Geomechanics and Tunnelling 6/2016 by Ernst & Sohn

Volume 9 December 2016 ISSN 1865-7362

Geomechanics and Tunnelling Geomechanik und Tunnelbau

Austrian Tunnel Day 2016

- Restructuring of the Stuttgart rail node - Tunnelling in Crete - Challenges and special geotechnical features in inner-city tunnelling - BIM – a new tool for projects of German Railways - BIM as a process in tunnelling - Implementation of BIM in the tunnel design - Value Engineering – he new bulletin of the FSV - Durability of sheet membranes used in double shell linings - Start of construction of the “ZaB – Zentrum am Berg” ÖSTERREICHISCHE GESELLSCHAFT FÜR GEOMECHANIK

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Content

High-performance extraction with Erkat special cutters – With excavation performance of 80 to 100 t/h, the Erkat rotating drum cutter ERC3000 with rotation unit shows its performance every day in underground mineral extraction. Thanks to the form of the cutting head and the pick arrangement, the desired grain size is produced. The high excavation performance and the low tool wear of just 1 pick per 8,000 t of cut material are decisive for cost-effective rock cutting with the Erkat cutter. Hochleistungsgewinnung mit Erkat-Spezialfräsen – Mit Abbauleistungen von 80 bis 100 t /h beweist die Erkat-Querschneidkopffräse ERC3000 mit Rotator täglich ihre Leistungsfähigkeit in einem untertägigem Mineralgewinnungsbetrieb. Durch die Schneidkopfform und die Meißelanordnung wird die gewünschte Korngröße erzeugt. Die große Abbauleistung und der geringe Meißelverschleiß mit nur 1 Meißel auf 8.000 t gefrästes Material sind maßgebend für den wirtschaftlichen Gesteinsabbau mit der Erkat-Fräse.

Geomechanics and Tunnelling 6 Volume 9 December 2016 • No. 6 ISSN 1865-7362 (print) ISSN 1865-7389 (online)

Editorial

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Robert Galler 10th Austrian Tunnel Day 10. Österreichischer Tunneltag

Topics 619

Claudia Schmidt Infrastructure – Lifeline of a Modern Society Infrastruktur – Lebensader einer modernen Gesellschaft

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Andreas Rath, Günter Osthoff Restructuring of the Stuttgart Rail Node – Successes and challenges through the example of the Ober- and Untertürkheim Tunnels Neuordnung Bahnknoten Stuttgart – Erfolge und Herausforderungen am Beispiel der Tunnel nach Ober- und Untertürkheim

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Wolfgang Gütter, Günther Rudigier Tunnelling in Crete – a challenging task from a variety of aspects

647

Alfred Stärk, Leo Falkner, Nigel Hill Logistic challenges and special geotechnical features in inner-city tunnelling through the example of Crossrail Contract C510 in London Logistische Herausforderungen und geotechnische Besonderheiten im innerstädtischen Tunnelbau am Beispiel des Bauloses Crossrail C510 in London

659

Heinz Ehrbar Building Information Modelling – a new tool for the successful implementation of major projects of German railways Building Information Modelling – Ein neues Werkzeug zur erfolgreichen Realisierung von Großprojekten der Deutschen Bahn

674

Josef Daller, Marko Žibert, Christoph Exinger, Martin Lah Implementation of BIM in the tunnel design – Engineering consultant’s aspect

684

Peter-Michael Mayer, Stephan Frodl, Felix Hegemann BIM as a process in tunnelling BIM als Prozess im Tunnelbau

696

Johann Herdina Value Engineering – Presentation of the new bulletin of the FSV Value Engineering – Vorstellung des neuen Merkblatts der Forschungsgesellschaft Straße und Verkehr (FSV)

702

Stefan Lorenz Durability of double shell tunnels focusing on sheet membranes Dauerhaftigkeit von zweischaligen Tunnelbauwerken mit dem Fokus auf die AUSTRIAN Kunststoffabdichtung SOCIETY FOR

Editor ÖSTERREICHISCHE GESELLSCHAFT FÜR GEOMECHANIK

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714

GEOMECHANICS Robert Galler Research@ZaB – Start of construction of the “ZaB – Zentrum am Berg” research and development, training and education centre Research@ZaB – Baubeginn für das Forschungs- und Entwicklungs- sowie Trainings- und Schulungszentrum Zentrum am Berg

Rubrics

604 News 726 Research and Development 728 Product informations www.ernst-und-sohn.de/geomechanics-and-tunnelling 733 Diary of Events Bautechnik 81 (2004), Heft 1

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Editorial

10th Austrian Tunnel Day 10. Österreichischer Tunneltag On 12 October 2016, the 10th Austrian Tunnel day organised by the Austrian National Committee of the International Tunnelling Association took place in Salzburg. For speeches both the president of the International Tunnelling Association (ITA), the worldwide association of tunnelling engineers, Tarcisio Celestino from Brazil and also the MEP Mag. Carola Schmidt could be gained. This issue of Geomechanics and Tunnelling contains all the talks given at the Tunnel Day 2016. The contributions about major international projects include the rail node Stuttgart21, special challenges in the course of a tunnel project on Crete and the logistic and geotechnical challenges in inner-city tunnelling through the example of Crossrail contract C510 in London. Three talks at the Tunnel Day were devoted to the subject of BIM – Building Information Modelling. The presentations and concluding discussion contributions from the auditorium made impressively clear the forthcoming challenges for tunnelling in this regard. In the course of the afternoon session, the Tunnel Day 2016 Innovation Prize was awarded. Altogether eleven extremely interesting and innovative projects were entered for the prize. The International Award went to Benoît Jones from England for the project Strength Monitoring Using Thermal Imaging. For the responsible handling of and recycling of tunnel spoil material, the ÖBB Infrastruktur AG, represented by project manager Dietmar Schubel, and the appointed contractors on the Koralm Tunnel contract KAT2 received this year’s Environmental Prize. The winner of the Innovation Prize was the project Tunnel Lining of Segments or Jacked Pipes with mineral, non-corrosive Reinforcement Fibres of Basalt entered by Arthur Göbl, Porr Bau GmbH and Per Cato Standal from Norway. After a presentation of the new FSV bulletin on the subject of Value Engineering by Johann Herdina the subject of a podium discussion was “The scope of works in tunnelling – where are the misunderstandings”, preceded by short introductions from the legal point of view and statements from the client and contractor sides. We plan to summarise this subject in the issue 1/2017. The Austrian Tunnel Day 2016 with 700 participants was once again this year an important platform for a wide exchange of experience. With the current issue, we provide you with the overview of the talks at the meeting in order to record the state of the technology and also enable colleagues who could not take part to read the papers. I wish you a merry Christmas and a happy New Year 2017! With a hearty Glückauf! Robert Galler

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Am 12. Oktober 2016 fand im Kongresshaus in Salzburg der vom Österreichischen Nationalkomitee der ITA – International Tunnelling Association – veranstaltete 10. Österreichische Tunneltag statt. Für Festreden konnten sowohl der Präsident der International Tunnelling Associa tion (ITA), der weltweiten Vereinigung von Tunnelbauingenieuren, Tarcisio Celestino aus Brasi lien, als auch Frau EU-Abgeordnete Mag. Carola Schmidt gewonnen werden. Mit dieser Ausgabe der Geomechanik und Tunnelbau stellen wir Ihnen die Vorträge des Tunneltags 2016 bereit. Die schriftlichen Beiträge umfassen die Vorträge zum Großprojekt Bahnknoten Stuttgart21, spezielle Herausforderungen im Rahmen eines Tunnelprojektes in Kreta sowie logistische und geotech nische Herausforderungen der NATM am Beispiel des Bauloses Crossrail C510 in London. Weitere drei Vorträge des Tunneltags widmeten sich dem in aller Munde befindlichen Thema BIM – Building Information Modelling. Die Präsentationen und die jeweils daran anschließenden Diskussionsbeiträge aus dem Auditorium zeigten in beeindruckender Weise die in diesem Zusammenhang anstehenden Herausforderungen für den Tunnelbau. Im Rahmen des Nachmittags-Halbtags wurde in traditioneller Weise der Innovationspreis Tunneltag 2016 vergeben. Insgesamt wurden elf äußerst interessante und innovative Projekte für diesen Preis eingereicht. Der International Award erging an das Projekt Strength Monitoring Using Thermal Imaging an Benoît Jones aus England. Für den verantwortungsvollen Umgang und die Verwendung des Tunnelausbruchmaterials wurde der ÖBB Infrastruktur AG, stellvertretend dem Projektleiter Dietmar Schubel, und den damit befassten Auftragnehmern am Koralmtunnel Baulos KAT2 der diesjährige Umweltpreis zuerkannt. Das Siegerprojekt des Innovationspreises erging an das Projekt Tunnelauskleidung aus Tübbingen bzw. Pressrohren mit mineralischen, nicht korrosiven Bewehrungsfasern aus Basalt, eingereicht von Arthur Göbl, Porr Bau GmbH und Per Cato Standal aus Norwegen. Nach Vorstellung des neuen FSV-Merkblatts zum Thema Value Engineering durch Johann Herdina wurde das Thema „Das Bausoll im Tunnelbau – wo liegen die Missverständnisse“ nach Kurzvorträgen aus juristischer Sicht sowie Stellungnahmen der Auftraggeber- und Auftragnehmerseite im Rahmen einer Podiumsdiskussion abgehandelt. Eine zusammenfassende schriftliche Betrachtung dieses Themas haben wir uns für das Heft 1/2017 vorgenommen. Der Österreichische Tunneltag 2016 war mit 700 Teilnehmern auch dieses Jahr wieder eine wichtige Plattform für einen breiten Erfahrungsaustausch. Mit dem vorliegenden Heft versuchen wir, Ihnen einen Überblick über die Vorträge dieser Tagung zu geben, um damit den Stand der Technik festzuhalten und auch für Kolleginnen und Kollegen, die an der Tagung nicht teilnehmen konnten, nachlesbar zu machen. Ich wünsche Ihnen auf diesem Wege frohe Festtage und alles Gute für 2017! Ein herzliches Glückauf! Robert Galler

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News Start of construction on the largest contract of the Brenner Base Tunnel The Mauls 2-3 contract includes the construction of altogether 68 km of tunnel with a total value of about EUR 1 billion. The contract has been awarded to a joint venture of the companies Astaldi S.p.A, Ghella S.p.A., Oberosler Cav Pietro, Cogeis S.p.A. and PAC S.p.A. The contract Mauls 2-3 includes the main part of the route of the Brenner Base Tunnel in the Italian area of the project and extends from Mittewald (BZ) to the state border. In the next seven years, 40.3 km of the main tunnel, 14.7 km of the investigation tunnel and the emergency station at Trens

with the associated access tunnel will be constructed as well as cross passages connecting the main tunnels every 333 m. This means that all construction works on Italian territory are now underway. At the start of the works, the tunnel will be excavated with excavators and blasting to complete the section through the Periadriatic fault zone. Then the tunnelling works will be continued to the border with tunnel boring machines (TBM). In addition to this mechanised tunnelling to the north, the main tunnel will also be mechanically bored south-

ward from Mauls. This drive will continue to connect with the currently running Eisackunterquerung contract, the crossing under the River Eisack. For the construction works on the Mauls 2-3 contract, more than 6 million m3 of material will be excavated, of which about a third will be reused directly on site for concrete production. The remaining material will mainly be transported on a belt conveyor to the intended landfill sites. This ensures the transport away of the material without environmental nuisance and a reduction of traffic on the roads.

Mauls 2-3 contract (graphic: BBT SE) Baulos Mauls 2-3 (Grafik: BBT SE)

Baubeginn beim größten Baulos des Brenner Basistunnels Im Rahmen des Bauloses Mauls 2-3 werden insgesamt 68 km Tunnel mit einem Gesamtwert von ca. 1 Mrd. Euro errichtet. Der Auftrag wurde an eine Bietergemeinschaft aus den Unternehmen Astaldi S.p.A, Ghella S.p.A., Oberosler Cav Pietro, Cogeis S.p.A. und PAC S.p.A. vergeben. Das Baulos Mauls 2-3 umfasst den Hauptteil der Trasse des Brenner Basistunnels im italienischen Projektgebiet und er-

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streckt sich von Mittewald (BZ) bis zur Staatsgrenze. In den nächsten sieben Jahren werden 40,3 km der Haupttunnel, 14,7 km des Erkundungsstollens, die Nothaltestelle Trens mit dem entsprechenden Zugangsstollen sowie Querschläge, die alle 333 m die Haupttunnel miteinander verbinden, errichtet. Damit sind alle Vortriebsarbeiten auf italienischem Staatsgebiet im Gang.

Zu Beginn der Arbeiten wird bergmännisch mit Baggern und Sprengungen vorgetrieben. Damit wird die Durchörterung der Periadriatischen Störungszone abgeschlossen. Anschließend werden die Vortriebsarbeiten bis zur Staatsgrenze mit Tunnelbohrmaschinen fortgesetzt. Neben diesem maschinellen Vortrieb Richtung Norden werden von Mauls Richtung Süden die Haupttunnel ebenfalls maschinell ausgebrochen. Die-

News ser Vortrieb erfolgt bis auf Höhe derzeit in Ausführung befindlichen Bauloses Eisackunterquerung. Während der Errichtung des Bauloses Mauls 2-3 werden mehr als 6 Mio. m3 Material ausgebrochen. Davon wird zirka ein Drittel direkt auf der Baustelle für die Betonherstellung wiederverwendet. Das restliche Material wird zum größten Teil über Förderbänder auf die vorgesehenen Deponieflächen transportiert. Dadurch werden ein umweltentlastender Abtransport des Ausbruchsmaterials und eine Minderung des Verkehrs auf der Straße gesichert.

Tunnel drive near Mauls (photo: BBT SE) Vortriebe im Bereich Mauls (Foto: BBT SE)

Start of construction of the Stein und Lind Tunnels With the ceremonial ground breaking on 23 September 2016, the two last tunnel sections of the Koralmbahn line are now under construction. The Stein and Lind Tunnels are being constructed by a contracting joint venture consisting of the two medium-sized construction companies Baresel GmbH and Kostmann GesmbH, using hydraulic excavators and blasting under the principles of the New Austrian Tunnelling Method

(NATM). In addition, a section of the Stein Tunnel will be built by cut-andcover. Both tunnels have a single tube and house both tracks of the future line. As with all other tunnels on the Koralmbahn, great attention is being paid to safety. Therefore the about 2.1 km long Stein Tunnel, the longest tunnel of the Koralmbahn, is being provided with altogether three emergency exits, which are part of the tunnel safety concept.

The completion of this section is intended for 2022 at the latest. Austrian Railways ÖBB is investing about EUR 239 million this year in Carinthia alone in the renewal and new construction of infrastructure and is thus the largest investor in the Austrian state. By 2021, about EUR 1.9 billion of federal money will flow into Carinthia in order to construct modern railway infrastructure and further improve the existing lines.

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News Baubeginn für die beiden Tunnel Stein und Lind Mit dem feierlichen Tunnelanschlag sind seit dem 23. September 2016 die beiden letzten Tunnelabschnitte der Koralmbahn in Bau. Die beiden Tunnel Stein und Lind werden von einer Arbeitsgemeinschaft, bestehend aus den beiden mittelständischen Bauunternehmungen Baresel GmbH und Kostmann GesmbH, im Bagger- und Sprengvortrieb nach den Grundsätzen der Neuen Österreichischen Tunnelbauweise (NÖT) aufgefahren. Zusätzlich wird beim Tunnel Stein ein Teilabschnitt in offener Bauweise errichtet. Beide Bauwerke sind einröhrig und nehmen beide zukünftigen Streckengleise auf. Wie bei allen anderen Tunneln der Koralmbahn wird auch hier größtes Augenmerk auf die Sicherheit gelegt. Daher werden bei dem rund 2,1 km langen Tunnel Stein, dem drittlängsten Tunnel der Koralmbahn, insgesamt drei Notausstiege errichtet, die Teil des Tunnelsicherheitskonzepts sind. Die Fertigstellung in diesem Abschnitt ist spätestens 2022 vorgesehen. Die ÖBB investieren in diesem Jahr allein in Kärnten rund 239 Mio. Euro in die Erneuerung und in den Neubau der Infrastrukturanlagen und sind damit ei-

Ceremonial ground breaking for the Stein and Lind Tunnels (photo: ÖBB/Eggenberger) Feierlicher Tunnelanschlag für die Tunnel Stein und Lind (Foto: ÖBB/Eggenberger)

ner der größten Investoren im Land. Bis 2021 fließen im Auftrag des Bundes rund 1,9 Mrd. Euro nach Kärnten, um

moderne Schieneninfrastrukturen zu errichten und bestehende weiter zu verbessern.

Tunnelling of the first bore of the Boßler Tunnel completed After 8,806 m of advance, the tunnel boring machine (TBM) driving the Boßler Tunnel on the new line from Wendlingen to Ulm reached the Filstal on 6 November 2016. The breakthrough location is about 80 m above the valley floor, where the Filstalbrücke, which is currently under construction, will con-

nect the Boßler Tunnel and the Steinbühl Tunnel. Tunnelling works in both bores of the Steinbühl Tunnel were completed one year ago; currently the inner lining is being concreted. The 110 m long TBM with a weight of 2,500 t started in April 2015 at the Aichelberg portal and has installed

The first breakthrough of the Boßler Tunnel (photo: DB Projekt Stuttgart–Ulm/Pfisterer) Der erste Durchschlag am Boßlertunnel (Foto: DB Projekt Stuttgart–Ulm/Pfisterer)

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about 4,400 tunnel rings in the now completely excavated east bore, which will carry the line from Ulm to Stuttgart. That makes a total of about 30,800 individual segments, which were produced in a field works near the tunnel portal at Aichelberg. A section about 750 m long approximately in the middle of the tunnel was excavated by drill and blast and finally driven through by the TBM. The TBM will now be dismantled in the Filstal, cleaned and transported in pieces back through the tunnel to the Aichelberg portal, where it will be reassembled and prepared for the driving of the second bore. In early 2017, the TBM should restart work on the west bore of the Boßler Tunnel, which will carry the line from Stuttgart to Ulm. The Boßler Tunnel and the Steinbühl Tunnel were awarded together in 2012 to a joint venture of the companies Porr, G. Hinteregger & Söhne Baugesellschaft, ÖSTU-Stettin Hoch- und Tiefbau and Swietelsky Tunnelbau, with a contract value of about EUR 635 m. The Boßler Tunnel has a length of 8,806 m, the second longest tunnel on the Stuttgart-Ulm rail project after the Filder Tunnel (9,468 m), and after completion will be the fifth longest rail tunnel in Germany.

News Vortrieb der ersten Röhre des Boßlertunnels beendet Nach 8.806 m Vortrieb erreichte die Tunnelvortriebsmaschine (TVM), die den Boßlertunnel auf der Neubaustrecke Wendlingen-Ulm auffährt, am 6. November 2016 das Filstal. Die Durchbruchstelle befindet sich rund 80 m über dem Talboden. Dort wird in wenigen Jahren die derzeit im Bau befindliche Filstalbrücke den Boßlertunnel und den Steinbühltunnel verbinden. Die Vortriebsarbeiten in beiden Röhren des Steinbühltunnels wurden vor einem Jahr abgeschlossen, hier wird seitdem die Tunnelinnenschale betoniert. Die 110 m lange und rund 2.500 t schwere Tunnelbohrmaschine war im April 2015 am Portal Aichelberg gestartet und hat in der nun vollständig vorgetriebenen Oströhre, in der später das Streckengleis Ulm-Stuttgart verläuft, rund 4.400 Tunnelringe verbaut. Das sind in Summe etwa 30.800 einzelne Tübbingen, die in einer Feldfabrik im Bereich des Tunnelportals Aichelberg hergestellt werden. Ein rund 750 m langer Abschnitt etwa in der Mitte des Tunnels wurde bergmännisch hergestellt und anschließend von der TVM durchfahren. Die Tunnelvortriebsmaschine wird nun im Filstal demontiert und gereinigt und in Einzelteilen durch den Tunnel zurück an das Portal Aichelberg transportiert. Dort wird sie wieder zusammengebaut und für das Auffahren der zweiten Röhre vorbereitet. Im Frühjahr 2017 soll die TVM wieder ihre Arbeit aufnehmen und die Weströhre des B oßlertunnels, in der später das Streckengleis Stuttgart-Ulm verläuft, auffahren. Boßlertunnel und Steinbühltunnel wurden 2012 gemeinsam an eine Arbeitsgemeinschaft der Firmen Porr, G. Hinteregger & Söhne Baugesellschaft, ÖSTU-Stettin Hoch- und Tiefbau und Swietelsky Tunnelbau vergeben. Der Auftragswert beträgt rund 635 Mio. Euro. Der Boßlertunnel ist mit 8.806 m Länge nach dem Fildertunnel (9.468 m) der zweitlängste Tunnel des Bahnprojekts Stuttgart-Ulm und wird nach seiner Fertigstellung der fünftlängste Eisenbahntunnel Deutschlands sein

TBM for Eppenberg Tunnel in the starting position On 7 November 2016, the tunnel boring machine for the Eppenberg Tunnel moved for the first time at the portal in the Wöschnau, Switzerland. In the first 60 m, it placed invert segments weighing about 12 t on the ground and pushed itself to the face with a stationary cutterhead. Previously, specialists had worked for about 12 weeks to assemble the TBM and the altogether four backups. The individual parts were delivered in more than a hundred transport loads, including the 234 t cutterhead with a diameter of 12.79 m. The first 60 m of the tunnel were already excavated by drill and blast in summer 2016 due to the prevailing geology. Now there is sufficient space available in the starting excavation to lift in the last two backups, each about 25 m long. The segments will be transported into the tunnel through the backups. In addition, the backups serve as ventilation and dedusting systems and also house the control cabin, from which the entire machinery is controlled and monitored. At the start of December, the last backup should have been installed and the 2400 t TBM will be complete. From the start of 2017, the altogether 115 m long TBM will bore into the Eppenberg. In winter 2017/2018, it should reach Gretzenbach to emerge from the mountain after about 2.6 km. At the end of 2020, the new Eppenberg Tunnel should go into operation and, together with the other part projects of the four-track widening from Olten to Aarau, serve for more progress for the region and for Switzerland.

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News The four-track widening from Olten to Aarau (Eppenberg Tunnel) should relieve one of the worst bottlenecks in the middle of Switzerland. The 855 million Franken project includes improvements

to the approach to Olten, a fourth, 2.5 km long track between Dulliken and Däniken and the two-track, 3 km long Eppenberg Tunnel with extensive measures for its connection.

TVM für Eppenbergtunnel in Startposition Am 7. November 2016 setzte sich die Tunnelvortriebsmaschine (TVM) für den Eppenbergtunnel am Portal in der Wöschnau erstmals in Bewegung. Dabei setzte sie auf den ersten 60 m rund 12 t schwere Sohltübbinge am Boden ab und schob sich bei ruhendem Bohrkopf bis zur Ortsbrust vor. Zuvor hatten Spezialisten rund zwölf Wochen lang die TVM und zwei der insgesamt vier Nachläufer montiert. Die Einzelteile wurden in mehr als hundert Transporten angeliefert, darunter der 234 t schwere Bohrkopf mit einem Durchmesser von 12,79 m. Die ersten 60 m des Tunnels wurden aufgrund der anstehenden Geologie bereits im Frühsommer 2016 im Sprengvortrieb aufgefahren. Nun ist in der Baugrube genügend Platz vorhanden, um die letzten beiden jeweils rund 25 m langen Nachläufer einzuheben. Durch die Nachläufer werden die Tübbinge künftig in den Tunnel geführt. Zudem dienen die Nachläufer

als Ventilations- und Entstaubungssystem und tragen unter anderem die Steuerungskabine, von der aus die gesamte Anlage gesteuert und überwacht wird. Anfang Dezember soll der letzte Nachläufer installiert werden und die rund 2.400 t schwere TVM komplettieren. Ab Anfang 2017 bohrt sich die insgesamt 115 m lange TVM in den Eppenberg ein. Voraussichtlich im Winter 2017/2018 erreicht sie Gretzenbach, wo sie den Berg nach rund 2,6 km Bohrarbeit durchsticht. Ende 2020 soll der neue Eppenbergtunnel in Betrieb gehen und zusammen mit den anderen Teilprojekten des Vierspurausbaus Olten–Aarau für mehr Zug für die Region und die Schweiz sorgen. Mit dem Vierspurausbau Olten-Aarau (Eppenbergtunnel wird eines der größten Nadelöhre im schweizer Mittelland behoben. Das 855-Millionen-FrankenProjekt umfasst im Wesentlichen Ausbauten in der Zufahrt Olten, ein viertes,

Assembly of the cutterhead at the east portal of the Eppenberg Tunnel (photo: SBB) Montage des Schneidrads am Tunnelportal Ost des Eppenbergtunnels (Foto: SBB)

2,5 km langes Gleis zwischen Dulliken und Däniken und den doppelspurigen, 3 km langen Eppenbergtunnel sowie umfangreiche Maßnahmen zu dessen Anbindung.

Tunnel drives in Doha completed – 111 km in 26 months On 25 September 2016, a 7 m tunnel boring machine broke through the last target wall of the “Red Line South”. This was the last of 76 breakthroughs on the major project Doha Metro. The TBM breaking through marked the spectacular finale of one of the most ambitious tunnelling projects in the world. At the closing ceremony, highgrade political guests like the premier and interior minister H.E. Sheikh Abdullah bin Nasser bin Khalifa al Thani, the transport minister of Qatar H.E. Jassim Saif Ahmed al Sulaiti as well as the French, Korean and Japanese ambassadors praised the breakthrough. Altogether about 200 guests, including the top management of Qatar Rail and leading representatives of the contracting joint venture, celebrated a unique construction and engineering achievement. 111 km of newly bored and lined tunnel tubes in just 26 months put into the shade everything achieved so far in city metro construction. Four internationally composed contracting joint ventures operated altogether 21 TBMs specially designed and equipped for the purpose by Herrenknecht from August 2014 to September 2016 on the three main lines

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On 25 September, VIPs and parties involved in the project celebrated the last breakthrough, including the managing director and chairman of Qatar Rail, Abdulla Abdulaziz Turki al Subaie, the German ambassador in Qatar, Hans-Udo Muzel, transport minister of Qatar, H.E. Jassim Saif Ahmed al Sulaiti, and Dr.-Ing E.h. Martin Herrenknecht Am 25. September feierten VIPs und Projektbeteiligte zusammen den letzten Durchbruch, unter anderem der Geschäftsführer und Vorsitzende von Qatar Rail, Abdulla Abdulaziz Turki al Subaie, der deutsche Botschafter in Qatar, Hans-Udo Muzel, Verkehrsminister von Katar, H.E. Jassim Saif Ahmed al Sulaiti, sowie Dr.-Ing E.h. Martin Herrenknecht

News Machine data Machine type: 6 × EPB shields – shield diameter: 7,050 mm – drive power: 1,440 kW – torque: 4,769 kNm Machine type: 9 × EPB shields – shield diameter: 7,050 mm – drive power: 1,280 kW – torque: 4,239 kNm Machine type: 6 × EPB shield – shield diameter: 7,110 mm – drive power: 1,440 kW – torque: 4,769 kNm

(Red Line, Green Line, Gold Line). 470,497 segments were assembled mechanically to form 70,071 tunnel rings. At peak times, 20 TBMs were working simultaneously to build 2.5 km of new metro tunnel each week under Doha. The requirements for the individual TBMs were, in addition to the geology consisting mainly of Simsima limestone, complex – just due to the dense urban building. The routes of the individual metro lines run below heavily populated areas, for example near the imposing strand promenade Corniche, under the high-rise quarter of Doha City and the tourist centres with their attractive hotel facilities. Settlement-free tunnelling was

Project data, Metro Doha Client – Qatar Rail Contractor – Red Line North: ISG Joint Venture (Salini Impregilo S.p.A./ SK Engineering & Construction Co. Ltd./Galfar Al Misnad Engineering & Contracting W.L.L.) – Red Line South: Qatari Diar Vinci Construction JV (QDVC)/GS Engineering & Construction Corp./Al-Darwish Engineering W.L.L. – Green Line: PORR Bau GmbH/Saudi Binladin Group Company Ltd./ Hamad Bin Khalid Contracting Co. W.L .L. – Gold Line: Aktor S.A./Larsen & Toubro Limited/Yapi Merkezi Insaat VE Sanayi Anonim Sirketi/Sezai Turkes Feyzi Akkaya Marine Construction/ Al Jaber Engineering LLC Geology – mainly Simsima limestone, Midra shale and Rus Formation Driven distances – Red Line North: 22.8 km, – Red Line South: 32.6 km, – Gold Line: 23.3 km, – Green Line: 33.4 km – all lines are constructed as double tubes

therefore one of the main requirements for construction. The contracting joint ventures achieved 76 breakthroughs with innovative German tunnelling technology; the machines were pushed forwards for the next section in inter mediate shafts more than 40 times. Up to 125 service personnel and specialists

from Herrenknecht from 19 countries went to work wherever a customer, machinery or exceptional events demanded it. In order to maintain the ambitious master plan and the close schedules, people and machines were at work round the clock on the major construc-

News tion sites. In addition to excellent design, expertise and high quality of materials and machines, one precondition for success was decisive for Dr. Markus Demmler, Senior Director of the Qatar Integrated Railway Project: “the smooth operation of 21 TBMs under a metropolis like Doha is only possible when all involved partners are working with 100 % commitment”. Valuable support was provided by the specially established Herrenknecht service competence center near Doha. All questions about tunnelling technology, assembly and dismantling, provision of specialist personnel, advance rates, replacement and wearing parts management as well as replacement and repair of the used excavation tools found good competent contact partners here. The new Metro system in Doha is only the start of the mobilisation of public transport in Qatar. By 2026, an extension with 72 additional stations and another metro line is planned. The Msheir-

eb station in the centre of the metro

Since 25 September 2016, all tunnelling works on the three new metro lines have been complete (photo: Herrenknecht) Seit dem 25. September 2016 sind alle Vortriebsarbeiten an den drei neuen Metrolinien abgeschlossen (Foto: Herrenknecht)

polis is already the main node point of the entire system. All lines come togeth-

er here; 12 breakthroughs occurred at this station alone.

Vortriebe in Doha beendet – 111 km in 26 Monaten 25. September 2016 durchbrach eine 7-Meter-Tunnelvortriebsmaschine(TVM) die letzte Zielwand der „Red Line South“. Es war der letzte von 76 Durchbrüchen beim Großprojekt Doha Metro. Die durchbrechende TVM markierte das spektakuläre Finale eines der ambitioniertesten Tunnelbauprojekte der Welt. Mit einer feierlichen Abschlusszeremonie zollten hochkarätige politische Gäste wie der katarische Premier- und Innenminister H.E. Sheikh Abdullah bin Nasser bin Khalifa al Thani, der Verkehrsminister von Katar H.E. Jassim

Saif Ahmed al Sulaiti sowie der französische, koreanische und japanische Botschafter in Katar dem Durchbruch ihre Hochachtung. Insgesamt rund 200 Gäste, darunter das Top-Management von Qatar Rail sowie die Spitzenvertreter der bauausführenden Arbeitsgemeinschaften, feierten eine einzigartige bauund ingenieurtechnische Errungenschaft. 111 km neu gebohrte und gebaute Tunnelröhren in nur 26 Monaten stellen alles in den Schatten, was man im städtischen Metrotunnelbau weltweit erreicht hat. Vier international aufgestellte

In the future, the new metro system should be used for 630,000 passenger journeys each day (graphic: Herrenknecht) Zukünftig soll das neue Metrosystem für 630.000 Passagierfahrten pro Tag genutzt werden (Grafik: Herrenknecht)

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Maschinendaten Maschinentyp: 6 × EPB-Schild – Schild-Durchmesser: 7.050 mm – Antriebsleistung: 1.440 kW – Drehmoment: 4.769 kNm Maschinentyp: 9 × EPB-Schild – Schild-Durchmesser: 7.050 mm – Antriebsleistung: 1.280 kW – Drehmoment: 4.239 kNm Maschinentyp: 6 × EPB-Schild – Schild-Durchmesser: 7.110 mm – Antriebsleistung: 1.440 kW – Drehmoment: 4.769 kNm

Arbeitsgemeinschaften trieben von August 2014 bis September 2016 auf drei Hauptlinien (Red Line, Green Line, Gold Line) insgesamt 21 von Herrenknecht extra dafür designte und ausgestattete TVM voran. 470.497 Tübbinge wurden maschinell zu 70.071 Tunnel ringen zusammengefügt. In Spitzenzeiten frästen sich gleichzeitig 20 TVM vorwärts, entstanden pro Woche 2,5 km neue Metrotunnel unter Doha. Die Anforderungen an die einzelnen TVM sind neben der Geologie, die überwiegend aus Simsima Kalkgestein besteht, komplex – allein aufgrund der dichten urbanen Bebauung. Die Strecken der einzelnen Metrolinien ver laufen unter stark besiedeltem Gebiet, beispielsweise nahe der imposanten Strandpromenade Corniche, unter den Hochhausvierteln von Dohas City sowie den Touristenzentren mit ihren attrak

News tiven Hotelanlagen. Ein setzungsfreier Vortrieb ist daher eine der Hauptanforderungen bei der Durchführung. Die bauausführenden Arbeitsgemeinschaften absolvierten mit innovativer deutscher Vortriebstechnik 76 Durchbrüche; mehr als 40-mal wurden die Maschinen für den nächsten Abschnitt in Zwischenschächten vorangeschoben. Bis zu 125 Servicekräfte und Spezialisten von Herrenknecht aus 19 Ländern griffen überall dort zu, wo es Kunden, Maschinentechnik und außerordentliche Ereignisse erforderten. Um den ehrgeizigen Masterplan und die engmaschigen Terminpläne einzuhalten, waren Menschen und Maschinen rund um die Uhr auf der Großbaustelle im Einsatz. Neben hervorragender Planung, Expertise und hoher Material- und Maschinenqualität war für Dr. M arkus Demmler, Senior Director des Qatar Integrated Railway Project, eine Voraussetzung für den Projekterfolg entscheidend: „Der reibungslose Einsatz von 21 TBM unter einer Metropole wie Doha ist nur möglich, wenn alle involvierten Partner mit 100 % Einsatz dabei sind.“ Wertvolle Unterstützung lieferte auch das bei Doha eigens eingerichtete Herrenknecht Service-Kompetenzcenter. Alle Fragen zur Vortriebstechnik, Montage und Demontage, Bereitstellung von Fachpersonal, Vortriebsbegleitung, Ersatz- und Verschleißteilmanagement sowie der Revision und Sanierung der gebrauchten Abbauwerkzeuge fanden hier kompetente Ansprechpartner. Das neu entstehende Metrosystem in Doha ist erst der Anfang der Mobilisierung der öffentlichen Verkehrsmittel in Katar. Bis 2026 ist eine Erweiterung um 72 zusätzliche Stationen und eine weitere Metrolinie geplant. Die Station Msheireb im Zentrum der Metropole bildet schon heute den Hauptknotenpunkt des gesamten Systems. Hier laufen alle Linien zusammen, alleine zwölf Durchbrüche endeten an dieser Station.

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Projektdaten Metro Doha Bauherr – Qatar Rail Contractor – Red Line North: ISG Joint Venture (Salini Impregilo S.p.A./SK Engineering & Construction Co. Ltd./Galfar Al Misnad Engineering & Contracting W.L.L.) – Red Line South: Qatari Diar Vinci Construction JV (QDVC)/GS Engineering & Construction Corp./AlDarwish Engineering W.L.L. – Green Line: PORR Bau GmbH/ Saudi Binladin Group Company Ltd./ Hamad Bin Khalid Contracting Co. W.L .L. – Gold Line: Aktor S.A./Larsen & Toubro Limited/ Yapi Merkezi Insaat VE Sanayi Anonim Sirketi/ Sezai Turkes Feyzi Akkaya Marine Construction/ Al Jaber Engineering LLC Geologie – Hauptsächlich Simsima Kalkstein, Midra Schiefergestein und Rus Formation Vortriebslängen – Red Line North: 22,8 km, – Red Line South: 32,6 km, – Gold Line: 23,3 km, – Green Line: 33,4 km – alle Linien wurden als Doppelröhren ausgeführt

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News Breakthrough ceremony in the Rosenstein Tunnel In accordance with miners’ tradition, the tunnelling works were completed on 16 September with a breakthrough ceremony. The tunnel patrons symbolically undertook the last works with excavator and large drilling rig. The Rosenstein Tunnel in Stuttgart is currently one of the largest road building projects in the state of Baden-Württemberg. It will have a length of 1.3 km, crossing under the Rosenstein Park and parts of the Wilhelma zoo and botanical garden. In addition to the 750 m long mined tunnel tubes, a further 550 m are being built in cut-and-cover. The federal government, state and city are investing altogether more than EUR 274 m. Meanwhile, the road building project is becoming increasingly visible from outside, for example the new rapid transit stop at the main entrance of the Wilhelma was opened in July of this year. The construction works have

Flags in the ramp to the south tube of the B10 Rosenstein Tunnel at the breakthrough ceremony on 16 September 2016 (photo: Stadt Stuttgart) Beflaggung in der Rampe Südröhre des B10 Rosensteintunnel bei der Durchschlagfeier am 16. September 2016 (Foto: Stadt Stuttgart)

also made great progress in the Pragstraße with the two ramps of the tunnel

to the left and right of the rapid transit tracks.

Durchschlagsfeier im Tunnel Rosenstein Entsprechend der bergmännischen Tradition wurden die Vortriebsarbeiten am 16. September, mit einer Durchschlagsfeier abgeschlossen. Die Tunnelpatinnen haben auf Bagger und großem Bohrgerät symbolisch die letzten Arbeiten übernommen. Der Rosensteintunnel in Stuttgart ist aktuell eines der größten Straßenbauprojekte in Baden-Württemberg.

Er wird künftig auf einer Länge von 1,3 km den Rosensteinpark und Teile der Wilhelma unterqueren. Neben den 750 m langen, bergmännisch aufgefahrenen Tunnelröhren werden weitere 550 m in offener Bauweise realisiert. Bund, Land und Stadt investieren ins gesamt mehr als 274 Mio. Euro. Inzwischen wird das Straßenbauprojekt zu-

nehmend nach außen sichtbar, so konnte beispielsweise die neue Stadtbahn haltestelle beim Haupteingang der Wilhelma im Juli dieses Jahres in Betrieb genommen werden. Auch in der Pragstraße sind die Bauarbeiten an den beiden Rampen des Tunnels links und rechts der Stadtbahngleise deutlich vorangeschritten

Projekt COGAN – Kompetenz in geotechnischen Analysen Entwurf und Bemessung in der Geotechnik basieren zunehmend auf numerischen Berechnungen und Analysen. Um diese Berechnungsmethoden optimal nutzen zu können, ist es erforderlich, dass sich Ingenieure die dazu erforderlichen Fähigkeiten aneignen. Darauf zielte das Projekt COGAN ab. Dies wird durch die Bereitstellung einer Basis zur Weiterbildung, der Definition von erforderlichen Kompetenzen und durch E-

learning Module erreicht. Das Projekt hatte eine Laufzeit von zwei Jahren und wurde Ende September 2015 abgeschlossen. Die wichtigsten Ergebnisse tzung fehlt! des Projekts sind: sche Überse li g n E – Eine Richtlinie für die Weiterbildung von Mitarbeitern, bestehend aus ca. 500 Kompetenzerfordernissen unterteilt in thematische Bereiche, – Eine Kompetenzbeschreibung, basierend auf den Weiterbildungsgrund

lagen, um eine formale Überprüfung von Kompetenzsteigerung zu ermög lichen, die an weiterreichende Mit arbeiter/Firmen Kompetenzrahmen werden kann, – Erstellung berufsbegleitender E-Learning Module. Weitere Informationen sind unter www.cogan.eu.com einsehbar.

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E‑learning Module erreicht. Das Projekt hatte eine Laufzeit von zwei Jahren und wurde Ende September 2015 abgeschlossen. Die wichtigsten Ergebnisse des Projekts sind: – Eine Richtlinie für die Weiterbildung von Mitarbeitern, bestehend aus ca. 500 Kompetenzerfordernissen unterteilt in thematische Bereiche, – Eine Kompetenzbeschreibung, basierend auf den Weiterbildungsgrund

News

Call for papers Call for papers – Themes for the next issues of Geomechanics and Tunnelling The table below shows the themes for the next issues of “Geomechanics and Tunnnelling”, selected by the editing team, and contributions are now being called for. All papers received will first be reviewed prior to publication. In view of the time required to complete this exercise, all contributions should be

s ubmitted at least four months before the publication date. Papers should be submitted online via http:// mc.manuscriptcentral.com/geot. Site reports, technical reports and news items from the construction industry are of course also welcome.

Themen für die nächsten Ausgaben der „Geomechanics and Tunnelling“ Die Schwerpunktthemen für die nächsten Ausgaben der „Geomechanics and Tunnelling“ sind in der unten stehenden Tabelle zusammengefasst. Das Redaktionsteam bittet um Beitragsvorschläge. Unter Berücksichtigung des Reviews sollten die Beiträge mindestens vier Monate vor dem Erscheinungs termin eingereicht werden. Beiträge sollten o nline eingereicht werden (http://mc.manuscriptcentral.com/geot). Darüber hinaus sind Baustellen reportagen, technische Berichte und Mitteilungen aus der Industrie jederzeit willkommen.

Issue

Publication date

Topics

2/17 April 2017

New Railway Line Stuttgart–Ulm Neubaustrecke Stuttgart–Ulm

June 2017 3/17

Base tunnels Basistunnel

4/17 August 2017

Geomechanics and Tunnelling Geomechanik und Tunnelbau

5/17 October 2017

66. Geomechanics Colloquium Beiträge des 66. Geomechanik Kolloquiums

December 2017 6/17

Proceedings „Südbahntagung“ Beiträge des Südbahntagung

February 2017 1/18

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Rock Mechanics Based on an Anisotropic Jointed Rock Model (AJRM) This book focuses on the fundamentals of rock mechanics as a basis for the safe and economical design and construction of tunnels, dam foundations and slopes in jointed and anisotropic rock. It is divided into four main parts: Fundamentals and models Analysis and design methods Exploration, testing and monitoring Applications and case histories.

Walter Wittke Rock Mechanics Based on an Anisotropic Jointed Rock Model (AJRM) 2014. 700 pages € 149,–* ISBN 978-3-433-03079-0 Also available as

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News Thanks to the reviewers All the specialist articles handed in for publication in Geomechanics and Tunnelling are checked before publication in a review process. The publisher, editorial board, editors and publishing company would like to express our heartfelt thanks to these ladies and gentlemen for their support in the time period November 2015 to October 2016: Many thanks Helmut Richter

Dank an die Reviewer Alle Fachbeiträge, die zur Veröffentlichung in der Geomechanics and Tunnelling eingereicht werden, werden vor der Veröffentlichung in einem Reviewverfahren überprüft. Herausgeber, Editorial Board, Redaktion und Verlag danken folgenden Damen und Herren ganz herzlich für Ihre Unterstützung im Zeitraum November 2015 bis Oktober 2016: Herzlichen Dank Helmut Richter Georg Anagnostou, Ioannis Anastasopoulos, Georg Atzl, Giovanni Barla, Maja Bitenc, Heinz Brandl, Heinz Ehrbar, Andreas Gaich, Robert Galler, James Glover, Andreas Goricki, Karl Grossauer, Dieter Handke, Christian Hellmich, Michael Henzinger, Robert Hofmann, Herbert Hofstätter, Markus Höhndorf, Max John, Scott Kieffer, Bernd Kister, Harald Lauffer, Andreas Leitner, Ulrich Maidl, Florian Menschik, Michael Moelk, Bernd Moritz, Marion Nickmann, Rainer Poisel, Alexander Preh, Nedim Radoncic, Joachim Rohn, Thomas Sausgruber, Eckart Schneider, Peter Schubert, Wulf Schubert, Helmut Schweiger, Bettina Sellmeier, Wolfgang Stipek, Markus Thewes, Christian Thienert, Kurosch Thuro, Wolfgang Unterberger, Alois Vigl, Apostolos Vrakas, Horst Wagner, Christian Zangerl, Thomas Zumbrunnen

Job offer / Stellenanzeigen Am Institut für Infrastruktur der Fakultät für Technische Wissenschaften der Leopold-FranzensUniversität Innsbruck ist die Stelle einer/eines

Universitätsprofessorin/ Universitätsprofessors für Geotechnik und Tunnelbau gemäß § 98 UG 2002 in Form eines unbefristeten privatrechtlichen Arbeitsverhältnisses mit der Universität zu besetzen. Aufgaben, Anstellungserfordernisse und Bewerbungsmodalitäten finden Sie in der verbindlichen Langfassung (veröffentlicht im Mitteilungsblatt vom 16. November 2016) unter: http://www.uibk.ac.at/fakultaeten-servicestelle/standorte/ technikerstrasse/berufung/bau/bau.html Die Leopold-Franzens-Universität Innsbruck strebt eine Erhöhung des Frauenanteiles an und lädt deshalb qualifizierte Frauen zur Bewerbung ein. Frauen werden bei gleicher Qualifikation vorrangig aufgenommen. Bewerbungen müssen bis spätestens 31. Jänner 2017 jedenfalls in elektronischer Form an der Leopold-Franzens-Universität Innsbruck, Fakultäten Servicestelle, Standort Technikerstraße 17, A-6020 Innsbruck (fss-technik@uibk.ac.at) eingelangt sein. Für diese Position ist eine Einstufung in die Verwendungsgruppe A1 des Kollektivvertrages für Arbeitnehmer/innen der Universitäten und ein Mindestentgelt von € 4.842,70/Monat (14 mal) vorgesehen. Ein in Abhängigkeit von Qualifikation und Erfahrung höheres Entgelt und die Ausstattung der Professur sind Gegenstand von Berufungsverhandlungen. Darüber hinaus bietet die Universität zahlreiche attraktive Zusatzleistungen (http://www.uibk.ac.at/universitaet/zusatzleistungen). Univ.-Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Tilmann MÄRK, R e k t o r

Am Lehrstuhl für Subsurface Engineering, der Montanuniversität Leoben ist eine

Senior Lecturer Stelle für Geotechnik und Tunnelbau mit den Schwerpunkten Statik und Bemessung sowie Boden- und Felsmechanik ab voraussichtlich Februar 2017 in einem auf 4 Jahre befristeten Arbeitsverhältnis in der Gehaltsgruppe B1 nach Uni-KV, monatl. Mindestentgelt exkl. Szlg.: € 2.696,50 für 40 Wochenstunden (14 x jährlich), tatsächliche Einstufung erfolgt lt. anrechenbarer tätigkeitsspezifischer Vorerfahrung, zu besetzen. Voraussetzungen: Abgeschlossenes Masterstudium im Fachbereich Bauingenieurwesen oder Maschinenbau, sehr gute Kenntnisse in Statik und Bemessung, Bodenund Felsmechanik, pädagogische Eignung und entsprechendes Interesse am Lehrbetrieb, gute Englischkenntnisse, Teamfähigkeit und Motivation sind erforderlich. Erwünschte Zusatzqualifikationen: Erfahrungen in der Mess- und Regeltechnik, Programmierkenntnisse, Erfahrung mit numerischen Berechnungen, CAD-Kenntnisse Aufgaben und Möglichkeiten: Vorbereitung und Abhaltung von Lehrveranstaltungen mit den Schwerpunkten Statik und Bemessung sowie Boden- und Felsmechanik, Mitarbeit insbesondere im Bereich der Entwicklung experimenteller Untersuchungen, Anfertigung einer Dissertation, Publikation von wissenschaftlichen Arbeiten, Akquirierung von und Mitarbeit in interessanten Projekten aus der Grundlagen- und angewandten Forschung. Die Montanuniversität Leoben strebt eine Erhöhung des Frauenanteiles an. Frauen werden bei gleicher Qualifikation wie der bestgeeignete Mitbewerber vorrangig aufgenommen. Ende der Bewerbefrist: 10.01.2017 Bewerber und Bewerberinnen werden ersucht, ihre Unterlagen per e -mail an den Lehrstuhl für Subsurface Engineering, Montanuniversität Leoben, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont. Robert Galler, Erzherzog-Johann Straße 3/III, A-8700 Leoben, subsurface@unileoben.ac.at zu übermitteln.

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Provider directory products & services Abdichtung/ Waterproofing

BASF Construction Solutions GmbH Geschäftsbereich Betonzusatzmittel Ernst-Thälmann-Straße 9 D-39443 Staßfurt, Deutschland Phone +49 (0) 39266 941 810 Fax +49 (0) 39266 941 851 admixtures-de@basf.com www.master-builders-solutions.basf.de BASF Performance Products GmbH Niederlassung Krieglach Geschäftsbereich Betonzusatzmittel Roseggerstraße 101 A-8670 Krieglach, Österreich Phone +43 (0) 3855 23 71 0 Fax +43 (0) 3855 23 71 223 office.austria@basf.com www.master-builders-solutions.basf.at BASF Construction Chemicals Europe AG Geschäftsbereich Admixture Systems Schweiz Hardmattstraße 434 CH-5082 Kaisten, Schweiz Phone +41 (0) 62 868 99 33 Fax +41 (0) 62 868 99 50 info-as.ch@basf.com www.master-builders-solutions.basf.ch

DSI Underground Austria GmbH Alfred-Wagner-Strasse 1 A-4061 Pasching/Linz Österreich Phone +43-7229-610 49-0 Fax +43-7229-610 49-80 office@dywidag-systems.at www.dywidag-systems.at

Minova MAI GmbH Werkstrasse 17 A-9710 Feistritz an der Drau Phone +43 (0) 4245/65166-0 info.at@minovaglobal.com www.minovaglobal.com

WEBAC-Chemie GmbH Fahrenberg 22 D-22885 Barsbüttel Phone +49 (0) 40 670 57-0 Fax +49 (0) 40 670 3227 info@webac.de www.webac-grouts.com

Ankersysteme/ Anchor Systems

DSI Underground Austria GmbH Alfred-Wagner-Strasse 1 A-4061 Pasching/Linz Österreich Phone +43-7229-610 49-0 Fax +43-7229-610 49-80 office@dywidag-systems.at www.dywidag-systems.at

Minova MAI GmbH Werkstrasse 17 A-9710 Feistritz an der Drau Phone +43 (0) 4245/65166-0 info.at@minovaglobal.com www.minovaglobal.com

Befestigungstechnik/ Fastening Systems

HALFEN Vertriebsgesellschaft mbH Liebigstraße 14 D-40764 Langenfeld Phone +49 (0) 21 73 9 70-0 Fax +49 (0) 21 73 9 70-2 25 Mail: info@halfen.de Web: www.halfen.de concrete: fixing systems facade: fastening technology framing systems: products and systems

TPH Bausysteme GmbH Nordportbogen 8 D-22848 Norderstedt Phone +49 40 52 90 66 78-0 Fax +49 40 52 90 66 78-78 info@tph-bausysteme.com www.tph-bausysteme.com TPH Bausysteme GmbH c/o Correcta Lang Co GmbH Hamerlingstraße 2a A-3910 Zwettl 616

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Betonmischanlagen/ Concrete Mixing Plants

SBM Mineral Processing GmbH Oberweis 401 A-4664 Oberweis Phone +43 (0) 3612 2703-0 Fax +43 (0) 3612 2703-8109 office@sbm-mp.at www.sbm-mp.at

Faserbeton/ Fibre Concrete KrampeHarex FIBRIN GmbH Lindengasse 20 A-4040 Linz Phone +43 (0) 732 731011 Fax +43 (0) 732 731011-73 info@krampefibrin.com www.krampeharex.com

Gasmessung/ Gas Measurement

Bewehrung/ Reinforcement

KrampeHarex FIBRIN GmbH Lindengasse 20 A-4040 Linz Phone +43 (0) 732 731011 Fax +43 (0) 732 731011-73 info@krampefibrin.com www.krampeharex.com

Bodenstabilisierung/ Soil Stabilization

Keller Grundbau Ges.mbH Mariahilfer Straße 127a A-1150 Wien Phone +43 (0) 1892 3526 Fax +43 (0) 1892 3711 info@kellergrundbau.at www.kellergrundbau.at

Durstmüller GmbH Bergbau- und Drucklufttechnik Salzburger Str. 59 A-4650 Lambach Austria Phone: +43 (0) 7245 28250 office@dula.at www.dula.at

Gebrauchte Tunnel baumaschinen/ Used Tunnel Machinery

Albatros Engineering GmbH Rohrbacherstraße 6 A-4175 Herzogsdorf Phone +43 (0) 7232 34552 0 Fax +43 (0) 7232 34552 213 office@alba.at www.alba.at

Gesteinsaufbereitung/ Aggregate Processing

SBM Mineral Processing GmbH Oberweis 401 A-4664 Oberweis Phone +43 (0) 3612 2703-0 Fax +43 (0) 3612 2703-8109 office@sbm-mp.at www.sbm-mp.at

Injektionstechnik/ Injection Technology

DESOI GmbH Gewerbestraße 16 D-36148 Kalbach/Rhön Tel.: +49 6655 9636-0 Fax: +49 6655 9636-6666 info@desoi.de www.desoi.de

DMI Injektionstechnik GmbH Warmensteinacher Str. 60 D-12349 Berlin Phone +49 30 4174423-40 Fax +49 30 4174423-44 Mail: info@d-m-i.net Web: www.d-m-i.net

DSI Underground Austria GmbH Alfred-Wagner-Strasse 1 A-4061 Pasching/Linz Österreich Phone +43-7229-610 49-0 Fax +43-7229-610 49-80 office@dywidag-systems.at www.dywidag-systems.at

Keller Grundbau Ges.mbH Mariahilfer Straße 127a A-1150 Wien Phone +43 (0) 1892 3526 Fax +43 (0) 1892 3711 info@kellergrundbau.at www.kellergrundbau.at

Minova MAI GmbH Werkstrasse 17 A-9710 Feistritz an der Drau Phone +43 (0) 4245/65166-0 info.at@minovaglobal.com www.minovaglobal.com

Sprengstoffe und Service/Explosives and Service

Austin Powder GmbH Weißenbach 16 A-8813 St. Lambrecht, Austria Phone +43 (0) 3585 2251-0 Fax +43 (0) 3585 2414 office@austinpowder.at www.austinpowder.at

Spritzbeton/Shotcrete

WEBAC-Chemie GmbH Fahrenberg 22 D-22885 Barsbüttel Phone +49 (0) 40 670 57-0 Fax +49 (0) 40 670 3227 info@webac.de www.webac-grouts.com

Literatur/Literature

BASF Performance Products GmbH Niederlassung Krieglach Geschäftsbereich Betonzusatzmittel Roseggerstraße 101 A-8670 Krieglach, Österreich Phone +43 (0) 3855 23 71 0 Fax +43 (0) 3855 23 71 223 office.austria@basf.com www.master-builders-solutions.basf.at

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG Rotherstraße 21 D-10245 Berlin Phone +49 (0) 30 4 70 31-2 00 Fax +49 (0) 30 4 70 31-2 70 E-mail: info@ernst-und-sohn.de Web: www.ernst-und-sohn.de

Monitoring & Datenmanagement/ Monitoring & Data Management

GEODATA Group Hans-Kudlich-Straße 28 A-8700 Leoben Phone +43 (0) 3842 26555-0 Fax +43 (0) 3842 26555-5 office@geodata.at www.geodata.com KRONOS tunnel information, data visulisation and alarming system Geotechnical monitoring and instrumentation Automatic data acquisition

BASF Construction Chemicals Europe AG Geschäftsbereich Admixture Systems Schweiz Hardmattstraße 434 CH-5082 Kaisten, Schweiz Phone +41 (0) 62 868 99 33 Fax +41 (0) 62 868 99 50 info-as.ch@basf.com www.master-builders-solutions.basf.ch

KrampeHarex FIBRIN GmbH Lindengasse 20 A-4040 Linz Phone +43 (0) 732 731011 Fax +43 (0) 732 731011-73 info@krampefibrin.com www.krampeharex.com

MAPEI Austria GmbH Fräuleinmühle 2 A-3134 Nußdorf ob der Traisen Phone +43 (0) 2783/8891 Fax +43 (0) 2783/8893 office@mapei.at www.mapei.at

Staubbindung/ Dust control

Kurita Europe GmbH Giulinistraße 2 D-67065 Ludwigshafen Phone +49 621 5709 3273 info@kurita.eu www.kurita.eu

TBM-Tunnelbau/ TBM-Tunnelling

Herrenknecht AG Schlehenweg 2 D-77963 Schwanau Phone +49 (0) 7824-302-0 Fax +49 (0) 7824-3403 info@herrenknecht.com www.herrenknecht.com

viglconsult ZT Batloggstraße 52a A-6780 Schruns Phone +43 (0)5556/77844-0 office@viglconsult.at www.viglconsult.at

Tunnelabdichtung/ Tunnel Sealing

WEBAC-Chemie GmbH Fahrenberg 22 D-22885 Barsbüttel Phone +49 (0) 40 670 57-0 Fax +49 (0) 40 670 3227 info@webac.de www.webac-grouts.com

Kurita Europe GmbH Giulinistraße 2 D-67065 Ludwigshafen Phone +49 621 5709 3273 info@kurita.eu www.kurita.eu

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Verankerungen/ Fixing Systems

Tunnelbau/ Tunnelling Bochumer Eisenhütte Heintzmann GmbH & Co. KG Klosterstraße 46 D-44787 Bochum Phone +49 (0)234 9118-0 Fax +49 (0)234 9118-228 www.heintzmann.eu

Dipl.-Ing. Bernd Gebauer Ingenieur GmbH Elsenheimerstraße 49 D-80687 München Tel.: +49 (0) 89 126668-0 Fax: +49 (0) 89 126668-55 E-Mail: bgm@bgebauer.de www.bgebauer.de

Herrenknecht AG Schlehenweg 2 D-77963 Schwanau Phone +49 (0) 7824-302-0 Fax +49 (0) 7824-3403 info@herrenknecht.com www.herrenknecht.com

Jäger Bau GmbH Batloggstraße 95 A-6780 Schruns Österreich office@jaegerbau.com www.jaegerbau.com

PORR AG Absberggasse 47 A-1100 Wien Phone +43 (0) 50 626-0 office@porr.at www.porr-group.com

Tunnelbautech nische Beratung/ Consulting in Tunnelling

BERNARD Ingenieure ZT GmbH Bahnhofstrasse 19 A-6060 Hall in Tirol Phone +43 (0) 5223 5840-0 Fax +43 (0) 5223 5840-201 office@bernard-ing.com www.bernard-ing.com

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GEOCONSULT ZT GmbH Hölzlstraße 5 A-5071 Wals bei Salzburg Phone +43 (0)662-65 9 65-0 Fax +43 (0)662-65 9 65-10 office@geoconsult.eu www.geoconsult.eu

iC consulenten Ziviltechniker GesmbH Schönbrunnerstraße 297 A-1120 Wien Phone +43 (1) 521 69-0 Fax +43 (1) 521 69-180 www.ic-group.org

IGT Geotechnik und Tunnelbau ZT GmbH Mauracherstraße 9 A-5020 Salzburg Tel. +43 662 641727 Fax +43 662 641729 21 salzburg@igt-engineering.com http://www.igt-engineering.com

ILF Consulting Engineers Austria GmbH Feldkreuzstraße 3 A-6063 Rum bei Innsbruck Österreich Telefon: +43 / 512 / 24 12-0 Fax: +43 / 512 / 24 12-5900 E-Mail: info.ibk@ilf.com Webpage: www.ilf.com

ZETCON Ingenieure GmbH Beratung, Planung, Management. Seit 1973. Niederlassung München Franziska-Bilek-Weg 9 D-80339 München Phone +49 (0) 89 327 29 67-0 info@zetcon.de www.zetcon.de

Tunnelinstandsetzung/ Tunnel Rehabilitation

Minova MAI GmbH Werkstrasse 17 A-9710 Feistritz an der Drau Phone +43 (0) 4245/65166-0 info.at@minovaglobal.com www.minovaglobal.com

Tunnelkonsolidierung/ Consolidation of Tunnel Constructions

WEBAC-Chemie GmbH Fahrenberg 22 D-22885 Barsbüttel Phone +49 (0) 40 670 57-0 Fax +49 (0) 40 670 3227 info@webac.de www.webac-grouts.com

Vermessung & Tunnelvermessung/ Surveying & Machine Guidance

GEODATA Group Hans-Kudlich-Straße 28 A-8700 Leoben Phone +43 (0) 3842 26555-0 Fax +43 (0) 3842 26555-5 office@geodata.at www.geodata.com TAUROS machine guidance system Tunnel surveying Control measurements

Wasserbau/ Hydraulic Engineering

Tunnelsicherheit/ Tunnel Security IL – Ingenieurbüro Laabmayr & Partner ZT GesmbH Preishartlweg 4 A-5020 Salzburg Phone +43 (0) 662/430703-0 Fax +43 (0) 662/430703-33 office@laabmayr.at www.laabmayr.at

viglconsult ZT Batloggstraße 52a A-6780 Schruns Phone +43 (0)5556/77844-0 office@viglconsult.at www.viglconsult.at

Geomechanics and Tunnelling 9 (2016), No. 6

ILF Consulting Engineers Austria GmbH Feldkreuzstraße 3 A-6063 Rum bei Innsbruck Österreich Telefon: +43 / 512 / 24 12-0 Fax: +43 / 512 / 24 12-5900 E-Mail: info.ibk@ilf.com Webpage: www.ilf.com

BERNARD Ingenieure ZT GmbH Bahnhofstrasse 19 A-6060 Hall in Tirol Phone +43 (0) 5223 5840-0 Fax +43 (0) 5223 5840-201 office@bernard-ing.com www.bernard-ing.com

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Topics Claudia Schmidt

DOI: 10.1002/geot.201620060

Infrastructure – Lifeline of a Modern Society Opening speech at the Austrian Tunnel Day 2016

Infrastruktur – Lebensader einer modernen Gesellschaft Eröffnungsrede zum Österreichischen Tunneltag 2016 I had the opportunity to visit the site of the Brenner Base Tunnel in July as part of a delegation from the European Parliament and admittedly, I was impressed. Like tunnelling, politics is described as a laborious process of slowly drilling through resistance. While every citizen today, educated through Facebook, Twitter and Instagram, feels like an instant expert, on any topic. This does not apply for you, but still the playing field is changing. Another difficulty is certainly, that neither in Brussels nor in Vienna there are any declared tunnelling experts. We formulate projects, demand more than is possible within budget lines, and schedules are generally more dependent on elections than on technical requirements. Now, our problems in Brussels or in Vienna may not bother many here, but unfortunately our problems or our incapability to solve problems affect you directly, sometimes without either of us even noticing it. I am thus very thankful for the invitation and the possibility to be here today to share my perspective and to learn about yours.

Significance of construction works For millennia, construction works have been an expression of power, a show of force and of visible economic and technical potential of a society. In the early days, the technical capability of engineers was setting the limits for what was feasible. Stonehenge, the Pyramids, we still wonder how the engineers were able to move those loads. Kings and Queens, however, did not want to be limited by the capacity of technology: whatever was somehow feasible should and must be achieved. The Egyptians had their pyramids, the Chinese their Wall and the Romans had their aqueducts, baths and their road network. After the classical age, the Gothic cathedrals showed the limits of what was structurally possible, as it was demonstrated by the numerous collapses during the construction phase. The building spree of the National Socialists associated with the Organisation Todt and Albert Speer is also still visible in many areas and particularly in the field of infrastructure. The Second Republic, and this has to be mentioned because we are standing in Salzburg right now, created the Kaprun power station as a technical and social myth.

