Although Eurocode 7 does not mention tunnelling explicitly it is under discussion amongst practitioners to what extent the principles of EC7 can be applied to the design of tunnels. In EC7 three different design approaches, which differ in the application of partial factors on actions, soil strength and resistance, have been established. A characteristic feature of tunnelling is that the surrounding soil or rock represents loading and support for tunnel, similar to deep excavation problems. In addition, the highly nonlinear behaviour of shotcrete linings needs special attention and therefore care must be taken when choosing partial factors of safety. In this contribution the applicability of the different design approaches for tunnelling employing numerical methods are investigated and the differences obtained are discussed. Two examples are presented, namely a station tunnel in soil and a tunnel in rock, both constructed based on NATM principles.

Obwohl Tunnelbau im Eurocode 7 nicht explizit erwähnt wird, steht zur Diskussion, ob der EC7 prinzipiell auch für die Bemessung im Tunnelbau anwendbar ist. Im EC7 sind drei Nachweisverfahren definiert, die sich in der Anwendung der Teilsicherheitsfaktoren auf Einwirkungen, Widerstände und Bodenkennwerte unterscheiden. Ein wesentlicher Aspekt im Tunnelbau ist, dass der Baugrund sowohl Einwirkung als auch Widerstand sein kann, und somit sind Parallelen zur Bemessung von Baugruben gegeben. Zusätzlich kommt hinzu, dass das mechanische Verhalten von Spritzbeton hochgradig nichtlinear ist, was bei der Wahl der Teilsicherheitsbeiwerte beachtet werden muss. In diesem Beitrag wird die Anwendbarkeit der unterschiedlichen Nachweisverfahren des EC7 für den Tunnelbau bei Anwendung numerischer Methoden untersucht und die Unterschiede in den Ergebnissen aufgezeigt. Zwei Beispiele wurden gewählt, ein Stationstunnel im Lockergestein und ein Tunnel im Fels, beide nach der Neuen Österreichischen Tunnelbauweise aufgefahren.

The author shortly reviews the requirements of the Eurocode 7 regarding the Observational Method for use during tunnel construction. The particularities and problems of applying the Observational Method at deep tunnels are listed. A recommendation is given to improve the situation and to bring the approaches used in normal ground engineering problems and deep tunnels closer together.

Zunächst werden die Anforderungen des Eurocodes 7 hinsichtlich der Anwendung der Beobachtungsmethode im Tunnelbau kurzbetrachtet. Anschließend werden die Besonderheiten und Probleme bei deren Anwendung bei tiefliegenden Tunneln analysiert. Dabei zeigen sich wesentliche Unterschiede zu anderen bodenmechanischen Anwendungen. Schließlich werden Empfehlungen gegeben, wie die Anwendung der Beobachtungsmethode verbessert und die Vorgangsweisen vereinheitlicht werden können.

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

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

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The jet grouting process is being applied in a number of ways never attempted before as part of the four-track improvement of the Lower Inn Valley line. In addition to the production of waterproof invert, ground improvement to reduce settlement and for the homogenisation of the excavation cross-section in mixed face sections, special mined solutions in particular have been made possible by jet grouting. A horizontal jet grout screen for advance tunnel support was produced for the first time under compressed air conditions; the protection of a complete ringshaped jet-grouted surround also made a mined compressed air drive possible. The jet grouting process was also used to carry out sealing blocks to enable the mined connection of various mechanically tunnelled rescue tunnels to the main tunnel driven by a TBM.
The specific conditions on the project combined with the difficult ground conditions typified by Inn gravel sediments, dejection fan deposits and man-made fill demand all the knowledge and ability of the parties involved. The successful application of the jet grouting technique under these conditions assumes a very high quality of construction and a specifically adapted quality assurance system. Using the example of the contracts H7-1 Fritzens Tunnel, H4-3 Stans Tunnel and H8 Jenbach Tunnel, the various applications of the jet grouting technique are described, and also the difficulties that arose during construction.

Im Zuge des viergleisigen Ausbaus der Unterinntaltrasse wird das Düsenstrahlverfahren in einer noch nie dagewesenen Vielfalt angewandt. Neben der Herstellung von Dichtsohlen, Bodenverbesserungen zur Setzungsminimierung und zur Homogenisierung der Ausbruchquerschnitte in so genannten Mixed Face Bereichen wurden vor allem bergmännische Sonderbauweisen durch die Anwendung des Düsenstrahlverfahrens erst ermöglicht. Erstmalig wurde ein horizontaler DSV-Schirm als Tunnelvoraussicherung unter Druckluftbedingungen hergestellt; im Schutz einer ringförmigen vollständigen DSV-Umschließung konnte ebenso ein bergmännischer Druckluftvortrieb bewerkstelligt werden. Weiter wurden mit dem Düsenstrahlverfahren Dichtkörper ausgeführt, um den bergmännischen Anschluss verschiedener maschinell vorgetriebener Rettungsstollen an die mittels TBM aufgefahrenen Hauptröhren zu ermöglichen.
Die projektspezifischen Randbedingungen, verbunden mit den schwierigen Baugrundverhältnissen geprägt von Innschottersedimenten, Schwemmfächerablagerungen und anthropogenen Auffüllungen, verlangen sämtlichen Projektbeteiligten alles an Wissen und Können ab. Die erfolgreiche Anwendung des Düsenstrahlverfahrens unter diesen Umständen setzt eine sehr hohe Ausführungsqualität und ein spezifisch abgestimmtes Qualitätssicherungssystem voraus. Anhand der Fallbeispiele Los H7-1 Tunnel Fritzens, Los H4-3 Tunnel Stans und Los H8 Tunnel Jenbach werden die unterschiedlichen Anwendungen des Düsenstrahlverfahrens und auch die im Zuge der Bauausführung aufgetretenen Schwierigkeiten dargestellt.

The success factors cost, time, quality and safety can be considerably optimised on future tunnel projects through the analysis of the process data. A real-time data analysis system to monitor the mechanical tunnelling works was installed on contracts H3-4 and H8, part of the improvement of the Brenner rail corridor for the Brenner Eisenbahn GmbH (BEG). The intention was to exclude various technical, but also contractual interpretations from the client and the contractor, particularly regarding construction progress, which could have led to deadline and cost overruns, right from the start.
In order to clarify the sphere of risk during tunnelling work, BEG decided on the implementation of a process controlling system for the sections Münster-Wiesing (H3-4) and Jenbach (H8). The purpose is to promptly record the complex interactions between ground, structure and construction process, or ideally in real time. This should enable critical situations to be recognised early and the implementation of preventative measures in good time.

