The construction joint venture NouvLR is constructing the new light rail network in Montreal. One of the major challenges is the advance below the existing runways and taxiways of the Montreal-Trudeau International airport and the construction of the subway station below the airport. The airport must remain under operation during the construction, and very tight requirements have been imposed regarding the tolerable surface settlements and availability of the monitoring data. The regulations regarding operations of the airport and possible presence of foreign objects in vicinity of its runways and taxiways represent an additional challenge, requiring usage of less straightforward monitoring concepts. The works for the installation of the monitoring equipment must be closely coordinated with airport operations and require a reliable schedule.
The final geotechnical monitoring design has been performed in close cooperation with the contractor and in tight coordination with the airport authority. In order to allow more straightforward communication, 3D modelling and BIM-methodology have been used to clearly represent the monitoring equipment, as well as the works required for their installation. The line-of-sight considerations in case of tachymeter measurements have been thus directly incorporated and dealt with. The monitoring design has to fulfil the aims of real-time monitoring of the system behaviour during the construction and the long-term monitoring of the newly built tunnel, demonstrating the compliance of the structure with the design. The paper is concluded by a summary of “lessons learned” regarding the issues of adverse accessibility and a challenging, high risk general environment.
Entwurf eines Beobachtungssystems für schwierige Betriebsbedingungen
Die Arbeitsgemeinschaft NouvLR ist mit dem Bau eines Stadtbahnnetzes für Montreal beauftragt worden. Eine der größten Projektherausforderungen ist der Vortrieb unter den Anlagen des internationalen Flughafens Montreal-Trudeau und der Bau der U-Bahnstation unter dem Flughafen. Der Flughafen muss während des Vortriebs in Betrieb bleiben; daher wurden hohe Anforderungen an die zulässigen Setzungen über Tage und die allgemeine Verfügbarkeit der geotechnischen Messdaten definiert. Die Regelwerke zum Flughafenbetrieb und der möglichen Präsenz von betriebsfremden Gegenständen und Anlagen in der Nähe der Start- und Rollbahnen stellen eine weitere Herausforderung dar, die den Einsatz von einer eher “exotischen” Messausrüstung erfordern. Die Arbeiten zur Installation der Messgeräte müssen sehr eng mit dem Flughafenbetreiber abgestimmt werden und erfordern einen verlässlichen Bauzeitplan.
Die Planung der geotechnischen Überwachung wurde in enger Zusammenarbeit mit dem Auftragnehmer und direkter Koordination mit dem Flughafenbetreiber durchgeführt. Um eine verlässliche und pragmatische Kommunikation zu ermöglichen, wurden 3D Modelle und BIM-Technologie zur Abbildung der geotechnische Messausrüstung und der erforderlichen Installationsarbeiten verwendet. Die Überlegungen zur Sichtbarkeit bestimmter Messziele sowie zur Reichweite der eingesetzten Tachymeter wurden somit direkt im Modell eingearbeitet.
Der Beitrag endet mit der Zusammenfassung der Erfahrungen im Hinblick auf die erschwerte Erreichbarkeit und eine allgemein herausfordernde Umgebung, die mit hohen Risiken behaftet ist.

Geotechnical monitoring and instrumentation are indispensable parts of the Observational Approach. in tunnel design and construction. They are an essential requirement for a proper risk management. Since 2013 several standards, valid both in Europe under CEN and international under ISO, were developed dealing with geotechnical monitoring. Five standards have been published by 2020, covering general rules, extensometer, inclinometer, piezometer and pressure cells. Further standards on settlement measurements, strain monitoring and load cells are in progress and will be published in the next few years.
In Grundbau, Tunnelbau, bei Instabilitäten von Hängen sind geotechnische Überwachungsmessungen unverzichtbar. Im Zusammenhang mit der europäischen Normierung wurden seit mehreren Jahren Normen für die geotechnische Überwachung entwickelt, die sowohl europäisch unter CEN gültig sind als auch international unter ISO. Bis 2020 wurden fünf Normen veröffentlicht: Allgemeine Regeln, Extensometer, Inklinometer, Piezometer und Druckmessdosen. Weitere Normen über Setzungsmessungen, Dehnungsüberwachung und Kraftmessdosen sind in Bearbeitung und werden in den nächsten Jahren veröffentlicht.

In the course of the preliminary planning of the new Gelnhausen-Fulda railway line which is part of the railway project Hanau-Würzburg/Fulda, two route options with tunnels, bridges, cuts and embankments are to be investigated and assessed as efficiently as possible with regard to potential geotechnical risk areas. Due to the geological and hydrogeological conditions within the north-eastern Hessian Buntsandsteingebirge, several groundwater levels, landslides in tunnel portal areas and karstification structures are to be expected on the two route options, each of which is approx. 45 km long. In order to obtain detailed and, above all, large-scale knowledge of geotechnical hazards of each route = in the preliminary stage of the exploration programme, geophysical surface investigations are a cost- and time-optimized exploration method in addition to standard drilling. These findings as well as existing subsurface information are combined by means of BIM, so that risk areas can be identified at an early stage of the project and taken into account when selecting the most affordable route.
Im Zuge der Vorplanung der DB-Neubaustrecke Gelnhausen-Fulda als Teilmaßnahme des Projekts Hanau-Würzburg/Fulda sollen zwei Trassenvarianten mit Tunneln, Brücken, Einschnitten sowie Dämmen untersucht und möglichst effizient hinsichtlich potenzieller geotechnischer Risikobereiche abgeschätzt werden. Aufgrund der geologischen und hydrogeologischen Gegebenheiten innerhalb des nordosthessischen Buntsandsteingebirges ist auf den beiden zu untersuchenden jeweils ca. 45 km langen Trassen mit etlichen Grundwasserstockwerken, Rutschungen in Portalbereichen und Verkarstungsstrukturen zu rechnen. Um bereits in der Vorstufe des Erkundungsprogramms detaillierte und vor allem großräumige Erkenntnisse über die geotechnischen Gefährdungsbilder der einzelnen Trassen zu erhalten, bieten sich zusätzlich zu einem punktuellen Bohrprogramm oberflächengeophysikalische Untersuchungen Erkundungen an. Diese Erkenntnisse sowie geologische und hydrogeoglogische Bestandsunterlagen werden in einem BIM-Gesamtmodell eingebunden, sodass Risikobereiche möglichst frühzeitig erkannt und bei der Trassenoptimierung berücksichtigt werden können.

