The Fröschnitz 1 and Fröschnitz 2 supply shafts of the Semmering Base Tunnel are used for the ventilation of the tunnel drives, transport of personnel, materials and machinery and as escape and rescue routes. Until the final completion of the concrete inner lining in the shafts, water still emerges repeatedly at the surface at a few locations of the shotcrete support layer. This led above all for the Fröschnitz 2 shaft to ice formation during longer periods with outside air temperatures below the freezing point of water with simultaneous operation of the fresh air supply. The effectiveness of warm air supply was investigated with thermodynamic and aerodynamic investigations and then the cost-effectiveness of two selected systems to provide warm air were considered. The aerodynamic simulations showed that in particular the entry angle of the warm fresh air flow is decisive for the magnitude of the warm air losses.
Die Versorgungsschächte Fröschnitz 1 und Fröschnitz 2 des Semmering-Basistunnels werden für die Bewetterung der Tunnelvortriebe, den Personen-, Material- und Gerätetransport sowie als Flucht- und Rettungsweg genutzt. Bis zur endgültigen Fertigstellung der Betoninnenschale in den Schächten, tritt an einigen Stellen der Spritzbetonaußenschale immer wieder Wasser an die Oberfläche. Dies führt vor allem beim Schacht Fröschnitz 2 bei längeren Perioden mit Außenlufttemperaturen unter dem Gefrierpunkt von Wasser und bei gleichzeitigem Betrieb der Frischluftversorgung zu Eisbildung. Mithilfe von thermodynamischen und aerodynamischen Untersuchungen wurde die Wirksamkeit der Warmlufteinbringung untersucht und anschließend eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von zwei ausgewählten Systemen zur Warmlufterzeugung durchgeführt. Die aerodynamischen Simulationen haben gezeigt, dass insbesondere die Einströmwinkel der erwärmten Frischluftströme maßgebend für die Größenordnung der Wärmeverluste sind.

The influence of a tunnel drive on an existing tunnel is primarily the result of the tunnel geometries, the relative location of the two tunnels, the geological-geomechanical conditions and the associated primary stress state. During construction of the Brenner Base Tunnel, there are constructionally relevant interactions in some places between the running tunnels and the exploratory tunnel (EKS) running centrally and 12 m deeper. The rock mass stress as a result of driving the running tunnels here leads to deformations of the previously driven exploratory tunnel. Due to the high loading on the outer linings of deep tunnels and the high stiffness of the already hardened shotcrete support, slight deformation can cause local cracking in the support layer. This article compares the observed deformations in a fault zone intersecting at a flat angle with numerical simulations, which enables investigation of the geomechanical problems. Comparison of the calculation results with the real deformation behaviour permits the validation of the numerical simulations and the reliability and limits of such analyses.
Der Einfluss eines Tunnelvortriebs auf bestehende Tunnel ergibt sich hauptsächlich in Abhängigkeit der Tunnelgeometrien, der Lage beider Bauwerke zueinander, der geologisch-geomechanischen Bedingungen sowie zufolge des Primärspannungszustands. Beim Bau des Brenner Basistunnels ergeben sich in ungünstigen Geologien bereichsweise bautechnisch relevante Wechselwirkungen zwischen den Hauptröhren und dem mittig um 12 m tiefer verlaufenden Erkundungstollen (EKS). Die Gebirgsentspannung zufolge der Vortriebe der Hauptröhren führt hierbei zu Deformationen des vorauseilend aufgefahrenen EKS. Aufgrund der hohen Auslastungen der Außenschalen bei tiefliegenden Tunnelbauwerken und der hohen Steifigkeiten der bereits ausgehärteten Spritzbetonschalen ergeben sich aus geringen Deformationen lokale Rissbildungen in der Außenschale. Dieser Beitrag vergleicht die beobachteten Verformungen in einem Abschnitt in einer flach schneidenden Störzone mit numerischen Simulationen. Dadurch kann die geomechanische Problemstellung untersucht werden. Der Vergleich der Berechnungsergebnisse mit dem realen Verschiebungsverhalten erlaubt die Validierung der numerischen Simulation und die Aussagekraft und Grenzen solcher Analysen.

