Geomechanik und Tunnelbau最新文献

Tunnel excavation failures remain a significant challenge in geotechnical engineering, despite advancements in tunneling processes and risk management frameworks. This article explores the recurring mechanisms of tunnel failures, examines the limitations of current tunneling practices, and presents a methodology to mitigate failures. Drawing on four case histories, the analysis underscores the critical influence of human factors, the incomplete handling of uncertainty, and the limited predictive capacity of existing methods. The article concludes with recommendations to improve robustness in design by integrating ground behavior classification with observed support performance and aligning design and risk analysis with failure mechanisms.

The Karavanke tunnel is a double tube double lane motorway tunnel connecting Slovenia and Austria through the Karavanke massif with overburden up to 1100 m. On the Slovenian side, the tunnel runs through very diverse ground conditions, considering a 1 km long section in soft and highly deformable Permo-Carboniferous claystones, siltstones, and sandstones (PC) under high overburden as the major challenge. Construction of both tunnel tubes in PC, the Western tube in  80 s and the Eastern tube recently, was characterized with large deformations up to 1.6 m and heavy damage of the primary lining requiring an extensive remediation of the initially installed lining, sometimes even several times. This article focuses solely on the Permo-Carboniferous section and presents the construction of the Western tube, application of the lessons learned into the design of the Eastern tube, performance of the designed primary lining in the Eastern tube, development and application of an alternative excavation and support concept to cope with the extreme deformations, and remediation of the primary lining using solely fiber reinforced shotcrete (fibercrete).

Karawankentunnel: Erfahrungen beim Vortrieb in extrem drückendem Gebirge

Der Karawankentunnel ist ein zweiröhriger, zweispuriger Autobahntunnel, der Slowenien und Österreich durch das Karawankenmassiv verbindet und stellenweise eine Überdeckung von bis zu 1 100 m aufweist. Auf der slowenischen Seite verläuft der Tunnel durch sehr unterschiedliche Gebirgsverhältnisse; als größte Herausforderung gilt ein etwa 1 km langer Abschnitt in weichen und hoch verformbaren permokarbonischen Ton-, Silt- und Sandsteinen (PC) unter hoher Überdeckung. Der Vortrieb beider Tunnelröhren in diesem PC-Abschnitt – die Weströhre in den 1980er-Jahren und die Oströhre in jüngerer Zeit – war durch große Verformungen von bis zu 1,6 m und erhebliche Schäden an der Primärsicherung gekennzeichnet, die eine umfangreiche Sanierung der ursprünglich hergestellten Sicherung erforderlich machten, teilweise sogar mehrfach. Dieser Beitrag konzentriert sich ausschließlich auf den PC-Abschnitt und beschreibt den Bau der Weströhre, die Umsetzung der gewonnenen Erkenntnisse in die Planung der Oströhre, die Leistungsfähigkeit der bemessenen Primärsicherung in der Oströhre, die Entwicklung und Anwendung eines alternativen Ausbruch- und Sicherungskonzepts zur Beherrschung des druckhaften Gebirges sowie die Sanierung der Primärsicherung ausschließlich unter Verwendung von faserbewehrtem Spritzbeton.

Brittle fault zones in Alpine regions are typically characterised by pronounced heterogeneity, resulting in highly variable stress distributions and displacement patterns within the surrounding rock mass and the underground structure. These conditions frequently lead to significant face instabilities, overbreaks and collapses during tunnelling. A systematic analysis of several Alpine tunnel projects has revealed a correlation between the occurrence of such incidents when the excavation approaches a relatively stiff rock mass section. Notably, the transition towards zones of increased rock mass stiffness can be predicted by observing the longitudinal displacements and/or displacement vector orientation. Findings of this research highlight that these displacement trends serve as potential early indicators of an impending stress-induced tunnel collapse and thus enable the proactive adjustment of excavation and support measures. Numerical simulations confirmed these findings. This approach helps to avoid dangerous, costly and time-consuming rehabilitation works and increases the safety of the crew.