Trans-European corridors But what will remain of the European Union? What will the so-called greatest peace project on earth leave be-

Ich durfte im Juli die Baustelle des Brennerbasistunnels im Rahmen einer Delegation des Europäischen Parlaments besuchen und muss zugeben, ich war beeindruckt. Nicht unähnlich dem bergmännischen Vortrieb wird Politik wie das langsame Bohren von harten, dicken Brettern beschrieben. Während in heutiger Zeit jeder Bürger, vernetzt durch Facebook, Twitter und Instagram, innerhalb von kurzer Zeit meint, zum Experten zu mutieren, trifft dies für die Tunnelbauer zumindest einmal nicht zu, wobei auch hier als Ausgleich das Umfeld schwieriger wird. Eine Schwierigkeit ist bestimmt, dass es weder in Brüssel noch in Wien ausgewiesene Experten für Tunnelbau gibt. Wir formulieren Projekte, wollen zu viel mit zu wenig Budget, und Zeitpläne hängen generell mehr an Wahlen, denn an technischen Erfordernissen. Jetzt mag es vielen hier egal sein, was wir für Probleme in Brüssel und in Wien haben, aber leider schlagen sich unsere Probleme oder unsere Problemlösungsfähigkeit 1:1 auf Sie durch, manchmal ohne dass wir oder Sie es merken. Ich bin daher sehr dankbar für die Einladung und dass ich hier und heute die Möglichkeit habe, meine Perspektive zu teilen und Ihre zu erfahren.

Bedeutung von Bauwerken Bauwerke sind seit Jahrtausenden der Ausdruck von Macht, Machtanspruch und Leistungsfähigkeit einer Gesellschaft. Wobei die technische Leistungsfähigkeit der Ingenieure über Jahrtausende stets die Grenzen des Machbaren vorgab. Stonehenge, die Pyramiden, nach wie vor rätseln wir, wie die Ingenieure diese Lasten bewegen ließen. Herrschende wollen naturgemäß nicht durch die Leistungsfähigkeit der Technik beschränkt sein, je mächtiger desto weniger; das gerade noch irgendwie Machbare soll und muss realisiert werden. Die Ägypter haben ihre Pyramiden, die Chinesen ihre Mauer und die Römer ihre Aquädukte, Bäder und ihr Straßennetz. Nach der Antike waren es vor allem die gotischen Kathedralen, die den Herrschaftsanspruch der Kirche in Europa mit der Grenze des gerade noch statisch Machbaren signalisieren sollten. Zahlreiche Einstürze während der Bauphasen zeugen davon. Die Bauwut der Nationalsozialisten rund um die Organisation Todt und Albert Speer ist ebenfalls in vielen Bereichen, gerade im Infrastrukturbereich, noch gut sichtbar. Die zweite Republik, und gerade in Salzburg muss es erwähnt werden, hat das Kraftwerk Kaprun als technischen und gesellschaftlichen Mythos geschaffen.

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hind? The only big construction programme, which is carried out by the largest and richest economic area that ever existed on earth are the Trans-European Corridors. Like the Roman road network, these corridors will be significant and influence the economy for hundreds of years. For the first time since Roman times, transport infrastructure is connecting the continent – not only above but also below ground. Projects like the Semmering, Koralm, Brenner Base, Lyon-Turin and Fehrman Belt tunnels amount to more than 200 km. Apart from the Koralm and Semmering tunnels, all these are international projects, and even those two tunnels connect federal states. Whether the pyramids or the Great Wall of China, construction was always driven forward with a huge input of labour and resources, no matter how costly is has been. The structure should be unique, the rest were minor details. Today, structures should above all be cheap, although still complying with the latest technical standards, introducing new safety standards – and on top of that they should be environmentally friendly and ideally invisible to the local inhabitants. Too little money, environmental impact assessments which represent practically every concerned third party, leading to numerous variants and redesigns to satisfy every citizen’s initiative. That’s one reason why major Western European projects need planning periods of over 15 years. And that is without even mentioning the decades of political discussion before. The difficulty of implementing major projects shows well the problems we have as a society and the concentration of the European Union on the nine key corridors illustrates the smallest common denominator for Europe. These days, nothing else demonstrates the condition of a society and its capability of making and implementing decisions better than major infrastructure projects. Technical problems can be solved but it is the social component which worries me. Regardless if you take the Koralm, Semmering or Brenner Base Tunnel, from a technical point of view they would have been feasible some 20, 30, 40 or even 50 years ago, but not politically. A common European objective, as well as collaborative financing was needed in order to start connecting the continent. The corridors shall be finished in 2030 but will the European Union still exist in the decades to come? Unfortunately this question cannot be answered. I truly hope so, and as a Member of the European Parliament I have the means to contribute to the future of the European Union on a small scale, but there is no certain outcome. What can be said with certainty is, that these corridors will still be there, that people and companies will settle along those corridors and that these new main arteries will be the key legacy of the European Union, regardless of any other developments. This is, in my opinion, a good and fitting legacy for the European Union, and it is an honour to contribute. Transport routes connect people, distances shrink, understanding grows, the borders of the continent fade away and wealth is generated. Countless opportunities for citizens and companies will arise. What embodies the European peace project better than connecting the Member States and its people?

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Transeuropäische Korridore Doch was bleibt von der Europäischen Union, was hinterlässt das sogenannte Friedensprojekt? Das einzige Bauprogramm, das einzige Sichtbare, was der größte und reichste jemals existierende Wirtschaftsraum der Erde hervorbringt, sind die Transeuropäischen Korridore. Ähnlich dem alten römischen Straßennetz werden auch diese Korridore noch in hunderten von Jahren eine Rolle spielen und das Wirtschaftsleben prägen. Erstmals seit der Römerzeit wächst der Kontinent verkehrstechnisch wieder zusammen. Nicht nur über der Erde sondern auch unter Tage. Mit den Tunnelprojekten Semmering, Koralm, Brenner Basis, Lyon-Turin und Fehrman Belt alleine sollen bis 2028 über 200 km Hochleistungstunnelstrecken realisiert werden. Abgesehen von Koralm und Semmering sind alle anderen länderübergreifende Projekte, und auch Semmering und Koralm haben, wenn man an unsere schwierigen Bundesländer denkt, eine verbindende Geschichte. Ob Pyramiden oder Chinesische Mauer, früher wurde durch massiven Einsatz von Arbeitskraft und Ressourcen die Verwirklichung, koste es was es wolle, vorangetrieben. Das Bauwerk sollte einzigartig sein, der Rest war egal. Heute sollen Bauwerke vor Allem billig sein, sich dabei am neusten technischen Stand bewegen, sicherheitstechnisch neue Standards setzen, die Umwelt schonen und für die anrainende Bevölkerung sollen sie im besten Falle unsichtbar sein. Zu wenig Mittel, Umweltverträglichkeitsprüfungen mit Parteistellung für praktisch jeden Besorgten und zig Trassenvarianten und Umplanungen aufgrund von Bürgerinitiativen führen zu Vorläufen von über 15 Jahren. Wohlgemerkt, ohne die vorangegangen Jahrzehnte politischer Diskussion mitzuzählen. Die Schwierigkeit, Großprojekte durchzusetzen, zeigt gut, welche Probleme wir als Gesellschaft haben, und die Fokussierung der Europäischen Union auf die neun Kernkorridore offenbart ebenfalls, was der kleinste gemeinsame Nenner Europas ist. Nirgendwo sonst zeigt sich die Verfasstheit einer Gesellschaft, ihre Fähigkeit Entscheidungen zu treffen und umsetzen, so wie bei großen Infrastrukturvorhaben. Die technischen Probleme sind lösbar, es sind die gesellschaftlichen, um die ich mir Sorgen mache – egal ob Koralm-, Semmering oder Brenner Basistunnel. Technisch wären sie vor 20, 30, 40 oder 50 Jahren natürlich auch schon machbar gewesen, politisch nicht. Dazu bedurfte es der gemeinsamen Europäischen Zielsetzung, dazu bedurfte es der Europäischen Union und nicht zuletzt der gemeinsamen Finanzierung. Ob es diese Europäische Union in hundert Jahren noch immer geben wird, kann leider nicht beantwortet werden. Ich wünsche es mir, und ich bin in meiner Position zumindest so privilegiert, dass ich einen kleinen, kleinen Beitrag dazu leisten kann. Was man allerdings sicher behaupten kann, ist, dass diese Korridore erhalten bleiben, dass sich Menschen und Unternehmen entlang der Korridore ansiedeln werden und unabhängig von den weiteren Entwicklungen unseres Kontinents, diese neun Kernadern das Vermächtnis der Europäischen Union sein werden. Es ist meiner Meinung nach ein schönes und passendes Vermächtnis, an dem Sie

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Costs of the trans-European network I am a member of the transport and infrastructure committee and I also have a seat in the budgetary control committee. The activities in those committees shape my perspective. In the transport committee, discussion of the trans-European networks is mainly linked with sufficient financing, during the so called implementation phase. According to a cost estimate of the European Commission in 2013, we will need 500 billion Euros by 2030 to implement the key corridors. Including the complementary networks, construction costs alone sum up to 1.5 trillion Euros. But in the financial period 2014 to 2020, a little less than 24 billion Euros were granted through the Connecting Europe Facility. The prospects regarding an increase in the upcoming financial period from 2021 onwards are not promising. So we are facing a considerable delta and another range of problems. For example, we are building a Brenner Base Tunnel for more than 8 billion Euros but our neighbours in Bavaria are only just starting to think about possible approach routes. Why am I telling you this? I want to point out, that solving these problems is of the greatest importance in order to be able to make use of the technical solutions you are discussing later on.

Democratic collaboration opportunities Before I address the financial problems, I want to discuss the briefly mentioned and in my opinion very serious problem in our current society. In addition to technological skepticism, which is prevalent above all in Central Europe, we have ever more to deal with an excessive individualism, sometimes taken to extremes. Construction projects, which are relevant and necessary for society as a whole, are discussed, and assessed through an individual point of view. However important freeways, railway lines, electricity transmission lines or – in the future – also drone corridors are or will become, those directly affected only see the disadvantages. Only very few see the overall economic advantages or the necessity for society. Promoted by the Club of Rome and other zerogrowth organisations, which themselves show remarkable growth by the way, a negative tone is expanding. Individuals will no longer invested in the future, they mistrust the government and their fellow citizens, and planning covers only the next few years, at most. The main driving force is independence. We are almost living in a motorised Biedermeier. As a consequence, infrastructure projects will be hindered or increasingly prevented by referendums, protest movements or environmental organisations – all of this going hand in hand with shrinking participation. On top of that, this development is sold as an opportunity for increased democratic participation. The opposite is actually the truth! Democracy lives and functions through majority decisions, and it is our declared aim to create better conditions for all people. It has, it is and it will remain the task of elected representatives, who have to take responsibility for their decisions. It is ridiculous, just as an example, to allow a single village in Tyrol to decide about the fate of a

arbeiten, an dem Sie auch einen großen Anteil haben. Verkehrswege fördern den Austausch, Distanzen schrumpfen, das Verständnis wächst, die Binnengrenzen lösen sich auf und Wohlstand wird generiert. Es werden unzählige Möglichkeiten für Bürger und Unternehmer geschaffen. Was passt besser zum Friedensprojekt Europa als die Verbindung der Länder?

Kosten der Transeuropäischen Netze Ich bin Mitglied im Transport und Infrastrukturausschuss sowie im Haushaltskontrollausschuss. Diese beiden Tätigkeiten bestimmen natürlich auch meine Perspektive. Im Transportausschuss dreht sich hinsichtlich der Transeuropäischen Netzwerke alles um die Finanzierung und Realisierung derselben. Der Verlauf der Transeuropäischen Netze wurde 2013 von den Mitgliedsstaaten und dem Europäischen Parlament festgelegt, nun geht es um die Umsetzung. Laut europäischer Kommission brauchen wir für die Realisierung der Kernkorridore bis 2030 500 Milliarden Euro, zu Preisen von 2013 gerechnet. Inkl. der Komplementärnetze wird von Baukosten in der Höhe von 1,5 Trillionen Euro ausgegangen. In der Finanzierungsperiode 2014 bis 2020 wurden im EU Budget über die Connecting Europe Facility knappe 24 Milliarden Euro dafür zur Verfügung gestellt. Es sieht nicht danach aus, dass es in der Finanzierungsperiode 2020 bis 2026 mehr werden wird. Wir haben also ein erhebliches Delta und noch eine Reihe anderer Probleme. Zum Beispiel bauen wir für mehr als 8 Milliarden Euro einen Brenner Basistunnel, aber unsere lieben Nachbarn aus Bayern fangen erst jetzt an, sich Gedanken über mögliche Trassen für die Zulaufstrecken zu machen Diese Probleme zu lösen ist von größter Bedeutung dafür, die hier besprochenen technischen Lösungsansätze auch anzuwenden zu können.

Demokratische Mitwirkungsmöglichkeiten Bevor ich auf das finanzielle Problem eingehe, möchte ich auf das vorher kurz angeschnittene und meiner Meinung nach schwerwiegendere Grundproblem unserer momentanen Gesellschaft eingehen. Neben der vor allem in Mitteleuropa verbreiteten Technologieskepsis haben wir es immer mehr und teilweise bereits in einem irren Ausmaß mit einer überzogenen Individualisierung zu tun. Gesellschaftlich relevante und notwendige Bauvorhaben werden mittlerweile fast ausschließlich durch die individuelle Brille betrachtet. So wichtig Autobahnen, Eisenbahnstrecken, Stromtrassen und künftig wohl auch Drohnenkorridore sind beziehungsweise sein werden, direkt Betroffene sehen nur den eigenen Nachteil, den gesamtwirtschaftlichen Vorteil beziehungsweise die gesellschaftliche Notwendigkeit sehen die Wenigsten. Befeuert vom Club of Rome und anderen Nullwachstumsorganisationen, die selbst ein erstaunliches Wachstum aufweisen, macht sich eine negative Grundstimmung breit. Man will nicht mehr in die Zukunft investieren, man misstraut Staat und Gesellschaft und plant höchstens für die nächsten paar Jahre voraus, Hauptsache unabhängig. Wir leben quasi in einem motorisierten Biedermeier.

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whole corridor connecting the North Sea to the Mediterranean. In order to avoid any misunderstanding, no-one should be deprived of their individual rights but personal concern, fear or chosen lifestyle cannot be allowed to cause unreasonable damage to the general interest. Therefore infrastructure projects cannot continue to be the victims of democracy o consternation”. The Swiss have demonstrated how it can be done differently and it shall serve as a blueprint. Everyone is talking about the technical achievement of the Gotthard, but its financing and legitimation in two binding referendums were a masterpiece too. Oh well, the Swiss have a few hundred years of experience in individual responsibility, we still have a lot to catch up to. In truth, we are still miles behind in Europe. We have made ourselves comfortable. The status quo has to be maintained under all circumstances and the bigger picture is lost. Everyone is demanding something, remains stubborn in their sector and has lost sight of the big picture. As if the trades on a construction site could simply work without coordination, without a schedule and simply carry on without knowing the overall plan at all.

Financing of the European corridors The Commission speaks of estimated 500 billion for the construction of the key corridors by 2030. The Member States agreed on that project, but a year later only 24 billion were granted. The last time I checked my books, this cannot work, but there was no outcry, it was simply accepted. Did you know that if you count together all taxes ever invented under the title “for the maintenance and improvement of our infrastructure in Austria”, then transport companies and car drivers alone are paying something over 13 billion Euros in taxes every year, but not even the current value of the truck toll is invested in our major road network. If you count together local roads, A and B state roads and freeways, barely 4 billion are spent each year for new roads and road maintenance. As Austria we could therefore afford a Brenner Base Tunnel each year on our own. Instead, we permit ourselves an intransparent doubleand triple grant system. Since Austria is not an exception to the rule, but rather an example, the Commission started to replace traditional grant money with liabilities. Through the Juncker Fund, the Commission is trying to Bring, above all, the institutionalised private investors on board. Insurance companies like Allianz, Münchner Rück, Wiener Städtischen etc. alone manage assets of 8.5 trillion Euros worldwide. One third of this is invested in government bonds, which deliver negative interest. We welcomed them all in Brussels to discuss the Juncker Fund in December 2014. The CEOs were all relatively unanimous. They do not want or need any state incentives in order to invest in infrastructure. The lifecycle of freeways and rolling stock is 20 to 30 years, exactly the time range that has to be covered by life and pension insurance providers. The demand and the will are there, but it is stopped by public opinion. Public Private Partnership is the chlorinated chicken and hormone meat of infrastructure fi-

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Folglich werden in immer stärkeren Ausmaß Infrastrukturprojekte durch Volksabstimmungen, Bürgerinitiativen oder Umweltverbände be- oder verhindert, und das bei und trotz ständig sinkenden Mitwirkungs- und Entscheidungsquoren. Verkauft wird der ganze Wahnsinn mit einem Mehr an demokratischer Mitwirkungsmöglichkeit. Das Gegenteil ist der Fall! Demokratie lebt und funktioniert durch Mehrheitsentscheidungen, es ist unser aller erklärtes Ziel, für alle Menschen bessere Bedingungen zu schaffen. Das ist und muss auch die Aufgabe von gewählten Abgeordneten bleiben, die dafür auch die Verantwortung zu übernehmen haben. Es macht keinen Sinn, wenn zum Beispiel ein einzelnes Dorf in Tirol über das Schicksal eines Korridors entscheidet, der die Nordsee mit dem Mittelmeer verbindet. Um nicht falsch verstanden zu werden, niemandem soll sein individuelles Recht streitig gemacht werden, aber persönliche Betroffenheit, Angst oder gewählte Lebensweise darf zugleich der Allgemeinheit keinen unzumutbaren Schaden zufügen. Darum dürfen Infrastrukturprojekte nicht ständig der „Betroffenheitsdemokratie“ zum Opfer fallen. Wie es anders geht haben die Schweizer als Blaupause geliefert. Jeder spricht über die technische Leistung am Gotthard, aber auch seine Finanzierung und seine Legitimation durch zwei bindende Volksabstimmungen sind ein Meisterwerk. Na gut, die Schweizer haben mit Eigenverantwortung schon ein paar hundert Jahre Erfahrung, da haben wir noch Aufholbedarf. In Wahrheit sind wir in Europa meilenweit davon entfernt. Wir haben es uns bequem gemacht. Der Status Quo soll unter allen Umständen erhalten werden, und der Gesamtblick geht verloren. Jeder fordert etwas, bleibt stur in seinem Sektor und verliert das große Ganze aus den Augen. Als ob auf einer Baustelle die Gewerke einfach ohne Koordinierung, ohne die Zeitpläne oder überhaupt den Gesamtplan zu kennen, einfach vor sich hinarbeiten.

Finanzierung der europäischen Korridore Die Kommission spricht von 500 Milliarden für die Errichtung der Kernkorridore bis 2030. Die Mitgliedsstaaten einigen sich auf das Projekt und dann werden ein Jahr später 24 Milliarden zur Verfügung gestellt. Diese Rechnung geht nicht auf, es gab aber auch keinen Aufschrei, man akzeptiert es einfach. Zählt man alle Steuern zusammen die unter dem Titel „Für den Ausbau und Erhalt unserer Infrastruktur in Österreich“ jemals erfunden wurden, dann zahlen alleine Frächter und Autofahrer jedes Jahr etwas über 13 Milliarden Euro. Investiert wird in unser hochrangiges Straßennetz nicht einmal der Gegenwert der Lkw-Maut. Zählt man alles zusammen also Gemeindestraßen, Landesstraßen A und B sowie Autobahnen dann werden knappe 4 Milliarden pro Jahr für Neubau und Erhalt ausgegeben. Wir könnten uns also auch als Österreich alleine jedes Jahr einen Brenner Basistunnel leisten. Stattdessen leisten wir uns ein intransparentes Doppel- und Dreifach Fördersystem. Nachdem es nicht nur bei uns in Österreich so aussieht, wird nun von Seiten der Kommission versucht, die traditionellen Fördergelder durch Haftungen zu ersetzen. Über den Juncker Fonds

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nancing. We rather invest our life insurances in American and Asian infrastructure projects than in projects at home. Making things worse, insurers have to back up government bonds with 25 % of their equity and investments in infrastructure with 75 %. You don’t have to be a financial expert to solve that equation. So we decided to build the Trans-European Network, with some exceptions one of the few undisputed projects of the Union, but we cannot manage to provide the funding. We even still allow decisions to be made with conventions from the last century. What do I mean by that?

Inner-European borders A modern Taurus locomotive of Austrian Railways Agency ÖBB consists of about 0,000 individual parts. These are manufactured all over the world, partially assembled in intermediate plants and then finally assembled in one of the large plants in Europe. Private companies are gladly entrusted with research, development and production, however, driving this locomotive from station A to station B, can of course only be done by the state owned company, ideally as a monopoly. If you speak to DHL, UPS and other large logistics companies, you hear repeatedly “we would like to do more by rail, but the average speed of freight trains on the main European freight axes, take note, is 18 km/h. You also have to add unforeseeable waiting times on borders to this equation”. 150 years ago, it was possible to travel around Europe with one locomotive, but these days, the ÖBB can-

probiert die Kommission unter anderem die institutionalisierten privaten Geldgeber ins Boot zu holen. Alleine im Versicherungsbereich mit Allianz, Münchner Rück, Wiener Städtischen usw. wird ein Vermögen von 8,5 Trillionen Euro weltweit verwaltet. Ein Drittel davon wird in Staatsanleihen investiert, die Minuszinsen liefern. Wir hatten sie, anlässlich der Diskussionen um den Junckerfonds im Dezember 2014, alle in Brüssel. Die CEOs waren sich hier relativ einig. Sie wollen und brauchen keine staatlichen Anreize, um in die Infrastruktur zu investieren. Die Lebensdauer von Autobahnen und schienengebunden Systemen liegt mit 20 bis 30 Jahren genau in der Spanne, welche die Lebensversicherungen und Pensionsversicherer abdecken müssen. Der Bedarf und der Wille sind da, aber es scheitert an der öffentlichen Meinung. Public Privat Partnership ist das Chlorhuhn und Hormonfleisch der Infrastrukturfinanzierung. Wir investieren mit unseren Lebensversicherungen lieber in amerikanische und asiatische Infrastrukturprojekte als in Projekte bei uns daheim. Nach wie vor müssen die Versicherer Staatsanleihen mit 25 % Eigenkapital hinterlegen und Investitionen in Infrastruktur mit 75 %. Man muss jetzt kein Finanzmathematiker sein, um die Gleichung zu lösen. Wir beschließen die Transeuropäischen Netze, eines der wenigen – von ein paar Ausnahmen abgesehen – unumstrittenen Projekten der Union, aber wir schaffen es nicht, die Finanzierung auf die Beine zu stellen. Wir lassen sogar immer noch zu, dass wir mit Einstellungen aus dem vorigen Jahrhundert Entscheidungen treffen. Was meine ich damit?

Intelligent building connects people.

Building with passion and skill. Every project is different and requires individual planning and execution. The skills and dedication of every individual are the decisive factors in a project’s success. For more than 145 years PORR has been synonymous with exceptional competency in every area of the construction business – its expertise, dedication and team spirit always pay off. porr-group.com

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not bring a special Taurus train to Paris for the world climate change conference because there are too many different voltages and train control systems. The Taurus engine can actually work with three different voltage systems and there is the uniform train control system ERTMS, massively promoted by the European Union through grants, but in reality, there are still 26 different versions. The so-called Fourth Rail Package was initially designed to help the railway sector through liberalisation and harmonisation to gain competitiveness against other modes of transport, namely road and air. Since nearly all former state railways enjoy a special relationship with their respective infrastructure ministers, the proposal of the Commission was delayed, amended and weakened during the negotiations in and with the Council. Some state railways defended their national borders with such high efficiency and vigour as if we were still writing the year 1916. Today, you will talk about technical progress, further development and experience while I fly back to Brussels and negotiate about how we can even maintain the current status. There is neither a learning curve nor further development of proven models. Each generation of politicians has to start at point zero. Even the question which political system is more legitimate has to be renegotiated again and again. For this reasons, it is not always possible to construct a new tunnel in line with the latest technology: nowadays, it is already a success if you can actually start the construction. Nonetheless, there are a few, mostly unknown, Members of the European Parliament, from various Member States, who are doing everything in their power to breathe life into the realisation of the Trans-European Networks and the idea behind them. Together, each and every one of us in our respective sectors, we have the chance to collaborate on this historic European project. Unfortunately, I do not know what the equivalent is in your sector but as the saying goes in politics: “Never try to exhaust the subject and above all never exhaust the audience.” I wish you and all of us an exciting event.

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Mag. Claudia Schmidt MEP European Parliament Rue Wiertz Altiero Spinelli 08F155 1047 Brussels Belgium claudia.schmidt@europarl.europa.eu

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Innereuropäische Grenzen Eine moderne Tauruslok der ÖBB besteht aus ca. 30.000 Einzelteilen. Diese werden in der ganzen Welt hergestellt, teilweise in Zwischenwerken bereits vereint und dann in einem der größeren Werke endmontiert. Die Entwicklung/Forschung und Fertigungsschienen traut man privaten Unternehmen locker zu. Diese Lokomotive dann von Bahnhof A nach Bahnhof B zu chauffieren, das kann freilich nur der Staat, am besten als Monopol. Wenn man mit DHL, UPS und anderen großen Logistikern spricht, dann hört man immer wieder, „wir würden gerne mehr mit der Bahn machen, aber die durchschnittliche Geschwindigkeit eines Güterzuges auf den europäischen Hauptfrachtachsen wohlgemerkt, beträgt 18 km/h. Dazu kommen noch unplanbare Grenzwartezeiten“. Vor 150 Jahren konnte man mit einer Lokomotive noch durch ganz Europa fahren, heute scheitern die ÖBB daran, einen Taurussonderzug nach Paris zur Weltklimakonferenz zu bringen – zu viele verschieden Strom- und Zugleitsysteme. Dabei kann der Motor drei verschiedene Systeme verarbeiten und in Europa gäbe es eigentlich das einheitliche von der europäischen Union massiv geförderte Zugleitsystem ERTMS. Eigentlich, aber in der Realität gibt’s dann doch wieder 26 verschiedene Versionen. Auch im Hinblick auf die Transeuropäischen Netze war man bemüht im Zuge des vierten Eisenbahnpakets die Liberalisierung und Harmonisierung der Schiene voranzutreiben, um sie im Vergleich zu Straße und Luft konkurrenzfähig zu machen. Nachdem sich die ehemaligen Staatsbahnen aber alle einen Infrastrukturminister halten, wurde in einem zähen Abwehrkampf im Rat vieles verzögert und aufgeweicht. Manche Staatsbahnen verteidigen ihre Ländergrenzen so hocheffizient und aggressiv, als ob wir das Jahr 1916 schreiben würden. Sie sprechen heute über technische Fortschritte, Weiterentwicklungen und Erfahrungen, während ich zurück nach Brüssel fliege und mich darüber unterhalte, wie wir den aktuellen Status überhaupt aufrechterhalten können. Ein Lernen und ein Weiterentwickeln bewährter Modelle gibt es nicht. Jede Politikergeneration muss erneut die Mehrheit der Bürger überzeugen. Selbst die Systemfrage stellt sich immer wieder aufs Neue. Auch deshalb ist es nicht immer möglich, das technisch Machbare auch tatsächlich zu realisieren. Trotzdem, es gibt in Brüssel einige, Ihnen wahrscheinlich unbekannte, Abgeordnete aus aller Herren Mitgliedsländer, die in Ihrem Rahmen alles versuchen, um den Beschluss der Transeuropäischen Netze und der dahinterstehenden Idee Leben einzuhauchen. Gemeinsam haben wir, jeder in seinem Sektor, die einmalige Chance, tatsächlich an einem historischen europäischen Projekt mitzuarbeiten. Ich weiß leider nicht, was das Pendant in ihrer Zunft ist, aber Sie wissen ja: Versuch nie das Thema zu erschöpfen und erschöpfe vor allem nie das Publikum. Ich wünsche Ihnen, uns allen, eine spannende Veranstaltung

Topics Andreas Rath Günter Osthoff

DOI: 10.1002/geot.201600056

Restructuring of the Stuttgart Rail Node – Successes and challenges through the example of the Ober- and Untertürkheim Tunnels Neuordnung Bahnknoten Stuttgart – Erfolge und Herausforderungen am Beispiel der Tunnel nach Ober- und Untertürkheim The tunnels to Obertürkheim and Untertürkheim, part of the restructuring of the Stuttgart rail node, run completely through the built-up valley of Stuttgart and are being excavated with excavator and blasting. The article describes the possibilities and limits of blasting technology under the given local conditions. For the sections passing below residential areas, various methods of modern detonation and blasting technology have been tried and used in order to reduce the emissions of noise and vibration to the minimum possible. At the same time it was also necessary to minimise the loosening of the gypsum Keuper rock mass. The tunnels will be the first underground crossing of the River Neckar in Stuttgart. A section 500 m long will pass beneath the bed of the Neckar and its former courses in the current harbour area, with cover between only 8 m and 20 m. The branch structures that separate the tunnels to Ober- and Untertürkheim are also in this section, with the Neckar being crossed by altogether four individual tunnels at two levels. The prevailing geological conditions permitted an optimisation of the excavation of the branch structures without the originally intended pillar tunnel, which also reduced the construction time influence of this tunnel section.

1 General The works for the restructuring of the Stuttgart rail node (“Stuttgart 21”) started in 2011. This rail and city development project goes back to a project idea from the year 1988 from the then professor of transport engineering in Stuttgart, Prof. Gerhard Heimerl. In the intervening 25 years, the project can look back on an eventful history. The recent history of the project area in Stuttgart has been the object of numerous discussions and protests influenced by parties and society. The technical challenges and successes reported in this article also have to be seen against the background of these unusual constraints to the development of the project for all those involved.

2 Restructuring of the Stuttgart rail node, contracts 1A and 1B The project area of the new line from Stuttgart to Ulm is divided into the sections “Restructuring of the Stuttgart rail node” and “New line Wendlingen-Ulm” (Figure 1). As part of the restructuring of the Stuttgart rail node, the

Die Tunnel nach Ober- und Untertürkheim, Bestandteil der Neuordnung des Bahnknotens Stuttgart, verlaufen durchwegs in der innerstädtischen Stuttgarter Tallage und werden im Bagger- und Sprengvortrieb aufgefahren. Der Beitrag zeigt die Möglichkeiten und Grenzen der Sprengtechnik bei den gegebenen Randbedingungen auf. Für die Unterfahrung der betroffenen Wohngebiete werden unterschiedliche Ansätze der modernen Zünd- und Sprengtechnik erprobt und eingesetzt, um die Lärm- und Erschütterungsemissionen auf ein mögliches Minimum zu reduzieren. Im gleichen Maß gilt es hierbei auch, die Gebirgsauflockerungen im anstehenden Gipskeuper zu minimieren. Mit den Tunneln erfolgen in Stuttgart erstmalig bergmännische Unterquerungen des Neckars. Auf einem Abschnitt von rund 500 m werden das NeckarFlussbett sowie die früheren Flusslagen im heutigen Hafengebiet mit Überdeckungen zwischen lediglich 8 und maximal 20 m unterfahren. Innerhalb dieses Teilabschnitts liegen auch die Verzweigungsbauwerke zur Auftrennung der Tunnel nach Ober- bzw. Untertürkheim, wodurch der Neckar mit insgesamt vier Einzelröhren in zwei Ebenen unterfahren wird. Die anstehenden geologischen Verhältnisse erlaubten eine Optimierung zur Auffahrung der Verzweigungsbauwerke ohne die ursprünglich vorgesehenen Pfeilerstollen, wodurch auch der Bauzeiteinfluss dieses Vortriebs abschnitts reduziert wird.

1 Allgemeines Im Jahr 2011 starteten die Arbeiten vor Ort zur Realisierung der Neuordnung des Bahnknotens Stuttgart („Stuttgart 21“). Bei diesem Bahn- und Stadt-Entwicklungsprojekt handelt es sich um die Realisierung einer Projektidee aus dem Jahr 1988 des damaligen Verkehrswesen-Professors in Stuttgart, Prof. Gerhard Heimerl. In den mittlerweile über 25 Jahren kann das Projekt auf eine bewegte Geschichte zurückblicken. Der Projektraum Stuttgart ist von Anbeginn der jüngeren Projektgeschichte Gegenstand zahlreicher parteiund gesellschaftspolitisch beeinflusster Diskussionen und Proteste. Die im vorliegenden Beitrag behandelten technischen Herausforderungen und Erfolge müssen auch vor dem Hintergrund dieser für alle Beteiligten besonderen Rahmenbedingungen der Projektabwicklung bewertet werden.

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Fig. 1. Overview of the new line Stuttgart – Ulm (graphic: Deutsche Bahn) Bild 1. Übersicht Neubaustrecke Stuttgart – Ulm (Grafik: Deutsche Bahn)

joint venture ATCOST21 has been awarded two large tunnel contracts by German Railways DB, Projektgesellschaft Stuttgart-Ulm (DB-PSU): – The approx. 9.3 km long twin-bore Filder Tunnel (contract 1A) and – The tunnels to Ober- and Untertürkheim, each about 5.6 km long (contract 1B).

2 Neuordnung Bahnknoten Stuttgart, Lose 1A und 1B Der Projektraum der Neubaustrecke Stuttgart-Ulm ist in die Teilabschnitte „Neuordnung Bahnknoten Stuttgart“ sowie „NBS Wendlingen-Ulm“ unterteilt (Bild 1). Im Rah-

The total of about 30 km of tunnels are being excavated half mechanically and half conventionally (Figure 2). The joint venture ATCOST21 consists of the construction companies Porr Bau GmbH (lead), Porr Deutschland GmbH, G. Hintegger & Söhne, Baugesellschaft m.b.H., Östu-Stettin Hoch- und Tiefbau GmbH and Swietelsky Tunnelbau Ges.m.b.H. & CO KG Due to the dependence of all construction sections in Stuttgart on an overall groundwater management system, tunnelling works on these contracts started in October 2013. From the award at the end of July 2011 until this date, activities on site were mostly dominated by design work including adaptations to revised regulations and safety requirements, discussions with authorities, work preparation and the necessary site facilities. By summer 2016, almost 11 km and thus more than 35 % of the entire tunnel distance had been driven on both contracts. Current information about construction progress for each section is published online on the homepage “www.bahnprojekt-stuttgart-ulm.de”.

3 Ober-/Untertürkheim Tunnels Tunnelling works in the tunnels to Ober- and Untertürk heim started in June 2014, preceded by preparatory works

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Fig. 2. Overview of contract 1A, Filder Tunnel and contract 1B, feeder s to Ober-/Untertürkheim (graphic: ATCOST21) Bild 2. Übersicht Los 1A, Fildertunnel und Los 1B, Zuführung Ober-/Untertürkheim (Grafik: ATCOST21)

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including a 37 m deep shaft with a diameter of 22 m to provide an intermediate starting point. After only a few metres of the 110 m long access tunnel, it turned out that the water ingress, which came from the transition between leached and unleached gypsum Keuper, was sustainably more than the maximum water quantity laid down by the approval authority. In order to avoid this aquiferous leached zone in the crown, the client made a decision to first lower the crown of the access tunnel (Figure 3) to avoid an approval conflict, and then to lower the main tunnel in this area, which was then redesigned and handed in for approval. This measure – an alteration of the vertical alignment of up to 4 km during the construction phase of a rail tunnel – affected a distance of about 2.5 km in each tunnel including branch and connection structures. The tunnelling works mostly continued during the planning variation and approval process: the client undertook, based on the tender design from ATCOST21 (stepped fullface excavation with short ring closure within four rounds), a parallel design for an advanced top heading. This adapted top heading advance could be built within the old approval conditions, which kept the delays during the approval and redesign phases for the new depth to a minimum.

3.1 Design and construction of the branch structure at Wangen The tunnelling works delivered consistently positive findings regarding rock mass and settlement behaviour. In these sensitive sections through the existing urban area and passing below infrastructure, the surface settlements under a cover of less than 30 m declined to single figures of millimetres. The predicted values for the favourable range of rock mass parameters were thus bettered and confirmed to be on the safe side. With the knowledge gained from the first tunnel sections, but also considering the already described delays at the start of the main drives, alternatives were intensively sought to make targeted design and construction changes to save time and money. One particularly effective example is the changed design of the branch structure at Wangen directly under the River Neckar.

Fig. 3. Access tunnel for intermediate starting point in the Ulmer Straße with lowered top heading (photo: ATCOST21) Bild 3. Zugangstunnel Zwischenangriff Ulmer Straße mit abgesenkter Kalotte (Foto: ATCOST21)

men der Neuordnung des Bahnknotens Stuttgart errichtet die Arbeitsgemeinschaft ATCOST21 zwei Tunnel-Großbaulose im Auftrag der Deutschen Bahn, Projektgesellschaft Stuttgart-Ulm (DB-PSU): – Der rund 9,3 km lange zweiröhrige Fildertunnel (Los 1A) sowie – Die jeweils 5,6 km langen Tunnel nach Ober- und Untertürkheim (Los 1B). Die damit gesamt rd. 30 km Tunnelstecken werden jeweils zur Hälfte in maschinellem und konventionellem Vortrieb aufgefahren (Bild 2). Die Arbeitsgemeinschaft ATCOST21 setzt sich zusammen aus den Bauunternehmen Porr Bau GmbH (Federführung), Porr Deutschland GmbH, G. Hintegger & Söhne, Baugesellschaft m.b.H., Östu-Stettin Hoch- und Tiefbau GmbH, Swietelsky Tunnelbau Ges.m.b.H. & CO KG Aufgrund der Abhängigkeit aller Bauabschnitte in Stuttgart von einem übergeordneten Grundwassermanagementsystem erfolgte der Start der Vortriebsarbeiten in diesen Baulosen im Oktober 2013. Bis dahin wurden seit der Vergabe Ende Juli 2011 die Tätigkeiten vor Ort von Planungen einschließlich Anpassungen an geänderte Regelwerke und Sicherheitsanforderungen, Behördenabstimmungen, für Arbeitsvorbereitungen sowie die erforderlichen Baustelleninstallationen dominiert. Mit Sommer 2016 sind in den beiden Losen knapp 11 km und damit über 35 % der Vortriebsstrecken aufgefahren. Aktuelle abschnittsbezogene Informationen zum Baugeschehen sind auf der Hompage „www.bahnprojektstuttgart-ulm.de“ veröffentlicht.

3 Tunnel Ober-/Untertürkheim In den Tunneln nach Ober- und Untertürkheim starteten die Vortriebsarbeiten im Juni 2014. Zuvor wurden die Baustelleneinrichtungen sowie ein 37 m tiefer Zwischenangriffsschacht mit einem Durchmesser von 22 m hergestellt. Bereits nach wenigen Metern des rd. 110 m langen Zugangstunnels stellte sich heraus, dass die Wasserzutritte, die sich am Übergang zwischen ausgelaugtem und unausgelaugtem Gipskeuper einstellten, nachhaltig über den von der Genehmigungsbehörde mit maximal 2 l/s ausgelegten Grenzwassermengen liegen. Um dieser im Firstbereich liegenden wasserführenden Auslaugungszone auszuweichen, wurde seitens des Auftraggebers zur Beherrschung dieses genehmigungsrechtlichen Konflikts vorerst eine Tieferlegung nur der Firste des Zugangstunnels (Bild 3) und in weiterer Folge auch eine Tieferlegung der Haupttunnel in diesem Bereich entworfen und zur Genehmigung eingereicht. Gesamt waren von dieser Maßnahme – einer Gradientenänderung von bis zu 4 m in der Bauphase eines Bahntunnels– je Röhre etwa 2,5 km Streckenabschnitt einschließlich Verzweigungs- und Verbindungsbauwerken betroffen. Die Vortriebsarbeiten wurden während des Planänderungs- und Genehmigungsverfahrens weitgehend fortgeführt: Durch den Auftraggeber erfolgte auf Basis der ausschreibungsgemäßen Planungen der ATCOST21 (abgestufter Vollausbruch mit kurzem Ringschluss innerhalb von vier Abschlägen) eine Parallelplanung für einen vorlaufenden Kalottenvortrieb. Diese angepassten Kalottenvortriebe konnten innerhalb der alten Genehmigungs-

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3.1.1 Initial situation The Wangen high and Wangen deep branch structures serve to separate the tunnels to Obertürkheim and Untertürkheim and are situated with a cover of between just 8 m up to a maximum of 20 m at two levels directly under the current course of the Neckar. The original design intended that the branches would each be constructed with an about 132 m long enlarged section and a pillar tunnel section about 30 m long. The necessary construction of the additional tunnels and the in-situ concrete pillar with complex changing geometry as a replacement for the slender rock pillar between the individual bores at different levels is always associated with considerably more construction time. In this case, about 4.5 months were estimated until the tunnel rives could be continued in the following single-bore tunnels.

3.1.2 Alternative construction – from the design to planning approval In the tender design from the client, an alternative construction method was taken up due to the favourably confirmed rock mass conditions, which the joint venture had already bid on another part of the project, but had not been implemented there. This adapted and changed tunnelling concept intended that the material replacement at the slender rock pillar would be exclusively with shotcrete (Figure 4). The enlarged section had to be extended by a further 8.6 m for this purpose, and the shotcrete pillar could be shortened by 6 m compared to the in-situ concrete pillar. Rock bolts, both in the shotcrete and in the rock mass, offered further opportunities to activate load transfer. Thanks to the convinced collaboration of all parties, the design work for the first branch structure from the idea to planning approval (including the lowering of the vertical alignment) could be completed in just under five months and thus in good time for construction.

3.1.3 Implementation and outlook The tunnelling works progressed as expected without problems (Figure 5) and could be completed in just 2.5 weeks for the deeper branch. Altogether, including the still necessary concreting of the inner lining, the construction costs for the project were reduced and almost 2.5 months of construction time were saved for each tunnel branch. The fact that the first mined crossing beneath the Neckar was successfully excavated immediately after this changed construction concept brought this section more into the focus of site visits, where the motivations and effects of this short-term changed and adapted design and construction could be explained to numerous project parties and those affected by the project. The special measures laid down for the crossing under the Neckar did not have to be extended for the alternative construction. These measures included requirements to avoid anchoring and other drilling in the crown, a dense programme of probing for water ingress and above all organisational measures concerning personnel

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bedingungen gebaut werden. Damit wurden die Verzögerungen während der Genehmigungs- und Umplanungsphasen für die neuen Tiefenlagen auf ein Minimum reduziert.

3.1 Planung und Ausführung Verzweigungsbauwerke Wangen Die Vortriebsarbeiten lieferten hinsichtlich Gebirgs- und Setzungsverhalten durchwegs positive Erkenntnisse. In diesen durch die anstehende Bebauung und zu unterfahrenden Infrastrukturen durchwegs sensiblen Abschnitten sind die Oberflächensetzungen bei einer Überdeckung von knapp 30 m bereits im niedrigen einstelligen mm-Bereich abgeklungen. Die Prognosewerte für den günstigen Bandbreitenbereich der Gebirgskennwerte wurden damit unterschritten und auf der sicheren Seite bestätigt. Mit diesem Kenntniszugewinn aus ersten Vortriebsabschnitten, aber auch vor dem Hintergrund eingangs beschriebener Verzögerungen zum Start der Hauptvortriebe erfolgte eine intensivierte Suche nach Möglichkeiten, diesen für gezielte Planungs- und Ausführungsanpassungen mit dem Ziel der Einsparung von Zeit und Geld zu nutzen. Als besonders wirkungsvolles Beispiel gilt die geänderte Planung und Ausführung der Verzweigungsbauwerke Wangen direkt unter dem Neckar.

3.1.1 Ausgangssituation Die Verzweigungsbauwerke Wangen hoch und Wangen tief dienen der Auftrennung der Tunnel nach Ober- bzw. Untertürkheim und liegen mit Überdeckungen zwischen lediglich 8 und maximal 20 m in zwei Ebenen direkt unter dem heutigen Flusslauf des Neckars. Die ursprüngliche Planung sah vor, dass die Abzweigungen jeweils in einem rd. 132 m langen Aufweitungs- und einem rd. 30 m langen Pfeilerstollenabschnitt erfolgen. Die dafür erforderliche Herstellung der zusätzlichen Stollen und Ortbeton-Pfeiler mit komplexer veränderlicher Geometrie als Ersatz für den schmalen Gebirgspfeiler zwischen den auf unterschiedlichen Höhen liegenden Einzelröhren ist immer auch mit einem erheblichen zeitlichen Aufwand verbunden. Im konkreten Fall mussten jeweils etwa 4,5 Monate veranschlagt werden, bis die Vortriebe in den nachfolgenden Einzelröhren fortgeführt werden können.

3.1.2 Alternative Ausführung – von der Idee zur Planfreigabe In der Entwurfsverantwortung des Auftraggebers wurde aufgrund der günstig bestätigten Gebirgsparameter eine alternative Ausführung aufgegriffen, die an anderer Stelle des Projekts auch von der Arbeitsgemeinschaft bereits bei Angebotsabgabe eingebracht, dort aber nicht realisiert wurde. Dieses angepasste und geänderte Auffahrkonzept sieht vor, dass der Materialersatz im Bereich des schmalen Gebirgspfeilers ausschließlich durch Spritzbeton erfolgt (Bild 4). Der Aufweitungsbereich musste hierfür um weitere 8,6 m verlängert werden, der Spritzbetonpfeiler konnte gegenüber dem Ortbetonpfeiler um 6 m eingekürzt werden. Durchankerungen sowohl im Spritzbeton- als auch im Gebirgsbereich bieten weitere Möglichkeiten zur Akti-

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qualification, additional manning of the tunnel drive and a redundant shotcrete supply system. For the further branch structures, the available time was also used for additional selective investigation mea sures in order to ensure maintenance of the hitherto positive experience for the further construction works.

vierung der Lastabtragung. Durch das überzeugte Zusammenwirken aller Projektbeteiligter konnten die Planungen für das erste Verzweigungsbauwerk von der Umsetzungsidee bis zur Planfreigabe (einschließlich GradientenTieferlegung) innerhalb von lediglich knapp fünf Monaten und damit gerade rechtzeitig zur Ausführung abgeschlossen werden.

3.2 Drill and blast tunnelling in continuous working, measures and restrictions

3.1.3 Umsetzung und Ausblick

The intensive processing for the implementation of identified opportunities (and minimisation of risks) with project progress and thus the associated gain of information was not however just limited to design and construction changes to the structure. In particular, difficulties with the continuously necessary official approvals, which could have (varying) effects on construction progress, often had to be dealt with by the project parties. One example of such a challenge would be the extension of tunnel blasting into the night-time, particularly in built-up areas with shallow cover, and this is described below. Regarding the associated steps taken together and actively by both the joint venture and the client, it should be pointed out that at the relevant stage of processing, contractual questions were still disputed. The processing was undertaken largely independently of the relevant spheres of responsibility. The starting point for the approval process is the planning decision [1], which imposed conditions of lowsettlement and gentle excavation with excavator and blasting and continuous working to cope with the prevailing geological conditions. No restrictions of blasting times

Die Vortriebsarbeiten erfolgten wie erwartet problemlos (Bild 5) und konnten für den tiefliegenden Verzweigungsbereich innerhalb von lediglich 2,5 Wochen abgeschlossen werden. Gesamt ergibt sich damit unter Berücksichtigung der noch erforderlichen Innenschalenherstellung neben einer Reduktion der Herstellkosten für das Projekt eine Bauzeiteinsparung von knapp 2,5 Monaten je Vortriebsast. Der Umstand, dass unmittelbar nach dem geänderten Auffahrkonzept auch die erste bergmännische Neckarquerung erfolgreich umgesetzt wurde, rückte diesen Teilabschnitt zusätzlich in den Focus von Baustellenbesuchen. Auch dabei konnten Auslöser und Effekte dieser kurzfristig geänderten und zielgerichtet angepassten Planung bzw. Ausführung zahlreichen Projektbeteiligten und -betroffenen erläutert werden. Die für den Bereich der Neckarquerung festgelegten Sondermaßnahmen mussten für die alternative Ausführung nicht erweitert werden. Diese Maßnahmen umfassen neben Vorgaben zur Vermeidung von Ankerungen und anderen Bohrungen im Firstbereich sowie einem dichten

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Beprobungsprogramm zutretender Wässer vor allem organisatorische Vorkehrungen hinsichtlich Personalqualifikation, zusätzlicher Besetzung des Vortriebs mit Führungspersonal sowie einer redundanten Spritzbetonversorgung. Für die weiteren Verzweigungsbauwerke wurde der zur Verfügung stehende Zeitraum auch für weitere gezielte Erkundungsmaßnahmen genutzt, um die bisherigen positiven Erfahrungen vor den weiteren Ausführungen zusätzlich abzusichern.

3.2 Sprengvortrieb im Durchlaufbetrieb, Maßnahmen und Grenzen

Fig. 4. Tender and construction design for pillar area of branch structure in Wangen (graphic: ATCOST21) Bild 4. Ausschreibungs- und Ausführungsprojekt Pfeilerbereich Verzweigungsbauwerk Wangen (Grafik: ATCOST21)

were formulated in the approval decision, and unreasonable effects of vibration were ruled out due to the specified protection measures. In addition to the planning decision, the applicable DIN standard also applies to blasting vibration [2].

Die mit zunehmendem Projektfortschritt und dem damit verbundenen Informationszugewinn intensivierten Bearbeitungen zur Realisierung von erkannten Chancen (und Minimierung von Risiken) beschränken sich jedoch nicht auf Planungs- und Ausführungsanpassungen des Bauwerks. Insbesondere bei laufend erforderlichen Behördengenehmigungen müssen immer wieder Schwergänge, die auch (unterschiedlich) bauzeitbeeinflussend wirken, seitens der Projektbeteiligten durchbrochen werden. Als Beispiel für eine derartige Herausforderung werden im Folgenden die Bearbeitungen zur Umsetzung von Vortriebs-Sprengungen auch im Nachtzeitraum, insbesondere im bebauten Gebiet bei geringer Überdeckung, angeführt. Zu den damit verbundenen sowohl seitens der Arbeitsgemeinschaft als auch des Auftraggebers gemeinsam und aktiv gesetzten Schritten ist insbesondere auch anzumerken, dass zum jeweiligen Bearbeitungszeitpunkt bauvertragliche Punkte hierzu strittig waren. Die Bearbeitungen erfolgten weitgehend unabhängig von den dabei bezogenen Zuständigkeits-Sphären. Den genehmigungstechnischen Ausgangspunkt bildet hierfür der Planfeststellungsbeschluss [1], der in den anstehenden geologischen Verhältnissen einen setzungsarmen und gebirgsschonenden Bagger- und Sprengvortrieb im Durchlaufbetrieb vorsieht. Einschränkungen zu Sprengzeiten sind im Genehmigungsbescheid nicht formuliert, unzumutbare Erschütterungseinwirkungen aus Sprengarbeiten werden dort aufgrund der angeordneten Schutzmaßnahmen ausgeschlossen. Gemeinsam mit der Plan-

3.2.1 Setting up the explosives magazine The limits of the practically possible in Stuttgart were demonstrated by the applications for the explosives magazine that was necessary in order to ensure the supply of explosives round the clock. The original intention of the joint venture to use predominately pumped emulsion explosives, the individual components of which do not represent explosives for storage purposes, had to be abandoned as impractical after numerous attempted permit applications: the approval of the necessary matrix store and the associated legally binding conditions and qualifications for an explosive producer (in the drilled hole) represented insuperable obstacles in the available time. The approval process for the then altogether two magazines for cartridge explosives and electrical detonators as well as the processing of the confirmation of the

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Fig. 5. Neckar crossing, branch structure Wangen deep (photo: ATCOST21) Bild 5. Neckarquerung, Verzweigungsbauwerk Wangen Tief (Foto: ATCOST21)

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Fig. 6. Building at the intermediate starting point in the Ulmerstraße, launching shaft and site facilities (photo: Deutsche Bahn) Bild 6. Bebauung bei Zwischenangriff Ulmerstraße, Startschacht und Bau stelleneinrichtung (Foto: Deutsche Bahn)

first blasting notifications lasted almost two years. After more than a year of discussions between authorities regarding responsibilities, clear ground rules for the processor of the first procedure were only successfully produced from early 2013 until the start of 2014. After the start of blasting in November 2014, further approval processing then developed more positively concerning the time required. For example, an already approved underground storage location was first moved and then changed to a location outside the site in order to provided improved flexibility for the construction schedule from autumn 2015. Both these procedures could, with the collaboration of all parties, by completed within the intended minimum time limits.

3.2.2 Permits for blasting at night Much less satisfactory was the situation concerning conditions and restrictions formulated in the official confirmations of blasting notifications. These led to the result that the notified blasting in continuous working was at first not approved at all and then only under cover deeper than currently about 75 m. When the tunnel was closer to the surface, excavation works at night thus had to be changed to use an excavator with breaker attachment or stopped. On contract Los 1B, this still affects about 50 % of the entire distance, despite the most modern detonation and blasting technology. The use of a excavator cutter attachment or roadheader is technically impossible due to several local constraints. The sections of the tunnels to Ober- and Untertürkheim with shallow overburden mostly lie in residential and mixed areas (Figure 6). The applicable figures for the effects on people and buildings [2] were assigned for the specific project by a blasting consultant appointed by the joint venture in advance, including a vibration forecast [3].

3.2.3 Implementation of blasting technology by the joint venture ATCOST21 The contracting joint venture ATCOST21 planned and tested various systems for the development of the detona-

feststellung gelten die für Sprengerschütterungen gültigen DIN-Normen [2].

3.2.1 Einrichten der Sprengstofflager Tatsächlich zeigten sich die Grenzen der in Stuttgart möglichen Umsetzungen bereits bei den Anträgen für die Sprengstofflager, die für eine Sprengstoffversorgung rund um die Uhr erforderlichen sind. Das ursprüngliche Vorhaben der Arbeitsgemeinschaft, vorwiegend Pump-Emulsions-Sprengstoffe einzusetzen, deren einzelne Komponenten auch hinsichtlich der Lagerung noch keine Sprengstoffe darstellen, musste nach zahlreichen Genehmigungsversuchen aufgrund behördlicher Einwendungen als nicht realisierbar verworfen werden: Die Genehmigung der hierfür erforderlichen Matrix-Lager sowie der rechtlich damit verbundenen Auflagen und Befähigungen als Sprengstofferzeuger (im Bohrloch) stellten sich als in der zur Verfügung stehenden Zeit unüberwindbare Hürden dar. Auch die Genehmigungsverfahren für die gesamt dann zwei Lagerstandorte von patronierten Sprengstoffen und elektrischen Zündern sowie die Abarbeitungen zur Bestätigung der ersten Sprenganzeigen haben knapp zwei Jahre beansprucht. Nach über einem Jahr Behördendiskussionen hinsichtlich Zuständigkeiten wurden mit dann klaren Randbedingungen für die Bearbeiter die ersten Verfahren ab Frühjahr 2013 bis Jahresbeginn 2014 erfolgreich abgearbeitet. Nach Aufnahme der Sprengarbeiten im November 2014 haben sich die weiteren Genehmigungsbearbeitungen hinsichtlich des Zeitbedarfs dann prinzipiell positiv entwickelt. So wurde beispielsweise zur Flexibilisierung des weiteren Bauablaufs ab Herbst 2015 ein bereits genehmigter untertägiger Lagerstandort zuerst verschoben und dann auf einen Lagerort außerhalb des Baufelds abgeändert. Beide Vorgänge konnten – durch Zusammenwirken aller Beteiligten – innerhalb der hierfür vorgesehenen Mindestfristen abgeschlossen werden.

3.2.2 Erlaubnisse für Sprengarbeiten in der Nacht Weit weniger zufriedenstellend verhält es sich mit den in den behördlichen Bestätigungen der Sprenganzeigen for-

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Fig. 7. Characteristic blasting v ibrations with and without the “ DualDelay” detonation system (graphic: ATCOST21) Bild 7. Charakteristik Sprengerschütterungen mit und ohne Zündsystem „DualDelay“ (Grafik: ATCOST21)

tion and charging schemes. Particularly noteworthy is the use of the “DualDelay” detonation system from the company Austin Powder, which was awarded the Austrian Innovation Prize for Tunnelling in 2012. This non-electric detonation system combines in-hole detonators with delay connectors on one side and surface delay connectors on the other side of the shock tube, which means that a great number of detonation delay times can be generated by forming additional sectors. In practice, each hole can be assigned its own detonation delay (Figure 7). This enables a reduction of the charge for each delay to the minimum charge required for each hole.

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mulierten Auflagen und Einschränkungen. Diese führen im Ergebnis dazu, dass der angezeigte Sprengvortrieb im Durchlaufbetrieb vorerst gar nicht und in weiterer Folge erst ab Überdeckungen von aktuell rd. 75 m genehmigt wurde. Bei geringeren Abständen zur Oberfläche müssen in den Nachtstunden die Lösearbeiten daher auf Baggervortrieb mit Anbaumeißel umgestellt bzw. unterbrochen werden. Im Los 1B betrifft dies trotz modernster Zündund Sprengtechnik immer noch rd. 50 % der Vortriebsstrecken. Der Einsatz von Anbau- oder auch Teilschnittfräsen ist aufgrund mehrerer Randbedingungen technisch nicht möglich bzw. nicht zielführend.

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In comparison to the detonation and charging pattern for electric detonation, with which the guideline figures could also be maintained except for the category of people in buildings, the use of the DualDelay system enables a reduction of the charge quantity for each delay to a third and thus 0.84 kg/delay interval (1 cartridge), in single cases to 0.42 kg/delay interval. The vibration effects are thus reduced by about 30 to 35 % given a sufficient number of blast holes, which also corresponds to the experience with this system from other projects. Further reductions of the round lengths to less than 1 m and blasting of partial faces in more than three sectors do not result in any significant systematic reductions of the vibration effects, any more than the use of electronic detonation systems. The possibilities of modern detonation and blasting technology were thus exhausted. The limit overburden could thus indeed be reduced to about 75 m, but in shallower locations the specified figures for people in buildings during night hours could not be reliably maintained.

3.2.4 Measured and activities of the client The client also implemented the measures intended for this case in the standard for the reduction of nuisance categorised as significant: up to ten vibration measurement devices are installed in each drive, whose data can be read remotely by the joint venture and evaluated and assessed. The affected parties have been and are being informed in detail. A hot line is provided and local residents

Die Vortriebe der Tunnel nach Ober- und Untertürkheim liegen in den Bereichen mit geringen Überdeckungen überwiegend in Wohn- und Mischgebieten (Bild 6). Die hierfür jeweils zutreffenden Anhaltswerte für Einwirkungen auf Menschen und bauliche Anlagen [2] wurden vorab im Auftrag der Arbeitsgemeinschaft durch einen Sprengsachverständigen einschließlich einer Erschütterungsprognose objektbezogen zugewiesen [3].

3.2.3 Umsetzungen Sprengtechnik durch die Arbeitsgemeinschaft ATCOST21 Seitens der ausführenden Arbeitsgemeinschaft ATCOST21 wurden bei der Entwicklung der Zünd- und Ladeschemata unterschiedliche Systeme geplant und erprobt. Besonders hervorzuheben ist der Einsatz des ZündSystems „DualDelay“ der Fa. Austin Powder, für das der österreichische Innovationspreis Tunnelbau 2012 vergeben wurde. Dieses nicht-elektrische Zündsystem kombiniert Bohrlochzünder mit Verzögerer auf der einen und Oberflächenverzögerer auf der anderen Seite des Sprengschlauchs. Damit kann durch zusätzliche Sektorenbildung eine Unmenge an Zündzeitstufen generiert werden. In der Praxis bedeutet dies, dass jedem Bohrloch eine eigene Zündzeitstufe zugewiesen werden kann (Bild 7). Dies erlaubt eine Reduktion der Lademenge je Zündzeitstufe auf die je Bohrloch minimal erforderliche Sprengstoffmenge. Im Vergleich zu den Zünd- und Ladeschemata mit elektrischer Zündung, bei denen die Anhaltswerte mit

ARGE oder E&S

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are informed before each blast by an information tool. The client also offers affected people hotel stays. The perception of the people does not however hold to the guideline values in the so-called standard with figures from experience. Rather it is subjective aspects – and here exceptionally the disputed reputation of the project also has to be mentioned – that play a significant role in their perception. Considering this, the authority responsible for the confirmation of blasting notifications considers the guideline values in the standard as thresholds. These could only be exceeded with special exception regulations. Specifically, reports about ruling out health danger to affected people are required. The consultant appointed by the client looked into the question of how many waking up reactions to blasts per night are acceptable over the defined nuisance period. The result can be summarised that under defined conditions, the effects of up to two blasts a night are below the threshold of health hazard. Even after six months of consideration, however, the viewpoint of the authority could not be clarified. At the same time, the excavation works undertaken at night with an excavator with breaker attachment caused massive complaints from the local population and political objections. The guideline values for the night hours were indeed maintained, but the emissions last for many hours against a few seconds for blasting. The client is still undertaking action at the approval and political levels to gain a continuous permit for blasting in the night hours for the project, also in order to reduce the breaking work considered much more unacceptable by the numerous local inhabitants. This aim, which is supported by all parties to the project, has indeed had some limited successes or there have been indications but no complete success could be achieved until now.

4 Summary In addition to the described construction and process details from the current construction works, the selected examples confirm the essential ground rules of general project development: – Particularly on projects that are disputed and publically and politically controversial, professional and transparent handling of the works on site can lead to a change of perception and acceptance. This effect has been clearly noticeable since the start of the project. – In this way, numerous constraints and conducts of the parties directly involved in the project can be changed to such an extent that there is a transition from validation-dominated to configuration-oriented processing. – Successes and also mishaps are not caused by any project party alone. Experience shows that these are best overcome by collaboration with reciprocal estimation and acceptance of the communicated challenges. References [1] Planfeststellungsbeschluss für die Zuführung Ober- und Untertürkheim, Planfeststellungsabschnitt 1.6a des „Projekts Stuttgart 21“

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Ausnahme jener für Menschen in Gebäuden nachts auch eingehalten werden, ermöglicht der Einsatz des Systems DualDelay eine Reduktion der Lademenge je Zündzeitstufe auf ein Drittel und damit 0,84 kg/Zündzeitstufe (1 Pa trone), in Einzelfällen 0,42 kg/Zündzeitstufe. Die Erschütterungswirkungen werden damit bei ausreichender Bohrlochanzahl um etwa 30 bis 35 % reduziert. Dies entspricht auch den bisherigen Erfahrungswerten für dieses System aus anderen Projekten. Weitere Reduktionen der Abschlagslängen unter 1 m und Sprengung der Teilvortriebe in mehr als drei Sektoren bewirken ebenso keine signifikanten systematischen Verringerungen der Erschütterungswirkungen mehr wie der Einsatz von elektronischen Zündsystemen. Die Möglichkeiten der modernen Zünd- und Sprengtechnik wurden damit ausgeschöpft. Die Grenz-Überlagerung konnte damit zwar auf ca. 75 m reduziert werden, darunter können die für Nachtstunden geltenden Anhaltswerte für Menschen in Gebäuden aber nicht gesichert eingehalten werden.

