India is well on its way to create a world-class Mass Rapid Transport system environment as an integral part of community infrastructure development. Mumbai Metro Line 3 is one such project being constructed in Mumbai city. It comprises 33.5 km-long underground metro corridor running along Colaba to Bandra to Santacruz Electronic Export Processing Zone. It includes 27 stations (26 underground and 1 at grade), depot and associated twin-tube tunnel. Mumbai Metro Rail Corporation Ltd., an affiliate organisation of Mumbai Metropolitan Region Development Authority, is responsible for the implementation of the project. Excavation and tunnelling works posed significant challenges as they cross densely inhabited zones of Mumbai. There were several buildings which were old and in delicate condition, many of which were heritage structures. In Mumbai - being a coastal city - the water table is almost at ground level which added to complications. There were several utilities, many of which were lifeline utilities, which could not be diverted or even closed, thus requiring support during excavation. Likewise, ensuring traffic movement with minimal disruptions with enormous excavation works for the project required several innovative solutions. Other criticalities included low overburden to the existing flyovers and to the air traffic control tower as well as saving a 100 year-old banyan tree.

The new Ontario Line is one of four priority transit projects announced by the province of Ontario in 2019 for the Greater Toronto Area (GTA). It will be a 15.6 km stand-alone rapid transit line that will run through the city from Exhibition/Ontario Place in the southwest, through the heart of downtown Toronto, all the way to the Ontario Science Centre in the northeast. Over half of the route (9 km) is planned to run underground through new tunnels, with the remainder running along elevated and at-grade rail corridor sections of track. Fifteen new stations are proposed, whereby eight are planned as deep underground structures. Most of these underground stations will be built in the downtown core, with numerous connections to the broader transit network of the GTA, including GO Transit rail services, the Toronto Transit Commission's (TTC) existing subway Lines 1 and 2, the Line 5 (Eglinton Crosstown LRT) currently under construction, as well as numerous bus and streetcar routes. The expected project benefits of Ontario Line are as follows:
- A faster and more reliable access to rapid transit system with more than 227,500 people living within walking distance to the new line.
- Reduction in crowding of existing Line 1 subway.
- Up to 47,000 jobs accessible by transit in 45 min or less for Toronto residents.
- Economic and community growth along the future transit line and significant reduction in traffic congestion and greenhouse gases by providing alternative transportation options.
The Ontario Line is currently being delivered through a number of contracts with different procurement approaches.

Developing large-scale tunnelling projects in orogenic regions implies enormous technical challenges. Las Leñas International Tunnel Project through the Andes Main Cordillera of Chile and Argentina has been a long-awaited infrastructure project, whose geological and topographic settings suggest several complex singularities to be considered, analyzed, and assessed during its development. Throughout the course of this feasibility study, the complex geological subsurface interpretation offers a broad spectrum of technical demands to be fulfilled. The overburden conditions, the presence of certain lithologies such as expansive clays or soluble evaporitic sequences, along with regional stress assessment, are major technical challenges. Through extensive geological, geotechnical, and hydrogeological mapping, subsurface 3D modelling interpretation, along with numerical analysis and its relationship with similar projects in the region, brittle, and plastic behaviour are analyzed. A wide range of modern techniques are used to assess those mentioned tasks, which enable an extensive comprehension of the geological and geotechnical conditions of the area. The purpose of this contribution is to enrich the knowledge on geological and geomechanical challenges faced in large tunnelling infrastructure projects in high-mountain environments and what specific lessons may arise from them for similar future projects.
Las Leñas International Tunnel - Geomechanische Herausforderungen bei großen Tunnelbauprojekten in den Anden
Die Entwicklung groß angelegter Tunnelbauprojekte in orogenen Regionen impliziert enorme technische Herausforderungen. Der internationale Tunnel Las Leñas durch die zentralen Anden in Chile und Argentinien ist ein lang erwartetes Infrastrukturprojekt. Seine geologischen und topografischen Rahmenbedingungen zeigen komplexe Singularitäten auf, die während der Projektierung berücksichtigt, analysiert und bewertet werden müssen. Die Interpretation des komplexen geologischen Aufbaus bot im Zuge dieser Machbarkeitsstudie ein Spektrum an technischen Anforderungen: Die Überlagerungshöhe, Lithologien wie expansive Tone oder Evaporitgesteine sowie der regionale Spannungszustand führten zu technischen Herausforderungen. Auf Basis umfangreicher geologischer, geotechnischer und hydrogeologischer Kartierungen, Erstellung und Interpretation des Untergrunds in 3D-Modellen sowie numerischer Analysen wurde unter Einbeziehung ähnlicher Projekte in der Region sprödes und plastisches Verhalten analysiert. Dabei wurden moderne Techniken eingesetzt, die ein umfassendes Verständnis der geologischen und geotechnischen Bedingungen des Gebiets ermöglichen. Ziel dieses Beitrags ist, Kenntnisse über die geologischen und geomechanischen Herausforderungen bei großen Tunnelbau-Infrastrukturprojekten im Hochgebirge zu erweitern und konkrete Lehren daraus für ähnliche zukünftige Projekte zu ziehen.

This article aims to present structural and geotechnical design challenges of the flood relief project “Segundo Emisario del Arroyo Vega”, part of Buenos Aires city hydraulic master plan. Works comprised the execution of an 8.4 km-long tunnel for relief of the existing sewer network. Tunnel alignment develops in a highly populated area, with important interferences such as two metro lines, three railway lines and a main potable water tunnel. All tunnel sections extend mostly within firm, silty soils. Overburden varies between 15 and 25 m. The downstream section was executed with a 6.1 m-diameter Earth pressure Balance Tunnel Boring Machine (EPB TBM) launched from a 35 m-diameter shaft with water table pressures up to 200 kPa. Break-in was performed across a watertight, plastic diaphragm wall cell, which allowed safe shaft wall manual demolition, resulting in a very safe TBM launch. The tunnel upstream section, 2.85 m in diameter, was executed using pipe jacking technology, with the peculiarity of using bidirectional launch shafts along its alignment. To allow water entrance from existing system - through flow diversion chambers - into the new relief tunnel, openings were made in the TBM tunnel, with connection areas of 4 to 7 m2. Its design was particularly challenging, given that unbolted segmental lining was used.

