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Geomechanik und Tunnelbau

Geomechanics and Tunnelling

–

Challenges in Geomechanics and Tunnelling

Utility and safety of the observational method

– Automatic tunnel point cloud creation using photogrammetry

– Operation of a road tunnel in swelling rock

– Preloading by earth surcharge and ground water lowering

– Friction effects on connection systems in segmental linings

– Effect of disc cutter wear on rock cutting efficiency

Lining stress controllers (LSC) have been developed as special supporting measure for tunnelling in zones with stress-induced failure involving large ground volumes and large deformations. The shotcrete lining is divided into several segments by longitudinal construction joints. The purpose of this segmentation is to absorb large deformations occurring during tunnel driving in weak ground. LSC elements are installed into these deformation joints. These elements have a defined workload during compression so the primary lining is not damaged (Source: DSI Underground).

Lining Stress Controller (LSC) wurden als spezielle Unterstützungsmaßnahme für den Tunnelbau in Zonen mit spannungsinduziertem Versagen mit großem Gebirgsvolumen und großen Verformungen entwickelt. Die Spritzbetonschale wird durch Längsfugen in mehrere Segmente unterteilt. Der Zweck dieser Segmentierung hat das Ziel, große Verformungen des Gebirges aufzunehmen. In diese Verformungsfugen werden LSC-Elemente eingebaut. Diese haben eine definierte Arbeitslast während der Verformung, sodass die primäre Auskleidung nicht beschädigt wird (Quelle: DSI Underground).

Geomechanics and Tunnelling 2/24

EDITORIAL

Karl Großauer 76

Geomechanics and Tunnelling – various topics

Geomechanik und Tunnelbau – freie Themen

TOPICS

Thomas Roper, Robert Bertuzzi, David Oliveira, Jurij Karlovšek

91 A framework to demonstrate the utility and safety of the observational method

Tilen Urbancˇicˇ, Jure C ˇ esnik

104 Automatic tunnel point cloud creation using photogrammetry and deviation analysis of excavation and shotcrete surfaces

112

Volume 17

April 2024, No. 2

ISSN 1865-7362 (print)

ISSN 1865-7389 (online)

Geomechanics and Tunnelling is listed in Scopus from Elsevier.

CiteScore 2022: 0,9

Editor

ÖSTERREICHISCHE GESELLSCHAFT FÜR GEOMECHANIK

http://wileyonlinelibrary.com/journal/geot

www.ernst-und-sohn.de/geomechanics-and-tunnelling

Flavio Chiaverio, Ulrich R. Püschner

16 years of operation of a road tunnel in swelling rock– results of special measures

16 Jahre Betrieb eines Straßentunnels im Gipskeuper – Ergebnisse der Spezialmaßnahmen

Florian Thurner, Roman Marte, Franz Tschuchnigg

126 Comparison of preloading by fill surcharge and ground water lowering based on a case study

David Oliveira, Harry Asche, Anthony Harding

136 Friction effects on connection systems in modern concrete segmental linings

Mansour Sabri, Kamran Goshtasbi, Hamid Reza Nejati, Ehsan Taheri

146 Evaluation of the effect of TBM disc cutter wear on rock cutting efficiency

Rubrics

78 News

157 Product Information 160 Diary of events

Geomechanics and Tunnelling – various topics Geomechanik und Tunnelbau – freie Themen

Großauer

The publication of scientific articles is necessary and contributes significantly to the dissemination of experience, findings and research results within our professional community. Scientific topics are equally important as practical construction topics. They also serve to promote scientific and professional discourse and to document and provide evidence of progress. In the amount of information sources available to us today in the digital world and which we can access with increasing simplicity through the application of artificial intelligence, it is often difficult to distinguish „sense“ from „non-sense“. A rigorous review process of technical articles by people experienced in their field is important and ultimately helps us to make this distinction. This issue is not dedicated to a specific topic and contains a total of six articles from different fields.

The paper by Roper et al. presents a risk-based approach for deciding when to use the observation method. Using a probabilistic approach, risks, costs, construction time and engineering judgment are considered and tested using the example of a case study.

The paper by Urbancˇicˇ & C ˇ esnik describes a method or software application for comparing the ACTUAL with the TARGET position of the excavation profile or shotcrete lining based on photogrammetric images.

At Chienberg road tunnels, two sections of the tunnel lifted during construction due to the swelling anhydrite rock. In their article, Chiaverio&Püschner describe the experience gained with the use of the yielding system to control the invert heave and the associated maintenance measures carried out. They summarize the latest results of several years of measurements and give an outlook on the future service life of the tunnel.

Thurner et al. describe an alternative approach to ground improvement with the lowering of the groundwater level as an alternative to classic preloading in order to address and minimize the building settlements. A case study is used to test both methods and their effectiveness.

The article by Oliveria et al. sheds light on the friction effect on connection systems during segmental lining. The investigation usesa case study and emphasizes the role of friction between adjacent segment elements and the value of guide rods in the longitudinal joints.

The article by Sabri et al. deals with TBM tunnels and the relationship between disc wear and cutting performance. Based on the evaluation of worn discs, a method for calculating the contact area between the disc and the rock as a function of the width of the cutting wheel tip is developed. Based on this, the author proposes a new calculation method for predicting the cutting wheel forces. On behalf of the ÖGG, I would like to thank all authors for their contributions and at the same time encourage all others to continue to write articles, and to publish them in our society journal.

Karl Großauer

Die Veröffentlichung von Fachartikeln ist notwendig und trägt zur Verbreitung von Erfahrungen, Erkenntnissen und Forschungsergebnissen innerhalb unserer Fachgemeinschaft wesentlich bei. Dabei sind wissenschaftliche Themen gleichbedeutend mit den Baupraktischen. Sie dienen der Förderung des wissenschaftlichen und fachlichen Diskurses und der Dokumentation und des Nachweises des Fortschritts. In der Menge an Informationsquellen, die uns heute in der digitalen Welt zur Verfügung stehen und auf die wir durch Anwendungen von künstlicher Intelligenz immer einfacher zugreifen können, ist es oft schwierig, „sense“ von „non-sense“ zu unterscheiden. Ein strenger Review Prozess von Fachartikeln durch in ihrem Fachgebiet erfahrene Personen ist wichtig und hilft uns letztendlich in dieser Unterscheidung.

Die vorliegende Ausgabe ist keinem spezifischen Thema ge-widmet und beinhaltet in Summe sechs Fachartikel aus unterschiedlichen Bereichen.

Im Beitrag von Roper et al. wird ein risikobasierter Ansatz für die Entscheidung, ob die Beobachtungsmethode angewandt werden kann oder nicht, vorgestellt. Unter Verwendung eines probabilistischen Ansatzes werden Risiken, Kosten, Bauzeit und die ingenieurmäßige Beurteilung berücksichtigt, und am Beispiel einer Fallstudie getestet.

Der Beitrag von Urbancˇicˇ & C ˇ esnik beschreibt ein Verfahren, bzw. eine Softwareanwendung zum Vergleich der IST mit der SOLL-Lage des Ausbruchprofils bzw. der Spritzbetonschale auf Basis von photogrammetrischen Aufnahmen.

Am Chienberg Straßentunnel hob sich während des Baus der Tunnel auf zwei Teilabschnitten aufgrund des quellenden Anhydritgesteins. Chiaverio&Püschner beschreiben in ihrem Artikel die mit dem Einsatz des Knautschsystems gewonnen Erfahrungen zur Beherrschung der Sohlhebungen und die durchgeführten Unterhaltsmaßnahmen. Sie stellen die neuesten Resultate der mehrjährigen Messungen zusammen und geben einen Ausblick auf die zukünftige Betriebszeit des Tunnels.

Thurner et al. beschreiben einen alternativen Ansatz zur Bodenverbesserung mit der Absenkung des Grundwasserniveaus als Alternative zur klassischen Vorbelastung, um Gebäudesetzungen vorwegzunehmen. Anhand einer Fallstudie werden die beiden Methoden und deren Effektivität überprüft.

Der Beitrag von Oliveria et al. beleuchtet beim Tübbingausbau den Reibungseffekt auf Verbindungssysteme. Die Untersuchung an einem Fallbeispiel vergleicht die Resultate und betont die Rolle der Reibung zwischen benachbarten Tübbingelemente und den Mehrwert von Führungsstäben in der Längsfuge.

