Blog

  • Artificial intelligence in tunnel engineering

    Artificial intelligence in tunnel engineering

    It is the year 1991. Imagine a bar, filled with cigarette smoke, a few long-haired men in leather jackets are bent over pool tables. Arnold Schwarzenegger enters the stage. In his birthday suit. “I want your clothes, your boots and your motorbike your power drill.”

    What has been a small step for Arnold, was a large step for film history. Until today, images such as of the T-900 shape our idea of artificial intelligence (AI). AI reminds some of Terminator, Matrix or Blade Runner, while others think of chess playing computers and self-flying taxis. That this technology is not a distant future, but could very soon be part of everyday life, has now arrived in most minds. But no one thinks of tunnel and civil engineering – a mistake if you are listening to Helmut Wannenmacher.

    Within the context of his professional activities and his part-time studies Helmut works on the implementation of AI in tunnel and civil engineering. His goal is to be able to react faster to unforeseen changes during construction.

    *****

    AI helps reduce paperwork. Credit: Anna Riedler

    Let’s start at the beginning. As everybody knows, during grouting large amounts of data accrue (our specialty). This data is collected, recorded in protocols and submitted to construction supervisor, client or planner – the interpretation of these data can take a few days, which is problematic as the recorded data is the only parameter that tells you whether an injection has reached the injection goal. “You do your job, put a packer in somewhere and push the suspension in, but you cannot see the overall result”, says Helmut. “The only possibility you have got to make this result visible, is your injection report – the evaluation of your parameter; the evidence that you have done your work according to the specifications.”

    The evaluation of existing data sets with a little basic geo-mechanical understanding (Helmut’s specialty) should ultimately answer the question, whether the injection target was reached – which would be: to improve or seal the subsoil through a rock injection or something similar, and to sustainably change the structure of the material.

    To do this, the planning engineer creates a kind of conceptual model which defines how much material must be brought into the subsoil at which maximum pressure in order to achieve a desired result without tearing up the subsoil.

    On the basis of this model it can be compared if the right amount of material was introduced, or whether the maximum pressure was reached or not. What is NOT answered by the model is the question if the injection goal was reached in reality.

    That is due to of the unpredictability of the flow path of the injection. Therefore, it is not possible to say with an absolute certainty whether the injection was successful or not, only because high suspension or a high pressure was introduced. New approaches for the understanding of the injection are needed; approaches which can ultimately handle such uncertainties and which reach the injection goal regardless of any influence factors, means Helmut.

    Gone astray?

    The conceptual model defines how much volume of injection material needs to be introduced under which pressure. A deviation of this straight path towards the goal always results in changes that can affect the injection. But if it takes a few days until the data sheets are created, submitted and interpreted, mistakes and deviations are only noticed when it is already too late. “That´s the crux of this matter”, says Wannenmacher: “How much time do I have to react to a negative deviation? In order to react adequately, you need computer support because the injection system is too complex to constantly monitor it during the execution.”

    All data patterns need to be classified according to their geo-mechanical behaviour. This is where it starts to get complicated. Together with Harald Krenn, division manager at Trevi Geotechnik Vienna, Harald Wannenmacher has come up with a system to quantify the deviations not only according to pressure and flow rate, but according to the behaviour of both parameters on the basis of previous values.

    Curves in all the right places

    After all, injection graphs are curves. Curves can be quantified according to their slope. Is the slope of a curve zero, the system has not changed. But if the slope of curve is larger than zero, a parameter of the system has changed (see figure 1). “This slope that can be observed is the first deviation. You can combine the first deviation of pressure and first deviation of the flow rate in a graph, convert it to a pattern and classify it.”

     

    First deviation of grouting data and patterns.
    Figure 1: First deviation of grouting data and patterns. On the left you the first deviation, on the right you see the conversions to a pattern. Credit: Helmut Wannenmacher, Identifying Jacking and Fracturing of Soil and Rock Mass, 2019

     

    The identification of these patterns is the topic of a joint R&D project. But instead of importing the patterns into the AI straight away, the engineers included an intermediate step and handled the pattern recognition manually. “It is important to me to combine geo-mechanical expertise with data evaluation”, says Wannenmacher.

