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Content: Geomechanics and Tunnelling 5/2022Geomechanics and Tunnelling5/2022Contents

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71 Geomechanics Colloquium - 71. Geomechanik KolloquiumGeomechanics and Tunnelling5/2022Cover Pictures

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As part of the modernisation of the railway line between entilj and Maribor, the existing Poehovo tunnel will be replaced by a new tunnel. The new double-track tunnel through the Pekel Mountains is around 1530 m long and will be equipped with various safety systems. DSI provided AT - Casing System 114 with squeeze connection, self-drilling Hollow Bar Anchors as well as other ground support products in one line including lattice girders, drill steel, and pumps. Breakthrough on the new Pekel railway tunnel was achieved on 18 August 2022. (photo: DSI Underground)
Im Zuge der Modernisierung der Eisenbahnstrecke zwischen entilj und Maribor wird der Tunnel Poehovo durch einen Neubau ersetzt. Der neue zweigleisige Tunnel durch das Pekel-Gebirge ist rund 1.530 m lang und mit verschiedenen Sicherheitssystemen ausgestattet. DSI lieferte neben AT - Rohrschirmsystem, Hohlstabanker sowie Gitterträger, Bohrstahl und Pumpen. Der Durchschlag im neuen Pekel-Eisenbahntunnel erfolgte am 18. August 2022. (Foto: DSI Underground)

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Schubert, Wulf; Jedlitschka, Gernot71 Geomechanics Colloquium - 71. Geomechanik KolloquiumGeomechanics and Tunnelling5/2022439Editorials

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News: Geomechanics and Tunnelling 5/2022Geomechanics and Tunnelling5/2022440-452News

Kurzfassung

Tunnelling work for the Obervellach II power station has been completed - Vortriebsarbeiten für Kraftwerk Obervellach II abgeschlossen
Refurbished Bosruck tunnel is fit for the future - Sanierter Bosrucktunnel ist fit für die Zukunft
Opening of the refurbished Belchen tunnel - Eröffnung des Sanierungstunnels Belchen
Start of tunnelling for the BBT H41 “Sill Gorge - Pfons” contract section - Tunnelanschlag im BBT-Baulos H41 Sillschlucht-Pfons
Tunnel boring machine started in Göschenen - Tunnelbohrmaschine in Göschenen gestartet
Manufacturing of test element for the Fehmarnbelt Tunnel successfully completed - Erfolgreiche Fertigung eines Testelements für den Fehmarnbelt-Tunnel
Pilot project for renewal of the Elleringhausen Tunnel - Pilotprojekt zur Erneuerung des Elleringhausener Tunnels
Construction of Hamburg's district heating tunnel gets underway - Baustart für Hamburgs Fernwärmetunnel
Deutsche Bahn submits planning for Offenburg Tunnel - Deutsche Bahn reicht Planung für Tunnel Offenburg ein
Entire route of the new section of the Brenner North feeder now established - Gesamtverlauf der Neubaustrecke Brenner-Nordzulauf steht fest
Contract awarded for Gotthard main northern section - Gotthard Hauptbaulos Nord vergeben
Call for papers - Topics for the next issues of Geomechanics and Tunnelling - Themen für die nächsten Ausgaben der “Geomechanics and Tunnelling”

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Höss, Christian; Binder, Michael; Hofmann, Michael; Zmölnig, Martin; Reiter, FranzConstruction of the new Obervellach II - Rail traction power station / Neubau Bahnstromkraftwerk Obervellach IIGeomechanics and Tunnelling5/2022456-466Topics

Kurzfassung

In the interests of climate protection, ÖBB Infrastruktur AG traditionally focuses on the sustainable use of hydro-electric power for the generation of traction current for the railways. After about 100 years in service, the existing Obervellach I and Lassach power stations will be replaced by the more efficient new Obervellach II and Kaponig plants. With an increased output of 38 MW and a regular working capacity of 125 GWh per year, around 30,000 high speed journeys from Villach to Vienna will be possible.
The challenges in the course of the submission, tender and project planning were the complexity of the project and its size. In particular, the hydraulic, geographical, geological and ecological conditions required cross-disciplinary cooperation in all phases of the planning. Likewise, close coordination between the contractor and the local construction supervision took place and continues to take place in the course of the project.
The vastness of the project area requires sophisticated logistics in its execution. The tunnelling work, in particular, was challenging due to the small cross-section to be excavated and the tunnel length. A special feature is the use of a full-round formwork carriage. During the work along the high pressure down pipe in impassable terrain, using a cableway for carrying material, the focus is on the parallel health and safety arrangements in the construction and equipment activities. The whole project is planned to be commissioned in March 2024.
Im Sinne des Klimaschutzes setzt die ÖBB Infrastruktur AG traditionell auf die nachhaltige Nutzung der Wasserkraft für die Bahnstromerzeugung. Nach ca. 100 Jahren Laufzeit werden die Bestandskraftwerke Obervellach I und Lassach durch die effizienteren Neuanlagen Obervellach II und Kaponig ersetzt. Mit der Ausbauleistung von 38 MW und einem Regelarbeitsvermögen von 125 GWh pro Jahr werden rund 30.000 Railjetfahrten von Villach nach Wien ermöglicht. Die planerischen Herausforderungen im Zuge der Einreichungs-, Ausschreibungs- und Ausführungsplanung lagen in der Komplexität des Gesamtprojekts. Vor allem die hydraulischen, geographischen, geologischen und ökologischen Rahmenbedingungen erforderten von allen Beteiligten eine fachübergreifende Zusammenarbeit in allen Planungsphasen. Ebenso fanden und finden im Zuge der Ausführung intensive Abstimmungen mit dem Auftragnehmer und der örtlichen Bauaufsicht statt. Die Weitläufigkeit des Projektgebiets erfordert in der Ausführung eine ausgeklügelte Logistik. Speziell die Vortriebsarbeiten waren aufgrund des kleinen Ausbruchquerschnitts sowie der Stollenlänge herausfordernd. Als Besonderheit gilt der Einsatz eines Full-Round Schalwagens. Bei den Arbeiten entlang des Kraftabstiegs im unwegsamen Gelände stehen, mit Unterstützung einer Materialseilbahn, die parallelen Bau- und Ausrüstungstätigkeiten hinsichtlich Arbeitssicherheit im Fokus. Die Gesamtinbetriebnahme ist für März 2024 geplant.