Im Beitrag von Sabri et al. geht es ebenfalls um TBM Tunnel und den Zusammenhang zwischen Diskenverschleiß und Schneidleistung. Auf Basis der Auswertung von abgenützten Disken wird eine Methode zur Berechnung der Kontaktfläche zwischen Diske und Fels als Funktion der Breite der Schneidradspitze entwickelt. Darauf aufbauend schlägt der Autor eine neue Rechenmethode für die Prognose der Schneidradkräfte vor.

Im Namen der ÖGG bedanke ich mich sehr herzlich bei allen Autoren für ihre Beiträge und möchte gleichzeitig alle anderen dazu animieren weiterhin Beiträge zu verfassen und mit unserer Gesellschaft hier im Rahmen unser Zeitschrift zu publizieren.

Karl Großauer

Karl

Driving Progress Forward

AT – Pipe Umbrella VR Simulator

Working with technology partners, we are developing products and solutions which deliver real-time data to help you monitor performance of your products and inventory, helping improve productivity.

The AT – Pipe Umbrella VR Simulator increases occupational safety through industry-led virtual training before commencement in construction. We reinforce progress — for our customers, and for the world.

Break-through in tunnel “Große Wendlinger Kurve”

Break-through in tunnel „Große Wendlinger Kurve“ Durchschlag im Tunnel der Großen Wendlinger Kurve

The break-through in the Wendlingen tunnel “Große Wendlinger Kurve” (‘big bend tunnel’) took place on 20 February 2024. The ‘small’ and ‘big bends’ at Wendlingen will connect the existing Stuttgart–Tübingen railway line to the high-speed section which is under construction as part of the Stuttgart 21 project. The single-track small bend, dubbed the ‘Kleine Wendlinger Kurve’, is part of the Stuttgart 21 project and connects the new railway infrastructure to and from Stuttgart to the Neckar

valley railway in and out of Metzingen, Reutlingen and Tübingen. A second track was envisaged for Stuttgart 21 as an option, initially without construction measures. Due to the anticipated benefits of a second track for rail traffic in the region, the Ministry of Transport in Baden-Württemberg commissioned Deutsche Bahn to plan this expansion of the Stuttgart–Ulm rail project and build the second track, the Wendlingen ‘big bend’. The lion’s share of the costs will be paid for by the state. The Stuttgart/

Durchschlag am Tunnel der Großen Wendlinger Kurve

Am 20. Februar 2024 erfolgte der Durchschlag des Tunnels der Großen Wendlinger Kurve. Über die Kleine und die Große Wendlinger Kurve wird die bestehende Bahnstrecke Stuttgart–Tübingen mit der im Rahmen von Stuttgart 21 entstehenden Schnellfahrstrecke verbunden. Die eingleisige sogenannte Kleine Wendlinger Kurve ist Teil des Projekts Stuttgart 21. Sie schafft eine Verbindung zwischen der neuen Eisenbahninfrastruktur in und aus Richtung Stuttgart und der Neckartalbahn in und aus Richtung Metzingen, Reutlin-

gen und Tübingen. Ein zweites Gleis war im Rahmen von Stuttgart 21 als Option zunächst ohne bauliche Vorkehrungen vorgesehen. Aufgrund der zu erwartenden verkehrlichen Vorteile eines zweiten Gleises für den Schienenverkehr in der Region hat das Ministerium für Verkehr Baden-Württemberg die Deutsche Bahn beauftragt, diese Ergänzung des Bahnprojekts Stuttgart–Ulm zu planen und das Große Wendlinger Kurve genannte zweite Gleis zu bauen. Den Großteil der Kosten trägt das Land. An der Finanzierung beteiligen sich

Neckar-Alb regional association will also help finance the project with capped contributions.

Since mid-2019, a joint venture consisting of the companies Ed. Züblin AG and Max Bögl has been working on the expansion of the Stuttgart–Ulm rail project. The Wendlingen ‘big bend’ section is roughly 1600 m long. 110 m was constructed using the cutand-cover method and 660 was excavated using conventional tunnel drive. The rest is above ground.

auch der Verband Region Stuttgart und die Region Neckar-Alb mit gedeckelten Beiträgen.

Seit Mitte 2019 arbeitet eine Arbeitsgemeinschaft aus den Unternehmen Ed. Züblin AG und Max Bögl an der Ergänzung des Bahnprojekts Stuttgart–Ulm.

Die Gesamtlänge der Großen Wendlinger Kurve beträgt rund 1600 m. Davon wurden 110 m in Deckelbauweise und 660 im konventionellen Vortrieb erstellt. Der Rest der Strecke verläuft übertägig.

Source: Deutsche Bahn / Reiner

Seventh tunnel boring machine for Brenner Base Tunnel

Brenner Base Tunnel BBT SE (BBT) has commissioned joint ventures working on different contract sections to build two tunnel tubes and a continuous exploratory tunnel between Innsbruck (Austria) and Franzensfeste (Italy). Herrenknecht has presented the first of two double-shield tunnel boring machines (TMB) for the H53 Pfons-Brenner contract section. A joint venture consisting of the companies PORR and Marti will therefore be excavating 7500 m long tunnel tubes towards Innsbruck. The Austrian and Swiss tunnel construction specialists of the H53 PfonsBrenner Base Tunnel joint venture are using double shield TBM by Herrenknecht. The operating principles of the gripper and single-shield TBM are rolled into one in double-shield TBMs. They are mainly used to tunnel longer distances through hard rock. The new Herrenknecht double shield for the Brenner Base Tunnel has a diameter of 10.37 m and, including backup, is roughly 183 m long in total and weighs around 2700 t. The drive power is 4550 kW and produces a maximum torque

of 15,000 kNm. Following the factory acceptance test of the TBM in March 2024, it will be dismantled and transported to the assembly cavern south of Innsbruck. Once it has been reassembled, the TBM will start tunnelling north towards the adjacent construction section

H21 Sill GorgePfons in autumn 2024. The eighth doubleshield TBM, which will drive the second tunnel tube in the H53 Pfons-Brenner contract section, is currently also under con-

TBM for H53 Pfons-Brenner contract section Doppelschild-TBM für das Baulos H53 Pfons-Brenner

struction at the Herrenknecht factory in Schwanau and will be shipped in the spring.

Siebte Tunnelbohrmaschine für den Brenner-Basistunnel

Im Auftrag der Brenner Basistunnel BBT SE (BBT) bauen Arbeitsgemeinschaften in verschiedenen Baulosen zwei Tunnelröhren und einen durchgehenden Erkundungstollen zwischen Innsbruck (Österreich) und Franzensfeste (Italien). Für das Baulos H53 Pfons-Brenner hat Herrenknecht jetzt die erste von zwei Doppelschild-Tunnelbohrmaschinen vorgestellt. Eine Arbeitsgemeinschaft aus den Unternehmen PORR und Marti wird damit 7500 m lange Tunnelröhren in Richtung Innsbruck auffahren. Die österreichischen und schweizerischen Tunnelbauspezialis-

ten der Arbeitsgemeinschaft (Arge) H53 Pfons-Brenner Basistunnel setzen dazu Tunnelbohrmaschinen (TBM) der Bauart Doppelschild von Herrenknecht ein. Doppelschild-TBM vereinen die Funktionsprinzipien von Gripper- und EinfachschildTBM in einer Maschine. Ihr Haupteinsatzgebiet ist das Auffahren langer Tunnel im Hartgestein. Der neue Herrenknecht-Doppelschild für den Brenner Basistunnel hat einen Durchmesser von 10,37 m und mit Nachläufern eine Gesamtlänge von rund 183 m sowie ein Gewicht von rund 2700 t. Die Antriebsleistung beträgt 4550 kW und

Tunnelbau & Geotechnik

ermöglicht ein maximales Drehmoment von 15.000 kNm. Nach der Werksabnahme der Maschine im März 2024 wird die TBM demontiert und in die Montagekaverne südlich von Innsbruck transportiert. Nach ihrem Wiederaufbau wird die TBM im Herbst 2024 den Vortrieb in Richtung Norden zum Nachbarbaulos H21 SillschluchtPfons aufnehmen. Die achte, baugleiche Doppelschild-TBM für den Vortrieb der zweiten Tunnelröhre im Baulos H53 PfonsBrenner wird derzeit ebenfalls im Herrenknecht-Werk in Schwanau gebaut und im Frühjahr ausgeliefert.