The Koralm Tunnel (length 33 km) crossing the eastern Alps is part of the Koralmbahn line and one of the longest rail tunnels in the world. The installation of railway equipment in the tunnel is due to start soon and it is particularly important to now make current decisions considerung future developments and demands. In particular the conflicting goals of the scheduling horizon of the construction permit process nearly 20 years ago, the 150-year design horizon and the rapid development of electronics, data processing and telematics have to be considered. Experience of operation of long rail tunnels confirms that despite all logistical efforts, the maintenance of railway equipment leads to a great expense of time and finance and also to restrictions of the line availability for operations.
Mit einer Länge von 33 km zählt der Koralmtunnel als östlichste Alpenquerung und Teil der Koralmbahn zu den längsten Eisenbahntunneln der Welt. Gegenwärtig steht man vor dem Beginn der bahntechnischen Ausrüstung des Tunnels, und es gilt in besonderem Maße, aktuelle Entscheidungen für die Zukunft vorausschauend zu treffen. Insbesondere muss der Zielkonflikt der terminlichen Betrachtungshorizonte von beinahe 20 Jahre zurückliegenden Baugenehmigungsverfahren, 150 Jahre Dimensionierungshorizonten und rasanten Entwicklungsgeschwindigkeiten im Elektronik-, Daten-, und Telematikbereich überwunden werden. Die Erfahrungen aus dem Betrieb langer Eisenbahntunnel bestätigen, dass trotz aller logistischen Anstrengungen die Instandhaltung [3] der bahntechnischen Ausrüstung zu großen zeitlichen und finanziellen Aufwänden und einhergehend auch zu Einschränkungen der betrieblichen Streckenverfügbarkeit führt.

In order to implement construction projects responsibly and at the same time efficiently, intelligent, multi-project material flow management is becoming ever more important. At the Brenner Base Tunnel, material excavated from the tunnel and geogenic fill was processed for use as concrete aggregates. One part of this processing was the separation of the finest grains by washing the material. This however produced a considerable quantity of sludge, which was to be dewatered immediately after the washing. The article describes the sludge dewatering in geotextile tubes. In addition to the application example from the construction of the Brenner Base Tunnel, the findings from this project have also been applied to optimise dewatering systems in the original application area of cleaning up waterways. Finally there is a brief outlook of current research results regarding the use of the dewatering system for used bentonite suspensions in specialised civil engineering.
Um Bauprojekte gleichermaßen verantwortungsvoll und effizient umzusetzen, ist ein intelligentes, projektübergreifendes Stoffstrommanagement immer wichtiger. Beim Brenner Basistunnels wurden Tunnelausbruchmaterial aus dem Vortrieb und geogene Ablagerungen aufbereitet, um als Betonzuschlag eingesetzt zu werden. Teil dieses Aufbereitungsprozesses war die Abtrennung der Feinstkörnung durch Waschung des Materials. Hierbei entstanden jedoch erhebliche Mengen Schlamm, die direkt nach der Waschung entwässert werden sollten. Dieser Beitrag stellt die Schlammentwässerung in geotextilen Schläuchen vor. Neben den Anwendungsbeispielen vom beim Bau des Brenner Basistunnels wird dargestellt, wie die Erkenntnisse aus diesen Projekten das Entwässerungssystem im ursprünglichen Anwendungsgebiet der Gewässersanierung optimieren. Abschließend folgt ein kurzer Ausblick auf aktuelle Forschungsergebnisse hinsichtlich der Anwendung des Entwässerungssystems auf gebrauchte Bentonitlösungen aus dem Spezialtiefbau.

The Semmering Base Tunnel with a total length of 27.3 km is being excavated from the Gloggnitz portal as well as from three intermediate faces at Göstritz, Fröschnitzgraben and Grautschenhof. The geological conditions of the project are characterized by tectonically extremely complex rock formations with difficult geotechnical conditions. The excavation passes through numerous fault zones with deep overburden. During the excavation works, some large-volume collapses occurred. In this article, the collapse events are reconstructed from the available geological and geotechnical information. The reconstruction of the observed system behaviour is based on analytical and numerical calculations. The aim is to identify the respective failure mechanisms.
Der Semmering-Basistunnel mit einer Gesamtlänge von 27,3 km wird vom Portal Gloggnitz sowie von den drei Zwischenangriffen Göstritz, Fröschnitzgraben und Grautschenhof aus aufgefahren. Die geologischen Verhältnisse des Projekts sind durch einen tektonisch äußerst komplexen Gebirgsaufbau mit teils schwierigen geotechnischen Verhältnissen geprägt. Die Vortriebe durchörtern zahlreiche Störungszonen mit hoher Überlagerung. Im gegenständlichen Beitrag werden Nachbruchereignisse auf Basis der vorliegenden geologischen und geotechnischen Informationen aus den Vortrieben rekonstruiert. Die Nachbildung des beobachteten Systemverhaltens erfolgt mittels analytischer und numerischer Berechnungen. Ziel der Rekonstruktion ist die Identifikation der jeweiligen Versagensmechanismen.