Die Erfolgsfaktoren Kosten, Zeit, Qualität und Sicherheit können bei künftigen Tunnelbauprojekten maßgeblich durch die Analyse der Prozessdaten optimiert werden. Im Rahmen des Ausbaus der Eisenbahnachse Brenner, Abschnitt Zulaufstrecke Nord, wurde für die Baulose H3-4 und H8 von der Brenner Eisenbahn GmbH (BEG) ein Echtzeit-Datenanalysesystem zur Überwachung der maschinellen Tunnelvortriebsarbeiten eingesetzt. Unterschiedliche technische, aber auch vertragliche Auslegungen von Auftraggeber und Aufragnehmer insbesondere zum Bau-Soll, die zu Termin- und Kostenüberschreitungen führen können, sollten somit von Beginn an abgegrenzt werden.
Zur Klärung der Risikosphäre während der Vortriebsarbeiten wurde bei den Teilabschnitten Münster-Wiesing (H3-4) und Jenbach (H8) seitens der BEG die Implementierung eines Prozesscontrollingsystems beschlossen. Ziel ist es, die komplexen Wechselwirkungen zwischen Baugrund, Bauwerk und Bauverfahren zeitnah - nach Möglichkeit in Echtzeit - zu erfassen. Kritische Situationen sollten somit frühzeitig erkannt und präventive Maßnahmen rechtzeitig eingeleitet werden.

For the construction of the 4.2 km long Brixlegg tunnel, it was necessary to lower the water table by 50 m inside the mountain. This proved to have a bad effect on the artesian mineral and healing water springs at Bad Mehrn. To protect these, the responsible water authority prescribed a lining of the tunnel waterproof to 6 bar, in order to ensure that the groundwater table could rise again after the completion of tunnelling.
After the pressure tight tunnel lining had been successfully completed with the intended grout canopy at the transition from the pressure-tight to the drained sections of the tunnel, the groundwater initially rose quickly, but then stagnated after a few months. Continuous monitoring in the tunnel showed increasing high water pressures of up to 3 bar at the invert of the drained tunnel, despite functioning drainage at the sides.
Extensive investigations led to the supposition that this was not large-area seepage of water in the rock mass but rather localised lateral seepage along the old temporary construction drainage, which had been grouted. Targeted additional grouting was therefore carried out in the area of the old drainage and its filter bodies, which was very successful. The ingress of water into the drained section was completely stopped with the result that the water table started to rise again. The artesian flow of mineral water in Bad Mehrn started again on the 18th November 2008 and also has its original mineral content.
The additional grouting work led to hydrogeological and geotechnical knowledge, which could also be useful for future projects. In particular, the grouting of a construction drainage with its filter body at water pressures of 5 bar represents a special measure, which needs to be prepared in detail. Later leaks in this area lead to horizontal hydraulic short-circuits in the rock mass, which under some circumstances could considerably impair the intended purpose of a pressure-resistant tunnel lining to protect a water reservoir in the rock mass.

Beim Bau des 4,2 km langen Tunnels Brixlegg wurde im Gebirgsinneren eine Absenkung des Bergwasserspiegels um 50 m erforderlich. Es kam dadurch zu einer Beeinträchtigung der artesisch austretenden Mineral- und Heilwasserquellen von Bad Mehrn. Zu ihrem Schutz hatte daher die Wasserrechtsbehörde eine bis 6 bar druckdichte Auskleidung des Tunnels vorgeschrieben, um nach Vortriebsende eine Wiederaufspiegelung des Bergwassers zu gewährleisten.
Nach erfolgreichem druckdichten Tunnelausbau mit den planmäßig vorgesehenen Injektionsschirmen am Übergang vom druckdichten zum dränierten Tunnelbereich stellte sich zunächst eine rasche Bergwasseraufspiegelung ein, die aber nach einigen Monaten stagnierte. Laufende Kontrollen im Tunnel zeigten zunehmende, hohe Wasserdrücke bis zu 3 bar im Sohlbereich des dränierten Tunnels trotz funktionstüchtiger Ulmendränagen.
Umfangreiche Untersuchungen ließen vermuten, dass es sich dabei nicht um großräumige Wasserumläufigkeiten im Gebirge handelt, sondern um lokale Umläufigkeiten längs der alten verpressten Bauwasserdränage. Es wurden deshalb gezielte Nachinjektionen im Bereich der alten Baudränage und ihrem Filterkörper durchgeführt, die sehr erfolgreich waren. Der Übertritt von Mineralwasser in den dränierten Bereich wurde vollständig gestoppt, sodass die Bergwasseraufspiegelung wieder einsetzte. Seit dem 18. November 2008 tritt das Mineralwasser in Bad Mehrn wieder artesisch aus und weist auch die ursprüngliche Mineralisation auf.
Bei den Nachinjektionen wurden hydrogeologische und geotechnische Erkenntnisse gewonnen, die auch für künftige Bauvorhaben hilfreich sein können. Insbesondere stellt die Verpressung einer Baudränage mit ihrem Filterkörper bei Wasserdrücken von 5 bar eine Spezialmaßnahme dar, die im Detail vorbereitet werden muss. Spätere Undichtigkeiten in diesem Bereich führen zu horizontalen hydraulischen Kurzschlüssen im Gebirge, die unter Umständen den angestrebten Schutz eines Bergwasserkörpers mithilfe einer druckdichten Tunnelauskleidung stark beeinträchtigen.

The term temporary works includes a very wide range of plant and equipment. This article looks into construction electricity supply, lighting and communications as well as access control and location systems as implemented for the project “Brenner rail axis, northern approach, Kundl/Radfeld-Baumkirchen”.

Unter dem Begriff Bauprovisorien werden verschiedenste Ausrüstungsanlagen geführt. In diesem Beitrag wird auf die Baustromversorgung, die Baubeleuchtung und die Baukommunikation sowie auf die Zutrittskontroll- und Ortungssysteme eingegangen, wie sie bei dem Projekt “Eisenbahnachse Brenner, Zulaufstrecke Nord, Kundl/Radfeld-Baumkirchen” zum Einsatz kommen.