iC CONSULENTEN iC consulenten Ziviltechniker GesmbH Schönbrunner Str. 297, 1120 Wien, office@ic-group.org Zollhausweg 1, 5101 Bergheim, officesalzburg@ic-group.org

iC ELEA projektiranje, svetovanje Dunajska cesta 21, 1000 Ljubljana, info@elea.si

ic-group.org

Source: Herrenknecht

Double-shield

Factory acceptance test of TBM for extension to the U2 line in Vienna

The joint venture U2 17-21, consisting of the companies STRABAG and PORR, has been commissioned by Wiener Linien to construct the extension to the subway line 2 from Vienna town hall heading south. Once the station shafts and emergency exits of the individual subway stations are complete, a tunnel boring machine (TBM) will excavate the two roughly 2 km long tubes of the new subway section from autumn 2024. The Austrian tunnelling specialists will be using an EPB shield by Herrenknecht which will be operating under the Austrian capital and has a diameter of 6.84 m, is around 120 m long and weighs roughly 1200 t. With the factory acceptance test of the TBM by Wiener Linien at the end of January 2024, the companies of the joint venture reached a further milestone in the expansion of the U2xU5 public transport network. Starting from the future sta-

tion at Matzleinsdorfer Platz, the machine will tunnel 2.1 km northwards with a drive power of 1920 kW and continue until it is underneath Augustinplatz, connecting all four new stations (U2xS Matzleinsdorfer Platz, U2 Reinprechtsdorfer Straße, U2xU4 Pilgramgasse, U2xU3 Neubaugasse) and their station shafts.

The machine will then be pulled back through the excavated tunnel with segmen-

Project data Vienna Metro Line U2 17-21

tal lining and then excavate the parallel tube from Matzleinsdorfer Platz.

The municipal authorities have decided to expand the metro network in light of the increasing population figures in Vienna.

More than two million people are expected to be living in the city by 2030. According to the authorities, investing in the line expansions will create and around 30,000 secure jobs.

Client Wiener Linien

Ordering party

Length

Joint venture U2 17-21

STRABAG AG PORR Bau GmbH

Werksabnahme der TBM für die Verlängerung der Linie U2 in Wien

Im Auftrag der Wiener Linien baut die Arbeitsgemeinschaft (Arge) U2 17-21 aus den Unternehmen STRABAG und PORR die Verlängerung der U-Bahnlinie 2 vom Wiener Rathaus in Richtung Süden. Nach Fertigstellung der Stationsschächte und Notausstiege der einzelnen U-Bahnstationen wird ab Herbst 2024 eine Tunnelbohrmaschine (TBM) die beiden rund 2 km langen Röhren des neuen U-Bahnabschnitts auffahren. Für den Vortrieb setzen die österreichischen Tunnelbauspezialisten ein EPB-Schild von Herrenknecht ein. Der EPB-Schild für die österreichische Hauptstadt hat einen Durchmesser von 6,84 m, eine Länge von rund 120 m und wiegt insgesamt rund 1200 t. Mit der Ende Januar 2024 erfolgten Werksabnahme der TBM durch die Wiener Linien und den Unternehmen der Arge konnte ein weiterer Meilenstein beim ÖPNV-Ausbau U2xU5 erreicht werden. Der Vortrieb startet an der zukünftigen Station Matzleinsdorfer Platz, von wo aus die Maschine mit einer Antriebsleistung von 1920 kW 2,1 km Tunnel in Richtung Norden bis unter den Augustinplatz auffahren wird. Dabei werden alle vier neuen Stationen (U2xS Matzleinsdorfer Platz, U2 Reinprechtsdorfer Straße, U2xU4 Pilgramgasse, U2xU3 Neubaugasse) und deren Stationsschächte miteinander verbunden. Anschließend wird die Maschine durch den gebohrten und mit Tübbingen ausgebauten Tunnel zurückgezogen, um vom Matzleinsdorfer Platz die Parallelröhre aufzufahren.

Factory acceptance test of EPB for expansion of the U2 line in Vienna Werksabnahme des EPB-Schilds für die Erweiterung der U-Bahnlinie 2 in Wien

Mit der Erweiterung des Metronetzes reagiert die Stadt Wien auf steigende Bevölkerungszahlen. Bis 2030 sollen mehr als zwei Millionen Menschen in der Stadt

Projektdaten Wien Metro Linie U2 17-21

Bauherr

wohnen. Nach Angaben der Stadt werden durch die Investitionen in die Linienerweiterungen rund 30.000 Arbeitsplätze geschaffen und gesichert.

Wiener Linien

Auftraggeber Arge U2 17-21

Vortriebslänge

STRABAG AG PORR Bau GmbH

2 x 2100 m

Maschinentyp 1 x EPB-Schild

Schilddurchmesser 6840 mm

Antriebsleistung 1920 kW

Drehmoment (max.) 15,028 kNm

Source: Herrenknecht

Tunnel renovation on the Lahn Valley section

After nearly a year of preparations, tunnelling work on the Fachingen and Cramberg Tunnels started. The renovation will be carried out by a joint venture consisting of the companies PORR GmbH & Co. KGaA, Feldhaus Bergbau GmbH & Co. KG and Heinz Schnorpfeil Bau GmbH on behalf of Deutsche Bahn. All preparations, such as setting up the construction site area, removal of the tunnel portals, installation of the slope retaining structure, construction of the retaining walls and assembly of the tunnel widening systems, will be carried out between the start of construction in January 2024 and late autumn 2023. To widen the tunnel cross-sections, two tunnel portals will work 426 / 732 m through the mountain in the coming months.

The tunnel-in-tunnel method will be used to carry out the excavation and widening work without disrupting rail operations. 46 m long track-bound tunnel widening system weighing roughly 270 t will be lifted into position. Railway traffic will continue to run in the middle of the existing tubes surrounded by a protective enclosure for the entire duration of the construction work. The necessary equipment, such as chisel bits, drill bits and concrete spraying manipulator, are mounted on the outside of the tunnel widening system. The required material can also be found here.

The drive cycle will start with demolition of the existing shell, consisting of masonry and rear packing. The working face will then be opened and the rock material broken off. Chisels are mainly used for this, occasionally interspersed with controlled detonations to loosen the rock. Once the working face has been sealed or initial tunnel reveal support measures are in place,

Tunnelerneuerungen an der Lahntalstrecke

Nach einem knappen Jahr Vorbereitungszeit sind die Vortriebsarbeiten am Fachinger und am Cramberger Tunnel gestartet. Im Auftrag der Deutschen Bahn führt eine Arbeitsgemeinschaft aus den Unternehmen PORR GmbH & Co. KGaA, Feldhaus Bergbau GmbH & Co. KG, Heinz Schnorpfeil Bau GmbH die Tunnelsanierung durch. Zwischen dem Baubeginn im Januar 2024 und dem Spätherbst 2023 wurden alle Vorarbeiten wie das Herstellen der Baustelleneinrichtungsflächen, der Rückbau der Tunnelportale, die Montage der Hangsicherung, das Herstellen der Anschlagswände sowie die Montage der Tunnelaufweitungssysteme abgeschlossen. Um die Tunnelquerschnitte aufzuweiten, werden sich zwei Vortriebsportale in den nächsten Monaten 426 bzw. 732 m durch den Berg arbeiten.

Die Abbruch- und Aufweitungsarbeiten erfolgen mit der Tunnel-im-Tunnel-Methode im laufenden Bahnbetrieb. Dafür wurden 46 m lange und rund 270 t schwere,

schienengebundene Tunnelaufweitungssysteme (TAS) eingehoben. Auf einem neu verlegten Gleis in der Mitte der Bestands-

the outer reinforcing mesh is installed by grouting in with the steel support arches. Anchors are used in the tunnel if required to secure the rock. An inner layer of reinforcement is then introduced and the depth of the sprayed concrete layer increased to the target thickness. Once the side track has been filled with excavation material, the cycle starts again from the beginning.

röhre läuft der Bahnverkehr im Schutz einer Einhausung während der gesamten Bauarbeiten sicher weiter. An den AußenPROJECTS

Auf einem neu verlegten Gleis in der Mitte der Röhre läuft der Bahnverkehr im Schutz einer Einhausung während der gesamten Bauarbeiten weiter

Lifting in the tunnel drive portal at the Fachingen Tunnel Einhub des Tunnelvortriebsportals am Fachinger Tunnel

Railway traffic will continue to run in the middle of the tubes surrounded by a protective enclosure while construction work is underway.

seiten des TAS ist die notwendige Ausrüstung wie Meißel, Bohrer und Spritzbetonmanipulator montiert. Auch das benötigte Material findet dort Platz. Ein Vortriebszyklus beginnt mit dem Abbruch der Bestandsschale, bestehend aus Mauerwerk und Hinterpackung. Anschließend wird die Ortsbrust geöffnet und das Felsmaterial

PROJECTS

abgebrochen. Dabei kommen überwiegend Meißel zum Einsatz, vereinzelt erfolgen kontrollierte Auflockerungssprengungen. Nach der Versiegelung der Ortsbrust bzw. der Erstsicherung der Tunnellaibung erfolgt der Einbau der äußeren Bewehrungsmatte, die zusammen mit einem Stahlausbaubogen eingespritzt wird.