On contract SBT3.1 of the Semmering Base Tunnel, the intermediate access point at Grautschenhof had to be relocated late in the tender design phase due to new geological findings. One consequence of this was the limited space available on the new construction site area. A number of complementary measures were considered by the client in the tender. Supplemented by innovative technical solutions from the SBT 3.1 Grautschenhof joint venture, it was possible to establish a functioning logistics system for four conventional excavations in the tightest of spaces.
Für das Baulos SBT3.1 des Semmering-Basistunnels wurde aufgrund neuer geologischer Erkenntnisse spät in der Ausschreibungsplanungsphase eine Neusituierung des Zwischenangriffs Grautschenhof erforderlich. Eine Folge hiervon waren deutlich beengte Platzverhältnisse auf der neuen Baustelleneinrichtungsfläche. Daher hat der Bauherr eine Reihe von ergänzenden Maßnahmen in die Ausschreibung aufgenommen. Ergänzt durch innovative technische Lösungen der Arbeitsgemeinschaft SBT 3.1 Grautschenhof konnte so auf engstem Raum eine funktionierende Logistik für vier zeitgleich laufende konventionelle Vortriebe errichtet werden.

A fire can occur in many areas of a transport system. Detecting fires at an early stage and rapid automated fire-fighting can significantly minimize or completely prevent damage to rolling stock and infrastructure. In addition to effective fire-fighting, people should be safeguarded, the systems should be economical, and activation should cause a minimum of damage. Despite the positive effects of using automatic fire-fighting systems in terms of building protection and reducing the fire load, there may be negative effects on escaping persons during the escape phase. Different systems such as the high-pressure water mist system and the deluge system are investigated by CFD simulation and evaluated with regard to their use during the escape and external rescue phases.
Brände können in vielen Bereichen eines Verkehrssystems entstehen. Eine frühzeitige Brandmeldung sowie eine schnelle automatisierte Brandbekämpfung können die Schäden an Schienenfahrzeugen und Infrastruktur erheblich minimieren oder ganz verhindern. Neben der effektiven Brandbekämpfung sollen Menschen geschützt werden, die Anlagen sollten wirtschaftlich sein, und durch die Aktivierung sollte ein Minimum an Schäden verursacht werden. Trotz positiver Effekte beim Einsatz automatischer Brandbekämpfungsanlagen hinsichtlich des Bauwerkschutzes und der Reduzierung der Brandlast sind während der Selbstrettungsphase unter Umständen negative Auswirkungen auf flüchtende Personen gegeben. Es werden unterschiedliche Systeme, wie die Hochdruckwassernebelanlage und die Sprühflutanlage mittels CFD-Simulation untersucht und diese im Hinblick auf den Einsatz während der Selbst- und Fremdrettungsphase bewertet.

The Semmering Base Tunnel is being built by Austrian Federal Railways as part of the upgrading of the southern railway line. On contract SBT3.1, Züblin Spezialtiefbau Ges.m.b.H. was employed to undertake slope stabilization, piles dia. 1,500 mm embedded into the rock, as well as vertical and horizontal boreholes in the fault zones of Semmering. Due to the high requirements on drilling speed and accuracy of the boreholes, they were drilled as directional drilling with a hydraulic down-the-hole hammer. The vertical holes were used to install sleeve pipes for grouting works for the shaft Sommerau 2. The horizontal holes, also planned for the inclusion of sleeve pipes for grouting works, were used after on-site rescheduling during the project for exploration and drainage of the rock mass. The drilling and survey data were subject to continual and thorough review to increase the efficiency of each control operation.
Der Semmering-Basistunnel wird im Zuge des Ausbaus der Südbahnstrecke von den österreichischen Bundesbahnen errichtet. Die Firma Züblin Spezialtiefbau Ges.m.b.H. hat am Baulos SBT3.1 eine Hangsicherung, Pfahlbohrungen DN 1.500 mm mit Einbindung in den Felsen sowie vertikale als auch horizontale gerichtete Vollbohrungen in den gestörten Formationen des Semmerings ausgeführt. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Bohrgeschwindigkeit und die Lagegenauigkeit der Bohrungen wurden diese als gerichtete Imlochhammerbohrungen mit Wasserspülung abgeteuft. Die vertikalen Bohrungen dienten zur Aufnahme der Manschettenrohre für die Injektionsarbeiten am Schacht Sommerau 2. Die horizontalen Bohrungen, die ebenfalls zur Aufnahme von Manschettenrohren für die Injektionsarbeiten unter Tage angedacht waren, wurden nach einer bauseitigen Umplanung während des Projekts sowohl zur vorauseilenden Erkundung als auch zur Dränage des Gebirges genutzt. Zur Steigerung der Effizienz der einzelnen Steuervorgänge erfolgte eine laufende Analyse der Bohr- und Vermessungsdaten.