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Stech, Hans-Joachim; Achatz, Robert; Strasser, Peter; Thermann, Karsten; Caccavo, Gabriella; Gommel, Ulrich; Kamuf, IngoConstruction of the new Forbach pumped storage plant / Neubau des Pumpspeicherwerks ForbachGeomechanics and Tunnelling5/2022469-477Topics

Kurzfassung

The Rudolf-Fettweis hydropower plant, owned and operated by EnBW Energie Baden-Württemberg AG, is situated in the Murg valley in the Northern Black Forest. The construction of a new underground Lower Basin is planned to upgrade the existing hydropower station. The in-situ rock mass consists of Forbach Granite with local weakness zones, as encountered in the boreholes. Considering the extent of the project area, a 3D geological prediction model was used to allow a better interpretation of the spatial relationships of weakness zones in the rock mass and to optimize the orientation of the underground caverns. Adverse effects for the public were counteracted at a very early stage, so that the project received a high level of public acceptance. The present paper describes the current state of the project.
Im Murgtal im Nordschwarzwald befindet sich das Rudolf-Fettweis-Werk der EnBW Energie Baden-Württemberg AG. Zur Erneuerung des Standorts ist der Neubau einer untertägigen Unterstufe geplant. Die im Projekt angetroffenen geologischen Verhältnisse bestehen aus der Formation des Forbach-Granits, in dem lokale Schwächezonen erkundet wurden. Angesicht der Ausdehnung des Projektgebiets kam ein 3D-Prognosemodell der Geologie zum Einsatz, um die Interpretation der räumlichen Lagebeziehung der Schwächezonen im Gebirge und die Orientierungen der neuen unterirdischen Anlagen entsprechend zu optimieren. Der Vermeidung öffentlicher Betroffenheiten wurde frühzeitig entgegengewirkt, sodass das Projekt eine ausgesprochen hohe Akzeptanz in der Öffentlichkeit genießt. Der vorliegende Beitrag stellt den aktuellen Stand im Projekt vor.

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Schorn, Roland; Rieder, Christian; Hager, AndreasLimberg III pumped storage power station project - special challenges posed by logistics and the tunnelling systems of a large-scale construction site in a high mountain region / Projekt Pumpspeicherkraftwerk Limberg III - besondere Herausforderungen an die Logistik sowie die Vortriebssysteme einer Großbaustelle im HochgebirgeGeomechanics and Tunnelling5/2022478-490Topics

Kurzfassung

Construction of the Verbund project Limberg III pumped storage power station is currently underway in the area of the Kaprun/Salzach power station group. Preliminary work started on 6 April 2021, the main construction work started on 7 January 2022 and the overall facility is scheduled to be commissioned the end of 2025. Kaprun has a long history in the construction of power stations. The Kaprun storage power stations in the 1950s were an outstanding engineering feat and is symbolic of the reconstruction efforts that took place in Austria in the wake of World War II. The power station facilities at the main and upper stage have been in existence since the 1950s and have since been continuously expanded. From 2006 to 2011 the all-year-round reservoirs Mooserboden and Wasserfallboden were extended to include the Limberg II pumped storage station. The group is currently expanding the Kaprun/Salzach power station group by building the Limberg III pumped storage station, for which the same design as Limberg II has been adopted for implementation purposes. In addition to the significant logistical challenges posed by the high mountain location of the construction site, this report also covers the tunnelling systems.
Das Verbund Projekt Pumpspeicherwerk Limberg III wird aktuell im Bereich der Kraftwerksgruppe Kaprun/Salzach realisiert. Die Vorarbeiten haben am 6. April 2021 begonnen, die Hauptbauarbeiten befinden sich seit 7. Januar 2022 in Bau, die Inbetriebsetzung der Gesamtanlage ist Ende 2025 geplant. Kaprun hat eine lange Geschichte im Kraftwerksbau. Die Errichtung der Speicherkraftwerke Kaprun in den 1950er-Jahren zählen zu den herausragenden Ingenieurleistungen und sind ein Symbol für den Wiederaufbau Österreichs nach dem Zweiten Weltkrieg. Die seit den 1950er-Jahren bestehenden Kraftwerksanlagen der Haupt- und Oberstufe wurden in der Folge ständig erweitert. In den Jahren 2006 bis 2011 wurden die Jahresspeicher Mooserboden und Wasserfallboden um das Pumpspeicherwerk Limberg II erweitert. Aktuell erweitert Verbund die Kraftwerksgruppe Kaprun/Salzach um das Pumpspeicherwerk Limberg III, das bauartgleich zu Limberg II realisiert wird. Neben den schwierigen logistischen Herausforderungen dieser Hochgebirgsbaustelle wird im Bericht auf die Vortriebssysteme eingegangen.

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Herzog, Peter; Voringer, Jürgen; Kühner, Walter; Reiter, Franz; Lang, GeorgThe Tauernmoos pumped-storage hydro power plant - Energy storage for the Austrian railway / Das ÖBB-Kraftwerk Tauernmoos - Energiespeicher für die BahnGeomechanics and Tunnelling5/2022491-501Topics

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In 2004, ÖBB-Infrastruktur AG started the first studies for the construction of a pumped-storage hydro power plant between the two largest reservoirs of the existing Stubach Valley power plant group in Salzburg's Pinzgau region. Two reversible pump-turbine units including a full converter with a total capacity of 170 MW and a maximum flow of 80 m3/s are planned. The construction of the 335 million. euro project started in 2020 and will be completed by autumn 2025. In addition to a 50,000 m3 cavern, an 11.5 km tunnel system including the access tunnels and the power water ways have been built. Most of the 11.5 km tunnel system is situated in stable gneiss. A greater challenge is the construction of the two inlet and outlet structures in the high mountain region during the winter season, when the lakes can be held on the lowest reservoir level. Since the remaining construction work is also carried out at an altitude of 1500 to 2250 m above sea level in alpine terrain, the construction company has been facing recurring problems such as snow, cold, wind, mudslides and the associated logistical difficulties. Despite these challenges, the excavation work was completed in summer 2022. The main focus is currently placed on the concrete works in the cavern, which is scheduled to be completed in autumn 2023. This will be followed by the installation of mechanical and electrical equipment as well as the control systems.
Die ÖBB-Infrastruktur AG begann 2004 mit den ersten Studien für den Bau eines Pumpspeicherkraftwerks zwischen den zwei größten Stauseen der bestehenden Kraftwerksgruppe Stubachtal im Salzburger Pinzgau. In einer Kaverne werden zwei reversible Pumpturbinen-Maschinensätze samt Vollumrichter mit einer Gesamtleistung von 170 MW und einem maximalen Durchfluss von 80 m3/s vorgesehen. Der Bau des 335 Mio. Euro teuren Projekts begann 2020 und dauert bis Herbst 2025. Neben einer 50.000 m3 großen Kaverne wurden auch 11,5 km Tunnel- und Stollen für das Projekt aufgefahren, weitgehend in standfesten Gneisen. Deutlich schwieriger gestaltet sich der Bau der Ein- und Auslaufbauwerke in den beiden Hochgebirgsstauseen, hier kann nur im Hochwinter bei abgesenktem Seepegel gearbeitet werden. Da auch die restlichen Bauarbeiten in einer Höhe von 1500 bis 2250 m ü.A. in alpinem Gelände stattfinden, wird die ausführende Baufirma wiederkehrend vor die damit verbundenen Probleme wie Schnee, Kälte, Wind, Vermurungen und die daraus resultierenden Logistikerschwernisse gestellt. Trotz der Herausforderungen konnten die Ausbrucharbeiten im Sommer 2022 abgeschlossen werden. Das Hauptaugenmerk liegt derzeit im Ausbau der Kaverne, hier laufen bis Herbst 2023 die Betonarbeiten, danach folgt die Installation von Maschinenbau, Elektro- und Leittechnik.