Zur Gebirgssicherung im Tunnel werden bei Bedarf Anker gesetzt. Abschließend wird eine innere Bewehrungslage eingebaut und die Spritzbetonlage auf Sollstärke ergänzt. Nach dem Verfüllen des seitlichen Fahrwegs mit Ausbruchmaterial beginnt der Zyklus von vorne.

Bauer Spezialtiefbau secures launch shaft for new Metro Line 3 in Panama

Metro Line 3 in Panama is the Panama’s largest construction project since the expansion of the Panama Canal. The new 34 km railway between the stations of Albrook and Ciudad del Futuro is predominantly designed as an above-ground monorail. However, a 6 km section that crosses the Panama Canal will run underground. A

tunnel boring machine (TBM) is being used to construct the required tunnel for this section. But before the machine can start its work, a launch shaft is needed first. The HPH joint venture –comprising Hyundai Engineering & Construction, Posco and Hyundai Engineering Co., Ltd. – tasked Bauer Fundaciones Panama S.A., a subsidiary of Bauer Spezialtiefbau GmbH, with the diaphragm wall work. The scope of service also included installing barrettes along with jet grouting work.

Bauer’s work on this section of project began in July 2023 and is planned to continue

until October 2024. The work is divided into two phases: In the first phase, which has already been completed, Bauer constructed 4837 m3 of diaphragm wall for the starter shaft. In the second phase the elevated railway section will be connected with the underground section using the cut and cover method. An additional 12,000 m3 of diaphragm wall still need to be constructed for this phase. For both work phases, the equipment in use included two MC duty-cycle crane and two BC cutter units from Bauer Maschinen, several KR rigs from Klemm Bohrtechnik GmbH as well as a BE 500 plant from Bauer MAT Slurry Handling Systems. Tight schedule and difficult soil conditions are the biggest challenges at this project. Cutting work in stone with strengths of up to 195 MPa was particularly difficult. In some cases, the diaphragm walls were also embedded up to a depth of 15 m in weathered and solid rock.

To categorize the rock classes, 57 drillings were carried out in advance.

Bauer Spezialtiefbau sichert Startschacht der neuen Metro Linie 3 in Panama

Um einen Startschacht für die TBM herzustellen, führt Bauer Panama umfangreiche Schlitzwand- und HDI-Arbeiten aus

Die Metro Line 3 in Panama ist das größte Bauvorhaben Panamas seit der Erweiterung des Panama-Kanals handelt. Die 34 km lange neue Strecke zwischen der Sta-

Tunnelling

tion Albrook und der Ciudad del Futuro ist überwiegend als Monorail-Hochbahn konzipiert. Ein 6 km langer Abschnitt, der den Panama-Kanal quert, soll jedoch unterirdisch verlaufen. Für die Herstellung des dafür notwendigen Tunnels kommt eine Tunnelbohrmaschine (TBM) zum Einsatz. Damit diese aber überhaupt ihren Dienst aufnehmen kann, braucht es zunächst einen Startschacht. Das HPH Joint Venture – bestehend aus der Hyundai Engineering & Con-

struction, Posco und der Hyundai Engineering Co. Ltd. – beauftragte Bauer Fundaciones Panama S.A., ein Tochterunternehmen der Bauer Spezialtiefbau GmbH, mit den notwendigen Schlitzwandarbeiten. Auch die Ausführung von Barettes sowie Düsenstrahlarbeiten (HDI) gehören zum Leistungsumfang.

Die Arbeiten haben im Juli 2023 begonnen und dauern voraussichtlich bis Oktober 2024. Sie gliedern sich in zwei Phasen: In der ersten, bereits abgeschlossenen Phase stellte Bauer 4837 m3 Schlitzwand für den Starterschacht her. In der zweiten Phase wird die Verbindung des oberirdischen mit dem unterirdischen Streckenabschnitts in offener Bauweise realisiert. Dafür müssen weitere 12.000 m3 Schlitzwand hergestellt werden. Für beide Arbeitsphasen kommen unter anderem zwei MC Seilbagger und zwei BC Fräseinheiten von Bauer Maschinen, mehrere KR Bohrgeräte der Klemm

Source: Bauer

The connection between the above-ground and underground sections will be realised using the cut and cover method

Die Verbindung zwischen dem oberirdischen und dem unterirdischen Streckenteil wird in offener Bauweise (cut and cover) realisiert

Bauer Panama is carrying out extensive diaphragm wall and HDI work to create a launch shaft for the TBM

Source: Bauer

Bohrtechnik GmbH sowie eine BE 500

Anlage der Bauer MAT Slurry Handling Systems zum Einsatz. Ein enger Zeitplan und schwierige Bodenverhältnisse sind die größten Herausforderungen bei diesem Projekt. Insbesondere das Fräsen in Gestein mit Festigkeiten von bis zu 195 MPa stellte eine Schwierigkeit dar. Hinzu kam in einigen Fällen die bis zu 15 m tiefe Einbindung in verwitterten und soliden Fels. Zur Kategorisierung der Gesteinsklassen waren vorab 57 Bohrungen durchgeführt worden.

PROJECTS

Breakthrough for HS2’s longest tunnel

With the breakthrough on 27 February 2024, HS2’s first tunnel boring machine (TBM), called “Florence”, finished driving the 16 km long Chiltern Tunnel. The Chilterns Tunnel is the longest tunnel for the new HS2 highspeed rail line in the UK. The twintube tunnel with an overburden of 90 m will be 16 km long and excavated using two tunnel boring machines (TBMs). Two identical variable density TBMs from Herrenknecht with a diameter of 10.24 m will be used. The machines were specially developed for the mix of chalk and flint un-

Special winches

Skip and equipment platform s Jetwash wheel washing plants

www.alba.at

der the Chilterns. With a weight of around 2000 t and a length of 170 m, they are among the largest TBMs ever used in the UK. A second TBM, named “Cecilia”, broke through on 20 March 2024. The machines move forward at an average advance rate of 16 m/d. Both TBM commenced from the south portal near the M25 towards South Heath in Buckinghamshire in May 2021 and June 2021 respectively and are operated by HS2’s main works contractor, Align – a joint venture formed of three international infrastructure companies: Bouygues Travaux Publics, Sir Robert McAlpine, and Volker Fitzpatrick.

TBM “Florence”, is one of ten TBM excavating the approx. 51.2 km tunnel on the new railway linking London Euston with Birmingham. Four similar TBMs are being used for the London approach tunnels, while another two will work on Birmingham’s Bromford tunnel. Preparations are also underway for the launch of two more machines to excavate the Euston tunnels.

HS2 is a new highspeed rail line in the UK connecting London, the Midlands, the

HS2 staff and contractors watch the breakthrough of Florence at the end of her 16 km drive under the Chilterns

HS2-Mitarbeiter und Auftragnehmer beobachten den Durchbruch von Florence am Ende ihrer 10 Meilen langen Fahrt unter den Chilterns

North and Scotland – including eight of the country’s ten largest cities. HS2 Phase 1 comprises 224 km of highspeed line with four new stations at Euston, Old Oak Common in northwest London, Interchange Station east of Birmingham and Curzon Street in Birmingham. Of these, more than 51 km run in tunnels and over 16 km via bridges and overpasses. In addi-

Durchbruch für den längsten Tunnel von HS2

Chiltern Tunnel, November 2022 – View inside HS2‘s Chiltern tunnel, with one of the 38 cross-passages visible to the right

Chiltern-Tunnel, November 2022 – Blick in den Chiltern-Tunnel von HS2, rechts ist einer der 38 Querschläge zu sehen

