The railway line from Graz to Klagenfurt, section Mittlern-Althofen/Drau, is part of the Austrian high-speed network and a partial section of the trans-European railway network (TEN in the EU, Pan-European corridor in the eastern countries). With the Koralmbahn line from Graz to Klagenfurt, capacity on the north-south connection Vienna-Tarvis will be considerably increased and the journey times noticeably shortened. The St. Kanzian tunnel chain is the most important part of the section Mittlern-Althofen/Drau in southern Carinthia, in the immediate vicinity of the tourist region of Klopeiner See/St. Kanzian. The St. Kanzian tunnel chain consists of six tunnels with lengths between 230 and 2, 100 m, which are under construction by various methods. Despite the short distances between the tunnels, the inhomogeneous geological conditions ranging from silty-sandy lacustrine sediments to phyllites are a great challenge. The topography also leads to consistently shallow overburden. The stated conditions lead to the necessity of extensive specialised civil engineering and ground improvement measures.
Die Eisenbahnstrecke Graz-Klagenfurt, Abschnitt Mittlern-Althofen/Drau, ist ein Bestandteil des österreichischen Hochleistungsstreckennetzes und Teilabschnitt der gesamt-europäischen Eisenbahnnetze (TEN in der EU, Paneuropäische Korridore in den Oststaaten). Mit der Koralmbahn Graz-Klagenfurt werden die Kapazitäten auf der Nord-Süd-Achse Wien-Tarvis deutlich angehoben und die Fahrzeiten spürbar verkürzt. Die Tunnelkette St. Kanzian bildet das Herzstück des Abschnitts Mittlern-Althofen/Drau in der Region Südkärnten in unmittelbarer Nähe zur Tourismusregion Klopeiner See/St. Kanzian. Die Tunnelkette St. Kanzian besteht aus sechs Tunnelbauwerken mit Längen zwischen 230 und 2.100 m, die in unterschiedlichen Bauweisen errichtet werden. Besonders herausfordernd sind die trotz der geringen Abstände zwischen den Tunneln inhomogenen geologischen Verhältnisse, die von schluffig-sandigen Stillwassersedimenten bis zu Phylliten reichen. Zudem ergibt sich aus der Topographie eine durchwegs geringe Überlagerung. Aus den oben genannten Rahmenbedingungen ergibt sich die Notwendigkeit von umfangreichen Spezialtiefbau- und Bodenverbesserungsmaßnahmen.

Mobility is a basic need for people and society, so the steady growth of transport need will continue. The railway system is always in competition with other modes of transport and therefore has to improve productivity - within European and national requirements and specifications. The demands and wishes of customers are also changing; issues like industry 4.0, climate change, energy efficiency or digitisation are increasingly significant. ÖBB-Infrastruktur AG is responsible for planning, building and operating the railway infrastructure in Austria. Current trends like digitisation and automation can show the way for the further strategic orientation. Innovation in all areas of the railway system is necessary to reach the focused goals. This can be obtained by participation in European or national research projects or by specific research on current issues. Digitisation, big data, visualisation and automation are promising solutions for the identified fields of activity.
Mobilität ist ein Grundbedürfnis des Menschen und der Gesellschaft, dementsprechend wird sich das stetige Wachstum des Transportwesens fortsetzen. Das System Bahn steht im ständigen Wettbewerb mit anderen Verkehrsträgern und muss daher - innerhalb europäischer und nationaler Vorgaben - die Produktivität steigern. Auch die Ansprüche und Wünsche der Kundinnen und Kunden ändern sich stetig; zudem rücken Themen wie Industrie 4.0, Klimawandel, Energieeffizienz, Digitalisierung zunehmend in den Vordergrund. Die ÖBB-Infrastruktur AG ist für die Planung, den Bau und den Betrieb der Bahninfrastruktur verantwortlich. Die aktuellen Trends wie Digitalisierung und Automatisierung zeigen den Weg für die weitere strategische Ausrichtung. Innovationen in allen Bereichen des Systems Bahn sind zur Zielerreichung notwendig. Dies gelingt durch Teilnahme an Forschungsprojekten auf europäischer und nationaler Ebene bzw. durch gezielte Forschung zu aktuellen Fragestellungen. Digitalisierung, Big Data, Visualisierungen, Automatisierung versprechen Lösungsansätze für die identifizierten Handlungsfelder.

For the verification of the load bearing and deformation behavior of segmental lining under exactly known conditions a test rig was designed and built in cooperation between the Montanuniversity of Leoben - Chair of Subsurface Engineering and the Austrian Federal Railway. On the basis of tests performed with steel-reinforced precast elements, first statements can be made in relation to the load bearing and deformation behaviour of the tested segments. Furthermore, a camera-based system for crack detection is presented. A finite-element model has also been set-up and this model has been validated using the test data.
Für die Verifizierung des Trag- und Verformungsverhaltens von Tübbingen unter definierten Belastungsbedingungen wurde an der Montanuniversität Leoben - Lehrstuhl für Subsurface Engineering in Zusammenarbeit mit der ÖBB-Infrastruktur AG ein Prüfstand für biaxiale Versuche entwickelt. Auf Basis der durchgeführten Versuche mit stahlbewehrten Tübbingen des Koralmtunnels Baulos KAT2 können erste Aussagen zum Trag- und Verformungsverhalten der getesteten Tübbinge getroffen werden. Des Weiteren wird ein am Lehrstuhl für Subsurface Engineering entwickeltes System zur Erkennung von Rissen auf Kamerabasis vorgestellt. Ein dreidimensionales FE-Modell der untersuchten Tübbinge wurde anhand der ermittelten Versuchsdaten in numerischen Simulationen validiert.

