TUNNEL 2011 02 Tunnel Brenner Basistunnel

7/30/2019 TUNNEL 2011 02 Tunnel Brenner Basistunnel

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Österreich Austria18 Tunnel 2/2011

Brenner Basistunnel:RealisierungsstandDer 64 km lange Brenner Basistunnel (BBT) ist

ein ach verlauender Eisenbahntunnel zwi-

schen Innsbruck/A und Franzenseste/I. Er ist Teil

der europäischen TEN 1 Achse, die den Ausbau

eines länderübergreienden Schienenkorridors

vorsieht (Bild 1). Der BBT besteht aus 2 paral-

lelen Hauptröhren sowie einem darunter lie-genden Erkundungsstollen. Im März 2011 sind

16 km Erkundungsstollen und Zuahrtstunnel

errichtet. Im olgenden Beitrag wird der aktuelle

Stand der Arbeiten dargestellt.

Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr. Dr. Konrad Bergmeister, Brenner Basistunnel BBT SE,Innsbruck/A, [email protected], www.bbt-se.com

1 Technisches KonzeptDer Brenner Basistunnel ist

ein nahezu horizontal verlau-

ender Eisenbahntunnel mit

zwei parallelen Röhren. Der

Tunnel weist zwischen den

Bahnhöen Innsbruck und

Franzenseste eine Länge von

55 km au und wird südlich von

Innsbruck mit der bereits be-

stehenden auch unterirdisch

verlauenden Umahrung ver-

bunden. Mit dieser Umahrung

und dem Basistunnel entsteht

damit die weltweit längste un-

terirdische Eisenbahnstreckemit einer Gesamtlänge von

etwa 64 km.

Mittig unterhalb der bei-

den Eisenbahntunnelröhren

bendet sich 12 m tieer ein

Erkundungsstollen. Dieser wird

zuerst abschnittsweise vor dem

Bau der Hauptröhren errichtet,

um hauptsächlich das Gebirge

zu erkunden. Im endgültigen

Ausbau wird dieser Erkun-

dungsstollen durchgehendgebaut, sodass er dann als

Entwässerungsstollen und bei

Notwendigkeit als Dienststol-

len genützt werden kann [1].

Die wichtigsten Kenndaten

des Brenner Basistunnels mit

der Umahrung von Innsbruck

sind (Bild 2):

• Länge:

64 km

• Längsneigung:

5,0 ‰ bis 6,7 ‰

• Scheitelhöhe des Basis-

tunnels:

795 m ü.d.M.

• Nettoquerschnitt der

Hauptröhren:ca. 43 m2

• Minimalquerschnitt des

Erkundungsstollens:

ca. 26 m2

• Abstand der Querschläge:

300 m.

2 Aktueller Realisie-rungsstand2.1 Stand der Genehmigungen

Das technische Projekt und die

Umweltverträglichkeit wurdebereits 2009 von den Staaten

Österreich (15. April 2009 Ei-

senbahnrechtliche und UVP-

Genehmigung) und Italien

Brenner Base Tunnel:Project statusThe 64 km long Brenner Base Tunnel (BBT) is

a at trajectory railway tunnel between Inns-

bruck/A and Franzeneste/I. It is part o the Euro-

pean TEN 1 axis, which oresees the construc-

tion on a rail corridor linking countries together.

The BBT comprises 2 parallel main bores as well

as the exploratory bore located beneath them.In March 2011, 16 km o exploratory tunnel and

access tunnel had been completed. The ol-

lowing report deals with the stage reached by

the construction activities.

1 Basic concept The Brenner Base Tunnel is a ne-

arly horizontal rail tunnel with 2

parallel tubes. The tunnel runs

or 55 km between the railway

stations o Innsbruck and For-

tezza and is connected south

o Innsbruck with the already

existing underground by-pass.

This bypass and the Base Tunnel

make up the world‘s longest un-

derground railway, with a total

length o about 64 km.An exploratory tunnel runs

between and 12 m deeper than

the 2 tubes o the rail tunnel.

This wil l be buil t in sect ions

beore the construction o the

main tubes, primarily to explore

the rock mass. This exploratory

tunnel will be completed to run

end-to-end in the nal phase

o construction, so that it may

be utilized as a drainage tunnel

and, i necessary, as a service

tunnel [1].

The main characteristics o the

Brenner Base Tunnel are (Figure 2):

• Length:

64 km

• Longitudinal gradient:

5.0 ‰ to 6.7 ‰

• Crown height of the Base

Tunnel:

795 m above sea level

• Net cross-section of the

main tubes:

about 43 m2

• Minimum cross-section of

the exploratory tunnel:

about 26 m2

• Clearance of the cross-cuts:

300 m.

2 Current planningstatus2.1 Current state of the aut-

horization procedures

The technical project was aut-

horized and the environmental

compatibility conrmed by the

governments o Austria (April

15th 2009 authorization accor-

ding to the Austrian law on rail-

ways and EIA approval) and Italy

(July 31th 2009 CIPE decision) in2009. By the end o 2010 prepa-

ratory work was undertaken and

approx. 15 km o the exploratory

tunnel and the access tunnel had



Brenner Basistunnel 19Brenner Base TunnelTunnel 2/2011

(31. Juli 2009 CIPE-Beschluss)

genehmigt. Bis Ende 2010wurden bauvorbereitende Ar-

beiten und etwa 15 km an Er-

kundungs- und Zugangsstollen

gebaut. In der Phase I, zwischen

1999 und 2002 wurde das Vor-

projekt erarbeitet. Ab 2003 bis

2008 wurden im Rahmen der

Phase II über 26.000 m an Er-

kundungsbohrungen, das tech-

nische Einreichprojekt und die

Planungen zur Umweltverträg-

lichkeit durchgeührt.Am 18. November 2010

wurde in Italien durch eine

weitere CIPE-Genehmigung

die weitere Finanzierung und

der Beginn der Phase III (Reali-

sierungsphase) beschlossen. In

Österreich hat der Ministerrat

am 1. Februar 2011 die weitere

Finanzierung von Bauarbeiten

zur Bauvorbereitung und ver-

tieten Erkundung beschlossen.