Various modern and innovative methods are being used to construct the Lower Inn Valley railway, about 40 km of new two-track line as the northern approach route for the future Brenner Base Tunnel, and work is currently well advanced. The client, the Brenner Eisenbahn Gesellschaft (Brenner Railway Company) (BEG), a subsidiary of the ÖBB Infrastruktur Bau AG, pays great attention to occupational health and safety. This duty is undertaken by design and construction coordinators appointed in line with the Construction Coordination Law - BauKG. The multitude of individual and very large construction and equipment contracts and the works spread over many years with countless specialist companies (e.g. construction, track work, electrical and safety equipment) and the number of contracted employers represent a particular challenge for health and safety management.

Für die unter Anwendung verschiedener moderner und innovativer Baumethoden errichtete bzw. noch in Bau befindliche zweigleisige, ca. 40 km lange Neubaustrecke der Unterinntalbahntrasse als nördliche Zulaufstrecke zum zukünftigen Brenner-Basistunnel, wurde bzw. wird vom Auftraggeber, der in der ÖBB Infrastruktur Bau AG eingegliederten Brenner Eisenbahn Gesellschaft (BEG), besonderes Augenmerk auf den Arbeitnehmerschutz gelegt. Diese Aufgabe wird von beauftragten Planungs- und Baustellenkoordinatoren gemäß Bauarbeitenkoordinationsgesetz - BauKG wahrgenommen. Die vielen einzelnen und sehr großen Haupt- und Ausrüstungsbaulose und die über mehrere Jahre dauernden Bauarbeiten mit den zahlreichen unterschiedlichen Gewerken (z.B. Bau, Gleisbau, Elektro- und Sicherungstechnik) sowie die zahlreich beauftragten Arbeitgeber stellen eine besondere Herausforderung an den Arbeitnehmerschutz dar.

Tunnelling under compressed air is also a challenge for medical personnel. In addition to the personal suitability, equipment with the correct apparatus is also important. For the compressed air sites in the Lower Inn Valley, it was necessary to maintain specially trained medical personnel on stand-by round the clock for any emergency in the positive pressure area. This entailed ten ambulance men and seven emergency doctors. The constant readiness of a specially trained emergency team of doctors with apparatus suitable for compressed air provides improved safety for the employees in the positive pressure area and should, according to the available experience, become standard for such large sites.

Tunnelarbeiten unter Druckluft sind auch für medizinisches Personal eine Herausforderung. Neben der persönlichen Eignung steht besonders die apparative Ausrüstung im Vordergrund. Für die Druckluftbaustellen im Unterinntal war es erforderlich, speziell ausgebildetes medizinisches Personal für einen etwaigen Notfall im Überdruckbereich rund um die Uhr in Bereitschaft zu halten. Hierzu waren insgesamt zehn Notfallsanitäter und sieben Notärzte erforderlich. Die ständige Bereitschaft eines speziell ausgebildeten Notarztteams mit Druckluft geeigneten Geräten erhöht die Sicherheit der Arbeiter im Überdruckbereich und sollte nach den vorliegenden Erfahrungen zum Standard einer solchen Großbaustelle gehören.

Bored pile walls can be constructed between buildings and tunnel alignments to protect sensitive buildings from settlement resulting from tunnelling. The aim of the research work presented here was to evaluate the effectiveness of such a bored pile wall with FE calculations and identify influential parameters. Two methods of predicting settlement were investigated with the programme ABAQUS: The GAP method, where the deformations of the tunnel contour are prescribed, and the stress reduction method, with which the support pressure at the tunnel contour is reduced. The ground is modelled as linear-elastic, ideal-plastic with a Mohr-Coulomb failure criterion as well as with a hypoplastic constitutive law. The contact surface between wall and ground was modelled with complete bonding as well as with a contact law with friction.
The simulation results with the stress reduction method and the hypoplastic material model show the best results qualitatively. The predict settlements agree well with empirical methods and centrifuge tests from the literature. The simulations show that the effectiveness of the wall is significantly influenced by the contact properties in the boundary surface. It achieves the best protection effect when frictionless.

Zur Abschirmung sensibler Gebäude vor Setzungen infolge Tunnelvortrieb können Bohrpfahlwände zwischen Gebäude und Tunneltrasse eingesetzt werden. Ziel der hier präsentierten Forschungsarbeit war es, die Wirksamkeit einer solchen Bohrpfahlwand mit FE-Berechnungen nachzuvollziehen und Einflussparameter zu identifizieren. Mit dem Programm ABAQUS wurden zwei Möglichkeiten zur Setzungsprognose untersucht: Die GAPMethode, bei der die Verschiebungen der Tunnelkontur vorgegeben werden, und die Spannungsreduktions-Methode, bei welcher der Stützdruck an der Tunnelkontur reduziert wird. Der Boden wurde als linear-elastisch, ideal-plastisch mit Grenzbedingung nach Mohr-Coulomb sowie mit einem hypoplastischen Stoffgesetz modelliert. Die Kontaktfläche zwischen Wand und Boden wurde sowohl mit vollständigem Verbund als auch mit einem Kontaktgesetz mit Reibung modelliert.
Die Simulationsergebnisse mit der Spannungsreduktions-Methode und dem hypoplastischen Materialmodell zeigen die qualitativ besten Ergebnisse. Die Setzungsprognosen stimmen gut mit empirischen Ansätzen und Zentrifugenversuchen aus der Literatur überein. Die Simulationen veranschaulichen, dass die Wirksamkeit der Wand maßgeblich von den Kontakteigenschaften in der Grenzfläche beeinflusst wird. Die größte Abschirmwirkung erzielt sie bei Reibungsfreiheit.