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Schwalt, Markus; Stolz, DanielWitznau power station, grouting tests for upgrading the headrace tunnel / Kraftwerk Witznau, Verpressversuche zur Ertüchtigung des DruckstollensGeomechanics and Tunnelling5/2022502-514Topics

Kurzfassung

In response to spalling of concrete parts, the headrace tunnel was to be strengthened section by section and made fit for the years to come. Since little information was available on the condition of the tunnel and the cause of the spalling, possible damage patterns and causes were analyzed and grouting in combination with concrete rehabilitation were defined as strengthening measures. During a break in operation of approx. 2 months in June 2020, cement injections were tested in grouting trials in different variants to determine their suitability and optimize the parameters and the work to be carried out. The tests and the investigations carried out revealed interesting findings about the condition of the tunnel. The grouting was carried out at low pressure, at different distances and drilling depths, testing important parameters for the subsequent execution and enabling optimization. The porosity of the lining was significantly reduced by grouting, thus improving the quality of the shell. A before-and-after measurement with georadar investigation demonstrated the improvement of the lining due to the grouting.
A remarkable finding is the combination of the relatively poor quality of the lining concrete, which is due to the construction during World War II, with the practically uncracked and relatively tight lining. It is a testimony to a high level of construction skill that it was possible to create such durable structures with the means available at the time.
Nach abgeplatzten Betonteilen im Druckstollen sollte dieser abschnittsweise ertüchtigt und für die weiteren Jahre fit gemacht werden. Da wenig Informationen über den Zustand des Stollens und die Ursache der Abplatzung vorlagen, wurden mögliche Schadensbilder und Ursachen analysiert und Injektionen in Kombination mit einer Betonsanierung als Ertüchtigungsmaßnahme definiert. Innerhalb einer Betriebspause von ca. 2 Monaten wurden im Juni 2020 Zementinjektionen in Verpressversuchen in verschiedenen Varianten getestet, um deren Eignung festzustellen, bzw. die Parameter und auszuführenden Arbeiten zu optimieren. Die Versuche und die dabei gemachten Untersuchungen ergaben interessante Erkenntnisse über den Zustand des Stollens. Die Injektionen erfolgten bei niedrigem Druck, wurden in verschiedenen Abständen und Bohrtiefen ausgeführt und dabei wichtige Parameter für die spätere Ausführung getestet und Optimierungen ermöglicht. Die Porosität der Auskleidung konnte dabei wesentlich reduziert und damit die Qualität der Schale verbessert werden. Mit einer Vorher-nachher-messung mit Georadar konnte die Verbesserung der Auskleidung durch die Injektion nachgewiesen werden.
Eine bemerkenswerte Erkenntnis ist die Kombination aus verhältnismäßig bescheidener Qualität des Auskleidungsbetons, die dem Bau während des Zweiten Weltkriegs geschuldet ist, mit der praktisch ungerissenen und relativ dichten Auskleidung. Es zeugt von einer hohen Baukunst, dass mit den damals verfügbaren Mitteln so dauerhafte Bauwerke erstellt werden konnten.

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Perzlmaier, Sebastian; Holzmann, Michael; Bauer, SteffenFoundation of the 140m high Kühtai Dam in the Längental valley / Zur Gründung des 140 m hohen Staudamms Kühtai im LängentalGeomechanics and Tunnelling5/2022516-524Topics

Kurzfassung

Kühtai Dam is an embankment dam with a central earth core that is founded on rock. The rock surface is treated by shaping, adding dental concrete and, finally, grouting. A large excavation was required to expose the rock in the earth core foundation. Before starting the excavation, the Längentalbach stream had to be diverted. The upstream and downstream shells of Kühtai Dam are founded on the remaining overburden. Under the earth core, an inspection tunnel is located along the dam axis. The tunnel serves to accommodate measuring equipment and decouple fill and grout curtain works in terms of sequence of construction. In deviation from the tender project, the inspection gallery on each side of the valley is constructed as a combination of two conventional adits and two raise-boring shafts. To connect the adits and shafts, reinforced concrete structures are situated at half dam height, on which the earth core is founded directly similar to an inspection gallery in trench type. On the one hand, this adjustment is the result of a geological fault detected during the preliminary excavation works in 2020. The fault crosses the core footprint in the orographic left flank of the valley. On the other hand, the subdivision of the two long conventional shafts will eliminate the construction time constraint resulting from the requirement to not start grouting in the dam foundation until the conventional tunnelling below the dam has been completed.
Der Staudamm Kühtai ist ein Schüttdamm mit zentralem Erdkern. Die Kerndichtung gründet auf Fels, der durch Profilieren, Plombieren und Injizieren von der Oberfläche (Flächenschirm) vergütet wird. Zur Freilegung der Kernaufstandsfläche war ein großer Voraushub erforderlich, mit dem erst nach Umleitung des Längentalbachs durch den späteren Grundablassstollen begonnen werden konnte. Die luft- und wasserseitigen Stützkörper gründen auf der ausreichend tragfähigen verbleibenden Überlagerung. Unter dem Kern verläuft im Fels ein Kontrollstollen, welcher der Aufnahme von Messeinrichtungen sowie der zeitlichen Entkopplung von Dammschüttung und Tiefenschirminjektion dient. Abweichend vom Ausschreibungsprojekt wird der Kontrollstollen je Talseite als Kombination aus zwei konventionell vorgetriebenen Stollen und zwei Raise Boring Schächten hergestellt. Zur Verbindung der Stollen und Schächte sind auf halber Dammhöhe Verbindungsbauwerke aus Stahlbeton vorgesehen, auf denen der Erdkern wie auf einem Kontrollgang in Künettenbauweise gründet. Diese Anpassung ist einerseits das Resultat einer im Zuge der Vorarbeiten 2020 aufgeschlossenen geologischen Störung, der die Kernaufstandsfläche in der orographisch linken Talflanke quert. Andererseits kann durch den Entfall der beiden langen konventionellen Schächte der bauzeitliche Zwang aufgelöst werden, der sich aus der Forderung ergibt, mit dem Flächenschirm erst nach Abschluss der konventionellen Vortriebe unter dem Damm zu beginnen.