3.2.4 Maßnahmen und Aktivitäten des Auftraggebers Seitens des Auftraggebers wurden die für diesen Fall in der Norm vorgesehenen Maßnahmen zur Minderung von als erheblich eingestuften Belästigungen ebenfalls umgesetzt: Je Vortrieb sind bis zu zehn Erschütterungsmessgeräte installiert, deren Messdaten von der Arbeitsgemeinschaft täglich über Fernabfragen ausgelesen sowie ausgewertet und bewertet werden. Die Betroffenen wurden und werden im Detail aufgeklärt und informiert. Es steht eine Hot-Line zur Verfügung, und die Anwohner werden über ein Informations-Tool vor jeder Sprengung verständigt. Darüber hinaus bietet der Auftraggeber den Betroffenen Hotelübernachtungen an. Die Menschen halten sich mit ihrer Wahrnehmung jedoch nicht an Anhaltswerte einer dem sogenannten Erfahrungswissen zuzuordnenden Norm. Vielmehr spielen subjektive Aspekte – und hier muss ausnahmsweise der umstrittene Ruf des Projekts erwähnt werden – eine wesentliche Rolle bei den Empfindungen. Seitens der für die Bestätigung der Sprenganzeigen zuständigen Behörde werden auch vor diesem Hintergrund die Anhaltswerte der Norm als Grenzwerte exekutiert. Diese könnten nur mit gesonderten zustimmungsfähigen Regelungen überschritten werden. Konkret wurden hierfür Gutachten über den Ausschluss von Gesundheitsgefährdungen der Betroffenen gefordert. Die vom Auftraggeber beauftragten Gutachter gingen dann der Frage nach, wie viele Aufwachreaktionen durch Sprengungen pro Nacht über den konkreten Beeinträchtigungszeitraum verträglich sind. Im Ergebnis kann zusammengefasst werden, dass bei den konkreten Randbedingungen die Auswirkungen von ein bis zwei Sprengungen pro Nacht unterhalb der Schwelle einer Gesundheitsgefährdung liegen. Auch in sechs Monaten Bedenkzeit konnte der Behördenstandpunkt aber nicht aufgeklärt werden. Gleichzeitig bewirkten die in den Nachtstunden ersatzweise durchgeführten Lösearbeiten mit Bagger und Anbaumeißel massive Anrainerbeschwerden und Einwendungen auf politischer Ebene. Die Anhaltswerte für die Nachtstunden werden dabei zwar eingehalten, die Emissi-

A. Rath/G. Osthoff · Restructuring of the Stuttgart Rail Node – Successes and challenges through the example of the Ober- and Untertürkheim Tunnels

[2] DIN 4150: Vibrations in buildings – Parts 1 to 3. Berlin: Beuth, 2015. [3] Lichte, U.: Verschiedene Startgutachten und sprengtechnische Stellungnahmen. Unveröffentlicht. Lichte Beratende In genieure. Leipzig, 2012-2016.

Dipl.-Ing. Andreas Rath Porr Bau GmbH, Infrastruktur Tunnelbau Absberggasse 47 1100 Vienna Austria andreas.rath@porr.at

onen dauern aber – anstelle weniger Sekunden bei einer Sprengung – mehrere Stunden an. Durch den Auftraggebers werden weiterhin auf den in der Verantwortung stehenden genehmigungstechnischen und politischen Ebenen Aktionen gesetzt, um für das Projekt eine durchgängige Erlaubnis für Sprengarbeiten in den Nachtstunden zu erlangen. Auch, um die bei zahlreichen Anwohnern weit störender empfundenen Meißelarbeiten auf ein Minimum reduzieren zu können. Bei dieser von allen Projektbeteiligten vor Ort gemeinsam verfolgten Zielsetzung wurden zwar Teilerfolge erzielt bzw. in Aussicht gestellt, ein durchschlagender Erfolg konnte jedoch nicht erzielt werden.

4 Zusammenfassung

Dipl.-Ing. Günter Osthoff DB Projekt Stuttgart-Ulm GmbH Räpplenstraße 17 70191 Stuttgart Germany guenter.osthoff@deutschebahn.de

Neben den vorgestellten bauund verfahrenstechnischen Details aus der laufenden Bauabwicklung bestätigen die ausgewählten Beispiele wesentliche Grundregeln der allgemeinen Projektabwicklung: – Besonders bei umstrittenen und öffentlich wie politisch kontrovers diskutierten Projekten wird durch eine professionelle und transparente Abwicklung der Bauarbeiten vor Ort ein Wandel in der Wahrnehmung und Akzeptanz erzielt. Dieser Effekt ist seit Beginn der Arbeiten vor Ort deutlich spürbar. – Dadurch können auch zahlreiche Randbedingungen und Handlungsweisen der direkt Projektbeteiligten derart verändert werden, dass von absicherungs-dominierten in gestaltungs-orientierte Bearbeitungen eingeschwenkt wird. – Erfolge und auch Misserfolge erzielt keiner der Projektbeteiligten alleine. Durch Zusammenarbeit mit gegenseitiger Wertschätzung und Akzeptanz der kommunizierten Herausforderungen werden diese erfahrungsgemäß am besten bewältigt.

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Topics Wolfgang Gütter Günther Rudigier

DOI: 10.1002/geot.201600059

Tunnelling in Crete – a challenging task from a variety of aspects In 2012 the Greek State awarded Intrakat the Aposelemis Tunnel, an approx. 3.5 km long, tunnel inclined at 15% accommodating a 1.8 m diameter steel pipe to convey water from the Lassithi Plateau to the reservoir impounded by the Aposelemis dam about 600 m below for the drinking water supply of Heraklion and Agios Nikolaos in Crete. The project is regarded as an environmental project and as such is being financed from the Cohesion Fund of the European Commission. Unexpectedly, this relatively small tunnel project has offered a wide spectrum of tunnelling problems and turns out to be a challenging task from a variety of aspects: the tender and the contractual situation, technical and the meanwhile encountered geological challenges. On top of these, the economic crisis in Greece doesn’t make such a project easy. Since October 2013, Jäger Bau GmbH has mastered these challenges together with Intrakat on the basis of a service contract. The TBM excavation works commenced in March 2015 and were expected to be completed within 11 months at the latest, but due to various unforeseen adverse geological occurrences, only twothirds of the tunnel length had been excavated by August 2016.

1 Introduction In 2012, the Greek State, represented by the Ministry of Infrastructure, Transportation and Networks, awarded the Greek construction company Intrakat the project “Water supply for Heraklion and Agios Nikolaos from Aposelemis Dam – Inclusion of Lassithi Plateau for Aposelemis Dam reservoir”, including as a core component the construction of a tunnel with a total length of approx. 3.5 km, an inner diameter of 4.35 m and an inclination of approx. 15 % running from the Lassithi Plateau down to the Aposelemis reservoir, using a tunnel boring machine (TBM). The project is regarded as an environmental project and is as such being financed from the Cohesion Fund of the European Commission. Water will be collected on the fertile Lassithi plateau in Crete (legend has it that Zeus was born there) and transported in a 1.8 m diameter steel pipe down a 3.5 km long inclined tunnel to a new reservoir impounded by the Aposelemis dam approx. 600 m below. From there, water will be supplied by pump lines to treatment plants feeding the public water supply systems of Heraklion and Agios Nikolaos. Intrakat awarded a service contract to Jäger Bau GmbH in October 2013 comprising the supply of the required tunnelling equipment, technical services including

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Fig. 1. Huge karst cavity system. Source: Client

the provision of key personnel, know-how as well as consulting and design services. The provided tunnelling equipment mainly consists of a fully refurbished 4.93 m double shield TBM with a brand new backup system (BUS) specially designed for the 15 % inclined drive and a complete conveyor muck haulage system. TBM assembly started in November 2014 as scheduled and excavation commenced on the 4 March 2015 at chainage 42.5 m in predicted limestone formations (Plattenkalk). Due to a drastic deterioration of the geological conditions (“hidden rockfall”) after a few metres along the following 40 m, regular TBM excavation could only be finally started at 82.7 m at the end of August 2015. Until 20 July 2016, the breakthrough into the Lassithi plateau was expected in October 2016. On the 20 July, however, an immense karst cavity system was encountered by the TBM at chainage 2317 m and at time of the article going to press, it is still impossible to estimate the time required to overcome the situation (Figure 1).

2 Challenges What at first seems a relatively small tunnelling job poses various challenges such as: – First TBM drive in Crete – Tender requirements / Tunnelling Specifications

W. Gütter/G. Rudigier · Tunnelling in Crete – a challenging task from a variety of aspects

– Service contract – Geology – An inclination of 15% – Lining – Tunnel Transport Carrier – Design TBM & BUS – Continuous Conveyor System – Greek economic crisis

2.1 First TBM drive in Crete The Aposelemis Tunnel is the first TBM tunnel in Crete. Neither the representatives of the client in Crete nor Intrakat as the successful tenderer and the contract partner of Jäger Bau are experienced in TBM tunnelling, so it turned out to be a challenge to persuade both parties of more feasible solutions based on experience in various situations.

2.2 Tender requirements/ tunnelling specifications The tender documents and the tunnelling specifications contained some requirements, which were optimized by Intrakat and Jäger Bau. To state some examples: the tender documents specified a sealed and bolted universal ring 5+1 (“gaskets must have a lifetime ≥ 100 years”). This can of course be done but there is no necessity for such a costly lining system in a straight tunnel accommodating a steel pipe for water conveyance. An equivalent, cheaper and faster lining system was proposed and accepted. Another requirement was to install the 1.8 m steel pipe simultaneously with the TBM excavation – a requirement which is actually impossible.

2.3 Service contract Initially, Intrakat had no intention of performing the TBM tunnelling works themselves but were rather looking for a subcontractor. Jäger Bau did not quote for a subcontract but for participation through a service contract was preferred, i.e. the provision of tunnelling equipment, key personnel, know-how and further technical and consulting services. The main difference between these two kinds of contractual relationship is that a service contract is based on a partnership whereas a subcontract is based on two parties, who may possibly have different or even conflicting interests.

1,100 m, plattenkalk was anticipated. The limestones are locally dolomitised and karstified. Favourable to fair tunnelling conditions were to be expected in general. The first 100 metres of the tunnel in the limestone series were shown to be similar to the following section of the tunnel. b) Tectono-sedimentary formation (Miocene): tectonic breccia of various compositions, sedimentary melange. c) Phyllite-Quartzite Series (Permian – Upper Triassic): Approximately from chainage 1,200–1,600 m, moderate to highly weathered phyllite – quartzite was anticipated. The Phyllite-Quartzite Series consists of phyllites, metapelites, sandstones, quartzites and sericitic schists. d) Gypsum (Permian – Upper Triassic): microcrystalline gypsum of white colour. e) Limestones, dolomitic limestones and dolomites of the Tripolis Formation (Upper Triassic – Upper Jurassic): Thick bedded to massive limestones and dolomites, well karstified, in places heavily karstified. This rock formation was anticipated in the section from chainage 1,600–3,420 m. The possibility of karst cavities was generally described as: “Karst cavities are to be expected in the limestone formations. During the site investigation works, the largest encountered void had a width of 1.0 m.”

2.5 Excavation 2.5.1 Hidden rockfall (chainage 43–83 m) It already turned out after the first few metres of TBM excavation that the encountered geology differed totally from the prediction. The initial 40 m section of TBM excavation extending from chainage 42.5 to 82.8 m was later characterized as so called “hidden rockfall” debris [1] since it was not visible at the surface (Figure 2). Such “hidden rockfall” wasn’t predicted but rather homogeneous plattenkalk with “favourable to fair tunnelling conditions”. An unexpected TBM launch in incompetent rock was the unfavourable consequence. The disintegration and loose character of the rockfall mass caused very difficult ground conditions, result-

2.4 Geology The geological mapping as known to Jäger Bau seemed to be promising, with favourable to fair conditions for a double shield TBM. The actually encountered geology is quite different. The geological and hydrogeological conditions were described in the tender documents with the autochtonous and allochthonous formations of Crete as follows: a) Plattenkalk (Middle Jurassic – Eocene finely laminated limestone): In the initial section to approx. chainage

Fig. 2. Wooded slope as “hidden rockfall zone”, TBM at chainage 62 with shortened BUS in front of the portal. Source: JÄGER BAU

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Fig. 3. Geological longitudinal section along the initial 100 m of tunnel by geologist Reinhold Gerstner. Source: Reinhold Gerstner

ing in a number of overbreaks and collapses of the tunnel roof and face, which took place without evidence of noteworthy TBM thrust forces (no cutting traces at the excavation face). The overbreaks sometimes developed longitudinally in the crown, and sometimes they formed voids like a chimney and extended some metres above of the tunnel. The collapses occurred spontaneously and had the behaviour of running ground due to low cohesion. This ground reaction is completely different from the behaviour of fault zones with poor to very poor rock quality. In this tunnel stretch, air could even be clearly noticed circulating from the rock mass into the tunnel, indicating a connection of the slope to the surface (Figure 2). The corresponding geological mapping is sketched in Figure 3. Considering the overbreaks and collapses of the tunnel roof and of the face and the deviations of the tunnel alignment in the “hidden rockfall” (Figure 4), special support measures and measures were taken as follows to counter the tendency of the TBM to dive: – provision of grouting pipes or hoses (or self-drilling and groutable GPR anchors) to the loosened ground in front and above of the cutterhead – foam application to close the cutterhead and to protect the TBM from cement grout – cement grouting of the loosened ground in front and below of the cutterhead (2 to 10 o’clock) to create a solid base to avoid further diving of cutter head and front shield. – application of a dry cement/pea gravel mix above the loosened ground and wetting after application – foam application to the remaining cavity in the front and upper part of the TBM to stabilize the rock mass and to avoid collapsing phenomena while advancing

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– reduction of shield friction and filling of voids in the invert by grouting with bentonite through lubricating ports in the shield – face stabilisation with GPR anchors to increase the face resistance – restart of TBM and cutting through the cement-grouted formation and the stabilized face. At the end of the rockfall zone at chainage 82.8 m, the tunnel already entered the anticipated plattenkalk that had been predicted at 42.5 m.

Fig. 4. Status of TBM drive at chainage 55.4 on 12.03.2015. Source: Günther Schönbucher

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Fig. 7. H2S occurrence, entering the tunnel with respirator masks only. Source: JÄGER BAU

Fig. 5. View backwards to the partly freed Gripper Shield. Source: JÄGER BAU

2.5.2 Trapping of TBM (chainage 1404 m) In March 2016 at chainage 1404 m, the TBM was trapped by heavy convergences at the transition from limestone to the formations of the “Phyllite-Quartzite Series”. The overburden at 1404 m is only about 180 m and heavy convergences are not generally to be expected under such low overburden, but the fact is that the TBM got stuck and the shields had to be freed manually (Figure 5).

The required working chamber was manually excavated with pneumatic hammers and secured by shotcrete application, starting from the opened telescopic shield (Figure 6). Preventive measures in order to tackle further trapping / squeezing potential were recommended as follows: – Increase of excavation diameter by approx. 30 mm (Ø 4.96 m) by shimming the gauge cutters to 15 mm and the transition cutters to 10 mm and 5 mm (note there is no vertical cutterhead displacement) – Extension of bucket lips and rear scrapers according to the shimming of cutters – Uninterrupted and quick excavation to mitigate timedependent behaviour of the rock mass with measures such as: preventive maintenance, logistics, working schedules, shield lubrication, minimum advance rate of 15 m/d to escape convergences or squeezing

2.5.3 Gas (TM 1538 – 1622): Between chainage 1538 and 1622 m, the excavation passed from sedimentary rock, called “sedimentary mel-

Fig. 6. Proposal for working chamber to free the gripper and front shields. Source: Thomas Längle

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Fig. 8. Karst cavity system at chainage 2317 m. Source: Client

Fig. 9. Karst cavity system at chainage 2317 m, TBM cutterhead on the right. Source: JÄGER BAU

ange”, into dolomite containing the highly toxic gas H2S, which was released during the cutting process. The maximum allowable H2S concentrations (MAC) of 5 ppm or 7.1 mg/m3 were considerably exceeded, with a measured value of up to 14 ppm. The workers were already complaining about headache and eye irritations, which occur from 10 ppm. Subsequently the tunnel could only be entered with respirator masks (Figure 7). Additional air flushing and continuous gas measurements enabled a slow TBM advance in the approx. 80 m long section. The LEL (lower explosion limit) of H2S is 42.250 ppm, or approx. 10,000 times higher than the MAC value, so no risk of explosion had to be feared.

1) Extensive filling by means of slope stabilization with gabions and pea gravel (Figure 10) 2) Artificial tunnel of steel arches and shotcrete (Figure 11). The principal remedial measures were: – Bypass tunnel along the TBM to provide access to the cavity in front of the TBM – Rock support measures to the approx. 10 m high ceiling of the cavity – Preparation of the invert (grouting, concrete foundation, etc.) – Passage according to solution 1 or 2 above – Filling of bypass tunnel (unless it remains as an adit to the cavity) – Restart of TBM

2.5.4 Karst cavity (chainage 2317 m): In the limestone of the Tripolis zone as the substantial geologic formation, the existence of karst cavities had been predicted. In July 2016 at chainage 2317 m, the TBM encountered a huge karst cavity system of unknown size (Figures 1, 8, 9). Two general solutions were considered, taking into account that complete filling/plugging of the cavity was impossible due to the fact that it is a so-called “living karst” with remarkable seasonal water flows:

At the time of the article going to press, the final remedial strategy hasn’t been decided. It is expected that the project will be delayed by at least another 3–4 months due to the incident.

2.6 15 % inclination of tunnel A tunnel drive inclined at 15 % is not in principle such a challenging matter. The challenge in this particular case

Fig. 10. TBM passage of the karst cavity (solution 1). Source: INTRAKAT

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You go down in history. By building it. jaegerbau.com

Fig. 11. Bypass tunnel along TBM, TBM passage of the karst cavity (solution 2). Source: Wolfgang Gütter

was to manage a conveyor muck handling system and a wheel bound TBM supply system within the rather narrow structural clearance of 4 m diameter. Jäger Bau took an active part in the development of the BUS, the lining and muck handling system and even in the specification of the tunnel transport carrier.

2.7 Lining The challenge of the alternative lining design (developed by Vigl Consult ZT) was to convince the client as well as the contractor of the advantages of an equivalent, cheaper and easier to handle “4+0” parallel ring design without gaskets and without bolted connections [2], [3] instead of the specified sealed and bolted “5+1” universal ring. The lining system that was chosen offers two running floors for the tunnel transport carrier: the lower central running floor on the invert segment during TBM excavation and the upper side running floor provided by an additional invert slab during the steel pipe installation phase and later for maintenance journeys of the special carrier. The precast concrete slab is part of the lining system and has to be installed in a second stage after completion of tunnelling works (Figure 12). The sole purpose of the Aposelemis Tunnel is to supply water from the Lassithi Plateau down to the Aposelemis reservoir. Therefore a 1.8 m diameter steel pipe will be installed in the inclined tunnel. The forces induced by dead weight, vertical/horizontal loads during operation of the steel pipe have to be transferred from the pedestals or slide bearings (approx. every 5 m) as well as from anchor-

1922 550

project development

the founding year

underground construction

520 total kilometres of tunnels

competent employees

construction & civil engineering

1.000.000 m3 excavated caverns

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ing brackets or thrust bearings (approx. every 300 m) to the lining and the surrounding rock.

2.8 Tunnel transport carrier (TTC)

Fig. 12. Segmental lining system during excavation (left) and final configuration (right). Source: Vigl Consult ZT

With an incline of 15 %, a standard rail-bound system is impossible for TBM supplies and there are basically only two or three options: rack-and-pinion railway, cable car or funicular towed by a winch or a self-propelling wheeled carrier. Jäger Bau decided on a wheeled carrier solution with a corresponding design of the BUS as well as the lining system. The 51 m long and 440 kW diesel hydraulic prototype vehicle specified by Jäger Bau was finally procured by Intrakat (Figures 13a, 13b). No experience was available for the use of such a carrier with a 15 % incline. From that point of view this solu-

Fig. 13 a) Tunnel Transporter Carrier – front section. Source: EDEN Technology b) Tunnel Transporter Carrier – rear section. Source: EDEN Technology

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Fig. 14. Pairing ‘Rubber drive wheels – segment track roughened by cast flat concrete ribs’. Source: JÄGER BAU

Fig. 16. 4.93 m Double Shield TBM. Source: INTRAKAT

Fig. 15. Traction improvement by repair mortar (between the ribs). Source: JÄGER BAU

tion contained a certain risk, or seen more positively a certain challenge. The major concern was the traction potential of the pairing of solid rubber wheels (“press-on bands”) on a concrete track with a 15 % incline under various conditions (dry, wet, polluted). A certain roughness was provided for the invert segment and invert slab by casting flat concrete ribs along the tracks (Figure 14). During the site testing phase of the TTC, some frightening and extremely dangerous sliding movements with blocked wheels could be traced back to operating errors as well as to improper hydraulic settings. A workshop approval under real working conditions is impossible and therefore the final settings of the hydraulic system can only be carried out on site – similar to the hydraulic settings of the TBM. As long as the track was dry, the traction was sufficient (no slipping wheels). But the situation changed when the track was wet, resulting in drive wheel slippage, which even led to production losses because the operation of the TTC became too dangerous. Different tyre profiles were tested but only made a minor improvement. Water reduces the friction coefficient as a matter of course but as it turned out later on, water is not really the

Fig. 17. Typical cross section of BUS. Source: HS Tunnel Engineering

crucial reason for the slipping. The crucial factor is obviously the size of the power transmission area and the roughness of the track, particularly with the rather stiff solid rubber tyres compared to more flexible pneumatic tyres. The dimensions of the concrete ribs along the track might not be suitable for the kind of tyres, resulting in a reduced power transmission area. The very smooth concrete surface also contributed to the traction problems. Finally, the simple solution was to fill the space between the ribs with repair mortar, thus increasing the power transmission area and the roughness and therefore also the friction coefficient (Figure 15). Even running water on the rough but plain track didn’t hinder operation of the TTC, even with totally worn tyres (“slicks”).

2.9 Design of TBM & BUS The Mitsubishi – Boretec – NFM Double Shield TBM Model 1441 – 0187 – 006 (Figure 16), originally built in

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Table 1. 4.93 m DS TBM, general specifications GENERAL SPECIFICATIONS MITSUBISHI – BORETEC – NFM Double Shield TBM 1441 / 0187 / 006 Machine type

Hard rock double shield TBM

Boring diameter (new cutters)

4.930 mm

Cutterhead

flat design with 17″ disc cutters complete with wear plate type false face

Cutters

17″ (back-loading)

Number of disc cutters

Maximum thrust per disc cutter

250 kN

Maximum thrust on the cutterhead

32 × 250 kN = 8.000 kN

Cutterhead drive

6 × 250 kW = 1.500 kW

Cutterhead speed

0–9 rpm (VFD)

Torque (constant torque range)

2.600 kNm @ 0–4.5 rpm

Torque @ max. speed (constant power range)

1.300 kNm @ 9 rpm

Unlocking torque

3.900 kNm (60 s every 10 min)

Main thrust Number of cylinders Max. thrust force Stroke

8 14.800 kN @ 300 bar (1.850 kN/cyl.) 1.350 mm

Auxiliary thrust Number of cylinders Max. thrust force Stroke

14 22.300 kN @ 300 bar (1.590 kN/cyl.) 2.200 mm

Gripping Number of cylinders Max. thrust force Stroke Surface pressure (max.)

4 13.600 kN @ 300 bar (3.400 kN/cyl.) 550 mm 4 MPa

Maximum advance rate

8 m/h

Conveyor Belt width Speed Capacity

troughed belt conveyor 750 mm 0–2.4 m/s 500 tph

Electrical system Input power Main drive motor circuit Pump motor circuit Controls Total installed electric power Trafo TBM Trafo BUS

15.000 V, 3-phase, 50 Hz 690 V, 3-phase, 50 Hz 400 V, 3-phase, 50 Hz 230 V, 50 Hz ≈ 3.300 kVA (≈ 2.650 kW) 2.000 kVA (15 / 0.69 kV) 1.250 kVA (15 / 0.4 kV)

Machine weight

≈ 400 t

General lay-out drawing

290 PE 00 005 / B

Year of manufacture / rebuilt

1995 / 2014

1995, was rebuilt to the state-of-the-art and provided with a completely new backup system specially designed and manufactured for use on the Aposelemis Project. The general specifications are shown in Table 1. The design of the BUS had to consider the requirements of a 15 % inclined drive with a continuous convey-

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or muck haulage system and a wheel-bound tunnel transport carrier system. The limited structural clearance turned out to be another challenge to accommodate various components at the BUS like variable frequency converter, transformer, rescue chamber, CCS drives, etc.

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The specification sheet of the BUS included some major requirements like: – Symmetric open gantry type – High-tensile connection to the TBM gripper shield – System advance performance (85 mm/min or. 5 m/h) – Two ring supply, ring length 1,300 mm – Mortar and pea gravel backfilling of segmental lining – Grouting facilities – Quickest possible materials handling – TBM supplies by a special wheel bound self-propelled transport carrier – Muck haulage by Continuous Conveyor System (CCS) – Capability of passing horizontal as well as vertical curves – Flexibility in terms of different running conditions (exchangeable running gears) – Design suitable for standard transport facilities (truck load, containerized load) Worth mentioning is that Jäger Bau is considered to be the machine manufacturer with all the resulting obligations (CE conformity, EC machinery directive) due to the fact that there are an independent designer (HS Tunnel – engineering AG, Switzerland) and a steelwork fabricator (CMA S.p.a., Italy) without any responsibility for the end product. The approx. 165 m long backup system is a symmetric open Ω-shaped portal type system with 23 gantries on running gears with large-dimensioned Vulkollan®-wheels rolling on brackets on the invert segment, which are part

BAUMANAGEMENT

PROJEKTSTEUERUNG

INFRASTRUKTURBAU

Fig. 18. Continuous Conveyor System (CCS), Tunnel Transport Carrier (TTC). Source: JÄGER BAU

of the later tunnel track. Additional guide wheels centre each deck on the lateral bracket surface (Figure 17).

2.10 Continuous Conveyor System (CCS) Due to the incline of 15 %, muck haulage along the tunnel is managed by a Continuous Conveyor System (CCS). Other components are the BU conveyor, the discharging and belt diversion tower and the sideways positioned belt storage including tensioning tower.

GEOTECHNIK

TUNNELBAU

BAUÜBERWACHUNG

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Dipl.-Ing. Bernd Gebauer Ingenieur GmbH Elsenheimerstraße 49, 80687 München Telefon: + 49 (0) 89 126668 - 0 Telefax: + 49 (0) 89 126668 - 55 E-Mail: bgm@bgebauer.de www.bgebauer.de

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The basic CCS data are as follows: – Length: 3,500 m – Belt width: 650 mm – Belt quality: EN 14973 Class “A” (self-extinguishing) – Capacity: 300 tph – Speed: 0–3 m/s – Installed power: 400 kW – Delivery head: –530 m The CCS will be extended at the rear section of the BUS and is symmetrically suspended on chains from the crown of the tunnel (Figure 18). The outstanding feature is the 15 % downwards conveyance, resulting in high tension forces of up to 50 t to be borne by the BUS, and the remarkable braking power of 2 × 200 kW electric motors. From an inclined tunnel length of approx. 300 m upwards, the CCS runs regeneratively with the 400 kW drive working as a regenerative brake, feeding electric power into the local grid. The challenge of the system has been to bear the tension forces and the accommodation of the huge drive/braking units of the BUS.

2.11 Greek economic crisis In addition, the economic crisis in Greece has been a risk or another challenge, even with negotiated payment guarantees. It wasn’t and it is still not that easy to get payments transferred out of Greece due to foreign payment restrictions. There have been times when INTRAKAT wasn’t allowed to transfer money out of Greece so that Jäger Bau had to stand in and purchase materials from abroad in favour of INTRAKAT.

3 Summary The relatively small Aposelemis project offers an unexpectedly wide spectrum of tunnelling, with the corresponding challenges: starting from the tender and the contractual situation, the technical challenges and the very difficult geological challenges like “hidden rockfall”, heavy convergences, gas intrusions and huge karst cavities. On top of these, the economic crisis in Greece doesn’t makes that project any easier. Jäger Bau GmbH has mastered these challenges together with the Greek construction company Intrakat on the basis of a service contract, which is considered an appropriate contract form for such a project based on partnership, and is most suitable to cope also with inconveniences, which can happen in tunnelling and which have happened frequently on this rather unimposing project. Jäger together with an engineering partner developed a tunnelling system that has proved feasible, enabling daily advance rates of more than 30 m. The newly designed ro-

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bust backup system with its core functional units like pea gravel terminal, quick segment discharger, segment crane and segment carrier has satisfied expectations very well. The wheel bound prototype of a Tunnel Transport Carrier as specified by Jäger Bau has shaped up as a convenient supply vehicle after some initial lessons learned, mainly in terms of the pairing of rubber drive wheels and track. The muck haulage by continuous conveyor system has been the right choice for such an inclined TBM drive. The alternative segmental lining as a “4 + 0” parallel ring system was properly designed by Vigl Consult as partner of Jäger Bau. Intelligent solutions have been provided for the slide and thrust bearings of the 1.8 m diameter steel pipe inside the tunnel. The geology was and still is by far the most demanding problem. Unpredicted incompetent rock at the very beginning of the TBM excavation hindered proper the commissioning of the complex Double Shield TBM. The on-going problems to cope with the so called “hidden rockfall” delayed the advance by 6 months. The TBM drive also had to contend with gas (CH4, H2S) in sedimentary rock, with heavy convergences and clogging in phyllite and finally one huge karst cavity in the limestone of the Tripolis Zone after approx. two thirds of the tunnel distance, causing another delay of several months. Last but not least the economic crisis in Greece hasn’t made life any easier on this very interesting job site. References [1] Gerstner R.: Site Visit Report. Unpublished [2] Walter A., Weber W., Gappmaier F.: Extension Hieflau HEP – Economical Solution for the Headrace Tunnel, 2008, Geomechanics and Tunnelling, Volume 1, Issue 6, December 2008, Pages 576–581 [3] Walter A., Guimaraes, Gerstner R. Palomino: HRT – Exploration drillings in two geological formations, 2012, Geo mechanics and Tunnelling, Volume 5, Issue 1, February 2012, Pages 67–71

Dipl.-Ing. Wolfgang Gütter Jäger Bau GmbH Batloggstrasse 95 6780 Schruns Austria w.guetter@jaegerbau.com

Ing. Günther Rudigier Jäger Bau GmbH Batloggstrasse 95 6780 Schruns Austria g.rudugier@jaegerbau.com

Topics Alfred Stärk Leo Falkner Nigel Hill

DOI: 10.1002/geot.201600060

Logistic challenges and special geotechnical features in inner-city tunnelling through the example of Crossrail Contract C510 in London Logistische Herausforderungen und geotechnische Besonderheiten im innerstädtischen Tunnelbau am Beispiel des Bauloses Crossrail C510 in London Using the example of Crossrail contract C510, the logistic challenges of inner-city tunnelling are considered in the first part of the article. Noise and dust protection measures and restricted working times have to be observed out of consideration for the local inhabitants. Supply to the site is subject to strict rules. The routes to and from the site are precisely specified, and the number of trucks underway at the same time is limited. The road safety equipment of the trucks, without which these cannot be used, is precisely specified. The second part of the article is concerned with long-term settlement as a result of tunnelling. Due to the long project duration, meanwhile 5 ½ years, the settlement behaviour of some existing buildings could now been observed for up to 2 ½ years after the completion of tunnelling. The results are partially astonishing since they contradict expert opinion until now about long-term settlement in London clay. Long-term settlement approximately doubles the settlement that is directly due to tunnelling. The measurements demonstrate that inclinations and deflections to buildings are growing and long-term damage cannot be ruled out. This example is used to explain the effects of long-term settlement, what duration has to be expected and what the causes could be.

1 Introduction

Am Beispiel des Bauloses Crossrail C510 werden im ersten Teil des Beitrags die logistischen Herausforderungen beim innerstädtischen Tunnelbau betrachtet. Mit Rücksicht auf die Anrainer sind Lärm- und Staubschutzmaßnahmen und eingeschränkte Arbeitszeiten einzuhalten. Die Andienung der Baustelle unterliegt strikten Regeln. Die Routen zur und von den Baustellen sind genau festgelegt, die Anzahl der Lkw, die gleichzeitig unterwegs sein dürfen, ist begrenzt. Die Ausstattung der Lkw in Bezug auf Verkehrssicherheit, ohne die sie nicht eingesetzt werden dürfen, ist genau vorgeschrieben. Der zweite Teil des Beitrags befasst sich mit Langzeitsetzungen infolge der Vortriebsarbeiten. Durch die lange Projektdauer von mittlerweile 5 ½ Jahren konnte das Setzungsverhalten bei manchen Bestandsbauwerken bis zu 2 ½ Jahre nach Vortriebsende beobachtet werden. Die Ergebnisse sind teilweise erstaunlich, da sie im Gegensatz zur bisherigen Lehrmeinung über Langzeitsetzungen im Londoner Ton stehen. Langzeitsetzungen verdoppeln in etwa die direkten vortriebsbedingten Setzungen. Die Messungen belegen, dass Neigung und Durchbiegung an den Gebäuden größer werden und langfristig Schäden nicht auszuschließen sind. Anhand eines Beispiels wird erläutert, wie sich die Langzeitsetzungen auswirken, mit welcher Dauer zu rechnen ist und welche Ursachen dahinter stehen können.

1 Einleitung

Crossrail, the new 120 km long railway line, is currently the largest infrastructure project in Europe with a volume of about £ 16 billion. The key structure is the twin-bore running tunnel 21 km long through the heart of London. Construction works for contract C510 are being undertaken by the joint venture BBMV (Balfour Beatty, BeMo Tunnelling, Morgan Sindall and Vinci). It includes two new underground stations using the sprayed concrete lining method. The Liverpool Street Station is in the City of London, and the Whitechapel Station in the East End of London. This article describes a few special logistic and geotechnical features.

Crossrail, die neue 120 km lange Eisenbahnlinie, ist mit ca. 16 Milliarden £ Bauvolumen das derzeit größte Infrastrukturprojekt in Europa. Kernstück ist der zweiröhrige 21 km lange Streckentunnel im Herzen Londons. Die Bauarbeiten für das Baulos C510, werden von der Arbeitsgemeinschaft BBMV (Balfour Beatty, BeMo Tunnelling, Morgan Sindall und Vinci) ausgeführt. Es umfasst zwei neue unterirdische Stationen in Spritzbetonbauweise. Die Liverpool Street Station entsteht in der City of London, die Whitechapel Station im Londoner East End. Dieser Beitrag beleuchtet einige logistische und geotechnische Besonderheiten.

2 Special logistic features

2 Logistische Besonderheiten

The logistic challenge of supplying the various sites for an inner-city infrastructure project across the huge metropol-

Die logistische Herausforderung für die Andienung der diversen Baustellen für das innerstädtische Infrastruktur-

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Fig. 1. Site facilities for Liverpool Street Station (photo: Crossrail) Bild 1. Baustelleneinrichtung für Liverpool Street Station (Foto: Crossrail)

itan area not only demanded meticulous internal planning on the sites but also had to be exactly planned, discussed and approved on a large-scale basis with all the responsible authorities. In parallel to the construction works for the major Crossrail project, countless other small and large building projects were also underway, which also had to be included in the traffic control measures of the responsible authority. All transport to and from the site facility areas for the two underground Crossrail stations, Whitechapel Station and Liverpool Street Station (Figure 1), is precisely regulated in the construction contract [1] of Crossrail and the regulations and approvals of the responsible local authorities [2].

2.1 Designated routes to the sites The routes to the sites were designated by the authority including consideration of all current building projects in London in order to be able to avoid a traffic collapse in the overloaded British capital. The joint venture made an application to the responsible authority for the preferred access route with all necessary documents. After several meetings with the responsible people at the authority and after looking through and explaining all the supplied documents together, the authority selected the access route after consideration of all constraints and according to the needs (heavy load transport or mass transport). Lists of all necessary heavy load transport for construction machinery, formwork, site facilities etc. were further important documents for the decision, which route was finally selected. Daily deliveries of construction materials such as cement and aggregates for the operation of the batching plant as well as the daily carting away of excavated material (Figure 2) gave a daily minimum number of truck journeys on the routes. The traffic volumes on the roads to and from the sites were a decisive factor in the approval of an access route (Figure 3).

2.2 Fully equipped transport vehicles In addition to the valid Highway Code, the required safety equipment of delivery vehicles from van to heavy goods

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projekt quer durch die Millionenmetropole bedurfte nicht nur einer sorgfältigen internen Baustellenplanung, sondern musste auch überregional mit allen zuständigen Behörden exakt geplant, abgestimmt und genehmigt sein. Parallel zu den Baulosen für das Großprojekt Crossrail laufen in London natürlich auch unzählige andere kleine und große Bauprojekte, die ebenfalls in die vorgegebene Verkehrslenkung der zuständigen Behörde miteinbezogen werden mussten. Ausnahmslos alle An- und Abtransporte zu und von den Baustelleneinrichtungsflächen der beiden unterirdischen Crossrail Stationen, Whitechapel Station und Liverpool Street Station (Bild 1), sind im Bauvertrag [1] von Crossrail sowie den Vorschriften und Genehmigungen der jeweiligen zuständigen örtlichen Behörde genau geregelt [2].

2.1 Anfahrrouten zu den Baustellen Die Anfahrrouten zu den Baustellen wurden von der Behörde unter Einbeziehung aller laufenden Baumaßnahmen in London festgelegt, damit ein Verkehrsinfarkt in der verkehrsgeplagten britischen Hauptstadt vermieden werden konnte. Die Arge stellte bei der zuständigen Behörde mit allen erforderlichen Unterlagen den Antrag für eine bevorzugte Anfahrroute. Nach mehreren Besprechungen mit den zuständigen Sachbearbeitern der Behörde und nach gemeinsamer Durchsicht und Erklärung aller gelieferten Unterlagen wurde von der Behörde unter Einbeziehung aller Rahmenbedingungen die Anfahrroute den Erfordernissen (Schwertransporte und Massentransporte) entsprechend gewählt. Eine Auflistung aller erforderlichen Schwertransporte für Baugeräte, Schalungen, Baustelleinrichtung etc. waren weitere wichtige Unterlagen bei der Entscheidungsfindung, welche Route letztlich bestimmt wurde. Tägliche Anlieferungen von Baumaterialien wie Zement und Zuschlagstoffe für den Betrieb der Betonmischanlage sowie die tägliche Abfuhr der Ausbruchmassen (Bild 2), ergaben eine tägliche Mindestanzahl an LKW-Fahrten auf den Fahrrouten. Die Verkehrsfrequenz auf den Zu- und Abfahrtsstraßen war ein ent-

Fig. 2. Carting away excavated material from the Whitechapel Station site (photo: Stärk) Bild 2. Abtransport des Ausbruchmaterials von der Baustelle Whitechapel Station (Foto: Stärk)

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Fig. 3. Designated travel routes for the Whitechapel Station site (graphic: BBMV JV C510) Bild 3. Genehmigte Fahrroute für die Baustelle Whitechapel Station (Grafik: BBMV JV C510)

transporter is precisely specified in the Crossrail requirement [3]. The additional safety equipment is summarised in Figure 4 and concerns above all the safety of pedestrians and cyclists: – Reversing camera and reverse alarm beeper, – Acoustic turning warning, – Side camera or blind spot proximity sensor, – Warning signs and stickers, – Side under-run guards between the front and back tyres.

scheidender Faktor bei der Genehmigung der Anfahrroute (Bild 3).

2.2 Voll ausgestattete Transportfahrzeuge

In addition to the normally required driving license, every driver has to undergo Crossrail-specific training. After the appropriate safety training and video-based instruction in the access routes, the driver is issued a pass with ID number.

Zusätzlich zur geltenden Straßenverkehrsordnung ist die erforderliche Sicherheitsausstattung der Lieferfahrzeuge vom Van bis zum Schwertransporter in der CrossrailRegeln [3] genau geregelt. Die zusätzlichen Sicherheitsanforderungen sind im Bild 4 zusammengefasst und betreffen vor allem die Sicherheit von Fußgängern und Radfahrern: – Rückfahrkamera und Rückfahrwarnung, – Akustische Abbiegewarnung, – Seitenkamera bzw. Toter-Winkel-Assistent, – Warnschilder und Aufkleber, – Seitlicher Gitterrahmen zwischen Vorder- und Hinterreifen.

2.4 Delivery to the site – the procedure

2.3 Training und Kontrolle der LKW Fahrer

The purchasing department of the joint venture orders a certain construction material from a supplier. The supplier is already sent information about the delivery procedure with the query, along with a list of approved transport companies, and this is repeated with an order. If the supplier has a driver trained by Crossrail, then they can equip their own vehicle (truck or van) according to the requirements of Crossrail and the joint venture, or else appoint an already approved transport company. For one-off deliveries, an accredited transport company is mostly appointed.

Zusätzlich zu einem der Straßenverkehrsordnung entsprechenden Führerschein muss jeder Fahrzeuglenker ein Crossrail-spezifisches Training durchlaufen. Nach entsprechender Sicherheitsschulung und eines Fahrroutenstudiums auf Videobasis erhält der Fahrzeuglenker einen Ausweis mit ID-Nummer.

2.3 Training and control of truck drivers

2.4 Anlieferung zur Baustelle – Der Ablauf Die Einkaufabteilung der Arge bestellt ein bestimmtes Baumaterial bei einem Lieferanten. Bereits mit der Anfra-

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Fig. 4. Crossrail safety overview for vehicles (graphic: Crossrail) Bild 4. Crossrail Sicherheitsübersicht für Fahrzeuge (Grafik: Crossrail)

The supplier notifies the day X for the delivery to the purchasing department of the joint venture, who forward the delivery notification to the logistics department of the joint venture, who coordinate the delivery from then on. The delivery time (data and time) is fixed and the delivery comes to a waiting zone 1.5 to 2 km from the site (see Figure 3, LHA – Lorry Holding Area). At the LHA, a traffic marshal checks the safety equipment, delivery papers of the vehicle and driver’s certificate against a check list. If the vehicle and driver comply with the requirements, the transport is sent to the site along the designated route after agreement by telephone. If however any of the safety equipment is missing, the vehicle and the delivery are sent back. At the site, security takes over the vehicle at the entry barrier, where vehicle, delivery papers and driver’s certificate are checked again. Correct deliveries are then forwarded to a traffic marshal on the site, who shows the vehicle to the stores or the unloading point. The delivery papers are checked, signed and the goods are checked and unloaded. The driver normally remains in the vehicle during unloading. If it is necessary for the driver to leave the cab, then he must put on complete protective clothing (helmet, protective goggles, safety gloves, safety overall). After unloading, the delivery vehicle is handed over to security at the exit gate. Before leaving the site, a check is made whether the delivery papers have been signed and accepted, whether the tyres are clean and the vehicle can be allowed to leave the site without objections (for exam-

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ge, oft Monate im Voraus und noch einmal mit der Bestellung, wird dem Lieferanten bereits das An- und Ablieferungsprozedere sowie eine Liste der genehmigten Transportfirmen übermittelt. Verfügt der Lieferant über einen Crossrail-geschulten Fahrer, kann er sein eigenes Fahrzeug (LKW oder Van) entsprechend den Crossrail- und Arge-Anforderungen ausstatten, oder er bedient sich einer bereits genehmigten Transportfirma. Für Einzellieferungen wird meistens eine akkreditierte Transportfirma beauftragt. Der Lieferant meldet bei der Einkaufabteilung der Arge für den Tag X die bestellte Lieferung an. Die Einkaufabteilung der Arge leitet die Lieferankündigung an die Logistikabteilung der Arge weiter, die ab diesem Zeitpunkt die Lieferung koordiniert. Liefertermin (Datum und Uhrzeit) werden fixiert, und die Lieferung kommt zu einer 1,5 bis 2 km von der Baustelle entfernt liegenden Wartezone (vgl. Bild 3, LHA – Lorry Holding Area). In der LHA überprüft der Einweiser anhand einer Checkliste die Sicherheitseinrichtungen des Fahrzeugs sowie Lieferpapiere und Fahrerzertifikate. Entspricht das Fahrzeug und der Fahrer den Vorschriften, wird der Transport nach telefonischer Abstimmung mit der Baustelle über die vorgegebene Anfahrroute dorthin geschickt. Fehlt jedoch einer der Ausrüstungsgegenstände, wird das Fahrzeug – und die Lieferung – zurückgewiesen. An der Baustelle übernimmt der Sicherheitsdienst das Fahrzeug an der Einfahrtsschranke, wo Fahrzeug, Lieferpapiere und Fahrerzertifikate erneut überprüft werden.

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ple damage during unloading). The vehicle then drives by the designated route out of the city. Not all deliveries can comply with the specific Crossrail safety requirements, e.g. special transport or deliveries from continental Europe. These deliveries are not expected at the LHA but are directed to the yard/storage area of the joint venture at the edge of the city, where the load is reloaded onto an approved delivery vehicle and the delivery of the goods to the site can proceed as planned via the LHA. The standard times for journeys to and from the site are specified as follows: – Weekdays: 6:00 to 22:00, – Saturdays: 7:00 to 18:00, – Sundays: 9:00 to 18:00. The logistic effort for the construction of the new rail link through London is enormous, but smooth running would be impossible without the strict maintenance of requirements and approvals.

2.5 Personnel required for the logistics to and from the sites Such an effort is naturally very labour-intensive for the joint venture. Three employees are permanently engaged with logistic planning. On the two sites, altogether 24 people, traffic marshals and security staff, look after deliveries and collections. Most of these work on the day shift. For continuous operation, however, the night shift also has to be covered with a minimum of logistic personnel.

3 Special geotechnical features – long-term settlement The second part of this article is devoted to a quite different aspect of inner-city tunnelling, long-term settlement. It is not often possible to observe long-term settlement, not least because the measurements are mostly abandoned shortly after the completion of the tunnel. At Whitechapel Station, it was possible to observe the settlement for more than one year before the start of tunnelling and almost 2 ½ years after, with results that partially deviate greatly from the received expert opinion. The following is an updated summary of [5] and [6].

3.1 Whitechapel Station Tunnel and Vallance Road Crossover Figure 5 shows an overview of the sprayed concrete tunnels at Whitechapel Station and the Vallance Road Cross over structure. Also to be seen in Figure 5 are the shafts in Durward Street, which will become part of the station building, and in Cambridge Heath Road, which serve for ventilation and as emergency serves exit. Neither shaft is part of contract C510. For the construction of the station tunnel, a 30 m deep construction shaft with an inside diameter of 12.5 m was sunk, from which all tunnelling works were carried out. The tunnelling works were completed in January 2016. At the moment, the inner lining works are underway. Whitechapel Station is in a residential area. The site area around the construction shaft had to be enclosed in a noise protection housing, in which the batching plant is integrated; otherwise, continuous working would not have been possible [4].

Ordnungsgemäße Lieferungen werden an einen Einweiser auf der Baustelleneinrichtungsfläche übergeben, der das Fahrzeug zum Magazin oder zur Entladestelle einweist. Die Lieferpapiere werden kontrolliert, abgezeichnet und die Ware nach Überprüfung entladen. Der Fahrer bleibt während der Entladetätigkeit in der Regel im Fahrzeug. Wird es notwendig, dass der Fahrer das Fahrzeug verlässt, muss er die persönliche Schutzausrüstung (Helm, Schutzbrille, Sicherheitsschuhe, Handschuhe, Sicherheitsoverall) vollständig anlegen. Nach erfolgter Entladung wird das Lieferfahrzeug an den Sicherheitsdienst am Ausfahrtstor übergeben. Vor der Ausfahrt von der Baustelle wird überprüft, ob die Lieferpapiere abgezeichnet und abgenommen wurden, ob die Reifen sauber sind und das Fahrzeug ohne Reklamationen (z. B. Beschädigungen bei der Entladung) die Baustelle verlassen kann. Das Fahrzeug fährt über die vorgegebene Transportroute wieder aus der Stadt. Nicht bei allen Anlieferungen können Fahrer und Transportfahrzeug den Crossrail-spezifischen Sicherheitserfordernissen entsprechen, z. B. bei Spezialtransporten oder Lieferungen aus dem europäischen Kontinent. Diese Anlieferungen werden nicht in der LHA erwartet, sondern auf den Bauhof/Lagerplatz der Arge am Stadtrand dirigiert. Hier wird die Ladung auf ein genehmigtes Transportfahrzeug umgeladen und die Anlieferung der Ware auf die Baustelle kann plangemäß über die LHA beginnen. Die Standardzeiten für die An- und Abfahrten sind folgendermaßen festgelegt: – Wochentags: 6:00 bis 22:00 Uhr, – Samstags: 7:00 bis 18:00 Uhr, – Sonntags: 9:00 bis 18:00 Uhr. Der logistische Arbeitsaufwand für den Bau der neuen Eisenbahnverbindung quer durch London ist enorm, aber ohne konsequente Einhaltung aller Vorgaben und Genehmigungen wäre ein reibungsloser Ablauf überhaupt nicht möglich.

2.5 Personalaufwand für die logistische Abwicklung der Zu- und Abfahrten Solcher Aufwand ist natürlich auch für die Arge personalintensiv. Es sind allein drei Personen permanent mit der logistischen Planung beschäftigt. An beiden Baustellen kümmern sich insgesamt 24 Personen, Einweiser und Sicherheitspersonal, um den An- und Abtransport. Die Mehrheit davon ist während der Tagschicht beschäftigt. Für den Durchlaufbetrieb muss jedoch auch die Nachtschicht mit einem Minimum an Logistikpersonal abgedeckt sein.

3 Geotechnische Besonderheiten – Langzeitsetzungen Einem ganz anderen Aspekt des innerstädtischen Tunnelbaus widmet sich der zweite Teil dieses Beitrags, den Langzeitsetzungen. Es gibt nicht oft Gelegenheit, Langzeitsetzungen zu beobachten, nicht zuletzt weil die Messungen meistens kurz nach der Tunnelfertigstellung eingestellt werden. Bei der Whitechapel Station ergab sich die Möglichkeit, die Setzungen mehr als ein Jahr vor Beginn

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Fig. 5. Sprayed concrete tunnels for Whitechapel Station and the Vallance Road Crossover (graphic: BBMV JV C510/Stärk) Bild 5. Spritzbetontunnel der Whitechapel Station und Vallance Road Überleitung (Grafik: BBMV JV C510/Stärk)

For the protection of several neighbouring buildings, compensation grouting was provided. A shaft also had to be sunk for this purpose (Grout Shaft), a good 16 m deep and 6 m in diameter, from which the manchette tubes were drilled. This grout shaft has its own noise protection housing. The running tunnels to and from Whitechapel Station were driven by earth pressure balance machines, which are not shown in Figure 5. The tunnels and most cross passages were first driven as a pilot tunnel with a diameter of about 6.3 m and then enlarged to 10.5 to 11.5 m diameter (Figure 6). The two 35 m long trumpet-shaped crossover caverns, the Westbound and Eastbound Caverns, were excavated due to their size with double and single side wall drift, respectively. With a height of about 14 m and a width of over 17 m, these are the largest sprayed concrete tunnels ever built in the London clay.

Fig. 6. Pilot tunnel with about 6.3 m excavated diameter and enlargement to 10.5 to 11.5 m excavated diameter (photo: Stärk) Bild 6. Pilotstollen mit ca. 6,3 m Ausbruchsdurchmesser und Aufweitung mit 10,5 bis 11,5 m Ausbruchsdurchmesser (Foto: Stärk)

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der Tunnelarbeiten zu beobachten und fast 2 ½ Jahre danach, mit Ergebnissen, die teilweise erheblich von der herrschenden Lehrmeinung abweichen. Die folgenden Ausführungen sind eine aktualisierte Zusammenfassung von [5] und [6].

3.1 Whitechapel Station Tunnel und Vallance Road Crossover Bild 5 zeigt einen Überblick über die Spritzbetontunnel der Whitechapel Station und des Überleitungsbauwerks Vallance Road Crossover. Ebenfalls im Bild 5 zu sehen sind die Schächte an der Durward Street, der Teil des Stationsgebäudes wird, und an der Cambridge Heath Road, der zur Ventilation und als Notausgang dienen wird. Beide Schächte sind nicht Teil des Bauloses C510. Zum Bau der Stationstunnel wurde ein 30 m tiefer Zugangsschacht (Construction Shaft) mit 12,5 m Innendurchmesser abgeteuft, von dem aus alle Tunnelbauarbeiten durchgeführt wurden. Die Vortriebsarbeiten wurden im Januar 2016 fertiggestellt. Zurzeit laufen die Arbeiten für die Innenschale. Die Whitechapel Station befindet sich in einem Wohngebiet. Der Baustellenbereich um den Zugangsschacht musste mit einer Lärmschutzhalle umbaut werden, in die auch die Betonmischanlage integriert ist; andernfalls wäre ein Durchlaufbetrieb nicht möglich gewesen [4]. Zum Schutz einiger umliegender Gebäude waren Hebungsinjektionen vorgesehen. Auch hierfür wurde eigens ein Schacht abgeteuft (Grout Shaft), gut 16 m tief und 6 m im Durchmesser, aus dem die Manschettenrohre gebohrt worden waren. Dieser Injektionsschacht erhielt seine eigene kleine Lärmschutzhalle. Die Streckentunnel zu und von der Whitechapel Station wurden mit Erddruckschildmaschinen aufgefahren. Diese sind im Bild 5 sind nicht dargestellt. Die Tunnel und die meisten Querschläge wurden zunächst mit einem Pilotstollen von ca. 6,3 m Durchmesser aufgefahren und dann auf 10,5 bis 11,5 m Durchmesser aufgeweitet (Bild 6). Die beiden 35 m langen trompetenförmigen Überleitungskavernen, die Westbound und East-

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In order to accelerate the tunnelling works, a bypass tunnel was built, from which it was possible to drive the Eastbound Running Tunnel (EBRT) without colliding with the construction of the Durward Street Shaft. The Eastbound Running Tunnel was first driven to the western end as a pilot tunnel and enlarged. Then it was enlarged again to form the Eastern Cavern at the branch of the Crossover Tunnel.

3.2 Geology As in any city, which has been inhabited for about 2000 years, the uppermost soil layer at Whitechapel Station in London consists of anthropogenic debris. Under that are 2 to 5 m thick river terrace deposits. These are aquiferous and form the upper of two groundwater horizons. From about 7 m below ground level is a stratum about 25 m thick of London clay, which acts as an aquitard to the river terraces. The London clay is followed by the Harwich Formation, an aquiferous gravelly layer with a maximum thickness here of 30 cm, which however is not continuous and is missing in large areas. The 15 m thick Lambeth Group below that is essentially a clay, but can contain sand lenses and channels with confined groundwater. The lower of the two groundwater stories is then in the Thanet Sand Formation and the Chalk, although the latter two are not relevant for tunnelling since the tunnels pass through the London clay and only dip into the Lambeth Group in the area of the Vallance Road Crossover. Due to the falling vertical alignment, the overburden depth there increases from about 20 to 25 m.

3.3 Long-term settlement: time-settlement curves For this article, a survey section at the western edge of the site is taken as an example. This has the longest recording history of about four years of measurements and the various tunnelling phases can also be relatively easily separated here. The small plan embedded in Figure 7 shows its length along Vallance Road. It extends along a length of about 120 m with more than 36 survey points at a spacing of 5 m at the edges and 2.5 m near the two tunnels. The measurements were made every fourteen days to weekly before the start of tunnelling and daily during tunnelling. After the completion of the tunnel drives, the interval between the measurements was increased in steps up to three months. Figure 7 shows representative settlement curves at two survey points over four years, starting in September 2012. Survey point LP52826 is located directly above the Eastbound Running Tunnel, the other survey point LP25801 is at the southern end of this survey section and outside the area affected by the tunnelling works. Like all the levelling points on public areas (LP stands for Levelling Point), these are nails shot into the road or in this case the footpath paving. There were already survey points at both locations, which however had to be renewed due to other building works. The zero reference level was adapted to the settlement until then, therefore the settlement curves start at –1 and –4 mm respectively. The settlement history of the old points is unfortunately no longer available, but even without these, there is – for

bound Kaverne, wurden ihrer Größe wegen mit ein- bzw. zweihüftigem Ulmenstollen aufgefahren. Mit einer Höhe von ca. 14 m und einer Breite von über 17 m sind sie die größten je im Londoner Ton gebauten Spritzbetontunnel. Zur Beschleunigung der Vortriebsarbeiten wurde ein Bypass Tunnel gebaut, von dem aus es möglich war, den Eastbound Running Tunnel (EBRT) aufzufahren, ohne mit der Herstellung des Durward Street Schachtes zu kollidieren. Der Eastbound Running Tunnel wurde zunächst bis zum westlichen Ende des Bauloses mit Pilotstollen und Aufweitung aufgefahren. Danach wurde er an der Einmündung des Crossover Tunnels zur Eastbound Kaverne erweitert.

3.2 Geologie Wie in allen Städten, die seit rund 2000 Jahren bewohnt werden, besteht auch im Bereich der Londoner Whitechapel Station die oberste Bodenschicht aus anthropogenen Hinterlassenschaften. Darunter befinden sich 2 bis 5 m mächtige Ablagerungen aus Flussterrassen. Diese sind wasserführend und bilden den oberen der beiden Grundwasserhorizonte. Ab etwa 7 m unter Geländeoberkante steht eine rund 25 m mächtige Schicht Londoner Ton an, die zu den Flussterrassen als Wasserstauer wirkt. Der Londoner Ton wird gefolgt von der Harwich Formation, einer hier maximal 30 cm starken, manchmal wasserführenden kiesigen Schicht, die nicht durchgängig ist und in weiten Bereich ganz fehlt. Die darunter liegende rund 15 m mächtige Lambeth Group ist im Wesentlichen ein Ton, der jedoch Sandlinsen und -kanäle mit gespanntem Grundwasser enthalten kann. Das untere Grundwasserstockwerk steht dann in den Sanden der Thanet Formation und der Kalke an. Letztere beiden sind tunnelbautechnisch nicht mehr relevant, da die Vortriebe im Londoner Ton gelegen sind und nur im Bereich des Vallance Road Crossover in die Lambeth Group eintauchen. Wegen der abfallenden Gradiente steigt die Überlagerungshöhe dort von rund 20 auf 25 m.

3.3 Langzeitsetzungen: Zeit-Setzungs-Kurven Für diesen Beitrag wurde beispielhaft ein Messquerschnitt am westlichen Rand des Bauloses ausgewählt, der mit knapp vier Jahren Messdauer über die längste Messhistorie verfügt und bei dem sich die verschiedenen Vortriebsphasen gut voneinander trennen lassen. Die im Bild 7 eingebettete kleine Draufsicht zeigt seine Lage entlang der Vallance Road. Er erstreckt sich über eine Länge von ca. 120 m und verfügt über 36 Messpunkte im Abstand von 5 m an den Rändern und von 2,5 m im Bereich der beiden Tunnel. Die Messungen wurden vor Vortriebsbeginn wöchentlich bis vierzehntäglich und während des Vortriebs täglich durchgeführt. Nach Abschluss der Vortriebe wurde der Abstand zwischen den Messungen schrittweise auf bis zu drei Monate reduziert. Im Bild 7 sind stellvertretend die Zeitsetzungslinien zweier Messpunkte über vier Jahre dargestellt, beginnend im September 2012. Der Messpunkt LP52826 befindet sich direkt über dem Eastbound Running Tunnel, der andere Messpunkt LP25801 am südlichen Ende dieses Mess querschnitts außerhalb des Einflussbereichs des Vortriebs. Wie alle Nivellementpunkte im öffentlichen Bereich (LP

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Fig. 7. Time-settlement curve for the excavation of the pilot tunnel, enlargement and long-term settlement (graphic: Hill/Stärk) Bild 7. Zeit-Setzungslinie für Ausbruch Pilotstollen, Aufweitung und Langzeitsetzungen (Grafik: Hill/Stärk)

C510 – a unique settlement duration of about 1 ½ years before the start of tunnelling. Surprisingly, point LP25801 at the southern end shows an almost constant settlement rate of the magnitude of 1.5 to 2 mm per year over the entire surveying period, and is apparently immune to external influences. A more precise analysis shows that there are slight seasonal variations (which are however not visible at the chosen scale of the ordinate of Figure 7), with a stagnating settlement rate in the rainy months and slightly rising tendency as the soil dries in the summer months. The cause for this “base settlement” is not known but possibly London is sinking slowly back into the sea. In any case, the settlement curve shows that LP 25801 actually lies outside the area affected by the tunnel, both the sprayed concrete drive of the Eastbound Running Tunnel (EBRT) and also the later and nearer Westbound TBM Tunnel. In comparison, LP25826 has the same settlement rate until April 2013 and again after about August 2013 until the start of excavation of the EBRT pilot tunnel in February 2014. Between these dates, a settlement increase of about 7 mm was observed, whose cause cannot be completely explained. This time does indeed fall within the dates of the short trial of the groundwater relief, but a more precise analysis of the associated settlement shows a maximum effect of only 2 mm [7], which is much less, and the increase of settlement also began before the trial. At the same time, extensive renewal of gas and water pipes was carried out in Vallance Road, which probably contributed to this increase of settlement. In the settlement curve at point LP52826, the excavation of the EBRT pilot tunnel and its enlargement can be easily recognised; due to the close scale of the abscissa, the settlement curve looks almost vertical. The settlement of about 10 mm for the pilot tunnel and 15 mm for the enlargement were within the expected range. Between the pilot tunnel and the enlargement, about 2 ½ months passed, during which long-term settlement due to tunnelling occurred for the first time, with a magnitude of almost 2 mm per month. Since the end of excavation of the EBRT

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steht für Levelling Point, also Nivellementpunkt) sind auch diese beiden in die Straßen- oder wie hier in die Fußwegbefestigung geschossene Nägel. An beiden Stellen gab es vorher bereits Messpunkte, die aber wegen anderer Bauarbeiten neu gesetzt werden mussten. Die Nullmessung wurde den bis dahin aufgetretenen Setzungen angepasst, daher starten die Setzungslinien bei –1 bzw. bei –4 mm. Die Setzungsgeschichte der alten Punkte ist leider nicht mehr verfügbar, aber auch ohne diese gibt es eine – für C510 – einmalige Messdauer von fast 1 ½ Jahren vor Vortriebsbeginn. Überraschenderweise zeigt LP25801 am südlichen Ende über die gesamte Messdauer eine nahezu konstante Setzungsrate in der Größenordnung von 1,5 bis 2 mm pro Jahr, die scheinbar immun gegen alle äußeren Einflüsse ist. Eine genauere Analyse zeigt, dass es leichte saisonale Schwankungen gibt (die jedoch im gewählten Maßstab der Ordinate des Bildes 7 nicht sichtbar sind), mit eher stagnierender Setzungsrate in den regenreichen Monaten und leicht steigender in den den Boden austrocknenden Sommermonaten. Die Ursache für diese „Grundsetzung“ ist nicht bekannt, möglicherweise versinkt London langsam wieder im Meer. Auf jeden Fall zeigt die Setzungslinie, dass LP 25801 tatsächlich außerhalb des Einflussbereichs der Tunnelvortriebe liegt, sowohl des Spritzbetonvortriebs des Eastbound Running Tunnel (EBRT) als auch des späteren und näheren Westbound TBM-Tunnels. Im Vergleich hat auch LP25826 bis April 2013 dieselbe Setzungsrate und wieder ab etwa August 2013 bis zum Vortriebsbeginn des EBRT Pilotstollens im Februar 2014. Zwischenzeitlich war eine Setzungszunahme um ca. 7 mm zu beobachten, deren Ursache nicht vollständig geklärt werden konnte. Zwar fällt in diese Zeit der kurze Probebetrieb der Grundwasserentspannung, eine genaue Analyse der damit verbundenen Setzungen zeigte jedoch einen maximalen Einfluss von lediglich 2 mm [7], also deutlich weniger, und außerdem begann die Setzungszunahme schon vor dem Probebetrieb. Zur selben Zeit wurden auch umfangreiche Erneuerungen von Gas- und Wasserleitungen in der Vallance

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enlargement in June 2014, long-term settlement has occurred, whose end is not yet foreseeable and with a settlement rate much higher than before the start of tunnelling, as is shown by a comparison with the settlement curve at survey point LP52801.