An empirical and a numerical calculation model were developed to predict the surface settlements due to EPB tunnelling in hard rock with heterogeneous face conditions. For this purpose, surface settlement and TBM driving data from Boßler Tunnel were considered. The TBM launching area characterised by a low overburden (z/D < 2) and a nature conservation area at surface was examined. The developed models were calibrated against the measured surface settlements of the first eastbound tube and were used to predict the surface settlements of the subsequent westbound tube. The prediction was then compared to the actual measured settlements during the excavation of the westbound tube. From this, findings for future settlement predictions in similar ground conditions were derived. It could be shown that both models are suitable for the application in the investigated subsoil conditions and can be used successfully in practice in different phases of the project development.
Zur Prognose der Oberflächensetzungen für EPB-Vortriebe in Festgestein bei heterogenen Ortsbrustverhältnissen wurde am Beispiel des Boßlertunnels ein empirisches und ein numerisches Berechnungsmodell aufgestellt. Dazu wurden die Setzungsdaten, die aus dem Vortrieb der zuerst aufgefahrenen Oströhre des Boßlertunnels vorlagen, sowie die Vortriebsdaten der Maschine berücksichtigt. Untersucht wurde speziell der Anfahrtsbereich mit einer geringen Überdeckung (z/D < 2). Oberhalb des Tunnels befindet sich in diesem Bereich ein Naturschutzgebiet. Basierend auf den gemessenen Setzungen oberhalb der Oströhre wurden die Modelle kalibriert. Mit beiden Modellen wurden dann die Setzungen oberhalb der Weströhre, die nach der Oströhre aufgefahren wurde, prognostiziert. Die tatsächlichen Setzungen wurden anschließend ausgewertet und den prognostizierten gegenübergestellt. Daraus wurden Erkenntnisse für zukünftige Setzungsprognosen in ähnlichem Baugrund abgeleitet. Es konnte gezeigt werden, dass beide Modelle für die Anwendung in dem untersuchten Baugrund geeignet sind und in unterschiedlichen Phasen der Projektbearbeitung in der Praxis angewendet werden können.

Costs for installation and maintenance of protective structures are increasing while alpine hazards progressively threaten alpine communities, infrastructure and economics. Thus, reliable process-based anticipation and early warning strategies offer a cost-effective and smart solution for alpine societies in the near future. However, only few comprehensive pre-failure observations of alpine rock slopes have been reported so far. This paper demonstrates pre-failure observations of a rapidly deforming rock mass (potentially 260,000 m3) at the Hochvogel (Allgäu Alps, 2,592 m a.s.l.) and a geotechnical monitoring and warning concept. This is implemented in the complementary multi-method approach of the AlpSenseBench project and the basis for an effective and reliable early warning system. Since 2014, overall displacement rates in the range of 2 to 10 mm/month in the main decametre deep fracture are observed. It is expected that predictive acceleration patterns will appear in the final pre-failure stage. A detailed knowledge of multiple anticipative signals in correlation with accelerating rock slope deformations will contribute to an advance in accuracy and reliability of rock slide early warning.

Antizipation eines bevorstehenden Felssturzes am Hochvogel (Allgäuer Alpen)
Die Kosten für Installation und Wartung von Schutzbauten steigen; gleichzeitig werden alpine Gemeinden, Infrastruktur und Wirtschaft zunehmend durch Naturgefahren beeinflusst. Zuverlässige Frühwarn- und Antizipationsstrategien, die auf dem Verständnis der Prozessdynamiken basieren, sind daher eine kosteneffiziente und smarte Lösung in absehbarer Zukunft. Umfassende Beobachtungen von alpinen Felshängen vor deren Versagen sind kaum vorhanden. Dieser Artikel beschreibt ein sich vorbereitendes Felsversagen (potenziell 260.000 m3) am Hochvogel (Allgäuer Alpen, 2.592 m) sowie ein geotechnisches Überwachungs- und Warnkonzept. Dieses ist Teil des Multimethoden-Ansatzes des AlpSenseBench-Projekts und die Basis für ein effektives und zuverlässiges Frühwarnsystem. Seit 2014 werden mittlere Verschiebungsraten von 2 bis 10 mm/Monat im meterweit geöffneten Hauptspalt gemessen. Das Einsetzen einer prädiktiven Beschleunigung in der finalen Phase vor dem Versagen ist zu erwarten. Die detaillierte Kenntnis multipler antizipativer Signale in Korrelation mit beschleunigten Felsdeformationen leistet einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung von Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Felssturz-Frühwarnsystemen.

In Austria, the Guideline for “Technical Protection against Rockfall”, named ONR 24810 provides guidance to assess rockfall hazard (at object scale) by determining a so-called design block size. The aim of this article is to critically review the concept of design block size and to suggest alternatives. The design block size is derived from a block size distribution and event frequency, both of which may be very uncertain. Modelling a single “constant” design block may result in trajectories far away from reality. The design approaches of ONR 24810 and Eurocode 7 are compared. A case study is presented and discussed. Reducing input parameters at the beginning of the design approach results in apparent characteristic energy levels and bounce heights, which are not characteristic, as defined by EC7. By disregarding all small and the biggest blocks, valuable information of maximum energy levels and bounce heights is lost. The entire block size distribution should be used for rockfall simulations, rather than a single block size. Fragmentation should be considered, if applicable.