Since ancient times, rocks and their geomechanical and mineralogical properties have played a fundamental role for realising construction and infrastructure projects. Workability and excavability of the material itself are still decisive factors controlling tool wear and advancement rates. In engineering geology, standardised tests and analyses related to the strength, hardness, abrasivity and mineralogical composition are commonly conducted in this context. The uniaxial compressive strength (UCS), CERCHAR Abrasivity Index (CAI) and equivalent quartz content are widely used parameters for such an assessment, in order to estimate and predict drillability and associated wear of drill bits, cutting discs or chisels. In this article, the correlations between strength, abrasivity and mineral content of various rock types are investigated. The concept of hardness in geotechnics and engineering geology is elaborated in greater detail, shedding light on hardness definitions, testing methods and how hardness parameters are interrelated. Under the aspect that the CAI shows a good correlation with the Mohs hardness commonly used in mineralogy, a novel approach for estimating the CAI is presented. It is suggested that the CAI of a rock can be estimated within 50 % of the actual value, if its UCS exceeds »60 MPa. On the data basis of various rock types analysed from national and international construction projects, the potential and limitations of this method are discussed.

Liquefaction is a vital issue for the tunnel-sand pile interaction (TSPI) system under seismic excitation. Therefore the present study proposed a TSPI model for the liquefaction analysis numerically using the numerical code of Plaxis 3D under local seismic excitation. Validation results of the numerical code inform a convincing level of accuracy to ensure the analysis of the TSPI model using this code. In this research, the geometry of the TSPI model is considered smaller compared to the tunnel diameter to influence the probability of the liquefaction occurrence, and the only variable geometric dimension is the tunnel pile clear distance of the interaction zone while other geometric and material properties are considered to be the standard value. UBC3D-PLM (two yield surfaces consisting of kinematic hardening rules) constitutive model is used to ensure the liquefaction effect in the TSPI model; however, the excess pore pressure ratio exceeds the limiting value of 1 to inform the existence of liquefaction in the TSPI model. In addition, the uplift of sand is exceeded from the settlement due to liquefaction. However, further investigations such as experimental and analytical studies may have to be performed in the future to enhance the present study.

In the construction industry, increased efforts are being made to automate production processes using industrial robots in order to increase efficiency, improve quality and optimize the use of materials. Tunnel construction is particularly suitable for the use of modern production methods, as the increased use of machines and the high repetition factor of the components used make it possible to scale production technology across project boundaries. This paper provides examples of current developments in segment production, in particular the use of industrial robots in the prefabrication of reinforcement cages and subsequent concreting. Necessary adaptations in segment design are pointed out when welded reinforcement is used, and conceivable further developments are shown. The medium-term goal is a continuous IT-based production control system that allows short-term adjustments to segment production, logistics and subsequent installation in the tunnel.
In der Bauindustrie werden verstärkte Anstrengungen unternommen Produktionsprozesse durch den Einsatz von Industrierobotern zu automatisieren, um die Effizienz zu steigern, die Qualität zu verbessern sowie den Materialeinsatz zu optimieren. Besonders geeignet für den Einsatz moderner Fertigungsmethoden ist der Tunnelbau, da insbesondere durch den verstärkten Maschineneinsatz und hohen Wiederholungsfaktor der eingesetzten Bauteile eine Skalierung der Produktionstechnik über Projektgrenzen hinweg möglich ist. Der vorliegende Aufsatz erläutert exemplarisch die aktuellen Entwicklungen im Bereich der Tübbingproduktion, insbesondere den Einsatz von Industrierobotern in der Vorfertigung der Bewehrungskörbe bzw. der anschließenden Betonage. Auf notwendige Anpassungen im Tübbingdesign wird bei Einsatz von geschweißter Bewehrung hingewiesen sowie denkbare Weiterentwicklungen aufgezeigt. Mittelfristiges Ziel ist eine durchgehende IT-basierte Produktionssteuerung, die kurzfristige Anpassungen in der Produktion, aber auch in der Logistik und dem anschließenden Einbau im Tunnel ermöglicht.

Small-diameter tunneling in hard rock is increasingly widespread due to the need for new and longer utility tunnels comprising sewer, stormwater, freshwater, or hydropower as well as cable tunnels and casings for pipelines transporting gas or hydrogen. Utility tunnels have to deal with a wide range of geological settings, like small overburden, weathered rock, rock-soil transitions, as well as fractured or intact hard rock with high strength and abrasivity. A database has been created including 35 hard rock projects with diameters between 1 and 5 m as well as more than 70,000 m of tunnel alignments, with a median drive length of less than 500 m. Challenges in creating it and some early interpretations based on the contents of the database are presented. Details about an exemplary pipe jacking project in basement rocks in Brittany, France, are given. The large variety in this small-diameter range in hard rock includes different TBM types, cutterhead designs, cutter types, and geotechnical conditions. Potential pitfalls in small-diameter TBM data analysis are shown and general drive parameter trends and penetration prediction approaches are presented and set in relation to the geotechnical conditions. Our analysis shows that difficult ground conditions do not only incorporate rocks with very high strength, but also generally weak rocks like schist or limestone could be responsible for low penetration rates and high thrust forces.