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Thienert, Christian; Ouschan ?, Michael; Wenighofer, Robert; Könemann, Frank; Klaproth, Christoph; Gabriel, Patrick; Villeneuve, Marlene; Pechhacker, RobertPotentials and limitations of using artificial intelligence to predict grouting parameters - Results of a case study in a tunnel project in Scandinavia / Potenziale und Grenzen der Prognose von Injektionsparametern mittels Künstlicher Intelligenz - Ergebnisse einer Fallstudie bei einem Tunnelprojekt in SkandinavienGeomechanics and Tunnelling5/2022525-534Topics

Kurzfassung

Great importance is attached to 'pressure-volume records' for the execution, documentation and billing of rock grouting. In this context, special digital data management systems are now available which can provide data in a structured and consistent format that is also suitable for artificial intelligence (AI) approaches. Using datasets from a tunnel project in Scandinavia, this paper shows that artificial neural networks can be used to reliably predict the evolution of pressure-volume records or the volume of grout injected at the end in the interests of construction site efficiency. Taking into account the technical feasibility of using AI to support tunnel grouting, we then show which contractual modifications would be required in order to make effective use of corresponding developments.
Für Ausführung, Dokumentation und Abrechnung von Injektionsarbeiten im Festgestein haben die sogenannten Druck-Mengen-Schriebe eine große Bedeutung. Hierfür stehen mittlerweile spezielle digitale Datenmanagementsysteme zur Verfügung, welche die Daten derart strukturiert und konsistent bereitstellen können, dass diese auch für Ansätze von Künstlicher Intelligenz (KI) nutzbar werden. Der vorliegende Beitrag zeigt anhand von Datensätzen eines Tunnelprojekts in Skandinavien, dass mittels Künstlicher Neuronaler Netze eine unter baustellenpraktischen Gesichtspunkten zuverlässige Prognose des weiteren Verlaufs von Druck-Mengen-Schrieben bzw. des am Ende verpressten Injektionsgutvolumens möglich ist. Vor dem Hintergrund der grundsätzlich möglichen technischen Realisierbarkeit von KI im Zuge von Injektionsarbeiten beim Tunnelbau wird anschließend aufgezeigt, welche bauvertraglichen Anpassungen erforderlich wären, um entsprechende Entwicklungen auch tatsächlich nutzen zu können.

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Zirgulis, Giedrius; Ghafar, Ali Nejad; Chaudhari, Ojas ArunDevelopment of dynamic grouting under laboratory and field conditionsGeomechanics and Tunnelling5/2022535-539Topics

Kurzfassung

When it comes to underground structures, water ingress from the surrounding formations leads to several environmental, economic and sustainability issues. To obtain the sealing, the grouting of rock fractures is done. Today, in the grouting operations, which are commonly conducted in almost all the tunnel and subsurface infrastructure projects, the pressure applied is static. This type of applied pressure might be suitable for the large fracture apertures >100 &mgr;m, but it has been acknowledged that it is difficult to obtain sufficient penetration through smaller apertures, where filtration of cement particles starts to occur. Research is already done to overcome this issue by applying dynamic grouting pressure instead of static. It was proved that this approach erodes the formed filter cakes and improves grout penetrability in fractures below 100 &mgr;m. This research focuses on low-frequency rectangular pressure impulse as an alternative to other methods. The goal is to improve grout spread in micro-fractures (especially in apertures < 70 &mgr;m). During the investigation, a prototype dynamic injection equipment was built and tested under laboratory conditions. The 4 m variable aperture long slot (VALS) was used in the experiments to simulate rock fractures. The test showed better grout penetrability using dynamic pressure approach. At the current time of writing this article, preparation works are done for field test of prototype equipment at SKB Hard Rock Laboratory (HRL) at Äspö, Sweden.

Entwicklung einer dynamischen Mörtelinjektion in Labor- und Feldversuchen
Wenn es um unterirdische Strukturen geht, führt das Eindringen von Wasser aus den umgebenden Formationen zu mehreren Umwelt-, Wirtschafts- und Nachhaltigkeitsproblemen. Zur Erzielung der Abdichtung erfolgt die Verpressung von Gesteinsbrüchen. Heutzutage ist der ausgeübte Druck bei Injektionsarbeiten, die üblicherweise bei fast allen Tunnel- und unterirdischen Infrastrukturprojekten durchgeführt werden, statisch. Diese Art des angelegten Drucks könnte für große Bruchöffnungen > 100 &mgr;m geeignet sein, aber es wurde anerkannt, dass es schwierig ist, eine ausreichende Durchdringung durch kleinere Öffnungen zu erreichen, wo eine Filtration von Zementpartikeln beginnt. Es wird bereits geforscht, um dieses Problem zu lösen, indem dynamischer Injektionsdruck anstelle von statischem angewendet wird. Es wurde nachgewiesen, dass dieser Ansatz die gebildeten Filterkuchen erodiert und die Durchdringbarkeit des Mörtels in Rissen unter 100 &mgr;m verbessert. Diese Forschung konzentriert sich auf niederfrequente rechteckige Druckimpulse als Alternative zu anderen Methoden. Ziel ist es, die Mörtelausbreitung in Mikrorissen (insbesondere in Öffnungen < 70 &mgr;m) zu verbessern. Während der Untersuchung wurde ein Prototyp einer dynamischen Injektionsanlage gebaut und unter Laborbedingungen getestet. Der vier Meter lange Variable Aperture Long Slot (VALS) wurde in den Experimenten verwendet, um Gesteinsbrüche zu simulieren. Der Test zeigte eine bessere Eindringfähigkeit des Mörtels unter Verwendung des dynamischen Druckansatzes. Zum jetzigen Zeitpunkt der Erstellung dieses Dokuments werden Vorbereitungsarbeiten für den Feldtest der Prototypausrüstung im SKB Hard Rock Laboratory (HRL) in Äspö, Schweden, durchgeführt.

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Maroschek, Philipp; Weber, Florian; Rathenböck, Florian; Özkoral, FlorianAutomated execution and control of compensation grouting / Automatisierte Ausführung und Steuerung von KompensationsinjektionenGeomechanics and Tunnelling5/2022540-549Topics

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Construction projects such as the construction of a new metro system can require extensive compensation grouting measures for existing buildings. A comprehensive monitoring system and corresponding data management system (DMA) are crucial monitoring elements throughout the construction process. Elevation grouting prevents any impact the construction measures may have on buildings located in the vicinity. For this purpose, tubes-à-manchettes are installed in a tight grid underneath the buildings. Double packers are used to achieve stabilisation at an early stage, i.e. contact grouting. Therefore, if tunnel driving causes the subsoil to settle, elevation grouting can be introduced as a countermeasure. By using the data provided by water level gauges, the system automatically proposes a measure, which is transmitted to the grouting platform following the check and approval by the responsible engineer. The machine operator selects the sleeve and starts the fully automated grouting process. Each grouting process is recorded, transmitted to the DMS, analyzed in real time, checked and visualized. All parties involved in the project are able to view the data via the web platform at any time and are provided with comprehensive information.
Bauprojekte wie der Neubau einer U-Bahn können umfassende Maßnahmen zur Setzungskompensation für Bestandsobjekte erforderlich machen. Für eine baubegleitende Kontrolle ist ein umfassendes Monitoringsystem und entsprechendes Datenmanagementsystem (DMS) unerlässlich. Durch Hebungsinjektionen wird sichergestellt, dass in der Nähe gelegene Gebäude nicht durch Baumaßnahmen beeinträchtigt werden. Dazu werden Manschettenrohre in engem Raster unter den Objekten eingebaut und per Doppelpacker beaufschlagt, um eine Vorverfestigung zu erreichen, die Kontaktinjektion. Tritt durch den Tunnelvortrieb eine Setzung auf, kann mit einer Hebungsinjektion reagiert werden. Auf Basis der Datenlage von Schlauchwaagen erstellt das System automatisch einen Handlungsvorschlag, der nach Überprüfung und Freigabe durch den verantwortlichen Ingenieur an die Injektionsanlage übermittelt wird. Der Geräteführer wählt die Manschette und startet den vollautomatischen Injektionsprozess. Jeder Injektionsvorgang wird aufgezeichnet, in das DMS übertragen, in Echtzeit analysiert, überprüft und visualisiert. Alle Projektbeteiligten können die Daten jederzeit über die Webplattform einsehen und umfassende Informationen einholen.