In order to create the grout curtain for the Ermenek hydropower plant in Turkey, grouting measures were designed in karstified limestone. Based on the geological model, detailed investigations were carried out in advance of construction into the location and nature of the anchoring of the grout curtain into impermeable rock. Eventually, the water head of about 220 m will be grouted from four grouting galleries arranged vertically above one another with a separation of 70 m in each case, and connected from the lowest gallery at a maximum 250 m deep into impermeable layer. The overall height of the grout curtain will thus be about 470 m and the area approx. 680,000 m2. The design intends a single-row grout curtain with drillings spaced at 1.5 m, with denser spacing at some locations in the course of construction. In the immediate vicinity of the dam, the grout curtain is to have two rows for structural reasons, combined with a drainage curtain. Consolidation grouting in the foundation area of the arch dam will be carried out in the course of concreting. The injection pressures and the success criteria for each injection will be described.
Detailed investigations into the grout were performed for the implementation of the grouting measures. The determination of the injection steps and the closer spacing of the injection pattern required in places will be discussed, also regarding the karst features encountered.
The impounding of the 4,600 m m3 reservoir, which will take about 5 years, will be started while the dam is still being concreted.

Für die Herstellung des Dichtschirms des Kraftwerks Ermenek in der Türkei wurden Injektionsmaßnahmen im verkarsteten Kalkgestein geplant. Basierend auf dem geologischen Modell gingen der Ausführung detaillierte Untersuchungen über die Lage und die Art der Einbindung des Dichtschirms in den undurchlässigen Untergrund voran. Schlussendlich wird die etwa 220 m hohe Wassersäule über vier vertikal übereinander angeordnete Injektionsstollen mit einem Abstand von jeweils 70 m injiziert und von der tiefsten Galerie maximal 250 m tief bis zum undurchlässigen Untergrund angeschlossen. Die Gesamthöhe des Dichtschirms beträgt somit etwa 470 m und weist eine Fläche von ca. 680.000 m2 auf. Die Planung sieht einen einreihigen Dichtschirm mit Bohrungen im Abstand von 1,5 m vor, der im Zuge der Ausführung örtlich verdichtet wurde. Im unmittelbaren Bereich der Talsperre ist aus Standsicherheitsgründen der Dichtschirm in zwei Reihen vorgesehen, der mit einem Dränageschirm kombiniert ist. Konsolidierungsinjektionen in der Aufstandsfläche der Bogenstaumauer werden im Zuge des Betonierens durchgeführt. Die zu verwendenden Injektionsdrücke und zu erzielenden Injektionserfolge werden erläutert.
Für die Ausführung der Injektionsmaßnahmen wurden detaillierte Untersuchungen des Injektionsguts durchgeführt. Die Festlegung der Injektionsschritte und die erforderliche lokale Verdichtung des Bohrrasters - auch in Hinblick auf die angetroffenen Karsterscheinungen - werden diskutiert.
Mit dem Aufstau des 4.600 Mio. m3 fassenden Reservoirs, der etwa fünf Jahre benötigen wird, wird während der Betonierung des Sperrenbauwerks begonnen.

In the Irlahüll Tunnel section to Ingolstadt, the high-speed rail route Nuremberg-Ingolstadt-Munich passes through limestone and dolomite with pronounced karst character. Various karst structures were encountered during the driving of the Irlahüll Tunnel. These were classified into four karst types. In order to activate the load-bearing effect of the ring of rock around the tunnel, karst structures had to be stabilised. The required thickness of the treatment was determined by structural calculations. Four specialised civil engineering contractors carried the work out.
The challenge was to appropriately stabilise slightly-to strongly-jointed rock, heterogeneously interspersed with karstification structures. The treatment ranged from filling cavities to grouting loose material and rock. The karst structures were stabilised according to karst type, with materials ranging from cement suspension to concrete. The karstified rock mass was systematically drilled, each individual borehole was geologically evaluated and, where required, further investigated by inserting a camera. The quantity, strength and pressure of the grout used were evaluated continuously by the team of experts for the site supervision and appropriate further steps were decided. The success of the stabilisation was demonstrated through quality control drillings and control grouting. The improvement of the rock mass was achieved to the required degree.

Die Eisenbahn-Schnellfahrstrecke Nürnberg-Ingolstadt-München durchfährt im Streckenabschnitt Tunnel Irlahüll bis Ingolstadt stark verkarstungsfähige Kalk- und Dolomitsteine. Beim Vortrieb des Tunnels Irlahüll wurden verschiedene Verkarstungsstrukturen aufgefahren, die in vier Karsttypen klassifiziert wurden. Um den Gebirgstragring im Nahbereich des Tunnels zu aktivieren, mussten die Verkarstungsstrukturen vergütet werden. Die erforderliche Mächtigkeit der Vergütung wurde durch statische Berechnungen festgelegt. Vier Spezialtiefbaufirmen führten die Arbeiten durch.
Die Herausforderung war, das mit Verkarstungsstrukturen heterogen durchsetzte, wenig bis stark geklüftete Gebirge, entsprechend zu vergüten. Die Bandbreite reichte von Hohlraumverfüllungen über Lockermaterial- bis zu Felsinjektionen. Die Vergütung der Karststrukturen erfolgte je nach Karsttyp mit Zementsuspension bis Beton. Das verkarstete Gebirge wurde systematisch abgebohrt, jede einzelne Bohrung geotechnisch bewertet und im Bedarfsfall durch eine Kamerabefahrung vertiefend erkundet. Die eingesetzten Injektionsmengen, -güter und -drücke wurden durch das Expertenteam der Örtlichen Bauaufsicht laufend ausgewertet und die weiteren Schritte entsprechend festgelegt. Die Qualität der Vergütung wurde mittels Kontrollbohrungen und Kontrollinjektionen nachgewiesen. Das Gebirge konnte im geforderten Maß vergütet werden.

Injection grouting by various methods is of fundamental importance for the construction of pressure tunnels and demands corresponding attention from designers and also from contractors. Pressure tunnel for the sake of this article means the low-pressure sections of the water supply to hydropower stations upstream of the surge chamber with an internal pressure of up to approx. 200 m WS (20 bar). The article deals principally with grouting used with lining systems consisting of precast concrete segments. Specific aspects concerning the grouting of in-situ concrete linings, foils or steel liners are only included incidentally.

