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With the ever-increasing depth of mines, the management of heat has become a key issue for their design and operation. There are two main sources of heat: heat transfer from the rock mass into the mine workings and heat associated with mining operations. The principles of heat transfer from the rock mass are discussed and basic relationships presented. Sources of heat linked to mining operations are discussed. It is shown that in deep-level mines, heat transfer from the rock mass accounts more than 75 % of total mine heat load. In highly mechanized coal mines, heat from the use of mining machinery is also significant. Some models of heat flow prediction for deep gold mines are presented. It is shown that in the case of deep mines, control of heat flow is more important than increasing refrigeration capacity. Examples of heat flow management methods are given.
Durch die ständig zunehmende Teufe der Abbaubetriebspunkte wird die Erdwärme zu einem Schlüsselfaktor hinsichtlich Planung und Betrieb von tiefliegenden Bergwerken. Es gibt zwei Hauptwärmequellen, einerseits den Wärmeübergang vom umgebenden Gebirge in die Grubenbaue sowie wärmeproduzierende Arbeitsvorgänge unter Tage. Dieser Beitrag erörtert die Grundsätze des Wärmetransfers aus dem Gebirge und stellt grundlegende Zusammenhänge dar. Darüber hinaus wird auf Wärmequellen im Bergbaubetrieb eingegangen. In tiefliegenden Bergwerken trägt der Wärmeübergang aus dem Gebirge mehr als 75 % zur gesamten Wärmebelastung bei, im Fall von hoch mechanisierten Kohlebergwerken ist die Wärme von Vortriebs- und Gewinnungsmaschinen signifikant. Einige Modelle für die Voraussagung von Wärmeströmen in tiefliegenden Goldbergwerken werden dargestellt. Es zeigt sich, dass die Kontrolle von Wärmeströmen wichtiger ist als die Erhöhung der Kühlleistung. Einige Beispiele zeigen Möglichkeiten zum Umgang mit Wärmeströmen auf.

Es werden die Lastannahmen und die empfohlenen Berechnungsmodelle vorgestellt.

The Koralm tunnel forms the central part of the route of the Koralmbahn railway from Graz to Klagenfurt in the section Deutschlandsberg- St. Andrä. The tunnel, split into three construction contracts (KAT 1,2 and 3) connects the federal states of Carinthia and Styria in Austria with a length of 32.8 km. Continuous tunnelling is intended for the section through the central mountain complex of the Koralpe. The very variable geological conditions (rock and loose ground sections, overburden of up to approx. 1,200 m, possible high water pressures and pronounced zones of faulting and fracturing) represent a major challenge for the implementation of mechanical tunnelling (tunnelling, lining and logistics concepts). The present article discusses the geological and hydrogeological conditions as well as the basic concepts for support and machine system and the particular measures to overcome squeezing rock conditions.

Der Koralmtunnel bildet das zentrale Trassenstück der Koralmbahn Graz-Klagenfurt im Abschnitt Deutschlandsberg-St. Andrä. Der in drei Baulose (KAT 1, 2 und 3) gegliederte Tunnel verbindet auf einer Gesamtlänge von 32,8 km die Bundesländer Steiermark und Kärnten in Österreich. Für die Durchörterung des zentralen Gebirgskomplexes der Koralpe sind kontinuierliche Vortriebe vorgesehen. Die stark wechselnden geologischen Randbedingungen (Fest- und Lockergesteinsabschnitte, Überlagerungen bis ca. 1.200 m, mögliche hohe Wasserdrücke sowie ausgeprägte Störungs- und Zerrüttungszonen) stellen höchste Anforderungen an die Realisierung des Maschinenvortriebs (Vortriebs-, Ausbauund Logistikkonzept). Im vorliegenden Beitrag werden die geotechnischen und hydrogeologischen Randbedingungen analysiert sowie die Grundkonzepte für Ausbausicherung und Maschinensystem und die besonderen Vorkehrungen zur Bewältigung der druckhaften Gebirgsverhältnisse vorgestellt.