Mit der Errichtung der Haupt-

baulose soll 2016 begonnen

werden. Die Fertigstellung

des Brenner Basistunnels ist

ür 2025 geplant.

2.2 Projektübergreifende

Regelplanung (guide design)

Im Februar 2011 wurde die

projektübergreiende Regelpla-

nung europaweit ausgeschrie-

ben. Durch diese gesamtheit-

liche Planungsgrundlage soll

eine homogene und solideBasis ür die Folgeplanungen

gebildet werden. Die wesent-

lichen Elemente dieser gesamt-

heitlichen Planung sind:

• Überarbeitung der Trassie-

rung mit Einarbeitung sämt-

licher Optimierungen

• Normative Grundlagen und

technische Vorgaben ür

die losbezogene Ausschrei-

bungs- und Ausührungs-

planung

• Grundsätze ür die Bemes-

sung, die konstruktive Durch-

bildung ür eine Lebensdauer

von 200 Jahren

• Erstellen von detaillierten

Schnittstellen- und Typen-

plänen

• Toleranzvorgaben (vermes-

sungs- und baumethoden-

abhängige Toleranzen) unter

Berücksichtigung der Folge-

gewerke

• Vorkehrungen ür den bahn-

technischen Ausbau.

Zusätzlich wird die gesamte

Trassierung vom UTM in ein

projektbezogenes Koordina-

tensystem BBT-TM gebracht,

das durch eine transversale

Mercatorprojektion erzeugt

wird. Damit wird die mittlere

Projekthöhe von 720 m or-

been built. In phase I, rom 1999

to 2002, the preliminary project

was developed. Between 2003

and 2008, in phase II, more than

26.000 m o prospection borings,

the technical nal project and the

Alpenquerende Eisenbahntransversale

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Österreich20 Austria Tunnel 2/2011

thometrische Höhe estgelegt,

was ca. 770 m ellipsoidischer

Höhe entspricht. Das Projekt

liegt somit in einem Gebiet ca.

10 km östlich und westlich vom

Mittelmeridian. In diesem Fall

beträgt die Streckenverzerrung

weniger als 2 bis 3 mm/km.

Im so geschafenen Bezugs-

system muss keine weitere Ro-tation durchgeührt werden, da

die Meridiankonvergenz ein-

ach zu berechnen ist und der

sich daraus ergebende Reduk-

tionsefekt au die Richtungen

unbedeutend ist (der Konver-

genzwinkel beträgt ca. 4’).

2.3 Georeferenzierte

Planungsgrundlagen

Die gesamte Planung des Bren-

ner Basistunnels wurde au geo-

reerenzierten Daten auge-

baut [2]. Das Projekt wurde mit

den Koordinaten UTM-WGS84

ausgearbeitet. Man bediente

sich dabei der internationa-

len Vereinbarung, bei der die

Projektion der ellipsoidischen

geographischen Koordinaten

WGS84 nach Gauss erolgt.

Mittels querachsiger Zylinder-

projektion wurde mit einem

Massstabsaktor von 0.9996

und unter Verwendung des

Streiens 32 gerechnet; bei die-sem Ansatz ist der Mittelmeridi-

an bei 9° Länge und besitzt eine

E-Koordinate von 500 km, wäh-

rend die N-Koordinaten ihren

Ursprung am Äquator haben.

Das Projektgebiet liegt am

östlichen Punkt 2°40’ vom

Mittelmeridian des Streiens

enternt; daher ist auch die

Meridiankonvergenz, sprich

der Unterschied zwischen dem

geographischen und dem Git-ternord, beträchtlich. Daher ist

es vorteilhat, die Projektdaten

in ein ebenes Bezugssystem zu

transormieren, das den Tras-

planning or environmental com-

patibility were completed.

On November 18th, 2010 urther

nancing and the start o phase

III (building phase) in Italy were

approved by CIPE. On February

1st,2011 Austria´s ederal Cabinet

approved urther nancing o pre-

paratory construction works and

in-depth prospection. The starto construction work in the main

construction lots is scheduled or

2016 and the completion o the

Brenner Base Tunnel or 2025.

2.2 Cross-project system plan-

ning (guide design)

In February 2011, the cross-project

system planning was tendered

Europe-wide, to create a solid,

uniorm basis or subsequent

planning. The essential elementso this integrated planning are:

• Revision o the route planning

incorporating all optimiza-

tions

• Regulatory principles and

technical specications orthe lot-based tendering and

executive planning

• Principles or the design and

construction detailing or a

service lietime o 200 years

• Creation o detailed interace

and type plans

• Tolerances (surveying and

construction method-de-

pendent tolerances), taking

into account the subsequent

works

• Measures or development o

the railway inrastructure.

In addition, the entire UTM-based

route planning was placed in a

project-specic coordinate system:

BBT-TM, produced by a transverse

Mercator projection. Thus, the ave-

rage orthometric height o 720 m

or the project was determined,

which is about a 770 m ellipsoidal

height. The project lies thereore

in an area about 10 km east and

west o the central meridian. The

distance distortion in this case is

less than 2 to 3 mm/km.

Thus, or this reerence sys-

tem, no urther rotation must

be perormed, as the meridian

convergence is easy to calcu-

late and the resulting reduction

efect on the directions is insig-

nicant (the convergence angleis about 4‘).

