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Schubert, Wulf; Lauffer, HaraldNATM - from a construction method to a system / NĂ–T - von der Bauweise zum SystemGeomechanics and Tunnelling5/2012455-463Topics

Abstract

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the beginning technological questions played a major role, but it was also clear that traditional design methods were no longer applicable.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

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Schubert, Wulf; Jedlitschka, Gernot71 Geomechanics Colloquium - 71. Geomechanik KolloquiumGeomechanics and Tunnelling5/2022439Editorials

Abstract

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Schubert, Wulf; Jedlitschka, Gernot70. Geomechanics Colloquium / 70. Geomechanik KolloquiumGeomechanics and Tunnelling5/2021423Editorials

Abstract

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Schubert, Wulf; Brunnegger, Stefan; Staudacher, Robert; Wenger, JulianFurther development of yielding elements and connecting elements for shotcrete / Weiterentwicklung von Stauchelementen und SpritzbetonanschlĂĽssenGeomechanics and Tunnelling5/2018575-581Topics

Abstract

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

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Schubert, Wulf; Blümel, Manfred; Staudacher, Robert; Brunnegger, StefanSupport aspects of tunnels in fault zones / Aspekte des Ausbaus von Tunneln in StörungszonenGeomechanics and Tunnelling4/2017342-352Topics

Abstract

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

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Schubert, WulfLong-term observation of geotechnical structures - Langzeitbeobachtung von geotechnischen StrukturenGeomechanics and Tunnelling1/20212Editorials

Abstract

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Schubert, Wulf67. Geomechanics Colloquium / 67. Geomechanik KolloquiumGeomechanics and Tunnelling5/2018400Editorials

Abstract

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Schubert, Wulf25 years of research and development at the Institute of Rock Mechanics and Tunnelling at Graz University of Technology / 25 Jahre Forschung und Entwicklung am Institut für Felsmechanik und Tunnelbau an der Technischen Universität GrazGeomechanics and Tunnelling3/2018203-212Topics

Abstract

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

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Schubert, Wulf66. Geomechanics Colloquium / 66. Geomechanik KolloquiumGeomechanics and Tunnelling5/2017428Editorials

Abstract

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Schubert, WulfCurrent state of tunnelling in fault zones / Stand der Technik des Tunnelbaus in StörzonGeomechanics and Tunnelling4/2017326Editorials

Abstract

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Schubert, Wulf65. Geomechanics ColloquiumGeomechanics and Tunnelling5/2016368-369Editorial

Abstract

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Schubert, WulfEUROCK 2015 & 64th Geomechanics ColloquiumGeomechanics and Tunnelling5/2015370Editorial

Abstract

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Schubert, Wulf63rd Geomechanics Colloquium / 63. Geomechanik KolloquiumGeomechanics and Tunnelling5/2014389Editorial

Abstract

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Schubert, Wulf62nd Geomechanics Colloquium / 62. Geomechanik KolloquiumGeomechanics and Tunnelling5/2013385Editorial

Abstract

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Schubert, Wulf61st Geomechanics Colloquium - 50 Years NATM / 61. Geomechanik Kolloquium - 50 Jahre NĂ–TGeomechanics and Tunnelling5/2012404-405Editorial

Abstract

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Schubert, Wulf60th Geomechanics Colloquium / 60. Geomechanik KolloquiumGeomechanics and Tunnelling5/2011356-359Editorial

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Schubert, WulfEditorial: Geomechanics and Tunnelling 3/2011Geomechanics and Tunnelling3/2011174Editorial

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Schubert, WulfExperience of tunnel construction in weak ground / Erfahrungen beim Bau von Tunneln in schlechtem BaugrundGeomechanics and Tunnelling3/2011211-220Topics

Abstract

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

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Schubert, W.Is the OeGG guideline for geotechnical design compatible with the EC7? - Ist die Ă–GG-Richtlinie fĂĽr geotechnische Planung kompatibel mit dem Eurocode 7?Geomechanics and Tunnelling1/201073-76Topics

Abstract

The Austrian Society for Geomechanics has published a guideline for the geotechnical design for underground structures with conventional excavation in 2001, which was revised in 2008. The guideline clearly focuses on the observational approach due to the uncertainties in the ground model and ground parameters in the design stage. In this paper the requirements stipulated in the Eurocode regarding the observational method are compared to the respective formulations in the guideline.