Injektionen unterschiedlicher Art sind im Druckstollenbau von grundlegender Bedeutung und verdienen sowohl in der Planung als auch in der Ausführung eine entsprechende Beachtung. Als Druckstollen wird im Rahmen dieser Darstellung der Niederdruckabschnitt der Triebwasserführung von Wasserkraftanlagen vor dem Wasserschloss, mit einem Innendruck bis ca. 200 m WS (20 bar) verstanden. In erster Linie werden Injektionen behandelt, die bei Auskleidungssystemen mit Betonfertigteilen (Tübbingsystemen) Anwendung finden. Spezifische Aspekte von Injektionen bei Ortbeton-Auskleidungen, Folien oder Panzerungen werden nur am Rande mit einbezogen.

A new concept of “real time grouting control method” is described by which grout penetration and grouting control are made applicable in real time by applying theories for grout spread. The stop criterion with this method can be related to achieved grout spread, and grouting may be considered complete when the grout penetration for the smallest fracture to be sealed is above a predetermined target value, or before the grout penetration for the largest fracture aperture reaches a certain maximum limiting value. It might also be possible by online monitoring of the process to predict the course of the grout spread and flow and to analyse the risk of uplift and jacking. Four tunnel projects in Sweden are presented in the paper. These references indicate that the real time grouting control method may be applicable to real grouting design and control.

Nachfolgend wird ein neues Konzept einer “Echtzeit Kontrollmethode für Injektionen” beschrieben, das für das Eindringen von Injektionsgut im Fels und für die Prozesskontrolle neuartige theoretische Überlegungen zur Ausbreitung des Injektionsguts im Untergrund ansetzt. Das Abbruchkriterium kann mit dieser Methode auf die erreichte Ausbreitung bezogen werden. Die Injektion kann danach dann als abgeschlossen angesehen werden, wenn die Verfüllung der kleinsten zu behandelnden Kluft ein vorgegebenes Maß überschritten hat oder bevor die Verfüllung der größten zu behandelnden Kluft einen vorgegebenen Maximalwert erreicht. Mit dieser Methode kann bis zu einem gewissen Grad auch der Verlauf, die Rate und die Ausbreitung von Injektionsgut vorhergesagt werden. Weiterhin kann analysiert werden, wann das Risiko von örtlichen oder generellen Hebungen eintritt. Vier Schwedische Tunnelprojekte dienen in diesem Beitrag als Beispiele der Anwendung dieser Kontrollmethode. Diese Referenzen sollen auch zeigen, dass die Methode praxistauglich ist.

“The devil is in the detail” - this is particularly true for the implementation of complex grouting work. The term grouting includes a number of sophisticated processes including waterproofing, stabilisation, pressure tunnel, compensation, inclined shaft, vacuum, consolidation, sealing curtain, alluvial and rock grouting. The formulation of injection criteria, as part of the design as well as for construction, varies as much as the descriptions of these techniques. Some criteria are explained through examples from the point of view of the contractor.

“Die Tücke liegt im Detail” - ganz besonders gilt dies für die Durchführung komplexer Injektionsaufgaben. Unter dem Begriff Injektion verbergen sich zahlreiche anspruchsvolle Bauverfahren, unter anderen Abdicht-, Verfestigungs-, Druckstollen-, Hebungs-, Schrägschacht-, Vakuum-, Consolidation-, Dichtschleier-, Alluvial-, und Felsinjektionen. So verschieden wie die Bezeichnungen sind die Anforderungen an die Formulierung von Injektionskriterien, sowohl in der Planung als auch in der Ausführung. Anhand von Beispielen werden einige Kriterien aus ausführungstechnischer Sicht erläutert.

This paper provides an assessment of the use of pressure fall-off data during the Dounreay Shaft Isolation Project. The instrumentation controlling the injection of grout monitors and records both the pressure and the flow rate throughout the process, so pressure fall-off data is collected during any pauses to, and at the end of, each grout injection. The shapes of the pressure fall-off vs time curves have been examined qualitatively and categorised. The fall-off data has also been examined using PanSystem well test software, which creates the pressure change and pressure derivative curves, then attempts to simulate the fall-off curve by iteration after selection of a flow and boundary model chosen from the wide range available. The implications that the shapes of the pressure and derivative curves and the flow and boundary models have for the grout curtain have been examined. The caveats that surround the quantitative use of results from Pan-System analyses for a cement grout rather than a Newtonian fluid are discussed.

Diese Veröffentlichung handelt von der Beurteilung des Einsatzes und der Analyse von Daten zum Druckabfall im Zuge der Injektion am Schachtabdichtungsprojekt Dounreay, Schottland, UK. Die Instrumentation der Baustelle war darauf ausgelegt, Messwerte von Druck und Injektionsrate anzuzeigen, aufzuzeichnen und als Diagramm darzustellen. Damit war es möglich, in jeder Injektionsunterbrechung (also bei Rate = Null) und zu jedem Passenende Druckabfalldaten aufzuzeichnen. Die Form dieser Druckabfallkurven gegen die Zeit wurde qualitativ untersucht und kategorisiert. Eine weitere Interpretation dieser Daten erfolgte mittels des Programms “PanSystem”. Bei dieser Methodik werden die Druckänderungen über kleine Zeitinkremente errechnet und deren Ableitung über die Zeit in Kurvenform dargestellt. Durch iterative Simulation und Eingabe von Randbedingungen (“boundaries”) für das jeweilige Strömungsmodell - ausgewählt aus einer weiten Bandbreite von Möglichkeiten - ergibt sich die Möglichkeit, u. a. die Strömungsdimension, Strömungshindernisse und Reichweite der Injektion zu prognostizieren. Die daraus gezogenen Schlüsse für den Injektionsschirm wurden für die qualitative Abnahme der Arbeiten mitverwendet. In dem vorliegenden Artikel wird auch auf die möglichen Vorbehalte eingegangen, die sich aus den rheologischen Abweichungen von Injektionsmischungen gegenüber einer Newtonschen Flüssigkeit ergeben.