A camera system has been developed, which can cover the full face when mounted in disc housings, thus imaging the tunnel face to provide greater transparency for client and contractor and to provide more objective geological assessment. No manholes or extra apertures are needed to accommodate the camera system. The images recorded are used to generate a 3D reconstruction of the face, revealing depths and volumes of breakouts. For the determination of the orientation of discontinuities, plugins based on .NET have been developed to enable the use of AutoCAD or Civil3d of Autodesk for the geological assessment of the face. The contribution describes the application, images and computed results of the camera system based on its regular use over a period of more than 20 months.
Um die Ortsbrust transparenter für Auftraggeber und -nehmer zu machen und deren Beurteilung objektiver zu gestalten, wurde ein Kamerasystem entwickelt, das in Diskengehäusen installiert, die Ortsbrust vollflächig aufnimmt. Für die Aufnahmen bedarf es keiner Mannlöcher oder eigens für ein Kamerasystem konzipierter Öffnungen. Die aufgenommenen Bilder werden zu einer 3D-Rekonstruktion prozessiert, die eine Bestimmung von Ausbruchvolumina und Raumstellungen von Trennflächen ermöglicht. Die Auswertungen werden mittels CAD-Software AutoCAD bzw. Civil3d von Autodesk durchgeführt, deren Funktionsumfang durch unter .NET entwickelte Add-Ins für strukturgeologische Anwendungen erweitert wird. Der Beitrag stellt Anwendung, Aufnahmen und Auswertungen des Kamerasystems aus seinem regelmäßigen Einsatz über die Dauer von mehr als 20 Monaten vor.

As part of the Brenner Base Tunnel project, the currently running Tulfes-Pfons construction lot includes a stretch of the exploratory tunnel (ET), which has a length of 15 km and is being bored by a gripper TBM. During this tunnelling work, a diverse and broad set of exploration techniques is being used. Although it is an exploratory tunnel, the tunnel is subject to the same constraints as a performance heading. The choice of exploration techniques was made with regard of the capability to smoothly integrate them into regular tunnelling in order to not create further downtime. The exploration techniques are useful for the current ET but also to produce a forecast for the subsequent main tunnels (MT). The geological investigation is undertaken by face and peripheral mapping as well as by percussion drilling ahead of the machine. The geotechnical exploration is carried out by analysing the TBM parameters and the system behaviour, and analysing the percussion drilling. The exploration concept is completed with the geophysical reflection seismic method. All these exploration methods have different sensitivities, exploration ranges and directions, strengths and weaknesses, so they complement one another. This paper assesses the exploration techniques based on the experience until now. A case study of one fault zone is presented to show how the different exploration methods interact and contribute to a holistic prognosis model.
Für den Brenner Basistunnel wird im derzeit laufenden Baulos Tulfes-Pfons ein Abschnitt des Erkundungsstollens (EKS) mit einer TBM-O vorgetrieben. Dabei kommen verschiedene Erkundungsverfahren zur Anwendung. Obwohl es sich um einen Erkundungsstollen handelt, steht der Vortrieb unter der Randbedingung eines Leistungsvortriebs. Daher wurden Erkundungsverfahren gewählt, die möglichst in den Vortrieb integriert werden können und keine zusätzlichen Vortriebsstillstände verursachen. Die Erkundungsverfahren dienen einerseits der Vorauserkundung für den EKS-Vortrieb und andererseits der Erkundung für die Haupttunnel. Die geologische Erkundung erfolgt durch Ortsbrust- und Laibungskartierungen sowie vorauseilende Schlagbohrungen. Die geotechnische Erkundung erfolgt durch Analysen der Parameter der Vortriebsmaschine und des Systemverhaltens sowie der Parameterauswertung der Schlagbohrungen. Ergänzt wird das Erkundungskonzept durch geophysikalische Erkundungen in Form einer Reflektionsseismik. Sämtliche angewendete Erkundungsverfahren haben unterschiedliche Sensitivitäten, Erkundungsweiten und -richtungen, Stärken und Schwächen. Im Beitrag erfolgt eine Bewertung der verwendeten Verfahren auf Basis der bisherigen Erfahrungen. Anhand einer Störungszone wird beispielhaft aufgezeigt wie die unterschiedlichen Erkundungsmethoden im Zusammenspiel ein holistisches Prognosemodell bilden.

The ÖBB-Infrastruktur AG currently has several very large tunnelling projects in Austria. However, not only the construction itself is important for the client, but also that the tunnels can be used as efficiently as possible during their entire service life. Regarding water pressure-relieved tunnel structures, the drainage system is usually the most expensive and time-consuming maintenance activity. For this reason a specialized project, the Task Force Drainage (TFD), was launched to deal with drainage systems during construction and operation. The objectives of the TFD are primarily the concentration of innovation regarding the drainage system, the optimization and systematization of the maintenance process and the specification of necessary components and technologies. Examples are the development of new flushing systems for the drainage system, the development of optimized pipe materials and a uniform inventory of existing drainage systems. These examples are explained in the article.
Derzeit werden von der ÖBB-Infrastruktur AG als Auftraggeber (AG) sehr große Tunnelbauprojekte in Österreich umgesetzt. Für den AG ist dabei nicht nur die Errichtung selbst von Bedeutung, sondern auch eine möglichst effiziente Nutzung der Tunnelbauwerke über die gesamte Lebensdauer. Am Aufwendigsten in der Instandhaltung von druckwasserentlasteten Tunnelbauwerken ist derzeit zumeist die Tunnelentwässerung. Aus diesem Grund wurde ein gesondertes, übergreifendes Projekt, die Task-Force Dränagen (TFD), ins Leben gerufen, das sich mit der Tunnelentwässerung während des Baus und Betriebs befasst. Die Projektziele der TFD sind vor allem die Bündelung von Innovationen zur Tunnelentwässerung, die Optimierung und Systematisierung des Instandhaltungsprozesses und die Vorgabe von dafür erforderlichen Komponenten und Technologien. Beispiele dafür sind die Entwicklung von neuen Spülsystemen für die Tunnelentwässerung, die Entwicklung optimaler Rohrwerkstoffe und eine einheitliche Bestandsaufnahme von vorhandenen Entwässerungssystemen, die in diesem Beitrag erläutert werden.