In addition to laboratory analysis, tests can be carried out on site to support the geological underground documentation. They should cover the important parameters on the project and be easy and time-saving to implement. This article describes a selection of methods and their suitability for use on construction sites. The tests comprise determination of water content, grain size distribution as well as the implementation of point load and Cerchar abrasiveness tests. For all these tests, the practical application on the site of the Koralm Tunnel contract KAT 3 and implementation details are explained. For all on-site tests, it is recommended that the results gained should be compared with the experimental procedure and the results of laboratory analyses.
Für die Unterstützung der baubegleitenden geologischen Dokumentation können neben Feldmethoden auch Laboranalysen, die vor Ort auf der Baustelle durchgeführt werden, zur Anwendung kommen. Sie sollen die im Projekt wichtigen Parameter behandeln und in der Umsetzung einfach und zeitsparend sein. Im Beitrag wird eine Auswahl an Untersuchungen und ihre baustellentaugliche Umsetzung beschrieben. Die Versuche umfassen die Bestimmung des Wassergehalts, der Korngrößenverteilung sowie die Durchführung von Punktlast- und Cerchar-Abrasivitätstests. Für alle Versuche wird die praxisnahe Anwendung im Baustellengeschehen des Bauloses KAT 3 des Koralmtunnels bzw. Angaben zur Umsetzung erläutert. Für alle baubegleitenden Untersuchungen wird empfohlen, sowohl die Versuchsdurchführung als auch die Ergebnisse über Laboranalysen zu vergleichen.

Electrical earthing (grounding) is necessary for the proper operation of electrical systems, machines and electronic equipment in the event of a fault, for protection against lightning and personal injury, and for reasons of electromagnetic compatibility. Earthing is understood as “making an electrical connection between a given point in a system or in an installation or in equipment and a local earth”. Electrical grounding systems are designed according to national and international standards, with some of these standards occupying a significant place in the legal hierarchy in Austria and being binding. Simple structures are designed using approximate formulas given in the literature and standards; more complex arrangements use programs with analytical or numerical models for the calculation and design of grounding systems. Underground infrastructure projects require additional considerations. Starting with the technical and legal requirements, the typical process steps for the design of electrical grounding systems are shown.
Elektrische Erdung ist für den ordnungsgemäßen Betrieb elektrischer Anlagen, Maschinen und elektronischer Betriebsmittel im Fehlerfall, für den Blitz- und Personenschutz sowie aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit notwendig. Unter Erdung wird die “Herstellung einer Verbindung zwischen einem Punkt im Netz, in einer Anlage oder einem Betriebsmittel mit der örtlichen Erde” verstanden. Erdungsanlagen werden gemäß inländischer und internationaler Normen ausgeführt, wobei einige dieser Normen in Österreich einen wesentlichen Platz in der Gesetzeshierarchie einnehmen und verbindlich sind. Einfache Strukturen können mit in der Literatur und in der Norm angegebenen Näherungsformeln ausgelegt werden, für komplexere Anordnungen werden Programme mit analytischen oder numerischen Modellen für die Berechnung und Auslegung von Erdungssystemen eingesetzt. Infrastrukturprojekte unter Tage erfordern zusätzliche Überlegungen. Beginnend mit den technischen und rechtlichen Anforderungen werden die typischen Prozessschritte für die Auslegung elektrischer Erdungsanlagen unter Tage dargelegt.

This report deals with tunnelling over and under existing tunnels with unreinforced concrete linings and tunnelling under an existing tunnel only supported with shotcrete. The uppermost task was to avoid damage to the existing tunnel and this could be fulfilled through carefully staged advance steps, technically correct construction by the contractor and a dense observation network. The experience tunnelling over an existing tunnel supported only with shotcrete shows that despite slight deformation, cracks and spalling occurred to the shotcrete support layer of the tunnel beneath. This damage did impair the serviceability of the support layer although the structural safety of the tunnel was never in danger. The impairment of the serviceability was temporary and could be remedied by installing overhead protection. In the long term, repair measures were necessary to the support layer in zones with poor geological conditions.
Dieser Bericht behandelt die Erfahrungen bei der Über- bzw. Unterfahrung von Bestandsbauwerken mit unbewehrter Betoninnenschale sowie bei Überfahrungen eines nur mit Spritzbeton ausgekleideten Tunnelbauwerks. Schäden am bestehenden Tunnelbauwerk zu vermeiden, war eine herausfordernde Aufgabenstellung, die durch behutsame Vortriebsschritte, eine fach- und sachgerechte Ausführung des Auftragnehmers und ein dichtes Beobachtungsnetz erfüllt werden konnte. Die Erfahrungen beim Überfahren bestehender, mit Spritzbeton ausgekleideter Stollen zeigen, dass trotz sehr geringer Verschiebungen Risse und Abplatzungen an der Spritzbetonschale des darunterliegenden Bauwerks auftreten. Diese Schäden beeinträchtigen zwar die Gebrauchstauglichkeit der Außenschale - die Tragsicherheit der Bauwerke war jedoch nie gefährdet. Die Beeinträchtigung der Gebrauchstauglichkeit wurde temporär durch das Aufbringen eines Überkopfschutzes behoben. Langfristig waren in schlechten Gebirgsbereichen Sanierungsmaßnahmen der Außenschale notwendig.