    The most important question which arises with these consideration is the question of time: Do I have enough time to react to a recognised pattern adequate? “The question is, if it is possible to influence a pattern positively by the use of the latest technologies. We assume that it is possible. We just have to be able to measure and react fast enough”, Wannenmacher is convinced – because if it were otherwise, the whole consideration would be meaningless.

    Learning from experience

    For this aspect of reaction time, artificial intelligence comes into play. To recognise a pattern and its meaning, the injection parameters have to be checked and the result needs to be assigned to an already known pattern.

    AI identifies patterns
    Figure 2: Pattern displayed in green. Credit: Helmut Wannenmacher, Identifying Jacking and Fracturing of Soil and Rock Mass, 2019

    AI is able to recognise these patterns. In order for a computer to find and interpret similar patterns, more mathematical specifications need to be imported to the AI for it to study and learn. Wannenmacher uses eguana SCALES for this, where he can easily and quickly search for simultaneous patterns in the data base – of course not by himself. “For this I need the AI of eguana SCALES: to recognise many patterns. If they can be recognised, the computer can tell how we could have reacted to the deviation.” The algorithm can learn from this experience. “I think AI can be a great support to the pump operator to execute several injections simultaneously without any errors. The computer must take over the ongoing control, since the reaction times require an immediate just-in-time reaction. This is a new and essential step that we are planning together.”

    On the side, Harald collaborates with eguana on exciting, new projects – we hope to welcome him again soon with a new progress report here with us. Until then we say: Hasta la vista, baby – We´ll be back!” (to loosely quote Terminator)

    *****

    We want to thank Helmut Wannenmacher for his expertise, time and patience (artificial intelligence is not necessarily my speciality), and are looking forward to future collaborations!

    Credit: Helmut Wannenmacher
    Credit: Helmut Wannenmacher

    About the guest author Helmut Wannenmacher:

    Churchill once said: There is something about the outside of a horse that is good for the inside of a man. Well, for Helmut Wannenmacher that is certainly true – as long as the horse is made of iron. When he is not working for Implenia Austria or excels in his PHD studies at the RWTH Aachen, he can usually be found whereever you can drag a bike up a mountain and race down.

    Born and raised in Tyrol, Helmut has successfully completed projects all over the world. They have taken him from North to South America, to Africa, to the Middle East and Asia. Currently he works at the Semmering base tunnel and is responsible for the execution of the biggest injection procedure in Austria at the Baulos 1.1. The “strong belief that computer will make work easier and that we can gain more free time” is what drives the busy multitasker.

    If that was not enough information, just hop on a bike and look for the next mountain. Or just click here.

    *****

    “I talked to the pump computer.”

    “And?”

    “It hates me.”

    (loosely based on The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy)

    *****

    Stephen Hawking: “Artificial intelligence may replace humans altogether.”

     

    Credit cover photo: pixabay, Lothar Dieterich
  • Künstliche Intelligenz im Tiefbau

    Künstliche Intelligenz im Tiefbau

    Augen zu, Vorstellung an. Das innere Auge sieht eine Bar, verraucht, ein paar langhaarige Männer in Lederwesten, über Billardtische gebeugt. Arnold Schwarzenegger anno 1991 betritt die Bühne. Im Adamskostüm. „Ich will deine Kleider, deine Stiefel und dein Motorrad deine Bohrmaschine.“

    Was ein kleiner Schritt für Arnold war, war ein großer Schritt für die Filmgeschichte. Und bis heute prägen Bilder wie die des T-900 unsere Vorstellung von Künstlicher Intelligenz. KI, das klingt für die einen nach Terminator, Matrix oder Blade Runner, für andere wieder nach schachspielenden Computern und selbstfliegenden Taxis. Dass diese Technologie keine ferne Zukunftsmusik, sondern schon sehr bald Alltag sein könnte, ist mittlerweile in den meisten Köpfen angekommen. An den Tief- und Tunnelbau denkt dabei kaum jemand – ein Fehler, wenn man Helmut Wannenmacher zuhört.