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Gollegger, JohannesExperience from pre-excavation and leakage closing injections obtained in the Follo Line ProjectGeomechanics and Tunnelling5/2022550-554Topics

Kurzfassung

More and more projects use single-shell segmental lining for rock support as well as water and frost protection. Unless the potential water pressure is very high, i.e., above several hundreds of meters, these lining structures are usually built as undrained fully watertight tunnels. The Follo Line Project included a considerable amount of pre-excavation grouting to reduce the water ingress during construction and invested a lot in injections to close leakage points after the tunnel excavation had finished. This article discusses the various types of injections and reflects critically the use of single-shell linings for tunnels with high water pressure.

Erfahrungen von vorauseilenden und Abdichtungsdichtungsinjektionen beim Follo Line Projekt
Immer mehr Projekte verwenden einschalige Tübbingauskleidungen zur Felssicherung sowie zum Wasser- und Frostschutz. Sofern der potenzielle Wasserdruck nicht sehr hoch ist, über mehrere hundert Meter, werden diese Bauwerke normalerweise als undrainierte, vollständig wasserdichte Tunnel gebaut. Das Follo Line Projekt führte während des Vortriebes umfangreiche vorauseilende Injektionen durch, um das Eindringen von Wasser während des Baus zu reduzieren und investierte viel in Injektionen, um Leckstellen nach Abschluss der Vortriebsarbeiten zu schließen. Dieser Beitrag diskutiert die verschiedenen Injektionsarten und reflektiert kritisch den Einsatz einschaliger Auskleidungen für Tunnel mit hohem Wasserdruck.

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Di Salvo, Giuseppe; Granata, RaffaellaGrouting at Lonato tunnelGeomechanics and Tunnelling5/2022555-560Topics

Kurzfassung

The planned Brescia-Verona high-speed/high-capacity railway line is a key project of the Milan-Verona railway link. Between Brescia and Verona, the new line is about 48 km long, running mostly alongside the A4 highway. Near Lonato (south of Garda Lake), the line goes under A4 and other buildings and structures, through twin tunnels bored by the tunnel boring machine (TBM). The soil consolidation project is deemed necessary to protect the road from subsidence before the TBM is deployed. On site, the soil is extremely heterogeneous but always characterized by a silty sand matrix. The poor capacity of the soil to be permeated led to reshaping the borehole mesh and selecting both cementitious and silicate-based grout mixes designed to obtain rheological features leading to better permeation capability. The operation to prevent subsidence involved injecting some 10,000 m3 of grout mixture, through about 90, 000 m of sleeved pipes, in multi-directional geometries.

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Hauer, Hannes; Ekici, Zafer; Entfellner, Manuel; Puttinger, Andreas; Passmann, Svend; Hofmann, Thomas; Peintner, Christine; Wannenmacher, Helmut; Kratz, ThorstenThe drilling and grouting works at contract SBT 1.1 - Tunnel Gloggnitz / Die Bohr- und Injektionsarbeiten des Bauloses SBT 1.1 - Tunnel GloggnitzGeomechanics and Tunnelling5/2022562-570Topics

Kurzfassung

The Semmering Base Tunnel (SBT), which has a total length of 27.3 km, is one of the most important construction projects in the Baltic-Adriatic railway corridor. The base tunnel crosses the foothills of the Eastern Alps and connects the two federal states of Lower Austria and Styria. Due to the complex rock conditions, extensive and novel grouting systems are used. The primary target of the grouting is to reduce the permeability of the rocks and reduce the water entry (peak water ingress in the tunnelling area up to 300 l/s), as well as to improve the rock mass strength in some parts.
Based on the grouting design, specific drilling and grouting procedures with various grouting materials were developed for sealing and tempering the water-bearing areas of Grassberg and Otterstock. Innovations include the development of a standpipe packer and a cased grouting-pipe system with grouting valves to prevent erosion along the drilling line for use in unstable borehole conditions. The combined cement/polyurethane suspension (hybrid grout) allows an extended economical use of cement suspensions.
Der Semmering-Basistunnel (SBT) mit einer Gesamtlänge von 27,3 km ist eines der wichtigsten Bauprojekte des Baltisch-Adriatischen Eisenbahnkorridors. Der Basistunnel durchörtert die Ausläufer der Ostalpen und verbindet die beiden Bundesländer Niederösterreich und Steiermark. Aufgrund der komplexen Randbedingungen kommen umfangreiche und neuartige Injektionen zum Einsatz. Das primäre Injektionsziel ist eine Verringerung der Gebirgsdurchlässigkeit und Reduktion der Wasserzutritte (Spitzenwasserzutritte im Vortriebsbereich bis zu 300 l/s), sowie abschnittsweise eine Gebirgsverbesserung. Basierend auf der Injektionsplanung wurden spezifische Bohr- und Injektionsverfahren mit diversen Injektionsmaterialien für die Abdichtung und Vergütung der stark wasserführenden Gebirgsbereiche des Grassbergs und Otterstocks entwickelt. Die Innovationen umfassen u. a. die Entwicklung eines Standrohrpackers und ein verrohrtes Bohrsystem mit Injektionsventilen zur Verhinderung von Erosion entlang des Bohrstrangs für den Einsatz bei instabilen Bohrlochverhältnissen. Die kombinierte Zement/Polyurethan-Suspension (Hybridmörtel) erlaubt einen erweiterten ökonomischen Einsatz von Zementsuspensionen.