The engineering geological investigation for the environmental impact assessment of the more than 20 km long route section Schaftenau-Radfeld in the Lower Inn Valley (Tyrol) was conducted in 2017/18. As a central structure, a nearly 3 km long tunnel will be built through the Unterangerberg. The bedrock of the Unterangerberg consists of turbiditic, marine deposits of the Inneralpine Molasse with interbedded layers of marl, claystone and sandstone. The proximity to the Inntal shearzone and exogeneous effects like several glaciations have softened the surface of the inherently weak bedrock and led to heterogeneous mechanical properties. The monotonous lithology is therefore accompanied by an inhomogeneous rock mass characterization. This paper describes experiences of the geotechnical investigation of this weak rock. It was observed that only a quick transport of samples from the drilling site to the laboratory can guarantee for test results in accordance with the standards. The results, lying in the transitional zone between soft rock and hard soil, are in good accordance with data from other studies.

At this year's International Planning Design and Construction (IPDC) Workshop of the Unit of Project and Construction Management (i3b) of the University of Innsbruck, a selected group of tunnelling engineers took a closer look at the state of the art of hard rock tunnel boring machines and the challenges of tunnelling systems along the Brenner axis. The three currently active construction contracts using mechanized tunnelling technology at the Brenner Base Tunnel have an intersection of comparable geological/geotechnical conditions (quartz phyllite, schist, gneiss and granite) and yet different machine types were selected: a Gripper TBM for the Tulfes-Pfons exploration tunnel - H33, three Double Shield machines for the Mauls 2/3 contract and four Single Shield machines for contract H51. The focus of this workshop was accordingly: from geology/geotechnics to the key specifications of the TBM as a basis, followed by the consideration of the type-independent TBM parameters, the differences as well as advantages and disadvantages of the three machine types and finally an outlook into the future regarding further developments and need for innovation. This article summarizes the contents of the workshop.
Beim diesjährigen International Planning Design and Construction (IPDC) Workshop des Arbeitsbereichs für Baubetrieb, Bauwirtschaft und Baumanagement (i3b) der Universität Innsbruck beschäftigte sich ein ausgewählter Kreis von Tunnelbauern mit dem Stand der Technik von Hartgesteinstunnelbohrmaschinen und den Herausforderungen der Vortriebssysteme entlang der Brennerachse. Die drei derzeit laufenden Baulose mit maschineller Vortriebstechnik am Brenner Basistunnel weisen eine Schnittmenge an vergleichbaren geologisch/geotechnischen Verhältnissen (Quarzphyllit, Schiefer, Gneis und Granit) auf, und trotzdem wurden jeweils unterschiedliche Maschinentypen gewählt: Eine Gripper-TBM für den Erkundungsstollen Tulfes-Pfons - H33, drei Doppelschildmaschinen für das Baulos Mauls 2/3 und vier Einfachschildmaschinen für die Vortriebe im H51. Daraus wurden die Schwerpunkte des Workshops abgeleitet: Der Weg von der Geologie/Geotechnik zu den Schlüsselspezifikationen der TBM, als Grundlage gefolgt von der Betrachtung der typenunabhängigen TBM-Parameter, den Unterschieden sowie Vor- und Nachteilen der drei Maschinentypen und abschließend einem Ausblick in die Zukunft hinsichtlich Weiterentwicklungen und Innovationsbedarf. Dieser Beitrag fasst die Inhalte des Workshops zusammen.

Shotcrete is an essential support element in tunnelling. From the start of the hydration of shotcrete, it resists stresses and deformation. Therefore its time-dependent material properties, in particular the strength development and stiffness development, are significant. With time, the early strength can affect the progress of rock pressure and the support resistance. In order to describe its mechanical material properties, there are models, mostly validated with data from dry-mix shotcrete or older shotcrete mix designs. Continuous further development in additive technology has however considerable improved the performance of shotcrete in recent years. In this article, data from more recent test series and from practical projects are evaluated. Building on the evaluation of the strength curves, an empirical forecasting model is presented, which can be used for the qualitative estimation of shotcrete strength development.
Spritzbeton ist ein wesentliches Ausbauelement im Tunnelbau. Von Beginn der Hydratisierung des Spritzbetons nimmt dieser Spannungen und Verformungen auf. Daher sind die zeitabhängigen Materialeigenschaften, insbesondere die Festigkeitsentwicklung und die Steifigkeitsentwicklung, von Bedeutung. Die Frühfestigkeit kann den zeitlichen Aufbau der Gebirgsdruckbildung sowie des Ausbauwiderstands beeinflussen. Zur Beschreibung des mechanischen Materialverhaltens existieren Modelle, die meist mit Daten von Trockenspritzbetonen oder älteren Spritzbetonrezepturen validiert wurden. Kontinuierliche Weiterentwicklungen in der Zusatzmitteltechnologie haben die Spritzbetonleistung in den letzten Jahren jedoch deutlich verbessert. In diesem Beitrag werden Daten aus aktuelleren Versuchsreihen sowie von Praxisprojekten ausgewertet. Aufbauend auf der Auswertung der Festigkeitsverläufe wird ein empirisches Prognosemodell vorgestellt, das zur qualitativen Abschätzung von Spritzbetonfestigkeitsentwicklungen dient.