    Helmut arbeitet nämlich im Rahmen seiner beruflichen Tätigkeit und seinem nebenberuflichen Studium gerade am Einsatz von KI im Tief- und Tunnelbau mit dem Ziel, schneller auf unvorhergesehene Änderungen reagieren zu können.

    *****

    KI hilft, Probleme zu lösen Aber von vorne. Beim Grouting fallen ja bekanntlich Unmengen an Daten an (unsere Spezialität). Diese Daten werden gesammelt, in Protokollen festgehalten und an Bauaufsicht, Auftraggeber oder Planer abgegeben – die Interpretation kann schon mal ein paar Tage dauern, was problematisch ist, weil die aufgezeichneten Daten das einzige sind, woran man sehen kann, ob eine Injektion das Injektionsziel erreicht. „Du machst deine Arbeit, steckst irgendwo einen Packer rein, drückst die Suspension rein, aber das Ergebnis siehst du im Allgemeinen nicht“, so Helmut. „Die einzige Möglichkeit, die du hast, dieses Ergebnis sichtbar zu machen, ist dein Injektionsbericht – die Auswertung deiner Parameter; der Beweis, dass du deine Arbeit entsprechend der Vorgaben gemacht hast.“

    Die gezielte Auswertung bestehender Datensätze mit ein wenig geomechanischem Grundverständnis (Helmuts Spezialität) soll letztendlich die Frage klären, ob auch das Injektionsziel erreicht wurde – das da wäre: den Untergrund zu verbessern oder abzudichten, etwa durch eine Felsinjektion oder dergleichen, und die Struktur des Materials nachhaltig zu verändern.

    Dazu erstellt der planende Ingenieur eine Art Gedankenmodell, in dem er definiert, wie viel Material bei welchem maximalen Druck in den Untergrund eingebracht werden muss, um zu einem gewünschten Ergebnis zu kommen, ohne dabei den Untergrund aufzureißen.

    Auf Basis dieses Modells wird dann verglichen, ob die richtige Menge an Material eingebracht oder der maximale Druck ausgeübt wurde oder nicht. Was NICHT durch das Modell beantwortet wird, ist die Frage, ob das Injektionsziel in Realität erreicht wurde.

    Dies liegt daran, dass niemand den Fließweg einer Injektion voraussagen kann. Daher lässt sich auch nicht mit Sicherheit sagen, ob die Injektion erfolgreich war, nur weil viel Suspension oder ein hoher Druck eingebracht wurde. Es braucht also neue Ansätze zum Verständnis der Injektion; Ansätze, die letztendlich mit solchen Unsicherheiten umgehen können und unabhängig etwaiger Einflussfaktoren zum Injektionsziel führen können, meint hierzu Helmut.

    VOM WEG ABGEKOMMEN?

    Das Gedankenmodell definiert, wie viel Volumen an Injektionsmaterial unter welchem Druck eingebracht werden muss. Eine Abweichung von diesem geraden Weg ins Ziel bedeutet immer eine Veränderung, die Auswirkungen auf die Injektion haben kann. Wenn es aber ein paar Tage dauert, bis die Datenblätter erstellt, abgegeben und interpretiert wurden, werden Fehler oder Abweichungen erst bemerkt, wenn es ohnehin schon zu spät ist. „Das ist des Pudels Kern“, so Wannenmacher: „Wie viel Zeit habe ich, um auf so eine negative Abweichung zu reagieren? Um adäquat reagieren zu können, brauchst du eine Computerunterstützung, weil du die Daten gar nicht fassen kannst, weil das System Injektion viel zu komplex ist, um dies konstant während der Ausführung fassen zu können.“

    Sämtliche Datenmuster gehören hinsichtlich ihres geomechanischen Verhaltens klassifiziert. Hier fängt die Sache an, kompliziert zu werden. Gemeinsam mit Harald Krenn, Bereichsleiter der Trevi Geotechnik Wien, hat sich Helmut Wannenmacher ein System überlegt, um diese Abweichungen nicht allein aufgrund von Druck und Durchflussmenge zu quantifizieren, sondern aufgrund des Verhältnisses der beiden Parameter auf Basis der vorhergehenden Werte.