2.3 Geo-referenced data

and WebGis

The entire planning o the Brenner

Base Tunnel was based on geo-

reerenced data. The pro ject was

developed with UTM -WGS84 co-

ordinates, using the international

agreement or the projection o

the WGS84 ellipsoidal geographic

coordinates according to Gauss.Calculation was done by means o

a transverse cylindrical projection,

applying a scale actor o 0.9996

or strip 32; using this approach

Regelquerschnitt durch TBM

Standard cross-section o the TBM

2




sierungstätigkeiten besser an-

gepasst ist. Damit werden dieUnterschiede zwischen den

Projektdaten und den Trassie-

rungsdaten minimal und auch

am Rand unbedeutend:

System UTM-WGS84

• Ost = 692294,890

• Nord = 5206131,024

• H (UELN)= 804,942

• Long. = 11° 31’ 42.5775”

• Lat. = 46° 58’ 50.7947”

Der Berührungspunkt des Zylin-

ders ans Ellipsoid ist der Schwer-

punkt des Projektes, das ist der

Hochpunkt der Projektachse

(Ost-Röhre – Gl.1) und liegt in

der Nähe der Staatsgrenze zwi-

schen Italien und Österreich.

Für die geographische Deniti-

on derselben werden olgende

Kenndaten verwendet:

Ellipsoid WGS84

• Mittelmeridian des Streiens =

11° 31’ 42.5775”

• Gebrauchskoordinate

Ost = y0 = 20000.000 m

• Gebrauchskoordinate

Nord = x0 = -5105739,717 m

• Maßstab Faktor = 1.000121

Der Vorteil bei dieser Vorge-

hensweise liegt darin, dass ür

das gesamte Bauwerk ein ein-

ziges System verwendet wer-den kann, und dies ohne die

Probleme, die normalerweise

entstehen, wenn ür jeden Tun-

nelabschnitt andere Systeme

verwendet werden.

Das neue Bezugssystem,

das von einer transversalen

Mercatorprojektion erzeugt

wird, trägt die Bezeichnung

BBT_TM-WGS84 und wird ol-

gende Koordinaten haben:

x (Nord); y (Ost).

3 BauzeitplanDas Bauprogramm des Bren-

ner Basistunnels 2010 wurde

the central meridian is at 9° lon-

gitude, with an E-coordinate o

500 km, while the N-coordinates

originate at the equator.

The project area is located 2°40‘

east o the central meridian o the strip; so, the meridian con-

vergence, or the dierence

between geographical and

grid north, is considerable.

Thereore , it is advantageous

to transorm the project data

into a lat reerence system

that is better adapted to route

planning operations. The di-

erences between the project

data and the line routing are

thereore minimal and margi-

nally insigniicant:

UTM-WGS84 system

• East = 692294.890

• North = 5206131.024

• H (UELN) = 804.942

• Long. = 11° 31’ 42.5775”

• Lat. = 46° 58’ 50.7947”

au Basis der UVP-Genehmi-

gungen von vielen Optimie-

rungen erstellt. Nach einer ein-

gehenden Analyse wurde das

Bauprogramm in Form eines

Weg-Zeit-Diagramms erstellt.

Notwendig war es dabei neben

den verschiedenen Vortriebsme-

thoden auch die Planungs- und

Ausschreibungs- bzw. Vergabe-

zeiten zu berücksichtigen. Zu-

sätzlich wurden internationale

Erahrungen bereits realisierter

Tunnelbauten einbezogen. Das

Weg-Zeit-Diagramm umasst die

gesamten Bautätigkeiten vom

Rohbau bis zur Inbetriebnahme

und die dazu notwendigen Pla-

nungsleistungen ohne Berück-sichtigung der derzeit noch nicht

bekannten Projektrisiken.

Das weitere Bauprogramm

sieht eine Auteilung der Arbei-

ten in 5 Hauptbaulose vor:

• 2 Baulose ür den Erkun-

dungsstollen und zur Bau-

vorbereitung sowie

• 3 Hauptbaulose.

Der durchgehende Erkun-dungsstollen wird etwa 1/3

konventionell und 2/3 ma-

schinell vorgetrieben. Die Zu-

ahrtstunnel werden ausschließ-

Kostengruppe

Rohbau 65 %

Ausrüstung 15 %

Management und Grundeinlöse 12,5 %

Risikovorsorge 7,5 %

Gesamt (Preisbasis 1. Januar 2010) 7,46 Mrd. €

Tabelle 1: Kosten des Brenner Basistunnels nach Kostengruppen

Table 1: Costs o Brenner Base Tunnel by cost groups

Cost group

Basic structure 65 %

Outtting and Equipment 15 %

Management and land acquisition 12,5 %

Provision or risks 7,5 %

Total (Base Price 1 January 2010) 7.46 billion €

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3

Bauzeitplan 2010 des Brenner Basistunnels – auch als „Bergmeister-Plan“ bekannt geworden

Construction Schedule 2010 o Brenner Base Tunnel – also known as „Bergmeister Plan“

Bauprogramm Brenner-Basistunnel 2010 / Construction Schedule 2010 of Brenner Base Tunnel




Dear reader,

unortunately this construction

schedule is only available in a

width o 1.40 m in the Brenner

Base Tunnel oce. And this is

not possible to print without gi-

ving you a magniying glass to

read. But you´re lucky to choose

your tunnel-homepage www.

tunnel-online.ino and insert the

ollowing webcode “TNL0O5CZ”

in the search button. I you do

this, you directly will open a pd

where you can have a look on the

schedule much more bigger.

Liebe Leser,

leider ist der Bauzeitplan im

Büro des Brenner Basistunnels

ganze 1,40 m breit und damit

einach viel zu groß, um hier

lesbar ohne Lupe abgedruckt

werden zu können. Aber Sie

haben die Möglichkeit, au

Ihrer tunnel-homepage unter

www.tunnel-online.ino im

Sucheld olgenden webcode

„TNL0O5CZ“ einzugeben unddirekt im pd zu landen, das Sie

sich dann entsprechend vergrö-

ßert anschauen können.




lich konventionell hergestellt.