Mit dem Durchbruch am 27. Februar 2024 beendete die erste, „Florence“ genannte Tunnelbohrmaschine (TBM) den Vortrieb im 16 km langen Chiltern Tunnel. Der Chilterns Tunnel ist der längste Tunnel für die neue Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnstrecke HS2 in Großbritannien. Der zweiröhrige Tunnel mit einer Überdeckung von 90 m wird mittels zweier TBM aufgefahren. Zum Einsatz kommen zwei identische Variable Density TBM von Herrenknecht mit einem Durchmesser von 10,24 m. Die Maschinen wurden speziell

für den für den Mix aus Kreide und Feuerstein unter den Chilterns entwickelt. Mit einem Gewicht von rund 2000 t und einer Länge von 170 m gehören sie zu den größten bisher in Großbritannien eingesetzten

TBMs. Die zweite TBM mit dem Namen „Cecilia“ schaffte den Durchbruch am 20. März 2024. Die Maschinen erreichen im Durchschnitt eine Vortriebsleistung von rund 16 m/d. Beide Maschinen starteten im Mai 2021 bzw. Juni 2021 am Südportal nahe der M25 Richtung South Heath in Buckinghamshire vom Südportal aus und werden vom HS2-Hauptauftragnehmer Align betrieben, einem Joint Venture aus den Unternehmen Bouygues Travaux Publics, Sir Robert McAlpine und Volker Fitzpatrick.

tion to the Chiltern tunnel and the Wendover tunnel in Buckinghamshire, other tunnels are being built in London (Northolt Tunnel, Euston Tunnel), the West Midlands (Bromford Tunnel, Burton Green Tunnel) and in Warwickshire and Northamptonshire (Chipping Warden Tunnel, Greatworth Tunnel, Long Itchington Wood Tunnel).

„Florence“ ist eine von zehn TBM, die für die neue Eisenbahnstrecke zwischen London Euston und Birmingham rund 51,2 km Tunnel auffahren. Vier ähnliche TBMs werden für die Londoner Zufahrtstunnel eingesetzt, zwei weitere für den BromfordTunnel in Birmingham. Für den Vortrieb des Euston-Tunnels kommen ebenfalls zwei TBM zum Einsatz.

HS2 ist eine neue HochgeschwindigkeitsEisenbahnstrecke in Großbritannien, die London, die Midlands, den Norden und Schottland miteinander verbindet – darunter acht der zehn größten Städte des Landes. Phase 1 umfasst 224 km Hochgeschwindigkeitsstrecke mit vier neuen Bahnhöfen in Euston, Old Oak Common im Nordwesten Londons, Interchange Station östlich von Birmingham und Curzon Street in Birmingham. Davon verlaufen mehr als 51 km in Tunneln und über 16 km über Brücken und Überführungen. Neben dem Chilterns Tunnel und dem Wendover Tunnel in der Grafschaft Buckinghamshire entstehen weitere Tunnel in London (Northolt Tunnel, Euston Tunnel), den West Midlands (Bromford Tunnel, Burton Green Tunnel) sowie in den Grafschaften Warwick-shire and Northamptonshire (Chipping Warden Tunnel, Greatworth Tunnel, Long Itchington Wood Tunnel).

Source: HS2

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HS2

Call for papers – Topics for the next issues of Geomechanics and Tunnelling

The table below shows the topics 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 submitted 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 untenstehenden Tabelle zusammengefasst. Das Redaktionsteam bittet um Beitragsvorschläge. Unter Berücksichtigung des Reviews sollten die Beiträge mindestens vier Monate vor dem Erscheinungstermin eingereicht werden. Beiträge sollten online eingereicht werden (http://mc.manuscriptcentral.com/geot).

Darüber hinaus sind Baustellenreportagen, technische Berichte und Mitteilungen aus der Industrie jederzeit willkommen.

IssuePublication dateTopics

4/24August 2024

Soft ground tunnelling, EPB vs. slurry shields Tunnelbau im Lockergestein, Erddruck- vs. Flüssigkeitsschilde

5/24October 2024 73th Geomechanics Colloquium 73. Geomechanik Kolloquium

6/24December 2024

1/25February 2025

2/25April 2025

3/25June 2025

Home of Construction

Austrian Tunnel Day Österreichischer Tunneltag

Sustainability in tunnelling Nachhaltigkeit im Tunnelbau

Projects in Scandinavia (Special Civil Eng.) Projekte in Skandinavien (Spezialtiefbau)

The role of digitization in engineering geologic investigations Rolle der Digitalisierung bei ingenieurgeologischen Erkundungen

Bauen mit Herz und Verstand. Jedes Projekt ist anders und muss individuell geplant und ausgeführt werden.

Seit über 150 Jahren steht die PORR für höchste Kompetenz in allen Bereichen des Bauwesens. porr.at

Obituary Dr. Hermann Brandecker

On January 29, 2024, Dr. Hermann Brandecker died in his 102nd year. After serving in the Wehrmacht during the Second World War, Hermann Brandecker finished his studies of geology in Leoben and Graz. In April 1950, he was able to begin his career with Leopold Müller, who opened his office for “geology and construction” in Salzburg during this time. Brandecker witnessed the first “Salzburg Colloquium” in 1951, which developed into the annual “Salzburg Geomechanics Colloquium” under the leadership of Leopold Müller in the following years.

After successful realisation of various projects such as the renovation of the Hohensalzburg Fortress, the Felbertauern Tunnel, the Braz, Ötztal and Sylvenstein hydro caverns, he started collaborating with Dr. Christian Veder in 1952. Veder was offered a chair by the Technical University of Graz later. Further, the geotechnical supervision of drilling and injection work at the Kamptalsperre Dobra, the geological investigations for the Ottenstein dam, but also construction management tasks such as the modification of the Karawanken Railway Tunnel fell into this period.

An offer from the Salzburg energy company (SAFE) for the early geological investigations and the construction of the Dießbach reservoir in the area of the „Steinernes Meer“ brought Brandecker back to Salzburg.

Brandecker was able to refute the reservations of older colleagues about this reservoir location in a karst area thanks on his geological-hydrogeological knowledge, but also based on his experience with sealing, so that the dam construction and filling could be realised successfully. Subsequently, Brandecker resisted tempting offers of Universities and Institutions abroad, because of his bond to his home.

In 1957, the uncertain step into self-employment followed: on recommendation of Schadler, the former Upper Austrian state geologist, he began working on the realisation of the Austrian motorway network.

Up to 20 drilling rigs were used for the geological investigation of the 36 km long Mondsee – Seewalchen stretch, which had to be supervised.

This was the beginning of an outstanding geotechnical work on the Austrian motorway: He supervised the construction of the Innkreis, Mühlkreis, Pyhrn, Süd- and Tauern motorways as well as the Semmering expressway. During that time, Brandecker proved his extraordinary ability to quickly grasp geological phenomena and present them in models understandable and comprehensible from a civil engineering point of view.

Only a few projects that Brandecker worked on can be mentioned here: the Schottwien valley crossing, the Gigerach arch bridge over the Salzach river, 50 m high cooling towers in heavily tectonized limestone of the Pyrenees and several road tunnels in Salzburg and Upper Austria.

Nachruf Dr. Hermann Brandecker

Am 29. Januar 2024 verstarb Dr. Hermann Brandecker im 102. Lebensjahr. Nach mehreren Jahren bei der Wehrmacht im Zweiten Weltkrieg konnte Hermann Brandecker nach seinem Studium der Geologie in Leoben und Graz seinen Berufsweg im April 1950 bei Leopold Müller beginnen, der in dieser Zeit sein Büro für

„Geologie und Bauwesen“ in Salzburg eröffnete. Dabei erlebte Brandecker 1951 das erste „Salzburger Kolloquium“, das sich unter der Führung von Leopold Müller in den Folgejahren zum jährlich stattfindenden „Salzburger Geomechanikkolloquium“ fort entwickelte.

Brandecker’s particular passion, which he indulged in until well into his 80s – then in collaboration with his son Harald – was hydrogeology: he was widely recognised for his investigations to secure the drinking water supply for the greater Salzburg area, which also resulted in numerous scientific papers.

Of course, in a brief description of his life, it is only possible to mention individual professional achievements and successes of Dr. Hermann Brandecker.

As one of those who were fortunate enough to gain their first professional experience with his help and support, it is particularly important to me to emphasise Hermann Brandecker as a person: In addition to his exceptional technical knowledge and gifted understanding of how to record and visualise the geological properties of the underground for a civil engineer, Hermann Brandecker remained true to his modest, uncomplicated and unaffected nature to the very end.

His unreserved co-operation with other disciplines, which contributed greatly to the acceptance of construction geology in civil engineering, but above all his cordiality in his dealings with his family and friends and his open-mindedness towards everything new are just some of the traits that characterised him.