3.4 Long-term settlements: settlement rate Figure 8 shows the settlement rate for survey point LP52826 four weeks after the end of excavation of the EBRT enlargement; this was 20 June 2014 and is the day “0” on the abscissa. The daily display has been selected since there is a duty under the contract to continue the measurements for 90 days after the completion of tunnelling. The fact that this has now become almost 1,000 days is due to the long construction period, and also under another clause in the contract, which requires the extension of measurements until the settlement rate has fallen to less than 2 mm/year. Due to the latter clause, the “base settlement” mentioned above of 1.5 to 2 mm per year has been deducted from the settlement rate in Figure 8, since otherwise the required settlement rate would never be achieved. But even then it was almost 500 days before the value fell below 2 mm/year.

3.5 Long-term settlement: settlement trough The settlement trough along the survey section at Vallance Road is shown in Figure 9 for four different con-

Crossrail C510 (GB)

Road durchgeführt, die wahrscheinlich zu dieser Setzungszunahme beigetragen haben. In der Setzungskurve des Messpunkts LP52826 sind die Vortriebe des EBRT-Pilotstollens und der Aufweitung gut erkennbar; aufgrund des engen Maßstabes der Abszisse zeichnet sich die Setzungszunahme nahezu vertikal ab. Sie lag mit rund 10 mm für den Pilotstollen und 15 mm für die Aufweitung innerhalb der Erwartung. Zwischen Pilotstollen und Aufweitung vergingen ca. 2 ½ Monate, in denen es zum ersten Mal zu vortriebsbedingten Langzeitsetzungen kam. Die Größenordnung lag bei knapp 2 mm pro Monat. Seit dem Vortriebsende der EBRT-Aufweitung im Juni 2014 treten Langzeitsetzungen auf, deren Ende derzeit noch nicht abzusehen ist und deren Setzungsrate deutlich höher liegt als vor Vortriebsbeginn wie ein Vergleich mit der Setzungskurve des Messpunkts LP52801 zeigt.

3.4 Langzeitsetzungen: Setzungsrate Das Bild 8 zeigt die Setzungsrate für den Messpunkt LP52826 vier Wochen nach Vortriebsende der EBRT-Aufweitung; das war der 20. Juni 2014 und das ist Tag „0“ auf der Abszisse. Die tagesbezogene Darstellung ist gewählt worden, da es bauvertraglich die Verpflichtung gibt, die Messungen noch 90 Tage nach Vortriebsende fortzuführen. Dass es inzwischen fast 1.000 Tage geworden sind, liegt zum einen an der langen Bauzeit, zum anderen an einer weiteren vertraglichen Klausel, welche die Fortführung der Messungen verlangt, bis die Setzungsrate unter 2 mm/Jahr

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Setzungsrate nach Ende Vortrieb EBRT-Aufweitung, mm/Jahr 35 30 LP52826

2 mm/Jahr

20 15 10 5 0

200

400

Tage

600

struction phases: first, the direct effect of the EBRT pilot tunnel excavation (black dotted line); followed by the short subsequent phase of long-term settlement (orange dashed line), the direct effect of the enlargement excavation (black continuous line); and finally the long-term settlement until August 2016 (red dashed line). The display only includes settlements, which can be assigned to the sprayed concrete tunnel, which means that all settlement before the start of tunnelling is not included and the “base settlement” has also been deducted. Therefore the settlement trough at survey point LP52826 shows smaller values than in Figure 7, where the absolute settlements are shown. Another point is related to the TBM driving of the westbound tunnel. This did indeed, as shown in Figure 7, have no effect on the survey points LP52801 and 52826, but it did between, about –20 to –60 m (see Figure 9). The settlements due to the TBM drive as well as the associated long-term settlement have also been deducted. Another contract provision is responsible for this calculation work. In inner-city tunnelling, the minimisation of settlement is decisive for the protection of existing buildings. In Great Britain, the volume loss, defined as the ratio of the volume of the settlement trough to the volume of the excavated cross-section related to one metre of tunnel, is a decisive control quantity. It was agreed in the contract that the direct volume loss due to tunnelling had to remain under 1.25 %. This verification was first possible through the breakdown of the settlements: the volume loss is in the order of magnitude of 1 %, if only the direct settlement is considered; the long-term settlement doubles it to over 2 % [5] [6]. It can be seen in Figure 9 that the settlement trough could not be completely recorded to the north. For the calculation of the volume loss, it was assumed that the symmetry of the settlement trough continues to the north.

3.6 Long-term settlement: effects and causes The existence of long-term settlement is undoubtedly known [8], but was estimated as irrelevant according to

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800

1000

Fig. 8. Long-term settlement rate about four weeks after the end of the enlargement excavation, showing the longterm settlement rate due to tunnelling; the “base settlement” is not included (graphic: Hill/Stärk) Bild 8. Langzeitsetzungsrate ab ca. vier Wochen nach Ende Vortrieb Aufweitung. Dargestellt ist die vortriebsbedingte Langzeitsetzungsrate; nicht enthalten ist die „Grundsetzung“ (Grafik: Hill/Stärk)

gefallen ist. Aufgrund der letztgenannten Klausel ist die oben erwähnte „Grundsetzung“ von 1,5 bis 2 mm pro Jahr aus der Setzungsrate im Bild 8 herausgerechnet worden, denn sonst würde die geforderte Setzungsrate nie erreicht werden. Doch auch so hat es fast 500 Tage gedauert, bis die 2 mm/Jahr unterschritten worden sind.

3.5 Langzeitsetzungen: Setzungstrog Der Setzungstrog entlang des Messquerschnitts an der Vallance Road ist im Bild 9 für vier verschiedene Bauphasen dargestellt: Zunächst der direkte Einfluss des EBRT-Pilotstollenvortriebs (schwarze punktierte Linie); es folgt die kurze Phase der Langzeitsetzungen danach (orange gestrichelte Line); der direkte Einfluss des Vortriebs der Aufweitung (schwarz durchgezogene Linie); und schließlich die Langzeitsetzungen bis August 2016 (rote gestrichelte Linie). Die Darstellung enthält ausschließlich Setzungen, die den Spritzbetontunneln zugeordnet werden. Das heißt, alle Setzungen vor Vortriebsbeginn sind nicht enthalten und die „Grundsetzung“ ist auch hier herausgerechnet worden. Dadurch zeigen die Setzungsmulden am Messpunkt LP52826 kleinere Werte als im Bild 7, wo die absoluten Setzungen dargestellt sind. Ein weiterer Punkt betrifft den TBM-Vortrieb des Westbound Tunnels. Dieser hatte zwar, wie im Bild 7 gezeigt, keinen Einfluss auf die Messpunkte LP52801 und 52826, wohl aber dazwischen, etwa von –20 bis –60 m (vgl. Bild 9). Die vortriebsbedingten Setzungen der TBM sowie die dazugehörigen Langzeitsetzungen sind ebenfalls herausgerechnet worden. Auch für diesen rechnerischen Aufwand ist eine vertragliche Regelung verantwortlich. Im innerstädtischen Tunnelbau ist die Minimierung von Setzungen zum Schutz der Bestandsbauten entscheidend. In Großbritannien ist der Volumenverlust (volume loss), das ist das Verhältnis des Volumens des Setzungstrogs zum Volumen des Ausbruchsquerschnitts bezogen auf einen Meter Tunnellänge, eine maßgebende Steuerungsgröße. Vertraglich wurde vereinbart, dass der vortriebsbedingte, direkte Vo-

A. Stärk/L. Falkner/N. Hill · Logistic challenges and special geotechnical features in inner-city tunnelling through the example of Crossrail Contract C510 in London

Setzungen, mm 0

LP52801

LP52826 EBRT-Pilotstollen

-10 EBRT-Aufweitung direkter Einfluss

-20 Messquerschni EBRT-Aufweitung Langzeitsetzungen

-30

LP52826

Eastbound Running Tunnel (EBRT)

-40

-50

-80

Süd

-60

Westbound TBM

EBRT Pilot / Aufweitung

-40

-20 0 20 Abstand zur Tunnelachse, m

LP52801

the contract. According to the prevailing opinion, the trough created by long-term settlement is very wide so that there is only small differential settlement and the inclination or deflection experienced by existing buildings is normally far less than would cause damage [8]. A glance at the EBRT enlargement in Figure 9 however shows that the trough from long-term settlement is not significantly wider than that of the direct effect, but has steeper flanks. This is no wonder since the long-term settlement has meanwhile almost led to double the settlement. Thus existing buildings have been affected by stronger inclination or heavier deflection at the edge of the trough and in its centre. These are typical observations from contract C510. For this reason, compensation grouting to correct settlement has already been carried out to a value of about £ 1.1 million. According to [8], the causes of long-term settlement are mainly the magnitude and the distribution of the positive pore water pressure due to tunnelling and, interestingly, the permeability of the tunnel lining related to the permeability of the soil. It is assumed that the tunnel lining is more impermeable than the soil by a factor of 100, otherwise it would have a drainage effect. In relation to the London clay, which acts as an aquitard and has no free groundwater table, this may sound astonishing. The average permeability of the London clay is 10–9 m/s. We have not tested the permeability of the shotcrete but it will have a similar magnitude. The supposed drainage effect thus does not show as streams of water, which have to be pumped out of the tunnel, but as damp patches in the concrete or not even that if the water is simply evaporated by the tunnel ventilation. In older tunnels with cast iron tubbings, dripping water with formation of stalactites can often be observed at the unsealed joints.

3.7 Long-term settlement: conclusions and outlook Reference [8] reports on long-term settlement after the construction of the underground railway in the area of Westminster and St. James’s Park, which had not declined

Nord

Fig. 9. Settlement trough for the excavation of the pilot tunnel, enlargement and long-term settlement (graphic: Hill/Stärk) Bild 9. Setzungstrog für Ausbruch Pilotstollen, Aufweitung und Langzeitsetzungen (Grafik: Hill/Stärk)

lumenverlust unter 1,25 % bleiben muss. Dieser Nachweis war erst durch die Aufschlüsselung der Setzungen möglich: Der Volumenverlust liegt in der Größenordnung von 1 %, wenn nur die direkten Setzungen berücksichtigt werden; die Langzeitsetzungen verdoppeln ihn auf über 2 % [5] [6]. Im Bild 9 ist zu sehen, dass der Setzungstrog nach Norden nicht vollständig erfasst werden konnte. Für die Berechnung des Volumenverlustes ist davon ausgegangen worden, dass sich die Symmetrie des Setzungstrogs nach Norden fortsetzt.

3.6 Langzeitsetzungen: Auswirkungen und Ursachen Die Existenz von Langzeitsetzungen ist durchaus bekannt [8], sie wurden aber bauvertraglich als irrelevant eingeschätzt. Nach der vorherrschenden Meinung ist der Trog, der durch Langzeitsetzungen erzeugt wird, sehr weit, so dass sich nur kleine Differenzsetzungen ergeben und dass die Schiefstellung bzw. Durchbiegung, die Bestandsbauten dadurch erfahren, normalerweise weit davon entfernt sind, Schaden anzurichten [8]. Ein Blick auf die EBRTAufweitung im Bild 9 zeigt jedoch, dass der Trog aus Langzeitsetzungen nicht nennenswert weiter geworden ist gegenüber dem aus direktem Einfluss, aber deutlich steilere Flanken aufweist. Das ist kein Wunder, denn die Langzeitsetzungen haben inzwischen fast zur Verdoppelung der Setzungen geführt. Dadurch sind Bestandsbauten von stärkerer Schiefstellung betroffen bzw. von stärkerer Durchbiegung am Trogrand und in dessen Zentrum. Das sind typische Beobachtungen am Baulos C510. Aus diesen Gründen wurden bereits setzungskorrigierende Hebungsinjektionen im Wert von ca. £ 1,1 Mio. durchgeführt. Nach [8] liegen die Ursachen für Langzeitsetzungen hauptsächlich in der Größe und Verteilung des vortriebsbedingten Porenwasserüberdrucks und interessanterweise in der Permeabilität der Tunnelschale im Verhältnis zur Permeabilität des Bodens. Es wird davon ausgegangen, dass die Tunnelschale um den Faktor 100 undurchlässiger als der Boden sein muss, ansonsten wirkt sie als Dränage.

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after more than ten years – and has meanwhile led to a visible inclination of Big Ben. It is however unclear whether this is solely long-term settlement or “base settlement” is also present. On the Crossrail contract C510 that is discussed here, the forecasts are still rather hypothetic at the moment. As can be seen in Figure 8, the long-term settlement due to tunnelling has fallen to about 1 mm/ year after almost three years. At the moment (August 2016), the impermeable inner lining is being installed. If the assumption of a drainage effect is correct, then long term settlement due to tunnelling would have to stop after the completion of the lining. It is however sure that long-term settlement of this magnitude, effect and duration was not expected in this form. The early occurrence of long-term settlement between the construction phases was also a new experience for all involved. In order to compensate the long-term settlement, compensation grouting has been carried out to many buildings, which was provided as a precaution and also to correct long-term settlement. The observation period is however too short for a final assessment of the possible long-term damage to existing buildings. References [1] Crossrail: Works Information, Volume 2B – General Requirements, Part 26 – Logistics Management, CRL1-PDP-WXWI-CRG03-00026 Rev. 4.0. London 2010. [2] London Borough of Tower Hamlets: Control of Pollution Act 1974 – Section 61, Prior consent for work on construction sites. London 2011 – 2016. [3] Crossrail: Crossrail compliance Vehicle Safety Kit. Version 8a. London 2013. [4] Fischer, M., Stärk, A., Evans, C.: Quality control and geotechnical monitoring of SCL in urban areas in the UK – case history Crossrail contract C510 / Qualitätsüberwachung und geotechnisches Monitoring bei Anwendung der Spritzbetonbauweise (SCL) in innerstädtischen Bereichen in Großbritannien – Fallbeispiel Crossrail Los C510. Geomechanics and Tunnelling 6 (2013), No. 5, pp. 519–527. [5] Hill, N., Stärk, A.: Volume Loss and Long Term Settlement at Kempton Court, Whitechapel. In Black, Dodge & Lawrence (eds.): Crossrail Project: Infrastructure Design and Construction (Volume 2). London: ICE Publishing, 2015. [6] Hill, N.; Stärk, A.: Long-term settlement following SCLtunnel excavation. In Black (ed.): Crossrail Project: Infrastructure Design and Construction (Volume 3). London: ICE Publishing, 2016. [7] Colace, A., Stärk, A.: Depressurisation and Surface Settlement at Vallance Road Garden, WHI. In Black, Dodge & Lawrence (eds.): Crossrail Project: Infrastructure Design and Construction (Volume 2). London: ICE Publishing, 2015. [8] Mair, R.J.: Tunnelling and geotechnics: new horizons. Géotechnique 58 (2008), No. 9, pp. 695–736.

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Dr.-Ing. Alfred Stärk alfred.staerk@bemo.net BeMo Tunnelling GmbH Bernhard-Höfel-Str. 11 6020 Innsbruck Austria

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In Bezug auf Tunnel im Londoner Ton, der als Grundwasserstauer wirkt und keinen freien Grundwasserspiegel hat, klingt das zunächst verwunderlich. Die Durchlässigkeit von Londoner Ton liegt im Mittel bei 10–9 m/s. Wir haben die Durchlässigkeit des Spritzbetons nicht getestet, sie wird aber in ähnlicher Größenordnung liegen. Die gemeinte Dränagewirkung äußert sich daher nicht in Strömen von Wasser, die aus dem Tunnel gepumpt werden müssen, sondern in Feuchtstellen im Beton oder nicht einmal das, wenn durch die Tunnelventilation das Wasser einfach verdunstet. In älteren Tunnel mit Gußeisentübbingen kann häufig tropfendes Wasser mit Stalaktitenbildung an nicht abgedichteten Fugen beobachtet werden.

3.7 Langzeitsetzungen: Schlussfolgerung und Ausblick In [8] wird von Langzeitsetzungen nach dem U-Bahnbau im Bereich von Westminster und St. James’s Park berichtet, die nach über zehn Jahren noch nicht abgeklungen sind – und mittlerweile zu einer sichtbaren Neigung von Big Ben geführt haben. Es ist allerdings unklar, ob es sich ausschließlich um vortriebsbedingte Langzeitsetzungen handelt oder auch „Grundsetzungen“ vorhanden sind. Beim hier besprochenen Crossrail Baulos C510 sind die Prognosen derzeit noch etwas hypothetisch. Wie im Bild 8 zu sehen, sind die vortriebsbedingten Langzeitsetzungen nach knapp drei Jahren auf ca. 1 mm/Jahr gefallen. Zurzeit (August 2016) wird die wasserundurchlässige Innenschale eingebaut. Wenn die Annahme der Dränagewirkung stimmt, müsste die vortriebsbedingte Langzeitsetzung nach deren Fertigstellung zur Ruhe kommen. Sicher ist jedoch, dass Langzeitsetzungen in dieser Größenordnung, Auswirkung und Dauer so nicht erwartet worden sind. Auch das frühe Auftreten der Langzeitsetzungen zwischen den Bauphasen war eine neue Erfahrung für alle Beteiligten. Zum Ausgleich der vortriebsbedingten Setzungen wurden an vielen Gebäuden Hebungsinjektionen durchgeführt, die vorbeugend auch zur Korrektur von Langzeitsetzungen eingesetzt worden sind. Für eine abschließende Beurteilung von möglichen langfristigen Schäden an Bestandsbauten ist der Beobachtungszeitraum jedoch noch zu kurz.

Ing. Leo Falkner leo.falkner@bemo.net BeMo Tunnelling GmbH Bernhard-Höfel-Str. 11 6020 Innsbruck Austria

Nigel Hill MSc. Morgan Sindall Corporation Street Rugby Warwickshire CV21 2DW UK nigel.hill@bbmv.co.uk

Topics Heinz Ehrbar

DOI: 10.1002/geot.201600053

Building Information Modelling – a new tool for the successful implementation of major projects of German railways Building Information Modelling – Ein neues Werkzeug zur erfolgreichen Realisierung von Großprojekten der Deutschen Bahn If correctly applied, digitalisation can also create great added value for railways, which explains why German Railways (DB) is taking it seriously. As with many other construction client organisations, the DB with their portfolio of major projects was and is confronted with the situation that cost targets and deadlines can often not be maintained. The causes for such deviations are various and in addition to the many external reasons, are also due to the current methods of controlling construction projects. The DB has recognised that the use of digital methods of project implementation such as Building Information Modelling (BIM) can achieve a great contribution to the improvement of project stability. While DB has already consistently furthered the use of BIM for station buildings in recent years, BIM has only been in use on DB infrastructure projects since 2015. By the end of 2020, however, the running up process of BIM at DB should have reached the stage that all complex major projects and all projects suitable for standardisation are designed and controlled with BIM. The DB hopes to gain from the use of BIM more transparency on projects, considerable economic benefits and the strengthening of the collaboration of all sides as partners.

1 The major projects of German Railways 1.1 Construction investments of German Railways Under the current performance and financing agreement (LuFV II) that has been valid since 1 January 2015, the federal government and DB will invest altogether EUR 28 billion in the improvement of existing infrastructure between 2015 and 2019. Of this sum, EUR 8 billion will come from the resources of German Railways (DB) for maintenance and EUR 20 billion will be replacement investment. Under the terms of the LuFV, DB is obliged to maintain the agreed quality targets. For new and upgrading projects, a new federal transport routes plan is currently under discussion. This should create a new financing regime with higher investment than until now from 2017. Currently, about EUR 1.5 billion is available for new and upgrading projects. The stated increased investment will pose a great challenge to DB to design and implement the projects on schedule, within the intended cost targets and with the specified functionality. The largest new and upgrading projects that are currently underway are the “German unity transport project No. 8” (VDE8), the new line from Wendligen to Ulm and

Richtig eingesetzt kann die Digitalisierung auch bei der Eisenbahn einen hohen Mehrwert schaffen, weshalb die Deutsche Bahn (DB) der Digitalisierung einen sehr hohen Stellenwert gibt. Wie viele andere Bauherrenorganisationen auch, war und ist die DB mit ihrem Portfolio an Großprojekten mit der Tatsache konfrontiert, dass Kosten- und Terminziele in einem nicht unerheblichen Ausmaß nicht eingehalten werden können. Die Ursachen für solche Abweichungen sind vielfältig und liegen neben vielen externen Gründen auch in der Art und Weise der aktuellen Steuerung von Bauprojekten. Die DB hat erkannt, dass mit dem Einsatz digitaler Methoden zur Projektabwicklung wie Building Information Modelling (BIM) ein großer Beitrag zur Verbesserung der Projektstabilität geleistet werden kann. Während im Bereich der Bahnhofsbauten der DB die Anwendung von BIM bereits in den letzten Jahren konsequent vorangetrieben wurde, kommt BIM für die Infrastrukturprojekte der DB Netz AG erst seit 2015 zum Einsatz. Bis Ende 2020 soll der BIM-Hochlauf bei der DB aber so geschaffen sein, dass alle komplexen Großprojekte und alle standardisierbaren Projekte mit BIM geplant und gesteuert werden. Die DB verspricht sich von dem Einsatz von BIM mehr Transparenz in den Projekten, erhebliche wirtschaftliche Vorteile und eine Stärkung der partnerschaftlichen Zusammenarbeit nach allen Seiten.

1 Die Großprojekte der Deutschen Bahn 1.1 Bauliche Investitionen für die Deutsche Bahn Mit der seit dem 1. Januar 2015 gültigen Leistungs- und Finanzierungsvereinbarung (LuFV II) stellen Bund und Bahn von 2015 bis 2019 insgesamt 28 Mrd. Euro für die bestehende Infrastruktur zur Verfügung. Davon fließen allein über 8 Mrd. Euro aus Eigenmitteln der Deutschen Bahn (DB) in die Instandhaltung, 20 Mrd. entfallen auf Ersatzinvestitionen. Im Rahmen der LuFV verpflichtet sich die DB zur Einhaltung der vereinbarten Qualitätsziele. Für die Neu- und Ausbauprojekte befindet sich derzeit der Bundesverkehrswegeplan in Diskussion. Mit diesem soll ab 2017 auch für diese Projektkategorie ein neues Finanzierungsregime mit höheren Investitionen als bisher geschaffen werden. Aktuell stehen rund 1,5 Mrd. Euro für Neu- und Ausbauprojekte zur Verfügung. Die genannten Steigerungen der Investitionen stellen die DB vor die große Herausforderung, die Projekte zeitgerecht, innerhalb

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the upgrading of the line from Karlsruhe to Basle. Further projects are the improvement to three tracks between Emmerich and Oberhausen and the second main S-Bahn urban transit line in Munich, which are at the start of the implementation phase.

1.2 Requirements for projects The requirements for projects are manifold, but the maintenance of the project requirements can mostly be reduced to “magic triangle of project management”: – The agreed quality/functionality, – The agreed cost framework, – The agreed deadlines. Correctly however the requirements of health and safety during construction, environmental protection, public acceptance and the market regarding the organisation and optimal processes also have to be fulfilled. An internal analysis carried out by DB-Netz in 2012 of the project development of rail projects showed unsatisfactory cost and deadline stability, particularly for major projects [1]. The following can be stated as external causes for this situation: – Consequences of insecure or changing financing, – Effects of changed framework conditions, – Lack of acceptance in society, – Acts of nature. Of the internal causes, the improvement potential in organisation and processes was predominant. Accordingly, DB initiated an internal programme for the improvement of project control capabilities under the title “Future infrastructure”. Not only German Railways but also other client organisations responsible for major projects have been affected by the phenomena described here. A reform commission for the construction of major projects appointed by the transport minister at the end of 2012 produced their final report in 2015 with recommendations on ten subjects. In addition to recommendations for improved project control, the requirement for the introduction of digital construction methods (Building Information Modelling, BIM) was prominent [2]. The DB accepted this advice promptly.

2 BIM at the DB Netz AG 2.1 BIM understanding of DB Netz AG In today’s quickly changing environment today of largescale digitalisation of methods and processes, it has to be a strategic aim to create digital models for all trades of rail infrastructure, which would be available during the entire lifecycle of a structure. In order to ensure long-term use, such models definitely have to be based on standards that are independent of manufacturers. With these constraints, the long-term introduction of “Big open BIM” was stipulated as a strategic aim.

2.2 Expected use of BIM The introduction of digital design methods raises high expectations, which can be found documented in the “Ac-

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des vorgesehenen Kostenrahmens und mit der vorgegebenen Funktionalität zu planen und auszuführen. Die größten, sich derzeit in Ausführung befindlichen Neu- und Ausbauprojekte sind das „Verkehrsprojekt 8 (VDE8)“, die Neubaustrecke Deutsche Einheit Nr. Wendligen-Ulm und der Ausbau der Strecke zwischen Karlsruhe und Basel. Weitere Projekte wie der dreispurige Ausbau Emmerich-Oberhausen und die 2. S-Bahn-Stammstrecke in München stehen am Beginn der Realisierungsphase.

1.2 Anforderungen an Projekte Die Anforderungen an Projekte sind vielfältig. Meistens werden sie auf die Einhaltung der Anforderungen des „magischen Dreiecks des Projektmanagements“ reduziert: – Die vereinbarte Qualität/Funktionalität, – Der vereinbarte Kostenrahmen, – Die vereinbarten Termine. Richtigerweise müssen aber auch Anforderungen der Arbeitssicherheit während des Baus, des Umweltschutzes, der öffentlichen Akzeptanz und des Markts sowie bezüglich der Organisation und optimaler Prozesse erfüllt werden. Eine 2012 durchgeführte DB-Netz-interne Analyse zur Projektabwicklung von Bahnprojekten, insbesondere bei den Großprojekten, zeigte eine unbefriedigende Kosten- und Terminstabilität [1]. Als externe Ursachen für diese Situation können genannt werden: – Folgen nicht gesicherter oder wechselnder Finanzierung, – Auswirkungen geänderter Rahmenbedingungen, – Fehlende gesellschaftliche Akzeptanz, – Höhere Gewalt. Bei den internen Ursachen standen die Verbesserungspotenziale im Bereich von Organisation und Prozessen im Vordergrund. Dementsprechend wurde bahnintern unter dem Titel „Zukunft Infrastruktur“ ein Programm zur Verbesserung der Projektsteuerungsfähigkeiten ins Leben gerufen. Nicht nur die Deutsche Bahn, sondern auch andere für Großprojekte verantwortliche Bauherrenorganisationen waren von den beschriebenen Phänomenen betroffen. Eine per Ende 2012 vom Verkehrsminister eingesetzte Reformkommission für den Bau von Großprojekten gab Mitte 2015 ihren Schlussbericht mit den Empfehlungen zu zehn Themen ab. Nebst Empfehlungen zur verbesserten Projektsteuerung nahm auch die Forderung nach dem Einsatz digitaler Baumethoden (Building Information Modelling, BIM) einen prominenten Platz ein [2]. Die DB hat diese Empfehlung frühzeitig aufgenommen.

2 BIM bei der DB Netz AG 2.1 BIM-Verständnis der DB Netz AG Im heutigen, sich rasch wandelnden Umfeld der großflächigen Digitalisierung von Methoden und Prozessen, muss es das strategische Ziel sein, vernetzte digitale Modelle für sämtliche Gewerke der Bahninfrastruktur zu schaffen, die während des gesamten Lebenszyklus eines

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tion plan for major projects” of the German government [3] and in the “Stage plan for digital design and construction” of the Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure (BMVI) [4]. Clear expectations for the use of BIM have also been posed at the DB Netz AG. These cover the following subject fields: – Better design quality, e.g. through collision detection, completeness checks, increased variant studies, earlier clarification of feasibility, – Increased acceptance through visualisation and variant studies, – Better deadline security, – Better cost security and creation of potential for cost saving, – Better lifecycle consideration through early consideration in models.

2.3 Limits to the use of BIM Despite the high expectations connected with the introduction of BIM, it has to be clearly stated that BIM is no universal cure-all that can solve all the challenges of project control at one stroke. This matter can be illustrated clearly through the example of cost control. The presumed final costs of a project are compounded of the base costs (quantity × price), the risk potential (quantifiable risks and provisions for unquantifiable risks) and a provision for events that are still unknown at the time of consideration but are likely to occur from experience (Figure 1). BIM can certainly achieve a considerable contribution to the stabilisation of base costs. Quantities can be determined more precisely and completely. These quantities can then be linked to professionally run cost databases, which should lead to altogether more stable cost models. BIM is also a risk-reduction measure. With appropriate application of the current state, dangers can already be detected in the digital model, for example by using an algorithm for collision detection. Other threats however, for example the ground risk that is dominant in tunnelling,

Bauwerks zur Verfügung stehen. Um den langfristigen Nutzen sicherzustellen, müssen solche Modelle zwingend auf herstellerunabhängigen Standards beruhen. Mit diesen Randbedingungen ist die langfristige Einführung von „Big open BIM“ als strategisches Ziel stipuliert.

2.2 Erwarteter Nutzen von BIM Die Einführung digitaler Planungsmethoden weckt hohe Erwartungen, die sich im „Aktionsplan Großprojekte“ der Bundesregierung [3] und im „Stufenplan Digitales Planen und Bauen“ des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) [4] dokumentiert finden. Auch bei der DB Netz AG wurden klare Erwartungen an die Nutzung von BIM gestellt. Diese betreffen die folgenden Themenfelder: – Bessere Planungsqualität, z.B. durch Kollisionsprüfungen, Vollständigkeitskontrollen, vermehrte Variantenstudien, frühere Klärung der Ausführbarkeit, – Akzeptanzsteigerung durch Visualisierungen und Variantenstudien, – Höhere Terminsicherheit, – Höhere Kostensicherheit und Schaffung von Potenzialen zur Kosteneinsparung, – Bessere Lebenszyklusbetrachtung durch frühzeitige Modellbetrachtungen.

2.3 Grenzen des Einsatzes von BIM Trotz der hohen Erwartungen, die mit der Einführung von BIM verknüpft sind, muss klar formuliert werden, dass BIM kein Allerweltheilmittel ist, mit dem alle Herausforderungen der Projektsteuerung mit einem Schlag gelöst sind. Am Bespiel der Kostensteuerung lässt sich dieser Sachverhalt nachvollziehbar darlegen. Die mutmaßlichen Endkosten eines Projekts setzen sich aus den Basiskosten (Menge × Preis), den Risikopotenzialen (quantifizierbare Risiken und Vorsorge für nicht quantifizierbare Risiken) und einer Vorsorge für aus Erfahrung heraus eintretende, jedoch zum Betrachtungszeit-

Fig. 1. Cost development on major projects Bild 1. Kostenentwicklung bei Großprojekten

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Fig. 2. Strategy of DB for the introduction of BIM Bild 2. Strategie der DB zur Einführung von BIM

can scarcely be eliminated although backup plans with suitable measures can be planned at an early stage, which should contribute to a reduction of the degree of damage. BIM however in no way replaces the operation of risk management. The planning of measures to remedy danger and to exploit opportunities is and remains the first task of the responsible engineers, a way of thinking that cannot be replaced by digital models.

2.4 BIM strategy of the DB At German Railways, an internal vision of the introduction of BIM was developed from 2015 to design and control with BIM all new and complex projects that are suitable for standardisation within the next five years (i.e. by the end of 2020). This vision is in agreement with the concern strategy of 2020 of the DB, which is based on the three pillars of economy (“profitable market leader”), social (“top ten employer”) and ecology (“environmental pioneer”). Thanks to quicker turnover times and lower costs for mistakes, it should be possible to reduce overall costs by 10 % in the long term. More infrastructure should then be implemented for the same money or the same volume at less expense. BIM is a future technology, which is already noticeably improving employer attractiveness today. Finally, BIM will be able to investigate more variants and enable the optimisation of energy efficiency, operations and maintenance. In order that the BIM vision can be implemented by the end of 2020, the following three strategic steps have been laid down (Figure 2): – Initialisation of the subject with the two pilot projects “Rastatt Tunnel” and “Filstal Bridge” by the end of 2015 – collection of first experience, – Piloting of the BIM project on an extended portfolio of altogether ten pilot projects – extension of the wealth of

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punkt noch unbekannte Sachverhalte (Unbekanntes) zusammen (Bild 1). BIM kann sicher einen erheblichen Beitrag zur Stabilisierung der Basiskosten leisten. Mengen können genauer und vollständig erfasst werden. Diese Mengen wiederum können mit professionell geführten Kostendatenbanken verknüpft werden, was zu insgesamt stabileren Kostenmodellen führen sollte. BIM ist darüber hinaus auch eine risikomindernde Maßnahme. Gefahren lassen sich bei sinnvoller Anwendung gegenüber dem heutigen Zustand bereits im digitalen Modell erkennen, z. B. mittels Algorithmen zu Kollisionsprüfungen. Andere Gefahren jedoch, z. B. das bei Tunnelbauten dominierende Baugrundrisiko, lassen sich kaum eliminieren. Allerdings können Rückfallebenen mittels geeigneter Maßnahmen frühzeitig aufgebaut werden, was zur Reduktion des Schadensausmaßes beitragen sollte. BIM ersetzt aber in keiner Art und Weise das getriebene Risikomanagement. Die Planung von Maßnahmen zur Gefahrenabwehr und zur Chancennutzung ist und bleibt die ureigenste Aufgabe der verantwortlichen Ingenieure. Diese Denkaufgabe kann nicht durch digitale Modelle ersetzt werden.

2.4 BIM-Strategie der DB Bei der Deutschen Bahn wurde ab 2015 eine unternehmensinterne Vision zum Einsatz von BIM entwickelt, nach der innerhalb von fünf Jahren (d. h. bis Ende 2020) alle neuen standardisierbaren und komplexen Projekte der DB mit BIM geplant und gesteuert werden sollen. Diese Vision steht mit der Konzernstrategie 2020 der DB im Einklang, die auf den drei Pfeilern Ökonomie („profitabler Marktführer“), Soziales („Top Ten Arbeitgeber“) und Ökologie („Umweltvorreiter“) basiert. Dank rascheren Durchlaufzeiten und geringeren Fehlleistungskosten sollen die Gesamtkosten langfristig

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experience through the national roll-out and application in various project phases by the end of 2018, – Professionalisation of BIM application in the entire organisation in all central and regional units.

2.5 Action plan and activity fields For the implementation of the formulated strategy, the responsible people at DB quickly agreed that the introduction of BIM was not an IT project but a more complex alteration process in the entire progress of construction projects, methods, processes, organisation forms and the culture of collaboration. Such a deep-reaching change cannot be simply ordained from above but has to be transferred to all affected people and shared with them. “Learning by doing” was thus appropriate, which led to the definition of a national portfolio of ten large pilot projects, on which the following aims were to be achieved: – Coverage of all project phases, – BIM design of all trades relevant for the railway, – National distribution of the pilot projects: at least one pilot project in each DB region. Although the DB Netz AG could profit from the advance knowledge of their subsidiary DB Station und Service, they had to enter largely unexplored territory for their mostly linear infrastructure projects, since the production of national standards was also not sufficiently advanced. In order to prevent individual solutions being created for

um 10 % gesenkt werden können. Für das gleiche Geld soll künftig mehr Verkehrsinfrastruktur realisiert werden können oder das gleiche Volumen mit weniger Aufwand. BIM ist eine Zukunftstechnologie, welche die Arbeitgeberattraktivität bereits heute spürbar steigert. Schließlich können mit BIM künftig viel mehr Varianten untersucht und bezüglich Energieeffizienz, Betrieb und Unterhalt optimiert werden. Damit die BIM-Vision bis Ende 2020 Realität werden kann, wurden die folgenden drei strategischen Schritte festgelegt (Bild 2): – Initialisierung des Themas mit den zwei Pilotprojekten „Tunnel Rastatt“ und „Filstalbrücke“ bis Ende 2015 – Sammeln erster Erfahrungen, – Pilotierung des Vorhabens BIM an einem erweiterten Portfolio von insgesamt zehn Pilotprojekten – Erweiterung des Erfahrungsschatzes über das bundesweite Ausrollen und die Anwendung in unterschiedlichsten Leistungsphasen bis Ende 2018, – Professionalisierung der BIM-Anwendung in der gesamten Organisation in alle zentralen und regionalen Einheiten.

2.5 Aktionsplan und Handlungsfelder Bei der Umsetzung der formulierten Strategie waren sich die Verantwortlichen der DB rasch einig, dass es sich bei der BIM-Einführung nicht um ein IT-Projekt handelt, sondern um einen komplexen Veränderungsprozess in der gesamten Abwicklung von Bauprojekten,

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Fig. 3. Maturity model for BIM run-up Bild 3. Reifegradmodell BIM-Hochlauf

each pilot project, a division of tasks was specified between the services of the head offices and the pilot projects (Table 1). The individual themes were assigned to the six activity fields of strategy, BIM application (pilot projects), processes/guidelines, information and data, IT infrastructure and people. The development progress with regard to the achievement of the predefined target status was measured with a maturity model (Figure 3).

3 BIM pilot project Rastatt Tunnel 3.1 Project description The northernmost line section 1 (StA 1) of the upgraded and new line (ABS/NBS) Karlsruhe-Basle is altogether 16 km long and runs from Karlsruhe to Rastatt Süd. in addition to the regional benefit of increased capacity, the improvement of StA 1 is an important building block in the complete upgrading of the 182 km long overall measure ABS/NBS Karlsruhe-Basle and thus also for the upgrading of the Rhine-Alpine corridor from Rotterdam to Genoa. The most impressive and largest structure in StA 1 is the Rastatt Tunnel (Figure 4). This is designed as a twinbore tunnel according to the latest requirements of fire and catastrophe protection for the construction and operation of rail tunnels. The structure starts in the north with the 800 m long north trough south of Ötigheim. The adjoining 4,270 m long tunnel passes under the urban area of Rastatt and ends in the south in the 895 m long south trough near Niederbühl. The vertical gradient of the line is lowered at the north and south troughs for the section passing under the urban area. The maximum gradient in this area is 12.3 ‰. The tunnels have a maximum cover of 20 m. Due to the prevailing geological and hydrogeological conditions, only an underground tunnel bored by a slurry-supported tunnel boring machine (Hydroshield) was feasible.

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der Methoden, Prozesse, Organisationsformen und die Kultur der Zusammenarbeit betrifft. Eine solch weitreichende Veränderung kann nicht einfach von oben angeordnet und umgesetzt werden, sondern muss an alle Betroffenen heran- und von diesen mitgetragen werden. „Learning by doing“ war somit angesagt, was zur Definition eines bundesweiten Portfolios von zehn großen Pilotprojekten führte, mit dem folgende Ziele erreicht werden sollen: – Abdeckung aller Leistungsphasen, – BIM-Planung aller für die Eisenbahn relevanten Gewerke, – Bundesweite Verteilung der Pilotprojekte: mindestens ein Pilotprojekt pro Bahnregion. Obwohl die DB Netz AG vom Wissensvorsprung ihrer Schwestergesellschaft DB Station und Service profitieren konnte, musste sie für ihre mehrheitlich linearen Infrastrukturprojekte weitestgehend Neuland beschreiten, da auch die nationale Normung noch nicht genügend weit fortgeschritten war. Um nicht für jedes Pilotprojekt eine individuelle Lösung entstehen zu lassen, war eine Aufgabenteilung zwischen den zentralen Dienstleistungen und den Pilotprojekten festzulegen (Tabelle 1). Die einzelnen Themen wurden den sechs Handlungsfeldern Strategie, BIM-Anwendung (Pilotprojekte), Prozesse/Richtlinien, Informationen und Daten, IT-Infrastruktur und Menschen zugeteilt. Der Entwicklungsfortschritt im Hinblick auf die Erreichung des vordefinierten Zielzustands wird mit einem Reifegradmodell gemessen (Bild 3).

3 BIM-Pilotprojekt Tunnel Rastatt 3.1 Projektbeschreibung Der nördlichste Streckenabschnitt 1 (StA 1) der Ausbauund Neubaustrecke (ABS/NBS) Karlsruhe-Basel ist insgesamt 16 km lang und führt von Karlsruhe bis nach Rastatt Süd. Neben dem regionalen Nutzen durch den Kapazi-

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Table 1. Example for the division of tasks between the head offices and the pilot projects Central services

To be provided by the pilot projects

Design requirements BIM strategy Client information requirements BIM object types and object catalogue (including operator requirements) – BIM scope of works – surveying – design – construction BIM level of details (LOD, LOI) BIM qualification concept for bidders BIM QA concept BIM general project progress concept BIM sample organisation BIM professions Legal constraints (copyright, liability law)

Resources Appoint BIM project team Appoint BIM coordinators Create working environment suitable for BIM (BIM lab, hardware, software)

Communication and training Collection of all affected parties at the right stage BIM theme days Knowledge exchange among pilot projects Employee training Updating of the maturity model

Communication and training Monthly BIM reporting Participation in training and theme days including the introduction of own subjects Active integration in platforms for knowledge exchange (reporting of experience) Employee training

IT Infrastructure Provision of a suitable hardware environment for BIM Creation of a software landscape suitable for BIM

Delivery objects Define the scope of the BIM project (geometrical, which trades) Define BIM application cases Define and implement BIM project implementation plan Ordering of BIM services from designers and contractors Discussion with those responsible for regional facilities

Fig. 4. Overview of the Rastatt Tunnel project Bild 4. Übersicht über das Projekt Tunnel Rastatt

At some locations, the overburden of the planned tunnel below existing buildings, crossing below waterways or existing infrastructure was less than 4 m. In order to bore these sections safely, altogether three different ground freezing campaigns were carried out to improve the ground and as an auxiliary construction measure to seal the ground [5].

tätszuwachs bildet der Ausbau des StA 1 einen wichtigen Baustein für den Vollausbau der 182 km langen Gesamtmaßnahme ABS/NBS Karlsruhe-Basel und somit auch für den Ausbau des Rhine-Alpine-Corridors von Rotterdam nach Genua. Herausragendes und größtes Einzelbauwerk des StA 1 ist der Tunnel Rastatt (Bild 4). Dieser ist als Zweiröhrentunnel entsprechend der aktuellen Anforderungen des

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Fig. 5. Visualisation of the future south portal looking to the north Bild 5. Visualisierung des künftigen Portals Süd Blickrichtung Norden

The first preliminary works already started in summer 2013. The main tunnelling contract was awarded in August 2014, and the first tunnel boring machine started from the north portal in May 2016. According to the current state of progress, structural works should be completed by the middle of 2018 (Figure 5).

3.2 Scope of the BIM pilot project Rastatt Tunnel When the BIM pilot project was initiated at the beginning of 2015, the project was already at the start of the construction phase. Due to the risk assessment of the client, the already running conventional design and project control processes could not be omitted. The BIM services are therefore being performed in parallel with the classic processes in close collaboration with all project partners. As the overall aim of the BIM pilot project, the setting up of a project control system through the linking of design, scheduling and cost data to a 5D model was formulated in order to improve cost and deadline security in the construction phase. The detailed aims and measures to achieve the aims were laid down in the BIM project implementation plan (PAP). The Rastatt Tunnel BIM project includes in its current configuration the implementation of BIM methods for all the structural works of the following structures [6]: – Twin-bore mined tunnel (4,270 m) bored by a tunnel boring machine with single-pass segment lining, – 2 tunnel portals with micro-pressure wave structures against the sonic boom effect, – 2 trough structures (800 m and 895 m) next to each tunnel portal, – Escape routes in the form of cross passage connections between the two tunnel bores every 500 m, altogether eight cross passages, – 1 supply shaft at the deepest point of the tunnel, – 1 road overbridge Hans-Thoma Strasse, – 1 combined railway/form track overbridge Ooser Landgraben, – 2 rescue areas at the ends of the tunnel, each with an area of 1,500 m2.

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Brand- und Katastrophenschutzes für den Bau und Betrieb von Eisenbahntunneln konzipiert. Das Bauwerk beginnt im Norden mit dem 800 m langen Trog Nord südlich von Ötigheim. Der anschließende 4.270 m lange Tunnel unterquert das Stadtgebiet von Rastatt und endet im Süden mit dem 895 Meter langen Trog Süd im Bereich Niederbühl. Die Streckengradienten werden zur Unterquerung des städtischen Bereichs am Beginn des nördlichen und südlichen Trogs abgesenkt. Das maximale Gefälle in diesem Bereich beträgt 12,3 ‰. Die Tunnelröhren haben eine maximale Überdeckung von 20 m. Aufgrund der vorherrschenden geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse kam für den bergmännischen Vortrieb des Tunnels nur eine geschlossene Bauweise mit flüssigkeitsgestützten Tunnelvortriebsmaschinen (Hydroschild) infrage. An einigen Stellen beträgt die Überdeckung des geplanten Tunnels zu bestehenden Bauwerken, querenden Gewässern oder vorhandener Infrastruktur weniger als 4 m. Zum sicheren Auffahren dieser Bereiche werden als baugrundverbessernde und abdichtende Bauhilfsmaßnahme insgesamt drei unterschiedliche Vereisungskampagnen durchgeführt [5]. Die ersten vorlaufenden Baumaßnahmen begannen bereits im Sommer 2013. Die Vergabe für das Hauptgewerk Tunnelrohbau erfolgte im August 2014, und im Mai 2016 startete die erste Tunnelbohrmaschine ab dem Nordportal ihren Vortrieb. Nach derzeitigem Stand werden die Rohbauarbeiten Mitte 2018 abgeschlossen (Bild 5).

3.2 Umfang des BIM-Pilotprojekts Tunnel Rastatt Bei der Initialisierung des BIM-Pilotprojekts Anfang 2015 befand sich das Projekt bereits am Beginn der Ausführung. Aufgrund der Risikoüberlegungen des Bauherrn konnte auf die bereits laufenden konventionellen Planungs- und Steuerungsprozesse nicht verzichtet werden. Die BIM-Dienstleistungen werden deshalb unabhängig parallel zu den klassischen Prozessen in enger Zusammenarbeit unter allen Projektpartnern durchgeführt. Als übergeordnetes Ziel für das BIM-Pilotprojekt wurde der Aufbau eines Projektsteuerungssystems durch die Verknüpfung von Planungs-, Zeit- und Kostendaten zu einem 5D-Modell formuliert, um eine höhere Kosten- und Termintreue in der Ausführungsphase zu erreichen. Die Detailziele und Maßnahmen zur Zielerreichung wurden im BIM-Projektabwicklungsplan (PAP) niedergeschrieben. Das BIM-Pilotprojekt Tunnel Rastatt umfasst in seiner derzeitigen Konfiguration die Umsetzung der BIMMethode für alle Rohbauarbeiten folgender Bauwerke [6]: – Zweiröhriges Tunnelbauwerk (4.270 m) in geschlossener Bauweise mit Tunnelvortriebsmaschinen und einschaligen Tübbingringen, – 2 Tunnelportale mit Mikrodruckwellenbauwerken gegen „Sonic-Boom-Effekt“, – 2 Trogbauwerke (800 m und 895 m) im Anschluss an die beiden Tunnelportale, – Rettungswege in Form von Querverbindungen zwischen den beiden Tunnelröhren alle 500 m, insgesamt acht Querschläge,

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Fig. 6. Visualisation of the inside of a single-track running tunnel [5] Bild 6. Visualisierung des Innenraums einer Einspurröhre [5]

In the next step, the railway equipment installation works should also be modelled.

3.2.1 Production of a BIM project implementation plan An additional contract was concluded with the joint venture Tunnel Rastatt in March 2015 covering most of the BIM services in the design phase. The main focus of this contract was the creation of 5D models (through intermediate 3D and 4D modelling) parallel to and based on the conventional construction design. Due to the novelty of digital working methods, no uniform guidelines or regulated processes are currently available for the BIM-based implementation of a project for infrastructure construction. Therefore a project-specific handbook for BIM application had to be produced. This BIM project implementation plan (PAP) was produced at the start as a collaboration between client and contractor and is updated as required in the course of the project. The PAP describes and regulates, for example, the following matters: – BIM aims and BIM application cases, – Delivery objects and delivery dates, – Model contents and modelling guidelines, – Roles and responsibilities, – Quality standards and assurance, – Hardware and software use, – Data formats, exchange and management.

3.2.2 Uniform working and information platform One advantage of the application of BIM is the improved communication between those involved in the project and their access to the same state of information. For this purpose, a common working and information platform has to be set up. For the Rastatt Tunnel pilot project, the 5D modelling was implemented with the software packages iTWO5D, Revit (3D-CAD) and FusionLive (management system). The data is held on a 3D accelerated terminal server environment in a computer centre – initially external but now in-house at DB.

3.3 BIM application at the Rastatt Tunnel 3.3.1 Visualisations After the naming of the pilot project in October 2014, a visualisation model was first produced for the Rastatt Tun-

– 1 Versorgungsschacht am tiefsten Punkt des Tunnels, – 1 Straßenüberführung Hans-Thoma-Straße, – 1 kombinierte Eisenbahn-/Wirtschaftswegüberführung Ooser Landgraben, – 2 Rettungsplätze an beiden Tunnelenden mit einer Fläche von je 1.500 m2. In einem nächsten Schritt sollen auch die Gewerke der bahntechnischen Ausrüstung modelliert werden.

3.2.1 Erstellung eines BIM-Projektabwicklungsplans Mit der bauausführenden Arbeitsgemeinschaft Tunnel Rastatt wurde im März 2015 ein Zusatzvertrag über den Großteil der BIM-Dienstleistungen in der Planungsphase abgeschlossen. Das Hauptaugenmerk lag in dieser Phase auf dem Erstellen von 5D-Modellen (über die Zwischenschritte 3D- und 4D-Modellierung) parallel und basierend auf der konventionellen Ausführungsplanung. Aufgrund der Neuartigkeit von digitalen Arbeitsmethoden existieren derzeit für den Infrastrukturbau keine einheitlichen Richtlinien oder Regelprozesse zur BIM-basierten Abwicklung eines Projekts. Deshalb war ein projektspezifisches Handbuch für die Anwendung von BIM zu erarbeiten. Dieser BIM-Projektabwicklungsplan (PAP) wurde zu Beginn gemeinschaftlich durch Auftraggeber und Auftragnehmer erstellt und wird bei Bedarf im Projektverlauf fortgeschrieben. Der PAP beschreibt und regelt beispielsweise die folgenden Inhalte: – BIM-Ziele und BIM-Anwendungsfälle, – Lieferobjekte und Liefertermine, – Modellinhalte und Modellierungsrichtlinien, – Rollen und Verantwortlichkeiten, – Qualitätsstandards und -sicherung, – Hard- und Softwareeinsatz, – Datenformate, -austausch und -management.

3.2.2 Einheitliche Arbeits- und Informationsplattform Ein Vorteil bei der Anwendung von BIM ist die verbesserte Kommunikation zwischen den Projektbeteiligten und der Zugriff auf den gleichen Informationsstand. Zu diesem Zweck muss eine gemeinsame Arbeits- und Informationsplattform eingerichtet werden. Für das Pilotprojekt Tunnel Rastatt wurde die 5DModellierung auf den Softwarepaketen iTWO-5D, Revit (3D-CAD) FusionLive (Managementsystem) realisiert. Die Daten liegen hierbei auf einer 3D-beschleunigten Termi-

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nalserverumgebung in einem Rechenzentrum – anfänglich extern, mittlerweile bahnintern.

3.3 BIM-Anwendungen beim Tunnel Rastatt 3.3.1 Visualisierungen

Fig. 7. 3D model with ramp structure, portal structure and tunnel bores, view from the north (graphic: Arup) Bild 7. 3D-Model mit Rampenbauwerk, Portalbauwerk und Tunnelröhre, Blick aus Richtung Norden (Grafik: Arup)

nel based on the completed design. The visualisation model was produced by DB Systel GmbH with the inhouse DB software WorldInsight. This software is based on a computer game engine and is capable of displaying major projects in a 3D environment with good performance. With this method, it is possible to navigate through the models in real time and adopt any view angle (Figure 6). Visualisation models are used for communication within the project and also for improved involvement of stakeholders. The visualisation provides those affected by the project with a realistic picture of the planned measures from various standpoints. In the course of the early public participation, this should turn those affected by the project into being involved in the project. Existing buildings can partially be automatically modelled in the stated software from geo-referenced photos. On the Rastatt Tunnel pilot project, it was possible in this way to represent the complete building structure in the area affected by the tunnel in the digital model within one week. These models are so-called surface models, which are overlain with textures, and do not contain any model information such as volumes or attributes for further 3D processing. Even if this means that transfer to other systems for further detailing is only possible to a restricted extent, the efficient visualisation is very useful.

3.3.2 3D model formation, geometrical model In June 2015, creation of the first 3D partial models (Figure 7) for the Rastatt Tunnel pilot project was started. The modelling of the 3D partial models was performed in Autodesk Revit (structure models) and in Autodesk Civil 3D (ground models). For the modelling of standard construction elements, regular object families could be used, which are already predefined in Revit, e.g. walls, floor slabs and foundations. For more complex structural elements, as is the case with the Rastatt Tunnel, Revit also offers the possibility of defining special object families. In the Rastatt Tunnel BIM pilot project, this was done for example for the wing walls of the overbridges. In addition, the civil engineering element catalogue of the company Züblin could also be used in the pilot project. This company construction element catalogue includes for example predefined object families for sheet

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Nach der Ernennung zum Pilotprojekt im Oktober 2014 wurde für den Tunnel Rastatt auf Basis der abgeschlossenen Entwurfsplanung als erstes ein Visualisierungsmodell erstellt. Das Visualisierungsmodell wurde von der DB Systel GmbH mit der DB-eigenen Software WorldInsight erstellt. Die Software basiert auf einer Computerspiel-Engine und ist in der Lage, große Projektbereiche performant in einer 3D-Umgebung darzustellen. Mit dieser Methode wird es möglich in Echtzeit durch die Modelle zu navigieren und beliebige Blickwinkel einzunehmen (Bild 6). Visualisierungsmodelle werden zur Kommunikation innerhalb des Projekts, aber auch zur verbesserten Beteiligung von Stakeholdern eingesetzt. Den vom Projekt Betroffenen soll mit den Visualisierungen ein realistisches Bild der geplanten Maßnahmen aus verschiedensten Standpunkten übermittelt werden. Im Rahmen der frühen Öffentlichkeitsbeteiligung sollen so die vom Projekt Betroffenen zu Beteiligten an der Projektentwicklung gemacht werden. Die Bestandsbebauung kann in der genannten Software anhand von georeferenzierten Fotos teilautomatisiert modelliert werden. Im Pilotprojekt Tunnel Rastatt war es so möglich, die komplette Gebäudestruktur im Einflussbereich des Tunnels innerhalb von einer Woche im digitalen Modell abzubilden. Bei diesen Modellen handelt es sich um sogenannte Oberflächenmodelle, die mit Texturen belegt sind. Für den weiteren 3D-Bearbeitungsprozess enthalten sie keinerlei Modellinformationen wie Kubaturen oder Attribute. Auch wenn dadurch eine Übergabe in andere Systeme zur weiteren Detaillierung nur bedingt möglich ist, ergibt sich durch die effiziente Visualisierung ein großer Nutzen.

3.3.2 3D-Modellerstellung, geometrisches Modell Im Juni 2015 wurde mit der Erstellung der ersten 3DTeilmodelle (Bild 7) für das Pilotprojekt Tunnel Rastatt begonnen. Die Modellierung der 3D-Teilmodelle erfolgte in Autodesk Revit (Bauwerksmodelle) und in Autodesk Civil 3D (Bodenmodelle). Bei der Modellierung von Standardbauteilen konnte auf reguläre Objektfamilien zurückgegriffen werden, die in Revit bereits vordefiniert sind, z.B. Wände, Geschossdecken und Fundamente. Bei komplexeren Bauteilen, wie dies beim Tunnel Rastatt der Fall ist, bietet Revit auch die Möglichkeit, eigene Projektfamilien zu definieren. Im BIM-Pilotprojekt Tunnel Rastatt erfolgte dies beispielsweise für die Flügelwände der Überführungsbauwerke. Darüber hinaus konnte im Pilotprojekt auch auf den Bauteilkatalog Tiefbau der Firma Züblin zurückgegriffen werden. In diesem Bauteilkatalog des Unternehmers sind für Revit beispielsweise vordefinierte Objektfamilien für Spundwände, Schlitzwände, Schlitzwandanker, Mikrobohrpfähle (Gewi-Pfahl-System), Bohrpfähle und Bohrpfahlwände vorhanden. Neben den Modellierungsregeln umfasst der Bauteilkatalog bereits die bauteilspezifischen

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pile walls, diaphragm walls, diaphragm wall anchors, micro bored piles (Gewi piling system), bored piles and bored pile walls for use in Revit. In addition to the modelling rules, the construction element catalogue already includes the specific attributes for the construction element. These are sometimes already filled or geometrical attributes are automatically filled during modelling. Modelling using object families represents a great optimisation lever for future BIM projects. Standardised modelling leads to a time saving and reduces the susceptibility to errors. Experience from the Rastatt Tunnel BIM pilot project is being used to start the production of an in-house construction element catalogue for the DB Netz AG. Since the software Revit was originally configured for building, the modelling of the civil engineering and massive construction elements for the Rastatt Tunnel pilot project reached the limits of feasibility, so that workarounds had to be used. According to the current state of knowledge, there is no software product available, which can completely model civil engineering and massive construction objects for complex rail projects. The DB Netz AG expects from the software industry that the necessary standard commands are integrated into 3D modelling software as part of the further development of software products. After the completion of modelling, all the 3D partial models were combined into a consolidated 3D overall model of the tunnel structure and subjected to collision

Attribute. Diese sind zum Teil vorausgefüllt bzw. geometrieabhängige Attribute werden beim Modellieren automatisch gefüllt. Die Modellierung anhand von Objektfamilien stellt für künftige BIM-Projekte einen großen Optimierungshebel dar. Die standardisierte Modellierung führt zu einer Zeitersparnis und reduziert die Fehleranfälligkeit. Die Erfahrungen aus dem BIM-Pilotprojekt Tunnel Rastatt werden genutzt, um mit der Erstellung eigener Bauteilkataloge für die DB Netz AG zu beginnen. Da die Software Revit ursprünglich für den Hochbau konfiguriert wurde, wurden bei der Modellierung von Bauteilen aus dem Tief- und Massivbau im Pilotprojekt Tunnel Rastatt die Grenzen des Machbaren erreicht, so dass noch mit Behelfslösungen gearbeitet werden musste. Nach heutigem Kenntnisstand gibt es derzeit noch keine Softwareprodukte, mit denen Tief- und Massivbauwerke für komplexe Eisenbahnprojekte vollumfänglich modelliert werden können. Die DB Netz AG erwartet von der Softwareindustrie, dass bei der Weiterentwicklung der Softwareprodukte die notwendigen Standardbefehle in die 3D-Modellierungssoftware integriert werden. Alle 3D-Teilmodelle wurden nach Abschluss der Modellierung in einem konsolidierten 3D-Gesamtmodell für den Tunnelrohbau zusammengeführt und einer Kollisionsprüfung unterzogen. Aufgrund der Tatsache, dass ausschließlich Rohbauobjekte modelliert wurden und dass die 3D-Modellierung auf Basis einer Ausführungsplanung nachgezogen wurde, führte die Kollisionsprüfung zu einer

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überschaubaren Anzahl von Konflikten. Die wenigen Konflikte wurden zusammen mit den Ausführungsplanern besprochen, bereinigt und in der Überarbeitung der konventionellen Planung berücksichtigt. Von hohem Interesse ist das Thema Kollisionsprüfung jedoch bei den anderen Pilotprojekten in frühen Leistungsphasen und unter Einbezug der technischen Ausrüstung (Bild 8).

3.3.3 4D-Modellerstellung, Darstellung des Bauablaufs

Fig. 8. Detection of a conflict, piezometer installation is too near to the tunnel Bild 8. Erkennen eines Konfliktes, zu nahe Lage einer Piezometermessstelle am Tunnelvortrieb

detection. Due to the fact that only structural objects were modelled and that the 3D modelling was performed on the basis of the design for construction, the collision detection only showed a moderate number of conflicts. The few conflicts were discussed with the designers who had performed the design for construction, remedied and taken into account in the revision of the conventional design. The subject of collision detection is however of great interest on the other pilot projects in the early project phases and will include consideration of the technical installations (Figure 8).

3.3.3 4D model formation, representation of the construction schedule Based on the 3D partial models, the next step on the Rastatt Tunnel pilot project was to develop 4D partial models in order to visually represent the planned activities of the construction schedule in the 3D model. The 4D partial models produced in this way can then be used during the construction phase to compare actual construction progress against schedule at any time. The production of the 4D models was completely undertaken in Autodesk Navisworks, in order to pilot another software product in addition to iTWO 5D (Figure 9).

Basierend auf den 3D-Teilmodellen wurden im Pilotprojekt Tunnel Rastatt in einem nächsten Schritt 4D-Teilmodelle entwickelt, um die geplanten Aktivitäten des Bauablaufplans visuell im 3D-Modell darzustellen. Mit den so entwickelten 4D-Teilmodellen sollen während der Ausführungsphase jederzeit Soll/Ist-Vergleiche des aktuellen Baufortschritts durchgeführt werden können. Die Erstellung der 4D-Teilmodelle erfolgte zusätzlich mit Autodesk Navisworks, um neben iTWO 5D noch ein weiteres Softwareprodukt zu pilotieren (Bild 9). Die 3D-Teilmodelle wurden hierbei als natives Revit Format, der Bauablaufplan im Microsoft Project Format direkt in Navisworks importiert. Damit eine effektive 4DModellentwicklung möglich ist, muss gewährleistet sein, dass sowohl die 3D-Modellstruktur als auch die relevanten Vorgänge im Bauablaufplan auf der gleichen Projektstruktur (Work Break Down Structure) basieren. Diese Tatsache ist bereits bei der Entwicklung der Modellstruktur in den frühesten Phasen zu beachten und zusammen mit den Modellierungsrichtlinien im PAP festzuschreiben. Alle Verknüpfungen sind über eine eindeutige Zuordnung zwischen Objekt-ID (3D-Modell) und Vorgangs-ID (Bau ablaufplan) zu dokumentieren.

3.3.4 5D-Modellerstellung, Darstellung des Kostenverlaufs Den letzten Schritt der Modellierung im Pilotprojekt Tunnel Rastatt stellte die 5D-Modellerstellung in iTWO 5D dar. Die Entwicklung von digitalen 5D-Teilmodellen ist erforderlich, um einen visuellen Ablauf der Baumaßnahme inklusive der zugehörigen Kostenprognosen darzustellen (Bild 10). Während der Ausführungsphase sollen anhand der 5D-Teilmodelle jederzeit Soll/Ist-Vergleiche des aktuellen Kostenverlaufs durchgeführt werden können.

Fig. 9. 4D view of the north portal Bild 9. 4D-Ansicht Portal Nord

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Fig. 10. 5D view of the north portal Bild 10. 5D-Ansicht Portal Nord

The 3D partial models were imported in the native Revit Format and the construction schedule in Microsoft Project Format directly into Navisworks. In order that effective 4D modelling is possible, it must be ensured that both the 3D model structure and the relevant activities in the construction schedule are based on the same project structure (work break down structure). This fact must already be paid attention in the development of the model structure in the earliest phases and specified together with the modelling guidelines in the PAP. All links are to be documented with an unambiguous assignment between object ID (3D model) and activity ID (construction schedule).