The main part of the about 7 km long Brucker Expressway S35 contract BL 22 consists of the two-bore Kaltenbach (1,100 m) and Kirchdorf (2,700) tunnels. The special feature was the sections through serpentinite, which extends right across the southern section of the Kirchdorf tunnel. Tunnelling through this rock containing asbestos was a novelty for all parties involved, particularly considering that there was almost no experience available from tunnel sites where white asbestos had been encountered. The main emphasis during the work was to avoid dust in the tunnel. The specified measures were unsuitable for a low-dust drive, because the heaped material could only be wetted on the outside. Only a revised concept with the loose material being mixed during loading produced the desired results in reducing dust. In addition, the dust was cleaned out of the air in the tunnel after each blasting round by water mist produced by snow cannons. At the same time, the air was exchanged through positive pressure and supporting extract ventilation, with the extracted air being passed through special asbestos filters. A lock system at the portal also prevented the escape of asbestos fibres to the outside world. The vehicles in the tunnel were cleaned with a tyre-washing plant and a washing beam. Water-mist curtains at the portal formed the separation to the open air. All workers in the asbestos-contaminated “black area” were provided with one-use protection suits and dust masks, which they had to give up for disposal at the lock when leaving the tunnel. The experience gained should serve as the basis for similar projects in the future.

Das Kernstück des etwa 7 km langen Bauloses Brucker Schnellstraße S35 BL 22 besteht aus den zweiröhrigen Tunneln Kaltenbach (1.100 m) und Tunnel Kirchdorf (2.700). Besonderheit waren die Serpentinitstrecken, die sich quer über den Tunnel Kirchdorf im Südbereich strecken. Die Durchörterung von asbesthaltigem Gebirge stellte für alle Projektbeteiligten ein Novum dar, zumal es praktisch keine Erfahrungswerte von Tunnelbaustellen gab, wo Weißasbest im Gestein vorkam. Hauptaugenmerk beim Vortrieb galt der Staubvermeidung im Tunnel. Die ausgeschriebenen Maßnahmen waren für einen staubarmen Vortrieb ungeeignet sind, da das Haufwerk lediglich oberflächlich mit Wasser benetzt werden konnte. Erst ein überarbeitetes Schutterkonzept, das eine Zwangsmischung beim Ladevorgang vorsah, konnte die gewünschten Resultate bei der Staubverhinderung bringen. Zusätzlich wurde ergänzend nach jeder Sprengung die Tunnelluft mittels Sprühnebel, der von Schneekanonen produziert wurde, von Staub gereinigt. Gleichzeitig erfolgte ein Luftaustausch mit drückender und unterstützender saugender Bewetterung, wobei die abgesaugte Luft über eigene Asbestfilter gereinigt wurde. Ein Schleusensystem im Portalbereich verhinderte zusätzlich die Verschleppung von Asbestfasern in die Außenwelt. Deshalb wurden noch im Tunnelinneren die Fahrzeuge auf einer Reifenwaschanlage und einem Waschbalken gereinigt. Nebelbögen im Portalbereich bildeten die Trennung zur Außenluft. Sämtliche Mitarbeiter mussten im asbestkontaminierten “Schwarzbereich” mit Einwegschutzanzügen und Staubmasken ausgestattet sein, die sie beim Verlassen des Tunnels in der Personenschleuse zur Entsorgung ablegen mussten. Die gemachten Erfahrungen sollen als Grundlage für zukünftige, ähnlich gelagerte Projekte dienen.

The joint venture “Arge Tunnel Jenbach” consisting of the firms Strabag, Züblin and Hochtief was awarded the Jenbach Tunnel contract H8 in summer 2006. This contract section is part of the northern approach to the Brenner Base Tunnel and belongs to the trans-European TEN1 axis Berlin-Palermo. The main part of the contract is a 3,470 m long two-track tunnel with an excavated diameter of 13 m and an excavated cross-section of 133 m², which was driven with a hydroshield. Tunnelling started in October 2007, with breakthrough in April 2009. The particular features of this tunnel are the very shallow overburden and the alignment.
Another part of the project was the construction of seven rescue shafts and their connection to the main tunnel. Six of these connecting tunnels pass through loose ground and groundwater and were constructed with a jacked pipe of external diameter 4.8 m. Also part of the project were a cut-and-cover tunnel with a length of 230 m, a ramp structure as groundwater trough with a length of 610 m and the construction of the link to the existing tracks with a length of 870 m.

Die Arbeitsgemeinschaft Arge Tunnel Jenbach bestehend aus den Firmen Strabag, Züblin und Hochtief hat im Sommer 2006 den Auftrag für das Baulos H8 Tunnel Jenbach erhalten. Dieses Baulos ist ein Teil der Zulaufstrecke Nord zum Brennerbasistunnel und gehört zur transeuropäischen TEN1 Achse Berlin-Palermo. Der Hauptteil des Bauloses ist ein 3.470 m langer zweigleisiger Tunnel mit einem Durchmesser von 13 m und einem Ausbruchquerschnitt von 133 m², der mit einem Hydroschild aufgefahren wurde. Vortriebsbeginn war im Oktober 2007, der Durchschlag erfolgte im April 2009. Die Besonderheiten des Tunnels waren seine oberflächennahe Trassierung und die Linienführung.
Weiterer Bestandteil des Bauvorhabens ist die Herstellung von sieben Rettungsschächten und deren Verbindung zum Haupttunnel. Sechs dieser Verbindungsstollen liegen im Lockermaterial und Grundwasser und wurden im Rohrvorpressverfahren mit einem Außendurchmesser von 4,8 m aufgefahren. Zusätzliche Bestandteile des Bauvorhabens sind ein Tunnel in offener Bauweise mit einer Länge von 230 m, ein Rampenbauwerk als Grundwasserwanne mit einer Länge von 610 m und die Herstellung der Verknüpfungsstelle mit den Bestandgleisen mit einer Länge von 870 m.

The Pfaendertunnel bypasses the residential area of the city of Bregenz at the northern part of the A14 Rheintal motorway. The alignment of the 2nd bore of the Pfaendertunnel runs for over 6.5 km under the Pfaender mountain-massif, 70 m west of the existing bore. The route runs through geology described as the “Standing midland molasse”, a sequence of beds from the Neogene period (young Tertiary), which today mostly consisting of conglomerate, sandstones, marl-sandstones, marl and clay-marl. The second bore will be excavated continuously by a shielded tunnel boring machine, opening from the north starter-tunnel to the existing bore at the south. The standard cross-section of the tunnel will be circular (bored diameter 11.92 m) with external diameter 11.62 m segmental concrete lining. The paper deals with the main issues related to the design of the alternative TBM tunnelling-tender taking into account the swelling tendency of the rock mass and also deals with the construction-issues of the first road tunnel in Austria being built by the use of a TBM. During initial TBM-drive in the starter-tunnel the machine sagged into loose ground.. The problem of driving a TBM into divided cross sections (bench and invert sections without top-heading) into soft ground and the solution adopted on site is discussed.