Das Konzept des Bemessungsblocks - Eine kritische Betrachtung der Richtlinie ONR 24810 “Technischer Steinschlagschutz”
In Österreich regelt derzeit die Richtlinie ONR 24810 den technischen Steinschlagschutz. Sie gibt vor, Steinschlagschutzmaßnahmen (auf Hangskala) auf den sog. Bemessungsbock zu dimensionieren. Das Ziel dieses Artikels ist es, das Konzept des Bemessungsblocks kritisch zu hinterfragen und Alternativen vorzuschlagen. Der Bemessungsblock ergibt sich aus einer Blockgrößenverteilung und einer Ereignishäufigkeit. Beide können sehr unsicher sein. Die Modellierung eines einzigen “konstanten” Bemessungsblocks kann in Trajektorien fern der Realität resultieren. Der Bemessungsweg der ONR 24810 wird mit jenem des Eurocode 7 verglichen. Eine Fallstudie wird präsentiert und diskutiert. Reduzierte Eingangswerte zu Beginn der Bemessung resultieren in scheinbar charakteristischen Energien und Sprunghöhen, die nicht charakteristisch im Sinne des Eurocodes sind. Durch die Vernachlässigung aller kleinen und der größten Blöcke gehen wertvolle Informationen über maximale Energien und Sprunghöhen verloren. Gesamte Blockgrößenverteilungen sollten simuliert werden, statt ein einziger Bemessungsblock. Fragmentierung sollte berücksichtigt werden, falls vorhanden.

To quantify the interaction between structures and creeping slopes, 3D calculations under consideration of a time-dependent material behaviour are necessary. In this paper 3D finite element calculations are performed on a hypothetical creeping slope. The time-dependent material parameters are determined by back calculation on a slope without any structures. Subsequently, the influence of a retaining wall and of a tunnel structure built in the creeping slope are investigated. The results of the modelling show that the structures locally decrease the creeping velocity of the slope. The influence of the tunnel structure is more pronounced due to its spatial extension. At the same time the stresses on the structures increase over time. Linear time-dependent material models do not consider the hydrostatic pressure in their formulation. Non-linear time-dependent material models, which are based on soil mechanical principles and which take the hydrostatic pressure into account, are therefore better suited to represent the time-dependent soil-structure interaction.
Um die Interaktion zwischen Kriechhang und Bauwerke zu quantifizieren, sind 3D-Berechnungen und die Berücksichtigung eines zeitabhängigen Materiaverhaltens notwendig. In diesem Beitrag werden 3D Finite Elemente Berechnungen an einem hypothetischen Kriechhang durchgeführt. Die zeitabhängigen Materialparameter werden durch Rückrechnung an dem noch nicht verbauten Hang bestimmt. Es werden im Modell anschließend der Einfluss einer Verbauwand und einer Tunnelstruktur im Kriechhang untersucht. Die Ergebnisse der Modellierung zeigen, dass die Bauwerke die Kriechgeschwindigkeit des Hangs lokal verlangsamen. Der Einfluss des Tunnelbauwerks ist dabei durch seine räumliche Ausdehnung ausgeprägter. Gleichzeitig nehmen die Spannungen auf das Bauwerk mit der Zeit zu. Lineare zeitabhängige Materialmodelle berücksichtigen in ihrer Formulierung den hydrostatischen Druckanteil nicht. Nichtlineare zeitabhängige Materialmodelle, die auf bodenmechanischen Grundlagen beruhen und den hydrostatischen Druckanteil berücksichtigen, sind daher besser geeignet um eine zeitabhängige Boden-Bauwerk-Interaktion abzubilden.

On 14 May 2013 a massive rockfall occurred approximately 1, 100 m south of the Felbertauern Tunnel, which destroyed the avalanche gallery “Schildalm” of the P1 Felbertauernstraße over a length of 130 m. At an elevation of 1,770 m a.s.l. around 10,000 m3 of rock mass dislodged and cascaded down about 190 m of elevation onto the Gallery, which protected the three lane road below. The rock fall debris deposited in the rock fall track, on the road and down to the edge of the valley bottom some 70 m further below the road. As a part of the safety- and remedial measures instable rock masses of approximately 10,000 m3 at the head scarp were removed by blasting. To protect the remaining slopes, rockbolts, steel wire meshes, anchor beams and a rock fall protection barrier were installed. The access to the site was of particular challenge, therefore all tools, machinery and material had to be transported to site by helicopter.
Am 14. Mai 2013 ereignete sich etwa 1.100 m südlich des Felbertauerntunnels ein massiver Felssturz, der die Galerie Schildalm der P1 Felbertauernstraße auf einer Länge von 130 m zerstörte. Dabei lösten sich ca. 10.000 m3 an Felsmassen in ca. 1.770 m ü.A. und stürzten auf das ca. 190 Höhenmeter tiefer gelegene Galeriebauwerk. Die Felsmassen lagerten sich teils in der Sturzbahn oberhalb, teils auf der Trasse der Felbertauernstraße ab und gelangten auch weiter talwärts (ca. 70 Höhenmeter) bis an den Talbodenrand. Im Rahmen der Sanierungs- und Sicherungsarbeiten wurden im Abbruch- und Flankenbereich labile Felsmassen im Ausmaß von weiteren ca. 10.000 m3 durch Sprengarbeit zum Absturz gebracht. Die verbliebenen Böschungsabschnitte wurden durch Verankerungen, Vernetzungen, Ankerbalken und -lisenen sowie einer Hochenergieseilsperre gesichert. Eine besondere Herausforderung war die erschwerte Zugänglichkeit des Bearbeitungsgebiets; Werkzeug, Maschinen und Baumaterialien mussten mit Hubschrauber zum Einsatzort transportiert werden.