3.3.4 5D model formation, representation of the cost curve The last step of the modelling of the Rastatt Tunnel pilot project was 5D modelling in iTWO 5D. The development of a digital 5D model is necessary in order to display the visual progress of the construction works including the associated cost forecasts (Figure 10). During the construction phase, the 5D partial models can be used at any time to compare the actual costs against the planned costs. For the formation of the 5D models in iTWO 5D, the 3D partial models are linked to the bill of quantities and with the activities through the so-called activity model. On the Rastatt Tunnel BIM pilot project, an already contractually agreed bill of quantities had to be allocated to the model objects, which had the consequence that items in the bill had to be further broken down, collected or the lump sum items assigned to 3D objects. In order to make BIM more usable for railway construction, the DB Netz AG intends in the future to align the bill items to a new uniform system, which still has to be produced, in order to make the entire system continuous and individual projects comparable. The solution intended by the DB Netz AG

Für die Erstellung der 5D-Teilmodelle in iTWO 5D werden die 3D-Teilmodelle mit dem Leistungsverzeichnis verknüpft und mit den Vorgängen im Bauablaufplan über das sogenannte Vorgangsmodell verknüpft. Im BIM-Pilotprojekt Tunnel Rastatt musste ein bereits vertraglich vereinbartes Leistungsverzeichnis auf die Modellobjekte umgelegt werden, was zur Folge hatte, dass Positionen im Leistungsverzeichnis weiter gegliedert, zusammengefasst oder die Pauschalpositionen auf 3D-Objekte zu verteilt werden mussten. Um BIM für den Eisenbahnbau besser nutzen zu können, beabsichtigt die DB Netz AG künftig die Leistungspositionen an einer noch zu schaffenden, vereinheitlichten Projektstruktur auszurichten, um das gesamte System durchgängig und einzelne Projekte untereinander vergleichbar zu machen. Die von der DB Netz AG angestrebte Lösung sieht schließlich eine standardisierte Erstellung der Leistungsverzeichnisse direkt aus den BIM-Modellen vor, so dass der Bezug zwischen Modellobjekten und Leistungspositionen von vornherein gegeben ist. Im 5D-Modell Modell des Tunnels Rastatt werden derzeit nur für den Rohbau ungefähr 35.000 Modellelemente verwaltet, die mit etwa 3.000 Aktivitäten des Terminprogramms und ca. 3.500 Positionen des Leistungsverzeichnisses verknüpft sind. Aus Sicht der DB Netz AG ist es ein großes Manko, dass es in der Planungsphase des Pilotprojekts Tunnel Rastatt nicht gelungen ist, die 4D- und 5D-Teilmodelle konsolidiert in einem einzigen 5D-Gesamtmodell darzustellen. Diese Gesamtdarstellung funktionierte bisher nur bei der Darstellung der Geometrie im 3D-Modell. Hauptgrund für die derzeitige Situation sind primär die fehlenden Abstimmungen in den Prozessen. Beim parallelen Arbeiten wurden immer wieder rechenintensive oder sich ausschließende Prozesse von den verschiedenen Partnern gleichzeitig angeschoben, womit das gemeinschaftliche Arbeiten an einem Modell stark eingeschränkt wurde. Für

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Fig. 11. Settlement forecast as a function of the TBM advance [5] Bild 11. Setzungsprognose in Funktion des TVM-Vortriebs [5]

should finally provide standardised production of bills of quantity directly out of the BIM models so that the reference between model objects and bill items is given from the start. In the 5D model of the Rastatt Tunnel, about 35,000 model elements are currently administered for the structure, linked to about 3,000 activities in the construction schedule and about 3,500 items in the bill of quantities. In the view of the DB Netz AG, it is a serious defect that the consolidation of the 4D and 5D models into a 5D overall model in the design phase of the Rastatt Tunnel pilot project was not successful. This overall display only works until now in the display of the geometry in the 3D model. The main reason for the current situation is primarily the lack of coordination between the processes. As work was undertaken in parallel, computer-intensive or mutually exclusive processes were repeatedly started by the various partners at the same time, which seriously restricted common working on one model. For the pilot project, therefore, a decision was made to carry out the 4D and 5D modelling in seven partial models, which resulted in additional procedures for information transfer into the 4D models; a situation that absolutely has to be avoided in the future. For cost evaluation, it is possible in the software RIB iTWO Enterprise to define a controlling structure for the entire project, which collects together all the values from the 5D models in a common evaluation. For coming BIM projects, the DB Netz AG intends to avoid such temporary solutions and intends consistent modelling of the overall model in 4D and 5D.

3.3.5 Production of a ground-tunnel interaction model In addition to scheduling and cost control, the BIM model should also be useful for the control of the tunnel drive. Accordingly the 3D model was also linked to a digital ground model, which enabled surface deformation forecasts as a function of various tunnelling parameters such as advance rate and support pressure. This additional service was enabled by a cooperation contract between the DB Netz AG and the special research area 837 “Interaction models for mechanised tunnelling” under the leadership of the Ruhr University, Bochum. The interaction

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das Pilotprojekt hat man sich daher entschlossen, die 4Dund 5D-Modellierung in sieben Teilmodellen durchzuführen, was Zusatzprozeduren zum Informationsübertrag in den 4D-Modellen zur Folge hat; ein Zustand der künftig zwingend vermieden werden muss. Für die Kostenauswertung ist es möglich, in der Software RIB iTWO Enterprise eine Controllingstruktur für das Gesamtprojekt zu definieren, die alle Werte aus den 5D-Teilmodellen in einer gemeinsamen Auswertung zusammenfasst. Für kommende BIM-Projekte will die DB Netz AG solche Zwischenlösungen vermeiden und strebt eine konsequente Modellierung des Gesamtmodells in 4D und 5D an.

3.3.5 Erstellung eines Interaktionsmodells Baugrund-Vortrieb Neben der Kosten- und Terminsteuerung soll das BIMModell auch einen Nutzen bei Steuerung der Vortriebe bringen. Das 3D-Modell wurde dementsprechend zusätzlich mit einem digitalen Baugrundmodell derart verknüpft, dass Deformationsprognosen an der Oberfläche als Funktion verschiedenster Parameter der Schildfahrt wie Vortriebsgeschwindigkeit und Stützdruck ermöglicht werden. Diese Zusatzleistung wurde durch einen Kooperationsvertrag der DB Netz AG mit dem Sonderforschungsbereich 837 „Interaktionsmodelle für den maschinellen Tunnelbau“ unter Leitung der Ruhr-Universität Bochum ermöglicht. Anhand der Interaktionsmodelle werden Setzungsprognosen erstellt, die dann während des Vortriebs kontinuierlich anhand der gemessenen Werte aktualisiert und neu prognostiziert werden. Die Erkenntnisse sollen aktiv zur Umsetzung eines setzungsarmen Vortriebs genutzt werden. Die Forschungsergebnisse aus dieser Anwendung sollen für zukünftige BIM-Projekte in Standards der DB Netz AG überführt werden können (Bild 11).

4 Ausblick Die Deutsche Bahn hat eine klare Strategie zur Einführung von BIM bei ihren Großprojekten bis 2020 erarbeitet. Derzeit befindet sich der zweite Einführungsschritt in Umsetzung, die Pilotierung. Die bisherigen Pilotprojekte lieferten schon viele positive Erfahrungen, zeigten aber

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models were used to produce settlement forecasts, which were then continuously updated and reforecast from the values measured as the tunnel advanced. The findings should be actively used for the implementation of a lowsettlement tunnel drive. The research results from this application should be suitable for transfer to standards of the DB Netz AG for future BIM projects (Figure 11).

4 Outlook German Railways has produced a clear strategy for the introduction of BIM on their major projects by 2020. At the moment, the second phase of introduction is being implemented, the pilot projects. The pilot projects until now have delivered plenty of positive experience, but also demonstrated the limits of the current tools. There is still confidence that the necessary adaptations and extensions of the software products necessary for rail infrastructure and the standardisation of objects and interfaces will be available in good time so that nothing is in the way of the strategic aim of full introduction of BIM in 2020. This can achieve an enormous quality improvement in the design and implementation of rail infrastructure projects, in order to be able to solve the current problems in project development. As was already explained at the start, BIM cannot be relied on to overcome all challenges on a project. Especially where matters that cannot be accurately mathematically modelled have to be dealt with, the creativity of engineering thinking will be required to avoid threats or grasp opportunities. If BIM makes a contribution to providing more time for the original task of engineers, an all-round win-win situation will be created.

Dipl.-Ing. Heinz Ehrbar DB Netz AG Leiter Management Großprojekte Kleyerstr. 25 60486 Frankfurt am Main Germany Heinz.Ehrbar@deutschebahn.com

auch die Grenzen der heutigen Werkzeuge auf. Es bleibt die Zuversicht, dass die für die Schieneninfrastruktur notwendigen Anpassungen und Erweiterungen von Softwareprodukten sowie die Normierung der Objekte und Schnittstellen so rechtzeitig vorliegen werden, dass dem strategischen Ziel, der flächendeckenden Einführung von BIM bis Ende 2020 nichts im Wege steht. Damit kann ein enormer Qualitätssprung in der Planung und Realisierung von Schieneninfrastrukturprojekten erzielt werden, um einen Großteil der heutigen Probleme in der Projektabwicklung lösen zu können. Wie eingangs schon dargestellt, kann BIM jedoch nicht zur Bewältigung aller Herausforderungen im Projekt herangezogen werden. Insbesondere dort, wo es um die Auseinandersetzung mit nicht mathematisch genau modellierbaren Sachverhalten geht, ist die Kreativität des ingenieurmäßigen Denkens zur Gefahrenabwehr oder zur Chancennutzung gefragt. Wenn BIM auch einen Beitrag leistet, dass für diese ureigenste Ingenieuraufgabe wieder vermehrt Zeit zur Verfügung steht, wird eine allseitige Win-win Situation geschaffen.

References [1] http://www.faz.net/aktuell/wirtschaft/unternehmen/bahn vorstand-kefer-im-interview-die-infrastruktur-ist-nicht-nach haltig-finanziert-11975015.html (abgerufen 15.07.2016) [2] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur: Reformkommission Bau von Großprojekten, Endbericht. Berlin, Juni 2015. https://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/ Anlage/VerkehrUndMobilitaet/reformkommission-bau-gross projekte-endbericht.pdf?__blob=publicationFile (abgerufen 17.10.2016) [3] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur: Aktionsplan Großprojekte, Berlin, Dezember 2015. http:// www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Anlage/VerkehrUndMobili taet/reformkommission-bau-grossprojekte-aktionsplan. pdf?__blob=publicationFile (abgerufen 17.10.2016) [4] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur: Stufenplan Digitales Planen und Bauen. Berlin, Dezember 2015. https://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Publikationen/ DG/stufenplan-digitales-bauen.pdf?__blob=publicationFile (abgerufen 17.10.2016) [5] Klar, S.B., Grundhoff, T.: 5D-Anwendungsfälle im BIM-Pilotprojekt Rastatter Tunnel. 5. Münchner Tunnelbausymposium. München, 2016. [6] Ehrbar, H., Grundhoff, T., Klar, S.B.: Der Tunnel Rastatt – Ein Schlüsselprojekt in vieler Hinsicht. Swiss Tunnel Congress, Luzern 2016.

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Topics Josef Daller Marko Žibert Christoph Exinger Martin Lah

DOI: 10.1002/geot.201600054

Implementation of BIM in the tunnel design – Engineering consultant’s aspect The importance of information management was recognised in surface construction industry decades ago, and is increasingly being recognised through formal processes and laws. Around the world, these laws and codes of practice are currently being drafted and enacted, to reflect the development of software tools and corresponding increasing adoption by industry. This paper deals with general overview of BIM and its benefits as well as specifics of implementing information modelling in the tunnelling business utilizing BIM (Building Information Modelling) technology developed for buildings as well as similar technology developed for the mining industry. Although BIM was initially recognised as a 3D digital representation of physical and functional characteristics of a facility, the benefits of using it are much wider than anticipated by its definition. This paper focuses on aspect of consultants and the role of other parties in developing projects.

1 Information modelling aspects Traditionally drawings and other graphical documents are decoupled from alphanumerical information given in text reports, bill of quantities or technical specifications during the design process. This practice continues through the whole project life cycle leading to total disintegration of the design data as each party develops information according to their own specific needs. The result is recurring misinterpretations of data, loss of tremendous amount of time compiling fragments of information and restructuring the truth, wrong decision-making and other issues during the project life cycle. The problem is even more evident as Architecture, Engineering and Construction (AEC) industry requires the production of design and construction information from several teams and disciplines. The tasks allocated to each team are carried out in a particular order coordinated only at certain common points and not necessary in order to benefit all those involved and the project itself. Case studies show that the additional capital delivery costs due to uncoordinated, inaccurate and ambiguous information amounts to 20 to 25 % of the forseen costs. To overcome those problems is to provide integrated project delivery by implementing elements of “collaborative working”, meaning ensuring the quality, and guarantee that information can be used without change or interpretation, working processes and standards to be agreed upon. These elements present the social part of BIM.

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The technological part of BIM presents the need to establish effective information management where each element is part of a project database whether being graphical or nongraphic information and independent of origin and file structure. A fully open structure enabled to write in new information and provide access to read out information for numerous analysis. While most of alphanumerical/nongraphic information is relatively simple to include in a structured database traditional way of drafting cannot provide sufficient input. This is due to the fact that drafting is interpretation of raw 3D data. Instead of traditional nonparametric drafting, BIM requires to use 3D parametric native models for building design environment based on common project parameters. Lines, circles and rectangles are replaced by 3D graphical elements that produce information such as volume, surface, circumference and others to a common database running as a basis for modelling software tools. Those models are equipped with information that has been traditionally decoupled in a text or other kinds of documents. The goal is not in creating a 3D graphic representation of design intent; rather, it is a comprehensive information management tool based on the simulation of design and construction build around a central repository (Figure 1). This way, we preserve the information from its origin, take it through the construction process and deliver it to facility management without being decoupled from the model/drawing. Such information is structured, it is trackable (originator, reviewer, modifier, user) and most of the time it is positioned. As a result, it is possible to analyze the model in terms of cost, quality and time, and thus to deliver clients a better and more efficient asset whilst reducing coordination errors.

2 BIM basic rules Following introductionary explanations and based on our many years of working in BIM environment, we agree everyday more with three basic rules established by HOK – American Architectural firm: – You can’t buy “BIM in a box”! Referring to the fact that BIM is not a tool but rather cultural and technological change in the design, construction and maintenance. – “BIM – It’s not like the salesman told me!” referring to common thinking that modelling in the latest BIM sup-

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Fig. 1. Presentation of BIM in terms of developing design database utilizing graphical and alphanumerical data base on 3D model. 3D model is not the end stage but rather a basis for further design analysis.

portive tool such as Revit, ArchiCad or Allplan will enable a company to become BIM capable. The truth is that the real challenge of establishing BIM in a company comes from agreeing on parts of BIM that involves workflows, processes, modelling standards. This prevents loosing information and enabling integrated project delivery. – “When? – Now or never!” is referring to the fact that BIM today is in the process of evolvement (Figure 2). BIM maturity levels that parts of the industry resist adoption (Level 0) while the majority of the business is already working with managed CAD in 2D or 3D format in common data environment (Level 1). There are increasingly more projects developed in managed 3D environment held in separate discipline BIM tools with attached data utilizing 4D Programme data and 5D Cost element (Level 2). Innovators are pushing for developing fully open process and data integration enabled by universal file format that allows the fast and free transfer of data between parties (Level 3). Governments are preparing standards and guidelines for public owners that allow cooperation on public projects only to those certified as BIM capable. Without systematic approach through all maturity levels, BIM implementation process in the company becomes even more painful and challenging. In addition to that, after years of experiences, we can add today: – “BIM will not solve all our problems”. BIM is a fashion statement today and consequently we are witnessing industry calling it the cure for all project ills. The reality is that a poorly utilized BIM can be much bigger disaster than a well designed traditional project. BIM will surley not solve issues related to bad design but will allow good design to be managed with more con-

trol and less hassel allowing more good designs to become good projects.

3 Implementing BIM on a project As emphasized before BIM is a term for a broad range of possible services. Therefore applying BIM on a project is not self-evident but requires to plan the work and consequently work the plan in order to meet the project goals. Two documents are essential to define the project goals and to establish the relationship relationship between the Client and Engineering consultant as well as roles of other parties involved in project development. – EIR (Employer’s Information Requirements) defined by the Client (application to railway tunnel is discussed in detail later) covering: • Technical (software platforms, data exchange, coordinates, level of development for elements), • Management (standards, roles and responsibilities, coordination, clash detection, delivery strategy (Figure 3), – Commercial areas (timing, strategic purposes and definition of deliverables) of BIM execution plan (BEP) defined by the engineering consultant that presents answers to Employers requirements in terms of meeting project goals utilizing BIM technology and processes.

4 Application to tunnelling The AEC industry is a group of industries linked with common standards, procedures, as well as future development. On the contrary, the tunnelling industry has always been on the crossroad of construction and mining industries, as well as geo investigations and others. Each industry is taking their own path of development to meet their clients growing requirements without being coordinated in similar fashion as the AEC sector.

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Fig. 2. BIM maturity levels a)

Fig. 3. a) EIR – Employers information requirements; b) BEP – BIM execution plan

Surprisingly, all industries have gone along the same developing path of creating their own information modelling environments; following the same goals but very different principles. Nevertheless, despite being AEC oriented, BIM is an opportunity to create a common platform allowing to join those activities in a single structured information model using different industry specific tools and principles (Figure 4). Based on our experiences we developed the strategy where three main activities are defined: – Geological modelling, – Modelling of excavations and support, – Modelling permanent structures.

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This allows the structuring of a model to meet goals that are most important for each activity. For example modelling exact geometry with all the details included has no benefits in case of excavation and support. On the other hand managing generation of multiple variants of excavation sequencing aiming to optimize construction costs, time and resources is core part of excavation and support model. Again this is not the highest priority while modelling permanent structures, where collaboration between many disciplines and detailing is vital for a project success. Consequently, careful strategy is essential when choosing the right tools and the right processes to utilize BIM possibilities to full potential.

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Fig. 4. Division of information modelling in tunnelling

There is however one very important difference between three activities. While geological modelling and modelling of excavation and support is mostly standalone activity collaborating only on the outside, modelling of the permanent structures is highly collaborative environment with many disciplines involved both as input providers as well as requiring outputs from the model. This is the reason why we always position permanent structures model as a central model, similar to architecture model being central at modelling buildings. Central model shall be designed around open structure allowing effective communication with other models originated in different software tools (BIM and non-BIM) (Figure 5). The biggest hindrance of applying BIM on tunnelling projects is the level of development (LoD) of support documents and tools. While building construction industry has already developed their own set of documents to support design and construction there is no such standard for tunnelling available yet, consequently each company has to develop its own solutions project by project.

5 Design guidelines The design issues will be limited to a central model only. As discussed above this is largely driven by tunnel operation and the need to collaborate. Technical solutions and construction activities resemble those used in the building construction industry, therefore similar tools are used to manage information modelling.

One of the BIM promises is to reduce the time and effort put in the design of a project. A problem arises, as tunnels are essentially line objects following design curves, which are not dealt with by standard BIM modelling tools. To make things even more complicated, cross and longitudinal gradients following clothoide curves and adjunct niches adjusted to that geometry require customizing each “intervention” along the alignment. To overcome such problems, it is essential to define goals for each stage of the modelling. In general, a twostage approach can be adopted as standard where at the conceptual design of the model strives to represent concepts with near exact geometry, location and distribution of major elements. That way, conceptual coordination, time schedule, and costs are provided in the level of accuracy of the input data (Figure 6). Such an approach is called “generic” modelling as it resembles modelling with generic blocks that contains information (graphical and non-graphical) of all elements running along the alignment in one single generic family. Where so called interventions (niches, cross passages, shafts) are placed, new generic families are introduced. As it is linked to 4D and 5D analysis tools there is little time needed to produce time schedules and estimate associated costs. Time is left then to focus on optimising concepts, avoiding later major changes and running into trouble. Of course, such an approach is not fully geometrically correct, therefore changes of the model are needed in further stages. In many cases, such a conceptual model is built only with

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Fig. 5. BIM scale and openness

Fig. 6. Generic modelling principle

one software tool allowing clash detection while modelling. The down side of this is that the discipline specific analysis (such as hydraulic analysis) is hindered (Figure 8). When advancing to the tender and execution design stage, it is essential to leave behind the generic modelling and start dismantling the model to discipline specific models based on the concept approved. This way, we allow (using discipline specific tools such as road design, structures, communal infrastructure and MEP) tools to fully integrate in one model. Integrating all those specific models requires tools such as Navisworks, Navigator, Solibri, TeklaBIMsight or similar that can read different file formats and effectively communicate information with scheduling and quantity take off, as well as cost estimating software. Dissembling allows representing exact geometry, higher level of detailing, describing and simulating assembly procedures and providing different discipline specific analysis. The down side is that major changes require a lot of coordination among all parties.

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6 Applying BIM on Karavanke Tunnel Building on past experience and processes developed the was confidence that Karavanke Tunnel with all its complexity will be a perfect pilot project for Slovenian Highway Authority (DARS). Beside a new tunnel tube the project itself consists of the approach highway including several structures (bridges retaining structures,…), transport roads as well as design of disposal areas. The tunnel is a 8 km long, single tube, bidirectional motorway tunnel connecting Austria and Slovenia. It is a trans-alpine tunnel with an overburden as high as 1,000 m in very squeezing ground conditions with recorded displacements of over 1 m. Originally designed as a twin tube tunnel, but due to lack of traffic, it was built as a single tube. Shortly after commissioning the tunnel in the early 1990’s, increasingly higher traffic, support deterioration and lack of safety measures meant that a second tube was required to efficiently operate the tunnel in the future.

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Fig. 7. Discipline specific principle

Fig. 8. Geological information model using Leapfrog GEO

The importance of the project meant a huge amount of data was collected during construction of the first tube and archived in paper form. To be able to use all the data in the most effective way a series of innovative approaches were conducted aiming to build a structured information model. In terms of geology, the Client decided to invest in collecting the available data prior to conducting field investigation works. The result was a comprehensive 3D

geological information model based on Leapfrog GEO containing all available loggings, map faces, measurements digitised and structured in a single model. In the world of information theory such model is called a single source of tuth (SSOT). Although officially not recognised as a BIM model, it is essentially an information model built under different procedures. Following the approval of the design performed in a traditional way, a full preliminary tunnel BIM model was

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GEOLOGY

EXCAVATION & SUPPORT

PERMANENT STRUCTURES & ELECTRO MECHANICAL EQUIPMENT

PORTAL BUILDING

ROAD, BRIDGES AND OTHER STRUCTURES

Fig. 9. Full featured BIM model inclusing parts of geological information

produced. Due to fundamentally different technology behind BIM and Leapfrog model, the models could not be integrated in a common environment without losing some information in the course of transformation. Nevertheless, the transformed tunnel geometry in the Leapfrog GEO allowed extracting several different combined models to precisely predict excavation volumes, distribution and quantities of each ground type, identify critical intersecting structural discontinuities, through visualisation help defining investigation program and much more. Vice versa extracted information and graphics from the Leapfrog GEO model were used to define the support distribution along the tunnel. This was used as a basis to generate discretized mesh for Finite-Element calculations. Establishing live-link or at least a federated integrated model would mean a reduction in time and the utilisation of powerful statistical tools inside the Leapfrog GEO model (Figures 9 and 10). To set up the model techniques already described above were used; therefore, the focus was more on the possibilities of utilising the model. One of the most important features of 3D modelling is visualisation of integrated models. Evaluating feasibility, identifying clashes between different models, checking specifications, scheduling and estimating costs in one model simultaneously from different views gives far more control over the design when compared to checking PDF drawings, time schedule sheets, specifications and bill or quantities. The advantages of design controlling are enhanced even further during construction when changes are evaluated in almost real time.

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As discussed earlier, programming and cost analyse can be integrated in the BIM process. Such integration allows to establish live links between 3D model, Gantt chart analysis and quantity take-off. As each item in quantity take-off features also required resources (people, material, machinery, equipment), it is relatively easy to perform resource optimisations and visualize it in a 3D environment. Although such analysis in the preliminary stage was not needed for construction of the tunnel, it was essential input for the environment impact analysis and the evaluating of the increase of traffic on local roads. This is a very helpful tool for communicating with local initiatives and authorities.

7 Applying BIM on railway projects As a forward-looking organization the Austrian Federal Railways ÖBB decided to start several BIM pilot projects to verify the capabilities of BIM and gain first experiences.

7.1 Pilot project Granitztal Tunnel Chain The Granitztal Tunnel project, which is already in the construction phase, was chosen to be one of the ÖBB BIM pilot projects. With a total length of approx. 6.1 km the twin tube tunnel runs between Lavanttal valley and Jauntal valley, and traversing Deutsch Grutschen mountain, Granitztal valley and Langer Berg mountain. The Granitztal Tunnel project is one of the main components of the Koralm Railway. The two mountain ridges are crossed using two single-track tunnels respectively, built

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Fig. 10. Granitztal ventilation building

as mined tunnels. The tubes are connected by cross-passages every 500 m. In the Granitztal valley the tunnels are built by using cut and cover methods for a length of approx. 0.6 km, meaning the entire valley is finally crossed with a covered tunnel. The Granitztal River is crossed by an enclosed tunnel bridge. A ventilation station combined with a cross-passage is located within the cut and cover section. The following parts of the Granitztal Tunnel were selected to be part of the BIM pilot project (Figure 10): – Ventilation station combined with a cross-passage including inner lining block of running tunnels at intersections with the cross-passage (cut and cover section) – Cross-passages including inner lining block of running tunnels at intersections with the cross-passage, drainage pipes, flushing pipes, cleaning- and revision manholes, cable conduits and cable shafts in the mined tunnel section. – Modelling of inner lining blocks and revision niches for different regular cross sections – Northern portal area including a building for technical equipment, sedimentation basins, flushing pipes, cleaning- and revision manholes, cable conduits and cable shafts. Since the project is already under construction and detailed design is already in an advanced stage, BIM models will be execution models and as-built models. Main goal of the pilot project is to create 3D models that finally provide as much information as possible for operation/maintenance. Therefore intensive co-ordination with operation and maintenance department is essential.

7.2 Employer’s Information Requirements (EIR) Parallel to the pilot projects an Employer’s Information Requirements (EIR) document for tunnel design is pre-

pared for ÖBB which shall be included in the tender documents for selecting the designer of future tunnel projects. An important part of planning the implementation of BIM to tunnelling projects is defining a model development matrix, in other words which responsible party needs to model which elements of the project to what level of development. There are several BIM standards that can be referenced and used when we are developing this part of EIR , but most of the standards are mainly dealing with buildings and not infrastructural (tunnelling) projects. Austrian BIM standard is referencing a very advanced solution for defining which elements and connected attributes (e.g. concrete strength, yield load, design load) have to be modelled at certain points in the project development. This solution is called ASI Merkmal Server and it represents a database of all standard IFC elements and associated attributes, which are structured according to standard project phases. ASI Merkmal Server is currently developed for building elements only and therefore can be only partially used for planning of BIM implementation to tunnelling projects. That is why we have devoted a substantial amount of effort in developing of project specific BIM standards for implementation of model development matrix to tunnelling projects and extension of ASI Merkmal Server with elements and attributes that are important in development of BIM for tunnelling projects. An essential part of the EIR for tunnel design is the definition of a model development matrix. In a first step a hierarchical structure for naming each physical element of a tunnel is elaborated and important attributes will be defined. The elements will be structured according to project phases of a tunnel project. In the model development matrix each element together with its associated attributes has to be assigned to a project phase to define the time of element/attribute creation. In addition naming conventions for tunnelling according to ÖNORM A 6241-1:2015 are developed.

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J. Daller/M. Žibert/C. Exinger/M. Lah · Implementation of BIM in the tunnel design – Engineering consultant’s aspect

The goal of detailed definition of development of elements and attributes across the project phases is to assure that models can be effectively used for all intended BIM uses (e.g. BIM based coordination, BIM based quantity take-offs, 4D and 5D modelling, BIM FM) and finally handed over to our clients according to the highest quality agreements. Finally such a model development matrix for tunnel projects could be implemented in the ASI Merkmal Server, the core of the Austrian BIM Standard ÖNORM A 6241-2:2015.

ensure a flexible and harmonized approach to the service the market. Just as BIM is changing the very nature of AEC industry, it is certain that BIM will revolutionize the way tunnel projects are procured, designed, built and managed on a global level. It is up to us to develop the standardized way of working in the BIM environment.

8 Conclusions Today, BIM is mostly employed by AEC industry and is a reality on all major building sites. Until recently, difficulties in the standard BIM software application customised for AEC industry and the ability to fully integrate geology data and geotechnical data, with time and cost, have limited the real applications in tunnelling. Now, true 5D BIM is being conducted using integrated software for tunnelling, to optimise the design, construction and maintainance of major tunnel projects. The further development of this, demands a common approach to be taken by the tunneling industry. As currently, no common processes, methodologies or standards exist in the tunnelling industry. Several nation members have recognized the potential to initiate the creation of a working group inside ITA to: – Develop common procedures based on experiences, including lessons learned, – Identify where tunneling differs fundamentally from AEC and ensure BIM standards and processes reflect these major differences, – Develop a document and procedures for consultants, contractors and operators, describing the value, data sources, best practice and possible further actions for a project using BIM, – Establish workshops to help define consult and promote adoption of the document and associated procedures, – Consult local authorities to ensure that a useful base, thus common procedure developed, is suitable, – Provide contact points for each part of the BIM process, and list suppliers developing different BIM software, to

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Josef Daller iC consulenten Ziviltechniker GesmbH Schönbrunner Straße 297 1120 Vienna Austria

Marko Žibert Elea iC d.o.o. Dunajska cesta 21 SI 1000 Ljubljana, Slovenia

Christoph Exinger iC consulenten Ziviltechniker GesmbH Schönbrunner Straße 297 1120 Viennna Austria

Martin Lah Elea iC d.o.o. Dunajska cesta 21 SI 1000 Ljubljana, Slovenia

Ernst & Sohn wünscht seinen Lesern und Autoren eine frohe Weihnachtszeit und einen guten Start in das Jahr 2017 Ernst & Sohn möchte sich bei allen bedanken, welche so rege an der diesjährigen Umfrage teilgenommen haben, welches Projekt dieses Jahr zu Weihnachten finanziell von uns unterstützt werden soll. Wie bereits in den vergangenen Jahren verzichtet Ernst & Sohn auf das Versenden von persönlichen Weihnachtskarten und wird diesen so freiwerdenden Betrag an Ingenieure ohne Grenzen spenden. Dank Ihrer Abstimmung wird die Spende für das Projekt Grundversorgung für Schulen – Wasser. Strom. Sanitär. – Ein weltweites Programm aufgewendet. Bildung spielt eine maßgebliche Rolle bei der Bekämpfung von Armut und Hunger und begünstigt die Chancengleichheit. Die Verfügbarkeit von sauberem Wasser und angemessenere Versorgung mit Sanitärsystemen soll für alle sichergestellt werden. Und zudem soll jeder Mensch Zugang zu erschwinglicher, zuverlässiger, nachhaltiger und moderner Energie bekommen. Mit dieser Spende werden u. a. zwei Projekte unterstützt. Das Bauen von über 2.000 neuen Klassenzimmern in Burundi. Ingenieure ohne Grenzen hilft hier insbesondere in den Bereichen Sanitärversorgung und Hochbau. Wobei auf das Verwenden von ressourcensparenden Technologien für einen schnelleren und effetiveren Schulbau Wert gelegt wird.

Bilder: Ingenieure ohne Grenzen

Ein weiteres Projekt ist der Aufbau einer Wasserversorgung für die Mädchenschule Chonyonyo (Tansania). Die Region leidet unter mangelnder Wasserversorgung, da das Regenwasser während den Regenzeiten nicht für die Trockenzeiten gespeichert werden kann. Für die Lösung des Problems werden hier mehrere große Zisternen errichtet, die das aufgefangene Regenwasser speichern sollen sowie ein Verteilungssystem für eine effizientere Nutzung des vorhandenen Wassers. Mehr zu diesen und weiteren Projekten finden Sie online unter www.momentum-magazin.de sowie auf www.ernst-und-sohn.de/weihnachtsspende-2016

Topics Peter-Michael Mayer Stephan Frodl Felix Hegemann

DOI: 10.1002/geot.201600051

BIM as a process in tunnelling BIM als Prozess im Tunnelbau In this article, digitally supported processes for project development in tunnelling are described, supported on the one hand by a digital structure model from the design phase and on the other hand by an interactive process platform during the construction phase. Pricing and material quantity data from tendering and construction are part of the process chain. The connectivity of different BIM models and the associated interfaces represent an important but also challenging part of the closed solution. A BIM viewer is used as a bridge solution for data exchange between the IT systems used. Examples and solution approaches for 3D modelling in tunnelling and their networking with the information system IRIS are described. This article describes a multi-unit process system, which is being continuously developed and contains all relevant building blocks of the BIM process in the field of infrastructure.

Im vorliegenden Beitrag werden digital gestützte Prozesse zur Projektabwicklung im Tunnelbau erläutert, die sich einerseits auf ein digitales Bauwerksmodell aus der Planung und andererseits auf eine interaktive Prozessplattform im Rahmen der Ausführung abstützen. Kalkulationsdaten aus der Angebotslegung und Bauausführung sind Bestandteil der Prozesskette. Die Vernetzung unterschiedlicher BIM-Modelle und die damit verbundenen Schnittstellen stellen einen wichtigen aber auch anspruchsvollen Teil einer geschlossenen Lösung dar. Als Brückenlösung zum Datenaustausch der eingesetzten IT-Systeme kommt ein BIM-Viewer zum Einsatz. Es werden Beispiele und Lösungsansätze zur 3DModellierung im Tunnelbau und deren Vernetzung mit dem Informationssystem IRIS aufgezeigt. Dieser Beitrag beschreibt ein mehrgliedriges Prozesssystem, das kontinuierlich ausgebaut wird und alle relevanten Bausteine des BIM-Prozesses im Infrastrukturbereich enthält.

1 General

1 Allgemeines

Processes in the construction industry are increasingly characterised by the staged introduction of digital working methods. Tunnelling in particular is a production process influenced by plant and machinery that creates great quantities of data, which offer considerable optimisation potential when evaluated and analysed. The use of centralised data platforms supports this development, but only develops its potential through combination with design and estimation tools. Building Information Modelling (BIM) is interpreted as a process supported by various digitalisation tools with the aim of optimising working processes. It includes design tools like CAD systems and estimation programs in order to compare the actual with the target situation as well as suitable data platforms for the saving and evaluation of process data from the construction of the tunnel. Since the infrastructure sector in general and tunnelling in particular are characterised by a high degree of interaction with the surroundings, this leads to special requirements for the process tools, for example locally based information and data evaluation of geometrically complex structures with high precision requirements. Particularly the changeover of the design process from 2D to 3D is associated with the corresponding challenges and has to be sensibly networked with the process platform used in the construction process.

Prozessabläufe in der Bauindustrie werden zunehmend geprägt von der schrittweisen Einführung digitaler Arbeitsabläufe. Insbesondere der Tunnelbau ist ein von Maschinen und Anlagen geprägter Herstellprozess, der große Datenmengen erzeugt, die ausgewertet und analysiert ein beträchtliches Optimierungspotenzial beinhalten. Der Einsatz von zentralen Datenplattformen unterstützt diese Entwicklung, entfaltet aber erst durch die Kombination mit Planungs- und Kalkulationswerkzeugen sein volles Potenzial. Das Building Information Modelling (BIM) wird als Prozessablauf interpretiert, der sich auf unterschiedliche Werkzeuge der Digitalisierung abstützt und als Ziel die Prozessoptimierung hat. Hierzu gehören Planungswerkzeuge wie CAD-Systeme, Kalkulationsprogramme, um Soll-Ist-Vergleiche durchzuführen, sowie geeignete Datenplattformen zur Speicherung und Auswertung von Prozessdaten der Tunnelherstellung. Da der Infrastruktursektor im Allgemeinen und der Tunnelbau im Besonderen durch seine langgestreckten Bauwerke und sein hohes Maß an Interaktion mit der Umgebung gekennzeichnet sind, ergeben sich daraus spezielle Anforderung an die Prozesswerkzeuge, z. B. ortsbasierte Informations- und Datenauswertung oder komplexe geometrische Bauwerke mit großen Genauigkeitsanforderungen. Insbesondere der Schwenk vom 2D- zum 3D-Planungsprozess ist mit ent-

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2 Concept The construction process consists in a simplified form of three project phases at different times: – Design and tendering, – Estimation and bidding, – Construction design and construction. Design, estimation and construction are closely interlinked with each other. BIM process tools are being increasingly used in design and estimation to achieve transparent and consistent design and work preparation. BIM has proved successful in building for the optimisation of design processes, through which cost savings can be achieved for the overall project. This is often achieved by early detection of conflicts, for example by collision detection [1]. The simple implementation of these analyses in BIM-based design is enabled by the maintenance of a holistic, three-dimensional model comparable with a product model in industry. The aim is to use the process data produced during the construction phase for a continuous comparison with the design data. Process data on a mechanised tunnel drive are usually sensor data or status data from the TBM regarding segment installation or excavation. In conventional tunnelling (drill and blast or excavator), the process data can also be sensor data from the drill jumbo (drilling logs), process states of a roadheader or manual process data such as tunnelling class, number of support measures or similar. This data is increasingly continuously monitored by an information system in order to be able to react rapidly to any problems. The importance of complete documentation of the construction process is also increasing. Considering the quantity of data produced, this succeeds most efficiently with the use of database-supported IT platforms. In particular construction processes, which are subject to interaction between the structure and the ground, are affected by numerous and sometimes unexpected influential factors. This hinders a detailed forecast and increases the importance of a continuous target-actual comparison between design and construction. Therefore an analysis of construction progress must be carried out at regular intervals in order to evaluate the status of the project, react to unplanned stoppages and introduce suitable measures to avoid these influences. The implementation of a continuous target-actual comparison should in future also be undertaken in tunnelling on the basis of BIM-based design data and continuously recorded process data from construction. This concept, which is currently undergoing trials, intends the networking of the following components: – CAD system for model-based and parameterised design in tunnelling, – Estimation system to determine cost and performance, – Information system to represent the tunnelling process and save manual and mechanical process and sensor data and also to control transport logistics, – Structure viewer to combine the above system components with the option of access to the 3D model on site. Figure 1 shows a concept for the implementation of a BIM process for a tunnel with model-based design and

sprechenden Herausforderungen verbunden und muss sinnvoll mit den im Bauprozess eingesetzten Prozessplattformen vernetzt werden.

2 Konzept Der Bauprozess besteht vereinfacht aus drei zeitlich differenzierten Projektphasen: – Bauwerksentwurf und Ausschreibung, – Kalkulation und Angebotslegung, – Ausführungsplanung und Ausführung. Dabei sind Planung, Kalkulation und Ausführung eng miteinander verknüpft. Für die Planung und Kalkulation werden zunehmend BIM-Prozesswerkzeuge eingesetzt, um eine transparente und konsistente Planung und Arbeitsvorbereitung zu erreichen. BIM hat sich im Hochbau als erfolgreiches Konzept zur Optimierung von Entwurfsprozessen bewährt, wodurch Kosteneinsparungen eines Gesamtprojekts erzielt werden können. Dies wird häufig durch eine frühzeitige Konflikterkennung, z. B. durch die Kollisionsprüfung, erreicht [1]. Die einfache Durchführung dieser Analysen in einer BIM-basierten Planung wird durch das Vorhalten eines ganzheitlichen, dreidimensionalen Modells, vergleichbar einem Produktmodell in der Industrie, ermöglicht. Es ist das Ziel, in der Ausführungsphase auf der Grundlage anfallender Prozessdaten einen kontinuierlichen Abgleich mit den Planungsdaten durchzuführen. Prozessdaten sind bei einem maschinellen Vortrieb üblicherweise Sensordaten bzw. Statusdaten der TBM bezüglich Segmenteinbau oder Vortrieb. Bei einem konventionellen Vortrieb (Spreng- oder Baggervortrieb) können diese Prozessdaten ebenfalls Sensordaten aus dem Bohrwagen (Bohrprotokolle), Prozesszustände einer Teilschnittmaschine oder manuelle Prozessdaten wie Vortriebsklasse, Stützmittelanzahl oder ähnliches sein. Diese Daten werden immer häufiger mittels Informationssystemen kontinuierlich überwacht, um schnell auf etwaige Probleme reagieren zu können. Des Weiteren nimmt die Bedeutung einer lückenlosen Dokumentation des Ausführungsprozesses zu. Angesichts der anfallenden Datenmengen gelingt dies am effizientesten mithilfe datenbankgestützter IT-Plattformen. Insbesondere Bauprozesse, die einer Bauwerk-Boden-Interaktion unterworfen sind, werden von zahlreichen, auch unerwarteten Einflussfaktoren geprägt. Dies erschwert eine detaillierte Prognose und erhöht die Bedeutung eines kontinuierlichen Soll-Ist-Abgleichs von Planung und Ausführung. Daher muss in regelmäßigen Abständen eine Baufortschrittsanalyse durchgeführt werden, um den Status des Projekts zu bewerten, auf außerplanmäßige Stillstände zu reagieren und um geeignete Maßnahmen zur Vermeidung dieser Einflüsse zu ergreifen. Die Umsetzung des kontinuierlichen Soll-Ist-Vergleichs soll in Zukunft auch im Tunnelbau auf der Grundlage von BIM-basierten Planungsdaten und kontinuierlich aufgenommenen Prozessdaten aus der Ausführung geschehen. Das in der Erprobung befindliche Konzept sieht eine Vernetzung folgender Komponenten vor: – CAD-System für die modellbasierte und parametrisierte Planung im Tunnelbau,

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Fig. 1. Concept for the integration of data from different phases for a consistent analysis of construction progress in tunnel Bild 1. Konzept für die Integration von Daten unterschiedlicher Bauphasen für eine konsistente Baufortschrittsanalyse im Tunnelbau

process data monitoring using the information platform IRIS from ITC Engineering. In order to implement the illustrated concept, the program desite MD from the company ceapoint is used as a BIM viewer. This can integrate both BIM-based data from design and estimation and also process data from construction. The data is connected to the software through the appropriate inter faces.

3 Design and estimation One fundamental component of model-based design is a three-dimensional CAD model, which contains all relevant data from the various disciplines. One example of a software solution for the creation of such a model is Revit [2] from Autodesk, which is used in building. The use of Revit is more difficult in tunnelling due to the more complex geometries required, since this program can only deal with curved structures and the necessary alignment elements to a limited extent. Curved structures are however normal rather than an exception in tunnelling (Figure 2). The capability to derive 2D plans from the 3D model is also absolutely essential. The CAD program Inventor is therefore more suitable. This is normally used in mechanical engineering [3]. This CAD system can be used to model curves and free forms. The CAD models are also parameterised and the derivation of 2D plans from the 3D model is possible. It is important in the construction phase that the models are sufficiently detailed in order to derive the working drawings in 2D directly out of the 3D model. Otherwise a new design for construction has to be produced in addition to the 3D design, which would lead to considerable additional design costs. The CAD system Inventor makes it possible both to create a 3D CAD model, and to link meta-information with this model. Based on the spatial CAD model of the tunnel, collision detection and volume/mass calculations can then be performed. Collision detection can investi-

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– Kalkulationssystem zur Kosten- und Leistungsermittlung, – Informationssystem zur Abbildung des Tunnelvortriebsprozesses und Speicherung manueller und maschineller Prozess- und Sensordaten sowie zur Steuerung der Transportlogistik, – Bauwerksviewer zur Kombination oben genannter Systembestandteile mit der Option eines 3D Modellzugriffs auf der Baustelle. Bild 1 zeigt ein Konzept für die Umsetzung eines BIMProzessablaufs für ein Tunnelbauwerk mit einer modellbasierten Planung und der Prozessdatenüberwachung mittels der Informationsplattform IRIS der ITC Engineering. Zur Umsetzung des dargestellten Konzepts wird als BIMViewer die Software desite MD der Firma ceapoint genutzt, die sowohl BIM-basierte Daten aus der Planung und Kalkulation als auch Prozessdaten aus der Ausführung integrieren kann. Die Daten werden dabei über adäquate Schnittstellen in die Software eingebunden.

3 Planung und Kalkulation Ein fundamentaler Bestandteil in der modellbasierten Planung ist ein dreidimensionales CAD-Modell, das alle relevanten Projektdaten aus den verschiedenen Disziplinen beinhaltet. Eine typische Softwarelösung zur Erstellung eines solchen Modells ist z. B. Revit [2] von Autodesk, das im Hochbau zum Einsatz kommt. Die Anwendung von Revit ist im Tunnelbau aufgrund der dort erforderlichen komplexen Geometrien erschwert, da dieses Programm nur bedingt mit gekrümmten Strukturen und notwendigen Trassierungselementen umgehen kann. Gekrümmte Strukturen sind im Tunnelbau jedoch eher die Regel als die Ausnahme (Bild 2). Notwendige 2D-Planableitungen aus dem 3D-Modell sind ebenfalls zwingend erforderlich. Besser geeignet ist daher das CAD-Programm Inventor, das in der Regel im Maschinenbau zum Einsatz kommt [3]. Mit diesem CAD-System lassen sich auch ge-

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Fig. 2. 3D model of a cross passage with support construction and press assembly of the TBM Bild 2. 3D-Modell eines Querschlags mit Abfangung und Pressenanordnung der TVM

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gate, for example, whether several objects overlap, which can occur due to the integration of design data from various disciplines and from different consultants. If these collisions are detected early, problems can be solved quickly and efficiently and higher costs can be avoided. The volume and mass calculation can be used, for exam-

krümmte Strukturen und Freiformen modellieren. Darüber hinaus sind die CAD-Modelle parametrisiert, 2D-Planableitungen aus dem 3D-Modell sind möglich. Wichtig für die Ausführungsphase ist, dass die Modelle ausreichend detailliert sind, um direkt aus dem 3D-Modell die Ausführungspläne in 2D abzuleiten. Andernfalls besteht die Notwendigkeit, zusätzlich zur 3D-Planung für den BIM-Prozess, eine weitere Planung für die Ausführung zu erstellen. Dies führt dann unweigerlich zu beträchtlichen Mehrkosten in der Planung. Das CAD-System Inventor ermöglicht es sowohl ein 3D-CAD-Modell zu erstellen, als auch Metainformationen mit diesem Modell zu verknüpfen. Basierend auf dem räumlichen CAD-Modell des Tunnels können dann Kollisionsprüfungen und Volumen-/Massenberechnun gen durchgeführt werden. In der Kollisionsprüfung wird z. B. überprüft, ob sich mehrere Objekte überlappen, was aufgrund der Integration von Planungsdaten aus unterschiedlichen Disziplinen und von unterschiedlichen Planern auftreten kann. Durch das frühzeitige Erkennen dieser Kollisionen können Probleme schnell und effizient gelöst und größere Kosten vermieden werden. Mithilfe der Volumen- bzw. Massenermittlung kann beispielsweise bestimmt werden, wieviel Beton benötigt wird bzw. bestellt werden muss. Diese Daten fließen dann direkt in die Kalkulations- und Logistikplanung mit ein, um auf der einen Seite effektiv zu planen und auf der anderen Seite eine genaue Kostenabschätzung durchführen zu können.

Wir sehen Gebirge nicht als Hindernis. Sondern als Manfred Eder, Dipl.-Ing.

unsere Materie.

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ple, to determine how much concrete will be needed or will have to be ordered. This data is then used directly in estimation and logistics planning in order to be able to plan effectively and also to be able to produce precise cost estimates. In order to link model-based design with estimation, software solutions like RIB iTwo [4] from RIB Software AG with special interfaces are needed. The standard for these process interfaces in construction are the IFC interfaces (Industry Foundation Classes), which are defined by buildingSMART International [5]. The disadvantage of these interfaces is, however, that until now curved structures cannot be transferred from the CAD system. This should change in IFC, Version 4, which however is not available in Inventor. Tunnel models will first need to be simplified to be exchanged through IFC, i.e. curved structures like the tunnel lining approximated as polygon segments. This can lead to falsified geometries under some circumstances. As an alternative, the proprietary format DWFx from Autodesk could be used. This format permits curved structures and can transfer these to other program systems appropriate to the CAD model. After the completion of the 3D model, this is handed over in the presented BIM system as a DWFx model to the 3D viewer desite MD. This interface displays certain model parameters like geometry, structures and attributes. The viewer can also read other CAD formats and connect different models, which makes it possible for various consultants with various models from different software products to work together. In the course of a BIM process, individual structural elements or models can be updated or replaced at any time, which means that initially simple models from the design phase can be replaced by more detailed models in the course of the construction phase. The 3D design data represented in this way with the structural elements and the descriptive attributes can then be transferred to the estimation software, e.g. RIB iTwo. The model parameters are primarily quantities, dimensions and materials of the individual structural elements. In the estimation software, estimation values are assigned to the corresponding structural elements, in which way bill structures can be created and the structure estimated. Geometry and quantities are always linked to the 3D model. If the system is extended to cover scheduling, then this is termed 5D design. This is already possible in building with RIB iTwo 5D and should be implemented for tunnelling in the future.

4 Construction In the construction phase of a project, the planned working processes are implemented. In order to detect problems early and for consistent documentation, these processes should be continuously monitored. Therefore information systems are used in the construction phase of a tunnel project. In addition to the monitoring of construction progress, documentation of the production of the structure with delivery notes and acceptance protocols is also an important part of the BIM process. The recorded data is handed over to the client after completion as a digital construction folder.

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Um die modellbasierte Planung mit der Kalkulation zu verbinden, werden Softwarelösungen wie RIB iTwo [4] der RIB Software AG mit speziellen Schnittstellen benötigt. Der Standard für diese Prozess-Schnittstellen sind im Bauwesen die sogenannte IFC-Schnittstellen (Industry Foundation Classes), die von buildingSMART International [5] definiert werden. Nachteil dieser Schnittstelle ist jedoch, dass bisher gekrümmte Strukturen aus dem CAD-System nicht übertragen werden können. Dies soll sich mit IFC, Version 4, ändern, die allerdings noch nicht in Inventor zur Verfügung steht. Notwendigerweise müssten Tunnelmodelle, die über IFC übertragen werden, vorher vereinfacht werden. D.h. gekrümmte Strukturen wie die Tunnelschale werden als Flächenpolygone angenähert. Dadurch entstehen unter Umständen stark verfälschte Geometrien. Als Alternative bietet sich das von Autodesk entwickelte proprietäre Format DWFx an. Dieses Format erlaubt gekrümmte Strukturen und übergibt diese entsprechend dem CAD-Modell an andere Programmsysteme. Nach Fertigstellung des 3D-Modells wird dieses im vorgestellten BIM System als DWFx-Modell an den 3DViewer desite MD übergeben. Über diese Schnittstelle werden bestimmte Modellparameter wie Geometrie, Strukturen und Eigenschaften (Attribute) abgebildet. Der Viewer kann auch andere CAD-Formate lesen und unterschiedliche Modelle verbinden. Somit ist es möglich, verschiedene Planer und verschiedene Modelle von unterschiedlichen Softwareprodukten zusammenzuführen. Es können im Laufe des BIM-Prozesses einzelne Bauteile oder Modelle jederzeit aktualisiert oder ersetzt werden. Somit können anfangs z. B. einfache Modelle aus der Entwurfsphase im Zuge der Ausführungsphase durch detailliertere Modelle ersetzt werden. Die so abgebildeten 3D-Planungsdaten mit den Bauelementen und beschreibenden Attributen können dann an die Kalkulationssoftware, z. B. RIB iTwo, übergeben werden. Bei den Modellparametern handelt es sich hauptsächlich um Mengen, Abmessungen und Materialien von den einzelnen Bauteilen bzw. Bauelementen. In der Kalkulationssoftware werden den entsprechenden Bauteilen Kalkulationskennwerte zugeordnet. Damit lassen sich z. B. LV-Strukturen abbilden und das Bauwerk kalkulieren. Geometrie und Mengen sind dabei immer mit dem 3D-Modell verknüpft. Ergänzt man dieses System um die Terminplanung spricht man von der sogenannten 5D-Planung. Dies ist mit RIB iTwo 5D im Hochbau bereits möglich und soll zukünftig auch im Tunnelbau umgesetzt werden.

4 Ausführung In der Ausführungsphase des Projekts werden die geplanten Prozessabläufe umgesetzt. Zum frühzeitigen Erkennen von Problemen und einer konsistenten Dokumentation sollten diese Prozesse kontinuierlich überwacht werden. Daher kommen in der Ausführungsphase eines Tunnelbauprojekts Informationssysteme zum Einsatz. Neben der baubegleitenden Überwachung des Bauablaufs ist auch die Dokumentation der Bauwerkserstellung über Lieferscheine und Abnahmeprotokolle ein wichtiger Bestandteil des BIM-Prozesses. Die erfassten Daten werden

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In the course of the concept presented here, the web-based information system IRIS (Integrated Risk and Information System) is used on site. The system permits tracking of recorded process data in the browser. Various users can document and monitor their relevant sphere of responsibility based on their function in the project and the permissions configured in the software. The recorded data includes the entire tunnel construction process. This can consider, for example, mechanically recorded sensor data, manually entered process data such as shift protocols and imported information from external sources of data. Mechanically recorded data comes from the sensors on the tunnel boring machine and the navigation system or other sensors on the surface or in the ground, such as inclinometers or extensometers. This data is recorded at short, regular intervals and create great quantities of data, which makes rapid and founded analysis difficult. Effective assessment of the collected data considering its inhomogeneity is of central importance for an information system like IRIS. Therefore IRIS offers individually combinable diagrams and the capability of networking different data sources together in the diagram, and can then save them or export them as data set. Sensor data that is important for the further tunnel construction process can also be displayed in a sensor board, which always shows current data measured by individually selected sensors. Information can also be extracted from this sensor data, e.g. the average advance rates of the tunnel boring machine, in order to evaluate construction progress. This gives an additional access point to process-relevant data through the information system in addition to the 3D model. Manual process data from the tunnel drive is normally recorded in shift protocols. The generation of shift protocols in tunnelling play a central role for the tracking of the works carried out or for invoicing the tunnelling works. Process interruptions, so-called stoppages, are recorded in a standardised form as code lists and can thus be evaluated as required. Another example of a structured evaluation is damage to installed segments. These can be recorded and documented with the cause and extent of damage. Such information is decisive for the later making good of damage and the limitation of cost. Further information about the structure is the construction data of the tunnel lining or the segments, information about transport and ordering as well as the later installation. All the stated information should in the future be fed back by the information system into the BIM model. This also includes the recording of support measures that is required as the tunnel advances in conventional tunnelling or the systematic production of acceptance protocols for the tunnel lining. Data must therefore be exchanged in two directions between the BIM model and the information system.

5 Evaluation of construction progress as part of the BIM process Construction is influenced by many factors, which cannot be considered in design or only in a very abstract way, e.g. special geological features or personnel absence. This

nach Fertigstellung des Bauwerks dem Auftraggeber als digitale Bauwerksakte übergeben. Im Rahmen des hier vorgestellten Konzepts kommt als webbasiertes Informationssystem IRIS (Integrated Risk and Information System) für die Baustelle zur Anwendung. Das System erlaubt eine zeitnahe Nachverfolgung von erfassten Prozessdaten über den Browser. Hier können verschiedene Nutzer, basierend auf ihrer Funktion im Projekt durch unterschiedliche Berechtigungen in der Software ihren jeweiligen Verantwortungsbereich dokumentieren und überwachen. Die dabei erfassten Informationen beinhalten den gesamten Tunnelbauprozess. Es werden u.a. maschinell erfasste Sensordaten, manuell eingetragene Prozessinformationen wie Schichtprotokolle und importierte Informationen aus externen Datenquellen berücksichtigt. Maschinell erfasste Daten ergeben sich aus Sensoren der Tunnelbohrmaschine und dem Navigationssystem oder anderen Sensoren an der Oberfläche bzw. im Baugrund wie Inklinometer bzw. Extensometer. Diese Daten werden in kurzen, regelmäßigen Abständen erfasst und erzeugen dadurch große Datenmengen, was eine schnelle und fundierte Analyse erschwert. Eine effektive Auswertung der gesammelten Daten unter Berücksichtigung ihrer Inhomogenität spielt bei einem Informationssystem wie IRIS eine zentrale Rolle. Daher bietet IRIS individuell zusammenstellbare Diagramme sowie die Fähigkeit unterschiedliche Datenquellen miteinander im Diagramm zu vernetzen, diese dann zu speichern oder als Datensatz zu exportieren. Für den weiteren Tunnelvortriebsprozess wichtige Sensorinformationen können zudem in einem Sensorboard dargestellt werden, das immer die aktuellen Messdaten von individuell ausgewählten Sensoren anzeigt. Aus diesen Sensordaten können dann Informationen extrahiert werden, z. B. die durchschnittliche Vortriebsgeschwindigkeit der Tunnelbohrmaschine, um den Baufortschritt zu evaluieren. Damit ergibt sich neben dem 3D-Modell des Bauwerks ein weiterer Zugriff auf prozessrelevante Daten über das Informationssystem. Manuelle Prozessdaten des Vortriebs werden in der Regel in Schichtprotokollen festgehalten. Die Generierung von Schichtprotokollen im Tunnelbau spielt eine zentrale Rolle zur Nachverfolgung der durchgeführten Arbeiten oder zur Abrechnung der Vortriebsleistung. Prozessunterbrechungen, sogenannte Stillstände, werden standardisiert über Codelisten festgehalten und können dadurch gezielt ausgewertet werden. Ein weiteres Beispiel für eine strukturierte Auswertung sind Schäden an eingebauten Tübbingen. Diese können hinsichtlich der Schadensursache und dem Schadensumfang aufgenommen und dokumentiert werden. Solche Informationen sind entscheidend bei der späteren Ausbesserung der Schäden und deren Kostenabgrenzung. Weitere Informationen zum Bauwerk sind Herstelldaten der Tunnelschale oder des Tübbings, Informationen zum Transport und der Bestellung sowie der spätere Einbau. Alle genannten Informationen sollen zukünftig aus dem Informationssystem in das BIM-Modell zurückgeführt werden. Hierzu gehört dann auch die im konventionellen Tunnelbau notwendige Erfassung von Stützmitteln während des Vortriebs oder die systematische Er-

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leads to deviations between design and construction. As long as the design can react flexibly to changing local conditions, the project will also succeed economically. Particularly effective in this case is the prompt comparison of design and estimation data with the figures actually reached on site, in order to be able to detect deviations early and optimise processes. Due to the different data sources from construction phase and from the software systems in design and construction – complex desktop applications in the design phase or web applications in the construction phase – the comparison of target and actual figures becomes a challenge. Software is required, which can integrate both BIM-based design data and also process data from the construction site in a holistic model. As a reaction to this demand, the present concept for a holistic BIM system has been developed, which can extract both design data in the form of BIM models and also construction process data from information systems and enables continuous target-actual comparisons. For this purpose existing BIM models are displayed in the 3D viewer desite MD and adapted according to construction status. In combination with the spatial model of the structure, the meta-information of the individual objects of the tunnel model can be displayed. This means that all information about an object can be found at one central location, the viewer, and can be quickly found and called up. The construction process data recorded during the construction phase is usually sensor data or manually recorded shift data, which is meta- or semantic information. In other words, this does not have any geometric representation, even if it contains geometric information in text form. This semantic information can be read automatically from information systems like IRIS through a REST interface. In the next step, the read data is further processed in the BIM model as new meta-information by linking with the relevant object in the model. In order to compare design data and construction process data, an ontology is used in the software. This ontology defines which attributes from the design side are mapped with which at tributes from the construction side. So for example the attribute for the ring number of a tunnel lining segment in the design is called “ring” and in the construction software “ring number”. Without the ontology, the software could not understand that both attributes describe the same thing. By mapping the attributes, the software can now compare data from the design phase and the construction phase with each other and analyses can be performed. One typical example for a structured BIM process is the analysis of construction progress. The planned production dates of objects like rings or segments are extracted from the BIM model and compared with the actual production dates. Through the colouring of the construction elements in the 3D model, green if installed at the planned time and red for installed after the planned time, the project manager can visualise the progress of the project and take any necessary steps. Another example is the display of imperfections. In mechanised tunnelling, the rings are built at the end of the tunnel boring machine, i.e. the tunnel always follows the

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stellung von Abnahmeprotokollen der Tunnelinnenschale. Daten müssen daher bidirektional zwischen Bauwerksmodell und Informationssystem ausgetauscht werden können.

5 Baufortschrittsevaluierung als Teil des BIM-Prozesses Die Bauausführung wird durch viele Faktoren beeinflusst, die bei der Planung nicht oder nur sehr abstrakt berücksichtigt werden können, z. B. geologische Besonderheiten oder Personalausfälle. Daher kommt es zwischen Planung und Ausführung zu Abweichungen. Insofern die Planung sich flexibel an wechselnde Randbedingungen anpassen kann, gelingt auch die wirtschaftliche Abwicklung des Projekts. Als besonders zielführend ist dabei ein zeitnaher Abgleich von Planungs- und Kalkulationsdaten mit den tatsächlich erreichten Werten der Baustelle, um frühzeitig Abweichungen zu erkennen und Prozesse zu optimieren. Aufgrund der unterschiedlichsten Datenquellen in der Bauausführung und den Softwaresystemen in Planung und Ausführung – komplexe Desktopapplikationen in der Planung bzw. Webapplikationen in der Ausführung – gestaltet sich ein Vergleich von Soll- und Ist-Daten als Herausforderung. Benötigt wird eine Software, die sowohl BIM-basierte Planungsdaten als auch Prozessdaten von der Baustelle in ein ganzheitliches Modell integrieren kann. Als Reaktion auf diese Anforderung wurde das vorliegende Konzept für ein ganzheitliches BIM-System entwickelt, das sowohl Planungsdaten in Form von BIMModellen als auch Bauprozessdaten aus Informationssystemen extrahiert und kontinuierliche Soll-Ist-Vergleiche ermöglicht. Hierzu werden existierende BIM-Modelle in dem 3DViewer desite MD dargestellt, die je nach Bauzustand angepasst werden. In Verbindung mit dem räumlichen Bauwerksmodell können die Metainformationen der einzelnen Objekte des Tunnelmodells angezeigt werden. Dadurch befinden sich alle Informationen zu einem Objekt an einer zentralen Stelle, dem Viewer, und können schnell gefunden und abgerufen werden. Bei Bauprozessdaten die während der Bauausführung aufgenommen werden, in der Regel sind dies Sensor- oder manuell aufgenommene Schichtdaten, handelt es sich um Meta- bzw. semantische Informationen. D.h. diese besitzen keine geometrische Repräsentation, auch wenn sie geometrische Informationen in Textform beinhalten können. Diese semantischen Informationen können automatisch aus Informationssystemen wie IRIS über eine REST-Schnittstelle abgegriffen werden. Im nächsten Schritt werden die eingelesenen Daten weiterprozessiert und in das BIM-Modell als neue Metainformationen durch die Verknüpfung mit ihrem jeweiligen Objekt im Modell integriert. Um nun Planungsdaten mit Bauprozessdaten zu vergleichen, wird eine Ontologie in der Software verwendet. In dieser Ontologie wird definiert, welche Attribute von der Planungsseite mit welchen Attributen von der Ausführungsseite gemappt werden. So heißt beispielsweise das Attribut für die Ringnummer eines Tunnelbausegments in der Planung „Ring“, in der Bauausführungssoftware aber „Ringnummer“. Ohne die Ontologie könnte die Software nicht erkennen, dass beide Attribute dasselbe Objekt beschreiben. Durch das Mapping der Attribute kann die Software nun Daten aus der

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tunnel boring machine. The machine never drives on the planned alignment. The viewer software can thus be used to evaluate how far the built tunnel deviates from the planned tunnel. For this purpose the distance between the ring centre points is calculated and displayed at a scale configured by the user. The results of the target-actual comparison can be written back into the BIM model as meta-information and exported together with the entire model through an IFC interface.