Der Pfändertunnel stellt, als nördlichster Teil der A14 Rheintal Autobahn, die Umfahrung des Siedlungsraums Bregenz dar. Die Achse der zweiten Röhre des Pfändertunnels erstreckt sich über 6,5 km unterhalb des Pfändermassives, 70 m westlich der Bestandsröhre. Die Trasse durchfährt die so genannte aufgerichtete mittelländische Molasse, eine Schichtfolge des Neogen (Jungtertiär) die heute als Konglomerate, Sandsteine, Mergelsandsteine, Mergel und Tonmergel vorliegt. Der Ausbruch der zweiten Röhre wird im kontinuierlichen Vortrieb, beginnend bei der Startstrecke Nord bis zur Bestandsröhre im Süden, mit einer Tunnelbohrmaschine mit Schild aufgefahren. Als Regelquerschnitt des Tunnelbauwerks wird ein Kreisquerschnitt mit Tübbingausbau mit einem Außendurchmesser von 11,62 m (Bohrdurchmesser 11,92 m) ausgeführt. Der Beitrag behandelt die Planungsschwerpunkte in Bezug auf das Alternativangebot TVM-Vortrieb unter Berücksichtigung der Quellproblematik des Gebirges sowie die Bauausführung des ersten Straßentunnels mittels einer TVM in Österreich. Beim Einfahren in die Startstrecke Nord kam es zum Absinken der TVM im Lockermaterial. Die Einfahrtsproblematik im Lockermaterial bei einem halb aufzufahrenden Querschnitt (Strosse und Sohle) und die gewählten Lösungen werden erläutert.

The 3,500 m long section is part of the new railway line and was tunnelled in accordance with the New Austrian Tunnelling Method. There are five emergency exits in the section. Four emergency exits lead along a branch tunnel and a shaft into the open air and the one in the Lainzer Zoo leads directly to the open air as an adit. The two-track running tunnel and the crosscuts were driven from the shaft in Hofjagdstrasse next to the B1. Only absolutely essential works for the construction of the emergency exit shafts were carried out on the surface. The tunnel drive was through flysch rocks consisting of seasonal layers of marl, limestone and claystone and was excavated by hydraulic excavator loosened by blasting. In the sections under built-up areas, great emphasis was placed on the continuous monitoring of rock mass deformation and surface settlements. The continuous monitoring of vibration measurements and noise emissions caused by tunnelling was also of great importance and determined the sequence of work underground. After completion of the tunnelling work, the concrete works were carried out using two mobile steel formwork units. The internal works to the emergency shafts were carried out in parallel, so that the contract section can be handed over for the subsequent equipment and track works from the middle of 2010.

Der 3.500 m lange Abschnitt ist ein Teil der neu errichteten Eisenbahnstrecke und wurde in geschlossener Bauweise nach der Neuen Österreichischen Tunnelbauweise aufgefahren. In diesem Streckenabschnitt sind fünf Notausstiege situiert. Vier Notausstiege führen über einen abzweigenden Stollen mit einem Schacht ins Freie, ein Notausstieg im Lainzer Tiergarten führt als Stollen direkt an die Oberfläche. Der Vortrieb des zweigleisigen Tunnels und der Stollen wurde über den Schacht Hofjagdstraße neben der B1 aufgefahren. An der Oberfläche wurden nur die notwendigsten Arbeiten für die Herstellung der Notausstiegsschächte durchgeführt. Der Vortrieb erfolgte in Flyschgesteinen aus einer Wechselfolge von Mergel, Kalk und Tonsteinen als Baggervortrieb unter zu Hilfenahme von Lockerungssprengungen. In Streckenabschnitten mit Bebauung kam der laufenden Überwachung der Gebirgsverformungen und der Oberflächensetzungen große Bedeutung zu. Ebenso war die laufende Überwachung der Erschütterungswerte und der Lärmemissionen aus dem Vortrieb von großer Wichtigkeit und bestimmend für den Ablauf der Arbeiten unter Tage. Nach Fertigstellung der Vortriebsarbeiten wurden die Betonierarbeiten mittels zweier Stahlschalwagen durchgeführt. Parallel dazu wurden die Ausbauarbeiten an den Notausstiegen vorgenommen, sodass ab Mitte 2010 das Baulos für die nachfolgenden Ausrüstungs- und Gleisbauarbeiten übergeben werden kann.

Tunnelling in inner-city areas demands a high level of safety and represents a great challenge for the responsible engineers. The challenges increase with the cross-sectional area of the excavation, with the density of building on the surface and with deteriorating quality of the geology, and are thus considerable for twotrack rail tunnel in the 12th and 13th districts of Vienna. The lot LT31 “Maxing” of the Lainzer Tunnel met this increased demand through tunnelling with side wall drifts. On account of the splitting of the project into two neighbouring lots, the lot LT31 can only be entered through two starting shafts. This results in enormous space restriction and difficulties having to be taken into account, particularly in the initial phase. It proved possible to make up construction delays by adapting the side wall drifts method in the form of a “parallel drive”. The present report explains special features and difficulties, which have arisen in the course of tunnelling.

Tunnelbau im innerstädtischen Bereich ist von einem hohen Sicherheitsniveau geprägt und stellt für die beteiligten Ingenieure eine große Herausforderung dar. Dabei steigen die Anforderungen mit der Größe der Ausbruchsfläche, mit dem Grad der oberirdischen Bebauung sowie mit abnehmender Qualität der Geologie und sind bei diesem zweigleisigen Eisenbahntunnel im 12. und 13. Wiener Gemeindebezirk naturgemäß beachtlich. Das Baulos LT31 “Maxing” des Lainzer Tunnels trägt diesem erhöhten Anspruch in Form eines Ulmenstollenvortriebs Rechnung. Aufgrund der Projektaufteilung zwischen zwei benachbarten Baulosen ist das Los LT31 nur über zwei Startschächte zugänglich. Dadurch ergeben sich besonders für die Startphase der Vortriebe und für die Versorgung enorme Platzprobleme und Erschwernisse, die berücksichtigt werden müssen. Zeitliche Verzögerungen bei der Ausführung konnten durch eine Anpassung des Ulmenstollenvortriebs in Form eines “Parallelvortriebs” wieder egalisiert werden. Der vorliegende Bericht erläutert Besonderheiten und Schwierigkeiten, die im Zuge der Herstellung aufgetreten sind.