Beim Bau der Hauptbaulose

teilen sich die Bauverahren

au etwa 1/4 konventionelle

und 3/4 maschinelle Bauver-

ahren au. Auch die Verbin-

dungstunnel mit der Umah-

rung von Innsbruck werden

konventionell hergestellt.

Das Bauprogramm 2010 des

Brenner Basistunnels wurde au

Basis der UVP-Genehmigungen,

neuer baulogistischer Optimie-

rungen und verbesserter ge-

ologischer und hydrogeolo-

gischer Kenntnisse erarbeitet.

Dieser Bauzeitplan (wird in den

Medien als Bergmeister-Plan

bezeichnet) wurde im Au-sichtsrat der BBT SE genehmigt

und bildet die Grundlage ür

die weiteren Investitionsmit-

telabüsse und Bauvorhaben

(Bild 3).

4 PrognostizierteGesamtkostenDie Kosten des Brenner Basis-

tunnels wurden au der Grund-

lage des Einreichprojektes 2008

großteils mit der Positionsme-thode ermittelt. Zusätzlich

wurden die Kosten der vorge-

schriebenen UVP-Maßnahmen

und der externen Bewertung

berücksichtigt. Auch wurde

eine Valorisierung der pro-

gnostizierten Gesamtkosten

vom 1. Juli 2006 bis zum 1.

Januar 2010 durchgeührt

(Tabelle 1).

Im Risikoanteil wurden

au der Grundlage einer ana-

lytischen Risikoanalyse die

identizierten Risiken mit einer

hohen und mittleren Eintritts-

wahrscheinlichkeit berück-

sichtigt. Zur Berücksichtigung

der erwartbaren, aber derzeit

noch nicht identizierbaren

und quantizierbaren Risiken

wurde au der Grundlage der

österreichischen ÖGG-Richt-

linie: „Kostenermittlung ürProjekte der Verkehrsinra-

struktur“ (Version 2005) eine

Abschätzung der notwendigen

Risikovorsorge augrund von

langjährigen Erahrungswerten

ür Inrastrukturprojekte vorge-

nommen [3]. Dieser zusätzliche

Anteil errechnet sich au 602

Mio. Euro. Augrund der ös-

terreichischen ÖGG-Richtlinie

errechnet sich eine gesamte

Risikovorsorge au 1.144 Mio.Euro (theoretisch ermittelte Ri-

sikovorsorge mit mittlerer und

hoher Eintrittswahrscheinlich-

keit und die erwartbaren, aber

The point o contact o the cylin-

der to the ellipsoid is the ocus

o the project, which is the high

point o the project axis (East-

tube - Tr.1) and lies near the bor-

der between Italy and Austria.

The ollowing data are used or

the geographical denition:

Ellipsoid WGS84

• Central meridian o the strip =

11° 31‘ 42.5775“

• Function coordinate

East = y0 = 20000,000 m

• Function coordinate

North = x0 = -5105739.717 m

• Scale actor = 1.000121

The advantage o this approachis that a single system can be

used or the entire construction

project, without the problems

arising that are ordinarily incurred

when diferent systems are used

or each tunnel sections.

The new reerence system,

which is produced by a trans-

verse Mercator projection, is

called BBT_TM-WGS84 and will

have the ollowing coordinates:

x (North), y (East).

3 Construction schedule The 2010 Brenner Base Tun-

nel construction program was

prepared on the basis o many

improvements according to EIA

approvals. The construction pro-

gram was set orth in the orm o

a time-phased workload chart

ollowing a detailed analysis. It

was necessary to take into ac-

count, besides the various tun-

nelling methods, the planning

and tendering and procurement

times. Additionally, international

experience rom already cons-

tructed tunnels was included.

The time-phased workload di-

agram covers the entire range

o construction activities rom

the structural work through to

the start o operations and the

necessary planning serviceswithout considering the yet

unknown project risks.

The program provides or the

construction work to be divided

into 5 main lots:

• 2 construction lots or the

exploratory tunnel and part

o the main tunnel and

• 3 main construction lots.

About 1/3 o the exploratory

tunnel is to be excavated with

conventional and 2/3 with me-

chanical tunnelling methods. The

access tunnels will be excava-

Geologisches Längsprol

Geological longitudinal section

4




derzeit weder quantizierbaren

noch identizierbaren Risiken).

Mit dieser Risikovorsorge er-

rechnen sich die prognostizier-

ten Gesamtkosten des Brenner

Basistunnels bezogen au den

1. Januar 2010 au 8.062 Mio.

Euro.

ted exclusively by conventional

means. About 1/4 o the cons-truction o the main building lots

will take place with conventional

and about 3/4 with mechanical

excavation methods. The tunnels

connecting with the Innsbruck

by-pass are to be excavated con-

ventionally.

The 2010 Brenner Base

Tunnel building program was

prepared according to EIA ap-

provals, new improvements

in construction logistics and

improved geological and hy-

drological knowledge. This

construction program (known

to the media as the Bergmeister

Plan) was approved by the BBT

SE Supervisory Board and is the

basis or urther investments and

works (Figure 3).

4 Projected total costs

The costs o the Brenner Base Tunnel have been largely deter-

mined using the item method

on the basis o the 2008 nal

project. In addition, the costs o

compulsory EIA measures and

external evaluation were consi-

dered. The estimated total costs

rom 1 July 2006 to 1 January

2010 were also value-adjusted

(Table 1).

Based on a risk analysis, the

risks considered were those iden-tied as having a medium and

high probability o occurrence.