Over the last few decades, pronounced changes of mountain environments during exceptionally warm summers have raised strong awareness towards changing cryospheric conditions in high mountain areas. Alpine regions are considered particularly sensitive to climate change, observations as well as projections report a significantly higher temperature rise in comparison to lowland areas. Rising sub-zero temperatures were demonstrated to alter rock- and ice-mechanical strength, namely compressive and tensile intact rock strength, friction, ice creep and fracturing of rock-ice interfaces as well as elastic moduli. So far benchmark studies have only investigated the impact on rock masses irrespective of the interaction with high-alpine infrastructure. This study investigates the interconnection between a high-alpine cable car station and its permafrost-affected surroundings. For engineering applications, the understanding of the state of natural systems is combined with numerical modelling of interactions between constructions and their frozen subsoil. This enables an improved design of high-alpine infrastructures in the long run.

Infrastructure in large cities is getting denser over time. Therefore, interferences with existing structures and complying to project constraints are fast becoming a very common feature during the implementation process of new projects in urban areas. As a consequence, actual geotechnical challenges often require application of innovative methods of construction in order to minimize potential construction impact or disruption. The paper intends to direct the focus on the application of unusual construction methods and will highlight and discuss some very specific solutions to some major challenges of constructing underground projects in urban environments. This is presented in the form of examples applying unusual construction methods for underground structures related to shallow overburden situations such as passenger linkways, which do not normally stand in the forefront of the attention. The paper is written from the viewpoint of a practitioner, who is deeply involved in the actual design for the implementation of such projects.

Spezielle Baumethoden für Tunnel in seichter Lage und weichem Baugrund - Herausforderung für Innovation
Die Infrastrukturdichte in großen Städten nimmt stetig zu. Folglich werden Eingriffe in bestehende Strukturen sowie einschränkende Projektbedingungen zunehmend häufige Merkmale der Projektumsetzung im Stadtgebiet. Die daraus folgenden geotechnischen Herausforderungen verlangen oftmals innovative Baumethoden, um mögliche Störungen oder sonstige nachteilige Auswirkungen der Baumaßnahmen zu minimieren. Dieser Beitrag lenkt den Fokus auf die Anwendung ungewöhnlicher Bauweisen und erörtert konkrete Lösungsansätze zu einigen der großen Herausforderungen des unterirdischen Bauens in städtischer Umgebung. Dies wird präsentiert anhand von Beispielen für den Einsatz ungewöhnlicher Konstruktionsmethoden für unterirdische Bauwerke in Bereichen mit geringer Überdeckung wie Fußgängerunterführungen, die normalerweise nicht im Vordergrund der Betrachtung stehen. Der Beitrag ist aus dem Blickwinkel eines Fachmanns verfasst, der stark an der Planung und Umsetzung solcher Projekte beteiligt ist.

Rapidly increasing and urbanized world populations require the use of fertiliser for more efficient food production. Polyhalite provides this by sustainable and low carbon means. The world's largest known high-grade Polyhalite deposit is located under the North York Moors National Park in the north-east of England at a depth of about 1,550 m. In order to protect the national park, the mineral is processed outside the park on the coast near Wilton, Teesside. The mineral is transported there on a conveyor belt running in a 37 km long tunnel between the Woodsmith mine and the portal in Wilton. Strabag was awarded with the design and construction of the 37 km long tunnel, including the mineral transport system. The total contract value amounts to several hundred million Euros with a 100 % share for Strabag. The biggest challenges for this very long tunnel drive are especially the logistics. High safety standards and a tight time schedule, funding issues and contractual changes have resulted in additional challenges. Close cooperation with the Client's team on site has been key for achieving best results for the project.

The Shazar caverns (width 19 m, height of 29 m, length 270 m) are part of the first phase of a larger project called the “Jerusalem Gateway”. They will accommodate a road in the upper level and five parking floors in the lower levels. The geology in the project area is characterized by dolomite and dolomitic limestone, overtopped by decayed rock including significant clay masses and artificial filling. Overall, the rock mass is weathered due to strong karst activity. The peculiarities of the project are the small overburden (7 to 10 m) under poor ground conditions, the close vicinity between the caverns and existing/future buildings (2 to 5 m), the vicinity between the two caverns (3 to 5 m), the intense earthquake activity in the area and the presence of large karstic cavities. The resulting challenges require unique engineering solutions. This paper gives an overview on the project, it presents the adopted design approach and the elaborated design solutions and, finally, it shows the construction experience.

Die Shazar Kavernen - Herausforderungen bei der Planung und Erfahrungen im Bau
Die Shazar Kavernen (Breite 19 m, Höhe 29 m, Länge 270 m) sind Teil der ersten Phase des Projekts “Jerusalem Gateway”. In der Kalotte jeder Kaverne wird im Endzustand eine dreispurige Straße verlaufen, während im unteren Bereich fünf Parkebene vorgesehen sind. Die Geologie im Projektgebiet ist charakterisiert durch Dolomit und dolomitischem Kalkstein, überlagert mit verwittertem Felsgestein, einschließlich Tonen und künstlicher Verfüllung. Insgesamt ist der Fels aufgrund starker Karstaktivität verwittert. Die Besonderheiten des Projekts sind die geringe Überdeckung (7 bis 10 m) unter schlechten geologischen Bedingungen, der geringe Abstand zwischen den Kavernen und bestehenden/zukünftigen Gebäuden (2 bis 5 m), der geringe Abstand zwischen den beiden Kavernen (3 bis 5 m), die intensive Erdbebenaktivität in diesem Gebiet und die Nähe großer Karsthohlräume. Die daraus resultierenden Herausforderungen erfordern einzigartige technische Lösungen. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über das Projekt, stellt den gewählten Entwurfsprozess und die ausgearbeiteten Lösungen vor und zeigt schließlich die gesammelten Erfahrungen beim Bau auf.