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Buschendorf, Phil; Schorr, Joshua; Olarte, Andrés Alfonso PeñaCalculation of the failure probability of slopes with consideration of the soil variability / Berechnung der Versagenswahrscheinlichkeit von Böschungen unter Berücksichtigung der BodenvariabilitätGeomechanics and Tunnelling5/2022572-581Topics

Kurzfassung

The soil is a heterogeneous three-phase system with varying mechanical properties. It is usually abstracted to a subsurface model with homogeneous layers. The basic data for this model are individual probings/boreholes. Assumptions are made to describe the structure of the unsampled areas and the general scatter of the soil properties within the layers is not taken into account. This results in an approximation of the real conditions, which leads to uncertainties. In order to compensate this, the soil variability can be covered by a number of different parameter combinations. In the field of geotechnical engineering, this approach is called the Random Finite Element Method (RFEM).
In terms of a master thesis, the technical implementation of such method has been investigated. It was used for the stability analysis of a theoretical slope and the results were compared with the Limit Equilibrium Method (LEM) and the Strength Reduction Finite Element Method (SRFEM). The last one was also used to identify the relevant failure criteria for the finite element. By using different meshes of the same slope, their effect on the safety factor was observed.
Der Boden ist ein heterogenes Dreiphasensystem mit variierenden mechanischen Eigenschaften und wird meistens zu einem Baugrundmodell mit homogenen Schichten abstrahiert. Die Grundlagen sind dabei punktuelle Sondierungen/Bohrungen. Zur Beschreibung des Aufbaus der nicht untersuchten Zwischenbereiche werden Annahmen getroffen und die allgemeine Streuung der Bodenkennwerte wird in den Schichten nicht berücksichtigt, was zu Unsicherheiten führt. Um die natürliche Variabilität des Bodens direkt in die Bemessungen einbeziehen zu können, werden einzelne oder mehrere Schichten mit unterschiedlichen Parameterkombinationen abgebildet. Bei einer ausreichenden Anzahl wird statistisch davon ausgegangen, dass alle möglichen Verteilungen der Kennwerte betrachtet worden sind. Mit einer Monte Carlo Simulation kann anschließend die Versagenswahrscheinlichkeit der Böschungssituation ermittelt werden. Dieses Vorgehen wird im Bereich der Geotechnik als Random Finite Elemente Methode (RFEM) bezeichnet.
Im Zuge einer Masterarbeit wurde die technische Umsetzung des Verfahrens untersucht. Dieses wurde für die Stabilitätsberechnung einer theoretischen Modellböschung herangezogen und mit den Ergebnissen des Lamellenverfahrens und der Strength Reduction Finite Elemente Methode (SRFEM) verglichen. Letztere diente auch zur Identifizierung der maßgebenden Abbruchkriterien für die FE-Analysen.

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Schneider-Muntau, Barbara; Dai, Xiaoru; Fellin, WolfgangSensitivity analyses of the different influencing factors on numerical investigations of landslides / Sensitivitätsanalyse der unterschiedlichen Einflussfaktoren auf numerische Untersuchungen von HangrutschungenGeomechanics and Tunnelling5/2022582-595Topics

Kurzfassung

Calculation approaches, shear strength approaches, material parameters and external influences have a significant impact on the results of slope stability analyses. This influence can be quantified as influence on the safety factor in sensitivity analyses. As expected, a lower shear strength of the soil or a higher groundwater flow through a slope lead to lower factors of safety. In the two case studies considered here, it is evident that the parameter with the highest sensitivity of the safety factor is not unique. This most influencing parameter depends on the boundary conditions and the geometry of the landslide. In addition to the safety factor, the above parameters also strongly influence the geometry of the failure mechanism. Here, for example, different permeability coefficients for stratified soil and the consideration of a nonlinear shear strength criterium show significant changes in the failure geometry. Therefore, the modelled failure geometry has to be considered in addition to an certain safety factor for the validation of a landslide modelling.
Berechnungsansätze, Scherfestigkeitsansätze, Materialparameter und äußere Einwirkungen haben einen deutlichen Einfluss auf die Ergebnisse von Standsicherheitsuntersuchungen. Dies kann als Einfluss auf den Sicherheitsfaktor in Sensitivitätsanalysen quantifiziert werden. Erwartungsgemäß führen eine geringere Scherfestigkeit des Bodens oder eine stärkere Durchströmung eines Hangs zu geringeren Sicherheitsfaktoren, aber auch die anderen oben genannten Einflüsse spielen eine Rolle. Bei beiden hier betrachten Fallbeispielen zeigt sich, dass die Sensitivität des Sicherheitsfaktors auf einen Parameter nicht immer für denselben Parameter am höchsten ist. Dieser damit maßgebendste Parameter hängt von den Randbedingungen und der Geometrie der Rutschung ab. Neben dem Sicherheitsfaktor beeinflussen die oben genannten Parameter auch stark die Geometrie des Versagensmechanismus. So zeigen hier vor allem unterschiedliche Durchlässigkeitsbeiwerte bei geschichtetem Boden und die Berücksichtigung einer nichtlinearen Scherfestigkeit deutliche Änderungen in der Versagensgeometrie. Für eine Validierung einer Modellierung einer Hangrutschung ist daher neben einem entsprechenden Sicherheitsfaktor auch die modellierte Bruchkörpergeometrie heranzuziehen.

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Czerwonka-Schröder, Daniel; Gaisecker, ThomasThe permanent three-dimensional data acquisition of geotechnical structures by means of a web-based application of terrestrial LiDAR sensors / Die permanente dreidimensionale Datenerfassung geotechnischer Strukturen mittels webbasierter Anwendung terrestrischer LiDAR-SensorikGeomechanics and Tunnelling5/2022596-604Topics

Kurzfassung

As part of the i2MON research project, an integrated monitoring service was developed for the identification and evaluation of soil and slope movements in the context of coal mining. The focus was on the correct integration (to give reliability, accuracy and integrity) of a long-range laser scanner into a web-based monitoring system from an engineering geodetic point of view. A web-based application of terrestrial laser scanners has been developed by cooperation between DMT GmbH & Co. KG and RIEGL Laser Measurement Systems GmbH.
The system allows a high temporal and spatial resolution for measured value acquisition by means of permanent installation in the vicinity of a monitored object. This article shows how the laser scanner can be remotely controlled within a web-based monitoring platform. In addition, the integration of various sensors (including total station, GNSS, geotechnical sensors) within a project into a uniform monitoring platform based on a web interface and the corresponding data analysis (including the automatic detection of geomorphological processes) will be described.
Im Rahmen des Forschungsprojekts i2MON wurde ein integrierter Monitoring-Dienst zur Identifikation und Bewertung von Boden- und Hangbewegungen im Zusammenhang mit dem Steinkohlenabbau entwickelt. Der Fokus lag dabei auf der aus ingenieurgeodätischer Sicht korrekten Integration (Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Integrität) eines Long Range Laserscanners in ein webbasiertes Monitoringsystem. In Zusammenarbeit zwischen der DMT GmbH & Co. KG und RIEGL Laser Measurement Systems GmbH ist eine webbasierte Anwendung terrestrischer Laser-Scanner entstanden. Das System erlaubt mittels permanenter Installation im nahen Umfeld eines Überwachungsobjekts eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung bei der Messwerterfassung. In diesem Beitrag wird dargestellt, wie der Laserscanner innerhalb einer webbasierten Monitoring-Plattform ferngesteuert werden kann. Darüber hinaus wird die Integration verschiedenster Sensorik (u. a. Totalstation, GNSS, geotechnische Sensorik) innerhalb eines Projekts in eine einheitliche, auf einem Web-Interface basierende Überwachungsplattform und die entsprechende Datenanalyse (u. a. die automatische Erkennung geomorphologischer Prozesse) gezeigt.