In an early planning phase for the Granitztal tunnel chain, which forms part of the Koralm railway running between Graz and Klagenfurt, Austria, the continuous tunnelling method has been taken into consideration, at least in some sections, in addition to sequential or conventional tunnelling. This paper deals with the investigations that eventually led to the decision to consider both tunnelling methods in the detailed tender design for one section of the tunnel chain, and to let competition decide which tunnelling method to choose.
Für die Tunnelkette Granitztal als Bestandteil der Koralmbahn zwischen Graz und Klagenfurt wurden bereits in einer frühen Planungsphase Überlegungen angestellt, neben der zyklischen Vortriebsmethode auch einen kontinuierlichen Vortrieb - zumindest in Teilbereichen - in Erwägung zu ziehen. Der vorliegende Beitrag befasst sich mit den Untersuchungen, die schließlich zur Entscheidung geführt haben, im Detailprojekt für einen Abschnitt der Tunnelkette beide Vortriebsmethoden durchzuplanen und hier die Entscheidung für die Vortriebsmethode dem Wettbewerb zu überlassen.

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In Part 1 of “The Management of Heat Flow in Deep Mines” the sources of heat, mechanism of heat transfer and strategies of controlling heat transfer have been discussed. Part 2 deals with the effects of heat on the human body and mine cooling strategies for deep mines. In detail the effects of heat on a worker are examined, heat stress and heat tolerance discussed and methods of assessing heat stress in different mining situations presented. Experiences from deep South African gold mines highlight the adverse effects of heat stress environment on safety and labour productivity. The principal methods of cooling of deep and ultra deep mines are discussed. It is shown that auto-compression of ventilation air is a deciding factor governing the choice of surface or underground cooling of ventilation air. In the case of deep and ultra deep mines, the use of chilled service water and ice slurry has shown to be the most cost effective means of mine cooling. In the case of ice slurry as cooling medium advantage is taken of the latent heat of ice which significantly reduces the amount of water required for mine cooling and hence the cost of pumping the water to surface. Cooling strategies for moderately deep, deep and ultra deep mines are discussed. Examples of cooling of deep long mine tunnels are given.

Pillar systems in mines are statically indeterminate systems. The paper presents the results of numerical investigations to evaluate the effects of panel dimensions on pillar loads. It is shown that pillar load in deep mines is strongly influenced by the lateral and vertical extent of extraction panels. The commonly applied tributary area concept does not account for these effects and is an oversimplification that has to be applied with caution. The effects of local pillar failures on stability of pillar workings are examined using simple models. It is shown that limiting panel dimensions by substantial barrier pillars can reduce the danger of regional pillar collapses and enhance overall mine stability.

Kleine oberflächennahe Geothermiesondenanlagen mit einer Heizleistung < 30 kW sind insbesondere im privaten Wohnsektor zu finden. Die Geothermiesonden erzeugen durch ihren Wärmeentzug Temperaturänderungen im Untergrund, deren Form sich in Abhängigkeit von den projektbezogenen Parametern, wie u. a. den geothermischen Untergrundeigenschaften, dem Betrieb der Sonde und der Grundwasserströmung, ausbildet. Im Rahmen des Genehmigungsprozesses werden vonseiten der Genehmigungsbehörde pauschale und nicht projektbezogene Grenzabstände für die Geothermiesonden gefordert, deren Einhaltung sich mit abnehmender Grundstücksgröße bisweilen schwierig gestaltet. Der Einsatz eines analytischen Ansatzes zur Abschätzung der Temperaturfahnenausbreitung wird präsentiert, um eine auf das Projekt abgestimmte Festlegung der Grenzabstände zu ermöglichen, die die Größe der Grundwasserströmung, die Betriebsweise und die Anzahl der Sonden kleiner oberflächennaher Geothermiesondenanlagen berücksichtigt.