The construction of underground structures in metro rail projects is always challenging as the project works normally affect a large number of adjacent surface structures with stringent settlement criteria and protection requirements. Project implementation becomes even more complex when the overburden is shallow and the area of the cross-section is comparatively large. In the case of design and build metro rail projects, the Client provides a tender stage design to the Contractor's designer; this initial design is often based on limited data and does not consider the construction phase in detail. This is a significant challenge for the Contractor's designer as the new design has to consider all relevant parties and boundary conditions with respect to the compatibility of other parts of the project. This paper describes such a challenge at Mumbai metro line 3, where a crossover structure had to be implemented during the detailed design as a change of scope. The initially proposed crossover cavern was re-arranged during the detailed design. The main emphasis of this paper is to explain the revised crossover arrangement, for optimized construction feasibility, construction staging and geotechnical stability of the excavation. After the options presented by the Contractor's designer met the original objectives, the detailed design of the primary support and modified construction sequence was carried out in accordance with the principles of NATM design.

Based on mining experience and historical conventional construction processes a new type of construction has evolved - the New Austrian Tunnelling Method (NATM). NATM changed the view on the rock mass surrounding the tunnel from the forcing to the load-carrying component. NATM is a proven methodology for conventional tunnelling applied worldwide. New observation- and measurement techniques as well as digital models (e.g. geological model) will be increasingly integrated within the Building Information Modelling (BIM) process. BIM provides a sound basis of vital information for decision support across different project phases.
Aus Erfahrungen des Bergbaus und alter konventioneller Bauverfahren entstand eine neue Bauweise - die Neue Österreichische Tunnelbaumethode (NÖT) - , bei der das den Tunnel umgebende Gebirge vom nur belastenden zum tragenden Teil des Bauwerks wird. Die NÖT hat sich als neue konventionelle Baumethode weltweit bewährt. Neue Beobachtungs- und Messverfahren sowie die Integration von verschiedenen digitalen, unter anderem geologischer Modelle, werden zunehmend im Building Information Modeling (BIM) Prozess berücksichtigt. BIM bietet wertvolle Informationen zur Unterstützung von Entscheidungsprozessen über Projektphasen hinweg.

Tunnel constructions according to the principles of NATM are representing an essential key competence for construction companies. Likewise, extensive demands are placed on the people involved, and essential rules and requirements must be taken into account in order to be used successfully. The current developments in the cooperation in project management as well as the tendencies in the environment are critically examined and attempts are made to explain the necessary measures to secure this construction method in the future. Successful implementations are presented using two selected project examples.
Tunnelbau nach den Grundsätzen der NÖT stellt für ausführende Unternehmungen eine wesentliche Schlüsselkompetenz dar. Ebenso sind damit auch umfangreiche Anforderungen an die handelnden Personen verbunden, und es müssen zur erfolgreichen Anwendung wesentliche Regeln und Voraussetzungen im gemeinsamen Umgang berücksichtigt werden. Die aktuellen Entwicklungen im Miteinander bei Projektabwicklungen werden ebenso wie die Tendenzen im Umfeld kritisch betrachtet, und es wird versucht, die notwendigen Maßnahmen zur künftigen Absicherung dieser Baumethode darzulegen. Anhand von zwei ausgewählten Projektbeispielen werden erfolgreiche Umsetzungen vorgestellt.

The 8,900 m long Rohtang Tunnel lies in the Indian Himalayas north of the Manali tourist region. It avoids the dangerous route over the Rohtang Pass, which is at an elevation of almost 4,000 m, shortening the Manali-Leh Highway by approx. 50 km and enabling access to the northern regions of the state of Himachal Pradesh and onto Jammu and Kashmir even during the winter.
It was envisaged that the tunnel would be driven from two sides by drilling and blasting. The horseshoe-shaped cross-section with an excavation diameter of more than 13 m carries two lanes of vehicle traffic, two footpaths and an emergency egress beneath the carriageway.
In addition to the extreme conditions that were a feature of this project - portals at an altitude of over 3,000 m, with corresponding severe winters, avalanches and mudslides, etc. - the NATM was also driven to its limits. Friable soils instead of blast rock, water ingress in excess of 250 l/s, high rock pressure with extreme deformations and rapid changes in rock formations presented major challenges to all involved. Tunnelling operations are now nearing completion and the road tunnel will be open to traffic later this year.
Der Rohtang Tunnel mit einer Länge von 8.900 m liegt im Indischen Himalaya nördlich der Touristenregion Manali. Er erspart die gefährliche Strecke über den Rohtang Pass, der sich auf fast 4.000 m erhebt, verkürzt den Manali-Leh Highway um ca. 50 km und gewährt auch im Winter Zugang zu den nördlichen Regionen des Bundesstaats Himachal Pradesh und weiter nach Jammu und Kaschmir. Als Vortriebsmethode war ein Sprengvortrieb vorgesehen, ausgeführt von zwei Seiten. Der Querschnitt, ein Hufeisenprofil mit einem Ausbruchdurchmesser von mehr als 13 m, nimmt im Endzustand zwei Fahrbahnen, zwei Gehwege und einen Rettungstunnel unterhalb der Fahrbahn auf. Neben den allgemeinen Extrembedingungen des Projekts wie Höhenlage der Portale über 3.000 m mit entsprechenden Wintern, Lawinen- und Murenabgängen kam auch die NÖT im Vortrieb an ihre Grenzen: Fließende Böden statt sprengbaren Fels, dazu Wasserzutritte über 250 l/s, hoher Gebirgsdruck mit extremen Verformungen und rapide Wechsel in den Felsformationen stellten große Anforderungen an alle Projektbeteiligten. Inzwischen sind die Tunnelarbeiten fast fertiggestellt und das Bauwerk wird noch dieses Jahr für den Verkehr freigegeben.