The new high-strength SN anchors offer easy handling resulting from a 44 % weight saving compared to conventional SN anchors with the same structural properties. In addition to the advantages in handling and occupational safety, consequential economic advantages can of course be mentioned such as lower freight costs, the option of reducing the borehole diameter, the possibility of parallel execution of various work steps and, finally, optimization of speed in conventional tunnelling.
Die neuen hochfesten SN-Anker bieten dem Anwender vor allem eine leichte Handhabung resultierend aus 44 %-Gewichtseinsparung verglichen zu konventionellen SN-Ankern bei gleichen statischen Eigenschaften. Neben den Vorteilen im Handling und im Arbeitsschutz sind natürlich auch die wirtschaftlichen Vorteile wie geringere Frachtkosten, möglicherweise die Reduzierung des Bohrlochdurchmessers, die Möglichkeit zur parallelen Ausführung verschiedener Arbeitsschritte und schließlich die Optimierung der Vortriebsgeschwindigkeit zu erwähnen.

In-depth contractor engagement during the concept and detailed design phases of the Bank Station Capacity Upgrade project led to an optimised tunnel design with significant improvements in risk management. Regular, coordinated meetings between the design and construction teams led to innovative construction solutions utilised in eliminating risks where possible and where not possible, controlling them through best practice. This paper outlines the lessons learnt from other tunnelling projects in London and presents how the risks related with SCL works have been dealt with in the tunnels design for the Bank Station Capacity Upgrade project.

The U2 station Neubaugasse will become one of the busiest interchange stations in the Vienna underground network, with passengers changing between the existing line U3 running along under the Mariahilfer Straße and the new line U2 crossing the Mariahilfer Straße. The Mariahilfer Straße, one of the best known shopping streets in Vienna with shopping centres and high numbers of passers-by in the middle of a densely built-up residential area, and its side streets have been redesigned in the last few years with the aim of traffic calming and creating new public spaces.
The building of an underground railway station in such surroundings thus poses a great challenge. Extensive soil investigations, house strengthening measures and utility diversions were carried out in advance. The shafts were constructed top-down in restricted space conditions. Due to the scarcity of available site facilities areas, deliveries to the site are only possible “just-in-time". Access for local inhabitants and delivery traffic to the side streets, and also for emergency services, has to be maintained during the construction period.
Die U2-Station Neubaugasse stellt zukünftig eine der meist frequentierten Umsteigerelationen des Wiener U-Bahnnetzes zwischen der bestehenden, unter der Mariahilfer Straße längsverlaufenden U-Bahnlinie U3, und der die Mariahilfer Straße querenden neuen U2 dar. Die Mariahilfer Straße, eine der bekanntesten Geschäftsstraßen in Wien mit Einkaufzentren und hohen Passantenfrequenzen inmitten eines dicht bebauten Wohngebiets, und deren Seitenstraßen wurden in den letzten Jahren mit den Zielen Verkehrsberuhigung und Schaffung neuer öffentlicher Plätze umgestaltet.
Die Errichtung einer U-Bahnstation in einer solchen Umgebung stellt somit eine große Herausforderung dar. Im Vorfeld wurden umfangreiche Bodenerkundungen, Hausertüchtigungen und Einbautenumlegungen durchgeführt. Die Schächte werden unter sehr beengte Platzverhältnisse in Deckelbauweise errichtet. Aufgrund der kaum vorhandenen Baustelleneinrichtungsflächen ist eine Baustellenanlieferung nur “just-in-time” möglich. Die Zufahrt für Anrainer und Lieferverkehr in den Seitenstraßen wie auch die für Einsatzkräfte muss während des Baus gewährleistet sein.