In order to take account o those

risks which may be expected but

are currently not yet identiable

and quantiable, the ÖBB (2007)

manual to determine costs and

the Austrian ÖGG directive „Cost

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Bauarbeiten im Erkundungsstollen Innsbruck - Ahrental

Construction o the exploratory tunnel Innsbruck - Ahrental

5 Geologische Erkennt-

nisse durch den Erkun-dungsstollenDer Bau der Erkundungsstollen

dient primär der Vorerkundung

[4]. Beim Erkundungsstollen

Innsbruck – Ahrental wird die

geologische Dokumentation

von internem BBT-Personal

durchgeührt, um das Wissen

und die Erahrung ür die wei-

tere Planung zu verbessern. In

geologisch schwierigen Ab-

schnitten (Störzonen) wird je-der Abschlag dokumentiert, bei

monotonen Verhältnissen bzw.

Abschnitten mit gleichblei-

bender Geologie jeder zweite

Abschlag. Bei der geologischen

Ortsbrustkartierung wird der

anstehende Gesteinstyp, die

gesteinsphysikalischen Para-

meter wie Härte und Verwit-

terung, die Ausbildung und

Raumstellung der maßgeb-

lichen Trennächen und die

Bergwasserverhältnisse beob-

achtet, gemessen und auge-

zeichnet. Die dabei erhobenen

Daten werden über die Tun-

neldatenbanksotware „2-DOC“

verwaltet und entsprechende

Abschlagsberichte erstellt.

Ebenso werden kontinuierlich

geologische Längenschnitte

erstellt, die die augeahrene

Geologie zusammenassenddarstellen. Ebenso erolgt in

regelmäßigen Abständen eine

Berichterstattung an die zu-

ständige Behörde.

Wertvolle Erkenntnisse

konnten bereits bei beiden Er-

kundungsstollenabschnitten

im Innsbrucker Quarzphyllit

und im Brixner Granit gewon-

nen werden (Bild 4).

5.1 Innsbrucker Quarzphyllit

Die beiden Tunnelbauwerke

Erkundungsstollen Innsbruck

– Ahrental und der Zuahrtstun-

nel Ahrental des Erkundungs-

loses Innsbruck – Ahrental lie-

gen zur Gänze in Gesteinen derInnsbrucker Quarzphyllitzone.

Diese Tunnelabschnitte werden

zyklisch mittels Sprengvortrieb

erstellt [5]. Die Innsbrucker

Quarzphyllitzone ist au den

ersten ca. 14 km des BBT-Tun-

nelsystems vom Portal Inns-

bruck aus zu durchörtern. Sie

reicht von Innsbruck, im Westen

begrenzt durch das Wipptal,

bis in das Navistal, wo sie mit

Gesteinen des Tauernenstersverschuppt bzw. durch eine

großangelegte Störungszone

mit Gesteinen des Tauernens-

ters getrennt ist.

Der „Quarzphyllit“ ist eine

Wechsellagerung aus unter-

schiedlichen Phylliten mit

quarzitischen und gneisigen

Lagen. Es ist ein Gestein, das

schierig bis dünnplattig bricht

und hauptsächlich aus Schicht-

silikaten (Glimmer) und Quarz

besteht. Die Schieerung als

Haupttrennäche liegt ach.

Der Quarzphyllit ist augrund

seines hohen Glimmeran-

teils ein dichtes Gestein, es

wurden vorab nur sehr ge-

ringe Wasserzuüsse in den

Tunnel prognostiziert. Die in

ihm eingelagerten, kleinräu-

migen Kalkmarmor- und Do-

lomitmarmorkörper könnenmit Bergwasser angereichert

sein. Werden sie beim Tunnel-

vortrieb „angestochen“ rinnt

dieses Wasser binnen Tagen

aus und versiegt dann. Dies

wird trefich mit dem Begri

des „Ausblutens“ bezeichnet.

5.1.1 Erkundungsstollen

Innsbruck - Ahrental

Der Ausbruchquerschnitt

dieses ast 6 km langen Stol-lens beträgt etwa 26 m2. In

diesem Abschnitt konnten

Abschlagslängen bis zu 2,20 m

augeahren werden. Augrund

analysis or transport inrastruc-

ture projects“ (2005) were used

to estimate the necessary risk

provisions on the basis o many

years o experience in inrastruc-

ture projects [3].

This additional quota is calcu-

lated as 602 mio. Euro. Based on

the Austrian ÖGG directive, totalrisk provision is 1,144 mio. Euro

(risk provision or theoretical risks

with a medium-high probability

occurrence and the expectab-

le, but still not identiable and

quantiable risks). With this risk

provision the projected total

costs o the Brenner Base Tun-

nel on 1 January 2010 is 8,062

mio. Euro.

5 Geological evidence

from the exploratorytunnelConstruction o the exploratory

tunnels is primarily or preliminary

exploration [4]. In the Innsbruck

5




einer Ausarbeitung der Ober-

lächengeologie wurden ür

den Erkundungsstollen meh-

rere Schwäche- bzw. Bruch-

zonen, sog. Störungszonen

prognostiziert. Entlang dieser

Störungszonen wurde das

Gestein durch gebirgsbilden-

de Prozesse zerbrochen undzerrieben. Gerade ür die Que-

rung des Lanser Sees wurden

mehrere derartige Bruchlinien

augrund Oberächenkartie-

rungen und Lutbildauswer-

tungen vorhergesagt. Es wurde

daher beürchtet, dass der Tun-

nelvortrieb beim Anschneiden

derartiger Störungen den Was-

serhaushalt des Lanser Sees

geährden könnte. Tatsächlich

wurde im Tunnelvortrieb bei

der Unterahrung des LanserSee Gebietes ungestörtes Ge-

birge angetroen. Die insge-

samt anallenden Bergwasser-

mengen betragen bislang nur

- Ahrental exploratory tunnel, ge-

ological documentation by inter-

nal BBT personnel will be carried

out to improve knowledge and

experience or urther planning.

In geologically dicult sections

(ault areas) each advance will be

documented, in uniorm condi-

tions or sections with the same

geology, every second advance.