This paper discusses the design and construction of a fault zone of the OeBB Koralmtunnel lot KAT3. Due to the experience gained during the advance of the parallel-situated southbound tunnel and the aim to minimize the geotechnical hazard for the subsequent excavation of the northbound TBM bore, an extensive redesign regarding the excavation-concept and -method was performed. Five different alternative solutions have been subject to a risk analysis to optimize the required measures and to minimize the cost-effective risks and hazards to an acceptable level. The set of measures, which was evaluated and juxtaposed, contained solutions for strengthening the rock mass with grouting from the TBM and from aside the bore, conventional tunnelling and backfill with a top heading or full-face excavation. Finally, the fault zone has been excavated with a conventional top heading drive from a nearby-situated cross-passage. Subsequently this tunnel stretch has been excavated by TBM without any construction delay. The paper focuses on highlighting the importance of a consequent application of the observational method and thereof derived measures in the context of a geotechnical safety management plan for controlling the residual risks.
Der Beitrag behandelt die Planung und Bauausführung für eine Störungszone des Koralmtunnels, Baulos KAT3. Aufgrund der Erfahrungen aus dem NÖT-Vortrieb in der parallelen Südröhre und dem Ziel, das geotechnische Risiko für den darauffolgenden TVM-Vortrieb in der Nordröhre zu minimieren, erfolgten umfangreiche Anpassungen der Planung hinsichtlich Auffahrkonzept und Vortriebsmethode. Fünf Varianten bildeten dabei die Basis für eine Risikoanalyse zur Optimierung der erforderlichen Maßnahmen und zur Reduktion der kostenwirksamen und geotechnischen Risiken. Das Maßnahmenbündel, welches bewertet und einander gegenübergestellt wurde, reichte dabei von einer Baugrundverbesserung von der TVM bzw. der Nachbarröhre aus, über einen vorab herzustellenden Injektionsstollen in der Nordröhre bis zu einem vorgängigen Auffahren der Störungszone im NÖT-Vortrieb und Rückverfüllung. Die Bewertung führte schließlich zu der Entscheidung, die Störungszone in der Kalotte über einen NÖT-Vortrieb von einem im Nahbereich befindlichen Querschlag aus aufzufahren. Anschließend wurde dieser Abschnitt mit der TVM ohne bauzeitliche Einbußen erfolgreich durchfahren. Die Wichtigkeit der durchgängigen Anwendung der Beobachtungsmethode und daraus abgeleiteter Maßnahmen im Kontext eines Geotechnischen Sicherheitsmanagements zur Kontrolle der Restrisiken wird aufgezeigt.

One of the major fault zones in the Semmering area runs along the Auebach Valley. In this fault zone a combination of soft fault rocks and water bearing hard rocks led to extremely challenging conditions in the design and execution of the tunnel. In difficult conditions, overlapping exploratory drillings in front of tunnel drive are essential to improve the geological-hydrogeological model and to assess geotechnical risks. However, in the encountered geological-hydrogeological conditions, the well-established exploratory drilling methods reached their limits. Despite the ongoing risk analysis, a very large-scale water and ground inflow with subsequent tunnel face collapse and development of a sinkhole on the surface occurred during the tunnelling. This paper describes the causes of the incident and the development of procedures to cope with the problem. In addition to the geological-geotechnical analyses, the article also discusses the limitations of geotechnical surveillance in complex heterogeneous rock masses.
Entlang des Auebachtals verläuft eines der Hauptstörungssysteme des Semmeringgebiets. Die unterschiedliche lithologische Zusammensetzung aus Störungsgestein und kompetenteren Bereichen sorgt in Verbindung mit Bergwasserführung für besondere Herausforderungen für die Planung und Bauausführung. Unter schwierigen Bedingungen ist eine kontinuierliche Vorauserkundung im Rahmen der Bauausführung zur laufenden Evaluierung möglicher geomechanischer Szenarien und zur Verfeinerung des dem tunnelbautechnischen Rahmenplan zugrundeliegenden Baugrundmodells unabdingbar. Unter den vorliegenden geologischen Rahmenbedingungen stoßen jedoch die gängigen Methoden der Bohrtechnik an ihre Grenzen. Trotz laufender Risikoanalyse kam es zu einem herausfordernden großmaßstäblichen Wasser- und Materialeinbruch im Vortrieb und zu Auswirkungen bis an die Geländeoberfläche. Der Beitrag beschreibt neben den Ursachen, die zum Eintritt des Ereignisses geführt haben, auch die Maßnahmen zur Bewältigung und diskutiert neben einer geologisch-geotechnischen Analyse werden auch die Grenzen der Beobachtungsmethode in einem heterogenen Gebirgsaufbau.

Tunnels within primary road networks are complex systems. The prerequisite of a good level of service is the seamless interaction of the various tunnel components (structural elements and technical equipment). Due to their heterogeneous nature, electrical and structural components are subject to divergent aging processes which require recurring maintenance procedures and rehabilitation measures. Considering the diversity of specifications and requirements among electrical/mechanical and structural components, it is evident that there is a considerable mismatch of maintenance cycles among them. Hence, tunnel asset management faces the challenge to develop strategies to integrate both the necessary functional integrity of the individual components over their respective lifecycle and the requirement of an optimized management for the overall system. Yet, the synchronization of measures towards maximizing system availability must not contradict positive wear-and-tear contingencies of the various tunnel components. Evidence based forecasting and reliability centred decision models are key elements of modern life cycle management. They must include interdependencies between the diversity of components and their manifold maintenance cycles.
Verkehrstunnel sind komplexe Systeme, die erst in einem gut abgestimmten Zusammenwirken unterschiedlichster Komponenten einen sicheren und verfügbaren Verkehrsweg gewährleisten. Diese teils sehr heterogenen elektromaschinellen und baulichen Komponenten unterliegen eigenen Alterungsprozessen, die wiederkehrender Erhaltungsmaßnahmen bedürfen. Die Mannigfaltigkeit der Eigenschaften und Anforderungen an elektromaschinelle und bauliche Komponenten setzt sich auch in sehr ungleichen Erhaltungszyklen fort. Ein zeitgemäßes Lifecycle-Management kommt an datenbasierten Zustandsprognosemodellen und zuverlässigkeitsorientierten Entscheidungsmodellen, welche die Wechselwirkungen der im Verkehrstunnel vorhandenen Gewerke und deren divergierenden Maßnahmenzyklen abbilden, nicht vorbei. Das Asset Management steht dabei vor der Herausforderung, Strategien zu entwickeln, die sowohl dem notwendigen Funktionserhalt der Einzelkomponenten über deren jeweiligen Lebenszyklus als auch dem Anspruch einer optimierten Bewirtschaftung des Gesamtsystems gerecht werden. Eine Synchronisierung von Maßnahmen im Sinne einer maximierten Verfügbarkeit darf jedoch nicht auf Kosten nicht ausgeschöpfter Abnutzungsvorräte gehen.