Until the end of his life, he followed with great interest everything that had to do with his profession – or, more accurately, his calling. It was a pleasure for his dialogue partner to listen to him, even in his old age, when he compared recent events with experiences from his long career. His astonishing memory continued to amaze right up to the end.

Nach erfolgreichen Bearbeitungen verschiedener Projekte wie etwa der Sanierung der Festung Hohensalzburg, des Felbertauern Tunnels, der Kraftwerkskavernen Braz, Ötztal und Sylvenstein begann 1952 die Zusammenarbeit mit dem später an die Technische Universität Graz berufenen Dr. Christian Veder. Die baugeologi-

Dr. Hermann Brandecker

sche Betreuung von Bohr- und Injektionsarbeiten an der Kamptalsperre Dobra, die Untersuchungen für die Sperre Ottenstein, aber auch Bauleitungsaufgaben wie z. B. die Sanierung des Karawanken-Eisenbahntunnels fallen in diese Zeit.

Ein Angebot des Salzburger Energieunternehmens (SAFE) für die baugeologischen Voruntersuchungen und den notwendigen Bau des Dießbach-Speichers im Steinernen Meer holten Brandecker nach Salzburg zurück.

Brandecker konnte die Bedenken älterer Fachkollegen gegen diesen Speicherstandort in einem Karstgebiet aufgrund seiner geologisch-hydrogeologischen Erkenntnisse, aber auch dank seiner Erfahrungen mit Sperrenabdichtungen entkräften, so dass der Dammbau und der Aufstau erfolgreich realisiert werden konnte. Nachfolgenden Verlockungen von Berufungen an Institute im Ausland widerstand Brandecker nicht zuletzt wegen seiner Verbundenheit mit der Heimat.

Im Jahr 1957 folgte der damals ungewisse Schritt in die Selbständigkeit: über Empfehlung von Schadler, dem früheren oberösterreichischen Landesgeologen, begann seine Mitarbeit bei der Realisierung des Österreichischen Autobahnnetzes. Für die Voruntersuchung der 36 km langen Strecke Mondsee – Seewalchen waren bis zu 20 Bohrgeräte im Einsatz, die baugeologisch zu betreuen waren. Damit war der Anfang zu einer außergewöhnlichen geotechni-

schen Bearbeitung des österreichischen Autobahnnetzes gesetzt: in den Folgejahren bewies Brandecker mit der baugeologischen Betreuung von Innkreis-, Mühlkreis-, Pyhrn-, Süd- und Tauernautobahn sowie der Semmering Schnellstrasse seine außerordentliche Fähigkeit, geologische Phänomene rasch zu erfassen und in bautechnisch verständlichen Modellen des Baugrundes darzulegen.

Nur einige Projekte, die Brandecker bearbeitet hat, können hier angeführt werden: der Talübergang Schottwien, die Bogenbrücke Gigerach über die Salzach, 50 m hohe Kühltürme in stark tektonisierten Kalken des Pyrenäenvorlandes und mehrere Tunnelbauwerke des Salzburger und Oberösterreichischen Straßennetzes.

Brandeckers besondere Vorliebe, der er bis weit in seine 80er Jahre – dann in Zusammenarbeit mit seinem Sohn Harald –frönte, galt der Hydrogeologie: Mit den Untersuchungen, die zur Sicherstellung der Trinkwasserversorgung des Großraumes Salzburgs dienten, machte er sich weithin bekannt. Bleiben wird ein großes Werk, das auch zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten umfasst.

In einer Kurzdarstellung seines Lebensweges können natürlich nur einzelne fachliche Leistungen und Erfolge von Dr. Hermann Brandecker angeführt werden.

Als einer derjenigen, die das Glück hatten, die ersten Berufserfahrungen unter seiner

Mithilfe und Unterstützung zu sammeln, ist es mir ein besonderes Anliegen, den Menschen Hermann Brandecker hervorzuheben: Neben den außergewöhnlichen fachlichen Kenntnissen und des begnadeten Verständnisses für die Erfassung und Darstellung der Eigenschaften des Baugrundes für den Bauingenieur ist Hermann Brandecker seinem bescheidenen, unkomplizierten und ungekünstelten Wesen bis zum Schluss treu geblieben. Seine vorbehaltlose Zusammenarbeit mit anderen Fachdisziplinen, die sehr viel zur Akzeptanz der Baugeologie im Bauwesen beigetragen hat, vor allem aber seine Herzlichkeit im Umgang mit seiner Familie und seinen Freunden sowie seine Aufgeschlossenheit gegenüber allem Neuen sind nur einige der Wesenszüge, die ihn auszeichnen.

Bis zu seinem Ende verfolgte er mit großem Interesse, was mit seinem Beruf –oder zutreffender mit seiner Berufung –zu tun hatte. Und für seinen Gesprächspartner war es ein Vergnügen, ihm auch noch im hohen Alter zuzuhören, wenn er kürzlich Geschehenes mit Erfahrungen aus seinem langen Wirken verglich. Sein erstaunliches Gedächtnis verblüffte bis zu seinem Ende.

D. Bechtold

Abdichtung/ Waterproofing

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Ankersysteme/ Anchor Systems

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Betonmischanlagen/ Concrete Mixing Plants

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Erdgefrierung/ Ground Freezing

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Gesteinsaufbereitung/ Aggregate Processing

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Injektionstechnik/ Injection Technology

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TBM-Tunnelbau/ TBM-Tunnelling

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Tunnelabdichtung/ Tunnel Sealing

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Tunnelausrüstung/ Tunnel Equipment

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IDS Beratende Ingenieure GmbH Ingenieurbüro für Elektrotechnik und Maschinenbau

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Tunnelbautechnische Beratung/ Consulting in Tunnelling

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iC consulenten

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Geotechnisch-tunnelbautechnische Beratung

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Tunnelinstandsetzung/ Tunnel Rehabilitation

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Tunnelkonsolidierung/ Consolidation of Tunnel Constructions

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Development of the lining stress controller

In squeezing rock, there is a risk that the lining will be overstressed. If the deformation of the rock mass is obstructed, the stresses in the lining increase and can cause the shotcrete lining to spall. In practice, attempts are made to overcome such phenomena by leaving open longitudinal slots in the shotcrete shell in combination with other measures, e.g. reinforced anchoring of the rock face. Open deformation slots were used early on in the New Austrian Tunnelling Method, e.g. in the construction of the first tube of the Tauern Tunnel.

A collapse in the Galgenberg Tunnel prompted a revision of the concept of open slots. Deformable elements were tested and installed in the slots with the aim of increasing the resistance of the ductile lining. It should be noted that the deformation resistance of the yielding elements is lower than the strength of the young shotcrete, which does not yet have its full load-bearing capacity when the yielding elements are installed. This means that the deformation resistance should be low at the beginning and increase with increasing deformation.

Schubert et al. introduced a system in which pipes are loaded and compressed in the axial direction. Several pipes were arranged between base plates, which also served as moulds for the deformation slots.

To reduce the high load peak before the pipes buckled, the pipe cross-section was weakened by drilling holes distributed around the circumference at the lower end of the pipe. The deformation resistance of the pipes was between 100 and 200 kN [1]. One disadvantage of this system was the strong oscillation of the load-displacement curve. Moritz adapted the system in order to increase the load-bearing capacity and reduce the oscillation of the load-displacement curve. To do this, he used shorter guiding tubes to control the formation of folds. Different tube dimensions are possible and allow adaptation to the project boundary conditions [2, 3]. The LSCs have proven themselves in a whole series of pro-

jects, including the second tube of the Tauern Tunnel.

In further development stages, this system was refined with a porous filling material and various inlays in order to achieve a uniform working capacity, reduce initial stiffness and lower production costs. A special steel is used that permits large expansions. The guiding tubes are dispensed with. As a result, DSI Underground introduced a new generation of Lining Stress Controllers, the LSC-N system, in 2016, which were used in the SBT 1.1 and SBT 2.1 construction lots of the Semmering Base Tunnel, among others [4].

Drei Generationen von Stauchelementen: a) Prototyp; b) verbessertes LSC-Element; c) LSC-NElement mit porösem Füllmaterial

Fig. 1 LSC Elements used in the second tube of the Tauern tunnel Einsatz der LSC-Elemente beim Bau der zweiten Röhre des Tauerntunnels

Fig. 2 Three generations of yielding elements: a) prototype; b) improved LSC Element; c) LSC-N Element with porous filler

(Source:

System description

The load-bearing resistance of LSC Elements is lower than the strength of the primary lining. Thus, large deformations can be absorbed by LSC Elements before the tunnel lining is damaged. Single yielding elements are aligned between base plates. These plates fix the position of the yielding elements and limit LSC Elements towards the tunnel lining. Each yielding element has a factory-set imperfection where controlled deformations start in case of excessive loading. Base plates can be fitted with customized mounting or reinforcement bars.