Prognose von spannungsinduzierten Verbrüchen im Tunnelbau auf Basis von Verschiebungsmessungen

Spröde Störungszonen in den Alpen sind typischerweise durch eine ausgeprägte Heterogenität gekennzeichnet. Diese führt zu stark variierenden Spannungsverteilungen und Verschiebungen im umgebenden Gebirge sowie im unterirdisch zu errichtenden Bauwerk. Solche Bedingungen verursachen häufig Ortsbrustinstabilitäten, Überbrüche und Verbrüche während des Tunnelvortriebs. Die systematische Analyse mehrerer alpiner Tunnelprojekte zeigt einen Zusammenhang zwischen dem Auftreten solcher Vorfälle und dem Annähern des Vortriebs an Bereiche mit relativ steifem Gebirge. Solche Übergänge zu Bereichen erhöhter Gebirgssteifigkeit können durch die Beobachtung der Längsverschiebungen und/oder der Vektororientierung prognostiziert werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, dass diese Trendlinien als potenzielle Indikatoren für einen bevorstehenden, spannungsbedingten Verbruch des Tunnels dienen und somit eine vorausschauende, proaktive Anpassung der Vortriebs- und Sicherungsmaßnahmen ermöglichen. Numerische Simulationen haben die Beobachtungen bestätigt. Dieser Ansatz trägt wesentlich dazu bei, gefährliche, kostenintensive und zeitaufwendige Sanierungsarbeiten zu vermeiden und erhöht zugleich die Sicherheit des Vortriebspersonals.

On 21 October 1994, a collapse occurred in the Central Terminal Area (CTA) Tunnels of the Heathrow Express Project. The New Austrian Tunnelling Method (NATM) ‒ new in the UK ‒ was used in London Clay. The New Engineering Contract (NEC) and a self-certification system were chosen by the client British Airport Authority (BAA). This contractual setup was a major contributing factor to the incident. The article describes the circumstances and events which lead to the collapse, the trial in the Criminal Court and the lessons learned.

NATM Tunnel – Verbruch am Flughafen Heathrow

Am 21. Oktober 1994 ereignete sich in der zentralen Station des Heathrow Express Projekts ein Einsturz. Neu für das UK war der Bau nach der Neuen österreichischen Tunnelbaumethode. Der Bauherr, British Airport Authority, wählte als Vertragsform den New Engineering Contract (NEC) mit Selbstkontrolle durch die Baufirma. Dies trug wesentlich zum Verbrauchsereignis bei. Der Beitrag behandelt die Vorgänge, die zum Verbruch führten, das Gerichtsverfahren und Folgerungen.

Installation of double corrosion protected DSI micropiles, more on Page 677. (Photo: Sandvik Ground Support)

Fires in railway tunnels pose a considerable challenge to the integrity of the structures. The main objective of the research project "Structural fire protection in railway tunnels", funded by the German Centre for Railway Research (DZSF), is to experimentally investigate the fire behaviour of tunnel concrete under realistic conditions. The background to this includes new developments in concrete technology and the limited data available on the influence of these parameters on spalling. A cascading experimental approach was used for the analysis. The first step involved meso-scale screening tests for the three main tunnel construction methods – shotcrete, segmental and cut and cover construction. Practical concrete mixes were used, some of which were taken directly from construction sites. These fire tests served to narrow down the relevant factors at the material level. In a second step, large-scale fire tests were carried out on loaded test specimens to investigate the behaviour of the components. This article presents the test programme, the methodology used and initial observations on the behaviour of the concretes tested under fire conditions. The findings presented here represent an intermediate step and will be evaluated and developed in a further phase of the project.

Eurocodes provide a common approach for the design and verification of buildings and other civil engineering works. The suite of European standards is recommended as a reference for technical specifications of public contracts. However, there is no specific guidance addressing the challenges regarding tunnels and other underground structures. This article aims to address the challenges in developing Eurocodes to cover the design and verification of not only above- or near-surface applications but also tunnels and underground structures. The possibilities of utilising standards as a tool for risk mitigation and balancing the requirements of safety, serviceability, durability, robustness and sustainability will be explored.