In the geological mapping o the

rock ace, the bedrock ace type,

the rock physical parameters such

as hardness and weathering, the

ormation and spatial position

o the relevant joints and the

mountain water conditions will

be observed, measured and re-

corded. The data collected will

be managed through the tunnel

database sotware „2-DOC“ and

corresponding advancement

reports created. Continuous tra-

cking o geological sections will

be set up, in which the extended

geology is summarized. Similarly,




knapp 0,1 l/s und sind damit

deutlich weniger als die oh-nehin gering prognostizierten

Bergwassermengen. Bislang

wurden keine mächtigeren

Störungen augeahren, das

Gebirge zeigte nur abschnitts-

weise eine tektonische Bean-

spruchung in Form von we-

nige Zentimeter mächtiger

Scherbänder, entlang deren

der Quarzphyllit zu einem to-

nigen Zerreibsel augearbeitet

ist. Bei ca. Tunnelstation 2400m ist eine weitere Großstörung

prognostiziert, die sogenannte

Ahrentalstörung. Der Tunnel

soll diese Störung im rechten

Winkel, also au kürzestem

Weg durchstoßen. Generell

sind Störungen im Quarz-

phyllit ab einer gewissen Teue

– man geht von ca. 50 m Teue

aus – praktisch dicht und nicht

wasserührend. Sie bergen ab

einer gewissen Überlagerung

mehr die Geahr des lang-

samen und stetigen Bergdru-

ckes, der Tunnelbauer spricht

von einem „druckhaten“ Ver-

halten (Bild 5).

5.1.2 Fensterstollen Ahrental

Der Ausbruchquerschnitt des

2,4 km langen Fensterstollens

beträgt etwa 90 m2; dieser

Abschnitt wird zyklisch, alsozuerst die Kalotte, dann die

Strosse und die Sohle, vorge-

trieben.

Durch die Nähe des Fenster-

stollens Ahrental zur Wipptal-

störung, welche die Gesteine

der Ötztaler und Stubaier Al-

pen von der großen Quarz-

phyllitmasse trennt, ist das

Gebirge in diesem Tunnel von

Anbeginn an deutlich zerlegt.

Bis Tunnelmeter ca. 30 stan-den eiszeitliche Schotterabla-

gerungen im oberen Teil des

Tunnelquerschnitts an. Locker-

gesteine und Unterahrung der

Autobahn machten daher ei-

nen Vortrieb im Schutze einesRohrschirms (2 x 18 m) eror-

derlich.

Auch traten von Anbeginn

an im Quarzphyllit immer

wieder Linsen und Bänke aus

Kalkmarmor au, die zumeist

wasserührend waren, aber

rasch „ausbluteten“. Erschwe-

rend beim Tunnelvortrieb

sind jene Trennlächen, die

steil nach Westen einallen,

was der Wipptalrichtung ent-spricht. Beim Vortrieb selbst

waren daher bislang nur kurze

Abschlagslängen bis max. 1,3

m möglich. Augrund der re-

gionalgeologischen Situation

sollten sich die Gebirgsverhält-

nisse aber mit zunehmender

Enternung zur Wipptalstörung

sukzessive bessern.

5.2 Brixner Granit

Die tektonische Einheit des

Brixner Granits permischen

Alters besteht aus Granit und

untergeordnet aus aplitischen

und pegmatitischen Gängen.

Sie ist nicht metamorph, wur-

de jedoch durch die alpine

Gebirgsbildung tektonisch

beansprucht. Dadurch ist der

Komplex von spröden Stö-

rungen geprägt.

Beim Brixner Granit handeltes sich um ein leukokrates mit-

telkörniges Gestein mit isotro-

per Textur. Die Auswertung von

40 Dünnschlianalysen ergab

eine Mineralzusammensetzung

des Gesteins von 30 bis 40 %

Quarz, 20 bis 30 % Orthoklas,

20 bis 30 % Plagiklas und 10 bis

15 % Biotit. Sekundärminerale

sind helle Glimmer, Clorit, Albit,

Titanit, Epidot, Calcit und opake

Minerale. Das Gestein enthälthäug Mikrorisse mit ca. 20 µm

Mächtigkeit, welche mit Calzit,

Albit, hellen Glimmern und

Quarz geüllt sein können.

at regular intervals, a report to

the competent authorities willbe issued.

Valuable insights rom both

the exploratory tunnel sections

through the Innsbruck quartz

phyllite and Brixner Granite have

already been obtained (Figure 4).

5.1 Innsbruck quartz phyllite

The 2 Innsbruck-Ahrental explora-

tory tunnels and Ahrental access

tunnel o the Innsbruck - Ahrental

exploratory lot lie entirely embed-ded in Innsbruck quartz phyllite.

Roughly the rst 14 km o the BBT

tunnel system starting rom the

Innsbruck portal are to be cut

through the Innsbruck quartz

phyllite zone. It ranges rom In-

nsbruck, bounded on the west

by the Wipptal, until the Navistal

where it is displaced or separated

by a major ault zone with rocks

o the Tauern window.

„Quartz phyllite“ is a strati-

cation o diferent phyllites with

quartzite and gneiss layers. It is

a rock that breaks up easily into

slates and thin layers and mainly

consists o layered silicates (mica)

and quartz. The schistosity as the

main joint ace is fat. Quartz

phyllite is a dense rock due to

its high proportion o mica and

has led to predictions o very

low water infows into the tun-nel. The small-scale marbles and

dolomitic marble bodies embed-

ded within it can be enriched

with mountain water. I they are

„tapped“ during tunnelling, the

water rom within will dry up

within a ew days. This is aptly

described as „bleeding“.

5.1.1 Innsbruck - Ahrental

exploratory tunnel

The excavated cross-section o

this tunnel is about 26 m2. In

this section, individual advance-

ments up to 2.20 m were possib-

le. Due to technical preparation

o the surace geology, several

weakness or racture zones andso-called ault areas were pre-

dicted or the exploratory tunnel.