6 Application examples from design In particular application areas of tunnelling, three-dimensional design has already been used for a long time. A 3D design is particular successful for geometrically complex structures and dependencies, e.g. for cross passages, ground freezing, segment formwork and reinforcement design, caverns and complex construction excavations. This 3D design is however not used in a BIM process at the moment. Two examples are described below, which are well suitable for integration into a BIM process.

6.1 Segment design For the design of segments, 3D design methods practically represent the state of the technology since the precision requirements for the individual segments are very stringent. With the assistance of 3D design, sources of mistakes in the formwork production can be minimised. Collision detection can also be performed early for installed items such as bolts and reinforcement. The erection of socalled master rings (two or three segment rings assembled vertically) in order to check the precision fitting of the segments with each other and the overall ring can be omitted with 3D design. The reason for the production of a 3D model for segment design is very precise modelling of the highly loaded segments. Exact formwork and reinforcement plans can be derived from the 3D model. The 3D model is thus simply a means to a purpose (Figure 3) or a waste product of conventional design work. This 3D model is however ideally suitable for a continued BIM process. Since the 3D model was intended for the design of formwork, it possesses a high degree of detail. A tunnel tube can be modelled without problems by assembling a sequence of any number of segment rings. With the appropriate ring positioning, a realistic spatial curve can be modelled so that the segment tube follows the tunnel alignment. Due to the great number of elements, such a model can become very large, so limits are set by the storage capacity and computing performance of the PC used. The actual geometry of the tunnel tube can be represented in the model from the actually installed ring positions. With the actual coordinates, which are recorded as the tunnel advances, a targetactual comparison is possible at any time.

6.2 Inner lining design The inner lining of a tunnel is normally concreted in blocks. A 3D design for these can be produced similarly to segment design (Figure 4). In contrast to segment design, in which every ring is identical, the blocks of an in-situ

Planungs- und Ausführungsphase miteinander vergleichen, und es können Analysen durchgeführt werden. Ein typisches Beispiel für einen strukturierten BIMProzess ist die Baufortschrittsanalyse. Hierzu können die geplanten Herstelldaten von Objekten wie Ringe bzw. Segmente aus dem BIM-Modell entnommen und mit dem wirklichen Herstelldatum abgeglichen werden. Durch das Einfärben der Bauteile im 3D-Modell, die in der geplanten Zeit gebaut (grün) und die nach der geplanten Zeit gebaut wurden (rot), kann der Projektleiter den terminlichen Zustand des Projekts visuell erfassen und etwaige Schritte einleiten. Ein weiteres Beispiel ist die Darstellung von Imperfektionen. Im maschinellen Tunnelbau werden die Ringe am Ende der Tunnelvortriebsmaschine gebaut, d.h. der Tunnel folgt immer der Tunnelvortriebsmaschine. Die Maschine fährt nie genau auf der geplanten Trasse. Mithilfe der Viewer-Software kann daher ausgewertet werden, in wie weit der gebaute von dem geplanten Tunnel abweicht. Hierbei wird der Abstand zwischen den Ringmittelpunkten berechnet und über eine benutzerdefinierte Skala dargestellt. Die Ergebnisse aus dem Soll-Ist-Vergleich können als Meta-Informationen zurück in das BIMModell geschrieben und zusammen mit dem gesamten Modell über eine IFC Schnittstelle exportiert werden.

6 Anwendungsbeispiele aus der Planung In speziellen Anwendungsgebieten des Tunnelbaus wird die dreidimensionale Planung schon seit längerer Zeit eingesetzt. Eine 3D-Plaung erfolgt insbesondere bei geometrisch komplexen Bauwerken und Abhängigkeiten, z. B. bei Querschlägen, Bodenvereisungen, Tübbingschal- und Tübbingbewehrungsplanung, Kavernen und komplexen Baugruben. Diese 3D-Planungen fließen derzeit jedoch noch nicht in einen BIM-Prozess ein. Nachfolgend werden zwei Beispiele beschrieben, die sich für die Integration in einen BIM-Prozess gut eignen.

6.1 Tübbingplanung Für die Planung von Tübbingen stellt eine 3D-Planung quasi den Stand der Technik dar, da die Genauigkeitsanforderungen an den einzelnen Tübbing sehr hoch sind. Mit der 3D-Planung werden Fehlerquellen in der Schalungsherstellung minimiert. Aber auch die Kollisionsprüfung von Einbauteilen wie Schrauben und Bewehrung kann frühzeitig durchgeführt werden. Das Aufstellen von sogenannten Masterringen (das sind liegende Tübbingringe, von denen zwei bis drei Ringe übereinander aufgebaut werden) zur Überprüfung der Passgenauigkeit der Steine untereinander bzw. des gesamten Rings kann durch eine 3D-Planung entfallen. Der Grund für die Erstellung eines 3D-Modells zur Planung von Tübbings ist eine sehr präzise Modellierung der hoch beanspruchten Tübbingsegmente. Aus dem 3DModell erfolgt die Ableitung von exakten Schal- und Bewehrungsplänen. Das 3D-Modell ist somit lediglich das Mittel zum Zweck (Bild 3) oder ein Abfallprodukt der konventionellen Planung. Dieses 3D-Modell ist aber für einen weiterführenden BIM-Prozess bestens geeignet. Dadurch, dass das 3D-Modell für die Erstellung der Schalplanung konzipiert ist, besitzt es einen sehr hohen Detailie-

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rungsgrad. Die Modellierung einer Tunnelröhre lässt sich durch die Aneinanderreihung von beliebig vielen Tübbingringen problemlos bewerkstelligen. Mit einer entsprechenden Ringstellung lässt sich eine realistische Raumkurve modellieren, so dass die Tübbingröhre der Tunneltrasse folgt. Aufgrund der Vielzahl von Elementen kann ein derartiges Modell sehr groß werden, so dass hier Grenzen durch die Speicherkapazität und die Rechnerleistung der verwendeten PCs gegeben ist. Anhand der tatsächlich eingebauten Ringstellungen kann im Modell die Soll-Geometrie der Tunnelröhre abgebildet werden. Mit den Ist-Koordinaten, die während des Vortriebs aufgenommen werden, ist ein Soll-Ist-Vergleich jederzeit möglich.

6.2 Innenschalenplanung

Fig. 3. 3D model of two segment rings, each with seven individual segments and the stamps of the TBM Bild 3. 3D-Modell von zwei Tübbingringen mit jeweils sieben einzelnen Steinen und den Pressenpaaren der TVM

concrete inner lining have numerous different geometries according to the alignment. The block lengths vary, for example, between standard and fitting blocks. Also in transition curves, the block lengths on the outside and the inside of the curve differ in each block. This increases the amount of work involved in modelling, but the result is also a three-dimensional model, from which all formwork and detail plans can be directly derived. The produced 3D model can then be used for a following BIM process. All information, which is recorded during the construction of the inner lining, can be linked to this model. This can be information about concrete mix, weather conditions, product information about installed items and much more. This enables analyses to be performed on site, for example in which section of a tunnel a particular batch of ducts was installed or in which blocks a particular type of anchor channel was installed.

7 Application example In order to validate the presented concept, a brief application example for a tunnel construction project is presented. For this purpose a model of a conventional tunnel drive consisting of outer lining, inner lining, invert fill and shoulder is imported. The model also contains block waterstops, anchor channels, cable ducts and various cable pulling shafts. The mode consists of altogether 40 blocks. Meta-information is linked to every block or construction element in order to cover semantic information, which is used for the analysis of construction progress (Figure 4). The tunnel model was imported using the format DWFx out of Inventor into the viewer desite MD. The viewer has a range of import formats and a variable Javascript interface which permits the implementation of indi-

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Die Innenschale eines Tunnels wird in der Regel Blockweise hergestellt. Ähnlich der Tübbingplanung lässt sich auch hierfür eine 3D-Planung erstellen (Bild 4). Im Gegensatz zur Tübbingplanung, bei der jeder Ring identisch ist, weisen die Blöcke einer Ortbetoninnenschale entsprechend der Trassenführung eine Vielzahl von verschiedenen Geometrien auf. Die Blocklängen variieren z. B. zwischen den Regel- und Passblöcken. Aber auch in einem Übergangsbogen unterscheiden sich die Blocklängen auf der Außen- und Innenseite der Kurvenfahrt in jedem Block. Dadurch steigt zwar der Modellierungsaufwand an, doch das Ergebnis ist ebenfalls ein dreidimensionales Modell, von dem sämtliche Schal- und Detailpläne direkt abgeleitet werden können. Das erstellte 3D-Modell kann dann für einen nachfolgenden BIM-Prozess verwendet werden. Sämtliche Informationen, die während der Herstellung der Innenschale erfasst werden, lassen sich auch hier mit dem Modell verknüpfen. Dies können Informationen über die Betonrezeptur, Witterungsbedingungen, Produktinformationen zu Einbauteilen und vieles mehr sein. Somit erhält man eine Datenbasis, die gezielt ausgewertet werden kann. So kann auf der Baustelle z. B. analysiert werden, in welchem Abschnitt im Tunnel eine bestimmte Charge von Leerrohren verbaut wurde oder in welchen Blöcken welche Art von Ankerschienen vorhanden ist.

7 Anwendungsbeispiel Zur Validierung des vorgestellten Konzepts wird ein kurzes Anwendungsbeispiel für ein Tunnelbauprojekt vorgestellt. Hierzu wurde ein Modell eines konventionellen Vortriebs bestehend aus Außenschale, Innenschale, Sohlauffüllung und Bankette eingelesen. Das Modell enthält auch Blockfugenbänder, Ankerschienen, Kabelleerrohre sowie unterschiedliche Kabelziehschächte. Das Modell besteht insgesamt aus 40 Blöcken. Mit jedem Block bzw. Bauteil sind Metainformationen verknüpft, um semantische Informationen abzufangen, die für die Baufortschrittsanalyse verwendet werden (Bild 4). Das Tunnelmodell wurde mittels des Formats DWFx aus Inventor in den Viewer desite MD importiert. Der Viewer besitzt eine Vielzahl von Importformaten und eine variable Javascript-Schnittstelle, die es erlaubt individuelle Funktionen und Ansichten benutzerspezifisch zu imple-

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Fig. 4. 3D model of tunnel with cast in-situ concrete lining Bild 4. 3D Modell eines Tunnels mit Ortbetoninnenschale

vidual functions and views for a specific user. For example, a function can be added to the viewer to extract data through a REST interface from the IRIS web platform and integrate it into the existing model. Figure 5 shows the imported model in the viewer desite MD including a performed analysis of construction progress. The tunnel is displayed in various colours. Invert arch including invert fill and vault are differentiated. The concrete sections shown in yellow are visualising slight delays. The time span for slight delays can be configured by the user. Other concreting sections are shown in green

mentieren. Somit können zum Beispiel dem Viewer Funktionen hinzugefügt werden, um Daten über eine RESTSchnittstelle von der IRIS-Web-Plattform zu extrahieren und in das bestehende Modell zu integrieren. In Bild 5 ist das importierte Modell im Viewer desite MD inklusive einer durchgeführten Baufortschrittsanalyse zu sehen. Der Tunnel ist hierbei in unterschiedlichen Farben dargestellt. Es wird dabei zwischen Sohlgewölbe inklusive Sohlauffüllung und Gewölbe unterschieden. Die gelb dargestellten Betonierabschnitte visualisieren leichte Verzögerungen. Der Zeitbereich für leichte Verzögerungen kann vom Benutzer konfiguriert werden. Andere Betonierabschnitte sind grün dargestellt, da diese im Planungszeitraum eingebaut wurden. In einigen Abschnitten sind die Bauteile rot eingezeichnet, da diese den geplanten Einbauzeitpunkt einschließlich Toleranzbereich überschritten haben. Der Nutzer kann einen gewissen Toleranzbereich einstellen, in dem die Prozessdaten noch korrekt sind, um kleinere Abweichungen abzufangen. Bild 6 zeigt die genaue Darstellung einer Außenschale eines Gewölbeblocks mit den semantischen Informationen, die mit dem Objekt verknüpft sind. Wie man sieht existieren für diese Außenschale zwei Datumsfelder für das Betonierdatum, um jeweils einen Soll- und einen IstWert zu integrieren. Basierend auf diesen Feldern kann dann ein Soll-Ist-Vergleich, d.h. eine Baufortschrittsanalyse, durchgeführt werden. In Bild 7 sind verschiedene Prozesszustände im Informationssystem IRIS dargestellt. Die Software desite MD kann über eine REST-Schnittstelle auf die Daten des

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The book relates experience of TBM drives in difficult geology, making use of case studies from Turkey to demonstrate the influence of the local geotechnical conditions on the selection of a tunnel boring machine and the selection of tools. There is an extensive description how various geological phenomena, such as for example transition zones, dikes, rock discontinuities, blocky ground, squeezing ground, swelling clays and high strength and abrasive rocks, can reduce the advance rate and what countermeasures can be introduced. Also available: Mechanised Shield Tunnelling Rock Mechanics Based on an Anisotropic Jointed Rock Model (AJRM) Handbook of Tunnel Engineering (Vol. I + II)

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Fig. 5. Model in desite MD with manufacturing data (left); evaluation of construction progress based on the production date of the lining blocks by colour coding (right) Bild 5. Modell in desite MD mit Herstelldaten (links); Evaluierung des Baufortschritts basierend auf dem Herstelldatum der Gewölbeblöcke durch Farbcodierung (rechts)

Fig. 6. Representation of a primary support with the linked semantic information for analysis of the construction progress Bild 6. Darstellung einer Außenschale mit den verknüpften semantischen Informationen für die Baufortschrittsanalyse

since these have been completed within the planned period. In some sections, the construction elements are shown in red, since these have exceeded the planned construction time including the tolerance range. The user can set a certain tolerance range, in which the process data is still correct, in order to detect smaller deviations. Figure 6 shows the precise display of an outer lining of a vault block with the semantic information, which is linked to the object. As can be seen, there are for this outer lining two fields for the concreting date in order to integrate a target and an actual figure. Based on these fields, a target-actual comparison can be carried out, i.e. an analysis of construction progress. Figure 7 shows various process states in the information system IRIS. The software desite MD can access the data of the system through a REST interface and auto-

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Systems zugreifen und diese Prozesszustände automatisch extrahieren und an das 3D-Modell übertragen. Somit wird ein Vergleich von aufgenommenen Prozessdaten mit Planungsdaten möglich. Das vorgestellte Beispiel zeigt nur eine prototypische Implementierung. In einer Produktivversion können mehrere Statuswerte definiert oder eine Evaluierung basierend auf anderen Kriterien vorgenommen werden, z. B. die Einbaugenauigkeit.

8 Zusammenfassung und Ausblick Das Potenzial von BIM im Tunnelbau ist beträchtlich. Die Bestrebungen, Planungsdaten und Bauprozessdaten zusammenzuführen, nehmen kontinuierlich zu, scheitern bisher aber noch an unterschiedlichen Schnittstellen oder

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Fig. 7. Information System IRIS for process monitoring Bild 7. Informationssystem IRIS zur Prozessüberwachung

matically extract these process states and transfer them to the 3D model. This enables a comparison of the recorded process data with design data. The presented example only shows a prototype implementation. In a productive version, several status values could be defined or an evaluation could be undertaken based on other criteria, e.g. the installation precision.

8 Summary and outlook The potential of BIM in tunnelling is considerable. The efforts to combine design data and construction process data are continuously increasing but have failed so far due to the different interfaces or requirements for data evaluation and analysis. Tunnelling is a special challenge due to the number of influential parameters and the quantity of data, and cannot be covered by a monolithic software system. The discussed concept proposal, to combine a CAD system like Inventor with a web-based information and analysis system like IRIS through a special BIM viewer is promising for the future but requires further pilot applications and developments.

Anforderungen hinsichtlich Datenauswertung und Analyse. Der Tunnelbau ist aufgrund seiner Vielzahl an Einflussparametern und Datenmengen eine besondere Herausforderung und kann über ein monolithisches Softwaresystem nicht abgedeckt werden. Der diskutierte Konzeptvorschlag, ein CAD-System wie Inventor mit einem web-basierten Informations- und Analysesystem wie IRIS über einen speziellen BIM-Viewer zu verbinden, ist zukunftsfähig, bedarf aber weiterer Pilotanwendungen und Entwicklungen.

Dr.-Ing. Peter-Michael Mayer Ed. Züblin AG Zentrale Technik Albstadtweg 3 70567 Stuttgart Germany peter-michael.mayer@zueblin.de

Dipl.-Ing. Stephan Frodl Ed. Züblin AG Zentrale Technik Albstadtweg 3 70567 Stuttgart Germany stephan.frodl@zueblin.de

Dr.-Ing. Felix Hegemann ITC Engineering GmbH & Co. KG Engstlatter Weg 18 70567 Stuttgart Germany felix.hegemann@itc-engineering.com

References [1] Holness, G.: Building Information Modeling. Ashrae Journal (48), 2006, 38–46. [2] Autodesk: Building Design Software, Revit-Family. http:// www.autodesk.com/products/revit-family/overview (13.04.2016). [3] Autodesk: Inventor, Mechanical Design & 3D CAD Software. http://www.autodesk.com/products/inventor/overview (13.04.2016). [4] RIB Software: RIB iTwo. http://www.rib-software.com/en/ landingpage/rib-itwo.html (13.04.2016). [5] www.buildingsmart.org (13.04.2016).

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Topics Johann Herdina

DOI: 10.1002/geot.201600052

Value Engineering – Presentation of the new bulletin of the FSV Value Engineering – Vorstellung des neuen Merkblatts der Forschungsgesellschaft Straße und Verkehr (FSV) The term “Value Engineeering” was introduced into Austrian construction contracts in 2006 with the issue of the standard ÖNORM B 2118. The first attempts to implement value engineering proposals in practice met with considerable difficulties and led to long discussions on various sites. Representatives of client organisations and contractors together with representatives of universities and expert lawyers already tried to produce a generally acceptable regulation in 2009. This first attempt failed and only the present FSV bulletin has succeeded in laying down a common viewpoint. The process presented in this report for the implementation of a value engineering proposal can only be an aid for practical project development. The implementation of a value engineering proposal requires agreement between contractor and client, which can only be reached through reciprocal estimation and trust.

Im Jahr 2006 wurde mit der Veröffentlichung der ÖNORM B 2118 der Begriff „Value Engineering“ in die österreichische Bauvertragsabwicklung eingeführt. Die ersten Versuche, Value Engineering-Vorschläge in der Praxis umzusetzen, stießen auf erhebliche Schwierigkeiten und führten zu langen Diskussionen auf diversen Baustellen. Bereits im Jahr 2009 versuchten Vertreter von Bauherren und Bauausführenden gemeinsam mit Vertretern von Universitäten und Fachjuristen eine allgemein akzeptierte Regelung zu erarbeiten. Diese ersten Versuche scheiterten, und erst mit dem jetzt vorliegenden FSV-Merkblatt ist es gelungen, eine gemeinsame Sichtweise festzuschreiben. Der in diesem Bericht vorgestellte Prozess zur Abwicklung eines Value Engineering-Vorschlags kann nur ein Hilfsmittel für die praktische Abwicklung sein. Die Umsetzung eines Value-Engineering-Vorschlags bedarf das Einvernehmen zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber, das nur durch gegenseitige Wertschätzung und Vertrauen erzielt werden kann.

1 Introduction

1 Einleitung

The term “value engineering” was first laid down in a regulation in Austria with the publication of ÖNORM B 2118 in 2006. The definition was given as follows: “a proposal for the handling of alternative construction proposals from the contractor after the conclusion of a contract”. After the issue of this standard in Austria, attempts were made on various projects to implement value engineering proposals. The situation turned out to be very unsatisfactory because clients and contractors developed very different understandings of value engineering. Considering this situation, all affected parties saw the necessity to analyse the situation and produce a regulation. The first attempts to form the handling of a value engineering proposal into a procedure already started in 2009. These first attempts failed for various reasons and the preparation of the FSV bulletin only started in 2014. Some examples of the different understanding of clients and contractors from the initial period of the implementation of value engineering proposals are as follows: – A contractor made a value engineering proposal that was not technically equivalent and expected an order from the client due to the magnitude of the saving, based on the basic idea that every client has to accept any saving according to the requirements of .purpose, cost-effectiveness and economy. Proposals could also be presented by the contractor for slight savings, although

Mit der Veröffentlichung der ÖNORM B 2118 im Jahr 2006 wurde der Begriff „Value Engineering“ in Österreich in einem Regelwerk festgelegt. Dabei war die Definition wie folgt gegeben: „Verfahren zur Behandlung alternativer Ausführungsvorschläge des Auftragnehmers nach Vertragsabschluss“. Nach Vorliegen dieser Norm wurde in Österreich in verschiedenen Projekten versucht, ValueEngineering-Vorschläge in die Tat umzusetzen. Dabei stellte sich eine sehr unbefriedigende Situation heraus, weil Auftraggeber (AG) und Auftragnehmer (AN) ein sehr unterschiedliches Verständnis zum Value Engineering entwickelten. Aus dieser Situation heraus wurde von allen Betroffenen die Notwendigkeit gesehen, die Situation zu analysieren und einer Regelung zuzuführen. Bereits im Jahr 2009 starteten die ersten Versuche, um die Abwicklung eines Value-Engineering-Vorschlags in einen Prozess zu formen. Aus verschiedensten Gründen scheiterten diese ersten Versuche, und erst im Jahr 2014 wurde mit der Erstellung des FSV-Merkblatts begonnen. Beispiele für das unterschiedliche Verständnis von AG und AN aus der Anfangszeit der Umsetzung von Value-Engineering-Vorschlägen sind folgende: – Ein AN schlägt ein technisch nicht gleichwertiges Value Engineering vor und erwartet aufgrund der Einsparungshöhe vom AG eine Beauftragung. Basierend auf

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the cost of the production of the changed design often exceeded the savings. – Another example from the early days was the proposal by a contractor to double the machinery used for a grouting measure and to want to share the savings due to the reduction of construction time on both the contractor’s and the client’s side. – One of the most characteristic value engineering proposals from this time was the proposal by a contractor to reduce the support measures for the construction of a tunnel project and share the savings from the unused support measures with the client. – Clients did not always have an understanding of a regulated value engineering procedure either, so value engineering proposals from contractors were accepted but not handled as value engineering but as variations from the client. At that time, there were also hefty discussions about payment for the necessary design work for the construction of value engineering proposals, which massively strained the implementation of various projects. It was thus high time in 2014 to produce a regulation for value engineering, and work started on the preparation of the present bulletin at the first working meeting on 17 December 2014. The preparation was completed after altogether eleven sittings in April 2016. The issue was prepared with the enthusiastic involvement of representatives of client organisations, contractors and consultants as well as lawyers and universities, and a common consensus for the development of value engineering proposals was laid down.

2 Preconditions and basic principles With value engineering, proposals for technical and economic project optimisation, which were not included in the construction contract, are produced and implemented in the period between contract award and project hand over. These alternative construction proposals require the initiative of the contractor but also the motivated collaboration of all other parties to the project. One essential precondition is the creation of added value, that is the improvement of the cost/benefit ratio of the construction project. This added value can be differentiated into five cases, as shown in Figure 1. As can be clearly seen from the diagram in Figure 1, the creation of added value does not inevitably require lower costs. Further preconditions for a value engineering proposal are that it is not already included in the scope of works under the contract including variations, and it is also possible to implement the project without following the value engineering proposal, and finally the impetus for the value engineering proposal should not be an interruption of the performance, unless the client makes no appropriate instruction within a reasonable period after the interruption. Once these preconditions are fulfilled, it is necessary to come to an agreement between the parties on site for the implementation of a value engineering proposal. Generally an atmosphere of partnership on the project is necessary in order to enable this understanding, with client

dem Grundverständnis, dass jeder AG gemäß den Vorgaben der Zweckmäßigkeit, Wirtschaftlichkeit und Sparsamkeit jede Einsparung annehmen muss. Entsprechende Vorschläge wurden auch für geringe Einsparungen von den AN vorgelegt, wobei die Kosten für die Erstellung einer geänderten Planung das Einsparungspotenzial oft überschritt. – Ein anderes Beispiel aus der Anfangszeit war der Vorschlag eines AN, den Geräteeinsatz für eine Injektionsmaßnahme zu verdoppeln und die Einsparungen sowohl auf der AN-Seite als auch auf Bauherrnseite aufgrund einer Bauzeitverkürzung teilen zu wollen. – Einer der wohl bezeichnendsten Value-EngineeringVorschläge aus dieser Zeit war der Vorschlag eines AN, die Stützmittel bei der Errichtung eines Tunnelbauvorhabens zu reduzieren und die Einsparung über die nicht eingebauten Stützmittel mit dem Bauherrn zu teilen. – Auch seitens der AG war zu dieser Zeit ein Verständnis für einen geregelten Value-Engineering-Ablauf nicht immer gegeben, und so wurden auch vom AG Value-Engineering-Vorschläge eines AN aufgegriffen, aber nicht als Value Engineering abgehandelt, sondern als Leistungsänderung seitens des AG angeordnet. Zu dieser Zeit gab es auch heftige Diskussionen über die Vergütung der erforderlichen Planungsarbeiten für die Erstellung von Value-Engineering-Vorschlägen, welche die Bauabwicklung in verschiedenen Projekten massiv belasteten. Somit war es 2014 höchst an der Zeit, ein Regelwerk für Value Engineering zu schaffen und mit der ersten Arbeitssitzung am 17. Dezember 2014 wurde mit der Erstellung des nun vorliegenden Merkblatts begonnen. Der Abschluss der Erstellung fand nach insgesamt elf Sitzungen im April 2016 statt. Dabei konnte die Erstellung unter reger Beteiligung von Vertretern der AG, AN und Planer sowie von Juristen und Universitäten erarbeitet werden und ein gemeinsamer Konsens zur Abwicklung von Value-Engineering-Vorschlägen niedergeschrieben werden.

2 Voraussetzung und Grundsätze Mit Value Engineering werden Vorschläge zur techni schen und wirtschaftlichen Projektoptimierung, die im Bauvertrag nicht vorgesehen sind, in der Zeit von der Auftragserteilung bis zur Projektübergabe erarbeitet und umgesetzt. Diese alternativen Ausführungsvorschläge erfordern die Initiative des AN aber auch das engagierte Mitwirken aller anderen am Projekt Beteiligten. Als wesentliche Voraussetzung ist die Schaffung von Mehrwert, also die Verbesserung der Kosten/Nutzenrelation des Bauprojekts zu sehen. Dieser Mehrwert lässt sich, wie in Bild 1 gezeigt, in fünf Fälle unterscheiden. Aus der Darstellung in Bild 1 ist auch klar zu erkennen, dass zur Schaffung des Mehrwerts nicht zwingend geringere Kosten erforderlich sind. Weitere Voraussetzungen für einen Value-Engineering-Vorschlag sind, dass dieser im vertraglichen Leistungsumfang des Bauvertrags einschließlich deren Fortschreibungen nicht enthalten ist. Daneben ist auch zwingend, dass die Projekterstellung auch möglich ist, ohne den Value-Engineering-Vorschlag

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Fig. 1. Cases of different cost-benefit relationships Bild 1. Fälle von geänderten Kosten/Nutzen Relationen

and contractor meeting in reciprocal estimation and with both having the impression that they can deal with each other fairly. Another basic principle is that the contractor has no right to the implantation of a value engineering proposal, but this always remains a decision of the client. In exchange it is however also impermissible for a client to order a value engineering proposal, which meets the preconditions, as a contract variation.

3 Value engineering procedure according to the FSV bulletin The necessary steps for successful implementation are shown in Figure 2. For the preparation of a value engineering proposal, all factors with a possible effect on cost and benefit are to be stated including evaluation of their financial effects. In particular the situation due to changed or transferred risks from value engineering is to be mutually evaluated and taken into account. In general, the contractor accepts the changed risk associated with value engineering, although the risk distribution agreed in the construction contract remains the basis. In cases where it has to be clarified in advance which contract partner can deal with the risk better or can arrange it better, then the corresponding provisions should be agreed. The prices are derived on the basis of the contract and its price components. Should this not be possible, then new prices are agreed. Clear regulation which party bears the costs is also important. Should the value engineering proposal not be achievable before being accepted by the client (step 3 in the flow diagram), then each of the contract parties bears their own costs. For the subsequent steps, an agreement who will bear the costs in case of rejection should be met in advance. If a positive decision is agreed, then the mon-

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zu folgen, und schließlich darf der Auslöser des ValueEngineering-Vorschlags nicht eine Störung der Leistungserbringung sein, außer der AG trifft in angemessener Frist ab Kenntnis der Störung keine ausreichende Anordnung. Nachdem diese Voraussetzungen gegeben sind, ist es erforderlich, auf der Baustelle für die Umsetzung eines Value-Engineering-Vorschlags ein Einvernehmen zwischen den Vertragsparteien auf der Baustelle herzustellen. Grundsatz, um dieses Einverständnis zu ermöglichen, ist in jedem Fall schon eine partnerschaftliche Projektabwicklung, in dem sich AG und AN in gegenseitiger Wertschätzung begegnen und beide das Gefühl haben, fair miteinander umgehen zu können. Als weiterer Grundsatz ist anzugeben, dass es seitens des AN keinen Anspruch auf Umsetzung eines Value-Engineering-Vorschlags gibt, sondern dies immer eine Entscheidung des AG bleibt. Dafür ist es aber auch für den AG unzulässig, einen ValueEngineering-Vorschlag, der die Voraussetzungen für so einen Vorschlag erfüllt, als Leistungsänderung anzuordnen.

3 Ablauf des Value Engineering gemäß FSV-Merkblatt Die erforderlichen Schritte zur erfolgreichen Umsetzung sind in Bild 2 dargestellt. Bei Erarbeitung eines Value-Engineering-Vorschlags sind alle möglichen Einflussfaktoren auf Kosten und Nutzen anzuführen und auch hinsichtlich ihrer finanziellen Auswirkungen darzustellen. Besonders die vom Value Engineering betroffenen Risikoänderungen bzw. -verschiebungen sind einvernehmlich zu bewerten und zu berücksichtigen. Grundsätzlich übernimmt der AN die mit dem Value Engineering verbundenen geänderten Risiken; Basis bleibt jedoch die im Bauvertrag vereinbarte Risikoteilung. In Fällen, in denen vorweg zu klären

J. Herdina · Value Engineering – Presentation of the new bulletin of the FSV

etary extra value is determined taking into account all cost factors and aspects and split equally between client and the contractor.

4 Case examples for value engineering 4.1 Road project with improved benefit and increased costs On a road maintenance project, traffic was to be diverted onto one lane during four weeks construction time. Normally, two lanes are available. The contractor saw a possibility, associated with extra costs, of reducing the construction phase with singlesided traffic from four weeks to three days. Two lanes would be available for the entire remaining construction period. The contractor handed in a value engineering proposal and determined a considerably improved benefit due to the advantage of the short single-sided traffic despite the extra costs. Checking of the value engineering proposal by the client led to the same result; extra value was demonstrated. The classification as a value engineering proposal required fulfilment of the following preconditions: – Creation of added value on the initiative of the contractor: fulfilled, – Proposal not provided in the contract: fulfilled, – Construction also possible without value engineering: fulfilled, – The impetus is not an interruption of performance: fulfilled.

ist, welcher der Vertragspartner mit den Risiken besser umgehen kann bzw. diese besser gestalten kann, sind entsprechende Regelungen zu vereinbaren. Die Preise werden auf Basis des Vertrags und dessen Preiskomponenten abgeleitet. Sollte dies nicht möglich sein, werden neue Preise einvernehmlich festgelegt. Wichtig ist auch die klare Regelung zur Kostentragung. Sollte der Value-Engineering-Vorschlag vor Annahme durch den Auftraggeber (Schritt 3 Flussdiagramm) nicht realisierbar sein, übernimmt jeder der beiden Partner seine Kosten selbst. Für die weiteren Schritte ist vorweg eine Kostentragung für den Fall der Ablehnung zu vereinbaren. Bei einer einvernehmlich positiven Entscheidung wird unter Berücksichtigung aller Kostenfaktoren und Aspekte der monetarisierte Mehrwert ermittelt und zwischen AG und AN hälftig geteilt.

4 Fallbeispiele für Value Engineering 4.1 Straßenprojekt mit erhöhtem Nutzen und erhöhten Kosten Beim Instandsetzungsprojekt einer Straße war für eine Bauphase von vier Wochen die Verkehrsführung auf nur einem Fahrstreifen vorgesehen. Im Normalbetrieb standen zwei Fahrstreifen zur Verfügung. Der AN sah die Möglichkeit, mit geringen Mehrkosten die Bauphase mit einstreifiger Verkehrsführung von vier Wochen auf drei Tage zu reduzieren. Über die gesamte restliche Bauzeit würden zwei Fahrstreifen zur Verfügung stehen. Der AN reichte einen Value-Engineering-

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Fig. 2 Flow diagram for value engineering procedure Bild 2 Ablauf des Value Engineering

Since all preconditions meet the RVS 10.02.13, classification as value engineering is justified.

4.2 Civil engineering project with negative classification as value engineering In the course of the construction of a second tunnel bore, the portals were to be built as “trumpets” similar to those of the existing first bore. The contractor makes the value engineering proposal to build the two portals of the second bore similar to the currently usual portals, not with “trumpets” but as simply chamfered portal structures. Omission of the elaborate formwork for the trumpets would result in reduced costs, which they assessed as higher than the disadvantage of two dissimilar portal designs. The value engineering proposal was checked by the client with the result that the architectural harmonisation of the two portals as “trumpets” was assessed as much more significant than the proposed cost reduction. The value engineering proposal therefore had no extra value based on the definition of benefit by the client. Classification as a value engineering proposal requires the fulfilment of the following preconditions: – Creation of added value on the initiative of the contractor: not fulfilled – Proposal not provided in the contract: fulfilled, – Construction also possible without value engineering: fulfilled, – The impetus is not an interruption of performance: fulfilled,

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Vorschlag ein und ermittelte trotz der Mehrkosten aufgrund des Vorteils der kurzen einstreifigen Verkehrsführung einen deutlich erhöhten Nutzen. Die Prüfung des Value-Engineering-Vorschlags durch den AG führte zum selben Ergebnis. Mehrwert ist gegeben. Die Einstufung als Value-Engineering-Vorschlags erfordert die Erfüllung folgender Voraussetzungen: – Schaffung von Mehrwert durch Initiative des AN: erfüllt, – Vorschlag vertraglich nicht vorgesehen: erfüllt, – Ausführung auch ohne Value-Engineering möglich: erfüllt, – Der Auslöser ist keine Störung der Leistungserbringung: erfüllt. Da alle Voraussetzungen der RVS 10.02.13 zutreffen, ist die Einstufung als Value Engineering gerechtfertigt.

4.2 Tiefbauprojekt mit negativer Einstufung als Value Engineering Im Zuge der Errichtung einer zweiten Tunnelröhre sollen die Portale wie bei der bestehenden ersten Tunnelröhre als „Trompeten“ ausgeführt werden. Der AN bringt den Value-Engineering-Vorschlag ein, die beiden Portale der zweiten Röhre, analog zu vielen derzeit üblichen Portalen, nicht mit „Trompeten“ sondern als einfach abgeschrägte Portalbauwerke zu gestalten. Durch den Entfall der aufwendigen Schalungskonstruktion für die Trompeten ergeben sich Minderkosten, die er

J. Herdina · Value Engineering – Presentation of the new bulletin of the FSV

Since not all of the preconditions according to Point 3 of the RVS 10.02.13 are applicable, classification as a value engineering proposal is not justified.

5 Summary The new bulletin of the Forschungsgesellschaft Straße und Verkehr Road and traffic research association (FSV) can support the implementation of value engineering proposals and provides instructions for handling such proposals. It is essential that in the course of such a process, the client and the contractor have such trust in each other that both parties are convinced that they deal with each other fairly and neither considers themselves to be tricked by the other. On the client side, technical and contractual competence is necessary to handle such a procedure. Since the implementation of a value engineering proposal is normally only possible in a short timeframe, and thus demands rapid decisions, the client must also be capable of making these decisions according to the principles of cost saving, economy and purpose. Just as the contractor cannot demand that a value engineering proposal is ordered, the client cannot expect that the contractor produces an economic value engineering proposal during the implementation or a project. Successful application and implementation of this bulletin should provide added value for all parties. In addition to the technical and/or economic optimisation of the project, the motivation of all parties is increased and the economic, ecological and social sustainability is improved on each project where a value engineering proposal is implemented. In the future, it is also intended that experience of implementation will be assessed annually by the working group and the bulletin will be revised and further developed if required to suit current conditions.

Dipl.-Ing. Johann Herdina TIWAG Tiroler Wasserkraft AG Ed.-Wallnoefer-Platz 2 6020 Innsbruck Austria johann.herdina@tiwag.at

höher bewertet als den Nachteil von zwei ungleich gestalteten Portalbauwerken. Nach Prüfung des Value-Engineering-Vorschlags durch den AG wird festgestellt, dass die architektonische Harmonisierung der beiden Portale als „Trompeten“ um vieles bedeutender eingeschätzt wird als die angebotenen Minderkosten. Auf Basis der Definition des Nutzens durch den AG war somit kein Mehrwert durch den ValueEngineering-Vorschlag gegeben. Die Einstufung als Value-Engineering-Vorschlags erfordert die Erfüllung folgender Voraussetzungen: – Schaffung von Mehrwert durch eine Initiative des AN: nicht erfüllt, – Vorschlag war vertraglich nicht vorgesehen: erfüllt, – Ausführung ist auch ohne Value-Engineering möglich: erfüllt, – Der Auslöser ist keine Störung der Leistungserbringung: erfüllt, Da nicht alle Voraussetzungen gemäß Punkt 3 der RVS 10.02.13 zutreffen, ist die Einstufung als Value-Engineering-Vorschlag nicht gerechtfertigt.

5 Zusammenfassung Das nun vorliegende Merkblatt der Forschungsgesellschaft Straße und Verkehr (FSV) kann nur die Umsetzung von Value-Engineering-Vorschlägen unterstützen und eine Anleitung zur Abwicklung solcher Vorschläge geben. Wesentlich ist, dass in einem entsprechenden Prozess AG und AN sich gegenseitig so viel Vertrauen schenken können, dass beide Parteien überzeugt sind, fair miteinander umzugehen und auch keiner sich vom anderen auch nur über den Tisch gezogen fühlt. Auf Seiten des AG ist zur Abwicklung eines solches Verfahrens die technische und vertragliche Kompetenz erforderlich. Da die Umsetzung eines Value-EngineeringVorschlags üblicherweise nur in einem kurzen Zeitfenster möglich ist und deshalb rasche Entscheidungen erforderlich sind, muss der Bauherr auch in der Lage sein, diese Entscheidungen nach den Vorgaben der Sparsamkeit, Wirtschaftlichkeit und Zweckmäßigkeit zu treffen. Genauso wenig wie ein AN vom AG verlangen darf, ein Value Engineering beauftragt zu bekommen, darf der AG erwarten, dass in der Umsetzung eines Projekts der AN mit einem wirtschaftlichen Value-Engineering-Vorschlag auftritt. Mit der erfolgreichen Anwendung und Umsetzung dieses Merkblatts sollten alle Beteiligten einen Mehrwert erhalten. Zusätzlich zu den technisch/wirtschaftlichen Projektoptimierungen wird auch die Motivation aller am Projekt Beteiligten erhöht und die ökonomische, ökologische und soziale Nachhaltigkeit wird bei jedem Projekt mit der Anwendung eines Value Engineerings zusätzlich verbessert. Zukünftig ist nun vorgesehen, dass die Erfahrungen aus der Umsetzung einmal jährlich im Arbeitsausschuss evaluiert und bei Bedarf dieses Merkblatt an die aktuellen Gegebenheiten angepasst und weiter entwickelt werden.

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Topics Stefan Lorenz

DOI: 10.1002/geot.201600061

Durability of double shell tunnels focusing on sheet membranes Dauerhaftigkeit von zweischaligen Tunnelbauwerken mit dem Fokus auf die Kunststoffabdichtung Tests were performed on lining materials, which enable conclusions about the long-term stability of tunnels. For this purpose, laboratory tests were carried out on lining elements, which had been in use in existing tunnels for 20 to 40 years. To examine the effective forces and load transfer between tunnel lining layers, experiments were performed with sheet membranes in combination with shotcrete and in-situ concrete. The investigations show the influence of the surface roughness of sprayed concrete on the sheet membrane and the shear behaviour of the waterproofing system. The sheet membrane shows various types of damage, like indentations and scratches to the surface. The tests reveal that the requirements of the valid guideline are sufficient for uniaxial loading, but combination with shear stresses could lead to damage to the sheet membrane. The results provide information about the bonding behaviour of double-layer tunnel constructions.

1 Introduction In order to determine the long-term stability of tunnels, investigations of lining materials have been carried out at the Chair for Subsurface Engineering at the Montanuniversität Leoben, Austria. In the course of the research project, samples were taken from ten tunnels (Table 1) and tested in the laboratory. The samples were taken from the tunnels in the course of road or track closures for construction or maintenance works, which enabled access to an extensive number of lining materials installed about 30 to 40 years ago. All the investigated tunnels were excavated in line with the principles of the New Austrian Tunnelling Method (NATM). The projects listed in Table 1 were built between 1970 and 1989. They all had two-pass linings with a shotcrete temporary support layer and an inner lining of in-situ concrete. The tunnels were all designed on the principle of umbrella waterproofing with a synthetic membrane between the two tunnel shells. In order to provide support during excavation, shotcrete was applied in combination with rock bolts.

1.1 Findings regarding the durability of the lining materials The results of the investigations carried out on lining materials essentially show no reduction of the support effect and long-term stability. The analyses of the concrete samples from the outer and inner linings of the various tun-

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Durch Untersuchungen an Ausbaumaterialien können Rückschlüsse auf die Langzeitstabilität von Tunnelbauwerken gezogen werden. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurden Laborversuche an Stützmitteln durchgeführt, die in bestehenden Tunnelbauwerken ca. 20 bis 40 Jahre im Einsatz waren. Um die wirkenden Kräfte zwischen den Tunnelschalen zu untersuchen, wurden Experimente mit Kunststoffdichtungsbahnen im Verbund mit Spritzbeton- und Ortbeton durchgeführt. Die durchgeführten Versuche zeigen den Einfluss der Oberflächenrauigkeit von Spritz beton auf die mechanische Beständigkeit und auf das Scherverhalten des Abdichtungssystems. Die Dichtungsbahnen weisen in Abhängigkeit von der einwirkenden Belastung unterschiedliche Schadensbilder in Form von Eindrücken und Kratzern an der Oberfläche auf. Die Untersuchungen zeigen, dass die Anforderungen laut gültiger Richtlinie bei rein axialer Belastung ausreichend sind, dass es bei zusätzlicher Scherbeanspruchung aber zu Schädigungen in der Abdichtung kommen kann. Die dargestellten Erkenntnisse geben Auskunft über das Verbundverhalten von zweischaligen Tunnelausbauten.

1 Einleitung Zur Bestimmung der Langzeitstabilität von Tunnelausbauten wurden am Lehrstuhl für Subsurface Engineering an der Montanuniversität Leoben Untersuchungen an Ausbaumaterialien von bestehenden Tunneln durchgeführt. Innerhalb des Forschungsprojekts wurden Proben aus zehn Tunneln (Tabelle 1) entnommen und im Labor getestet. Die Probenentnahmen in den Tunneln wurden im Rahmen von Straßen- bzw. Gleissperren bei Bau- oder Wartungsarbeiten durchgeführt. Dies ermöglichte den Zugang zu einer umfangreichen Probenanzahl von Ausbaumaterialien, die vor ca. 30 bis 40 Jahren eingebaut wurden. Alle untersuchten Tunnel wurden nach der neuen österreichischen Tunnelbaumethode (NÖT) aufgefahren. Die in Tabelle 1 angeführten Projekte wurden zwischen 1970 und 1989 errichtet. Sie wurden zweischalig mit einer Spritzbetonaußenschale und einer Innenschale aus Ortbeton ausgebaut. Die Tunnel wurden alle nach dem Prinzip der Regenschirmabdichtung mit einer Kunststoffdichtungsbahn (KDB) zwischen den beiden Tunnelschalen ausgeführt. Zur Sicherung im Vortrieb wurde Spritzbeton in Kombination mit Gebirgsankern eingesetzt.

S. Lorenz · Durability of double shell tunnels focusing on sheet membranes

Table 1. Investigated tunnel projects Tabelle 1. Untersuchte Projekte

1.1 Erkenntnisse zur Dauerhaftigkeit von konstruktiven Ausbaumaterialien

Project Projekt

Date of investigation Start of excavation Zeitraum of first tube Untersuchung Vortrieb 1. Röhre

Ganzstein Tunnel

2008

1976

Katschberg Tunnel 2008

1970

Tanzenberg Tunnel 2008

1983

Roppener Tunnel

2009

1987

Tauern Tunnel

2010

1970

Pfänder Tunnel

2011

1975

Bosruck Tunnel

2013

1980

Gleinalm Tunnel

2014

1973

Arlberg Tunnel

2015

1974

Die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen an Ausbaumaterialien zeigen im Wesentlichen keine Reduktion der Stützwirkung und Langzeitstabilität. Die Analysen der untersuchten Betonproben von Außen- und Innenschalen aus den unterschiedlichen Tunnelbauwerken weisen keine Verminderung der Festigkeitseigenschaften auf. Die Messungen zeigen, dass die Qualität der Außenschale aus Spritzbeton dann erhalten bleibt, wenn kein betonaggressives Wasser angetroffen wird. Die Analysen der Gebirgsanker zeigen an den Oberflächen der Anker lokal deutlich korrosive Angriffserscheinungen. Aufgrund der gemessenen Zugfestigkeiten und Härtewerte sowie der Gefügeuntersuchungen ist jedoch nicht davon auszugehen, dass die Anker in ihrer Tragfähigkeit von den äußeren korrosiven Angriffen signifikant beeinträchtigt wurden [1].

Inntal Tunnel

2016

1989

nels show no reduction of the strength properties. The measurements show that the quality of the outer layer of shotcrete is maintained except in contact with aggressive water. The analyses of the rock bolts show that the surfaces of the bolts do show some clear localised surface corrosion, but the measured tension strengths and hardness values and the investigations of internal structure show that it can be assumed that the load-bearing capacity of the anchors has not been significantly impaired by corrosive attack to the surface [1].

1.2 Durability of waterproofing In order to be able to analyse the durability of tunnel waterproofing systems, synthetic membranes were exposed during refurbishment works, after the removal of the existing inner lining and the construction of cross passages. In each case, two samples of membrane were taken for investigation from various cross passages. In order to be able to evaluate the condition of the membranes, new PVC membrane was also tested as a reference material. The waterproofing membranes tested in the investigation programme are all PVC waterproofing membranes. Polyvinyl chloride (PVC) is an amorphous thermoplastic polymer. With such plasticised PVC waterproofing membranes, ageing can be caused by becoming brittle due to the migration or loss of polymer chains through thermally induced ageing or dehydrochlorination [2]. For the investigation, strips were cut from the individual waterproofing membranes as samples. The following tests were performed to analyse the material properties in order to be able to evaluate the resistance of waterproofing membranes: – Visual assessment, – Monotonic tension test, – Thermal properties using differential scanning calorimetry (DSC)), – Thermo-mechanical properties using dynamic mechanical analysis (DMA),

1.2 Dauerhaftigkeit Abdichtung Um die Dauerhaftigkeit von Tunnelabdichtungen analysieren zu können, wurden Kunststoffdichtungsbahnen bei Sanierungsarbeiten, beim Abbruch der bestehenden Innenschale oder der Herstellung von Querschlägen, freigelegt. Es wurden jeweils zwei Abdichtungsbahnproben aus unterschiedlichen Querschlägen in einem Tunnel für die Untersuchungen entnommen. Um den Zustand der Abdichtungsbahn beurteilen zu können, wurde zum Vergleich eine neuwertige PVC-Abdichtungsbahn als Referenzmaterial getestet. Bei den im Untersuchungsprogramm charakterisierten Abdichtungsbahnen handelt es sich ausschließlich um PVC-Dichtungsbahnen. Polyvinylchlorid (PVC) ist ein amorphes thermoplastisches Polymer. Bei diesen weichgemachten PVC-Dichtungsbahnen kann eine Alterung durch Versprödung infolge von Migration oder durch einen Abbau der Polymerketten durch thermisch induzierte Alterung bzw. Dehydrochlorierung bedingt sein [2]. Für die Untersuchungen wurden aus den einzelnen Abdichtungsbahnen Streifen für Proben herausgeschnitten. Für die Analyse der Materialeigenschaften wurden folgende Prüfungen durchgeführt, um die Beständigkeit von Abdichtungsbahnen beurteilen zu können: – Visuelle Beurteilung, – Monotoner Zugversuch, – Thermische Eigenschaften mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC), – Thermomechanische Eigenschaften mittels dynamisch mechanischer Analyse (DMA), – Chemische Struktur mittels Fourier-transformierter Infrarotspektroskopie (FT-IR). Die Untersuchungen der Kunststoffabdichtungsbahnen, basierend auf den durchgeführten Charakterisierungsmethoden, ergeben keine eindeutigen Hinweise auf eine signifikante Materialalterung. Die angewandten Analysemethoden an den KDBStücken weisen zum Teil deutliche Unterschiede in den Werkstoffkennwerten auf. Alle Proben wurden einwandfrei als PVC identifiziert. Grundsätzlich weist es eine har-

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– Chemical structure using Fourier-transformed infrared spectroscopy (FT-IR). The testing of the synthetic waterproofing membranes based on the characterisation methods used does not show any clear indications of significant material ageing. The methods of analysis used on the pieces of membrane show some clear differences in the material characteristics. All the samples were correctly identified as PVC. Generally, there are hard and brittle characteristics. The addition of plasticisers causes the polymer to plastify, which can influence its properties such as the glass transition temperature, stiffness and toughness over wide ranges. Clear indications of the presence of significant contents of plasticisers are the measured glass transition temperatures of TG < 80 °C (DSC/DMA) and in the characteristic transmission bands for carbonyl groups (FT-IR). The stiffness of the material and the toughness are indeed in the normal ranges for PVC but show some noticeable differences. This can be recognised most clearly by comparing the results of the performed tension tests. Figure 1 shows a summary of the stress-strain curves and the average values and error bars for σB and εB of all investigations. In order to provide a reference, a representative curve for new and unused PVC waterproofing membrane is also shown. Except for one sample, all the investigated waterproofing materials show a lower failure strain than the reference curve. The E moduli were both below and above that of the reference curve for new PVC waterproofing membrane. A characteristic embrittlement of the waterproofing membranes (Ganzstein Tunnel EQ 01, Roppener Tunnel ASN 05) can be recognised. The results permit the conclusion that the plasticiser content varies in the individual samples. This has a significant influence on the mechanical properties of PVC, with an increasing content of plasticiser leading to a clear reduction of the stiffness of the material. Assuming that the same waterproofing membrane was used in all of each tunnel, the test results indicate clearly that different ageing mechanisms have occurred in the various cross passages. The differences in the characteristics of the membranes from the same tunnel suggest that the membranes have been exposed to different operating conditions (temperature, moisture etc.) during their time in operation, which led to changes in the plasticiser content and then to different mechanical properties. Some individual samples also show surface damage on visual inspection in the form of point perforations (Figure 2), so there is a quite high probability of leaks. Due to this observation, more detailed investigations were undertaken into the bonding between the outer support layer and the inner lining.

2 Investigations of bonding In further investigations, the detected damage phenomena were analysed in more detail and an attempt was made to demonstrate the reasons for failure. For this purpose, laboratory tests not covered by standards were performed and innovative test setups were developed and constructed. Failure of synthetic membranes can have various causes. Errors in the installation of the membrane, for ex-

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Fig. 1. Tension-strain curves of the investigated sheet membranes [1] Bild 1. Spannung-Dehnungs-Diagramme der untersuchten Kunststoffdichtungsbahnen [1]

te und spröde Charakteristik auf. Durch die Zugabe von Weichmachern wird jedoch eine Plastifizierung des Polymers erreicht, wodurch sich Eigenschaften wie Glasübergangstemperatur, Steifigkeit und Zähigkeit über weite Bereiche beeinflussen lassen. Eindeutige Hinweise für signifikante Anteile an vorhandenen Weichmachern finden sich in den gemessenen Glasübergangstemperaturen von TG < 80 °C (DSC/DMA) sowie in den charakteristischen Transmissionsbanden für Carbonylgruppen (FT-IR). Die Steifigkeit des Materials sowie die Zähigkeit befinden sich zwar in den für PVC üblichen Bereichen, unterscheiden sich aber zum Teil markant. Am deutlichsten ist der Unterschied bei einem Vergleich von durchgeführten Zugversuchen zu erkennen. In Bild 1 sind die Spannungs-Dehnungskurven sowie die Mittelwerte und Streubalken für σB und εB aller Untersuchungen zusammengefasst. Als Referenz wurde zusätzlich eine repräsentative Kurve einer neuwertigen und unbenutzten PVC-Abdichtung eingefügt. Bis auf eine Probe zeigen alle untersuchten Abdichtungsmaterialien eine geringere Bruchdehnung als die Referenzkurve. Die E-Module lagen sowohl unterhalb als auch oberhalb der Werte der Referenzkurve der neuen PVC-Abdichtungsbahn. Anhand kürzerer Bruchdehnungen und höherer Bruchspannungen ist eine kennzeichnende Versprödung der Abdichtungsbahnen (Ganzsteintunnel EQ 01, Roppener Tunnel ASN 05) zu erkennen. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass der Weichmachergehalt in den einzelnen Proben variiert. Dieser beeinflusst maßgeblich die mechanischen Eigenschaften von PVC, wobei ein steigendender Weichmachergehalt die Steifigkeit des Materials deutlich senkt. Unter der Annahme, dass innerhalb eines Tunnels eine einheitliche KDB eingesetzt wurde, weisen die Untersuchungsergebnisse deutlich darauf hin, dass es während des Einsatzes zu unterschiedlichen Alterungsmechanismen in den verschiedenen Querschlägen kam. Die Unterschiede in den Kennwerten der KDB desselben Tunnels legen nahe, dass während der Betriebszeit die KDB unterschiedlichen Betriebsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit usw.) ausgesetzt waren, was zu Veränderungen im Weichmachergehalt und in weiterer Folge zu den abweichenden mechanischen Eigenschaften führt.

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Fig. 2. Exemplary illustration of a sample from the Ganzstein Tunnel with a damaged area Bild 2. Exemplarische Darstellung einer Probe des Ganzsteintunnels mit einer Schadstelle

ample damage during its mounting on waterproofing carriers, cannot be ruled out. If there is unexpected deformation of the tunnel lining, incorrectly assessed system behaviour of the outer or inner layers during the period of use can also lead to damage to the waterproofing. Another cause of damage to a waterproofing membrane can be that unsuitable materials have been used in the composite of outer support layer, waterproofing system and inner lining. If the maximum aggregate size in the shotcrete is too large, or the protective geotextile is incorrectly installed, this can also lead to damage. Furthermore, the minimum requirements of the currently valid guidelines for the use of tunnel waterproofing systems should also be checked. Tests should be carried out to determine whether the provisions of such guidelines are sufficient to avoid damage to waterproofing membranes, which impairs the function. For this purpose, the behaviour of a waterproofing system in a tunnel should be realistically represented in investigations.

3 Concept of the investigations Four tests were developed and performed for the analyses. The aim was to determine how a waterproofing membrane behaves under the various conditions during installation and operation of a tunnel. For this purpose, the following loadings were investigated: – Mechanical resistance tests on the of the synthetic waterproofing under uniaxial loading – Tests to measure the shear resistance through large frame shear tests. In the mechanical resistance test, the waterproofing system consisting of membrane and geotextile was tested under uniaxial loading in three different test setups. In the first setup, the loading was applied hydrostatically in a pressure vessel onto the waterproofing system at the shotcrete surface. In the second setup, the loading was simulated from the load redistribution from the outer support layer on the inner lining and in the third, the influence of rock mass temperature and the heat of hydration resulting from concrete placing were investigated. The tests are intended to indicate at what pressure and at what temperature the membrane is damaged on various concrete substrates. The shear tests were used to determine the shear strength of the membrane in the composite of inner and outer support layers. In a large frame test, the influence of various concrete roughnesses on the shear parameters was tested. The shear tests should permit conclusions about the

Weiters weisen einzelne Proben bei der visuellen Untersuchung Oberflächenschädigungen in Form von punktförmigen Perforationen auf (Bild 2), daher besteht eine durchaus hohe Wahrscheinlichkeit auf Undichtigkeiten. Aufgrund dieser Beobachtungen wurden vertiefende Untersuchungen zum Verbund zwischen Außenschale und Innenschale durchgeführt.

2 Untersuchungen zum Verbund In weiterführenden Untersuchungen wurde das festgestellte Schadensphänomen näher analysiert und versucht, die Gründe für das Versagen nachzuweisen. Dazu wurden außernormmäßige Laborversuche durchgeführt und neuartige Versuchsaufbauten entwickelt und konstruiert. Das Versagen der Kunststoffdichtungsbahn kann verschiedene Ursachen haben. So sind Fehler beim Einbau der KDB, z. B. Beschädigungen während der Anbringung am Abdichtungsträger, nicht auszuschließen. Bei unerwarteten Verformungen der Tunnelschalen kann auch ein falsch eingeschätztes Systemverhalten der Außen- oder Innenschale während der Nutzungsdauer zur Beschädigung der Abdichtung führen. Eine weitere Ursache für das Versagen der KDB kann darin liegen, dass nicht geeignete Materialien im Verbund von Außenschale, Abdichtungssystem und Innenschale zur Anwendung gekommen sind. So könnten ein zu groß gewähltes Größtkorn im Spritzbeton oder ein falsch ausgeführtes Schutzvlies (SV) die Beschädigungen hervorgerufen haben. Darüber hinaus sollten die Mindestanforderungen der derzeit gültigen Richtlinien zur Verwendung von Tunnelabdichtungen überprüft werden. Mithilfe von Versuchen sollte ermittelt werden, ob die dort angegebenen Vorgaben ausreichend sind, um Schädigungen an der KDB, welche die Funktion beeinträchtigen, zu vermeiden. Zu diesem Zweck muss das Verhalten des Abdichtungssystems im Tunnel realitätsnah in den Untersuchungen abgebildet werden.

3 Konzept der Untersuchungen Für die Analysen wurden vier Versuche entwickelt und durchgeführt. Ziel war es festzustellen, wie sich eine KDB unter den verschiedenen Einwirkungsbedingungen bei Einbau und Betrieb der Tunnel verhält. Hierzu wurden folgende Beanspruchungen untersucht: – Versuche über die mechanische Beständigkeit der Kunststoffdichtung unter einaxialer Belastung, – Versuche zur Messung des Scherwiderstands durch Großrahmenscherversuche.

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Fig. 3. Acting forces and structure of waterproofing system in the arch Bild 3. Wirkende Kräfte und Aufbau des Abdichtungssystems im Gewölbe

forces acting in the contact boundary layers between waterproofing system and tunnel lining layers (Figure 3).

4 Requirements according to the guideline For the construction of tunnels with two-pass linings, a waterproofing system is installed between the outer support layer (of shotcrete) and the inner lining (of in-situ concrete). The waterproofing system, consisting of a layer of geotextile on the outside and a layer of waterproofing membrane on the inside, is intended to prevent toothing of the inner and outer linings and guarantee the waterproofing of the tunnel for 100 years. The purpose of the waterproofing is to keep water out of the tunnel, since penetrating water damages the structure and its installations. For the construction of waterproofing systems in Austria, the guideline “Tunnel waterproofing” from the Austrian Society for Construction Technology is applicable [3]. In the design principles, actions in the construction state and in service are to be considered. Furthermore, the guideline states requirements depending on the construction method and the installation location. Figure 3 shows the components of the waterproofing system in conventional tunnelling. Requirements for the temporary support layer related to the installation of the waterproofing system are specified. A protection layer has to be applied to the shotcrete as protection for the waterproofing, which according to the guideline has to comply with the following requirements: – Adequate form stability and strength, – Shotcrete quality minimum SpC 20/25, – Maximum aggregate size 8 mm, – Exposure classes and reduced scaling potential according to the shotcrete guideline. Regarding the geometrical requirements for the surface of the waterproofing substrate, the following criteria are to be complied with (Figure 4): – Degree of roughness, 1: a: 1:10 – Inclination of roughness α: < 30 – Curvature radius of the surface: > 20 cm

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Im Versuch zur mechanischen Beständigkeit wurde das Abdichtungssystem bestehend aus KDB und SV unter einaxialer Belastung in drei unterschiedlichen Versuchsaufbauten analysiert. Im ersten Aufbau wurde die Belastung hydrostatisch in einem Drucktopf auf das Abdichtungssystem an der Spritzbetonoberfläche aufgebracht. Im zweiten Aufbau wurde die Belastung aus der Lastumlagerung von der Außenschale auf die Innenschale simuliert und im dritten wurde auch der Einfluss der Gebirgstemperatur und der entstehenden Wärme beim Abbinden des Betons untersucht. Die Versuche sollen Aufschluss geben, bei welchem Druck und welcher Temperatur die KDB auf unterschiedlich rauen Betonoberflächen beschädigt wird. Mittels Scherversuchen wurde die Scherfestigkeit der KDB im Verbund von Außen- und Innenschale ermittelt. In einem Großrahmenscherversuch wurde der Einfluss von unterschiedlichen Betonrauigkeiten auf die Scherparameter überprüft. Auf Grundlage der Scherversuche lassen sich Rückschlüsse auf die wirkenden Kräfte in den Berührungsgrenzflächen zwischen Abdichtungssystem und Tunnelschalen ziehen (Bild 3).

4 Anforderungen laut Richtlinie Bei der Herstellung von zweischaligen Tunnelbauwerken wird zwischen der Außenschale (aus Spritzbeton) und der Innenschale (aus Ortbeton) ein Abdichtungssystem eingebaut. Das Abdichtungssystem, bestehend aus einer bergseitigen Lage SV und einer hohlraumseitigen Lage KDB, soll eine Verzahnung von Innen- und Außenschale verhindern und die Dichtigkeit des Bauwerks für 100 Jahre garantieren. Der Zweck der Abdichtung ist das Fernhalten des Wassers aus dem Tunnel, denn eindringendes Wasser schädigt das Bauwerk und seine Installationen. Für die Ausführung von Abdichtungssystemen ist in Österreich die Richtlinie „Tunnelabdichtungen“ der Österreichischen Bautechnik Vereinigung anzuwenden [3]. In den Planungsgrundsätzen sind dabei Einwirkungen aus dem Bauzustand und dem Gebrauchszustand zu berücksichtigen. Weiters werden in der Richtlinie Vorgaben in Abhängigkeit von der Bauweise und den Einbauort ge-

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Fig. 4. Requirements for waterproofing substrate [2] Bild 4. Anforderungen an den Abdichtungsträger [2]

The investigated waterproofing system complies with the minimum requirements of the currently applicable guideline for a vault in a pressure-relieved tunnel. The weight per unit area of the geotextile used was 500 g/m2. For the tests, a waterproofing membrane of PE-VLD (Polyethylene with Very Low Density) with a thickness of 2 mm including the signal layer was used.