The aim of this project is to achieve a uniform and comparable method for the technical assessment of the state of structures throughout Germany (for bridges, tunnels, culverts; in general, for underground and support structures). By clustering defects, damage and measures according to their relevance to the technical condition of the structures, it is possible to make a more precise analysis and compare the repair and investment requirements for the system. This makes it easier for DB Netz AG to prioritize work and allocate the necessary resources. For the end user, the new process management and the support for damage assessment provided by the newly introduced damage catalogue, including pictures of the damage, is an essential part of uniform comparability and also ensures the transfer of know-how necessary for the actual work to be done. The article provides an insight into the progress with the project to date, the current state of the work and an outlook for the introduction of the new procedures for tunnels and culverts.
Ziel dieses Projekts ist eine deutschlandweit einheitliche und vergleichbare technische Zustandsbewertung der Konstruktiven Ingenieurbauwerke (KIB) (Brücken, Tunnel, Durchlässe, perspektivisch: Erd- und Stützbauwerke). Durch das Clustern von Mängeln, Schäden und Maßnahmen nach ihrer Relevanz für den technischen Zustand der Bauwerke wird eine exaktere Analyse und Vergleichbarkeit der Instandsetzungs- und Investitionsbedarfe aus dem Bestandssystem heraus möglich. Der DB Netz AG wird somit die Priorisierung und Verteilung der erforderlichen Mittel erleichtert. Für den Endanwender ist die neue Prozessführung und die Unterstützung der Schadensbewertung durch die neu eingeführten Schadenskataloge einschließlich Schadenbilder ein wesentlicher Aspekt der einheitlichen Vergleichbarkeit und stellt zudem den für die operative Arbeit notwendigen Know-how-Transfer sicher. Der Beitrag gibt einen Einblick in den bisherigen Projektverlauf, aktuellen Sachstand der Projektarbeit sowie einen Ausblick bis zur Einführung des neuen Verfahrens für Tunnel und Durchlässe.

Quantification of the level of loading of shotcrete supports from measured displacements of NATM-driven tunnels is common practice in Austria. At construction sites of the Austrian Federal Railways (OeBB), a hybrid method developed at the TU Wien (Vienna University of Technology) has been successfully applied over the last 15 years. Because OeBB tunnels are designed for a lifetime of 150 years, the long-term reliability of the support structures is of paramount interest. This provides the motivation for the development of hybrid methods applicable during the entire service life of tunnels, including also inner linings and segmental linings. The required extensions are intended to be carried out within a research program. The paper describes the state-of-the-art and projected future developments.
In Österreich ist es üblich, im Rahmen der Neuen Österreichischen Tunnelbaumethode (NÖT) die Auslastung von Spritzbetonschalen während des Baufortschrittes anhand gemessener Verschiebungen zu quantifizieren. Dazu wurde auf den Tunnelbaustellen der ÖBB Infrastruktur AG in den letzten fünfzehn Jahren eine an der Technischen Universität Wien entwickelte hybride Methode erfolgreich angewendet. Da ÖBB-Tunnel für eine Lebensdauer von 150 Jahren ausgelegt werden, ist die langfristige Zuverlässigkeit der Tunnelausbauten von größtem Interesse. Dies motiviert die Entwicklung von hybriden Methoden für die gesamte Lebensdauer von Tunneln, zwecks Auslastungsbestimmung sämtlicher Auskleidungen, etwa auch Ortbeton-Innenschalen oder Tübbingen. Dazu befindet sich ein eigenes Forschungsprogramm in Ausarbeitung. Der vorliegende Beitrag beschreibt den Stand der Technik und die geplanten zukünftigen Entwicklungen.

To secure the availability and usability of the motorway network, the Federal Roads Office (Fedro) developed new solutions for the renovation of road tunnels while keeping them open to traffic and initiated a pilot project. The aim is to replace a non-reinforced inner shell at night and ensure the availability of all lanes during the day. The solution involves partially removing the existing inner shell, then installing a drainage and waterproofing system, and finally installing a new inner lining of self-compacting concrete during the night.
The success of this pilot project led to the decision to renovate two more tunnels without delay. The strategy is based on optimising the basic variant by reducing the lining thickness using ultra-high performance fibre reinforced cementitious composite (UHPFRC) instead of conventional concrete or installing thin precast segmental lining in UHPFRC instead of conventional formwork. Fedro's innovative method will make it possible to renovate road tunnels over the long term while maintaining daytime traffic flow without massively impacting their substance.
Um gleichzeitig die Verfügbarkeit und die Gebrauchstauglichkeit eines Autobahnnetzes sicherzustellen, hat das schweizerische Bundesamt für Straßen Astra neue Lösungen zur unter Betrieb erfolgenden Erneuerung von Straßentunneln gefördert und ein Pilotprojekt gestartet. Ziel ist es, in Nachtarbeit eine nicht armierte Innenschale zu erneuern und tagsüber die Verfügbarkeit aller Fahrstreifen zu gewährleisten. Der Lösungsansatz sieht vor, die vorhandene Innenschale partiell abzutragen, dann ein Dränage- und Abdichtungssystem einzubauen und anschließend in der Nacht eine neue Innenverkleidung aus selbstverdichtendem Beton einzubringen.
Der Erfolg dieses Pilotprojekts führte zu der Entscheidung, kurzfristig zwei weitere Tunnel zu erneuern. Die Sanierungsstrategie besteht darin, die Grundvariante durch Reduzierung der Dicke der Verkleidung zu optimieren. Hierzu kommt zementgebundener Ultra-Hochleistungs-Faserverbund-Baustoff (UHFB) anstelle des herkömmlichen Betons zum Einsatz oder es werden vorgefertigte Tübbinge aus UHFB anstelle einer herkömmlichen Tunnelschalung eingesetzt. Dank der neuen Astra-Tunnelerneuerungsmethode können alte Tunnel langfristig verkehrsgerecht erneuert werden, ohne ihre Bausubstanz massiv zu beeinträchtigen.