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Marte, Roman; Hofmann, RobertReservoirs and streams affected by slow moving landslides / Speicheranlagen und Wildbäche im Einflussbereich von langsam ablaufenden GroßmassenbewegungenGeomechanics and Tunnelling5/2022605-616Topics

Kurzfassung

Slow moving landslides are a common phenomenon in the Alps. Often built-up areas, infrastructure such as motorways, water storage or stream control structures are affected by such landslides. In this paper two case studies are discussed to present a decision-making system for the evaluation and handling of such slow-moving landslides.
Langsam ablaufende Großmassenbewegungen sind ein in den Alpen häufig anzutreffendes Phänomen. Häufig beeinflussen derartige Großmassenbewegungen Siedlungsräume, Infrastrukturanlagen wie Verkehrswege oder Wasserspeicher, aber auch Wildbäche und die damit verbundenen Verbauungen. Im gegenständlichen Beitrag wird anhand zwei kurz vorgestellter Fallbeispiele ein System zur Entscheidungshilfe in der Bewertung und dem Umgang mit langsam ablaufenden Großmassenbewegungen aus geotechnischer Sicht vorgestellt.

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Holzmann, Michael; Perzlmaier, SebastianImpact of an exceptionally rapid snow melt on the deformation characteristics of a rockslide interacting with a reservoir / Auswirkungen der außergewöhnlichen Schneeschmelze 2019 auf den Speicherhang HochmaisGeomechanics and Tunnelling5/2022617-625Topics

Kurzfassung

The rockslide systems along the Gepatsch reservoir in the Kaunertal valley are among the best investigated and monitored slopes in the Alps since TIWAG began operating the Kaunertal power plant in 1964. The rockslide systems consist of several individual slabs with variable activity. Only the deformation characteristics of the Hochmais slab shows transient behaviour and depends on external influences such as reservoir operation. No effects from heavy precipitation or snowmelt on the deformation characteristics were observed prior to 2019. The large amount of precipitation accumulated as snow in the winter of 2018/2019, combined with cool spring weather and low reservoir level, resulted in an increased deformation rate of the Hochmais slab due to excessive snowmelt in June 2019. The maximum deformation rate of several mm per week was the highest activity of the Hochmais slab since the end of the first impoundment period in 1966. In response to this exceptional situation, the engineers at TIWAG, in conjunction with external experts and the competent authorities, temporarily restricted the reservoir operation. The increased rates of deformation of the Hochmais slab decreased to the expected level in the late summer of 2019
Die Einhänge des Speichers Gepatsch im hinteren Kaunertal zählen seit Inbetriebnahme des Kraftwerks Kaunertal im Jahr 1964 zu den am besten untersuchten und überwachten Hängen in den Alpen. Von den bekannten Massenbewegungssystemen zeigt nur die Hochmaisscholle in ihrer Deformationscharakteristik eine Abhängigkeit von der Speicherbewirtschaftung. Bis zum Jahr 2019 wurde keine eindeutige Auswirkung aus Starkniederschlägen oder Schneeschmelze auf das Verformungsverhalten der Massenbewegungen nachgewiesen. Große akkumulierte Niederschlagsmengen im Winter 2018/2019 und die durch das kühle Frühjahr erst im Juni einsetzende exzessive Schneeschmelze generierten für die Hochmaisscholle eine Kombination aus tiefem Speicherstand und großem Grundwasserdargebot, was zu einer Zunahme der Bewegungsraten von mehreren Millimetern pro Woche führte; Bewegungsraten, die seit Ende der Ersteinstauphase nicht mehr gemessen wurden. Als Reaktion darauf wurde durch die Verantwortlichen der TIWAG, unter Einbeziehung einer Expertengruppe und in Abstimmung mit den zuständigen Behörden, die Speicherbewirtschaftung vorübergehend eingeschränkt. Die erhöhten Bewegungsraten der Hochmaisscholle nahmen nach Rückgang des Grundwasserdargebots und konstantem Speicherstand in den Spätsommermonaten wieder auf das zu erwartende Maß ab.

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Drucker, Petra; Hofmann, Robert; Mayer, Harald; Stadelmann, UdoStabilisation of a creeping slope for the widening of the S31 Burgenland expressway / Stabilisierung eines Kriechhangs für den Sicherheitsausbau der S31 Burgenland SchnellstraßeGeomechanics and Tunnelling5/2022626-634Topics

Kurzfassung

During the construction of the S31 Burgenland expressway in the 1980s, a deep-seated landslide was activated in the Sieggraben area (Central Burgenland, Austria) on the E8 cutting slope over a length of about 200 m. At that time, the high movement rate of the landslide could only be controlled by flattening the slope significantly. At the beginning of the 2000s, additional stabilising piles (dowels) were installed in combination with a deep groundwater drainage system. Although the landslide was stabilised by these measures, discrete zones of weakness, i.e. shear zones, remained in the subsoil due to the original slope movement. For widening the expressway in 2018 to 2021, the toe of the E8 embankment had to be set back by up to about 6 m. Due to this change in the existing stress condition, it was feared that the pre-existing shear zones would be reactivated. In order to maintain the safety level, structural reinforcement measures as well as a monitoring concept based on the Observational Method were needed during the construction phase.
Im Zuge der Errichtung der S31 Burgenland Schnellstraße in den 1980er-Jahren wurde im Bereich Sieggraben (Mittelburgenland) an der Einschnittsböschung E8, über eine Länge von rd. 200 m eine tiefgründige Massenbewegung aktiviert. Die hohe Bewegungsgeschwindigkeit der Rutschung konnte damals nur durch eine maßgebliche Hangabflachung beherrscht werden. Anfang der 2000er-Jahre wurde zusätzlich eine Hangverdübelung in Verbindung mit einer tiefliegenden Drainage ausgeführt. Obwohl durch diese Maßnahmen eine Stabilisierung der Rutschung erreicht wurde, lagen mit den ursprünglichen Bewegungsbahnen diskrete Schwächezonen im Untergrund vor. Für den Sicherheitsausbau der S31 in den Jahren 2018 bis 2021 musste der Böschungsfuß bei E8 um bis zu rd. 6 m Breite zurückgesetzt werden. Durch diese Veränderung des bestehenden Spannungszustands war zu befürchten, dass die bereits vorhandenen Gleitzonen reaktiviert werden könnten. Zur Aufrechterhaltung des Sicherheitsniveaus wurden daher bauliche Sicherungsmaßnahmen erforderlich sowie ein Monitoringkonzept zur Anwendung der Beobachtungsmethode während der Bauphase.