The present paper describes interesting geomechanical aspects from the conventional excavation on the Koralm Tunnel construction contract KAT3 under various conditions. The system behaviour and support concept are discussed and highlighted, both for the shallow tunnels in the vicinity of the western portal, situated in Neogene sediments with faults and those for sections in crystalline hard rock with the highest overburden of 1,200 m.
Der vorliegende Beitrag zeigt interessante geomechanische Aspekte aus dem konventionellen Vortrieb am Baulos Koralmtunnel 3 (KAT3) bei unterschiedlichen Randbedingungen. Dabei werden das Systemverhalten und das Ausbaukonzept sowohl in der seichtliegenden Anfangsstrecke beim Westportal in neogenen Sedimenten mit eingeschalteten Störungen als auch in den kristallinen Festgesteinen mit der höchsten Überlagerung von rund 1.200 m anhand von Fallbeispielen beleuchtet.

At the construction lot SBT 2.1 “Tunnel Fröschnitzgraben” of the Semmering Base Tunnel (SBT) in Austria caverns with a cross section up to 300 m2 are excavated in a depth of approximately 400 m, which are the central part of the emergency station. The site arrangement results in a complex situation of large cross sections within a small area. Additionally, complex ground conditions exist, because the degree of fracturing of the rock mass differs frequently and the rock mass strength is occasionally very low. Especially at the intersection of the caverns displacements increase over a long period of time. The observed system behavior is described and analyzed based on the geotechnical design taking the encountered ground conditions into account. Sequences of rock mass sections with different stiffness and strength are of high geomechanical significance due to stress concentrations in the competent areas. This had particular impact on the observed system behavior. With regard to the stability of the overall system influences of various drives and the excavation of large cross sections in several steps must be considered. Moreover, an influence of the excavation size on the extension of the area with displacement increases or stress redistributions must be taken into account.
Beim Baulos SBT 2.1 “Tunnel Fröschnitzgraben” des Semmering-Basistunnels (SBT) in Österreich werden in etwa 400 m Tiefe Kavernen mit einem Querschnitt bis zu 300 m2 ausgebrochen, die den zentralen Teil der Nothaltestelle darstellen. Aufgrund der Anlageverhältnisse ergibt sich eine komplexe Situation von großen Ausbruchsquerschnitten auf engstem Raum. Da der Zerlegungsgrad des Gebirges sehr häufig wechselt und das Gebirge zum Teil nur eine geringe Festigkeit aufweist, stehen ebenfalls komplexe Gebirgsverhältnisse an. Vor allem in den Verschneidungsbereichen der Kavernen prägen langanhaltende Zunahmen die Verschiebungsverläufe. Im vorliegenden Beitrag wird das beobachtete Systemverhalten beschrieben und ausgehend von der geotechnischen Planung in Zusammenschau mit den angetroffenen Gebirgsverhältnissen analysiert. Dabei sind Abfolgen von Gebirgsabschnitten unterschiedlicher Steifigkeit und Festigkeit von besonderer geomechanischer Bedeutung, da sich dadurch Spannungskonzentrationen in den kompetenten Bereichen einstellten. Dies hatte besondere Auswirkungen auf das beobachtete Systemverhalten. In Hinblick auf die Stabilität des Gesamtsystems sind nicht nur die Einflüsse unterschiedlicher Vortriebe und das Auffahren großer Querschnitte in mehreren Phasen zu berücksichtigen sondern auch ein Einfluss der Hohlraumgröße auf die Ausdehnung der Bereiche mit Verschiebungszunahmen bzw. mit Spannungsumlagerungen.

The Brenner Base Tunnel, which is 64 km long from the portal in Tulfes to the portal in Fortezza, consists of two main tunnels and a continuous exploratory tunnel. The exploratory tunnel, located between the two main tunnels, is used during the construction phase for the investigation of the rock mass, thereby reducing the risks of the construction of tunnels. During operation, the exploratory tunnel will serve as a drainage tunnel and will be fundamental for the maintenance of the entire system. At the moment, almost 50 % of the total distance of the exploratory tunnel length has already been completed. This paper first includes a report on the status of the works at the exploratory tunnel, with details of the stretches that have already been driven and the main results of exploration work. The paper also concerns “Learning from the work on the exploratory tunnel”, with a description of the objectives and methods of exploration activities. “Optimization” is a further topic. Several examples are given here how the data gleaned from the exploratory tunnel are used in building the main tunnels.
Der Brenner Basistunnel mit einer Streckenlänge von 64 km vom Portal Tulfes bis zum Portal Franzensfeste besteht aus zwei Haupttunneln und einem durchgehenden Erkundungsstollen. Der Erkundungsstollen befindet sich mittig zwischen den beiden Haupttunneln, dient während der Bauphase der geologischen Detailerkundung des Gebirges und trägt damit zur Risikominimierung beim Bau der Haupttunnel bei. In der Betriebsphase dient der Erkundungsstollen als Entwässerungstollen und übernimmt eine wesentliche Funktion für die Instandhaltung des gesamten Tunnelsystems. Zum heutigen Stand sind bereits nahezu 50 % der gesamten Strecke des Erkundungsstollens ausgebrochen. Dieser Beitrag umfasst zunächst einen Überblick über den Stand der Arbeiten am Erkundungstollen. Dabei werden die bereits aufgefahrenen Abschnitte sowie die wesentlichen Erkundungsergebnisse vorgestellt. Anschließend befasst sich der Beitrag mit dem “Lernen aus dem Erkundungsstollen”. Es erfolgt eine Darstellung was und wie im Erkundungsstollen erkundet wird. Darauf folgend wird das “Optimieren” betrachtet. Hier werden einige spezifische Beispiele dargestellt, wie das im Erkundungsstollen Gelernte für die Haupttunnel umgesetzt wird.