The local transport hub including a tram tunnel under the Linz main station was constructed from 2001 to 2004 as part of the intensive improvement of public transport in the city. As a logical extension of this project, tramline 3 belonging to Linz Linien GmbH was extended to the so-called Harter Plateau with a total length of 5.3 km. The route runs underground for a length of 1.3 km, mostly under the tracks of the Linz main station. The surface route connects the town of Leonding to the southwest of Linz, with eight new stops. The main emphasis of this article is the underground tunnel sections.

Im Rahmen des intensiven Ausbaus des öffentlichen Personennahverkehrs in der Stadt Linz wurde in den Jahren 2001 bis 2004 die Nahverkehrsdrehscheibe Linz mit der Straßenbahnunterfahrung des Hauptbahnhofs realisiert. Als logische Fortsetzung dieses Projekts wird im Zeitraum 2008 bis 2011 die Straßenbahnlinie 3 der Linz Linien GmbH über eine Gesamtlänge von 5,3 km auf das so genannte Harter Plateau verlängert. Über eine Länge von 1,3 km wird die Trasse unterirdisch im Wesentlichen unter den Gleisanlagen des Linzer Hauptbahnhofs geführt. Die Linienführung an der Oberfläche erschließt über acht neue Haltestellen die Stadt Leonding im Südwesten von Linz. Den Schwerpunkt des Beitrags bilden die in geschlossener Bauweise zu errichtenden Tunnelabschnitte.

Rabcewicz was the first to describe the shear failure of cavities in rock (“Cherry pit mechanism”), which he observed in detail not only in tunnelling but also in mining and described into very advanced phases. He also developed an analytical model for this mechanism according to the limit equilibrium hypothesis, which permitted the estimation of the required support resistance. On the basis of model tests, Feder developed an extensive set of formulae for the process of failure. Using the finite difference code FLAC2D and the discrete element code PFC2D, the model presented by Rabcewicz and Feder has been developed further. It will be demonstrated that the process of failure can be split into two phases. In the late failure phase (large deformations), the mechanism observed in the mathematical model differs from the descriptions of Rabcewicz and Feder. While the break surfaces according to Rabcewicz and Feder form exclusively in the area near the cavity, break surfaces form in the mathematical model starting from the interstice of the side wall and extending far into the rock mass, and lead to the formation of trapezoidal regions in the crown and in the invert, which are pressed against each other.

Rabcewicz beschrieb als erster das Scherbruchversagen von Gebirgshohlräumen (“Cherry pit mechanism”), das er nicht nur im Tunnel- sondern auch im Bergbau eingehend beobachtete und bis in weit fortgeschrittene Phasen beschrieb. Für diesen Mechanismus entwickelte er auch ein analytisches Modell nach der Grenzgleichgewichtshypothese, das die Abschätzung von erforderlichen Ausbauwiderständen erlaubte. Auf der Basis von Modellversuchen entwickelte Feder einen umfangreichen Formelapparat für den Bruchablauf. Mithilfe des Finiten Differenzen Codes FLAC2D und des Diskreten Elemente Codes PFC2D wurden die Modellvorstellung von Rabcewicz und Feder weiterentwickelt. Es wird gezeigt, dass sich der Versagensablauf in zwei Phasen unterteilen lässt. In den späten Phasen des Versagens (große Verformungen) unterscheidet sich der in den numerischen Modellen beobachtete Mechanismus von den Beschreibungen von Rabcewicz und Feder. Während sich Bruchflächen bei Rabcewicz und Feder ausschließlich in den Nahbereichen des Hohlraums ausbilden, bilden sich in den numerischen Modellen Bruchflächen aus, die ausgehend von den Spitzen der Ulmenzwickel bis tief ins Gebirge reichen und zur Bildung von trapezförmigen Bereichen in der Firste und in der Sohle führen, die gegeneinander gedrückt werden.

The convergence confinement method is used in its original form for the analytic or graphical description of the ground and system behaviour of underground excavations. The purpose of the method is to derive the support measures required from the combination of the ground characteristic curve, a model of the development of the radial deformations of the excavation surface in the axial direction of the tunnel, the support characteristic curve and the installation time and location of the support measures. The convergence confinement method is mostly used in the preliminary design of underground structures.
Typical applications of the convergence confinement method are deep tunnels and tunnels with ground behaviour types where displacements play a major role. If sudden ruptures occur, in shallow tunnelling and in loose ground, this method is not to be recommended. An absolute precondition for the correct use is an understanding of the theory of the convergence confinement method and the course of failure mechanisms in the rock mass and their effects on the system behaviour.

Das Kennlinienverfahren (KLV) dient in seinen ursprünglichen Entstehungsformen zur analytischen oder grafischen Beschreibung des Gebirgs- und Systemverhaltens von untertägigen Hohlraumbauten. Ziel des Verfahrens ist es, aus der Kombination von der Gebirgskennlinie (GKL), einem Modell der Entwicklung der radialen Hohlraumrandverschiebungen in Tunnellängsrichtung, der Ausbaukennlinie und dem Einbauzeitpunkt sowie -ort der Stützmittel den notwendigen Stützmitteleinsatz abzuleiten. Das Kennlinienverfahren findet seinen Einsatz vorwiegend in der Vorbemessung von untertägigen Hohlraumbauten.
Typische Anwendungsbereiche des Kennlinienverfahrens sind tiefliegende Tunnel und Tunnel mit Gebirgsverhaltenstypen, bei denen Deformationen eine große Rolle spielen. Bei Auftreten abrupter Bruchvorgänge, im seichtliegenden Tunnelbau und im Lockergestein ist dieses Verfahren nicht empfehlenswert. Unabdingbare Voraussetzung für eine korrekte Anwendung sind das Verständnis der Theorie des Kennlinienverfahrens und der Abläufe der Bruchvorgänge im Gebirge und deren Auswirkung auf das Systemverhalten.