Tunnelbau mit kleinem Durchmesser in schwierigem Untergrund - Analyse der TBM-Leistung in hartem Fels
Die Anzahl an Tunnelbauprojekten mit kleinen Durchmessern in Gesteinen mit hohen Festigkeiten nimmt seit einigen Jahren stark zu, da neue und zunehmend längere Versorgungstunnel benötigt werden. Diese sogenannten Utility Tunnels sind mit einer Vielzahl von geologischen Gegebenheiten konfrontiert, wie geringe Überdeckung, starke Alteration der Gesteine, heterogene Ortsbrustbedingungen sowie Gesteine mit hoher Festigkeit und Abrasivität. Eine Datenbank mit zurzeit mehr als 35 Hartgesteinsprojekten mit Durchmessern zwischen 1 und 5 m sowie 70.000 m Tunneltrassen mit einer mittleren Projektlänge von weniger als 500 m wurde erstellt. Die Herausforderungen bei der Erstellung der Datenbank sowie einige erste Interpretationen auf der Grundlage des Inhalts der Datenbank werden vorgestellt. Weiterhin werden Details über ein beispielhaftes Rohrvortriebsprojekt im Grundgebirge der Bretagne, Frankreich, präsentiert. Die große Vielfalt in diesem kleinen Durchmesserbereich im Hartgestein umfasst unterschiedliche TBM-Typen, Schneidkopfdesigns, Werkzeugtypen und geotechnische Bedingungen. Es werden mögliche Fallstricke bei der Analyse von TBM-Daten aus Projekten mit kleinen Durchmessern aufgezeigt und allgemeine Trends bei den Antriebsparametern sowie Ansätze zur Vorhersage der Penetration vorgestellt und in Bezug zu den geotechnischen Bedingungen gesetzt. Unsere Analyse zeigt, dass schwierige Untergrundverhältnisse nicht nur Gesteine mit sehr hoher Festigkeit umfassen, sondern auch geringfeste Gesteine wie Schiefer oder Kalkstein für niedrige Vortriebsraten und hohe Anpresskräfte verantwortlich sein können.

The handling of a tunnel construction project poses great challenges for all those involved. Variables that cannot be clearly quantified can arise during the entire process of the project. The subsoil in tunnelling is one of these parameters which is difficult to forecast. The geological and hydrogeological conditions must be assessed during the planning phase with the help of exploratory measures and from the experience from projects that have already been built.
During the execution work, deviations from the documents on which the target determination is based occur in almost all underground construction projects. These changes can either cause a change in the construction process and/or lead to a different construction time in relation to the calculated duration.
Based on this initial situation, the development of an innovative contract and remuneration model for machine tunnelling appears to be important. The main focus of the model is to generate a transparent and comprehensible method of how the remuneration-worthy portion can be calculated in the case of a different construction time in mechanised tunnelling. In order to ensure this transparency and traceability of the system to be developed, the data records that can be digitally recorded during the tunnelling work are used as a fundamental basis for the created model.

Innovatives Vertrags- und Vergütungsmodell im maschinellen Tunnelvortrieb - Ermittlung der abweichenden Bauzeit auf Basis digitaler Vortriebs- und Prozessdaten
Die Abwicklung eines Tunnelbauprojekts stellt alle Beteiligten vor große Herausforderungen. Während des gesamten Projektverlaufs können Variablen auftreten, die nicht eindeutig quantifizierbar sind. Der Baugrund im Tunnelbau ist einer dieser schwer zu prognostizierenden Parameter. Die geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse müssen in der Planungsphase mit Hilfe von Erkundungsmaßnahmen und den Erfahrungen aus bereits realisierten Projekten beurteilt werden.
Während der Ausführungsarbeiten kommt es bei fast allen Tunnelbauprojekten zu Abweichungen von den der Kalkulation zugrundeliegenden Planungsunterlagen. Diese Änderungen können entweder einen geänderten Bauablauf und/oder zu einer abweichenden Bauzeit im Verhältnis zur kalkulierten Dauer zur Folge haben.
Ausgehend von dieser Ausgangssituation erscheint die Entwicklung eines innovativen Vertrags- und Vergütungsmodells für den maschinellen Tunnelbau als sinnvoll und notwendig. Der Schwerpunkt des Modells liegt darin, eine transparente und nachvollziehbare Methode zu generieren, wie der vergütungswürdige Anteil bei einer abweichenden Bauzeit im maschinellen Tunnelvortrieb berechnet werden kann. Um die Transparenz und Nachvollziehbarkeit im entwickelten Modell zu gewährleisten, werden die Datensätze, die während der Vortriebsarbeiten digital erfasst werden können, als wesentliche Grundlage verwendet.

Soft sedimentary rocks are frequently found in many mountainous regions of the world like Zagros Mountains located in the south and west of Iran, where most of Iran's water conveyance projects have been constructed or are under construction. These rocks usually contain considerable amounts of different types of clay minerals. The clay mineral-rich rocks cause many problems in the deep and long mechanised tunnelling projects. In particular, the boreability of these rocks is very different from other rocks, and due to their plastic behaviour and the lack of complete formation of chips during the cutting process by disc cutters, the prediction of cutterhead penetration in these rocks, with existing models, is often inaccurate. In this paper, a new model for estimating the disc cutter penetration in these rocks is introduced, which is based on data obtained from the main tunnelling projects completed in sedimentary rocks of Zagros Mountains. Then, the validity of the developed model is checked using actual data obtained from a tunnel recently constructed in the area. The new model can offer a more accurate estimate of machine performance in similar rocks.