The central problem with tunnelling in karstified rock mass is the karst structures, which can be empty, partially or completely filled. The filling can consist of soil, water or a combination of both. Before the start of tunnelling in the Steinbühl Tunnel, a section of the new DB line between Stuttgart and Ulm, the various structures had to be expected at any time. The associated risks could be reduced through good work preparation, high qualitative investigation measures and good miners and engineers. The geotechnical aspects of tunnelling were of great significance, from the tunnel excavation to the provision of a durable lining.
Das zentrale Thema beim Tunnelbau im Karstgebirge sind die Karststrukturen. Sie können leer, teilweise oder vollständig gefüllt sein. Die Füllungen können aus Lockermaterial, Wasser oder aus einer Kombination von beidem bestehen. Bei den Vortriebsarbeiten des Steinbühltunnels, einem Teilabschnitt der DB Neubaustrecke zwischen Stuttgart und Ulm, musste jederzeit mit den unterschiedlichen Strukturen gerechnet werden. Durch eine gute Arbeitsvorbereitung, hohe qualitative Erkundungsmaßnahmen und einem guten Vortriebs- und Führungspersonal konnten die damit verbundenen Risiken reduziert werden. Die geotechnischen Aspekte des Tunnelbaus waren dabei, über den Tunnelausbruch hinaus bis hin zur Sicherstellung eines dauerhaften Innenausbaus, von hoher Bedeutung.

Crossrail, a new 120 km long railway line, is currently the largest infrastructure project in Europe with a volume of about GBP 15 billion. Contract C510 includes the new Liverpool Street station in the City of London using the sprayed concrete lining method. The station tunnels were excavated in close proximity to a dense network of existing tunnels. The multi-storey office buildings on the densely built up surface include some listed buildings. The aim of compensation grouting in the first place was to avoid settlement due to tunnel construction altogether, or at least minimise the impact within defined limits. Remediation of settlement which occurred regardless was only anticipated in extraordinary circumstances. This paper highlights the difficulties of balancing the desired control of settlement by means of compensation grouting against adverse effects on adjacent structures. The paper closes with a description of how the seemingly impossible lifting of one column eventually worked by localised grouting.
Crossrail, die neue 120 km lange Eisenbahnlinie, ist mit ca. 15 Milliarden GBP Bauvolumen das derzeit größte Infrastrukturprojekt in Europa. Das Baulos C510 umfasst u. a. die neue Station Liverpool Street in der City of London, die in Spritzbetonbauweise hergestellt wurde. Die Stationstunnel wurden in unmittelbarer Nähe zu einem dichten Netz von Bestandstunneln aufgefahren. Die ebenfalls dichte oberirdische Bebauung ist teilweise denkmalgeschützt. Ziel der Hebungsinjektionen war es, das Auftreten vortriebsbedingter Setzungen und Schiefstellungen überhaupt zu vermeiden oder in definierten Grenzen zu halten. Eine Rückstellung eingetretener Setzungen war nur im Ausnahmefall vorgesehen. Dieser Beitrag beleuchtet die Schwierigkeit, die Balance zu finden zwischen wünschenswerter Setzungskontrolle mittels Hebungsinjektionen einerseits, ohne jedoch andererseits angrenzende Bereiche negativ zu beeinflussen. Abschließend wird beschrieben, wie die doch erforderliche und nicht für möglich gehaltene punktuelle Rückstellung eines Pfeilers mittels gezielter Hebungsinjektionen gelang.

The finance available for the refurbishment of tunnels was around EUR 125 m. in 2014, which will increase to EUR 213 m. by 2018. DB Netz AG has a total of more than EUR 1 billion available in the medium term for the refurbishment of existing tunnels. This paper deals with the refurbishment of masonry tunnels of the DB Netz AG, Region South. The basis is the typical damage patterns of masonry tunnels, their causes and the possible refurbishment opportunities. On the Kirchberg Tunnel project, a feasibility study was carried out into possible repair measures. Based on the results of the study plans are now running. The article is supplemented by the latest state of the art rules for maintenance work in the area of tunnel construction at DB AG. The necessity of programmes for tunnelling, the necessary economic and operational constraints as well as experience with completed repairs to masonry tunnels conclude the article from the viewpoint of the owner and operator.
Das bereitgestellte Finanzvolumen für die Instandsetzung von Tunneln lag 2014 bei ca. 125 Mio. Euro. Bis 2018 und fortfolgend soll stufenweise auf 213 Mio. Euro Jahresbudget aufgestockt werden. Insgesamt stehen der DB Netz AG mehr als eine Milliarde Euro im Mittelfristzeitraum für Instandsetzungsmaßnahmen an Bestandstunneln zur Verfügung. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der Erneuerung von Mauerwerkstunneln im Bestand der DB Netz AG, Regionalbereich Süd. Grundlage hierfür sind die typischen Schadensbilder bei Mauerwerkstunneln, deren Ursachen aufgezeigt werden. Anhand des Projekts Kirchbergtunnel wurde eine Machbarkeitsstudie für mögliche Instandsetzungsmaßnahmen durchgeführt, auf deren Basis nun die Planungen laufen. Die Notwendigkeit von Programmen bei Tunnelinstandsetzungen, die erforderlichen wirtschaftlichen und betrieblichen Randbedingungen sowie die Erfahrungen bei bereits durchgeführten Instandsetzungen bei Mauerwerkstunnel schließen aus Sicht des Bauherrn und Betreibers den Artikel ab.

