Development of holistic prognosis models using exploration techniques and seismic prediction

• Published in: Geomechanik und Tunnelbau 2017-12, Vol.10 (6), p.767-778
• Main Authors: Reinhold, Chris, Schwarz, Christian, Bergmeister, Konrad
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Boring machines; Brenner Base Tunnel; Brenner Basistunnel; Case studies; Directional sensitivity; Downtime; Drilling; Drilling machines (tools); Earthquake construction; Eisenbahntunnel; Engineering geology; Exploration; Exploratory drilling; Fault zones; Geological mapping; Geophysical methods; Geophysics; Geotechnical engineering; Ingenieurgeologie; Innovative procedures/test techniques; Maschineller Vortrieb; Mechanized tunneling; Neue Verfahren/Versuchstechnik; Percussion; Percussion drilling; percussion drilling ahead; Prognosis; Railway tunnels; seismic prediction; Seismic surveys; seismische Vorauserkundung; TBM‐heading data; TBM‐Vortriebsdaten; Tunneling; Tunnels; Vorausbohrung
• ISSN: 1865-7362; 1865-7389
• DOI: 10.1002/geot.201700058

As part of the Brenner Base Tunnel project, the currently running Tulfes‐Pfons construction lot includes a stretch of the exploratory tunnel (ET), which has a length of 15 km and is being bored by a gripper TBM. During this tunnelling work, a diverse and broad set of exploration techniques is being used. Although it is an exploratory tunnel, the tunnel is subject to the same constraints as a performance heading. The choice of exploration techniques was made with regard of the capability to smoothly integrate them into regular tunnelling in order to not create further downtime. The exploration techniques are useful for the current ET but also to produce a forecast for the subsequent main tunnels (MT). The geological investigation is undertaken by face and peripheral mapping as well as by percussion drilling ahead of the machine. The geotechnical exploration is carried out by analysing the TBM parameters and the system behaviour, and analysing the percussion drilling. The exploration concept is completed with the geophysical reflection seismic method. All these exploration methods have different sensitivities, exploration ranges and directions, strengths and weaknesses, so they complement one another. This paper assesses the exploration techniques based on the experience until now. A case study of one fault zone is presented to show how the different exploration methods interact and contribute to a holistic prognosis model. Für den Brenner Basistunnel wird im derzeit laufenden Baulos Tulfes‐Pfons ein Abschnitt des Erkundungsstollens (EKS) mit einer TBM‐O vorgetrieben. Dabei kommen verschiedene Erkundungsverfahren zur Anwendung. Obwohl es sich um einen Erkundungsstollen handelt, steht der Vortrieb unter der Randbedingung eines Leistungsvortriebs. Daher wurden Erkundungsverfahren gewählt, die möglichst in den Vortrieb integriert werden können und keine zusätzlichen Vortriebsstillstände verursachen. Die Erkundungsverfahren dienen einerseits der Vorauserkundung für den EKS‐Vortrieb und andererseits der Erkundung für die Haupttunnel. Die geologische Erkundung erfolgt durch Ortsbrust‐ und Laibungskartierungen sowie vorauseilende Schlagbohrungen. Die geotechnische Erkundung erfolgt durch Analysen der Parameter der Vortriebsmaschine und des Systemverhaltens sowie der Parameterauswertung der Schlagbohrungen. Ergänzt wird das Erkundungskonzept durch geophysikalische Erkundungen in Form einer Reflektionsseismik. Sämtliche angewendete Erkundungsverfahren haben unterschi