LSC Elements consist of following elements:

–Base plates,

–Yielding elements: Steel pipes with a defined material behaviour in combination with a porous filling material and a porous concrete inlay, –Mounting (reinforcement) bars.

The overall load-bearing resistance characteristics of the yielding element is defined by type, quantity, and length of LSC-N Elements and adapted to the load-bearing ca-

Entwicklung der Lining Stress Controller

In druckhaftem Gebirge besteht die Gefahr, dass der Ausbau überbeansprucht wird. Wenn die Verformungen des Gebirges behindert werden, nehmen die Spannungen in der Schale zu und können so ein Abplatzen der Spritzbetonschale verursachen. In der Praxis wird versucht, solche Phänomene durch das Offenlassen von Längsschlitzen in der Spritzbetonschale in Kombination mit weiteren Maßnahmen, z.B. verstärkte Ankerung des Gebirgsmantels, zu bewältigen. Offene Schlitze wurden schon früh im Rahmen der Neuen Österreichischen Tunnelbauweise eingesetzt, z.B. beim Bau der ersten Röhre des Tauerntunnels.

Ein Verbruch beim Galgenbergtunnel war Anlass, das Konzept der offenen Schlitze zu überarbeiten. Es wurden verformbare Elemente erprobt, die in den Schlitzen installiert werden mit dem Ziel, den Widerstand des nachgiebigen Ausbaus zu erhöhen. Dabei ist darauf zu achten, dass der Verformungswiderstand der Nachgiebigkeitselemente geringer ist als die Festigkeit des jungen Spritzbetons, der beim Einbau der Nachgiebigkeitselemente noch nicht seine volle Tragfähigkeit besitzt. Das heißt, der Verformungswiderstand sollte anfangs gering sein und mit zunehmender Verformung ansteigen.

Schubert et al. führten ein System ein, bei dem Rohre in axialer Richtung belastet und gestaucht werden. Mehrere Rohre waren zwischen Stirnplatten, die gleichzeitig als Schalung für die Deformationsschlitze dienten, angeordnet. Zur Reduzierung der hohen Lastspitze vor dem Ausbeulen der Rohre wurde der Rohrquerschnitt durch über den Umfang verteilte Bohrungen am unteren Rohrende geschwächt. Der Stauchwiderstand der Rohre lag zwischen 100 und 200 kN [1]. Ein Nachteil dieses Systems war die starke Oszillation der Arbeitslinie. Moritz passte das System an, um eine Erhöhung der Tragfähigkeit zu erreichen und die Oszillation der Arbeitslinie zu reduzieren. Dazu verwendete er kürzere Hüllrohre, um die Faltenbildung zu kontrollieren. Das neue System zeigt eine annähernd bilineare Arbeitslinie. Unterschiedliche Rohrdimensionen sind möglich und lassen eine Anpassung an die Projektrandbedingungen zu [2, 3]. Die LSC bewährten sich bei einer ganzen Reihe von Projekten, unter anderem auch bei der zweiten Röhre des Tauerntunnels.

In weiteren Entwicklungsschritten wurde dieses System mit einem porösen Füllmaterial und verschiedenen Inlays verfeinert, um ein gleichmäßiges Arbeitsvermögen zu erreichen, die Anfangssteifigkeit zu verrin-

pacity of the primary lining and typical displacements of the rock mass. So, projectspecific adaptation of the LSC Elements geometry can be realised and load-deformation characteristics can be changed to permit an adaption of the support resistance working lines.

Main advantages of the LSC-N system are:

–Maintenance of supporting forces and optimum utilization of the load-bearing capacity of the primary lining,

–Controlled stress release and deformability,

–Steady increase of support resistance while undergoing large deformations,

–Rapid increase of support resistance in slowly increasing deformations

–Avoidance of excessive tunnel liner overstressing,

–Custom-specific adaptation of the deformation characteristics (force-shortening behaviour) of LSC Elements in accordance with project requirements.

Further information www.dsiunderground.com

gern und die Produktionskosten zu reduzieren. Dabei wird ein spezieller Stahl verwendet, der große Dehnungen zulässt. Auf die Hüllrohre wird verzichtet. Als Ergebnis führte DSI Underground im Jahr 2016 eine neue Generation von Lining Stress Controllern ein, das System LSC N, das unter anderem in den Baulosen SBT 1.1 und SBT 2.1 des Semmering Basistunnels zum Einsatz kam [4].

Systembeschreibung

Der Tragwiderstand der LSC-Elemente ist geringer als die Festigkeit der Primärschale. So können große Verformungen von den LSC-Elementen aufgenommen werden, bevor die Tunnelauskleidung beschädigt wird. Einzelne nachgiebige Elemente werden zwischen den Stirnplatten ausgerichtet. Diese Platten fixieren die Position der Nachgiebigkeitselemente und begrenzen die LSC-Elemente in Richtung der Tunnelauskleidung. Jedes Nachgiebigkeitselement verfügt über eine werkseitig eingestellte Imperfektion, bei der im Falle einer übermäßigen Belastung kontrollierte Verformungen einsetzen. Die Grundplatten können mit kundenspezifischen Befestigungs- oder Bewehrungsanschlüssen versehen werden.

Fig. 3 Installed LSC Elements with four deformation pipes Eingebaute LSC-Elemente mit vier Stauchrohren

(Source: DSI Underground)

LSC-Elemente bestehen aus folgenden Komponenten:

–Stirnplatte, –Nachgiebigkeitselemente: Stahlrohre mit einem definierten Materialverhalten in Kombination mit einem porösen Füllmaterial und einer Porenbetoneinlage, –Montageanschlüsse (Bewehrungsstäbe).

Die Gesamttragfähigkeitscharakteristik der Stauchelemente wird durch Art, Anzahl und Länge der LSC N-Elemente bestimmt und auf die Tragfähigkeit der Primärschale und typische Verschiebungen des Gebirges optimiert. So lassen sich projektspezifische Anpassung der LSC-Elementgeometrie realisieren und Arbeitslinien an den erforderlichen Stützwiderstand anpassen.

Die wesentlichen Vorteile des LSC N-Systems sind:

–Erhaltung des Ausbauwiderstands und optimale Ausnutzung der Tragfähigkeit der Tunnelauskleidung, –Kontrollierte Spannungsabtragung bzw. Nachgiebigkeit, –Langsamer Anstieg des Ausbauwiderstands bei großen Verschiebungen, –Schneller Anstieg des Ausbauwiderstands bei langsam eintretenden Verschiebungen, –Vermeidung von Überbeanspruchungen der Tunnelauskleidung, –Kundenspezifische Anpassung der Stauchcharakteristik der LSC-Elemente an alle Verformungscharakteristiken.

Weitere Informationen www.dsiunderground.com

References

[1] Schubert, W; Golser, J.; Schwab, P. (1996) Weiterentwicklung des Ausbaus für stark druckhaftes Gebirge in Felsbau 14, no. 1, pp. 36–40.

[2] Schubert, W; Moritz, B. (1998) Controllable Ductile Support System for Tunnels in Squeezing Rock in Felsbau 16, no. 4, pp. 224–227.

Fig. 5 Example working lines of the LSC N system with three compliant elements (type 3) with upper and lower limits

Beispielhafte Arbeitslinien des LSC N-Systems mit drei nachgiebigen Elementen (Typ 3) mit Ober- und Untergrenzen

[3] Moritz, B. (1999) Ductile Support System for Tunnels in Squeezing Rock. Doctoral Thesis. Graz University of Technology.

[4] Schubert, W; Brunnegger, S.; Staudacher, R.; Wenger, J. (2018) Further development of yielding elements and connecting elements for shotcrete / Weiterentwicklung von Stauchelementen und Spritzbetonanschlüssen in Geomechanics and Tunnelling 11, No. 5, pp. 575–581.