Asfinag (Autobahnen- und Schnellstraßen-Finanzierungs AG) has the commission to oversee the entire Austrian high-speed road network. Tunnel safety is an important focus. In the period between 2004, when the tunnel improvement programme started, and the first months of 2019, about EUR 5.7 billion will have been invested in the upgrading of tunnels as well as the optimisation of tunnel safety equipment. Along with these investments, there is also a focus on optimising the performance of lifecycles without risking non-compliance with safety standards. Tunnel refurbishment measures are planned and carried out on the basis of regular checks and assessments, taking into consideration requirements with regard to both construction engineering and electrical equipment while at the same time pursuing the aim of optimising cost-effectiveness. This paper also addresses the challenges resulting from the fact that the lifecycle of the tunnel structure differs from that of the tunnel equipment. Both the medium-term and the long-term planning of refurbishment measures should be prepared in detail to the greatest extent possible, so that the organisation can best guarantee both safety and cost-effectiveness.
Die Autobahnen- und Schnellstraßen-Finanzierungs AG (Asfinag) legt als Betreiber des hochrangigen Straßennetzes in Österreich besonderes Augenmerk auf die Tunnelsicherheit. Seit der Tunneloffensive 2004 werden bis Anfang 2019 insgesamt rund 5, 7 Mrd. für den Ausbau, aber auch für die Aufrüstung auf bestmögliche Sicherheitsstandards investiert. Damit geht neben der Investition auch die bestmögliche Ausnutzung der Lebenszyklen der Tunnelanlagen einher, ohne Sicherheitsstandards zu gefährden. Die Funktionsfähigkeit und rechtzeitige Einleitung von Erneuerungen werden auf Basis von regelmäßigen Prüfungen und Kontrollen sichergestellt. Unter Berücksichtigung von bautechnischen und elektromaschinellen Anforderungen werden wirtschaftlich optimierte Sanierungsmaßnahmen für Tunnelanlagen geplant und umgesetzt. Weitere Herausforderungen ergeben sich aus den unterschiedlichen Lebenszyklen von Bau und Ausrüstung. Eine möglichst konkrete Mittel- und Langfristplanung zu erwartender Sanierungen ist für eine sichere und wirtschaftliche Steuerung des Unternehmens notwendig.

Rail tunnels in Austria have to be amortized over an economic life of 150 years, so asset allocation has to focus on project control, project support and on predictive maintenance of tunnel lining and dewatering systems. Especially in view of the increase in total tunnel length by more than 100 per cent within the next ten years, the principles of predictive maintenance have to be improved. For this purpose, the development of proofed hybrid multi-scale methods is necessary. These methods have been used in the past to evaluate stresses in shotcrete linings, and future strategies could use the same methods for stress evaluation in the whole support structure. The second major point concentrates on work on monitoring and prediction of deposits in drain pipes. We have to look closely at filling levels and the degree of hardness of the deposits.
Die Anlagenbereitstellung von Eisenbahntunneln mit mindestens 150 Jahren wirtschaftlicher Nutzungsdauer erfordert ein zielgerichtetes und strategisches Vorgehen in der Projektabwicklung und in der Instandhaltung. Dies gilt umso mehr, da sich die Röhren-km für Eisenbahntunnel in Österreich in knapp zehn Jahren mehr als verdoppeln und die Randbedingungen schwieriger werden. In den nächsten Jahren wird für die Anlagenbereitstellung von Eisenbahntunneln der Fokus auf die wesentlichen Stellhebel technische Projektbegleitung und vorausschauende Instandhaltung von Gewölbe- und Tragstruktur bzw. Entwässerungssystem gelegt. Dazu ist die Weiterentwicklung in der Vergangenheit beim Vortrieb bewährter Strukturanalysen mittels hybriden Mehrskalenmodellen auf die gesamte Gewölbe- und Tragstruktur vorgesehen. Zusätzlich sind Monitoring- und Prognosemodelle für den Versinterungs- und Härtegrad für Ablagerungen in Tunnelentwässerungsanlagen erforderlich.

Over the last years, an increase of damages and defects of geotechnical structures has been observed during detailed safety assessments. This is mostly related to the rising age of these structures and the related decrease of the bearing capacity. The handling and dealing with these existing structures will be a challenging task for future civil engineers. This article should give an insight into damages and defects of retaining structures, which are quite difficult to detect and evaluate in terms of safety and risk. The first part of the article gives a short overview on the state of the art when it comes to the safety assessment of existing retaining structures and introduces a new, currently being edited, ÖGG guideline for this field of civil engineering. The second part deals with corrosion-induced damages on cantilever walls and shows first results of the research project SIBS (safety assessment of existing retaining structures).
Durch das steigende Bauwerksalter sowie der damit verbundenen Abnahme der Tragfähigkeit und Zuverlässigkeit vieler geotechnischer Bauwerke wurden im Rahmen vertiefter Überprüfungen in den letzten Jahren vermehrt Schäden an solchen Bauwerken festgestellt. Der Umgang mit der vorhandenen Bausubstanz stellt eine anspruchsvolle und zukünftig verstärkte Aufgabe für Ingenieure dar. In diesem Fachaufsatz soll ein kurzer Überblick zu einigen Schadensbildern an Stützbauwerken gegeben werden, die sich sowohl in der Erfassung als auch in der Bewertung als schwierig herausstellen. Dies wird anhand eines Beispiels schematisch erläutert, das auf Erkenntnissen aus der Praxis beruht und erste Forschungsergebnisse des Forschungsprojekts SIBS (Sicherheitsbewertung bestehender Stützbauwerke) widerspiegeln soll. Abschließend wird ein Einblick in eine neue ÖGG Empfehlung gegeben, die sich der Untersuchung und Bewertung bestehender, unverankerter Stützbauwerke widmet und auf Basis des bisherigen Wissensstands der Bauwerkserhalter und praxisnaher Ingenieure erstellt wurde.