In 2013, the Austrian Society for Geomechanics published the Guideline for the Geotechnical Design of Underground Structures with TBM Excavation. The Guideline contains general procedures for the geotechnical design and construction. In the design phase, the first steps are evaluating different ground conditions by classifying different ground types, different ground behaviours, their categorization into ground behaviour types, and the determination of construction measures derived from the ground behaviour. On this basis the expected system behaviour in each system sector of the tunnel boring machine (TBM) is predicted and described in detail to enable comparison in the construction phase. In the construction phase, geotechnical relevant ground parameters as well as observations regarding the actual system behaviour are recorded and compared with the assumptions of the design. The geotechnical design is updated continuously based on the encountered ground conditions and geotechnical observations. The improved quality of the geotechnical model allows an optimization of the construction while meeting all safety and environmental requirements. In the first part of the article, the general procedures of the guideline are described and parameters to describe the system behaviour in each system sector adequately are listed. In the second part of the article, the implementation of the guideline during design and construction at the Semmering Basetunnel in Austria is described.

Die Anwendung der Richtlinie für die geotechnische Planung von Untertagebauten mit kontinuierlichem Vortrieb in Österreich
2013 veröffentlichte die Österreichische Gesellschaft für Geomechanik die Richtlinie für die geotechnische Planung von Untertagebauten mit kontinuierlichem Vortrieb. Die Richtlinie enthält allgemeine Verfahren für die geotechnische Planung und Ausführung. In der Planungsphase werden in einem ersten Schritt die Baugrundverhältnisse analysiert, indem verschiedene Gebirgsarten und darauf aufbauend unterschiedliches Gebirgsverhalten definiert werden. Für jedes Gebirgsverhalten werden unter Beachtung der projektspezifischen Rahmenbedingungen bautechnische Maßnahmen abgeleitet. Anschließend kann durch die Zusammenschau von bautechnischen Maßnahmen und Gebirgsverhalten das Systemverhalten in jedem Maschinenbereich abgeleitet werden. Während der Ausführung werden geotechnisch relevante Baugrundparameter und Beobachtungen zum Systemverhalten dokumentiert und mit den Annahmen der Planung verglichen und die geotechnische Planung wird kontinuierlich aktualisiert. Durch diese Verfeinerung des Geotechnischen Modells können die bautechnischen Maßnahmen ständig optimiert werden. Im ersten Teil des Beitrages werden die allgemeinen Verfahren der Richtlinie beschrieben. Es wird eine Liste mit beobachtungsrelevanten Parametern angeführt, um das Systemverhalten in jedem Maschinenbereich nachvollziehbar zu beschreiben. Im zweiten Teil wird die Anwendung der Richtlinie während der Planung und der Ausführung am Beispiel des Semmering Basistunnels in Österreich erklärt.

One of the main hazards during tunnel boring machine (TBM) excavation in hard rock is related to the occurrence of unforeseen adverse conditions, leading to unfavourable rock mass behaviour during tunnel boring. In this respect, the continuous analyses of TBM excavation parameters may represent an interesting tool for a continuous monitoring of geotechnical conditions at the tunnel face and for early detection of changing ground conditions in the rock mass. This work provides a back-analysis of TBM data recorded during the excavation of the Frejus Safety Tunnel, bored across the French-Italian border in the Western Alps. It is a 13 km-long tunnel excavated by a 9.4 m diameter, single-shield TBM through strongly anisotropic calcareous schist, with cover up to 1800 m. Main problems faced during TBM excavation were related to the local occurrence of buckling-related convergence and consequent asymmetrical loading on the precast segment rings. Correlating TBM performance parameters to the encountered geological and geomechanical conditions provides the possibility to identify which parameters are most affected by geomechanical properties of the rock mass at the tunnel face and by rock mass behaviour. Conversely, the analysis indicates which parameters can be adopted as monitoring tool of ground conditions during TBM advance. In addition, this work highlights how buckling phenomena can be distinguished, in terms of TBM operation and performance, from other adverse conditions as, e.g., blocky ground or squeezing.

Pre-excavation grouting (PEG) is essential for mitigating groundwater inflow to unlined tunnel structures. Prevention of initial water inflow proved best practice to balance groundwater conditions throughout the utilisation of a tunnel. The grouted rock mass acts as a circumferential sealing barrier instead of a secondary lining to minimise groundwater inflow to an acceptable level over the structure's lifetime. The construction of unlined tunnels relies on existing favourable in-situ rock mass conditions with an overall low hydraulic head, mainly to keep the effort of grouting inferior and avoid an unbalanced proportion of pre-excavation grouting during the tunnel construction works.
From the operational perspective of tunnelling works, pre-excavation grouting delineates the continuous excavation process of a TBM and represents a discontinuative work process. In addition, grouting includes an exploration process ahead of the cutterhead to predict the ground conditions to align the sealing demand of the rock mass. Generally, pre-excavation grouting foresees the drilling of mainly open boreholes with a considerable length of 20 m to 25 m ahead of the tunnel boring machine (TBM). Establishing a continuous grouted zone around the tunnel demands an overlapping of the grouting rings ranging from 2 m to 10 m. The overlapping decreases the excavation length of the TBM adequately. The repetitive grouting process interfering with the excavation consists of various processes such as exploration including water loss measuring (WLM), the drilling and grouting of boreholes and the hardening time.
TBM tunnelling depends on the systematic and continuous implementation of construction procedures. Therefore, based on current static pre-excavation grouting, an agile combined grouting and excavation approach is presented, incorporating a reliable pre-excavation grouting, a systematic TBM excavation and a specific balance of long-term sealing and high utilisation rates for TBM excavation.

