form a research network in order to develop a new or better forecasting model. The university institutes are working in close touch with client organisations, tunnel contractors, consultants, TBM manufacturers and experts. As the available data mostly comes from the Alps, and as the involved university institutes are mostly based in the Alps or are closely connected with the Alps, the project has been given the working name “Alpine Model”.
After detailed investigation of the best-known forecast models, the Gehring model was chosen as the basis for further development. Its modular structure makes it possible to correctly consider the various influences of geology, cutter geometry and manner of operation. The essential parameters like cutter pressing force and rock strength are modelled with suitable algorithms. The checking and new formulation of the remaining influential factors, which is currently underway, is being performed on a theoretical, experimental and numerical basis. All algorithms were validated against operating data recorded on current projects.
Das Forschungsprojekt ABROCK - Analysis of Penetration and Cutterwear for TBM-Tunnelling in Hard Rock - behandelt ein Thema, das bisher nicht befriedigend gelöst wurde, obwohl es beinahe so alt ist wie der maschinelle Tunnelvortrieb. Der Einsatz einer neuen Generation von Hartgesteins-TBM mit großem Durchmesser, der in den 1990er-Jahren begann, war Veranlassung dieses Thema erneut aufzugreifen. Sechs Universitätsinstitute aus Österrreich, Deutschland, der Schweiz und den USA haben sich zu einem Forschungsverbund zusammengeschlossen, um ein neues, verbessertes Prognosemodell zu entwickeln. Die Universitätsinstitute stehen in engem Austausch mit Bauherrn, Tunnelbaufirmen, Ingenieurbüros, TBM-Herstellern und TBM-Experten. Weil das zur Verfügung stehende Datenmaterial hauptsächlich aus dem Alpenraum stammt und weil die beteiligten Universitätsinstitute überwiegend im Alpenraum angesiedelt sind oder mit diesem in enger Verbindung stehen, erhielt das Projekt den Arbeitstitel “Alpine Model”.
Nach eingehender Evaluierung der bekannten Prognosemodelle wurde das Gehring-Modell als Basis für die Weiterentwicklung gewählt. Sein modulare Ansatz erlaubt es, die unterschiedliche Einflüssen aus Geologie, Meißelgeometrie und Betriebsweise methodisch einwandfrei zu berücksichtigen. Die maßgeblichen Parameter wie Meißelandruckkraft und Gesteinsfestigkeit werden durch geeignete Algorithmen modelliert. Die Überprüfung und Neuformulierung der übrigen Einflussfaktoren, die zurzeit im Gange ist, erfolgt auf theoretischer, experimenteller und numerischer Basis. Sämtliche Algorithmen werden anhand der bei aktuellen Projekten aufgezeichneten Betriebsdaten validiert.

Full scale linear cutting tests with variable cutter spacing and penetration were conducted on different Alpine lithologies. The analysis focusses on different aspects: First, the investigation of excavated material regarding grain-size distribution curves and aspect ratios. Second, the investigation of cutting forces to better understand rock breakage and the directional dependence of cutting forces in an anisotropic rock mass. A critical view of TBM performance prediction models is also presented. Results show that the percentage of coarse grain is positively correlated with increased cutter spacing, and changing penetration did not result in significant changes of grain-size distribution. Analysis of cutting forces shows that knowledge of cutting forces enables a deeper understanding of rock breakage. Furthermore, it is shown that common performance prediction models are not able to cover certain types of rock satisfactorily.
Im Rahmen dieser Arbeit werden Linearschneidversuche mit variablem Schneidspurabstand und Penetration an repräsentativen alpinen Lithologien präsentiert. Das Schwergewicht der Auswertung liegt in der Analyse des Ausbruchmaterials hinsichtlich Sieblinien und Kornform sowie in der Betrachtung der gemessenen Schneidkräfte zum besseren Verständnis des Gesteinsbruchvorgangs, der richtungsabhängigen Kräfte bei anisotropen Gesteinen sowie der kritischen Betrachtung von TBM-Leistungsprognosemodellen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Grobkornanteil bei steigendem Schneidspurabstand zunimmt. Die Änderung der Penetration zeigt keinen gravierenden Einfluss auf die Kornsummenkurve. Die Analyse der Schneidkräfte zeigt, dass die Kenntnis von Schneidkräften wertvolle Einblicke in den Gesteinsbruchmechanismus bietet. Als weiteres Ergebnis wird deutlich, dass gängige TBM-Leistungsprognosemodelle die Schneidbarkeit bestimmter Gesteinsarten nicht adäquat vorhersagen können.