5 Sample production 5.1 Shotcrete bodies In order to be able to use realistic samples for the tests, the test bodies should be made under the same conditions as for the application of shotcrete in the tunnel. The environmental conditions, concrete mixes and process conditions, which affect the surface geometry, should be the same. Therefore the samples were produced in a tunnel project that is currently under construction. The shotcrete samples were produced directly together with the shotcrete application in the tunnel. For the investigation, shotcrete bodies were produced with various grading distributions in order to consider the effect of roughness in the tests. In accordance with the guideline, a waterproofing membrane substrate with a maximum aggregate size of 8 mm (SpB 0/8) was investigated and a shotcrete with a maximum aggregate size of 4 mm (SpB 0/4) was used for comparison. The sample dimensions were made as large as possible for the relevant tests in order to be able to sample a representative surface. It was also considered that the samples should be as flat as possible in order to be able to investigate the effect of roughness without the influence of waviness.

5.2 Sample preparation In order to be able to represent the hardened in-situ concrete of the inner lining and its surface in the test, negative forms were made in the laboratory under conditions similar to the real situation of inner lining concrete placed in a mobile formwork unit. For this purpose, the shotcrete samples were fitted exactly into a mould with a layer of protective geotextile and waterproofing. Then fresh concrete was placed in the mould and compacted. In order to represent the formwork pressure when placed in a formwork unit, the concrete was loaded with a surcharge to harden corresponding to a formwork pressure of 80 kN/m2. Figure 5 shows a shotcrete sample and the corresponding cast negative.

macht. Bild 3 zeigt die Komponenten des Abdichtungssystems im konventionellen Vortrieb. Für den Einbau des Abdichtungssystems werden Anforderungen an die Außenschale gestellt. Als Schutz für die Abdichtung ist auf den Spritzbeton eine Schutzschicht als Abdichtungsträger aufzubringen, der gemäß der Richtlinie folgenden Anforderungen entsprechen muss: – Ausreichende Formbeständigkeit und Festigkeit, – Spritzbetongüte mindestens SpC 20/25, – Größtkorn maximal 8 mm, – Expositionsklassen und reduziertes Versinterungspotenzial gemäß der Spritzbetonrichtlinie. Hinsichtlich der geometrischen Anforderungen an die Oberfläche des Abdichtungsträgers sind folgende Kriterien einzuhalten (Bild 4): – Maß der Unebenheit, 1:a: 1:10 – Neigung der Unebenheit α: < 30 – Krümmungsradius r der Oberfläche: > 20 cm Das untersuchte Abdichtungssystem entspricht den Mindestanforderungen der gültigen Richtlinie für ein Gewölbe in einem druckentlastenden Tunnel. Das Flächengewicht des verwendeten Vlieses betrug 500 g/m2. Für die Versuche wurde eine KDB aus PE-VLD (Polyethylen with Very Low Density) mit einer Stärke von 2 mm inklusive der Signalschicht eingesetzt.

5 Probenherstellung 5.1 Spritzbetonkörper Um realitätsgetreue Proben für die Versuche verwenden zu können, sollten die Probenkörper unter den gleichen Bedingungen wie beim Auftrag der Spritzbetonschale im Tunnel hiergestellt werden. Es sollten die gleichen Umgebungsbedingungen, Betonrezepturen und Prozessbedingungen, welche die Oberflächengeometrie beeinflussen, herrschen. Daher wurden die Proben in einem derzeit im Bau befindlichen Tunnelprojekt hergestellt. Die Spritzbetonproben wurden direkt zusammen mit dem Spritzbeton einbau auf der Baustelle produziert. Für die Untersuchungen wurden Spritzbetonprobekörper mit unterschiedlichen Korngrößenverteilungen angefertigt, um den Einfluss der Rauigkeit in den Versuchen zu erfassen. Der Richtlinie entsprechend wurde ein Abdichtungsträger mit einem Größtkorn von 8 mm (SpB 0/8) untersucht und zum Vergleich ein Spritzbeton mit einem Größtkorn von 4 mm (SpB 0/4) verwendet. Die Probenabmessungen wurden für die jeweiligen Versuche möglichst groß gewählt, um eine repräsentative Oberfläche beproben zu können. Berücksichtigt wurde weiters, dass die Proben möglichst eben sein sollten, um den Effekt der Rauigkeit ohne Beeinflussung der Welligkeit untersuchen zu können.

5.2 Probenvorbereitung Um den erhärteten Ortbeton der Innenschale und dessen Oberfläche im Versuch abbilden zu können, wurden im Labor Negativformen unter Bedingungen hergestellt, die dem realen Zustand des Innenschalenbetons beim Einbringen im Schalwagen nahe kommen. Hierfür wurden

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Fig. 5. Left: shotcrete sample and corresponding negative mould; right: test setup Bild 5. Links: Spritzbetonprobe und passende Negativform; rechts: Testaufbau

5.3 Determination of the surface roughness The determination of the roughness of shotcrete configurations was performed using a photogrammetric evaluation method. For the analysis of the different surface roughness values according to the Austrian standards ÖNORM EN ISO 4287:2012 [4] and ÖNORM EN ISO 4288:1998 [5], the surface geometries had to be determined. The photogrammetric evaluation of the roughness was performed using the program Agisoft Photoscan, which produces a three-dimensional model (Figure 6). The surface is displayed by points with X, Y and Z coordinates. This point cloud was then processed in Autocad, in which a profile of the surface was produced and then evaluated using Matlab. The results of the determination of the total height Rt of the profile, the arithmetical mean roughness Ra and the root mean square roughness Rq are shown in Table 2. The determined values show that the shotcrete with a maximum aggregate size of 8 mm shows higher roughness parameters.

die hergestellten Spritzbetonproben mit einer Lage Schutzvlies und Abdichtung in eine Schalung exakt eingepasst. Anschließend wurde in die Schalung ein Frischbeton eingebracht und verdichtet. Um den Schalungsdruck beim Einbringen im Schalwagen nachzubilden, wurde der Beton zum Aushärten mit einer Auflast belastet, diese entspricht einem Schalungsdruck von 80 kN/m2. In Bild 5 sind eine Spritzbetonprobe und das zugehörig hergestellte Negativ abgebildet.

5.3 Bestimmung der Oberflächenrauigkeit Die Bestimmung der Rauigkeit der Spritzbetonkonfigurationen erfolgte durch eine photogrammetrische Auswertungsmethode. Für die Analyse der unterschiedlichen Rauheitswerte nach ÖNORM EN ISO 4287:2012 [4] und ÖNORM EN ISO 4288:1998 [5] mussten die Oberflächengeometrien bestimmt werden. Die photogrammetrische Auswertung der Rauigkeit wurde mithilfe der Software Agisoft Photoscan durchgeführt, die ein dreidimensionales Modell erstellt (Bild 6). Die Oberfläche wird dabei durch Punkte mit X, Y und Z-Koordinaten dargestellt. Die Bearbeitung dieser Punktwolke erfolgte in Autocad, in dem Profile der Oberfläche erzeugt und anschließend mittels Matlab ausgewertet wurden.

Table 2. Seal support roughness parameter Tabelle 2. Rauigkeitsparameter des Abdichtungsträgers Rt [m]

Fig. 6. Photogrammetric analysis of the shotcrete surface Bild 6. Photogrammetrische Auswertung der Spritz betonoberfläche

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Ra [m]

Rq [m]

SpC 20/25 GK 08 mm

0.0082489 0.00107667 0.001363215

SpC 12/15 GK 04 mm

0.0072185 0.00093095 0.001158016

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6 Testing of the mechanical resistance of synthetic membrane In order to be able to represent mechanical loading of the synthetic waterproofing membrane in the tunnel, tests were performed in the laboratory to analyse the contact of shotcrete and waterproofing system under various influences.

6.1 Hydrostatic loading The test is intended to represent the interaction between the outer shotcrete support layer, waterproofing and the cast inner lining. In order to imitate the toothing produced as a result of the viscous consistency of the fresh concrete before hardening, the pressure was applied hydrostatically in the test. In the test, it is assumed that the water pressure acts directly on the waterproofing and is pressed onto the inner lining. The test setup (Figure 7) consists of a pressure vessel with a diameter of 60 cm. In this, cores drilled from the shotcrete samples with a diameter of 250 mm are positioned. Protective geotextile and a waterproofing membrane are laid on the shotcrete surface and fixed with a flange. After filling the apparatus with water, the waterproofing membrane is loaded with the applied water pressure. The water pressure of 20 bar is applied to the waterproofing membrane with a hand pump. This loading corresponds to the value given in the guideline (Point 2.2.1.4), the pressure loading on the waterproofing at right

Die Ergebnisse der Bestimmung der Gesamthöhe Rt des Profils, des arithmetischen Mittenrauwerts Ra und des quadratischen Mittenrauwerts Rq sind Tabelle 2 zu entnehmen. Die ermittelten Werte zeigen, dass der Spritzbeton mit dem Größtkorn von 8 mm höhere Rauigkeitsparameter aufweist.

6 Versuch über die mechanische Beständigkeit der Kunststoffdichtung Um die mechanischen Beanspruchungen von Kunststoffdichtungsbahnen im Tunnel abbilden zu können, wurden im Labor Versuche durchgeführt, die den Kontakt von Spritzbeton und dem Abdichtungssystem unter verschiedenen Einflüssen analysieren.

6.1 Hydrostatische Lastaufbringung Im Versuch soll die Interaktion zwischen der Spritzbetonaußenschale, Abdichtung und der zu errichtenden Innenschale abgebildet werden. Um die sich einstellende Verzahnung infolge der viskosen Konsistenz des Frischbetons vor dem Aushärten zu imitieren, wurde der Druck im Versuch hydrostatisch aufgebracht. Im Test wird angenommen, dass der Wasserdruck direkt auf die Abdichtung wirkt und auf die Innenschale gedrückt wird. Der Versuchsaufbau (Bild 7) besteht aus einem Drucktopf mit einem Durchmesser von 60 cm. In diesem wurden Kernbohrungen der Spritzbetonproben mit einem Durchmesser von 250 mm positioniert. Auf die Spritzbe-

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Fig. 8. Left: sheet membrane; right: geotextile tested with 2 MPa pressure Bild 8. Links: Abdichtung; rechts: Schutzvlies getestet bei 2 MPa Last

Fig. 7. Test setup – pressure vessel for hydrostatic load application Bild 7. Versuchsaufbau – Drucktopf für hydrostatische Lastaufbringung

angles to the plane of the waterproofing that has to be resisted without damage [3].

6.2 Mechanical load application In this test, the loading on the waterproofing membrane resulting from load redistribution from the outer support layer to the inner lining is simulated. In order to produce higher pressures, the test was performed in a testing press. The load on the waterproofing was applied through a load introduction body (negative form), which represented the hardened inner lining. Two loading stages were applied to the sample in the test, the first at 2 MPa and the second at 5 MPa.

6.3 Effect of heat on the resistance In order to represent the effect of prevailing temperature exposure from the surrounding rock mass and the heat of hydration produced by concreting the inner lining, a test series was performed in an air conditioned room. The objective of the tests was to investigate the determined temperature-dependent material stiffness of the waterproofing and thus the reduction of resistance against perforation. For this purpose, test samples were exposed to a constant normal stress of 2 MPa for a period of 60 days in an air conditioned room. The temperature in the test was increased in steps to 50 °C.

6.4 Results The tests performed with hydrostatic loading show, as can be seen in Figure 8, that with a maximum aggregate size of 8 mm, the entire action is absorbed by the protective geotextile. The waterproofing used only shows isolated slight pressure points on the surface. This permits the conclusion that under a hydrostatic loading of 2 MPa, a shotcrete with a maximum aggregate size of 8 mm and a protective geotextile with 500 g/m2 are adequate.

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tonoberfläche wurde ein SV und eine KDB gelegt und mithilfe des Flanschs eingeklemmt. Nach dem Befüllen der Apparatur mit Wasser wurde die KDB über den aufgebrachten Wasserdruck beansprucht. Mithilfe einer Handpumpe wurde ein Wasserdruck von 20 bar auf die KDB aufgebracht. Diese Belastung entspricht dem Richtwert der Richtlinie (Punkt 2.2.1.4), welche Druckbelastung von der Abdichtung senkrecht zur Abdichtungsebene schadlos aufgenommen werden können muss [3].

6.2 Mechanische Lastaufbringung Im Versuch soll die Belastung der KDB infolge von Last umlagerung von der Außenschale auf die Innenschale simuliert werden. Um höhere Drücke zu erzeugen, wurden die Versuche in einer Prüfpresse durchgeführt. Die Last auf die Abdichtung wurde über den Lasteinleitungskörper (Negativformen) aufgebracht, der die ausgehärtete Innenschale repräsentiert. Im Versuch wurden zwei Laststufen auf die Probe aufgebracht. Die erste betrug 2 MPa und die zweite Laststufe war bei 5 MPa.

6.3 Einfluss der Wärme auf die Beständigkeit Um den Einfluss von auftretenden Temperaturlasten aus dem umgebenden Gebirge und entstehender Hydratationswärme beim Betoniervorgang der Innenschale abzubilden, wurde eine Versuchsserie in einem Klimaraum durchgeführt. Das Ziel der Versuche war es, die festgestellte stark temperaturabhängige Materialsteifigkeit der Abdichtung und damit einhergehende Reduktion des Widerstands gegen Perforation zu untersuchen. Hierfür wurden Probekörper in einem Klimaraum für den Zeitraum von 60 Tagen unter einer konstanten Normalspannung von 2 MPa belastet. Die Temperatur wurde im Versuch schrittweise bis auf 50 °C gesteigert.

6.4 Ergebnisse Die durchgeführten Versuche mit hydrostatischer Lastaufbringung zeigen in Bild 8, dass bei einer Größtkörnung von 8 mm die gesamte Einwirkung vom Schutzvlies absorbiert wird. Die verwendete Abdichtung zeigt nur vereinzelte geringe Druckstellen in der Oberfläche. Daraus lässt sich schließen, dass bei Vorhandensein einer hydrostatischen Belastung von 2 MPa, ein Spritzbeton mit einem Größtkorn von 8 mm und ein Schutzvlies mit 500 g/m2 ausreichend sind.

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Fig. 9. Test setup, membrane (KDB) and geotextile (SV) tested with 5 MPa pressure Bild 9. Versuchsaufbau; Abdichtung (KDB) und Schutz vlies (SV) getestet bei 5 MPa Last

The waterproofing membrane and the protective geotextile from the tests with the testing press show, as can be seen in Figure 9, clear impressions of the aggregate grains. Under a surcharge of 5 Mpa, there is plastic deformation at points and damage to the surface of the membrane, but no perforation. Clear indentations can be recognised. As shown by a comparison of the protective geotextile with the membrane, locations with high roughness depths are pressed into the waterproofing. This permits the conclusion that individual locations with high absolute roughness depths (Rt) are decisive for damage to the membrane. Perforation of the waterproofing layer due to the indentations demonstrated under high loading cannot be ruled out in the long term. The tests in the air conditioned room under the action of temperature make clear a great effect of temperature on the properties of polyolefins (PE). With a 2 mm PE membrane, a load of 2 MPa and a protective geotextile of 500 g/m2, perforations of the waterproofing layer were detected. The comparison shown in Figure 9 between individual tests at room temperature and at 50 °C shows a great difference in the perforation behaviour. Under the same load and at room temperature, no surface damage can be demonstrated. The heat effect on the waterproofing system reduces the stiffness of the membrane. In combination with the action of the load, compaction of the protective geotextile occurs. This results in increased loading of the membrane on the shotcrete surface, which leads to localised indentations and perforations.

7 Shear tests The shear tests that were carried out with waterproofing membranes provide information about the failure of synthetic membranes as a result of simultaneous loading from normal and tangential forces. In addition to the investiga-

Die KDB und SV aus den Versuchen mit der Prüfpresse zeigen, wie in Bild 9 zu erkennen, deutliche Abdrücke der Körnung. Bei einer Auflast von 5 MPa kommt es zu punktuell hohen plastischen Deformationen und Schädigungen der Oberfläche der KDB, aber zu keiner Perforation. Es sind eindeutige Einkerbungen erkennbar. Wie der Vergleich des Schutzvlieses gegenüber der Abdichtung zeigt, werden die Stellen mit hohen Rautiefen in die Abdichtung eingedrückt. Daraus lässt sich ableiten, dass einzelne Bereiche mit hohen absoluten Rautiefen (Rt) für eine Schädigung der KDB maßgebend sind. Infolge der nachgewiesen Einkerbungen bei hohen Beanspruchungen kann eine langfriste Perforation der Abdichtung nicht ausgeschlossen werden. Die Versuche im Klimaraum unter Einwirkung von Temperatur verdeutlichen einen hohen Einfluss von Wärme auf die Eigenschaften von Polyolefinen (PE). Bei einer 2 mm PE-Bahn, einer Last von 2 MPa und einem SV von 500 g/m2 zeigen sich Perforationen der Dichtungsbahn. Der Vergleich in Bild 9 zwischen Einzelversuchen bei Raumtemperatur und bei 50 °C zeigt einen großen Unterschied im Perforationsverhalten. So sind bei gleicher Last und Raumtemperatur keine Oberflächenschädigungen nachweisbar. Die Wärmeeinwirkung auf das Abdichtungssystem reduziert die Steifigkeit der KDB. In Verbindung mit der Lasteinwirkung kommt es zu einer Verdichtung des Schutzvlieses. Daraus ergibt sich eine erhöhte Beanspruchung der KDB auf der Spritzbetonoberfläche, die zu örtlichen Einkerbungen und Perforationen führt.

7 Scherversuche Die durchgeführten Scherversuche mit Abdichtungsbahnen geben Aufschluss über das Versagen von Kunststoffdichtungsbahnen infolge von gleichzeitiger Beanspruchung durch Normal- und Tangentialkräfte. Neben der Untersuchung des Scherverhaltens der KDB konnten auch die Scherparameter des Verbundsystems aus Spritzbeton, Abdichtungssystem und Ortbeton bestimmt werden. Um die Scherfestigkeit zu bestimmen, wurden Großrahmenscherversuche durchgeführt. Die untersuchte Scherfläche betrug 50 cm × 50 cm. Die Schergeschwindigkeit wurde mit 0,667 mm/min definiert. Die Normalspannung lag zwischen 300 und 600 kN/m2. Das verwendete Schergerät ermöglicht durch höhenverstellbare Scherrahmen und Klemmleisten für die KDB die Scherfuge im Versuch genau zu definieren. Eine schematische Darstellung der Versuchsanordnung ist in Bild 11 zu sehen. Für die Auswertung wurden die Scherkräfte der Einzelmessungen über den Scherweg aufgetragen. Die Aufzeichnungen ergeben, dass Spitzenscherkräfte bei einer Verschiebung von 4 bis 6 mm auftreten. Nach Erreichen der Spitzenscherfestigkeit stellt sich ein konstanter Verlauf ein. Zur besseren Auswertung und für die Bestimmung der Scherparameter wurden die ermittelten Spitzenscherkräfte in ein Normal-Scherspannungsdiagramm übertragen und mittels Regression eine Schergerade erstellt (Bild 12). Der Analyse wurde das Mohr-Coulomb Bruchkriterium zugrunde gelegt.

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Fig. 10. Left: membrane 50°C; right: 20°C tested with 2.0 MPa pressure Bild 10. Links: Abdichtung 50°C; rechts: 20°C getestet bei 2,0 MPa Last

tion of the shear behaviour of the membranes, the shear behaviour of the composite system of shotcrete, waterproofing system and in-situ concrete could also be determined. In order to determine the shear strength, large frame tests were performed. The investigated shear area was 50 cm × 50 cm. The shear rate was defined at 0.667 mm/ min. The normal stress was between 300 and 600 kN/m2. The shear device used enables the shear joint in the test to be precisely defined with a highly adjustable shear frame and clamping strips for the membrane. A diagram of the test setup is shown in Figure 11. For the evaluation, the shear forces from the individual measurements are applied over the shear travel. The recordings show that the peak shear forces occur at a displacement of 4 to 6 mm. After reaching the peak shear strength, a constant curve follows. In order to better evaluate and determine the shear parameters, the determined peak shear forces are transcribed into a normal-shear stress diagram and a shear line is produced by regression (Figure 12). The analysis is based on the Mohr-Coulomb failure criterion.

Die Messungen zeigen, dass die unterschiedlichen Oberflächenrauigkeiten der verwendeten Spritzbetonsorten keinen signifikanten Einfluss auf die resultierende Scherspannung haben, da das Schutzvlies den Oberflächeneinfluss der Rauigkeit kompensiert. Maßgebend für die Scherfestigkeit sind Stellen mit örtlich hohen Rautiefen, die sich infolge der Normalspannung durch das Schutzvlies in die Abdichtung eindrücken und somit einen Verbund mit der Abdichtung erzeugen. Die Tiefe dieser Eindrücke und Verzahnung ist abhängig von der aufgebrachten Normalspannung. Bild 13 zeigt die übereinander gelegten photogrammetrischen Aufnahmen der Oberflächen eines Spritzbetons und der hergestellten Negativform, die den Innenschalenbeton repräsentiert. Dabei werden die einzelnen Stellen mit hohen Rautiefen, die sich in das Schutzvlies und die KDB eindrücken, sichtbar. Infolge der Scherbewegung kommt es an diesen Stellen zu örtlichen Perforationen der KDB. Diese führen bei steigendem Scherweg zu einem Anstieg des Scherwider-

Fig. 11. Shear test setup Bild 11. Aufbau Großrahmenscher versuch

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The measurements show that the different surface roughnesses of the shotcrete types used have no significant effect on the resulting shear stress since the protective geotextile compensates the surface effect of the roughness. Locations with localised high roughness depths, which press into the waterproofing membrane due to the protective geotextile and thus create a bond with the waterproofing membrane, are decisive for the shear strength. The depth of these indentations and the toothing depends on the applied normal stress. Figure 13 shows the superimposed photogrammetric images of the surfaces of a shotcrete and the cast negative form, which represents the inner lining concrete. The individual locations with high roughness depths, which press into the protective geotextile and the waterproofing membrane, are visible. There are localised perforations of the waterproofing membrane at these locations due to the shear movement. These lead with increasing shear travel to an increase of the shear resistance. An increasing shear resistance at the boundary surface between the membrane and the geotextile leads to the shear zone forming between the membrane and the in-situ concrete, since no toothing can arise here. Figure 13 shows a section through a membrane after the performance of a shear test. Clear perforations can be recognised. The shear travel has caused isolated tearing of the perforations. Evaluation of all test series leads to a friction angle of about 17°. This shear parameter can be considered in the

Dietmar Placzek, Rolf Bielecki, Manfred Messing, Frank Schwarzer Zielgenau bis ans Ende des Tunnels Handbuch für die Bauvorbereitung, Vermessung und Bauüberwachung von Schildvortrieben April 2016. 352 Seiten € 79,–* ISBN: 978-3-433-03114-8

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Fig. 12. Shear test results Bild 12. Ergebnisse Scherversuch

stands. Ein sich erhöhender Scherwiderstand in der Grenzfläche zwischen KDB und SV führt dazu, dass sich die Scherebene zwischen KDB und Ortbeton ausbildet, da sich hier keine Verzahnung einstellen kann. Bild 13 zeigt Schnitte durch eine KDB nach einem durchgeführten Scherversuch. Es sind deutliche Perforationen zu erkennen. Durch die Scherbewegung kommt es zu vereinzeltem Aufreißen der Perforationen. Die Auswertungen aller Versuchsserien führen zu einem Reibungswinkel von rund 17°. Dieser Scherparameter kann zukünftig als Kontaktbedingung zwischen Au-

Handbuch für die Bauvorbereitung, Vermessung und Bauüberwachung von Schildvortrieben Damit der fertige Tunnel am Ende seine Funktion erfüllen kann, muss er exakt so liegen, wie er geplant wurde. Einfluss auf die Vortriebsgenauigkeit haben Trassen- und Gradientenplanung, Baugrund- und Grundwasserverhältnisse, das gewählte Vortriebsverfahren, Einwirkungen und Widerstände auf die Vortriebsmaschine sowie die begleitende Bauüberwachung und Kontrolle. Das Handbuch ist Grundlage für die Bauvorbereitung, die Vermessung und Bauüberwachung von Schildvortrieben und gilt gleichermaßen für Rohr- und Tübbingvortriebe, die mit gesteuerten Schildmaschinen durchgeführt werden. Bauherren, Planer, Prüfer und Ausführenden werden dieses Handbuch als technischen Leitfaden für einen sicheren und zielgenauen Vortrieb nutzen. Das Buch ist darüber hinaus auch als Lehrbuch im Rahmen der Aus- und Weiterbildung geeignet.

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Fig. 13. Three-dimensional representation of the toothing effect on surfaces, 2 mm PE membrane with 500 g/m2 geotextile after shear test with 600 kN/m2 normal stress Bild 13. Dreidimensionale Darstellung der Verzahnung der Oberflächen, 2 mm PE-KDB mit 500 g/m2 Schutzvlies nach Scherversuch mit 600 kN/m2 Normalspannung

future as the contact condition between outer and inner linings in numerical calculations.

ßen- und Innenschale in numerischen Berechnungen berücksichtigt werden.

8 Conclusions

8 Schlussfolgerungen

The results of the investigations show that under uniaxial loading, the requirements stated in the guideline are adequate in order to avoid damage to the tunnel waterproofing. If shear loading occurs in addition to the normal loading, point damage occurs in connection with the higher relative movement between waterproofing and shotcrete. One important parameter for the avoidance of damage to the membrane is the temperature. Increased temperatures negatively affect the stiffness of the waterproofing system and perforations can occur under relatively low loading. Damage to the membrane occurs at points with a high roughness depth of the shotcrete surface, which are only to a certain extent dependent on the maximum aggregate size of the waterproofing substrate. The toothing between shotcrete and membrane can be reduced by using a protective geotextile with a high weight per unit area.

Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass bei einaxialer Belastung, die in der Richtlinie angegebenen Vorgaben, ausreichend sind, um Beschädigungen an der Tunnelabdichtung zu vermeiden. Treten zusätzlich zur einaxialen Belastung auch Scherbeanspruchungen auf, entstehen in Verbindung mit hoher Relativbewegung zwischen Abdichtung und Spritzbetonebene, punktuelle Schädigungen. Ein wichtiger Einflussparameter für die Vermeidung von Schäden an der KDB ist die Temperatur. Erhöhte Temperaturen beeinflussen die Steifigkeit des Abdichtungssystems negativ, und es können Perforationen unter vergleichsweise geringer Last eintreten. Schadstellen an der KDB entstehen an Punkten mit hohen Rautiefen der Spritzbetonoberfläche, die nur bedingt abhängig vom verwendeten Größtkörn des Abdichtungsträgers sind. Die Verzahnung zwischen Spritzbeton und KDB kann durch die Verwendung eines Schutzvlieses mit höherem Flächengewicht verringert werden.

References [1] Lorenz, S., Galler, R.: Investigations in the field of long-term stability of tunnel constructions. In: Proceedings of the ISRM ITA-AITES World Tunnel Congress 2016 (WTC 2016), pp. 31–39. Society for Mining, Metallurgy, and Exploration (SME), 2016. [2] Domininghaus, H., Elsner, P., Eyerer, P., Hirth, T.: Kunststoffe – Eigenschaften und Anwendung. Berlin: Springer-Verlag, 2012. [3] Österreichische Bautechnik Vereinigung (ÖBV): Tunnelabdichtung; Richtlinie. Wien, 2012. [4] ÖNORM EN ISO 4287; Geometrical product specifications (GPS) – Surface texture: Profile method – Terms, definitions and surface texture parameters. Vienna: Austrian Standards, 2012. [5] ÖNORM EN ISO 4288; Geometrical product specifications (GPS) – Surface texture: Profile method – Rules and procedures for the assessment of surface texture. Vienna: Austrian Standards, 1998.

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Dipl.-Ing. Dr.mont. Stefan Lorenz Montanuniversität Leoben Chair for Subsurface Engineering Erzherzog-Johann-Straße 3 8700 Leoben Austria stefan.lorenz@unileoben.ac.at

Topics Robert Galler

DOI: 10.1002/geot.201620062

Research@ZaB – Start of construction of the “ZaB – Zentrum am Berg” research and development, training and education centre Research@ZaB – Baubeginn für das Forschungs- und Entwicklungs- sowie Trainings- und Schulungs zentrum Zentrum am Berg The creation of sustainable infrastructure is increasingly being provided in underground facilities. In terms of construction and maintenance, this leads to greater challenges for construction, transport and energy-provider companies. This also applies for emergency services organisations as well as to ensure the safety for the users of the infrastructure. The project “Research@ZaB – Zentrum am Berg” will establish an underground facility for research and development, education and training purposes. On the one hand, the centre should meet the requirements of public institutions; on the other hand it represents a “development factory” for private companies as well as concerned universities.

1 Introduction Due to the high worldwide demand for tunnelling engineers, the Montanuniversität Leoben together with the Technical University of Graz started a special professional training scheme for NATM engineers in 2009, which currently has students from Columbia, Mexico, Chile, Brazil, Georgia, Spain, Germany, USA, Egypt, Israel, India, Bhutan, Greece, Turkey and Italy. This method of tunnel construction is however just one little part of the extensive professional area of underground construction. After the tragic tunnel fires around the turn of the millennium, it must now be clear that much more knowledge from other viewpoints is necessary in order to control such situations better. There are currently about 6,600 km of tunnels in the European Union, with a further 2,100 km under construction or at the design stage. Outside Europe, there are gigantic projects such as the planned tunnel under the Bering Strait, with individual tunnel lengths of more than 200 km. In Asia, which will represent much the strongest market for tunnelling in the future, many further projects for underground railways and tunnels are currently at the design stage. Testing under realistic conditions has scarcely been possible until now for the further development of construction methods, and also of materials and fittings, from tunnel ventilation to the entire field of safety technology including extinguishing systems integrated in the tunnel. Investigation in the laboratory is only of restricted reliability and even tests in existing tunnels cannot offer a sce-

Untertägige Anlagen sind substanzielle Elemente der innerstädtischen sowie überregionalen Infrastruktur und des Energiewesens. Die Schaffung zukunftsfähiger Infrastrukturen erfolgt zunehmend in unterirdischen Anlagen, was gleichzeitig zu größeren Herausforderungen für die Bau-, Verkehrs- und Energieunternehmen, aber auch die Einsatzorganisationen hinsichtlich der Herstellung, der Erhaltung und Wartung sowie der Gewährleistung der Sicherheit für die Nutzer der Infrastrukturen führt. Mit dem Projekt „Research@ZaB – Zentrum am Berg“ wird eine für den Hohlraumbau fehlende Untertage-Einrichtung zu Forschungs-, Entwicklungs-, Schulungs- und Trainingszwecken errichtet, die einerseits die Anforderungen der öffentlichen Institutionen erfüllen soll, aber gleichzeitig eine „Weiterentwicklungsfabrik“ für private Unternehmen und für die zuständigen Universitäten darstellt.

1 Einleitung Aufgrund des weltweit großen Bedarfs an Tunnelbauingenieuren startete die Montanuniversität Leoben gemeinsam mit der Technischen Universität Graz im Jahr 2009 eine spezielle berufsbegleitende Ausbildung für NÖT-Ingenieure, in der sich aktuell Studierende aus Kolumbien, Mexiko, Chile, Brasilien, Georgien, Spanien, Deutschland, USA, Ägypten, Israel, Indien, Bhutan, Griechenland, Türkei und Italien befinden. Die Baumethode zur Herstellung von Tunnelbauwerken ist aber nur ein Mosaikstein des umfassenden Fachgebiets des Untertagebaus. Wesentlich ist auch der sichere Betrieb dieser Anlagen. Spätestens seit den verheerenden Tunnelbränden um die Jahrtausendwende ist klar, dass viel mehr Wissen aus verschiedenen Blickwinkeln nötig ist, um solche Situationen besser beherrschen zu können. Aktuell gibt es in der Europäischen Union Tunnel mit einer Länge von ca. 6.600 km. Weitere 2.100 km befinden sich im Bau oder in Planung. Außerhalb Europas gibt es gigantische Projekte wie geplante Tunnel unter der Beringstraße, die Einzeltunnellängen von mehr als 200 km aufweisen. Im asiatischen Raum, der mit Abstand den stärksten Zukunftsmarkt für den Tunnelbau darstellt, befinden sich viele weitere Projekte für U-Bahn- und Tunnelbauwerke in Planung. Für die Weiterentwicklung der Baumethoden, aber auch von Materialien und der Ausstattung – von der Tun-

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R. Galler · Research@ZaB – Start of construction of the “ZaB – Zentrum am Berg” research and development, training and education centre

Fig. 1. Zentrum am Berg – facilities under design and construction Bild 1. Zentrum am Berg – Anlagen in Planung und Bau

nario for an actual catastrophe. Tests in existing tunnels are also laborious and expensive since the tunnel has to be closed for the tests and traffic has to be diverted. It is only possible, for example, to carry out tests with a restricted fire load in existing tunnels in order to avoid damage to the structure. An underground tunnel system for research purposes, called the Zentrum am Berg, should be of assistance here. The Zentrum am Berg is situated in a disused part of the Erzberg in Styria and will be a unique research location in the world, offering ideal conditions not only for researchers but also for the most varied areas of emergency services organisations and the industry (Figure 1). The altogether almost 3 km of tunnels cross beneath the highest point of the Erzberg, the Erzbergspitz; although there are also sections with little overburden, which should ensure that tunnel sections can be investigated under various conditions. Students are to be involved with the work from the start. To experience in practice what happens when a tunnel is built offers the ideal basis for the understanding of methods. Practical work at the Zentrum am Berg is already intended to become part of the courses at the Montanuniversität. Scientists from other institutions have already shown interest in using the tunnel. Researchers from the TU Graz, for example, intend to test existing and new ventilation concepts. The propagation of gases and the necessary safety equipment can be ideally investigated in the Zentrum am Berg. The effects of climate change on tunnels, for example the consequences of heavy precipitation or mudflows, can also be measured. In this regard, rockfall protection systems can also be further developed. Geothermal energy can be used to keep tunnel portals free of ice in winter. 50 companies have already expressed interest in researching in the mountain, with project ideas ranging from civil engineering to IT. At the start of consideration of the project, a feasibility study into the development of the Zentrum am Berg

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nellüftung bis zur gesamten Sicherheitstechnik einschließlich im Tunnel integrierter Löschsysteme – waren Tests unter realen Bedingungen bisher kaum möglich. Eine Überprüfung im Labor ist nur eingeschränkt aussagekräftig, selbst Tests in bestehenden Tunnels können kein Szenario für den tatsächlichen Katastrophenfall bieten. Versuche in bestehenden Tunnelbauwerken sind aufwendig und teuer, da die Tunnel für die Versuche gesperrt und der Verkehr umgeleitet werden müssen. Weiterhin kann man beispielsweise in Bestandstunneln nur mit eingeschränkter Brandlast testen, um Schäden am Tunnel zu vermeiden. Ein unterirdisches Tunnelsystem zu Forschungszwecken, das sogenannte Zentrum am Berg, soll hier Abhilfe schaffen. Mit dem Zentrum am Berg soll in einem stillgelegten Teil des Steirischen Erzbergs eine weltweit einzigartige Forschungsstätte entstehen; ideale Bedingungen nicht nur für Forscher, sondern auch für verschiedenste Bereiche von Einsatzorganisationen und der Industrie (Bild 1). Die insgesamt fast 3 km langen Tunnelröhren unterqueren einerseits die höchste Stelle des Erzbergs, den so genannten Erzbergspitz; andererseits gibt es auch Abschnitte mit geringer Überlagerung, wodurch sichergestellt werden soll, dass Tunnelabschnitte mit unterschiedlichen Randbedingungen untersucht werden können. Von Anfang an sollen bei den Arbeiten Studierende mit einbezogen werden. In der Praxis zu erleben, was passiert, wenn ein Tunnel gebaut wird, bietet die ideale Basis, um die Methoden zu verstehen. Praxisorientiertes Arbeiten am Zentrum am Berg ist bereits im Studienplan der Montanuniversität vorgesehen. Wissenschaftler anderer Einrichtungen haben bereits Interesse bekundet, die Tunnel zu nutzen. Forscher der TU Graz beabsichtigen etwa, bestehende und neue Lüftungskonzepte zu testen. Die Ausbreitung von Gasen und die notwendige sicherheitstechnische Ausrüstung lassen sich im Zentrum am Berg ideal untersuchen. Aber auch die Auswirkungen der Klimaveränderung auf Tunnel, etwa die Folgen von Starkniederschlägen oder Muren, lassen sich messtechnisch erfassen. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Steinschlagschutzsysteme weiterzuentwickeln. Geothermie, also Erdwärme, könnte genutzt werden, um Tunnelportale im Winter eisfrei zu halten. 50 Unternehmen haben bereits Interesse bekundet, im Berg zu forschen. Dabei reichen die Projektideen vom Bauingenieurwesen bis zur Informatik. Zu Beginn der Überlegungen konnte mit Unterstützung der VA Erzberg, der ÖBB-Infrastruktur AG, der Asfinag, den Wiener Linien, des Europäischen Landwirtschaftsfonds zur Entwicklung des ländlichen Raums und der Abteilung 16 der steirischen Landesregierung im Jahr 2009 eine Machbarkeitsstudie zur Entwicklung des Zentrums am Berg positiv abgeschlossen werden. Aus volkswirtschaftlicher Sicht ist es demnach geboten, – dem Wissenschafts- und Wirtschaftsbereich der Geotechnik sowie des Berg- und Tunnelbaus für Forschungsleistungen auf höchstem Niveau in einem In-situ-Umfeld, – den Wissenschafts- und Wirtschaftspartnern der Messtechnik von der Geophysik bis zur Geotechnik, sowie der Aero- bis Thermodynamik,

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was undertaken with the support of the VA Erzberg, the ÖBB-Infrastruktur AG, the Asfinag, the Wiener Linien, the European agricultural fund for the development of rural areas and department 16 of the state government of Styria and concluded positively. According to the report, the centre will offer a facility for research and training in the following fields: – scientific and commercial geotechnics as well as mining and tunnelling, for research work at the highest level in an in-situ environment, – academic and business partners in metrology from geophysics to geotechnics, as well as aerodynamics and thermodynamics, – emergency services organisations from the fire service to ambulance organisations, also for staff and civil protection, – numerous business partners among mining and construction suppliers, as well as equipment and safety technology, – repair and maintenance personnel for training purposes, – and even future tunnel users, for example new drivers. The Erzberg in the Austrian state of Styria offers an excellent location for this underground test facility, above all due to its already existing tunnel system and connection to the road and rail networks. The tunnelling work at the Zentrum am Berg will be based on two different cross-sections, a two-lane autobahn tunnel and a single-track rail tunnel. In order to be able to offer the most realistic possible training conditions underground for emergency services, a second tunnel will also be driven parallel to each of these and with the same cross-section. The parallel tunnels will be connected with cross-passages. In order to be able to investigate problems in tunnel refurbishment, and also other relevant research objects under realistic conditions, the Pressler tunnel will also be enlarged from its current cross-section of about 8 m2 to a rail tunnel cross-section. Parallel to this enlargement, an underground test field with dimensions of about 200 m × 1.000 m will be available. The necessary operating buildings and seminar rooms will be provided near the underground facilities. With the implementation of this project for the future, Austria will gain a unique selling point, which will be of use for all Central Europe. International trade fairs, at which companies from the most varied sectors can take part, can also lead to the making of new contacts and long-term cooperation and ensure the position of Austria on the world market. With the construction of the Zentrum am Berg, Austria is signalling a forward strategy, which should lead to positive effects both in science and business. The Research@ZaB opens up widely spread possibilities for use and thus creates space to combine the research and development work of various professions (Figure 2).

– den Einsatzorganisationen von der Feuerwehr über die Rettungsorganisationen bis hin zur Exekutive und dem Katastrophenschutz, – den zahlreichen Wirtschaftspartnern der Zulieferindus trie für das Berg- und Bauwesen, sowie der Ausrüstungsund der Sicherheitstechnik, – dem Wartungs- und Instandhaltungspersonal zum Zwecke ihrer Ausbildung, – sowie den künftigen Tunnelnutzern wie beispielsweise Führerscheinneulingen ein Forschungs-, Trainings- und Schulungszentrum zur Verfügung zu stellen. Der Steirische Erzberg verdankt seine hervorragende Eignung als Standort dieses untertägigen Versuchsgeländes vor allem einem bereits bestehenden Stollensystem und der vorhandenen Anbindung an Schiene und Straße. Der Auffahrung des Zentrums am Berg werden zwei verschiedene Querschnitte, nämlich ein zweispuriger Autobahntunnel und ein eingleisiger Eisenbahntunnel, zugrunde gelegt. Um den Einsatzorganisationen möglichst reale Untertage-Trainingsbedingungen zur Verfügung zu stellen, sollen ferner parallel zu diesen Tunnelröhren jeweils zweite Röhren mit gleichem Querschnitt aufgefahren werden. Die parallellaufenden Röhren werden über Querschläge miteinander verbunden. Um das Thema Tunnelsanierung, aber auch viele weitere forschungsrelevante Themen unter realen Bedingungen untersuchen zu können, wird zudem der Pressler-Stollen mit einem aktuell bestehenden Querschnitt von ca. 8 m2 auf einen Eisenbahntunnelquerschnitt aufgeweitet. Parallel zu dieser Aufweitung steht in Zukunft ein Untertage-Versuchsfeld mit Abmessungen von ca. 200 m × 1.000 m zur Verfügung. Notwendige Betriebsgebäude und Seminarräume werden im Nahbereich der Untertageanlage bereitgestellt. Mit Realisierung dieses zukunftsweisenden Projekts erhält Österreich ein Alleinstellungsmerkmal, das für ganz Mitteleuropa von Nutzen ist. Internationale Messen, an denen Konzerne verschiedenster Sparten teilnehmen können, können auch zur Knüpfung von neuen Kontakten und langfristigen Kooperationen führen und die Positionierung Österreichs am weltweiten Markt sichern. Mit dem Bau des Zentrums am Berg signalisiert Österreich eine Vorwärtsstrategie, durch die das Erzielen eines positiven Effekts sowohl im Wissenschafts- als auch im Wirtschaftssektor angestrebt wird. Das Research@ZaB eröffnet breit gefächerte Nutzungsmöglichkeiten und schafft dadurch Raum, Forschung und Entwicklung verschiedenster Fachdisziplinen zu vereinen (Bild 2).

2 Trassierung Standort des geplanten Forschungszentrums ist der Steirische Erzberg (Bild 3). Das bestehende Stollensystem auf Höhe Dreikönig bietet einen optimalen Rahmen für dieses Vorhaben.

2 Location

2.1 Linienführung im Grundriss

The location of the planned research centre is the Erzberg in Styria (Figure 3). The existing tunnel system on the Höhe Dreikönig offers an optimal space for this project.

Die Untertage-Versuchs- und Forschungsanlage sieht vier Brandstollenäste mit einer geplanten Länge von jeweils ca. 400 m vor. Der östliche Eisenbahntunnel samt dem

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Fig. 2. Current research themes in the Zentrum am Berg based on answers to surveys from industry Bild 2. Aktuelle Forschungsthemen im Zentrum am Berg auf Basis der Rückmeldung der Industrie

2.1 Layout on plan The underground test and research facility intends four fire tunnel branches with a planned length of about 400 m each. The eastern rail tunnel together with the test tunnel and the southern road tunnel will be constructed by enlarging existing tunnels, with the remaining tunnels requiring full-face excavation. The southern road tunnel runs into the western road tunnel. The Zentrum am Berg construction project thus consists of two parallel road tunnels, two parallel rail tunnels and a test tunnel, which will be connected below ground with a Y-node. The three portals – north, south and west – are on the Dreikönig open-cast level. The two road tunnel tubes run from the west portal to the east (Y-node) and are connected to each other with a pedestrian cross-passage (GQ1) and a road cross-passage (EQ2). The centreline spacing of the two tubes is 30 m. The two rail tunnel tubes run from the south portal to the north (Y-node) and are connected to each other with two pedestrian cross-passages. The centreline spacing of the two tubes here is also 30 m. The test tunnel starts at the Y-node or follows on directly from the eastern tube of the rail tunnel and runs north to the north portal at the Dreikönig explosives magazine. The test tunnel has a length of about 1,070 m and runs along the centreline of the existing Pressler tunnel (Figure 4).

2.2 Layout on elevation The north tube of the road tunnel runs with a fall of –0.70 % to the east to the Y-node. The maximum overburden of the north tube is about 200 m. Ingressing groundwater and carriageway water is drained through the east tube of the rail tunnel and collected at the south portal. The south tube of the road tunnel starts at the west portal with a fall of –0.85 % and joins the test tunnel at the Ynode with a fall of 0.70 %. Ingressing groundwater can be

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Fig. 3. View of the styrian Erzberg Bild 3. Blick auf den Steirischen Erzberg

Versuchstunnel und der südliche Straßentunnel werden durch Aufweitung vorhandener Stollen erstellt, wo hingegen es sich bei den verbleibenden Röhren um Vollausbrüche handelt. Der südliche Straßentunnel geht in den westlichen Eisenbahntunnel über. Das Bauprojekt Zentrum am Berg besteht somit aus zwei parallel geführten Straßentunneln, zwei parallel geführten Eisenbahntunneln sowie einem Versuchsstollen, die unter Tage durch einen Y-Knoten miteinander verbunden sind. Die Drei Portale – Nord, Süd und West – befinden sich auf der Tagebau ebene Dreikönig. Die beiden Straßentunnel verlaufen vom Portal West nach Osten (Y-Knoten) und sind mittels eines begehbaren Querschlags (GQ1) und eines befahrbaren Querschlags (EQ2) miteinander verbunden. Der Achsabstand der beiden Röhren beträgt 30 m. Die beiden Eisenbahntunnels verlaufen vom Portal Süd nach Norden (Y-Knoten) und sind mittels zweier begehbarer Querschläge miteinander verbunden. Der Achsabstand der beiden Röhren beträgt auch hier 30 m. Der Versuchsstollen beginnt beim Y-Knoten bzw. folgt direkt der Oströhre des Eisenbahntunnels und verläuft nach Norden bis zum Nordportal beim Sprengmittellager Dreikönig. Der Versuchsstollen hat eine Länge von ca. 1.070 m und verläuft entlang der Achse des bestehenden Pressler-Stollens (Bild 4).

2.2 Linienführung im Aufriss Die Nordröhre des Straßentunnels verläuft mit einem Gefälle von –0,70 % nach Osten zum Y-Knoten. Die maximale Überlagerung der Nordröhre beträgt etwa 200 m. Das anfallende Berg- und Fahrbahnwasser wird über die Oströhre des Eisenbahntunnels abgeleitet und am Portal Süd gesammelt. Die Südröhre des Straßentunnels startet am Portal West mit einem Gefälle von –0,85 % und mündet beim Y-Knoten mit einer Steigung von 0,70 % in den Versuchsstollen. Das anfallende Bergwasser kann über die Weströhre des Eisenbahntunnels Richtung Portal Süd abgeleitet werden. Die Weströhre des Eisenbahntunnels startet am Portal Süd mit einer Steigung von 0,70 % und mündet in die

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drained through the west tube of the rail tunnel toward the south portal. The west tube of the rail tunnel starts at the south portal with a fall of 0.70 % and joins the south tube of the road tunnel. The maximum overburden of the west tube is about 217 m. The east tube of the rail tunnel or test tunnel starts at the south portal with a fall of about 0.70 % and changes at chainage 627 m to a fall of 0.50 %. At the north portal, the centreline of the test tunnel has a fall of –0.50 %. The maximum overburden of the rail tunnel is about 235 m, and the maximum overburden of the test tunnel is about 233 m.

3 Geology The town of Eisenerz lies at the north edge of the northern greywacke zone. The Styrian Erzberg south-east of the town contains the entire sequence of strata, which belong to the north zone of the Norische Nappe, which according to the large-scale tectonic structure represents the western flat part in the east part of the greywacke zone. Since most of the existing tunnel is lined with brickwork and part with concrete, it was not possible to map the lithography in the tunnel. Therefore an attempt was made to read the distribution of the lithology from the geological horizontal sections made available by the VA-Erzberg GmbH. The lithology is essentially: – limestone, – siderite, Rohwand (massive dolomite and ankerite), – Blasseneck porphyroid, – Eisenerzer beds (shale, phyllite). The areas of the northern tunnel, which are already lined, could be lithologically well delineated. Eisenerzer beds and porphyroid were accordingly already categorised as problematic during the construction of the tunnel and supported, whereas the Sauberger limestone and the orebearing limestones were stable without further support and only show rupturing due to jointing. The existing tunnels are predominantly damp with some dripping and isolated running water ingress.

4 Design of the tunnel cross-sections 4.1 Road tunnel The road tunnel is only lined in the north tube over the first 200 m from the west portal and near the electrical room at the cavern in the extension of the north axis with an inner lining according to RVS. The excavation geometry of the standard cross-sections (RQ) “Road tunnel with inner lining” and the RQ “Road tunnel without inner lining” are identical. The tunnel cross-section is designed according to RVS 09.01.22 [1]. The carriageway width is laid down for single-directional traffic without trucks, no overtaking and a design speed of 100 km/h. The footpaths are reduced by 15 to 55 cm at the sides although the walkway width required by the RVS of 0.70 m is maintained at a height of 1.0 m. The clear height of the traffic space above the carriageway, measured perpendicular to the road surface, is 4.70 m. Above the raised side strip, the structure gauge has a height of 2.25 m. On this project, the de-

Fig. 4. Zentrum am Berg – overview of the research facilities Bild 4. Zentrum am Berg – Forschungsanlage Überblick

Südröhre des Straßentunnels ein. Die maximale Überlagerung der Weströhre beträgt ca. 217 m. Die Oströhre des Eisenbahntunnels bzw. Versuchsstollens startet am Portal Süd mit einer Steigung von ca. 0,70 % und geht bei TM 627 in eine Steigung von 0,50 % über. Am Portal Nord weist die Achse des Versuchstunnels ein Gefälle von –0,50 % auf. Die maximale Überlagerung des Eisenbahntunnels beträgt ca. 235 m; die maximale Überlagerung des Versuchsstollens beträgt ca. 233 m.

3 Zur Geologie Die Ortschaft Eisenerz liegt am Nordrand der nördlichen Grauwackenzone. Der Steirische Erzberg südöstlich dieser Ortschaft beinhaltet die gesamte Schichtfolge, die zur Nordzone der Norischen Decke gerechnet wird, die nach der tektonischen Großgliederung den westlichen flächigen Anteil im Ostteil der Grauwackenzone darstellt. Da der größte Teil des existierenden Stollens mit Mauerwerk und stellenweise mit Beton ausgebaut ist, konnte man die Lithologien im Stollen nicht kartieren. Daher wurde versucht, die Verteilung der Lithologien aus den von der VA-Erzberg GmbH zur Verfügung gestellten, geologischen Söhligschnitten herauszulesen. Diese Lithologien sind im Wesentlichen: – Kalk, – Siderit, Rohwand, – Blasseneckporphyroid, – Eisenerzer Schichten (Schiefer, Phyllite). Jene Bereiche im nördlichen Stollen, die bereits ausgebaut sind, können lithologisch gut abgegrenzt werden. Eisenerzer Schichten und Porphyroid wurden demnach bereits bei der Errichtung des Stollens als problematisch eingestuft und gesichert, während hingegen der Sauberger Kalk und die vererzten Kalke ohne weitere Stützmittel stabil waren und sind und nur gefügebedingte Ausbrüche aufweisen. Die bestehenden Stollen sind überwiegend berg-

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scribed structure gauge was rotated with the transverse fall of the carriageway. Most new autobahn tunnels are provided with concrete surfacing. In order achieve the most realistic conditions possible, the following carriageway surfacing with a total thickness of 57 cm is provided in the areas with an inner lining: – 22 cm concrete slab according to RVS 08.17.02 [2] – 5 cm bituminous base layer AC16 trag T3, G4, according to RVS 08.16.01 [3] – >30 cm unbound lower base layer according to RVS 08.15.01 [4] For the areas without inner lining, asphalt surfacing of load class V, construction type T1 according to RVS 03.08.63 [5] is provided to save costs. The standard crosssection in the mined areas was generally carried out with an open invert. The formation of the standard section with an invert arch is only used in zones of poor rock mass. The outer lining essentially consists of shotcrete and support measures, which are varied depending on the ground conditions encountered. The waterproofing system consists of a double-welded synthetic waterproofing membrane and an external protective geotextile. The ground water is collected and drained through external side drains installed in the invert. The inner lining normally consists of an unreinforced 25 cm thick in-situ concrete ring. The length of the inner lining block is specified at 12.5 m. The inner lining is founded on a strip-shaped abutment. In addition to the selected structure gauge, the duct necessary for the extraction of smoke from fire is decisive for the design of the cross-section. This is separated from the traffic space by a reinforced concrete intermediate slab supported at the sides on corbels in the inner lining. The excavated area for RQ “Tunnel without invert arch” is about 85 m2, RQ “Tunnel with invert arch” is 102 m2 plus overcut üm and overprofile üp.

4.2 Rail tunnel The rail tunnel is only constructed with an inner lining in the section of the west tube over the first 100 m from the south portal. The excavation geometry of the RQ “Rail tunnel with inner lining” is identical to that of RQ “Rail tunnel without inner lining” and the RQ “Test tunnel” (Figure 5). For this project, the rail tunnel section is specified with an inner lining and structure gauge LPR 1 (Tunnel with slab track and R ≥ 3,000 m). This also enables investigations using ÖBB double-decker cars. The walkway with a clear height of 2.25 m and a width of 1.20 m is on the cross-passage side of the standard cross-section. In order to reduce cost, the slab track is omitted. Instead, a ballasted track is specified although the dimensions remain unaltered from the design documents for “Slab track”, which ensures that a change can be made to a slab track at a later time. The construction of the side walkways is according to the design documents for the Semmering Base Tunnel, with an additional extinguishing water line being installed in the cable duct in the east side wall and connected to the line of the road tunnel.

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feucht mit stellenweisen tropfenden und vereinzelten rinnenden Wasserzutritten.

4 Zur Gestaltung der Tunnelquerschnitte 4.1 Straßentunnel Der Straßentunnel wird nur im Bereich der Nordröhre über die ersten 200 m vom Portal West aus gesehen und im Bereich der Elektroräume bei der Kaverne in Verlängerung der Nordachse mit einer Innenschale gemäß RVS ausgebaut. Die Ausbruchsgeometrie des Regelquerschnitts (RQ) „Straßentunnel mit Innenschale“ sowie des RQ „Straßentunnel ohne Innenschale“ ist ident. Die Tunnelquerschnitte werden im Sinne der RVS 09.01.22 [1] ausgelegt. Die Fahrbahnbreite wird für Richtungsverkehr im Tunnel ohne LKW, Überholverbot und eine Projektierungsgeschwindigkeit von 100 km/h festgelegt. Die Gehstreifen werden im Ulmenbereich um 15 auf 55 cm reduziert, jedoch in 1,0 m Höhe über dem Gehstreifen ist die in der RVS geforderte Gehraumbreite von 70 cm eingehalten. Die lichte Höhe des Verkehrsraums über der Fahrbahn, gemessen in der Senkrechten zur Fahrbahnfläche, beträgt 4,70 m. Über dem erhöhten Seitenstreifen weist das Lichtraumprofil eine Höhe von 2,25 m auf. Beim gegenständlichen Projekt wird der beschriebene Lichtraumquerschnitt mit der Querneigung der Fahrbahn mitgedreht. Die meisten Autobahntunnel, die neu gebaut werden, sind mit einer Betondecke ausgerüstet. Um möglichst realistische Bedingungen zu erreichen, ist für jenen Bereich, in dem eine Innenschale vorgesehen ist, folgender Fahrbahnaufbau mit einer Gesamtstärke von mindestens 57 cm vorgesehen: – 22 cm Betondecke, gemäß RVS 08.17.02 [2] – 5 cm bituminöse Tragschicht AC16 trag T3, G4, gemäß RVS 08.16.01 [3] – >30 cm ungebundene untere Tragschicht, gemäß RVS 08.15.01 [4] Für jene Bereiche ohne Innenschale ist aus Kostengründen eine Asphaltdecke Lastklasse V, Bautyp T1 gemäß RVS 03.08.63 [5] vorgesehen. Grundsätzlich wird der Regelquerschnitt im Bereich der bergmännischen Bauweise mit offener Sohle ausgeführt. Die Ausbildung des RQ mit einem Sohlgewölbe kommt nur in schlechten Gebirgszonen zum Einsatz. Die Außenschale besteht im Wesentlichen aus Spritzbeton und Stützmittel, die in Abhängigkeit von den angetroffenen Gebirgsverhältnissen variiert werden. Das Abdichtungssystem setzt sich aus einer doppelt verschweißten Kunststoffabdichtungsfolie und einem außenliegenden Schutzvlies zusammen. Die Aufnahme und Ableitung des anfallenden Bergwassers erfolgt durch beidseitig im Sohlbereich eingebaute, außenliegende Ulmendränagen. Die Innenschale besteht in der Regel aus einem unbewehrten 25 cm dicken Ortbetonring. Die Länge der Innenschalenblöcke ist mit 12,5 m festgelegt. Die Innenschale wird auf streifenförmige Widerlager gegründet. Neben dem gewählten Lichtraum ist für die Querschnittsgestaltung der für die Brandrauchlüftung erforderliche Abluftkanal maßgebend, der durch eine Zwischendecke vom Fahrraum getrennt ist. Diese Zwischendecke aus

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Stahlbeton ruht seitlich auf Konsolen der Innenschale. Die Ausbruchsfläche ergibt sich beim RQ „Tunnel ohne Sohlgewölbe“ zu rund 85 m2, RQ „Tunnel mit Sohlgewölbe“ mit 102 m2 zuzüglich Übermaß üm und Überprofil üp.

4.2 Eisenbahntunnel

Fig. 5. Standard cross-section of the rail and test tunnel sections Bild 5. Regelquerschnitt des Eisenbahn- und Versuchstunnelabschnitts

The standard cross-section in the area of mined tunnel has an open invert. The standard section with an invert arch is used in zones of poor rock mass. The standard section consists of an outer support layer of shotcrete and support measures like the road tunnel, an applied waterproofing layer and an inner lining. The excavated area for the RQ “Tunnel without invert arch” is about 62 m2 and for RQ “Tunnel with invert arch” is 67 m2, each with an additional overcut üm and overprofile üp. The walkway is constructed by extending the carriageway to the side wall and delineated by markings on the road. For the section of rail tunnel without inner lining and for the test tunnel, the same carriageway construction is selected as for the road tunnel without inner lining, load class V, construction type T1 according to RVS 03.08.63 [5].

5 Building facilities for operations and safety At this point, only the building facilities for operations and safety are described in detail; the electro-mechanical tunnel equipment like hazard alarm systems is not dealt with. For the building facilities, cross-passages are provided connecting the parallel tubes to each other. The crosspassages are designed to be accessible for vehicles (EQ) or for pedestrian access (GQ). The cross passages are about 30 m long. Die to their short length, the cross-section required for the junctions is maintained along the entire length, which gives a larger cross-section than is specified in the RVS. This gives construction operational and above all safety advantages. In the north tube of the road tunnel, two emergency call niches will be provided, although no emergency call system will be installed. The spacing of the emergency call niches is 125 m and the distance of the first emergency call niche from the portal is about 94 m. In the same road

Der Eisenbahntunnel wird nur im Bereich der Weströhre über die ersten 100 m vom Portal Süd aus gesehen mit Innenschale ausgeführt. Die Ausbruchsgeometrie des RQ „Eisenbahntunnel mit Innenschale“ ist ident mit den RQ „Eisenbahntunnel ohne Innenschale“ und dem RQ „Versuchsstollen“ (Bild 5). Für das gegenständliche Projekt wurde für den Streckenabschnitt Eisenbahntunnel mit Innenausbau das Lichtraumprofil LPR 1 (Tunnel mit Fester Fahrbahn und R ≥ 3.000 m) festgelegt. Dies ermöglicht Untersuchungen auch unter Verwendung von ÖBB-Doppelstockwagen. Der Gehweg mit einer lichten Höhe von 2,25 m und einer Breite von 1,20 m befindet sich querschlagseitig des Regelquerschnitts. Aus Kostengründen wurde auf eine Feste Fahrbahn verzichtet. Stattdessen wird ein Schotteroberbau gewählt, wobei die Abmessungen gemäß Planungsunterlagen „Feste Fahrbahn“ unverändert bleiben. Damit ist sichergestellt, dass zu einem späteren Zeitpunkt evtl. die Umrüstung zu einer Festen Fahrbahn erfolgen kann. Der Aufbau der Seitenwege erfolgt gemäß den Planungsunterlagen Semmering Basistunnel, wobei zusätzlich eine Löschwasserleitung im Leitungskanal der Ostulme verlegt und mit der Leitung des Straßentunnels verbunden wird. Grundsätzlich wird der Regelquerschnitt im Bereich der bergmännischen Bauweise mit offener Sohle ausgeführt. Die Ausbildung des RQ mit einem Sohlgewölbe kommt in den schlechten Gebirgszonen zum Einsatz. Der RQ besteht wie beim Straßentunnel aus einer durch Spritzbeton und Stützmittel gebildeten Außenschale, einer darauf aufgebrachten Abdichtung und einer Innenschale. Die Ausbruchsfläche ergibt sich beim RQ „Tunnel ohne Sohlgewölbe“ zu rund 62 m2 und beim RQ „Tunnel mit Sohlgewölbe“ zu 67 m2, jeweils zuzüglich Übermaß üm und Überprofil üp. Der Gehbereich wird fahrbahneben durch Verlängerung der Fahrbahn bis zur Ulme ausgeführt und über Bodenmarkierungen abgegrenzt. Für die Streckenabschnitte Eisenbahntunnel ohne Innenausbau sowie für den Versuchsstollen wird der gleiche Fahrbahnaufbau wie im Straßentunnel ohne Innenschale, Lastklasse V, Bautype T1 gemäß RVS 03.08.63 [5] gewählt.

5 Bauliche Betriebs- und Sicherheitseinrichtungen An dieser Stelle wird ausschließlich auf bauliche Anlagen für die Betriebs- und Sicherheitseinrichtungen eingegangen; die elektromaschinelle Tunnelausrüstung wie Gefahrenmeldeanlagen wird nicht behandelt. Hinsichtlich baulicher Anlagen sind in diesem Zusammenhang Querschläge vorgesehen, welche die jeweils parallel laufenden Röhren miteinander verbinden, wobei Querschläge als mit Einsatzfahrzeugen befahrbarer Querschlag (EQ) und als begehbarer Querschlag (GQ) ausgebildet werden. Die Querschläge weisen eine Länge von ca. 30 m auf. Aufgrund der geringen Länge wird der Querschnitt, der für den Bereich der Verschlüsse benötigt wird, über die ge-

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tunnel tube, the fire extinguisher niches are placed opposite the emergency call niches, with an additional hydrant at the west portal. The fire extinguisher niches in the tunnel are each equipped with a tunnel hydrant and two B (75 ∅) connections. In the west tube of the rail tunnel, three wall hydrants are provided. According to the HL guideline 2002, Appendix 3 [6], the extinguishing water line is run in the edge walkway and brought up at the appropriate locations on the tunnel sidewall. For the maintenance and cleaning of the drainage, maintenance niches are provided at a maximum spacing of 100 m on both sides. All other areas are drained by an invert drain and cleaned from manholes every 100 m in the middle of the profile. Manholes are also provided at the intersections with cross-passages or other tunnel centrelines. For escape routes, the following tunnel sections are separated by bulkheads: – road tunnel north tube, – road tunnel south tube and Y nodes, – rail tunnel east tube, – rail tunnel west tube, – test tunnel. The escape route is marked by escape route signs, escape route orientation lighting and escape route orientation boards.