Analyse von vorauseilenden Injektionen im maschinellen Tunnelbau
Vorauseilende Injektionsmaßnahmen zur Reduktion von Wasserzutritten zu unverkleideten Tunnelbauwerken sind von entscheidender Bedeutung für den Erhalt der Grundwasserverhältnisse während und über die Gebrauchsdauer des Bauwerks hinweg. Aus baubetrieblicher Sicht stellen vorauseilende Gebirgsinjektionen eine Unterbrechung des kontinuierlichen Vortriebs dar. Der sich wiederholende Injektionsprozess besteht aus verschiedenen Subprozessen wie der Erkundung des Baugrundes, einschließlich von Wasserabpressversuchen, dem eigentlichen Bohren und Verpressen der Bohrlöcher und der Aushärtezeit des Injektionsgutes. Erforderliche Überlappungslängen verringern zudem die effektiven Vortriebslängen zwischen den Schirmen. Demgegenüber beruht die Effektivität eines TBM- Vortriebs auf der systematischen und kontinuierlichen Durchführung der Vortriebsprozesse, welche durch den disruptiven Injektionsprozess gestört wird. Anstelle der derzeitig üblichen statischen Ausführung von vorauseilenden Injektionsmaßnahmen mit fixierten Injektionsschirmlängen wird ein flexibles kombiniertes Injektions- und Ausbruchskonzept vorgestellt, das eine zuverlässige Injektion vor der Ortsbrust, einen systematischen Ablauf des TBM-Vortriebs bei einer hohen Auslastung und eine langfristige Abdichtung des Baugrunds gewährleistet.

The complex and dynamic nature of shield-driven tunnel excavation, staged construction, segmental lining installation process, and tail-void grouting necessitate using detailed numerical modeling for predicting ground behavior and response of segmental lining. In this article, results of three-dimensional advanced finite element modeling are presented for one of the major ongoing construction projects in the North America. Different segment joint models, i.e., rigid joints, perfect hinge joints, Janssen joints, and rigid joints with reduced lining thickness, are used in the analysis. Critical responses such as ground deformation, settlement trough, crown deformation, and the internal forces in the linings considering different segment joint modeling are discussed.

Glacial soil deposits are present in Europe on both sides of the Alps, in Scandinavia, Northern Germany, Poland and in North America. There are typical names of the stages of the glaciation, however, the geotechnical characteristics of glacial deposits are similar in all regions; but are very heterogeneous locally. Glacial deposits extend from boulders to invisible silt particle (rock flour) and to clay particles, both of similar grain size. In this paper the focus will be on clean gravel without fines, so-called open gravel and the challenges and solutions for tunnelling.
Face support by pure bentonite slurry is insufficient in open gravel. Different techniques have been used in practice: clogging the pore channels with fines of appropriate gradation by controlling the content fines in the slurry. Use of high viscous slurry with increased clay or bentonite content. In another solution lime powder and polymers were added in the excavation chamber of an earth-pressure shield to modify the ground. Other aspects such as muck disposal will be evaluated.
Glaziale Lockergesteine kommen unter anderem in früher vergletscherten Gebieten von Europa (Alpen und Skandinavien) und Nordamerika vor. Die Eiszeiten werden mit spezifischen Namen bezeichnet und erreichten unterschiedliche Reichweiten und Ablagerungsbedingungen der Lockergesteine, die durch Schmelzwasser gesteuert wurden. Zum Verständnis der geotechnischen Eigenschaften, wie Kornverteilung, Durchlässigkeit, mechanische Eigenschaften, muss die geologische Geschichte verstanden werden. Es reicht nicht, aus Sondierungen Proben zu entnehmen und daran mit Korrelationen und Versuchen die bodenmechanischen Eigenschaften zu ermitteln.
In durchlässigem Kies genügt Stützflüssigkeit aus Bentonit allein nicht, um die Ortsbrust im maschinellen Tunnelbau zu stützen. Es wurden verschiedene Methoden angewandt: Verstopfen von Porenkanälen mit geeignetem feinkörnigem Boden und ausreichendem Gehalt an feinem Material in der Stützflüssigkeit, die Anwendung hochviskoser Stützflüssigkeit mit höherem Gehalt von Bentonit und anderen Tonarten. Eine weitere Lösung bestand in der Beigabe von Kalkmehl und Polymeren in die Arbeitskammer von Erddruckschilden, um den Boden knetbar zu machen. Andere Aspekte wie Ablagerung und Kosten des Ausbruchmaterials werden auch erläutert.

The correct definition and application of face confinement pressure is one of the main challenges for urban tunnels, where soil perturbation can affect the surrounding structures with undesirable or even severe consequences. The choice of this parameter needs to comply not only with minimal geotechnical performances, such as volume loss control, water pressure balance, and front stability, but also with optimization criteria (impact on production rate and Tunnel Boring Machine (TBM) components wear). The Grand Paris Line 14 South tunnel has emphasized this concept especially on the 1.5 km section below the Orly International Airport, with two constraints: the limitation of deformations on sensitive airport structures and the tight schedule due to the Olympic Games of 2024. The 8.83 m-diameter Earth Pressure Balance (EPB) TBM 'Koumba' successfully performed the excavation at 20 m depth. The design face pressure profile, varying between 0.8 and 2.6 bar, was studied. A complex monitoring system was also provided to validate design expectations and to update the TBM-soil interaction prediction model. This article focuses on the experience acquired on the EPB face confinement pressure management along this long, highly sensitive section. The first part presents the comparison between reference values and thresholds given by the designer and the real TBM drive oscillation. The second part is dedicated to the observed influence of the face pressure on the geotechnical aspect, machine mechanical parameters, and production rates.

A framework with a robust design of the driving classes is fundamental for the tunnel design. During tunnel advance, the detailed design of the lining is depending on the documented geology and the observed system behaviour. To reduce costs, the excavation profile is optimized with the aim of reducing overbreaks and shotcrete masses. This achieved profile accuracy is beneficial for the load-bearing capacity of the rock and the shotcrete lining. For temporary and permanent tunnel shotcrete linings, the excavation profile accuracy influences the stress distribution, the crack pattern and the expected deformations. In the course of this study, the effect of the excavation geometry on the load-bearing capacity of the primary lining of drill and blast tunnels was examined. For this purpose, shotcrete linings, reinforced by steel meshes and fibre-reinforced linings, were compared in optimized and non-optimized scanned excavation cross-sections. In each case, an ultimate load and failure analysis was carried out to assess shells in the hardened state by means of numerical modelling (ATENA). The aim is to determine the load-bearing capacity of the shell structure in order to obtain a conclusion regarding its structural robustness. The interaction between the rock/soil soil and the structure as well as a time-dependent material behaviour were not considered. It could be shown how an irregular overbreak or an inconsistent shell thickness has a negative effect on the load-bearing capacity of the structure.