Analysis of the spread of the temperature plume of small borehole heat exchanger systems.
Small shallow borehole heat exchanger (BHE) systems with a heat capacity smaller than 30 kW can be found mostly in the private housing sector. The heat extraction of the BHEs causes temperature changes in the ground. The form of the temperature changes depends on the project relevant parameters such as geothermal ground conditions, operation of the BHEs and groundwater movement. During the approval processes the approval authority claims for global and non-project related border distances of the BHEs. The compliance can be difficult due to smaller property sizes. The use of an analytical method for the determination of the length of the temperature plume is needed in order to allow the determination of border distances fitting to the project while taking into account the groundwater velocity, the operation mode as well as the number of BHEs of small shallow geothermal systems.

In den vergangenen Jahren nahm der Einsatz von nichtmetallischer Bewehrung im Bauwesen immer weiter zu. Vor allem in Deutschland lag dabei das Augenmerk der Forschung in den letzten zwei Jahrzehnten hauptsächlich auf dem Einsatz textiler Bewehrungsstrukturen. Seit einiger Zeit gewinnen jedoch stabförmige Bewehrungselemente ebenfalls an Bedeutung. Um diese auch in Strukturen mit ermüdungswirksamen Belastungen einsetzen zu können, ist es erforderlich, deren Ermüdungsverhalten genauer zu untersuchen.
Der vorliegende Beitrag gibt daher einen Überblick über die Untersuchung von Carbonstäben unter Zugschwellbelastung. Neben der Erstellung von Last-Schwingspiel (S-N)-Linien und der Untersuchung der Resttragfähigkeit von Durchläufern werden auch die Stabdehnungen und Steifigkeiten während der Ermüdungsbelastung betrachtet. Letztendlich kann festgestellt werden, dass das Ermüdungsverhalten der Carbonstäbe, welche den Faserverbundkunststoffen (FVK) zugeordnet werden können, im Großen und Ganzen auch dem bekannten Ermüdungsverhalten von FVK entspricht.

Rebars made of carbon fibres for the use in civil engineering: part 4: fatigue behaviour - tensile fatigue of carbon rebars
During the last years, the use of non-metallic reinforcement in the building industry increased significantly. However, especially in Germany, the research focus was lied on textile reinforcement during the last two decades. But now rebars are taken into account as well. For the use of these reinforcing elements in structures, characterized by fatigue loading, the fatigue behaviour of carbon rebars has to be investigated.
In the presented study, the tensile fatigue behaviour of carbon rebars was investigated. Hereby, stress-number of cycles to failure (S-N) curves were created and residual strengths of runouts were examined. Furthermore, the elongation and stiffness of the rebars during fatigue loading were regarded. Finally, it can be stated that the fatigue behaviour of the carbon rebars, which can be assigned to fiber-reinforced polymers (FRP), also corresponds by and large to the known fatigue behavior of FRP.

Während das Materialverhalten von Carbonbeton bei statischer Belastung bereits seit geraumer Zeit untersucht wird, ist jenes unter nicht vorwiegend ruhender Belastung noch nicht ausreichend erforscht. Zur weiteren Untersuchung des Ermüdungsverhaltens müssen zunächst geeignete Versuchsaufbauten zur Verfügung stehen. Zur Ermittlung des Verbundverhaltens unter zyklischer Beanspruchung werden hierfür zwei Versuchsaufbauten - ein Endverankerungs- und ein zweiseitiger Auszugversuch, welche bereits statisch erforscht wurden - vergleichend betrachtet und auf ihre Eignung für zyklische Untersuchungen geprüft. Hierfür wurden statische Referenzversuche und zyklische Versuche bei verschiedenen Lastniveaus durchgeführt. Diese Versuche wurden hinsichtlich verschiedener Vergleichskategorien wie z. B. Versagensmechanismen, Entwicklung von Verformungen und Steifigkeit sowie die Bruchlastspielzahl ausgewertet und die Streuung der erzielten Ergebnisse betrachtet. Nach Abschluss der Diskussion der Versuchsergebnisse kristallisiert sich der zweiseitige Auszugversuch als geeigneter heraus.