Fig. 4 LSC-N elements used in the Semmering base tunnel Einsatz der LSC-N-Elemente beim Bau des Semmering Basistunnels

Swiss Tunnel Congress 2024

5 to 7 July 2024, Lucerne, Switzerland

Topics

• Materials management and sustainability in tunnelling (Colloquium)

• Swiss projects

• International procjects

www.swisstunnel.ch

9. Felsmechanik- und Tunnelbautag

13. Juni 2024, Weinheim, Deutschland

Themen

• Felsmechanik, Tunnel- und Untertagebau

• Nachhaltigkeit

• Projekte

https://felsmechanik.eu/

Injektionen im Untertagebau

20. Juni 2024, Leoben, Österreich

https://www.subsurface.at/

8. Münchener Tunnelbau Symposium 2024

5. Juli 2024, Neubiberg, Deutschland

Themen

• Tunnel in Bayern

• Nachhaltigkeit im Tunnelbau

• Vertragsmodelle und Risiko

• Internationale Großprojekte

www.fvki.de

Eurock 2024

15 to 19 July 2024, Alicante, Spain

Topics

• Rock properties, testing methods and site characterization

• Rock mechanics for infrastructures

• Mining rock mechanics and rock engineering

• Design methods and analysis

• Rock mechanics for heritage

• Geophysics in rock mechanics

• Numerical modelling and back analysis

• Monitoring and back analysis

• Underground excavation and support

• Risk and hazard

• Applicability of Eurocode 7 in rock engineering

• Geomechanics for the oil and gas industry

• Ores, building and industrial rocks

• Appliccation of artificial intelligence to problems of rock mechanics

• Remote sensing in rock mechanics

• Geothermal technology

• Rock Mechanics education and training

https://eurock2024.com

38. Baugrundtagung

25. bis 27. September 2024, Bremen, Deutschland

Themen

• Forschung, Entwicklung, Digitalisierung

• Erdbau

• Normung / Zuverlässigkeitsbasierte Methoden

• Infrastruktur und Tunnelbau

• Ressourceneffizientes Bauen und Nachhaltigkeit in der Geotechnik / Zertifizierung

• Bewertung, Sanierung und Nachnutzung von alternden Konstruktionen

• Spezialtiefbau / Baugrundverbesserungen

• Risikomanagement und Schadensfälle in der Geotechnik

www.baugrundtagung.com

Austrian Tunnel Day

9 October 2024, Salzburg, Austria

Topics

• 50 years of ITA

• Major international projects

• Digitalization in tunnel construction

• Field reports on new contract models

• Presentation of new guidelines for tunnel construction

www.geomechanics-congress.com

73th Geomechanics Colloquium

10 and 11 October 2024, Salzburg, Austria

Topics

• Assessment and repair of infrastructure

• Climate change-related natural hazards

• Geothermal energy

• Stability of rock slopes

www.geomechanics-congress.com

53. Geomechanik-Kolloquium

15. November 2024, Freiberg, Deutschland

Themen

• Labor- und Feldversuche

• Numerische Simulationen

• Endlagerung

• Bergbau

• Alternative Nutzung des Untergrunds

https://blogs.hrz.tu-freiberg.de/anmeldunggmk/ifgt/

1st International Rock Mass Classification Conference (RMCC)

30 to 31 October 2024, Oslo, Norway

Topics

• Comparing and correlating rock mass classification systems

• Today‘s rock mass classification systems in the light of sustainability, demographic change, digitalization, and open data

• Digital methods and modern technology for rock mass classification and characterization

• The future of rock mass classification –questioning the state of art

www.rmcc2024.com

Spritzbeton-Tagung 2025

23. und 24. Januar 2025, Alpbach, Austria

www.spritzbeton-tagung.com

World Tunnel Congress 2025

9 to 15 May 2025, Stockholm, Sweden

Topics

• Innovative tunnelling

• Safety underground

• Use of underground space

• Investigations and ground characterization

• Planning and design of underground space

• Conventional tunnelling

• Mechanised tunnelling

• Complex geometries including shafts and ramps

• Grouting and groundwater control

• Instrumentation and monitoring

• Operation, inspection, and maintenance

• Contractual aspects, financing, and risk management

• Impact from climate change

Abstracts should be submitted by 31 May 2024.

www.wtc2025.se

and Tunnelling 17 (2024),

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 permission of the publisher Ernst & Sohn. Additional information can be obtained from the Website https://www.ernst-und-sohn.de/en/notes-for-journal-authors

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 for single blind review 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 print print+online

Subscription price 176 € 220 €

Members of the Austrian Association for Geomechanics (OeGG) receive the journal Geomechanics and Tunnelling as part of their membership. Student prices, bulk prices and further currencies on request. All prices are net-prices exclusive of VAT but include postage and handling charges. Prices are valid from 1st September 2023 to 31st August 2024. Errors and changes reserved.

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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.

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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.

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Editorial staff

Editor in chief: Dr.-Ing. Helmut Richter, Ernst & Sohn

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Project editor: Esther Schleidweiler, Ernst & Sohn

Tel.: +49 (0)30/47031-267 esther.schleidweiler@wiley.com

Editorial board

Chairmen:

 Dipl.-Ing. Gernot Jedlitschka / Geoconsult ZT GmbH, Austria, 5412 Puch bei Hallein

 Dr. Bernd Moritz / ÖBB-Infrastruktur AG, Austria, 8020 Graz

Members:

 Prof. Georgios Anagnostou / ETH Hönggerberg, Switzerland, 8093 Zurich

 Prof. Daniela Boldini / Sapienza University of Rome, Italy, 00185 Rome

 Prof. Tarcisio B. Celestino / Themag Engenharia & USP, Brasil, Sao Paulo

 Prof. Xia-Ting Feng / The Chinese Academy of Sciences, China, 430071 Wuhan

 Prof. Robert Galler / Montanuniversität Leoben, Austria, 8700 Leoben

 Dr. Andreas Goricki / 3G Gruppe Geotechnik Graz, Austria, 8010 Graz

 Dr. Karl Grossauer / iC consulenten Ziviltechniker GesmbH, Austria, 1120 Vienna

 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.techn. Gerold Lenz / iC consulenten Ziviltechniker GesmbH, Austria, Salzburg

 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. Barbara Schneider-Muntau / Universität Innsbruck, Austria, 6020 Innsbruck

 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

 Prof. Gerald Zenz / Technische Universität Graz, Austria, 8010 Graz

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Inserts:

This issue contains following insert: Ernst & Sohn GmbH, 10245 Berlin

During a construction project carried out in 2022, the sealing under an 85 m high rockfill dam had to be strengthen by additional grouting. This involved drilling of 4700 m of boreholes from the inspection gallery to depths of up to 70 m. In addition to strong water ingress with up to 8 bar back pressure, complex geological conditions also had to be mastered during execution.

Bei einer im Jahr 2022 ausgeführten Baumaßnahme wurde der Dichtschirm unter einem 85 m hohen Steinschüttdamm durch zusätzliche Injektionen ertüchtigt. Dazu wurden über 4700 m Bohrungen aus dem Kontrollgang heraus in Tiefen von bis zu 70 m abgeteuft. In der Ausführung mussten dabei neben starken Wasserzutritten mit bis zu 8 bar Gegendruck auch komplexe geologischer Verhältnisse beherrscht werden.

Preview / Vorschau 3/24

Geotechnical challenges in hydraulic engineering

Geotechnische Herausforderungen im Wasserbau

Roman Marte

Water reservoirs influenced by slow moving landslides Wasserspeicher im Einflussbereich von langsam ablaufenden Großmassenbewegungen

Manfred Scheikl

Considerations for the static and seismic design of pumped storage reservoirs in soft soils and high seismic environments

Mohammadreza Faraji Tilehnoei, Kourosh Shahriar, Hassan Madani

Numerical modeling of optimum spacing of TBM disc cutters, using a Finite Element Method simulation

Irmina Pöschl, Johannes Kleberger, João Dinis, Teoman Hizal

Cetin Dam – repairing troubled slopes

Cetin Damm – Probleme der beiden Talflanken während der Bauzeit

Carl Philipp Friedinger, Simon Christian Becker, Philip Sander Research and Comparison of Delivery Models at the Gemeinschaftskraftwerk Inn

Vorstellung der Untersuchung der Projektabwicklungsmodelle am Gemeinschaftskraftwerk Inn (GKI) für die Bauzeit

Johann Hechenbichler, Adrian Kainrath, Jörg Friedrich, Christoph Ortner

Grouting measures to strengthen a sealing shield under complex geological boundary conditions

Injektionsmaßnahmen zur Ertüchtigung eines Dichtschirmes unter komplexen geologischen Randbedingungen

(Subject to modifications) (Änderungen vorbehalten)

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