In this study, the critical risks and their effects on each other for the Alborz tunnel construction project, which is known as the longest road tunnel in the Middle East, have been evaluated on a case-by-case basis. In addition to covering all safety hazards in important tunnel drilling operations using the failure modes and effect analysis (FMEA) method, which is one of the risk assessment methods for operations and has been widely used in manufacturing, drilling, and tunneling industries, health hazards that affect employees and can cause a variety of job diseases have been studied and in order to identify, evaluate, and quantify the results, the William Fine method has been implemented. Also, all the risks have been identified and evaluated within the framework of OHSAS 18001 standard which was presented in 1999 due to the lack of an international standard regarding occupational health and safety and its last revision was done in 2007. Based on the research results, according to FMEA method, a total of 46 critical risks, 26 very high risks, 22 high risks, 8 medium risks, 34 low risks, 29 very low risks, and 8 insignificant risks in the field of safety have been identified and evaluated. In the field of job health, 165 high-level risks, 28 medium-level risks, and 57 low-level risks were assessed and finally in the environmental field, 7 high-level risks and 1 risk for each of the intermediate and low level have been inferred.

The success of the energy transition in relation to achieving a low carbon fossil-free energy of the future largely depends on the extent to which collective efforts are geared towards specific goals, as the actual transformation of the energy sector is shaped by many challenges and uncertainties. Pandemics, uninterrupted supply chains and ongoing conflicts add to the complexity of the situation. The International Energy Agency has published its “World Energy Outlook” since 1998 and demonstrates ways of achieving a decarbonised energy of the future based on different scenarios. Taking three energy scenarios as the starting point, possible routes and corresponding effects by 2050 are outlined.
Das Gelingen der Energiewende in Richtung einer karbonärmeren und fossilfreien Energiezukunft wird maßgeblich davon abhängen, wie zielorientiert diese gemeinschaftlichen Anstrengungen wahrgenommen werden, denn die aktuelle Transformation des Energiesektors ist geprägt von unzähligen Herausforderungen und Unsicherheiten. Pandemien, unterbrochene Lieferketten und aktuelle Konflikte verstärken den Komplexitätsgrad. Seit 1998 veröffentlicht die internationale Energieagentur ihren “World Energy Outlook” und zeigt mit unterschiedlichen Szenarien mögliche Wege in eine dekarbonisierte Energiezukunft. Anhand dreier Energieszenarien werden mögliche Wege und deren Auswirkung bis 2050 skizziert.

To increase capacity and reduce travel time for long-distance traffic, the Austrian Federal Railways (ÖBB-Infrastruktur AG) are planning a new railway line between Köstendorf and Salzburg. The centrepiece of the project is the Flachgau Tunnel - an approx. 16 km long, twin-tube single-track tunnel system. The selected tunnel alignment ''K5 optimiert'' was developed in a multi-year route selection procedure. Further optimisation within the current design stage - the detailed submission - achieved a 200 m shortening in tunnel length. The chosen standard cross-section was substantiated with life-cycle-cost and carbon-footprint investigations which also coincided with experiences from the construction and operation of existing tunnel structures with varying cross-sections and travel speeds. Both studies show the advantages of the larger 54 m2 cross-section compared to a smaller 44 m2 cross-section. Complex hydrogeological conditions require a water pressure-tight tunnel design capable of withstanding a maximum pressure of approx. 11 bar. These conditions are especially challenging for conventional tunnelling methods and require a waterproofing concept with two independent sealing layers. At present, the construction of the project is scheduled to take place from 2027 until 2040.
Zur Erhöhung der Kapazität auf der Weststrecke sowie zur Fahrzeitverkürzung im Fernverkehr plant die ÖBB-Infrastruktur AG eine Neubaustrecke im Abschnitt Köstendorf-Salzburg. Herzstück des Vorhabens ist der etwa 16 km lange Flachgauertunnel, der als eingleisig zweiröhriges Tunnelsystem geplant ist. Die im Zuge des mehrjährigen Trassenauswahlverfahrens entwickelte Auswahltrasse “K5 optimiert” wurde in der laufenden Planungsphase - der vertieften Einreichplanung - adaptiert und damit eine Verkürzung um ca. 200 m Länge erreicht. Erfahrungen aus der Errichtung sowie dem Betrieb von Tunnelbauwerken mit unterschiedlichen lichten Querschnittsflächen und Fahrgeschwindigkeiten wurden in Studien zu Life Cycle Costs sowie zum Carbon Footprint untermauert, in denen Tunnelquerschnitte mit 44 und 54 m2 gegenübergestellt wurden. Die Ergebnisse beider Studien zeigen die Vorteile des größeren Querschnitts. Komplexe hydrogeologische Rahmenbedingungen erfordern die druckwasserhaltende Ausbildung des gesamten Tunnelbauwerks bei Wasserdrücken von bis zu 11 bar. Bei diesen Rahmenbedingungen wird vor allem bei konventionell aufgefahrenen Abschnitten nahezu Neuland betreten, sodass ein Abdichtungssystem mit zwei voneinander unabhängigen Abdichtungsebenen entworfen wurde. Aus derzeitiger Sicht soll die Neubaustrecke zwischen 2027 und 2040 errichtet werden.