The closing of the gap in line U5 of the Berlin underground completes the missing connection between the Alexanderplatz and Brandenburger Tor stations. The existing line U5 currently ends at the Alexanderplatz. With the closure of the gap, the existing tunnels at the Berliner Roten Rathaus will be connected to the Brandenburger Tor station on the line U55. The project includes the construction of three new underground stations and two single-track tunnels connecting them, which are being tunnelling by shield machines. The new alignment thus passes deep under the city, under the River Spree, the new Berliner Schloss and the Spreekanal as well as running along beneath the street Unter den Linden to the Brandenburger Tor. The construction activities are taking place right in the centre of Berlin and the particular local conditions are a logistical and technical challenge.
Der Lückenschluss der U-Bahnlinie U5 stellt die fehlende Verbindung zwischen den Haltestellen Alexanderplatz und Brandenburger Tor her. Die bestehende Linie U5 endet derzeit am Alexanderplatz. Mit dem Lückenschluss werden die bestehenden Tunnelanlagen am Berliner Roten Rathaus mit der U-Bahnstation Brandenburger Tor der Linie U55 verbunden. Das Projekt umfasst den Neubau von drei U-Bahnstationen und zwei sie verbindende eingleisige Tunnel, die im Schildvortrieb hergestellt werden. Dabei unterfährt die neue Trasse innerstädtisch in Tieflage die Spree, das Neue Berliner Schloss und den Spreekanal sowie in Längsrichtung die Straße Unter den Linden bis zum Brandenburger Tor. Die Bautätigkeiten finden im Herzen Berlins statt und stellen aufgrund der zentralen Lage und der besonderen Randbedingungen eine logistische und technische Herausforderung dar.

Urban Tunnelling requires handling of a wide range of ground conditions and multiple challenges generated by work access constraints, settlement sensitive structures, as well as testing socio economic needs such as limitations to noise and dust emissions as well as impact on traffic. Such projects and their bespoke technical solutions come at a price. The realisation of large-scale urban infrastructure projects is often accompanied by intensive discussions about the cost in support of the social need for such projects. This article provides socio-economic reasoning for major urban infrastructure projects and insight in selected technical solutions that are required to realise these projects in urban settings.

During the Design-Build-Finance procurement of the “RER Highway 401 Rail Tunnel”, the option with two single SEM tunnels was selected as preferred alternative. The challenges of this project lie not only in the conditions and requirements by the Ministry of Transportation of Ontario, the owner of the highway above and the existing tunnel beside the new tunnels, but also in construction beneath one of the busiest highways in North America. Pre-support measures for tunnel excavation, which cannot involve any type of grouting directly beneath the roadway surface, were evaluated based on their risk exposure, resulting in the selection of a pipe jacked umbrella above the tunnel crowns. A sophisticated monitoring programme is implemented with online access at any time to allow for immediate response and implementation of pre-determined mitigation measures as required.
Im Zuge einer funktionalen Ausschreibung mit Bauzeitfinanzierung (Design-Build-Finance) wurde in einer Methodenevaluierung für den Bau des “RER Highway 401 Rail Tunnels” die Variante mit zwei eingleisigen Tunnelröhren in sequentieller Bauweise als bester Vorschlag ausgewählt. Die Herausforderungen dieses Projekts liegen nicht nur in den Rahmenbedingungen und Vorgaben des Verkehrsministeriums von Ontario als Eigentümerin der darüberliegende Autobahn und des unmittelbar daneben liegenden bestehenden Bahntunnels, sondern auch in der Abwicklung und Ausführung des Projekts unter einem Verkehrsknotenpunkt einer der meistbefahrenen Autobahnen Nordamerikas. Voraussicherungsmaßnahmen für den Tunnelausbruch, die Injektionen unter der Fahrbahn größtenteils ausschließen müssen, wurden in einer detaillierten Risikoevaluierung ausgewählt, wobei einer Rohrvorpressung zur Herstellung eines Rohrschirms der Vorzug gegeben wurde. Ein aufwändiges und jederzeit online einsichtiges Messprogramm soll ein frühes Erkennen von Hebungen und Setzungen und ein rasches Umsetzen von zuvor festgelegten Gegenmaßnahmen sicherstellen.

Since the first mined subway stations were constructed in Washington, DC in the mid-80s, European engineers and construction professionals have been promoting the benefits of the conventional tunneling method for major urban infrastructure projects throughout North America. In recent years, significant advances have been made in the use of numerical design tools, innovative construction approaches, fiber reinforced shotcrete mixes and the increased use of robotics and laser-scanning equipment. This article provides an overview of key technologies and innovations applied on recent projects, including Chinatown Station in San Francisco; Parliament, Lyon and Rideau Stations in Ottawa; and Laird, Avenue and Oakwood Stations in Toronto.