The ÖBB-Infrastruktur AG operates and maintains 246 tunnels and similar structures with an overall length of approx. 250 km. Nearly 150 of these structures are more than 100 years old, 35 of them are over 150 years old. Ageing processes, the impact of train traffic, ground conditions and environmental conditions are causing progressive damage to the tunnel linings, which - in order to maintain safe railway operation - requires ongoing maintenance procedures. Those procedures are carried out under a range of restrictions concerning availability, which is one of the most important principles at the ÖBB after safety. In order to obtain continuous availability of the facility, new methods of refurbishment were developed for the two double-track tunnels Rekawinkler Tunnel and Kleine Dürreberg. The described methods enabled extensive repair works of the tunnels, mostly with uninterrupted train traffic on the second track.
Die ÖBB-Infrastruktur AG betreibt und erhält 246 Tunnel und tunnelähnliche Bauwerke mit einer Gesamtlänge von ca. 250 Tunnelkilometer. Ungefähr 150 dieser Bauwerke weisen ein Alter von mehr als 100 Jahren auf, 35 sind sogar mehr als 150 Jahre alt. Alterungsprozesse, hervorgerufen durch Einflüsse aus dem Betrieb, aus dem Gebirge sowie aus den Umweltbedingungen führen zu fortschreitenden Schäden an den Tunnelauskleidungen und erfordern zur Aufrechterhaltung eines sicheren Bahnbetriebs laufende Instandhaltungsmaßnahmen. Die Umsetzung derartiger Maßnahmen führt häufig zu Behinderungen im laufenden Bahnbetrieb und zu Einschränkungen der Anlagenverfügbarkeit, die innerhalb der ÖBB neben der Sicherheit als eine der höchsten Prämissen angesehen wird. Für die Ertüchtigung des zweigleisigen Rekawinkler- und Kleinen Dürrebergtunnels wurden daher Methoden entwickelt, die eine umfangreiche Instandsetzung des Tunnelgewölbes größtenteils unter laufendem Bahnbetrieb des zweiten Gleises ermöglichte und die Anlagenverfügbarkeit bestmöglich gewährleistet haben.

The Rhaetian Railways AG (RhB) operates an approximately 384 km long rail network, predominantly in the Canton of Graubünden (CH). With much of this rail network being situated in Alpine terrain, extensive engineering infrastructure is used; approx. 20 % of the entire rail system consists of such structures. The majority of these engineering structures are the 115 tunnels with a combined length of 58.7 km, constructed between 1901 and 1914. Due to the age of the tunnels, more than half of the 115 tunnels require renovation. The RhB has estimated that approximately 75 of these tunnel structures (with a combined length of approx. 26 km) will require extensive repair within the next 50 years. Thus a new standardized rehabilitation strategy was developed under the name “Standard Tunnel Construction Method” to ensure that the existing rail tunnels satisfy current tunnel design standards [1]. The primary goal of the “Standard Tunnel Construction Method” is to ensure that renovation costs are consistently lower compared to previous renovations by following a standardized workflow process. The primary challenges associated with such renovations are concerned with determining the extent of repair required for the tunnel as well as creating a feasible concept, which allows for the tunnel to be repaired while still remaining operational. Using the “Standard Tunnel Construction Method”, it is possible to optimize the tunnel rehabilitation strategy while maximizing quality and minimizing monetary costs.
Die Rhätische Bahn AG betreibt überwiegend im Kanton Graubünden (CH) ein ca. 384 km langes Bahnnetz. Aufgrund der örtlichen Gegebenheiten im Alpenraum beträgt der Anteil an Kunstbauten ca. 20 % der gesamten Bahnstrecke. Ein wesentlicher Bestandteil der Kunstbauten bilden die 115 Bahntunnel, die in den Jahren 1901 bis 1914 erbaut wurden und eine Gesamtlänge von ca. 58,7 km aufweisen. Mehr als die Hälfte der 115 Bahntunnel müssen aufgrund ihres Alters saniert werden. Die Rhätische Bahn geht davon aus, dass in den nächsten 50 Jahren ca. 75 Tunnelbauwerke mit einer Gesamtlänge von ca. 26 km instand gesetzt werden müssen. Daher wurde ein neues, standardisiertes Instandsetzungsverfahren mit der Bezeichnung “Normalbauweise Tunnel” entwickelt, das die Anforderungen an den modernen Eisenbahnbetrieb erfüllen soll [1]. Das Hauptziel der “Normalbauweise Tunnel” sind geringere Sanierungskosten als bei bisherigen Verfahren. Die Schwierigkeit bei der Entwicklung von Sanierungsmaßnahmen bei bestehenden Bahntunneln liegt in der Festlegung der Instandsetzungstiefe sowie deren konzeptionelle Durchführbarkeit unter Betrieb. Mit der neu entwickelten “Normalbauweise Tunnel” können die Wirtschaftlichkeit und die Qualität bei der Instandsetzung von Tunnelprojekten optimiert werden.

The 64 km long Brenner Base Tunnel will be the longest railway tunnel in the world when complete. As part of this mega project, an exploratory tunnel is currently under construction with a tunnel boring machine ( 8 m). Even though a geological model along the tunnel route was generated beforehand from the results of geological field mapping and deep drilling campaigns from the surface, some uncertainties persist due to the high overburden of up to 1,300 m. In particular, several fault systems intersect the tunnel route, but their position and orientation is uncertain. The excavation work is being documented with geological and geotechnical data, continuously updating the current geological model. Continuous seismic prediction measurements are integrated into this revision process. The aim is the detection, location and characterization of (sub-)perpendicular to (sub-)parallel fault zones ahead and to the side of the tunnel, based on the principle of body wave propagation. In a case study of a seismic campaign, the smooth integration of the acquisition into the regular advance is presented and the obtained 3D seismic models are compared to the geological documentation of the site geologists. It will be shown how the seismic analysis gives an added value for the advance and how it benefits the geological forecast for the forthcoming main tunnels.
Der 64 km lange Brenner Basistunnel wird nach der Fertigstellung der längste Eisenbahntunnel der Welt sein. Ein Teil dieses Megaprojekts ist der Erkundungsstollen, der zurzeit mit einer Tunnelbohrmaschine ( 8 m) aufgefahren wird. Das geologische Modell entlang der Tunnelachse wurde durch geologische Kartierungen und Tiefenbohrungen von der Oberfläche aus erstellt, weist aufgrund der hohen Überlagerung von bis zu 1.300 m eine Ungenauigkeit auf. Einige Störungssysteme werden auf der Tunnelachse prognostiziert, allerdings ist ihre genaue Position und Orientierung auf Tunnelniveau nicht genau bekannt. Der Vortrieb wird ständig geologisch und geotechnisch dokumentiert und das geologische Modell aktualisiert. Zudem wird eine kontinuierliche seismische Vorauserkundung integriert, mit dem Zweck (nahezu) senkrechte bis (nahezu) parallele Störungszonen mithilfe der Wellenausbreitung vor und neben dem Tunnel zu identifizieren, positionieren und charakterisieren. Eine Fallstudie einer seismischen Kampagne zeigt die gelungene Integration der Seismik in den regulären Vortrieb, und die gewonnenen seismischen 3D-Modelle werden mit der geologischen Dokumentation der Vortriebsgeologen verglichen. Es wird gezeigt welchen Zusatznutzen die seismische Erkundung für den aktuellen Vortrieb und zudem für die geologische Prognose der Haupttunnel liefert.