Along these ault areas, the rock

was broken up and pulverized

by orogenic processes. More

such ault lines were oreseen

especially or the crossing under

Lake Lans, on account o surace

mapping and analysis o aerial

photographs. It was thereore

eared that the cutting into the-

se aults while tunnelling couldthreaten the water balance o

Lake Lans.But in act, unractured

rock masses were ound when

tunnelling the underpass in the

area o Lake Lans.The total o the

accumulated mountain water so

ar is only about 0.1 l/s and is sig-

nicantly less than the already

low mountain water levels that

had been predicted. So ar no

larger aults have been encoun-

tered, the rock mass shows only

partial tectonic stress in the orm

o shear bands a ew centimetres

thick , along which the quartz

phyllite is ground to a clay-like

powder. A major ault is predicted

around the 2,400 m point in the

tunnel excavation, the so-called

Ahrental ault. The tunnel is to

break through the ault at a r ight

angle or, by the shortest route.

In general, aults in quartz phyl-lite are ound at a certain depth

- rom a depth o 50 m – and they

are dense and not water-bearing.

Starting rom a certain covering,

they can rather pose a risk o slow

and steady pressure rom the rock

mass, what tunnel builders reer

to as „squeezing“ behaviour (Fi-

gure 5).

5.1.2 Ahrental lateral access

tunnel

The excavated cross-section is

about 90 m2; excavation in this

section is cyclical, which means

that rst the tunnel cap, then the



29

5.2.1 Erkundungsstollen Aicha – Mauls

Der über 10 km lange ErkundungsstollenAicha - Mauls bendet sich zur Gänze im

Brixner Granit. Die geologische Prognose

sah 18 Störungen vor; davon wurden 8

Störungen angetroen. Im Bereich von

Tunnelmeter 2560 wurde eine nicht pro-

gnostizierte Störung angetroen, wel-

che geringe Deormationen und Rissbil-

dungen in den Tübbingen verursachte.

Die mächtigste Störung ist die Weissen-

bachstörung, welche bei Tunnelmeter

5830 mit einer Mächtigkeit von 50 m

prognostiziert war. Diese Störung trat rü-

her, also bereits bei Tunnelmeter 5760 bis

5864 au. Sie war begleitet mit zahlreichen

Wasserzutritten. Bei Tunnelmeter 6151

wurde eine ca. 5 m mächtige zum Tunnel

parallel verlauende nicht prognostizierte

Störung angetroen. Diese geologische

eher unbedeutende Störung verursachte

jedoch durch ihre parallele Orientierung

zur Tunnelachse starke Deormationen bis

zu 60 cm der Tübbinge. Es kam zu einem

knapp 4 monatigen Stillstand der Tun-

nelbohrmaschine.

Für den Erkundungsstollen Aicha -

Mauls gab die Prognose 150 l/s (stabili-

siert) und 290 l/s (maximal) an. Tatsächlich

zeigt der Trend eine stabilisierte Schüt-

tung von 70 l/s. Die maximalen Schüt-

tungen lagen bei ca. 200 l/s.

Die Prognosen ür den Gesamtwas-

serabuss aus dem Fensterstollen Mauls

waren 25 l/s (stabilisierte Schüttung) und

230 l/s (maximale Schüttung). Tatsächlich

liegt die stabilisierte Schüttung bei ca. 6 l/sund die maximale Schüttung bei ca. 10l/s

(Bild 6).

Aus 180 Proben aus dem Erkundungs-

tunnel Aicha wurde eine Wichte des Ge-

steins von 2,67 kN/m³ ermittelt. Die ein–

axiale mittlere Druckestigkeit beträgt

dabei 142 MPa (Standardabweichung 33

MPa). Die Prognose war mit einer mitt-

leren einaxialen Druckestigkeit von 133

MPa angegeben. Die mittlere Abrasivität

nach Cerchar ergab 3,87 (Standardabwei-

chung 0,67).Der Brixner Granit zeigt ein standestes

Gebirgsverhalten. In einzelnen Fällen kam

es zu bergschlagähnlichen Phänomenen.

Im Bereich der „damage zone“ von Stö-

side wall and the base slab, are tunnelled

out.Due to the proximity o the Ahrental late-

ral access tunnel to the Wipptal ault which

separates the rocks o the Ötztal and Stubai

Alps rom the large quartz phyllite mass, the

rock mass in this tunnel is visibly ractured,

rom its beginning onwards. Up to about the

rst 30 m o the tunnel, glacial gravel deposi-

ts were ound in the upper part o the tunnel

cross-section. Loose rock and the cutting o

the underpass beneath the motorway re-

quired a pipe roo (2 x 18 m).

There were also repeatedly occurring tra-ces o marble in the quartz phyllite, most o

them water-bearing, but which quickly „bled

out“. The complications during tunnelling

are the joints that dip steeply to the west in

the direction o the Wipptal. Thereore, only

short advancements o up to at most 1.3 m

were possible during tunnelling. Due to the

regional geological situation, the ground

conditions should however improve gradu-

ally as the distance rom the Wipptal ault

increases.

5.2 Brixner Granite

The tectonic unit o the Permian age Brixner

Granite consists o granite, and minor aplite

and pegmatitic courses. It is not metamor-

phic, but was stressed by Alpine mountain

building tectonics. This complex is characte-

rized by brittle aults.

Brixner granite is a leucocratic medium-

grained rock with an isotropic texture. The

results o 40 thin-section analyses reveal the

mineral composition o the rock to be 30 to40 % quartz, 20 to 30 % orthoclase, 20 to 30 %

plagioclase and 10 to 15 % biotite. Secondary

minerals are white mica, chlorite, albite, tita-

nite, epidote, calcite and opaque minerals.

The rock oten contains micro-ssures about

20 μm in thickness, which may be lled with

calcite, albite, white mica and quartz.