After a long design and approval process, the construction works for the first phase of the A26 started in 2019. The A26 not only relieves the central part of the road network of the city of Linz but also allows the river Danube to be crossed by means of a bridge: a 300 m long bridge, anchored in the rock slopes forming the banks of the Danube. The elements of the first phase are the Danube bridge and the two underground motorway junctions, Danube North and South, with excavation cross-sections of up to 400 m2 and the tight radii of the motorway on-ramps. Besides these conditions, urban planning requirements such as the protection of residents against immissions caused by noise and vibration, and the increased negative impacts resulting from the traffic during construction have an effect on the construction works. The excavated material from the tunnel is transported off site by ship. The existing rock mass requires excavation by means of the drill-and-blast method. The project-specific boundary conditions such as the high number of portals, the noise-reflecting effect of the “Danube gorge” and the low overburden require substantial measures to limit and monitor the immissions.
Nach einer langen Planungs- und Genehmigungsphase wurden die Hauptbauarbeiten zur A26 Linzer Autobahn Anfang 2019 in Angriff genommen. Der neue, über weite Bereiche unterirdische Straßenzug der A26 entlastet nicht nur die bestehenden innerstädtischen Verkehrswege im Linzer Stadtgebiet erheblich, sondern stellt auch eine zusätzliche Donauquerung in Form einer echten Hängebrücke mit einer Spannweite von über 300 m zur Verfügung. Die Hauptelemente des 1. Verwirklichungsabschnitts sind die Donaubrücke und zwei unterirdische Vollanschlussstellen, nördlich und südlich der Donau, mit Ausbruchquerschnitten bis zu 400 m2 und Rampentunnel mit engen Radien. Neben diesen Rahmenbedingungen erfordert die Planung eines innerstädtischen Bauprojekts neben der umfassenden Berücksichtigung des Anrainerschutzes hinsichtlich der Immissionswirkungen durch Lärm und Erschütterungen auch die möglichst reduzierte Auswirkung der Bauarbeiten auf die bestehenden Verkehrswege. Das Ausbruchmaterial der bergmännischen Bauweise des Tunnel Freinberg und der Anschlussstelle Donau Süd müssen über den Wasserweg der Donau abtransportiert werden. Die projektspezifischen Rahmenbedingungen, wie eine sehr hohe Anzahl an Tunnelportalen, die Schallreflexionen innerhalb des Donautals und die geringe Überlagerung erfordern gesamthaft erhebliche Maßnahmen zur Reduktion der Auswirkungen während der Bauphase.

West Link (Swedish: Västlänken) is one of the biggest infrastructure projects in Sweden building an in total 8 km double-track railway tunnel in Gothenburg, which is currently under construction. “E05 Korsvägen” is a construction lot which is part of the West Link project with the Swedish transport authority Trafikverket as the client. The works were awarded to the Joint Venture (JV) West Link Contractors consisting of Wayss & Freytag Ingenieurbau AG and NCC. A special contract model with a design and build part combined with a regular bill of quantities comprises building an underground double-track railway tunnel with a length of 3.2 km and the new Korsvägen station. This sub-project includes three drill and blast sections and three open excavation sections. All three construction pits will be executed in challenging soft ground conditions. The JV is confronted with high environmental demands and special requirements for the blasting works in the urban area of Gothenburg.
Mit dem West Link (Schwedisch: Västlänken) Projekt befindet sich derzeit eine insgesamt 8 km lange zweigleisige Neubaustrecke in der Ausführungsphase. Der West Link erstreckt sich über das Stadtzentrzum Göteborgs. Die schwedische Transportbehörde Trafikverket möchte damit die Kapazität des Schienennetzes steigern und zukünftig das stetig anwachsende Verkehrsaufkommen der Hafenstadt entlasten. Mit einer direkten Haltestellenanbindung an den bestehenden Hauptbahnhof “Centralen” werden entlang der Tunneltrasse zwei weitere unterirdisch liegende Bahnhöfe Haga und Korsvägen erstellt. Der 3,2 km lange Bauabschnitt Korsvägen wird von der Arbeitsgemeinschaft West Link Contractors, bestehend aus den Firmen Wayss & Freytag Ingenieurbau AG und NCC, ausgeführt. Dabei wird der neue Haltepunkt Korsvägen zu einem Drittel in offener Bauweise, und zu zwei Dritteln in geschlossener Bauweise erstellt. Hinführend zum Bahnhofsbauwerk werden die östlich und westlich gelegenen Aufweitungen als Übergang in den viergleisigen Bahnsteigbereich im Sprengvortrieb aufgefahren. Darüber hinaus werden zwei weitere Baugruben in geologisch anspruchsvollen Böden wie Quickton und Moräne erstellt. Die Komplexität des Projekts zeichnet sich vor allem durch die innerstädtische, dicht überbaute Lage der Tunneltrasse aus, die im Hartgestein aufgefahren wird. Kombiniert mit den sehr anspruchsvollen weichen Böden und dem oberflächennahen Grundwasserpegel sind die aufzufahrenden Tunnelbauwerke sowie die innerstädtischen tiefen Baugruben auf dem West Link Projekt eine ingenieurtechnische Herausforderung in jederlei Hinsicht.