Bond tests on carbon reinforced concrete under cyclic loading - Comparison of different test setups
The material behavior of carbon reinforced concrete under static loading has been investigated for considerable time. That under cyclic loading however has still to be examined. For that suitable test setups have to be available. For the determination of the bond behavior of carbon reinforced concrete under cyclic loading two test setups - the end anchorage and the double sided pullout test, which have already been investigated in static tests - were proved and compared. Therefor static reference tests and cyclic tests under different loads were carried out. The results were analyzed in different categories for comparison, such as failure mechanisms, development of deformations and stiffness, and number of cycles to failure. Furthermore, the scattering of the test results was considered. After the discussion of the test results the double sided pullout test will be named more suitable.

Carbonbeton ist in der Welt der Bauingenieure bei Weitem kein Fremdwort mehr. Aufgrund seiner sehr guten Dauerhaftigkeit und der Korrosionsbeständigkeit der Carbonbewehrung hat er sich vor allem als Baustoff für schlanke und filigrane Bauteile einen Namen gemacht. So ist er beispielsweise auch für die Verwendung in den Wandschalen von Elementwänden und somit zur Verringerung ihrer Schalendicken geeignet. Aufgrund der damit verbundenen geringeren Einbindetiefe wird jedoch die Verwendung herkömmlicher Einbauteile problematisch. Aus diesem Grund wurde ein neuartiger Stabanker zur Verbindung der beiden Wandschalen entwickelt und mechanisch und bauphysikalisch untersucht. Die Ergebnisse der ersten Untersuchungen werden in dem vorliegenden Beitrag vorgestellt.

Anchor sticks for thin walls made out of carbon reinforced concrete
Carbon reinforced concrete is no stranger anymore. Non-corrosive properties made it popular for the use in slender and filigree structures. For example, to reduce their thickness, carbon reinforced concrete is well suitable for the wall shells of an element wall. However, thus the bonding depth is reduced and conventional built-in parts cannot be used anymore. Therefore, a new anchor stick for the connection of the two wall shells was developed, and its mechanical and thermal properties were examined. The results of these first investigations are presented in the paper.

Seit einigen Jahren werden vermehrt Brücken aus und mit Carbonbeton gebaut und verstärkt. Somit gewinnt dessen Zugtragverhalten unter Ermüdungsbelastung immer mehr an Relevanz. Systematische Untersuchungen hierzu liegen bislang nicht vor. Nachfolgend werden Ermüdungsuntersuchungen an zwei unterschiedlichen Materialkombinationen mit epoxid- bzw. polyachrylatgetränkten Carbontextilien in Dehnkörperversuchen vorgestellt. Diese wurden unter Zugschwellbelastung an den Instituten für Massivbau der RWTH Aachen und der TU Dresden getestet. Mithilfe der Versuchsergebnisse konnten für beide Carbonbewehrungen Spannungs-Schwingspiel(S-N)-Kurven erstellt und Aussagen zur Dauerschwingfestigkeit getroffen werden. Auch wenn sich beide Materialkombinationen sehr unterschiedlich verhalten, können die erzielten Ergebnisse durchaus positiv bewertet werden.

Fatigue behavior of carbon reinforced concrete under repeated tensile stress
During the last years, the number of bridges built out of or strengthened by carbon reinforced concrete increased. Therefore, its behavior under fatigue tensile loading gained in importance. However, corresponding systematical investigations are missing. In this paper, fatigue investigations on two different material combinations with epoxy resp. polyachrylate impregnated carbon textiles examined in tensile tests are presented. The investigations under repeated tensile stress took place at the Institute of Structural Concrete of RWTH Aachen University and the Institute of Concrete Structures of TU Dresden. On the basis of the test results S-N-curves could be determined and the fatigue strengths could be evaluated. Although both textile reinforcements show a quite different material behavior, the results are pleasing.