The Feuerbach and Bad Cannstatt Tunnels on the Stuttgart 21 project are two central elements of the future Stuttgart inner-city rail node. Due to the central location in the middle of Stuttgart, there are particular requirements for construction operations and logistics. These effects are additionally reinforced by the very difficult geological and geotechnical conditions in the valley of Stuttgart: very changeable strengths of the prevailing formations of the gypsum Keuper, sometimes with shallow overburden with dense building and roads above. The tunnel also passes through sections with anhydrite content, which tends to swell on contact with water. In this paper, both the challenges of the inner-city location are described and the methods and solutions used to counter an impairment of structural safety and serviceability in the anhydrite sections.
Die Tunnel Feuerbach und Bad Cannstatt des Projekts Stuttgart 21 sind zwei zentrale Elemente des künftigen Bahnknotens der Stuttgarter Innenstadt. Aufgrund der zentralen Lage mitten in Stuttgart ergeben sich bei beiden Tunneln besondere Anforderungen an den Baubetrieb und die Baulogistik. Diese Effekte werden zusätzlich verstärkt durch sehr schwierige geologische und geotechnische Verhältnisse im Stuttgarter Talkessel: Sehr wechselhafte Festigkeiten der anstehenden Formationen des Gipskeupers bei z. T. geringer Überlagerung zur darüber liegenden dichten Bebauung und den Verkehrsflächen. Darüber hinaus durchörtern beide Tunnel anhydritführende Abschnitte, die bei Zutritt von Wasser zum Quellen neigen. In diesem Beitrag werden sowohl die sich aus der innerstädtischen Lage ergebenden Herausforderungen beschrieben als auch die Methoden und Lösungen, mit denen in den Anhydritstrecken einer Beeinträchtigung von Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit der beiden Tunnel begegnet wird.

Due to the additional tunnels that are currently under design or construction, drainage maintenance costs are expected to rise significantly over the next few years. An increased amount of maintenance will also be necessary due to older drainage pipes damaged during intensive cleaning and flushing. To counter these problems, an internal task force for drainage pipes has been installed within the ÖBB. Together with research institutions from several fields of science, projects are being carried out to find ways to decrease the overall maintenance effort. Topics include screening of possible rehabilitation methods for damaged pipes, and investigation of currently used materials with regard to their mechanical suitability. A multi-disciplinary research topic has also been initiated to investigate the potential of material modifications with the goal to decrease overall precipitation in drainage pipes and associated maintenance. First results on modified materials already show potential to decrease calcite precipitation.
Aufgrund der aktuell in Bau befindlichen Tunnelbauwerke wird sich der Aufwand für die Instandhaltung von Bauwerksdrainagen bei der ÖBB innerhalb der nächsten Jahre vervielfachen. Ein weiteres Problem stellen ältere Tunneldrainagen dar, die durch intensive Reinigung beschädigt werden und einen zusätzlichen Instandhaltungsaufwand bedeuten. Ausgehend von diesen Problemstellungen wurde innerhalb der ÖBB die Task Force Drainage gegründet. Gemeinsam mit Forschungspartnern aus verschiedenen Fachdisziplinen wird derzeit untersucht, wie die Instandhaltung optimiert werden kann. Dabei werden sowohl potenzielle Möglichkeiten zur Instandsetzung als auch die Materialeignung der derzeit verbauten Drainagen untersucht. Zusätzlich wird versucht in einem Disziplinen-übergreifenden Projekt neue Materialien mit verringertem Versinterungspotenzial und einhergehender Reduktion des Reinigungsaufwands zu entwickeln. Erste Untersuchungen zeigen dabei bereits auf, dass Potenzial hinsichtlich Materialoptimierung gegeben ist.

The interaction of tunnel boring machines with the rock mass is highly influenced by human, technical and geological factors. Interpretation of geological observations and TBM data is currently done on a subjective basis. Technologies based on Artificial Intelligence research, can be used to automatically classify TBM data into rock mass behaviour types. Albeit first results look promising, any technology poses the threat of malicious use that deliberately harms / benefits one or another party.
This paper shows how an Artificial Neural Network (ANN) can be trained to achieve the best possible rock mass behaviour classification, or how such a system can be misused to yield a more optimistic, respectively pessimistic classification to fortify the interests of one party. However, ANN also pose the chance to serve as an independent objective opinion and to improve the self-consistency of geological classifications.

American Concrete Institute (ACI) is aiming to publish its first guide (ACI 533.2R) on general aspects of precast tunnel segments. This paper presents salient features of the guide including the most recent developments on major aspects of design, manufacturing and construction. This document is drafted based on the knowledge and the experience gained on projects in Asia, Europe, and North America, and available national and international recommendations. Procedures to perform structural design during production, transportation, construction and final service stages are explained. Details of segmental ring geometry and systems, concrete strength, curing, and reinforcement detailing are discussed. Gasket design, segment connection devices, anchorage systems, tolerances, measurement and dimensional control, and repair of defects are among other topics that are covered. This document also addresses durability and degradation mechanisms of tunnel linings and their mitigation methods. While some parts of this guide may only consider the procedures adopted by ACI, they can be extended to other national and international codes and used worldwide.