3GSM rolled out its first rock mass characterization system for conventional tunnelling in 2005. It consisted of a digital camera, as well as software components for 3D image generation and geologic mapping. It took several years before such a system became standard procedure on tunnelling sites. The same principles were applied later to mechanised tunnelling in hard rock using a TBM leading to its first regular application starting in 2016. This contribution provides a description of the state of the art in digital rock mass characterization, as well as possible extensions that are currently available such as the use of tablet computers for on site rock mass characterization or analytic (automatic) rock mass characterization. It ends with an outlook of what may come next in the near future, e.g. the use of mixed reality devices in the tunnel.

Digitale Gebirgscharakterisierung 2017 - Wo stehen wir jetzt?
Was kommt als nächstes? Die 3GSM brachte ihr erstes System für die Gebirgscharakterisierung im Jahr 2005 auf den Markt. Es bestand aus einer Digitalkamera sowie Softwarekomponenten zur Erstellung von 3D-Bildern und geologischer Kartierung. Es dauerte einige Jahre, bis solche Systeme zu einem Standard auf Tunnelbaustellen wurden. Dieselben Prinzipien wurden später auch bei mechanischen Vortrieben mit TBM im Hartgestein angewendet, was 2016 zu einer ersten regelmäßigen Anwendung führte. Dieser Beitrag bietet eine Beschreibung des gegenwärtigen Stands der Technik in der digitalen Gebirgscharakterisierung sowie mögliche Erweiterungen, die derzeit bereits verfügbar sind, z. B. die Verwendung von Tablet-Computern für die Gebirgscharakterisierung vor Ort oder analytische (automatische) Gebirgscharakterisierung. Es endet mit einem Ausblick, was als nächstes in der näheren Zukunft kommen kann, z. B. die Verwendung von “Mixed-Reality-Brillen” im Tunnel.

The construction of subsurface underground structures poses a special challenge for the involved project team. The goal of geological documentation is to record the conditions as precisely as possible and provide support to the entire team based on this information. To this end, the situation is recorded during the advance, sketches are drawn, digital photos are taken and measurements are made. It has now become standard practice to store and evaluate the data obtained digitally. For this purpose powerful computerized information systems have been developed to store and evaluate large amounts of data. Geological observations in underground construction are almost exclusively spatial information and are recorded in three dimensions. In addition to the types of rocks encountered, the positional relationships of the geological bodies to each other and the discontinuity system of the rock mass have a great influence on the stability of the cavity. Future developments will be concerned with the integration of the geological data into BIM systems. Compared to present GIS techniques this will enable a more effcient aggregation with other tunnel construction data. Mobile applications will make it possible to record observations directly in digital form, thus avoiding redundancies.
Ziel der baugeologischen Dokumentation ist es, die Verhältnisse vor Ort genau zu erfassen und auf der Basis dieser Informationen den Bauherrn, die ausführende Firma und das Team hinsichtlich möglicher Gefahrenpotenziale bestmöglich zu beraten. Zu diesem Zweck werden die Situation beim Vortrieb aufgenommen, Skizzen angefertigt, Digitalfotos erstellt und Messungen durchgeführt. Die Daten digital abzulegen und auszuwerten, ist bereits Standard; leistungsfähige Fachinformationssysteme erlauben es, große Datenmengen in geeigneten Datenbankstrukturen abzulegen und auszuwerten. Bei geologischen Befunden im Hohlraumbau handelt es sich fast ausschließlich um Informationen mit räumlichem Bezug, die dreidimensional zu erfassen sind, weil die Lagebeziehungen der geologischen Körper zueinander und das Trennflächensystem des Gebirges neben den angetroffenen Gesteinsarten Einfluss auf die Stabilität des Hohlraums nehmen. Zukünftige Entwicklungen beziehen sich u. a. auf die Integration der geologischen Daten in BIM-Systeme, um eine leistungsfähigere Zusammenschau mit anderen Datenbeständen zu ermöglichen als dies bereits mittels GIS realisierbar ist. Mobile Anwendungen werden es ermöglichen, Beobachtungen im Vortrieb unmittelbar digital zu erfassen, wodurch Redundanzen vermieden werden können.

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

The basis for reliable geological documentation is absolute objectivity. The encountered geological conditions should be documented to the latest technical and scientific standards without any ulterior motive. This is so important because geological documentation is often the basis for essential decisions or assessments. The significance of geological documentation is sometimes underestimated. Without reliable documentation, facts are irretrievably lost. Sometimes geological documentation is biased, and principally serves for the justification of claims or serves to negate deviations from the conditions predicted in the tender documents. This sort of documentation is wrong and can also damage reputations.
Grundlage einer belastbaren geologischen Dokumentation im Tunnelbau ist in jedem Fall die absolute Sachlichkeit. Auf aktuellem technischen und wissenschaftlichen Stand müssen die geologischen Verhältnisse ohne jeden Hintergedanken dokumentiert werden. Dies ist wichtig, weil die geologische Dokumentation oft Grundlage für wesentliche Entscheidungen und Beurteilungen ist. Die Bedeutung der geologischen Dokumentation wird oft unterschätzt. Ohne eine verlässliche und belastbare Dokumentation sind Fakten unwiederbringlich verloren. Mancherorts ist eine tendenziöse Art der geologischen Dokumentation, die vornehmlich der Suche nach Nachtragsgründen oder aber auch der Leugnung von Abweichungen der angetroffenen Verhältnisse von der Prognose dienen soll, zu beobachten. Dieser Art, zu dokumentieren, muss entgegentreten werden, da sie technisch und wissenschaftlich falsch und überdies rufschädigend ist.