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

In order to reduce operational interruptions for the maintenance of the drainage system, the ÖBB-Infrastruktur AG has developed an innovative drainage flushing system, which has different features depending on tunnel system and overburden.
Um Betriebseinschränkungen für die Dränageinstandhaltung zu reduzieren, wurden seitens der ÖBB-Infrastruktur AG innovative Dränagespülsysteme entwickelt. Abhängig von Tunnelsystem und Überlagerung sind diese unterschiedlich ausgebildet.

Since the start of construction on contract SBT3.1 in May 2016, all three tunnel construction contracts for the Semmering Base Tunnel are now under construction. From the geological and geotechnical point of view, this represents the transition from the geotechnical prediction for the design for tendering to the documentation in the course of construction. The paper describes the considerations about the systematics of ground characterisation and the definition of ground types in the course of producing the ground prediction for the design for tendering. It also describes the requirements for the documentation of ground conditions encountered during the advance, the updating of the prediction for the daily specification of support measures and the comparison of prediction and actual conditions for contractual purposes.
Seit dem Baubeginn im Baulos SBT3.1 im Mai 2016 sind alle drei Tunnelbaulose des Semmering-Basistunnels in Bau. Damit erfolgte aus geologisch-geotechnischer Sicht der Übergang von der geotechnischen Prognose der Ausschreibungsplanung zur vortriebsbegleitenden Dokumentation im Rahmen der Bauausführung. Im Beitrag werden einerseits die im Rahmen der Baugrundprognose der Bauausschreibung angestellten Überlegungen zur Systematik der Baugrundcharakterisierung und zur Definition der Gebirgsarten dargelegt. Anderseits wird auf die Anforderungen an die baubegleitende Dokumentation der angetroffenen Baugrundverhältnisse, die Fortschreibung der Prognose für die tägliche Ausbaufestlegung sowie für den bauvertraglichen Soll-Ist-Vergleich eingegangen.

The second of the three tunnelling contract sections of the Semmering Base Tunnel is of comparable complexity to the first contract section SBT2.1. The geotechnical and hydrological conditions for sequential tunnelling are demanding and require extensive grouting and investigation measures in advance of the drives. The enormous extent of the construction works and the need to access parts of the running tunnels through an intermediate construction access are a logistical challenge. The construction time is also very ambitious. These circumstances had to be considered in the production of the tender documents.
Die zweite Ausschreibung für eines der drei Tunnelbaulose des Semmering-Basistunnels schließt hinsichtlich Komplexität nahtlos an das erste Baulos an. Die Vortriebe haben unter geotechnisch und hydrogeologisch anspruchsvollen Bedingungen zu erfolgen und beinhalten intensive Erkundungs- und Injektionskampagnen. Der enorme Bauumfang sowie die Erschließung der Vortriebe über einen komplexen temporären Zwischenangriff stellen eine große logistische Herausforderung dar. Durch einen engen Bauzeitrahmen wird diese noch verstärkt. Diesem Umstand musste auch in der Vertragsgestaltung Rechnung getragen werden.

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Fortsetzung aus Heft 11/2000

Die Aufgabe eines Ingenieurs in der Bauindustrie ist schlicht und einfach die folgende: Er muß Lösungen für Bauaufgaben finden, die den Auftraggeber zur Vergabe des Auftrags an sein Unternehmen und nicht an eines der Konkurrenz veranlassen. Das gelingt ihm nur, wenn er dem Kunden die günstigere (die "annehmbarste") Lösung anbieten kann. Dazu braucht er Know-how, das "Gewußt wie", das "savoir faire".

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