5.2.1 Aica - Mules exploratory tunnel

The Aica - Mules exploratory tunnel, which

is over 10 km long, lies entirely in Brixner

Granite. The geological prognosis estima-

ted 18 aults in the Aica exploratory tunnel

with a length o 10.4 km. 8 aults were en-

countered here.Around 2,560 m an unpre-

dicted ault was encountered which caused

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rungen kam es zu instabilen

Ortsbrüsten. Diese wurden

durch zusätzliche ungünstige

Klutsysteme hervorgeruen.

Im Bereich der „core zone“ der

Störungen kam es vereinzelt

zur tiegreienden Überbean-

spruchung des Gebirges.

6 Europäische Dimensionund Ausblick Der prioritäre TEN-Korridor Nr. 1

von Berlin (eigentlich Rostock)

nach Palermo mit mehr als 2400

km neuer Bahnverbindung be-ndet sich zu einem großen Teil

bereits in Bau oder in Betrieb

(Bild 1). Zu diesem Streckenab-

schnitt gehören auch die neue

Brennerbahn mit der Unterinn-

talstrecke und dem Brenner Ba-

sistunnel. Erwähnenswert sind

dabei, dass der Bahnabschnitt

von Neapel bis Verona bereits

durchgehend seit Dezember

2009 in Betrieb ist und die 42

km lange UnterinntalstreckeEnde 2012 in Betrieb gehen

wird [1]. Bereits 1994 wurde

die Umahrung von Innsbruck

gebaut, welche Teil der unter-

irdischen Streckenührung zum

Brenner Basistunnel wird.

Der Bau des Erkundungss-

tollens schreitet zügig voran.

Die daraus gewonnenen Er-

kenntnisse sowie verschiedene

Projektoptimierungen werden

im Rahmen einer projektüber-

greienden Regelplanung (gui-

de design) integriert. Dadurch

kann eine einheitliche Basis ür

die weiteren Ausschreibungs-

und Ausührungsplanung des

Brenner Basistunnels gescha-

en werden. Im Jahre 2011 sol-len noch der Fensterstollen Am-

pass und der Fensterstollen von

Wol sowie weitere Abschnitte

des Erkundungsstollens durch

die periadriatische Naht zwi-

schen Mauls und Trens ausge-

schrieben werden. Begleitet

werden diese Erkundungen

von einem sorgältigen Moni-

toring und numerischen Simu-

lationen zur Erassung der Was-

serpenetration und des zeitlich

abhängigen geomechanischen

Verhaltens.

Durchbruch Mauls

Breakthrough at Mauls

slight deormation and cracking

in the concrete segments. Thethickest ault is the Weissenbach

ault, which was predicted at

5,830 m into the tunnel with a

thickness o 50 m. It was ound

beore that, between 5,760 and

5,864 m into the tunnel and was

accompanied by requent wa-

ter infows. At 6,151 m into the

tunnel, an approx. 5 m thick ault

running parallel to the tunnel,

which had not been predicted,

was encountered.This rather

unimportant geological ault,

due to its parallel orientation to

the tunnel axis, caused intense

deormations o up to 60 cm o

the tubbing rings. This caused

a nearly 4-month shutdown o

the TBM.

The prognosis or the Aica

exploratory tunnel was 150 l/s

(stabilized) and 290 l/s (maxi-

mum). In act, the trend shows

a stabilized capacity o 70 l/s.

Maximum capacities were ap-

prox. 200 l/s.

The orecasts or the total

water discharge rom the Aica

– Mules access tunnel were 25 l/s

(stabilized capacity) and 230 l/s

(maximum capacity). In act, the

stabilized capacity was about 6

l/s and the maximum capacity

was about 10 l/s (Figure 6).

A rock density o 2.67 kN/m3

was determined rom 180 sam-

ples taken rom the Aica explo-

ratory tunnel. The uniaxial com-

pressive strength amounts to

142 MPa (standard deviation 33

MPa). The prognosis was given

as a mean uniaxial compressive

strength o 133 MPa. The average

Cerchar abrasiveness was 3.87

(standard deviation 0.67).

The Brixner Granite shows

stable rock behaviour. In some

cases it showed phenomena simi-

lar to rock bursts. In the „damage

zone” area o the aults, the ace

was unstable. This was caused by

additional unavourable racture

systems. In the „core zone“ areao the aults sporadic deep over-

stressing o the rock occurred

(ault at 6,151 tunnel meters).

6 European Dimensionand Perspectives The TEN – corridor priority project

No.1 rom Berlin (in act Rostock)

to Palermo including more than

2,400 km o new railway lines is,

largely, under construction or

already operational (Figure 1).

The new Brenner Railway Line

with the Lower Inn Valley stretch

and the Brenner Base Tunnel is

a part o this corridor. It should

be mentioned that the stretch

rom Naples to Verona has been

operational since December 2009

and that the 42 km long Lower

Inn Valley stretch will be activated

by the end o 2012 [1]. The Inns-

bruck bypass was constructed in

1994 and will be a part o the un-

derground stretch o the Brenner

Base Tunnel.

The construction o the explo-

ratory tunnel is well underway.

The lessons learned here along

with the various project optimi-

zations will be integrated into the

cross-project system planning

(guide design). Thus, a uniorm

basis or urther tendering and

executive planning o the Bren-ner Base Tunnel will be created.

Tenders or the Ampass access

tunnel and the Wol access tunnel

as well as urther sections o the

exploratory tunnel through the

periadriatic seam between Mauls

and Trens are to be requested du-

ring 2011. These investigations are

accompanied by careul monito-

ring and numerical simulations to

determine water penetration and

the time-related geomechanicalbehaviour.

6

TUNNEL 2011 02 Tunnel Brenner Basistunnel

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Transcript of TUNNEL 2011 02 Tunnel Brenner Basistunnel