The Vorarlberger Illwerke AG is constructing the 360 MW Obervermuntwerk II pumped storage power. The project area is located in the upper Montafon, Austria. The head between the elevations of the “Silvrettaspeicher” and “Vermuntspeicher” reservoirs will be exploited for production of electric energy. The Obervermuntwerk II is designed as a pumped storage plant with two highly flexible turbine/pump sets to operate the so called “hydraulic short-circuit”. At maximum gross head of 317 m and a maximum design discharge of Q = 150 m3/s, an electric power of 360 MW will be generated, which is equal to the pumping power. Upon completion, it will be the second largest pumped storage power plant of the Vorarlberger Illwerke AG. The construction of the approx. 500 million project began in May 2014 and is expected to start operating in 2018. The paper describes the underground waterway, its geotechnical design, the implementation concept and the construction experience gained up to June 2017.
Die Vorarlberger Illwerke AG baut derzeit das 360 MW Pumpspeicherkraftwerk Obervermuntwerk II. Das Pumpspeicherkraftwerk nutzt den Höhenunterschied zwischen den Speichern Silvretta und Vermunt zur Erzeugung von elektrischer Energie. Es ist als schnell regelbares Pumpspeicherkraftwerk mit zwei hochflexiblen, rasch und in einem weiten Bereich regelbaren Maschinensätzen konzipiert. Die Maschinensätze bestehen aus getrennten Turbinen und Pumpen, die im “hydraulischen Kurzschluss” betrieben werden können. Bei einer maximalen Fallhöhe von 317 m und einem maximalen Durchfluss von 150 m3/s wird eine Nennleistung von 360 MW erreicht, ebenso hoch ist die Nennleistung der Pumpen. Nach der Fertigstellung ist das Obervermuntwerk II die zweitgrößte Anlage der Vorarlberger Illwerke. Die Bauarbeiten des etwa 500 Mio. Euro Projekts begann im Mai 2014. Es wird mit einer Inbetriebnahme der 360 MW Anlage in 2018 gerechnet. Der Beitrag beschreibt den untertägigen Triebwasserweg des Obervermuntwerks II, dessen geotechnischen Planung, das Ausführungskonzept sowie die bis Juni 2017 gemachten Bauerfahrungen.

A new steel-lined pressure shaft was constructed for the existing Kaunertal high-head hydropower plant in the years 2012 to 2015. Before starting operation, initial filling tests were carried out in particular to investigate the behaviour of a steel penstock at the transition from a steel lined pressure tunnel to an open pipe section. Cases with and without steel ring bearings (thrust rings) to transfer the end loads to the rock mass were numerically analysed and compared to measurements. A conclusion is drawn from the measurement results how to arrange and analyse such a steel pipe transition into the rock mass, which may for example occur at valve chambers.
Beim Kaunertalkraftwerk wurden in den Jahren 2012 bis 2015 der Druckschacht, das Wasserschloss, die Flachstrecke und Teile des Druckstollens erneuert. Im Zuge der Inbetriebnahme wurden umfangreiche Messungen an drei Übergängen der Druckstollenpanzerung in die freitragende, abgedeckelte Rohrleitung durchgeführt. Ausführungen mit und ohne Schubring zur Aufnahme des Deckeldrucks wurden auf Grundlage der Messungen numerisch untersucht. Die Ergebnisse werden im Beitrag erläutert und daraus Empfehlungen zur Auslegung der gepanzerten Übergänge von einem Druckstollen in eine freitragende Rohrleitung, wie sie z. B. bei Apparatekammern und in der Flachstrecke eines Kraftabstiegs auftreten, abgeleitet.

Water power is the oldest and most-used energy source for provision of mechanical work and electricity generation. Furthermore pumped storage hydropower is ranked as the most reliable and efficient storage technology for electricity. The energy carrier water is also the most commonly-used thermal storage medium due to its high specific heat capacity. In a study, the combination of electrical and thermal energy storage in a pumped storage power station is investigated in order to cover two energy-intensive sectors with the economical double use of water as an energy medium. With this double application the energy output compared to separate storage usage can be considerably increased.
Underground power stations are independent of topography, so this storage concept can be used for district heating supply. One possible vision is to stor solar energy into the water reservoir of a pumped storage power station in the summer months and transfer it in the high-demand winter months. In order that pumped storage power stations can keep functioning at high and seasonally fluctuating water temperatures and simultaneously store thermal energy efficiently, some adaptations of the structures and the pressure tunnel layout are necessary.
Die Wasserkraft ist die älteste und meistgenutzte erneuerbare Energieressource zur Bereitstellung mechanischer Arbeit und elektrischer Energie. Der Energieträger Wasser dient außerdem in bewährten Pumpspeicherkraftwerken der sehr effizienten elektrischen Energiespeicherung. Darüber hinaus wird Wasser aufgrund der hohen spezifischen Wärmekapazität als gängigstes thermisches Energiespeichermedium verwendet. In einer Studie wird die Kombination elektrischer und thermischer Energiespeicherung in einem Pumpspeicherkraftwerkssystem untersucht, um mit der wirtschaftlichen Doppelnutzung des Energieträgers Wasser zwei energieintensive Sektoren zu bedienen und den Energieumsatz gegenüber der jeweiligen separaten Nutzung deutlich zu erhöhen. Unterirdische Kraftwerksanlagen sind unabhängig von topographischen Gegebenheiten, wodurch dieses Speicherkonzept zur Fernwärmeenergieversorgung umgesetzt werden kann. Eine mögliche Vision ist, thermische Solarenergie über Sommermonate in den Wasserkörper eines Pumpspeicherkraftwerks einzuspeisen, um diese in die verbrauchsintensiven Wintermonate zu transferieren. Damit Pumpspeicherkraftwerke bei hohen und saisonal schwankenden Wassertemperaturen funktionsfähig bleiben und gleichzeitig thermische Energie effizient gespeichert werden kann, sind Anpassungen der baulichen Komponenten und der Triebwasserführung erforderlich.