The soil tunnel in Drammen (Norway), part of Bane NOR's 'New Double Track Drammen-Kobbervikdalen' project, has a length of 290 m; however, the different unfavourable boundary conditions combined with a large excavation cross section (156 m2) make this section the most technically challenging part of the project. The soil tunnel is driven mostly in saturated glaciofluvial sediments, which consist primarily of sand and gravel with a low content of fines, resulting in a low cohesion to cohesionless soil. The groundwater level, always within or above the tunnel section, cannot be lowered during the construction due to project requirements. These geological/hydrogeological conditions together with the large cross section present a high-risk scenario for any tunnelling project and, in the case of Norway, an unprecedented challenge. Moreover, the tunnel is located in an urban area and has a low overburden of just 8 to 9 m during the first 80 m. For the client it was critical that the design solution was safe, robust, and able to respond to the existing level of uncertainty and potential unexpected occurrences. ILF's design is able to answer these technical challenges while removing many of the typical risks associated to saturated soil tunnelling with a solution that relies mainly on extensive pre-excavation ground improvement works in the form of jet grouting executed from the surface.
Der sogenannte “Lockermaterialtunnel” in Drammen (Norwegen) ist ein Teilabschnitt des Gesamtprojekts “2 gleisiger Eisenbahntunnel Drammen - Kobbervikdalen” der norwegischen Eisenbahngesellschaft Bane NOR. Der Abschnitt hat eine Länge von 290 m. Die unterschiedlichsten ungünstigen Randbedingungen in Kombination mit einem großen Ausbruchsquerschnitt (156 m2) machen diesen Abschnitt zum technisch anspruchsvollsten Teil dieses Tunnelprojekts. Der Tunnel wird größtenteils in gesättigten gletscherfluvialen Sedimenten aufgefahren, welche zu einem hohen Anteil aus Sand und Kies bestehen und einen sehr geringen Feinanteil aufweisen und der Baugrund somit als kohäsionsarmer bis kohäsionsloser Boden einzustufen ist. Der auf Tunnelniveau oder knapp oberhalb des Tunnels verlaufende Grundwasserspiegel darf entsprechend den Projektvorgaben während der Bauarbeiten nicht abgesenkt werden. Diese geologischen und hydrogeologischen Bedingungen sowie der große Querschnitt stellen für jedes Tunnelbauprojekt ein hohes Risiko dar und sind im Falle Norwegens eine außergewöhnliche Herausforderung für einen in untertägiger Bauweise zu errichtenden Tunnel dar. Darüber hinaus befindet sich der Tunnel in einem städtischen Gebiet und hat eine geringe Überdeckung von nur 8 bis 9 m im ersten Teilabschnitt. Für den Bauherrn war es von entscheidender Bedeutung, dass die gewählte tunnelbautechnische Vortriebslösung daher eine sehr sichere und robuste Bauweise ist und auf die bestehenden Unsicherheiten und möglichen unerwarteten Ereignisse reagieren kann. Die von ILF vorgeschlagene Lösung - einer umfangreichen, vorab von der Oberfläche aus hergestellten Bodenverbesserung - ermöglichte diese Anforderungen zu erfüllen und gleichzeitig viele der typischen Risiken, die mit dem Tunnelbau in gesättigtem Boden verbunden sind, mit einer sehr sicheren und robusten Lösung zu begegnen. Dieser Vergütungsring um den Tunnel wurde mit den Düsenstrahlverfahren hergestellt.

The profile accuracy during tunnel excavation will be influenced by several factors. Basically the design of the blasting pattern, the confinement conditions, the peak particle velocity generated, the escape of the gas volume and the geology are shown here, which are decisive criteria for successfully avoiding damage induced by blasting operations. Smooth blasting methods have been used successfully for years to minimize rock damage. By using electronic initiation systems in combination with software programs for modeling the energy conditions and the peak particle velocities generated, subsidence damage caused by blasting can be largely avoided.
Die Profilgenauigkeit wird im Zuge der Tunnelauffahrung durch mehrere Faktoren beeinflusst. Hier sind im Wesentlichen die Auslegung der Sprenganlagen im Nahbereich, die Einschlussverhältnisse, die generierten Schwinggeschwindigkeiten, das Entweichen des Gasvolumens und die Geologie ausschlaggebende Kriterien für eine erfolgreiche Vermeidung von durch Sprengarbeiten induzierten Bergschaden. Gebirgsschonende Sprengverfahren sind seit Jahrzehnten erfolgreich im Einsatz, um die Gebirgsschädigung zu minimieren. Durch den Einsatz von elektronischen Zündsystemen in Kombination mit Softwareprogrammen zum Modellieren der Energieverhältnisse und der generierten Schwinggeschwindigkeiten kann Bergschaden durch Sprengarbeiten weitestgehend vermieden werden.

The main lot of the Kerenzerberg safety gallery, a project of the Swiss Federal Roads Office (ASTRA), is currently under construction. In addition to the main works, the construction of a 5.2 km long safety gallery with a tunnel boring machine, the contract includes the excavation of 20 cross-passages and 52 ventilation galleries. The Joint Venture KER450 that was awarded the contact chose to excavate these cross headings simultaneously to the main drive. To implement the logistics concept, which needs to be highly capable and flexible at the same time, the contractor decided on an innovative and emission-free supply system known as Automated Service Vehicles (ASV). These fully electric, wheel-bound vehicles allow an almost automatic operation and were recently developed and supplied by the company VirtuRail. The first experiences after approximately one year of operation are very positive and have proven to be a main factor in the successful realisation of a challenging logistics concept.
Die Arbeitsgemeinschaft KER450 errichtet derzeit im Auftrag des schweizerischen Bundesamts für Straßen (ASTRA) den Sicherheitsstollen Kerenzerberg. Zusätzlich zum Vortrieb des ca. 5,2 km langen Sicherheitsstollens sind 52 Abluftstollen und 18 Querverbindungen zur Bestandsröhre zu errichten. Der Auftragnehmer entschied sich dabei, diese Querbauwerke zeitgleich zum Hauptvortrieb zu erstellen, was eine große Herausforderung an die Logistik stellt. Für die Bewältigung dieser Aufgabe setzt die Arbeitsgemeinschaft ein innovatives Logistikkonzept um. Zum Einsatz kommen sogenannte Automated Service Vehicles (ASV), die rein elektrisch angetrieben sind und einen hoch automatisierten Betrieb ermöglichen. Bei diesen Fahrzeugen handelt es sich um eine Neuentwicklung des Unternehmens VirtuRail. Der Einsatz dieser Fahrzeuge hat sich bewährt und war ein wesentlicher Faktor für die erfolgreiche Umsetzung des gewählten Konzepts.