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Wellmann, Florian; Amann, Florian; Chudalla, Nils; de la Varga, MiguelAutomated geological model updates during TBM operation - An approach based on probabilistic machine learning conceptsGeomechanics and Tunnelling5/2022635-641Topics

Kurzfassung

Geological models are commonly used to predict the position of relevant geological features, such as rock types or faults in the subsurface. These models can contain significant uncertainties, as the geological input parameters are often not perfectly known. Predictions of geological features, for example, on the level of a tunnel during an excavation process, are therefore uncertain. This work shows how these uncertainties can be estimated using probabilistic concepts. Furthermore, an approach is presented to automatically adjust the geological model predictions using measurements of the tunnel boring machine (TBM) operation. To this aim, the geological forward model is combined with a measurement model and both are integrated in a probabilistic machine learning framework. This integration enables a Bayesian inference process using computational methods, enabling an update of the parameters of the geological and measurement models. Based on the inferred parameter distributions, the model predictions on the tunnel level are subsequently updated. The application of the concept in a simple schematic application shows that such a combination can accurately and precisely predict features ahead of the operation within the limits of the model capabilities. In future work, the methods need to be tested with a real case study to evaluate the accuracy of predictions using real-world TBM data and more complex geological models. The framework presented here could directly be extended to this purpose.

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Filipponi, Marco; Renard, Philippe; Dall'Alba, Valentin; Neven, AlexisProbabilistic prediction of karst water inflow during construction of underground structures / Probabilistische Prognose von Karstwasserzutritten beim Bau von UntertagebauwerkenGeomechanics and Tunnelling5/2022642-649Topics

Kurzfassung

Various methods have been developed in recent decades to predict hazards associated with karst voids in underground construction. Common to all these methods is that the predicted range of water inflow is often insufficient for the purpose of implementing the planned construction works. This is usually due to an incomplete knowledge of the karst conduit system within a project area, making it difficult to predict the position and characteristics of karst voids. The method presented in this paper permits a robust prediction of karst water inflow. It is based on a combination of stochastically generated, pseudo-genetic karst conduit systems and hydraulic modelling of the hydrogeological conditions using a Monte Carlo approach. This approach facilitates a plausible estimation of the expected range of karst-induced water inflows and also enables the probability of encountering a karst voids. to be determined. The predictions allow for differentiated treatment of the hazards associated with karst water during the construction and operation phase of underground structures. In concrete terms, this relates to the planning and implementation of exploratory measures and ground-improvement measures, the design of the dewatering system and its monitoring during the construction and operation phase.
In den letzten Jahrzehnten wurden verschiedene Methoden zur Prognose von Karstgefährdungen für den Untertagebau entwickelt. Diesen Methoden ist gemein, dass die prognostizierte Bandbreite von Wasserzutritten für die planerische Umsetzung des Bauwerks häufig ungenügend ist. Das liegt unter anderem an den oft lückenhaften Kenntnissen über das in einem Projektgebiet vorkommende Karströhrensystem resp. der unzureichenden Vorhersagbarkeit der Lage von Karsthohlräumen und ihren Eigenschaften. Die vorgestellte Methode erlaubt eine robuste Prognose von Karstwasserzuritten. Die Methode basiert auf einer Kombination aus stochastisch generierten, pseudogenetischen Karströhrensystemen und einer hydraulischen Modellierung der hydrogeologischen Bedingungen unter Verwendung eines Monte-Carlo Ansatzes. Der Ansatz erlaubt eine plausible Abschätzung der zu erwartenden Bandbreite karstbedingter Wassereintritte und ermöglicht darüber hinaus, die Ereigniswahrscheinlichkeit des Anfahrens eines Karsthohlraums zu bestimmen. Die Prognosen ermöglichen einen differenzierten Umgang mit der Karstwassergefährdung während Bau- und Betriebsphase eines Untertagebauwerks. Konkret betrifft dies die Planung und Durchführung von Erkundungsmaßnahmen, Maßnahmen zur Baugrundverbesserung sowie die Planung der Wasserhaltung und des Monitorings während der Bau- und Betriebsphase.

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Morgenroth, Josephine; Unterlaß, Paul J.; Sapronova, Alla; Khan, Usman T.; Perras, Matthew A.; Erharter, Georg H.; Marcher, ThomasPractical recommendations for machine learning in underground rock engineering - On algorithm development, data balancing, and input variable selectionGeomechanics and Tunnelling5/2022650-657Topics

Kurzfassung

Research has demonstrated that machine learning algorithms (MLAs) are a powerful addition to the rock engineering toolbox, and yet they remain a largely untapped resource in engineering practice. The reluctance to adopt MLAs as part of standard practice is often attributed to the 'opaque' nature of the algorithms, the complexity in developing them, and the difficulty in determining how the algorithms use the datasets. This article presents tools and processes for developing MLAs, input selection, and data balancing for practical underground rock engineering. MLAs for classification and regression - two main machine learning applications - are presented in terms of developing MLA to extract information from the dataset to obtain the desired output. Engineering verification metrics are selected based on their suitability for specific output. Methods for input selection and data balancing are discussed with a focus on selecting appropriate input data for the problem without introducing bias or excess complexity. Each tool and process for algorithm development, data preparation, and input selection is illustrated with a case study. This article demonstrates that geotechnical practitioners can extract additional value by applying MLAs to rock engineering problems. Once an understanding of the functions of MLAs is reached, the building blocks and open-source code are available to be adapted to suit the rock mass behaviour of interest.

Praktische Empfehlungen für maschinelles Lernen im Untertagebau - Entwicklung von Algorithmen, Datenausgleich und Auswahl von Eingangsvariablen
Aktuelle Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass Algorithmen des maschinellen Lernens (MLAs) eine vielversprechende Ergänzung des Werkzeugkoffers der Felsmechanik darstellen, jedoch in der Anwendung immer noch zu den weitgehend ungenutzten Ressourcen zählen. Die Zurückhaltung bei der standardmäßigen Verwendung von MLAs wird häufig auf die “undurchsichtige” Natur der Algorithmen und die Komplexität in ihrer Entwicklung zurückgeführt. In diesem Beitrag werden Werkzeuge und Verfahren für die Entwicklung von MLAs, die Auswahl von Eingabedaten und den Datenabgleich für die praktische Anwendung im Untertagebau vorgestellt. MLAs für Klassifizierungs- und Regressionsaufgaben - zwei Hauptanwendungen des maschinellen Lernens - werden im Hinblick auf die Extraktion von Informationen aus Datensätzen vorgestellt. In weiterer Folge werden Metriken als Interpretationshilfe für die Performance der MLAs auf der Grundlage ihrer Eignung für eine bestimmte Aufgaben vorgestellt. Es werden einfache Methoden für die Auswahl von Inputparametern und den Datenabgleich erörtert, mit Schwerpunkt auf der Auswahl geeigneter Inputparameter für definierte Fragestellungen. Die notwendigen Werkzeuge und Prozesse für die Algorithmenentwicklung, die Datenaufbereitung und die Auswahl der Inputparameter werden anhand von Fallstudien erläutert. Dieser Beitrag soll demonstrieren, dass ein Geotechniker kein Datenexperte sein muss, um MLAs auf praktische Probleme im Untertagebau anzuwenden. Sobald ein Verständnis für die Funktionen der MLAs erreicht ist, können die einzelnen Bausteine und der Open-Source-Code an beliebige Problemstellungen angepasst werden.

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