Die Österreichische Gesellschaft für Geomechanik hat 2001 erstmals eine Richtlinie für die geotechnische Planung von Untertagebauten mit konventionellem Vortrieb herausgegeben, die 2008 nach Überarbeitung neu aufgelegt wurde. Die Richtlinie konzentriert sich wegen der vielen Unsicherheiten im Baugrundmodell und den Baugrundeigenschaften klar auf die Beobachtungsmethode. Die Anforderungen im Eurocode 7 bezüglich der Beobachtungsmethode werden in diesem Beitrag den Ausführungen in der ÖGG-Richtlinie gegenübergestellt.

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Schubert, W.The Development of the Observational MethodGeomechanik und Tunnelbau5/2008352-357Fachthemen

Abstract

A continuous observation during construction always has been an important element of geotechnical engineering for minimizing risks. The reasons are the uncertainties in the geological and geotechnical models, as well as the limited capability to sufficiently accurately describe the complex ground behaviour. In the early days design of geotechnical structures thus was mainly based on experience. As usual, experience was used to develop mathematical solutions to the problem. To account for the inherent scatter of parameters and uncertainties in the models, the assumptions made during design had and have to be verified or falsified during construction by observations. For safe and economical construction, the design has to be adjusted during construction to the actual conditions. The term “observational method” was first formally introduced by Peck and Terzaghi. The original ideas behind the method have not always been understood or followed. After a brief historical review of the observational method the current status of the method is critically reviewed, and further developments discussed.

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Schubert, W.EditorialGeomechanik und Tunnelbau1/20082Editorial

Abstract

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Schubert, W.Die bauaufsichtliche EinfĂĽhrung der neuen Normen der Reihe DIN 1055 - Einwirkungen auf TragwerkeBautechnik10/2006746Bautechnik aktuell

Abstract

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Schubert, W.Die bauaufsichtliche EinfĂĽhrung der neuen Normen der Reihe DIN 1055 - Einwirkungen auf TragwerkeStahlbau10/2006860-861Berichte

Abstract

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Schubert, W.Die bauaufsichtliche EinfĂĽhrung der neuen Normen der Reihe DIN 1055 - Einwirkungen auf TragwerkeBauphysik5/2006343Technische Regelsetzung

Abstract

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Schubert, Stefanie; Krause, UlrichNumerische Untersuchung zur Rauchgasströmung in energieeffizienten Gebäuden mit kontrollierter WohnraumlüftungBautechnik6/2017344-349Aufsätze

Abstract

Der vorliegende Beitrag ist ein Auszug aus einer CFD-basierten Studie zum Einfluss der Lüftungstechnik auf die Rauchausbreitung und Brandentwicklung in einem energieeffizienten Gebäude. Es wurde ein Brand im Hauswirtschaftsraum eines Einfamilienhauses simuliert. Die Brandsimulationen wurden mit dem Programm Ansys CFX Version 14.5 berechnet. Das Programm wurde durch das Fractional-Effective-Dose-Modell (FED) zur Beurteilung der Personensicherheit und ein Modell zur Brandausbreitung ergänzt. Die Luftzufuhr in dem Gebäude erfolgt über ein kombiniertes Zu- und Abluftsystem. Es wird der Druckgradient gezeigt, der sich zwischen dem Brandraum und dem angrenzenden Raum einstellt. Der zeitliche Verlauf von Gaskonzentrationen und Temperaturen im Brandraum wird vorgestellt. Mithilfe des FED-Modells werden Aussagen zur Personensicherheit und Fluchtfähigkeit getroffen. Die Ausbreitung des Brandrauchs wird anhand eines Volumenrenderings gezeigt.

Numerical analysis of smoke migration in an energy-efficient building with controlled room ventilation
The present paper is an extract from a CFD-based study on the influence of ventilation installations on smoke spreading in an energy-efficient building. For the numerical investigation a fire in a utility room in an one-family house was selected. To model the fire the CFX code Ansys CFX 14.5 was used. The software had to be modified for the application by implementing the FED model for assessing personal safety and by implementing a fire spread model. The air supply is ensured with a combined exhaust and supply ventilation system. Results for pressure gradients between the room of fire origin and the adjacent corridor are presented. With the FED model, conclusions are drawn about personal security and the ability to escape. In addition the smoke distribution is shown.

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