The 450-metre long Kuckuckslay Tunnel is a double track railway tunnel dating from 1871. It is located in Germany on the line between Trier and Cologne along the river Kyll. Since its commissioning, the tunnel is a non-electrified line and has undergone only a few refurbishing measures. In 2018, a joint venture was commissioned to refurbish the Kuckuckslay Tunnel. During a 2.5-year construction period, the Kuckuckslay Tunnel will be expanded using conventional tunnelling and provided with a new concrete lining. The so-called 'Tunnel-im-Tunnel-Methode' would be used for the expansion, during which rail traffic could be maintained. In this case, the loading gauge of the railway in the area of the tunnelling work would be protected by a mobile construction rig. The Kuckuckslay Tunnel construction project offered a particular challenge due to the severely limited space inside and outside the tunnel, as well as the environmental conditions within a protected area. This article describes how these challenges were implemented and gives an overview of the state of work, as well as technical solutions and experience from the work completed.
Der 450;m lange Kuckuckslay Tunnel ist ein zweigleisiger Eisenbahntunnel aus dem Jahr 1871. Er befindet sich in Deutschland auf einer Teilstrecke zwischen Trier und Köln entlang des Flusses Kyll. Seit seiner Inbetriebnahme hat der Tunnel nur wenige Erneuerungsmaßnahmen erfahren und wird ohne Elektrifizierung betrieben. Im Jahr 2018 wurde eine Arbeitsgemeinschaft mit der Erneuerung des Kuckuckslay Tunnels beauftragt. Im Zuge der Erneuerungsmaßnahme wird der Kuckuckslay Tunnel während einer 2,5-jährigen Bauzeit unter laufendem Bahnbetrieb in bergmännischer Bauweise aufgeweitet und mit einer neuen Ortbetoninnenschale versehen. Für die Aufweitung kommt die sogenannte Tunnel-im-Tunnel-Methode zum Einsatz, mit der eine Aufrechterhaltung des Bahnverkehrs möglich ist. Hierbei wird der Betriebsraum der Bahn im Bereich der Vortriebsarbeiten durch eine mobile Schutzeinhausung geschützt. Die Baumaßnahme Kuckuckslay Tunnel wird zur besonderen Herausforderung infolge stark eingeschränkter Platzverhältnisse innerhalb und außerhalb des Tunnels sowie der umwelttechnischen Randbedingungen innerhalb einer Schutzgebietszone. Die baubetriebliche Umsetzung dieser Herausforderungen, ein Überblick über den Stand der Arbeiten sowie technische Optimierungen und Erfahrungen aus der Ausführungen werden in dieser Veröffentlichung vorgestellt.

Tiroler Wasserkraft AG realized the extension of hydropower plant Kirchbichl located in the Unterinntal built in the 1940s for the first time. The excavation pits were retained by a bored pile wall with jet grouting connections between the piles, supported with up to two bracing horizons. Safety against uplift during construction stage is managed by a deep-set jet grouting plate, which is partially anchored. Due to the dismantling of the bracing during the construction progress a partially load transfer from the bored pile wall on the partly completed concrete construction and the jet grouted plate occurs. This interaction is simulated at the static calculations. The excavation shoring was calculated by using a geotechnical program. The resulting spring supporting forces from geotechnical consideration were used in the finite element model as loads on the new reinforced concrete walls to calculate the necessary reinforcement content during construction sequence. The results from construction sequence were perpetuated at final state of the new powerhouse structure to get the governing reinforcement content.
Das Bauvorhaben Kraftwerk Kirchbichl-Erweiterung der Tiroler Wasserkraft AG liegt im Unterinntal und dient in Zukunft als Erweiterung des in den 1940er-Jahren errichteten Wasserkraftwerks. Zur Sicherung der Baugruben wurden aufgelöste Bohrpfahlwände mit dazwischen liegenden DSV-Zwickeln abgeteuft und mit bis zu zwei Aussteifungshorizonten gegenseitig abgestützt. Die Auftriebssicherheit während des Bauzustands bildet eine hochliegende DSV-Platte mit teilweiser Verankerung. Mit fortschreitendem Bau erfolgt durch den Ausbau der Steifen eine partielle Lastübertragung von Bohrpfahlsystem auf den teilweise fertiggestellten Stahlbetonbau des KH 2 und die DSV-Sohle. Diese Bauwerksinteraktion wird in statischen Berechnungen simuliert. Die Baugrubenumschließung wird mit einem geotechnischen Programm ausgelegt. Die in der geotechnischen Betrachtung resultierenden Federauflagerkräfte werden wiederum als Kräfte auf die Krafthausstruktur für deren bewehrungstechnische Auslegung im Bauzustand angesetzt. In den statischen Berechnungen wird dieser Kraftzustand in den Endzustand weitergeführt; um dadurch die resultierende maximale Bewehrung zu erhalten.

In this contribution the relevance of dispersion for tunnel construction will be demonstrated on the basis of project experience and an exemplary economic consideration. The authors recommend application of the recently developed test for the prediction of dispersion as well as more intensive use of the corresponding contractual mechanism.
In diesem Beitrag soll anhand von Projekterfahrungen sowie einer beispielhaften ökonomischen Betrachtung die Relevanz der Dispergierung für die Tunnelbaupraxis herausgestellt werden. Die Autoren empfehlen, den vor kurzem entwickelten Versuch zur Prognose der Dispergierung sowie den zugehörigen vertraglichen Mechanismus verstärkt anzuwenden.