6 Construction methods The mined section of the Zentrum am Berg will be driven under the principles of the New Austrian Tunnelling Method (NATM). The principle of this construction method is that excavation and support works are matched to each other so that the rock mass can be stabilised with the least possible extent of support measures. The support measures are adapted and optimised to suit the local conditions. The stability of the tunnel tubes is verified by geotechnical measurements. The excavation of the rock from the face is primarily by blasting, although a roadheader or excavator can be used depending on the rock mass strength. The excavation of the face is carried out in partial faces due to the prevailing geological conditions. The cross-section is normally divided into an advanced top heading followed by bench excavation. The longitudinal spacing of these advances from each other is generally based on the geotechnical and/or construction operational requirements.

7 Research fields – some examples 7.1 Fire in the tunnel Fires in enclosed spaces are characterised by rapid propagation in the room and sudden development of smoke gases. Air currents create an additional negative effect on the fire behaviour. The efforts of emergency services are made extremely difficult and often seriously dangerous by the incandescent flame front, poisonous clouds of smoke and the poor visibility conditions. The fire tunnel is intended as a training location for emergency services personnel, train and control centre staff under realistic condi-

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samte Länge beibehalten. Dadurch ergibt sich ein größerer Querschnitt als in der RVS vorgeschrieben. Dies bringt neben baubetrieblichen Vorteilen vor allem auch sicherheitstechnische Vorteile. In der Nordröhre des Straßentunnels werden zwei Notrufnischen angeordnet; Notrufstellen werden keine ausgeführt. Der Abstand zwischen den Notrufnischen beträgt 125 m und der Abstand der ersten Notrufnische zum Portal beträgt ca. 94 m. In derselben Straßentunnelröhre werden auch Feuerlöschnischen (FLN) jeweils gegenüber Notrufnischen angeordnet; zusätzlich ist am Westportal ein Hydrant vorgesehen. Die FLN im Tunnel werden mit je einem Tunnelhydrant mit zwei B-Abgängen ausgestattet. In der Weströhre des Eisenbahntunnels sind drei Wandhydranten vorgesehen. Gemäß HL-Richtlinie 2002, Anlage 3 [6] wird die Löschwasserleitung im Randweg geführt und an den entsprechenden Stellen an der Tunnellaibung hochgezogen. Für die Wartung und Reinigung der Dränagen sind im Abstand von maximal 100 m beidseitig Revisionsnischen (RN) in den mit Innenschalen ausgebauten Bereichen vorgesehen. Alle anderen Bereiche werden über eine Sohlentwässerung entwässert und über Schächte in einem Abstand von maximal 100 m in Profilmitte gereinigt. Zusätzlich sind Schächte an den Verschneidungspunkten mit Querschlägen oder anderen Tunnelachsen angeordnet. Hinsichtlich flüchtender Personen ergeben sich nachfolgend angeführte Tunnelabschnitte, die jeweils durch Abschottungen voneinander getrennt werden: – Straßentunnel Nordröhre, – Straßentunnel Südröhre und Y-Knoten, – Eisenbahntunnel Oströhre, – Eisenbahntunnel Weströhre, – Versuchsstollen. Der Fluchtweg wird durch Fluchtweghinweisleuchten, Fluchtwegorientierungsleuchten und Fluchtwegorientierungstafeln gekennzeichnet.

6 Baumethoden Der bergmännisch herzustellende Abschnitt des Zentrums am Berg wird nach der Neuen Österreichischen Tunnelbaumethode (NÖT) ausgeführt. Das Prinzip dieser Bauweise besteht darin, dass die Ausbruch- und Stützarbeiten so aufeinander abgestimmt werden, dass das Gebirge mit möglichst geringem Aufwand an Stützmitteln stabilisiert wird. Die Stützmittel werden auf die örtlichen Verhältnisse abgestimmt und optimiert. Die Stabilität der Tunnelröhre wird durch geotechnische Messungen nachgewiesen. Das Lösen des Gesteins aus der Ortsbrust wird überwiegend durch Sprengen, je nach Gebirgsfestigkeit auch untergeordnet mittels Teilschnittmaschinen oder Baggervortrieb erfolgen. Der Ausbruch der Ortsbrust erfolgt aufgrund der anstehenden geologischen Verhältnisse in Teilausbrüchen. In der Regel wird der Querschnitt in einen vorauseilenden Kalottenvortrieb und einen nachfolgenden Strossenvortrieb unterteilt. Der Längsabstand dieser Vortriebe voneinander richtet sich im Allgemeinen nach den geotechnischen und/oder baubetrieblichen Erfordernissen.

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tions. It should provide training under real fire loads, which is impossible in existing tunnels at the moment. Escape concepts can be tried out, evaluated and incorrect reactions in a real case can be avoided. The fire tunnel sections can also be used for the further development of smoke detection systems, fire alarm and extinguishing systems and fire-resistant materials for underground construction (Figure 6).

7.2 Aerodynamic questions The test tunnel will be provided with extensive ventilation equipment. The installed ventilation components can realistically represent the function of various ventilation systems. Extract fans for the removal of exhaust gases and jet fans to influence the longitudinal air flow in the tunnel are intended. This means that both longitudinal ventilation and semi-transverse ventilation can be simulated in the test tunnel. In this way, the most common ventilation systems used in Europe for road tunnels will be available.

7.3 Material development – long-term consideration Tunnels are designed for a lifetime of 100 years. In order to ensure serviceability until the end of the planned period of use, knowledge about the long-term behaviour of the rock mass and the support materials used is essential. Laboratory investigations mostly only permit a coarse estimation of rock mass behaviour and are often uneconomic. The performance of long-term tests under realistic

Fig. 6. Underground fire test Bild 6. Brandversuch Untertage

7 Forschungsbereiche – exemplarische Darstellung 7.1 Brand im Tunnel Brände in geschlossenen Räumen sind gekennzeichnet durch eine rasante Ausbreitung im Raum und eine schlagartige Entwicklung von Rauchgasen. Luftströmungen erzeugen zusätzlich einen negativen Einfluss auf das Brandverhalten. Der Einsatz der Rettungskräfte gestaltet sich durch die glühenden Flammenfronten, die giftigen Rauchwolken und die schlechten Sichtverhältnisse als äußerst schwierig, oftmals auch als lebensgefährlich. Der Brand

Estimating in Heavy Construction Ed.: Dieter Jacob, Clemens Müller Estimating in Heavy Construction Roads, Bridges, Tunnels, Foundations 2016. approx. 300 pages. approx. € 59.–* ISBN: 978-3-433-03130-8 Also available as

This book presents the theoretical background as well as best practice examples of estimating in heavy construction. The examples stem from practitioners in international large-scale construction projects. As distinct from other publications on estimating, this book presents specific numbers and costs are calculated precisely. In this way the book helps to avoid errors in the estimating of construction projects like roads, bridges, tunnels, and foundations. Also available: Falsework and Scaffolds Theory of Structures

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stollen soll als Ausbildungs- und Trainingsstätte von Einsatzkräften, Zug- und Leitstellenpersonal unter realen Randbedingungen und somit unter realen Brandlasten dienen, die derzeit im Rahmen von Übungen in Bestands tunnelobjekten ausgeschlossen sind. Damit könnten Selbstrettungskonzepte erprobt, evaluiert und Fehlreaktionen im Ernstfall verhindert werden. Zudem könnten derartige Brandstollenabschnitte auch der Weiterentwicklung von Raucherkennungssystemen, Brandmeldeanlagen und Löschsystemen, sowie der Weiterentwicklung von brandbeständigen Baustoffen für den Untertagebau dienen (Bild 6).

7.2 Aerodynamische Fragestellungen

Fig. 7. Slot compensation measurement to determine tunnel lining loading Bild 7. Schlitzkompensationsmessung zur Feststellung von Tunnelschalenbelastungen

Der Versuchstunnel wird mit einer umfangreichen lüftungstechnischen Ausrüstung versehen. Mit den installierten Lüftungskomponenten können die Funktionsweisen unterschiedlicher Lüftungssysteme realitätsnah abgebildet werden. Vorgesehen sind Abluftventilatoren zur Abluftabsaugung sowie Strahlventilatoren zur Beeinflussung der Längsströmung im Versuchstunnel. So kann im Versuchstunnel sowohl eine Längslüftung, aber auch eine Halbquerlüftung simuliert werden. Auf diese Weise stehen die gängigsten Lüftungssysteme, wie sie derzeit in Europa für Straßentunnel zur Anwendung kommen, zur Verfügung.

7.3 Materialentwicklungen – Langzeitbetrachtungen conditions can not only considerably improve design precision but at the same time lead to further development of the calculation approaches currently used in underground construction (Figure 7). The same naturally also applies for the operational and safety equipment, which is essential for the safe operation of a tunnel.

Tunnelbauwerke werden auf eine Lebensdauer von 100 Jahren ausgelegt. Um die Gebrauchstauglichkeit bis zum Ende der geplanten Nutzungsdauer gewährleisten zu können, sind Kenntnisse über das Langzeitverhalten des Gebirges und der eingesetzten Ausbaumaterialien in diesem Zeitraum unabdingbar. Laboruntersuchungen ermögli-

Fig. 8. Speakers at the tunnel ground breaking ceremony for the ZaB – Zentrum am Berg on 8 September 2016 (left to right): council manager for transport Lang, council manager for science Drechsler, managing director of VA Erzberg Pappenreiter, manager of the ZaB Galler, mayor Holzweber, deputy governor Schickhofer, rector of the Montanuniversität Eichlseder, vice chancellor Mitterlehner, tunnel sponsor Mühlburger, governor Schützenhöfer, university chairman Klasnic, former vice chancellor and finance minister Androsch, general secretary of the BMVIT Kasser) Bild 8. Festredner im Rahmen der Tunnelanschlagfeier für das ZaB – Zentrum am Berg am 8. September 2016 (v.l.n.r. Landesrat für Verkehr Lang, Landesrat für Wissenschaft Drechsler, Geschäftsführer VA Erzberg Pappenreiter, Leiter des ZaB Galler, Bürgermeisterin Holzweber, Landeshauptmann Stv. Schickhofer, Rektor der Montanuniversität Eichlseder, Vizekanzler Mitterlehner, Tunnelpatin Mühlburger, Landeshauptmann Schützenhöfer, Unversitätsratsvorsitzende Klasnic, Vizekanzler und Finanzminister a.D. Androsch, Generalsekretär des BMVIT Kasser)

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8 Start of construction and outlook On 21 December 2015, a special “Zentrum am Berg” department was set up at the Montanuniversität Leoben, followed on 8 September 2016 by the ceremonial groundbreaking. In the presence of the speaker Josef Pappenreiter, chairman of VA Erzberg), Hannes Androsch (former vice-chancellor and university council chairman), Waltraud Klasnic (chairman of the university council), Christine Holzweber (mayor of Eisenerz), Christopher Drexler (council manager for health, care, science and personnel), Michael Schickhofer (deputy governor), Hermann Schützenhöfer (governor), Herbert Kasser (Austrian ministry of transport, innovation and technology), Robert Galler (scientific manager of the ZaB), Vice-rector Martha Mühlburger and the rector of the Montanuni Wilfried Eichlseder, the ceremonial ground-breaking of the Zentrum am Berg was undertaken. Science and economic affairs minister vice chancellor Reinhold Mitterlehner supported this exceptional research project in his speech in order to sustainably improve the innovation capacity and competitiveness of Austria. Full operation should start in 2019. EU research projects should already start in 2015, dealing with subjects such as the underground storage of solar and wind energy. With the Zentrum am Berg, Austria has the chance to create a new technology centre of international format, as has already been successful with the “Climate wind tunnel” at the Rail Tec Arsenal in Vienna.

Acknowledgement The construction costs for the Zentrum am Berg in the sum of EUR 30 million have been shared by the BMVIT with EUR 6 million, the BMWFW with EUR 6 million, the state of Styria with EUR 12 million and the Montanuniversität Leoben with EUR 6 million. In addition to these grants, we wish to thank all those who have contributed in an extremely constructive and positive way to bringing the project ZaB – Zentrum am Berg to life! References [1] RVS 09.01.22 Tunnelquerschnitte (März 2010) [2] RVS 08.17.02 Deckenherstellung (April 2011) [3] RVS 08.16.01 Anforderungen an Asphaltschichten (Februar 2010) [4] RVS 08.15.01 Ungebundene Tragschichten (Juli 2010) [5] RVS 03.08.63 Oberbaubemessung (April 2008) [6] HL-Richtlinie 2002, Anlage 3 Richtlinien für das Entwerfen von Bahnanlagen, Hochleistungsstrecken, Tunnel- und Wannenquerschnitte (Mai 2002)

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Robert Galler Lehrstuhl für Subsurface Engineering Montanuniversität Leoben Franz-Josef-Straße 18 8700 Leoben Austria robert.galler@unileoben.ac.at

chen meist nur eine grobe Abschätzung des Gebirgsverhaltens und sind häufig auch unwirtschaftlich. Die Durchführung von Langzeitversuchen unter realitätsnahen Verhältnissen könnte nicht nur die Planungsgenauigkeit maßgeblich erhöhen, sondern gleichzeitig auch zu einer Weiterentwicklung der derzeit angewandten Rechenansätze im Untertagebau führen (Bild 7). Gleiches gilt natürlich auch für die Betriebs- und Sicherheitseinrichtungen, die den sicheren Betrieb eines Tunnels überhaupt erst ermöglichen.

8 Baubeginn und Ausblick Am 21. Dezember 2015 wurde an der Montanuniversität Leoben ein eigenes Department „Zentrum am Berg“ eingerichtet; am Donnerstag, dem 8. September 2016 folgte der feierliche Tunnelanschlag. Im Beisein der Festredner Josef Pappenreiter, Vorstand VA Erzberg), Hannes Androsch (Vizekanzler a.D., Uniratsvorsitzender a.D.), Waltraud Klasnic (Vorsitzende des Universitätsrates), Christine Holzweber (Bürgermeisterin von Eisenerz), Christopher Drexler (Landesrat für Gesundheit, Pflege, Wissenschaft und Personal), Michael Schickhofer (Landeshauptmann-Stv.), Hermann Schützenhöfer (Landeshauptmann), Herbert Kasser (Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie), Robert Galler (wissenschaftlicher Leiter des ZaB), Vizerektorin Martha Mühlburger sowie Montanuni-Rektor Wilfried Eichlseder wurde der feierliche Tunnelanschlag des Zentrums am Berg vorgenommen. Wissenschafts- und Wirtschaftsminister Vizekanzler Reinhold Mitterlehner bekannte sich in seiner Rede zu diesem außergewöhnlichen Forschungsvorhaben um die Innovationskraft und die Wettbewerbsfähigkeit Österreichs nachhaltig zu erhöhen. 2019 soll in den Vollbetrieb übergegangen werden. Bereits im Jahr 2015 konnten diesbezüglich EU-Forschungsprojekte an Land gezogen werden, die sich unter anderem mit der Untertage-Speicherung von Solar- und Windenergie beschäftigen. Mit dem Zentrum am Berg hat Österreich die Chance, ein neues Technologie-Zentrum von internationalem Format zu schaffen, wie es etwa beim „Klima-Wind-Kanal“ der Rail Tec Arsenal in Wien schon gelungen ist.

Danksagung Die Errichtungskosten für das Zentrum am Berg in Höhe von 30 Mio. Euro teilen sich das BMVIT mit 6 Mio. Euro, das BMWFW mit 6 Mio. Euro, das Land Steiermark mit 12 Mio. Euro und die Montanuniversität Leoben mit 6 Mio. Euro. Gedankt sei neben diesen genannten Fördergebern allen, die bisher in außerordentlich konstruktiver und positiver Weise dazu beigetragen haben, das Projekt ZaB – Zentrum am Berg zum Leben zu erwecken!

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Research and Development New test rig for annular gap grout In tunnelling, properly carried out grouting of the annular gap is a basic precondition for high quality tunnel construction, and also makes a decisive contribution to rapid advance rates in mechanised tunnelling. In order to further optimise annular gap grouting, Stuva in Cologne has developed a new test rig for annular gap grout. In this way, the Research Association for Tunnels and Transportation Facilities Stuva underlines their significance in research and development concerned with underground transport construction. Annular gap grout Grout fills the annular gap between the segment lining and the surrounding ground that is produced by the necessary overcut of the tunnel boring machine. It normally consists of aggregates, cement, water and if required additives. The correct mix is based on experience and is normally improved experimentally on site in a trial-and-error process. In recent years, the development of annular gap grouts has become ever more complex, in particular with special products like multi-component grouts. Many substitute materials and additives are used, which were formerly only used in high-quality structural concrete: – fly ash and rock flour, – accelerators to improve the early strength, – foaming agents to influence the porosity and density or – viscosity modifiers (VMA) and liquefiers to change the flow properties.

Fig. 1. The new test rig for annular gap grout (photo: Stuva) Bild 1. Der neue Versuchsstand für Ringspaltmörtel (Foto: Stuva)

Construction of the test rig The new test rig for annular gap grouting (Figure 1) can be used not only to investigate conventional annular gap grouts but also the influence of individual components can be systematically analysed for innovative developments. Targeted optimisations, which would be too extensive or time consuming in tests on site, are also possible. For example, all grout components can be matched to each other by volume and pressure and monitored with instruments (Figure 2). At the moment, the Stuva plant is de-

Fig. 2. Complex pumping technology and precise measurement sensors guarantee reproduci ble results (photo: Stuva) Bild 2. Komplexe Fördertechnik und genaue Messwertaufnehmer garantieren repro duzierbare Ergebnisse (Foto: Stuva)

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signed for four components: two additive flows and compressed air dosed by pressure or volume can be added to the grout or the cement paste components. The test rig is of modular construction so that parts can be simply exchanged. This includes the grouting pumps, the cross-sections of the pumping lines or also the additive feed apparatus. The cross-section and length of the ducts, through which the grout is injected into the annular gap as the machine advances, can be simply varied. These ducts end in a pressure vessel in the test rig in order to actively simulate the back pressure in the real annular gap through an artificial pressure in the vessel. Filter elements are also installed in the vessel in order to model the permeability of the ground and be able to investigate the effects of grout properties on the drainage behaviour for the purpose of early strength development. Another special feature is the possibility of making test samples: these can be taken not only under atmospheric conditions but also under back pressure of up to 10 bar. Water-permeable annular gap grout At the moment, with financial support from the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi), a water-permeable annular gap grout is being developed on the new test rig. The use of such a special grout can be useful in hard rock tunnelling when there is high ground water pressure and a design of the segment lining to resist the high pressure would lead to very thick segments. The groundwater is drained

Research and Development through the water-permeable grout (Figure 3) around the outside of the loadbearing and watertight lining to drains at the foot point of the lining, similar to umbrella waterproofing in shotcrete tun-

nelling. The development of this special grout has to take into account that despite its high water permeability, it still has to be suitable for pumping, two requirements that seem directly contradic-

tory. The results obtained so far are promising. Further information www.stuva.de

Neuer Versuchsstand für Ringspaltmörtel Eine richtig ausgeführte Ringspaltverpressung beim Tübbingtunnel ist eine Grundvoraussetzung für einen qualitativ hochwertigen Tunnelausbau. Sie liefert auch einen entscheidenden Beitrag für eine hohe Vortriebsleistung beim maschinellen Vortrieb. Um die Ringspaltverpressung weiter zu optimieren, hat die Stuva in Köln einen komplexen Versuchsstand für Ringspaltmörtel entwickelt. Damit unterstreicht die Studiengesellschaft für Tunnel und Verkehrsanlagen ihre Bedeutung im Bereich Forschung und Entwicklung rund um Bauweisen für unterirdische Verkehrsanlagen. Ringspaltmörtel Ringspaltmörtel verfüllt den Ringraum zwischen Tübbingausbau und umgebendem Gebirge, der durch den notwendigen Überschnitt der Tunnelvortriebsmaschine entsteht. Er besteht normalerweise aus Zuschlagkörnung, Zement, Wasser und gegebenenfalls Zusatzmitteln. Die richtige Mischung basiert auf Erfahrungswerten und wird zumeist nach dem Trial-and-Error-Verfahren auf der Baustelle experimentell verbessert. In den letzten Jahren ist die Entwicklung von Ringspaltmörteln – insbesondere durch Sonderprodukte wie Mehrkomponentenmörtel – immer komplexer geworden. Inzwischen kommen viele Ersatzstoffe und Zusatzmittel zum Einsatz, die bislang hochwertigen Konstruktionsbetonen vorbehalten waren: – Flugaschen und Gesteinsmehle, – Beschleuniger zur Erhöhung der Frühfestigkeit, – Schaumbildner zur Beeinflussung von Porosität und Dichte oder – Viskositätsmodifizierer (VMA) und Fließmittel zur Anpassung der Fließ fähigkeit. Aufbau des Versuchstands Mithilfe des neuen Versuchsstands für die Ringspaltverpressung (Bild 1) können nicht nur konventionelle Ringspaltmörtel untersucht, sondern auch der Einfluss der einzelnen Komponenten für innovative Entwicklungen systematisch analysiert werden. So sind gezielte Optimierungen möglich, die im Rahmen von Baustellenversuchen zu umfangreich oder zu zeitaufwändig wären. In der Anlage können beispielsweise sämtliche Mörtelkomponenten volumen- und

Fig. 3. The newly developed annular gap grout is extremely water-permeable (photo: Stuva) Bild 3. Der neu entwickelte Ringspaltmörtel ist extrem wasserdurchlässig (Foto: Stuva)

druckmäßig aufeinander abgestimmt und messtechnisch überwacht werden (Bild 2). Derzeit ist die Testanlage der Stuva auf vier Komponenten ausgelegt: Dem Mörtel- bzw. der Zementleimkomponente können bis zu zwei Additivströme sowie druck- und volumendosiert Druckluft zugegeben werden. Der Versuchsstand ist modular aufgebaut, so dass Bauteile einfach gegeneinander ausgetauscht werden können. Dazu zählen etwa die Verpresspumpen, die Querschnitte der Förderleitung oder auch die Additiv-Zugabeeinrichtungen. Auch der Querschnitt und die Länge der Lisenen, durch die der Mörtel beim Vortrieb in den Ringraum gedrückt wird, sind einfach zu variieren. Diese Lisenen münden in der Versuchsanlage in einen Druckkessel, um den Gegendruck im realen Ringraum durch einen künstlichen Druck im Kessel aktiv beeinflussen zu können. Zusätzlich können in den Kessel Filterelemente eingebaut werden, um die Gebirgsdurchlässigkeit zu modellieren und die Auswirkungen der Mörteleigenschaften auf das Dränierungsverhalten – mit dem Ziel einer frühen Festigkeitsentwicklung – zu untersuchen. Eine Besonderheit stellt ferner die Möglichkeit zur Herstellung von Probekörpern dar: diese können nicht nur unter atmosphärischen Druckbedingungen, sondern auch unter Gegendrü-

cken von bis zu 10 bar entnommen werden. Wasserdurchlässiger Ringspaltmörtel Derzeit wird mit finanzieller Unterstützung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) auf der neuen Anlage ein wasserdurchlässiger Ringspaltmörtel entwickelt. Der Einsatz eines derartigen Spezialmörtels bietet sich beim Tunnelbau im Festgestein immer dann an, wenn hohe Gebirgswasserdrücke auftreten und somit eine druckdichte Ausführung der Tunnelschale wegen der hohen Lasten aus Wasserdruck zu sehr dicken Tunnelschalen führen würde. Das Bergwasser wird dann durch den wasserdurchlässigen Mörtel (Bild 3) außen an der tragenden und wasserdichten Tübbingschale vorbei- und am Fußpunkt der Schale abgeführt – ähnlich wie bei der Regenschirmabdichtung in der Spritzbetonbauweise. Bei der Entwicklung eines solchen Mörtels muss beachtet werden, dass dieser trotz hoher Wasserdurchlässigkeit noch gut pumpbar sein muss – zwei Anforderungen, die allerdings in direkter Konkurrenz zueinander stehen. Die bisher erzielten Ergebnisse sind sehr vielversprechend. Weitere Informationen www.stuva.de

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Product Information Erkat excavator cutter attachments for flexible use in mining and tunnelling Erkat cutter attachments are becoming increasingly popular in tunnelling and mining and are suitable for universal application. Conventional hydraulic excavators are important machines because they can be operated with a wide range of attachments in addition to buckets. Excavators are available on almost every site and these base machines can be adapted optimally for the specific requirements and thus use the best possible excavation tools. Application in tunnelling The continuously increasing requirements for the implementation of infrastructure projects, as well as in mining and tunnelling, increasingly demands the use of special attachments to excavate through difficult rock formations and various types of rock. Robust and reliable machines are needed, which require little maintenance. This is the world of Erkat cutter attachments, which are used on tunnel sites all over the world. For example, Erkat attachments are used in NATM tunnelling to cut the face and scale the tunnel profile (Figure 1) as well as for the excavation of niches and cross-passages. By avoiding overcutting and achieving an exact tunnel excavation profile, enormous costs can be saved for the shotcrete support layer. Erkat machines are also in constant use for the excavation of narrow side headings, bench and invert excavation and for profiling. And should the shotcrete be applied too thickly, the overprofile can be easily corrected at any time with an Erkat cutter. The cutters are also being increasingly used in conventional tunnelling with full-face excavation. In softer rock formations, which do not require blasting, Erkat machines can quickly and precisely cut the face. Excavator-mounted cutter attachments have been used success-

Fig. 2. Full-face excavation with an ER2000 in the Lietavská Tunnel, Slovakia (photo: Erkat) Bild 2. Vortrieb im Vollausbruch mit einer ER2000 beim Tunnel Lietavská, Slowakei (Foto: Erkat)

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Fig. 1. Cutting and profiling after blasting in the Fröschnitzgraben Tunnel (Semmering Base Tunnel) with an ER2000 (photo: Erkat) Bild 1. Berauben und Profilieren nach dem Sprenabschlag im Tunnel Fröschnitzgraben (Semmering Basistunnel) mit einer ER2000 (Foto: Erkat)

fully on tunnel projects from Slovakia to Japan and Australia (Figure 2). Cutter attachments are also a good choice in inner-city and built-up areas, since particularly under difficult rock mass conditions, a cutter only produces slight oscillation and vibration, so that no damage is caused to the rock mass structure or to buildings and structures on the surface. It is also possible to work nights, as a cutter does not disturb the peace like blasting. The high excavation performance of Erkat cutters also enables a rapid advance rate. For example, a ER2000 attachment in Tonstein achieved a cutting performance of 40 to 50 m3/h. Cutter application in mining Underground mineral extraction is also an increasing application for excavator cutter attachments from Erkat. The simple attachment to a conventional excavator often makes much more expensive excavation machines unnecessary. The excavator with its attachment can also be adapted to suit changing conditions more easily. Erkat cutters have been in use in France for many years to excavate highgrade gypsum. For example an ERC3000 transverse drum cutter attachment (Figure 3), thanks to its integrated rotation unit, can rapidly change the cutting direction for optimal cutting performance and also ensure exact positioning for the profiling of the tunnel sides. This saves time and money compared to other excavation processes. The ERC3000 is equipped with highperformance cutter heads for this special mining application, which ensure

continuous excavation performance of 80 to 100 t/h. It also produces the desired grain size. Thanks to the special arrangement of picks, tool wear is extremely low: only 1 pick per 8,000 t of cut material. Cutter wheels The use of cutter wheels of the ERW series is also gaining significance in tunnelling and mining. In addition to the well-known application in cable and pipe trenching, as well as full or partial demolition, cutter wheels are also used in underground construction to cut relief slots, drainage channels and also to cut slots in tunnel linings. They can also open up quite new opportunities in specialised civil engineering. For example, cutter wheels of the ERW600 series were used on a cut-and-cover section of contract KAT 3 of the Koralm Tunnel to cut relief slots in the triple-reinforced and 60 cm thick temporary concrete invert (Figure 4). The material remaining between the slots was then simply and

Fig. 3. ERC1500 with rotation unit (pho to: Erkat) Bild 3. ERC1500 mit Rotator (Foto: Erkat)

Product Information gently cut out with a ripping tooth or hydraulic hammer. Also in this application, the Erkat machines impress with their low-vibration working. ERW cutter wheels are also now being used in tunnelling in Asia in order to cut drainage slots and ditches for supply pipes and cables in the tunnel invert (Figure 5). The tunnel lining is also cut for the construction of ross-passages and niches for utility facilities. Tunnel refurbishment Another example for the use of Erkat cutters is the use of universal cutters to cut slots and cable channels in tunnel refurbishment (Figure 6). This Erkat universal cutter can be fitted with various drums and small cutter wheels depending on the intended slot in order to react flexibly to local and construction conditions. Erkat cutters are also used to remove layers of old and/or contaminated coatings for the internal refurbishment of tunnels. The desired cutting depth can

be set on the device to remove as much as necessary or as little as possible unreinforced material from the inner lining. This reduces disposal costs and the cost of the new coating. If coarser work on the reinforced inner lining and the new installation of niches and channels are required during refurbishment work, then a proven range of longitudinal and transverse head cutters is available with or without rotation module. About Erkat Erkat have continuously developed their excavator-mounted cutters for more than 16 years. Experience gained from the most extreme applications and the continuously increasing requirements for cutting technology is constantly brought into their development. Thanks to this know-how and the innovation capability of Erkat, these excavator cutters have become successfully established on the world market for the most varied applications.

With an enormously wide range of excavator-mounted cutter products, almost any application can be served. From mini-excavator to 125-t excavator, and for almost any type of rock, there is always a suitable cutter. Applications include pipe trenching and road building, breaking out of concrete and partial demolition of buildings, under Arctic conditions at temperatures down to –45° C or even underwater down to a depth of 2,500 m. The renowned robustness and enormous performance as well as the cost-effectiveness of Erkat cutters have made them the undisputed world market leader.

Further information Erkat Spezialmaschinen und Service GmbH Jeremiasstraße 4 36433 Leimbach Deutschland Germany www.erkat.de

Erkat-Baggeranbaufräsen für vielseitige Einsätze im Berg- und Tunnelbau Erkat-Baggeranbaufräsen gewinnen im Tunnel- und Bergbau zunehmend an Bedeutung und beweisen bei ihren Einsätzen ihre universelle Einsetzbarkeit. Hierbei spielen konventionelle Bagger eine wichtige Rolle, da sie neben den Löffeln auch ein breites Spektrum an Anbauwerkzeugen bedienen können. Bagger sind auf fast jeder Baustelle vorhanden, und man kann diese Träger maschinen optimal an die Einsatzer fordernisse anpassen und somit immer das bestmögliche Abbauwerkzeug nutzen. Einsätze im Tunnelvortrieb Die kontinuierlich steigenden Anforderungen bei der Durchführung von Infrastrukturprojekten sowie im Bergbau und bei Tunnelprojekten erfordern zunehmend den Einsatz von Spezialgeräten, wenn schwierige Gesteinsformationen und unterschiedlichste Gesteinsarten durchörtert werden müssen. Hier sind robuste und zuverlässige Maschinen gefordert, die zudem wenig Wartung erfordern. Dies ist die Welt der Erkat-Fräsen, die auf vielen Tunnelbaustellen weltweit genutzt werden. So werden Erkat-Geräte beim bergmännischen NÖT-Vortrieb zum Berauben der Ortsbrust und Profilieren des Tunnelprofils (Bild 1) sowie zum Herstellen von Nischen und Durchschlägen genutzt. Gerade durch das Vermeiden von Überprofilen und durch die Erreichung eines exakten Tunnelausbruchsprofils können enorme Kosten beim

Fig. 4. Slot cutting in the tunnel wall on contract KAT3 with an ERW600 (photo: Erkat) Bild 4. Schlitzen der Tunnelwand beim Baulos KAT3 mit einer ERW600 (Foto: Erkat)

Spritzbetonausbau eingespart werden. Auch beim engen Ulmenvortrieb, beim Strossenabbau und Sohlausbruch sowie Profilieren sind die Erkat-Maschinen im Dauereinsatz. Und sollte mal der Spritzbeton zu dick aufgetragen sein, lassen sich mit den Erkat Fräsen Überprofile jederzeit unkompliziert nacharbeiten. Beim konventionellen Vortrieb mit Vollausbruch werden die Fräsen ebenfalls immer öfter genutzt. In weicheren Gesteinsformationen, die keinen Sprengvortrieb erfordern, fräsen die Erkat-Maschinen schnell und präzise die Ortsbrust. So werden die Baggeranbaufräsen bei Tunnelprojekten von der

Slowakei bis hin nach Japan und Aus tralien erfolgreich eingesetzt (Bild 2). Auch im städtischen und bebauten Gebiet sind Anbaufräsen eine gute Wahl, denn gerade bei schwierigen Gebirgsverhältnissen entstehen beim Fräsen nur geringe Schwingungen und Vibrationen, so dass es zu keinen Beeinträchtigungen des Gesteinsverbands oder zu Schädigungen an den Trag- und Bauwerken kommt. Außerdem ist es möglich, auch nachts an den Projekten zu arbeiten, denn es kommt zu keiner Ruhestörung wie beim Sprengen. Hohe Abbauleistungen der Erkat-Fräsen erlauben darüber hinaus einen schnellen Vortrieb. So werden zum Beispiel mit

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Product Information

Fig. 5. ER2000 cutting the tunnel invert (photo: Erkat) Bild 5. ER2000 beim Fräsen der Tunnelsohle (Foto: Erkat)

einer ER2000 im Tonstein Fräsleitungen von 40 bis 50 m3/h erreicht. Fräseneinsatz im Bergbau Auch die untertägige Mineralgewinnung ist ein zunehmendes Einsatzfeld der Baggeranbaufräsen von Erkat. Gerade durch den einfachen Anbau an konventionelle Bagger werden oftmals deutlich teurere Abbaumaschinen nicht mehr benötigt. Zudem sind die Bagger mit ihren Anbaugeräten einfacher an wechselnde Einsatzverhältnisse anzupassen. Beim untertägigen Abbau von hochwertigem Gips sind in Frankreich seit vielen Jahren Erkat-Fräsen erfolgreich im Einsatz. So auch unter anderem eine Querschneidkopffräse ERC3000, die dank des integrierten Rotators (Bild 3) neben dem schnellen Wechseln der Schneidrichtung für eine optimale Fräsleistung, auch das exakte Positionieren zum Profilieren des Stollenprofils sicherstellt. Dies spart enorm Zeit und Kosten gegenüber anderen Abbauverfahren. Die ERC3000 ist für diesen besonderen Gewinnungseinsatz mit speziellen Hochleistungsschneidköpfen ausgerüstet, welche kontinuierliche Abbauleistungen von 80 bis 100 t/h gewährleisten. Zudem wird damit auch die gewünschte Korngröße erzeugt. Dank der besonderen Meißelanordnung ist der Meißelverschleiß extrem gering: Nur 1 Meißel pro 8.000 t gefrästes Material. Schneidräder Der Einsatz der Schneidräder der Baureihe ERW gewinnt im Tunnel- und Bergbau ebenfalls an Bedeutung. Neben den bekannten Einsätzen im Kabel- und Leitungsbau sowie Abbruch und Rückbau werden die Schneidräder auch im Untertagebau zum Fräsen von Entspannungsschlitzen, Entwässerungskanälen und auch zum Schlitzen von Tunnelschalen eingesetzt und eröffnen den Kunden völlig neue Anwendungsmög-

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lichkeiten im Spezialtiefbau. So sind beim Baulos KAT 3 des Koralmtunnels in einem Teilbereich, der in Deckelbauweise erstellt wird, Schneidräder der Baureihe ERW600 im Einsatz. Damit werden Entspannungschlitze in die dreifach bewehrte und rund 60 cm dicke temporäre Spritzbetonsohle gefräst (Bild 4). Das zwischen den Schlitzen stehen gebliebene Material wird anschließend mittels Reißzahn bzw. Hydraulikhammer einfach und gebirgsschonend ausgebrochen. Auch hier überzeugen die Erkat-Maschinen durch erschütterungsarmes Fräsen. Auch beim Tunnelbau in Asien werden die ERW-Schneidräder inzwischen genutzt, um Entwässerungsschlitze und Gräben für Versorgungsleitungen in die Tunnelsohle zu fräsen (Bild 5). Zudem werden damit auch der Tunnelausbau geschlitzt für den Einbau von Querschlägen und Nischen für Versorgungseinrichtungen. Tunnelsanierung Ein weiteres Beispiel für die Nutzung von Erkat Fräsen ist der Einsatz von Universalfräsen zum Herstellen von Schlitzen und Kabelkanälen bei der

Fig. 6. S30-HD cutting cable channels in the tunnel lining (photo: Erkat) Bild 6. S30-HD beim Schlitzen von Kabel kanälen in der Tunnelschale (Foto: Erkat)

anierung von Tunneln (Bild 6). Diese S Erkat Universalfräsen kann man in Abhängigkeit von den gewünschten Schlitzen mit verschiedenen Trommeln und kleinen Schneidrädern ausstatten und damit flexibel auf die örtlichen und baulichen Gegebenheiten reagieren. Weiterhin werden Erkat Fräsen zum flächenmäßigen Abtrag von alten und/ oder kontaminierten Beschichtungen im Zuge der Innensanierung von Tunnels eingesetzt. Hierbei kann man die gewünschte Schneidtiefe am Gerät einstellen und damit horizontal oder vertikal so viel wie nötig und so wenig wie möglich unbewehrtes Material von der Tunnel-Innenschale entfernen. Das reduziert Entsorgungskosten und Kosten für neu aufzubringende Beschichtungen. Sollten gröbere Arbeiten in bewehrten Innenschalen und der nachträglich Einbau von Nischen und Kanälen bei der Sanierung gewünscht werden, steht dazu das bewährten Programm von Längsschneid- und Querschneidköpfen mit oder ohne Rotationsmodul zur Verfügung. Über Erkat Erkat entwickelt seit über 16 Jahren seine Baggeranbaufräsen kontinuierlich weiter. Hierbei fließen stetig die Erkenntnisse aus extremsten Einsätzen und auch die stetig steigenden Anforderungen an die Frästechnik mit in die Entwicklung ein. Dank dieses Knowhows und der Inovationskraft von Erkat, haben sich diese Baggeranbaufräsen erfolgreich auf den weltweiten Märkten und verschiedensten Anwendungsbereichen etabliert. Mit der enorm breiten Produktpalette an Baggeranbaufrästechnik kann fast jeder Einsatz bedient werden. Vom Minibagger bis zum 125-t-Großbagger und für fast jede Gesteinsart gibt es immer die passende Anbaufräse. Sei es beim typischen Kanalbau und Straßenbau, Betonabbruch und Gebäuderückbau oder auch beim Einsatze in arktischen Bereichen mit Umgebungstemperaturen bis zu –45° C, bis hin zum Unterwasserfräsen in 2.500 m Wassertiefe. Die anerkannte Robustheit und enorme Leistungsfähigkeit sowie die hohe Wirtschaftlichkeit der Erkat-Fräsen, machen diese zum unangefochtenen Weltmarktführer. Weitere Informationen Erkat Spezialmaschinen und Service GmbH Jeremiasstraße 4 36433 Leimbach Deutschland Germany www.erkat.de

Product Information SBM concrete mixing plants for tunnel construction The expansion of international traffic routes through the Alps would be inconceivable without tunnels. The realisation of this costly infrastructure projects required first class concrete quality at economic conditions. The mobile concrete mixing plants from SBM Mineral Processing have proven themselves as a successful competitive factor. Just recently, the traditional Austrian company delivered the 12th Euromix concrete mixing plant to Europe’s largest mobile concrete producer (Figure 1). It is certainly no coincidence that SBM, as an internationally leading company in concrete mixing plants, has its company headquarters in Austria. Situated on the eastern end of the Alps, the highly frequented transit country has had to arrange its modern routes around its mountainous topography right from the start and focus especially on tunnel building. This is not least the reason why Austria is the world’s leading tunnel builder. Austrian norms and standards determine many international regulations. Modern tunnels not only withstand a high ground pressure, but are also resistant to frost and road salt, fire and chemical effects of accidents. SBM has been part of this success story for decades, and over time has repeatedly delivered internationally recognised mixing plants for even higher concrete quality. High concrete quality and availability But tunnel building is not just about the high concrete quality. Additionally, it must be available in large quantities and just in time. Therefore, mobile concrete plants are located ideally on the tunnel site near to the portal. It sounds easy, but in practice is an enormously demanding task. As the construction site in the tunnel, the logistics of the concrete, the production as well as the supply of concrete ingredients have to be precisely coordinated, and the concrete quality kept constantly high. Thus also means keeping concrete at temperature in winter and cooling in summer. Of course, all of these has to be delivered at the lowest possible costs and keeping the environment in mind. An economic investment Thanks to shorter paths and fewer truck journeys, concrete production with the mobile Euromix concrete mixing plant from SBM at the construction site re-

Fig. 1. SBM equipment for a tunnelling project (photo: SBM Mineral Processing) Bild 1. SBM-Anlage für Tunnelbauprojekt (Foto: SBM Mineral Processing)

duces the CO2 emissions by around 25 %. The cost savings are also significant. On the one hand they result from the quicker operational readiness of the plants and their greater flexibility, on the other hand from their performance and high reliability and longevity. A wheeled mobile Euromix is ready for operation after just 480 minutes, as no fixed foundation is necessary (Figure 2). The twin-shaft mixer of the Euromix 4000 achieves an output of up to 170 m3 hardened concrete per hour. With their robust and fully galvanised steel construction, all systems are designed for reliable 24/7 all-year round operation in all climate zones. Horst Wiener, Managing Director of Mobile Betonkonzepte GmbH (MBK), Europe’s largest mobile concrete producer, says: “SBM concrete mixing plants are not only the no.1 in Europe for tunnel construction sites, but also for us. Many millions of m3 of best quality concrete speaks for itself”. In addition to MBK, also many other leading tunnel construction companies such as Porr, Strabag, Metrostav or Marti Tunnelbau value the many benefits of concrete mixing plants from SBM. Environmentally-friendly processing of excavated material In addition to concrete mixing plants, SBM is the only company in the sector

which also offers well- conceived total concepts for tunnel construction sites. Total concepts means that also for the material management first class solutions have been developed for the processing and conveying systems. In this way, SBM solves one of the biggest problems in tunnel building: the processing of excavated material, which after preparation can be reused as high quality aggregates for concrete production. For this reason SBM has developed a seamless and interdependent quality system which encompasses the whole production chain. It ranges from crushing, screening and conveying to washing, dewatering and storage right through to mixing of high quality concrete and its delivery. The benefits: positive environmental and cost effects by saving additional resources such as gravel pits, storage sites and transport routes. And last but not least also the acceptance of tunnel building projects by the affected local population increases, as this total concept significantly reduces the burden for people and the environment. Further information SBM Mineral Processing GmbH Oberweis 401 4664 Oberweis Austria www.sbm-mp.at

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Product Information SBM-Betonmischanlagen für den Tunnelbau Der Ausbau der internationalen Verkehrswege durch die Alpen wäre ohne Tunnelbau undenkbar. Für die Realisierung dieser aufwendigen Infrastrukturbauten bedarf es erstklassiger Betonqualität zu wirtschaftlichen Konditionen. Die mobilen Betonmischanlagen von SBM Mineral Processing erweisen sich dabei als erfolgreicher Wettbewerbsfaktor. Erst kürzlich lieferte das österreichische Traditionsunternehmen die 12. Euromix-Betonmischanlage an Europas größten mobilen Betonerzeuger (Bild 1). Es ist ganz sicher kein Zufall, dass SBM als international führendes Unternehmen bei Betonmischanlagen seinen Unternehmenssitz in Österreich hat. Am Ostausläufer der Alpen gelegen musste sich das hochfrequentierte Transitland beim Ausbau moderner Verkehrswege von Anfang an mit seiner gebirgigen Topografie arrangieren und ein Hauptaugenmerk auf den Tunnelbau legen. Nicht zuletzt deshalb ist der österreichische Tunnelbau weltweit führend. Österreichische Normen und Standards bestimmen viele internationale Regelwerte. Tunnel müssen heute nicht nur extrem hohem Gebirgsdruck standhalten, sondern auch resistent gegen Frost und Tausalz, Feuer und chemische Einwirkungen bei Unfällen sind. SBM ist seit Jahrzehnten ein Teil dieser Erfolgsgeschichte und hat im Laufe der Jahre immer wieder international anerkannte

Maschinen für noch höhere Betonqualität geliefert. Hohe Betonqualität und Verfügbarkeit Beim Tunnelbau geht es nicht nur um hohe Betonqualität. Darüber hinaus muss er in großen Mengen und just in time zur Verfügung stehen. Deshalb produziert man idealerweise direkt am Tunnelportal mit mobilen Betonmischanlagen. Was relativ einfach klingt, ist in der Praxis eine enorm anspruchsvolle Aufgabe. Denn es gilt, die Einbaustelle im Tunnel, die Betonlogistik, die Produktion sowie die Versorgung mit Betonzutaten punktgenau zu koordinieren und die Betongüte konstant hoch zu halten. Was etwa bedeutet, den Beton im Winter auf Temperatur zu halten und im Sommer zu kühlen. Das alles natürlich zu möglichst geringen Kosten sowie unter Rücksichtnahme auf die Umwelt. Wirtschaftliche Investition Dank kurzer Wege und weniger LkwFahrten reduziert die Betonproduktion mit den mobilen Euromix-Betonmischanlagen von SBM den CO2-Ausstoß auf der Baustelle um ca. 25 %. Signifikant sind auch die Kosteneinsparungen. Sie resultieren zum einen aus der schnellen Einsatzbereitschaft der Maschinen und ihrer großen Flexibilität, zum anderen aus ihrer Leistungsstärke und der hohen Zuverlässigkeit bzw. Langlebigkeit. Eine

Fig. 2. Wheeled mobile Euromix plants are fast installed and ready for operation (photo: SBM Mineral Processing) Bild 2. Radmobile Euromix-Anlagen sind schnell aufgebaut und einsatzbereit (Foto: SBM Mineral Processing)

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radmobile Euromix-Anlage ist nach nur 480 Minuten einsatzbereit, weil kein fixer Fundamentaufbau notwendig ist (Bild 2). Der Doppelwellenmischer der leistungsstärksten Euromix 4000 schafft einen Ausstoß von bis zu 170 m3 Festbeton pro Stunde. Mit ihrer robusten und komplett verzinkten Stahlkonstruktion sind alle Anlagen für den zuverlässigen 24/7 Ganzjahresbetrieb in allen Klimazonen konzipiert. Horst Wiener, Geschäftsführer bei Mobile Betonkonzepte (MBK), Europas größtem mobilen Betonerzeuger, ist von den Anlagen überzeugt: „SBM-Betonmischanlagen sind nicht nur in Europa die Nummer 1 auf Tunnelbaustellen, sondern auch bei uns. Viele Millionen m3 Beton in bester Qualität sprechen für sich.“ Neben MBK wissen auch viele andere führende Tunnelbauer wie Porr, Strabag, Metrostav oder Marti Tunnelbau die vielen Vorteile der Betonmischanlagen von SBM zu schätzen. Umweltfreundliche Verwertung von Ausbruchmaterial Über Betonmischanlagen hinaus bietet SBM als einziges Unternehmen der Branche auch durchdachte Gesamtkonzepte auf Tunnelbaustellen an. Gesamtkonzepte bedeutet, dass man auch bei der Materialbewirtschaftung erstklassige Lösungen für Aufbereitungs- und Förderanlagen erarbeitet. SBM löst damit eines der größten Probleme im Tunnelbau: die Verwertung des Ausbruchsmaterials, das nach der Aufbereitung als hochwertige Gesteinskörnung für Beton wiederverwertet werden kann. Zu diesem Zweck wurde von SBM ein lückenloses und ineinandergreifendes Qualitätssystem entwickelt, das die ganze Fertigungskette umfasst. Sie reicht vom Brechen, Sieben und Fördern über das Waschen, Entwässern sowie Lagern bis zum Mischen von hochqualitativen Beton und seiner Lieferung. Die Vorteile: Positive Umwelt- und Kosteneffekte durch Einsparung von zusätzlichen Ressourcen wie Kiesvorkommen, Deponieflächen und Transportwege. Letztlich steigt dadurch auch die Akzeptanz von Tunnelbauprojekten bei der betroffenen Bevölkerung, weil diese Gesamtkonzepte die Belastung für die Menschen und die Umwelt deutlich reduziert.

Weitere Informationen SBM Mineral Processing GmbH Oberweis 401 4664 Oberweis Austria www.sbm-mp.at

Diary of Events 14. Biberacher Geotechnikseminar 18. Januar 2016, Biberach, Germany www.akademie-biberach.de

11. Austrian Geotechnical Conference 2 and 3 February, Vienna, Austria Topic •• Subgrade – risks and chances www.voebu.at/oegt

24th Annual Microtunneling Short Course 7 to 9 February 2017, Boulder, USA www.microtunnellingshortcourse.com

4th Arabian Tunnelling Conference (ATC 2017) 21 to 22 February 2017, Dubai, United Arab Emirates Topics •• Innovative uses of underground space and tunnels •• Innovative concepts for road and rail tunnels •• Planning and design of tunnels and underground space •• Site investigation/geotechnical •• Engineering for resiliency •• Safety in design •• Environmental aspects and sustainability •• Case studies •• Health and safety in tunnels and underground space construction •• New construction technologies and solutions •• Operation and maintenance of tunnels and underground space •• Risk assessment and management •• Instrumentation and monitoring •• Contract, value engineering and cost management •• Multi utility applications for tunnels •• Repair and rehabilitation www.atcita.com

Product Information •• Support, coatings and materials •• Soil conditioning •• Impermeabilization •• Underground excavation in mining, oil and gas •• Historic cases and the lessons learned •• Environment and underground work •• Readjustment, recovery •• New technologies and the environment •• Contracts, insurance and risk management •• BIM used in underground projects •• Rehabilitation, operation and maintenance •• Interference and interaction of tunnels with underground structures http://4cbt.tuneis.com.br/en/

EURO:TUN 2017

3 to 6 April 2017, São Paulo, Brazil Topics •• Urban planning and use of underground space •• Geological investigation, •• Projects and retroanalysis •• Numerical methods and research •• Conventional tunnels •• Mechanized tunnels

4 to 5 May 2017, Zagreb, Croatia Topics •• Underground traffic infrastructure in SEE region •• Hydraulic structures in SEE region •• Underground space for various purposes in SEE •• New technologies, materials and methods in tunnelling •• Financing of underground structures www.promovere.hr

38th Short Course – Grouting fundamentals and current practice 15 to 19 May 2017, Austin, USA

18 to 20 April 2017, Innsbruck, Austria Topics •• spatial and temporal discretization strategies for static and dynamic numerical analyses at various scales •• advanced constitutive models for geological materials and materials used for supporting measures, including multi-phase and multi-scale models •• model identification and sensitivity analysis •• validation of numerical models by insitu measurement data •• case studies for underground structures •• computer aided process control •• computational methods in ground exploration •• computational life cycle management, life time assessment, smart tunnels and embedded monitoring •• logistics modeling and data management •• soft computing, visualization, data mining and expert systems •• uncertainty modeling and risk analysis www.eurotun2017.com

32. Christian Veder Kolloquium 20 to 21 April Graz, Austria

4th Brazilian Tunnelling Congress

7th SEE TUNNEL – International Symposium on Tunnels and Underground Structures in SouthEast Europe

Topic •• Zugelemente in der Geotechnik (Nägel, Anker, Zugpfähle www.cvk.tugraz.at

Topic •• Developments in pressure grouting www.groutingfundamentals.com

Münsteraner Tunnelbau-Kolloquium 2017 11 May 2017, Münster, Germany More details to follow

Geo-Risk 2017 – Geotechnical risk from theory to practice 4 to 6 June 2017, Denver Topics •• Practice of risk assessment and management in all fields of geoengineering •• Geohazards such as landslides, slope failures, dams and levees, earthquakes, and geo-environmental hazards including those caused by human activity •• Reliability-and risk-based code developments •• Advances in geotechnical reliability based design •• Load and resistance factor design (LRFD) developments and applications •• Acceptable risk and risk communication including applications to insurance and financial decision making •• Impact of spatial variability and probabilistic site characterization •• Uncertainty relating to geotechnical properties, models and testing methods •• Advances in the applications of theory and practice of statistics and probability in geoengineering •• Emerging topics georiskconference.org

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Product Information World Tunnel Congress 2017 9 to 15 June 2017, Bergen, Norway Topics •• Site investigation, ground characterization •• Urban tunnelling (planning, design and construction) •• Strategic use of underground space for resilient city growth •• Utilization of underground for hydropower projects (unlined tunnels and shafts, underwater piercing, air cushion chambers) •• Mechanized excavation (hard rock, soft rock and soil) •• Innovations in drill and blast excavation •• Large caverns (planning, design and construction) •• Underwater tunnels (strait crossings for road and railway, utility tunnels) •• Tunnelling for mining purposes •• Underground waste storage and disposal •• Innovations in rock support and water proofing technology •• Operation and maintenance •• Safety management of complex underground excavations •• Stability assessment, risk analysis and risk management •• Seismic design of tunnels and underground excavations •• Case histories – lessons learnt www.wtc2017.com

Eurock 2017 20 to 22 June 2017, Ostrava, Czech Republic Topics •• Rock mass properties •• Laboratory and in-situ rock testing •• Mine design and ground control

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Diary of Events •• Underground storage and waste disposal •• Dynamic phenomena in rock mass •• Design methodology in mining and underground constructions •• New materials and technologies in geomechanics and geotechnics •• CO2 sequestration •• Geothermal energy •• Rock disintegration •• Rock mass issues in mine closure •• Preservation of natural stones www.eurock2017.com

Shotcrete for Underground Support XIII: New Developments in Rock Engineering, Tunnelling, Underground Space and Deep Excavation

•• Development in fibre reinforces shotcrete •• Case studies www.engconf.org/conferences/civil-andenvironmental-engineering/

66. Geomechanics Colloquium 12 to 13 October 2017, Salzburg, Austria Topics •• Geomechanical engineering of current tunnel projects •• Engineering geological documentation – quo vadis? •• Pressure tunnel design and surveillance •• Maintenance and refurbishment of infrastructure

3 to 6 September 2017, Irsee, Germany Topics •• Developments in shotcrete technology •• Developments in TBM •• Shotcrete reinforces design •• Mechanical properties of shotcrete installation •• Methods and equipment for shotcrete installation •• Laboratory test, on-site quality and repair shotcrete •• Numerical simulation of tunnel support with shotcrete •• TBM tunneling in challenging ground conditions •• Developments in rock tunneling and rock blasting •• Interaction shotcrete and sealing system •• Grouting and water control for tunnels •• Application of Eurocode in tunneling •• New technology in rock exploration and site investigation

Abstracts should be submitted by 31 January 2017 to salzburg@oegg.at www.oegg.at

Südbahntagung 30. November 2017, Leoben, Austria More details to follow

STUVA Conference 2017 6 to 8 December 2017, Stuttgart, Germany www.stuva-conference.com

Imprint The journal “Geomechanics and Tunnelling” publishes international articles about the practical aspects of applied engineering geology, rock and soil mechanics and above all tunnelling. Each issue has a special topic and is dedicated to a current theme or an interesting project. Geomechanics and Tunnelling publishes six issues per year. Except for a manuscript, the publisher Ernst & Sohn purchases exclusive publishing rights. Only works are accepted for publication, whose content has never appeared before in Germany or abroad. The publishing rights for the pictures and drawings made available are to be obtained from the author. The author undertakes not to reprint his article without the express permission of the publisher Ernst & Sohn. The “Notes for authors” regulate the relationship between author and editorial staff or publisher, and the composition of articles. These can be obtained from the publisher or in the Internet under www.ernst-und-sohn.de/ zeitschriften. The articles published in the journal are protected by copyright. All rights, particularly that of translation into foreign languages, are reserved. No part of this journal may be reproduced in any form without the written approval of the publisher. Names of brands or trade names published in the journal are not to be considered free under the terms of the law regarding the protection of trademarks, even if they are not individually marked as registered trademarks. Manuscripts can be submitted via www.mc.manuscriptcentral.com/geot. If required, special prints can be made of single articles. Requests should be sent to the publisher. Current prices In addition to “Geomechanics and Tunnelling print”, the PDF version “Geomechanics and Tunnelling online” is available on subscription through the online service Wiley Online Library: wileyonlinelibrary.com/ journal/geot. Subscription price print print+online students print+online

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Members of the Austrian Association for Geomechanics (ÖGG) receive the journal Geomechanics and Tunnelling as part of their membership. Student prices on production of a confirmation of student status. All prices are net-prices exclusive of VAT but inclusive postage and handling charges. Prices are valid from 1st September 2016 until 31st August 2017. Errors excepted and subject to alteration. Personal subscriptions may not be sold to libraries or used as library copies. A subscription runs for one year. It can be terminated in writing at any time with a notice period of three months to the expiry of the subscription year. Without written notification, the subscription extends for a further year. Bank details JP Morgan, Frankfurt, DE12501108006161517732, CHASDEFX Geomechanics and Tunnelling, ISSN 1865-7362, is published bimonthly. US mailing agent: SPP, PO Box 437, Emigsville, PA 17318. Periodicals postage paid at Emigsville PA. Postmaster: Send all address changes to Geomechanics and Tunnelling, John Wiley & Sons Inc., C/O The Sheridan Press, PO Box 465, Hanover, PA 17331. Publishing house Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co.KG Rotherstraße 21 10245 Berlin/Germany Tel.: +49 (0)30/47031-200 Fax: +49 (0)30/47031-270 info@ernst-und-sohn.de, www.ernst-und-sohn.de Editors Austrian Society for Geomechanics (OeGG) Innsbrucker Bundesstraße 67 5020 Salzburg/Austria Tel.: +43 (0)662/875519 Fax: +43 (0)662/886748 salzburg@oegg.at

Editorial board Chairmen:  Dr. Bernd Moritz / ÖBB-Infrastruktur AG, Austria, 8020 Graz  Prof. Robert Galler / Montanuniversität Leoben Austria, 8700 Leoben Members:  Prof. Georgios Anagnostou / ETH Hönggerberg Switzerland, 8093 Zurich  Dr.techn. Georg Atzl / iC consulenten Ziviltechnik GesmbH Austria, 1120 Vienna  Dipl.-Ing. Nejad Ayaydin / IGT Austria, 5020 Salzburg  Prof. Giovanni Barla / Politecnico di Torino Italy, 10129 Turin  Prof. Tarcisio B. Celestino / Themag Engenharia & USP Brasil, Sao Paulo  Prof. Xia-Ting Feng, The Chinese Academy of Sciences, China, 430071 Wuhan  Dr. Andreas Goricki / 3G Gruppe Geotechnik Graz Austria, 8010 Graz  Dr. Dieter Handke / IMM Maidl & Maidl – Beratende Ingenieure, Germany, 44799 Bochum  Dr. Max John / Zivilingenieur für Bauwesen Austria, 6020 Innsbruck  Prof. Scott D. Kieffer / Technische Universität Graz Austria, 8010 Graz  Dr. Harald Lauffer / Porr AG Austria, 1103 Vienna  Dr. Ulrich Maidl / MTC Maidl Tunnelconsultants Germany, 47051 Duisburg  Prof. Derek Martin / University of Alberta Canada, Edmonton  Prof. Phien-Wej Noppadol / Asian Institute of Technology Thailand, Pathumthani 12120  Prof. Pierpaolo Oreste / Politecnico di Torino Italy, 10129 Turin  Prof. Rainer Poisel / Technische Universität Wien Austria, 1040 Vienna  Prof. Eckard Schneider / SSP BauConsult GmbH Austria, 6020 Innsbruck  Dr. Peter Schubert / IC-Consulenten Austria, 5101 Bergheim  Prof. Wulf Schubert / Technische Universität Graz Austria, 8010 Graz  Prof. Helmut Schweiger / Technische Universität Graz Austria, 8010 Graz  Prof. Markus Thewes / Ruhr-Universität Bochum Germany, 44780 Bochum  Prof. Kurosch Thuro / Technische Universität München Germany, 80290 Munich  Dr. Alois Vigl / viglconsult Austria, 6780 Schruns  Prof. Gerald Zenz / University of Technology Austria, 8010 Graz Advertisement department Fred Doischer, Ernst & Sohn Tel.: +49 (0)30/47031-234 fred.doischer@wiley.com Advertising manager Johannes Krätschell, Ernst & Sohn Tel.: +49 (0)30/47031-242, Fax: -230 johannes.kraetschell@wiley.com Service for customers and readers WILEY-VCH Kundenservice für Ernst & Sohn Boschstraße 12, D-69469 Weinheim Tel.: +49(0)8001800536 (within Germany) +49(0)1865476721 (outside of Germany) Fax: +49(0)6201606184 cs-germany@wiley.com Schnelleinstieg: www.wileycustomerhelp.com Layout and typesetting: TypoDesign Hecker GmbH, Leimen Printing: ColorDruck Solutions GmbH, Leimen © 2016 Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin

Editorial staff Editor in chief: Dr.-Ing. Helmut Richter, Ernst & Sohn Tel.: +49 (0)30/47031-265, Fax: -277 helmut.richter@wiley.com Project editor: Esther Schleidweiler, Ernst & Sohn Tel.: +49 (0)30/47031-267, Fax: -277 esther.schleidweiler@wiley.com

Inserts: This issue contains following insert: Tagungssekretariat Thomi Bräm, CH-5400 Baden; Verlag Ernst & Sohn, 10245 Berlin

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Preview Rubriken

Geomechanics and Tunnelling 1/2017 Slopes and Landslides – Example from projects Böschungen und Rutschungen – Fallbeispiele Bettina Sellmeier, Kurosch Thuro Comparison of two 3D rockfall codes on behalf of a case study in the avarian Alps B Michael Mölk, Benedikt Rieder Hazard zoning for rock-fall: Experi ences, problems and possible solutions for the development of a standardized procedure Steinschlaggefahrenzonen in Öster reich. Erfahrungen, Probleme und Lösungsansätze bei der Entwicklung einer standardisierten Vorgangsweise Thomas Zumbrunnen, Sebald König, Kurosch Thuro Dealing with rock fall hazards along federal and state roads in Bavaria Umgang mit Steinschlaggefährdung entlang von Bundes- und Staatstraßen in Bayern Bernd Kister Bloc rotation during impact – A con siderable factor in the construction of rock fall dams Die Blockrotation beim Impakt – Eine zu berücksichtigende Größe bei der Konstruktion von Steinschlagschutz dämmen

Seit Jahren versuchen Menschen sich vor den Gefahren von Steinschlägen, Böschungs rutschungen und ähnlichem zu schützen. Neue Entwicklungen, die nur weniges gemein haben mit den oben gezeigten Beispielen, werden in der kommenden Ausgabe der Geo mechanics and Tunnelling vorgestellt.

Ingenieurgeologische Analyse einer Felsgleitung im Steinbruch Frauen mühle bei Mettern (Niederbayern) Robert Hofmann, Johann Thomas Sausgruber Creep behavior and remediation plan of a mass movement in Navistal, Tyrol, Austria Kriechverhalten und Sanierungs konzept einer Großhangbewegung im Navistal, Tirol, Österreich

Corinna Wendeler Application of three-dimensional rock fall modeling to rock-face engineering Anwendung eines 3-D-Steinschlag Modells für Felssicherungsanwendungen Daniele Martinelli, Rodrigo Winderholler, Daniele Peila Undrained behavior of granular soils conditioned for EPB tunnelling: a new experimental procedure

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Marion Nickmann, Theresa Schweigl, Kurosch Thuro Engineering geological and geotech nical analysis of a rock slide in the quarry “Frauenmühle” near Metten (Lower Bavaria)

For ages man have tried to protect themselves from rock fall hazards. New developments in the field that have little in common with the examples stated above are introduced in the up-coming issue focusing on slopes and landslides.

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