    MUSTERGÜLTIG

    Injektionsgraphen sind letztendlich Kurven. Kurven können anhand ihrer Steigung quantifiziert werden. Ist die Steigung einer Kurve Null, hat sich das System nicht verändert. Ist die Steigung aber größer als Null, so hat sich ein Parameter im System verändert (siehe: Abbildung 1). „Diese Steigung, die man beobachtet, ist die erste Ableitung. Man kann die erste Ableitung von Druck und die erste Ableitung von Durchfluss in einem Graphen zusammenfassen, in ein Muster überführen und klassifizieren.“

    Erste Ableitung
    Abb. 1: Erste Ableitung von Grouting-Daten und -Mustern. Links sieht man die erste Ableitung, rechts die Überführung in ein Muster.        Credit: Helmut Wannenmacher, Identifying Jacking and Fracturing of Soil and Rock Mass, 2019

    Um diese Mustererkennung geht es in einem gemeinsamen F&E-Projekt. Anstatt diese Muster aber sofort in eine KI einzuspielen, setzten die Ingenieure einen Zwischenschritt und handhabten die Mustererkennung manuell. „Mir ist wichtig, geomechanischen Sachverstand mit einer Datenauswertung zu kombinieren“, so Wannenmacher.

    Die wichtigste Frage für den Anwender, die sich bei diesen Überlegungen stellt, ist die Frage nach der Zeit: Habe ich genug Zeit, um auf ein erkanntes Muster adäquat reagieren zu können? „Die Frage ist, ob es durch den Einsatz modernster Technologien möglich ist, ein Muster positiv zu beeinflussen. Wir gehen davon aus, dass das möglich ist. Wir müssen nur messtechnisch schnell genug reagieren können“, ist Wannenmacher überzeugt – denn sonst würde die ganze Überlegung keinen Sinn machen.

    AUS ERKENNTNISSEN LERNEN

    Beim zeitlichen Aspekt kommt die Künstliche Intelligenz ins Spiel. Um ein Muster mitsamt seiner Bedeutung für die Injektion zu erkennen, müssen die Injektionsparameter durchgecheckt und das Ergebnis einem bereits bekannten Muster zugewiesen werden.

    KI erkennt Muster
    Abb. 2: Muster dargestellt in Grün. Credit: Helmut Wannenmacher, Identifying Jacking and Fracturing of Soil and Rock Mass, 2019

    Die KI ist in der Lage, diese Muster zu erkennen. Damit ein Computer ähnliche Muster finden und interpretieren kann, müssten der KI noch mehr mathematische Vorgaben gegeben werden, anhand derer sie lernen kann. Wannenmacher nutzt dafür eguana SCALES, wo er einfach und schnell nach simultanen Mustern in der Datenbank forschen kann – natürlich nicht selbst. „Dafür brauche ich die KI von eguana SCALES: Um ganz viele Muster wiederzuerkennen. Wenn sie erkannt wurden, kann man dem Computer sagen, wie wir auf die Abweichung hätten reagieren können.“ Aus dieser Erkenntnis wiederrum kann der Algorithmus lernen. „Ich glaube, dass die KI eine sehr gute Unterstützung sein kann, damit der Pumpenfahrer mehrere Injektionen parallel ohne Fehler ausführen kann. Der Computer muss die laufende Steuerung übernehmen, da die Reaktionszeiten eine unmittelbare just-in-time Reaktion bedingen. Das ist ein neuer und wesentlicher Schritt, den wir gemeinsam vorhaben.“

    So nebenbei arbeitet Helmut gemeinsam mit eguana auch an spannenden neuen Projekten – wir hoffen, ihn bald wieder mit einem Erfahrungsbericht hier bei uns begrüßen zu dürfen. Bis dahin heißt es von uns: „Hasta la vista, baby – We’ll be back!“ (frei nach Terminator)

    *****

    Wir bedanken uns bei Helmut Wannenmacher für seine  Expertise, Zeit und Geduld (künstliche Intelligenz ist nicht unbedingt mein Fachgebiet) und freuen uns auf weitere Zusammenarbeit!

    Credit: Helmut Wannenmacher
    Credit: Helmut Wannenmacher

    Über Gastautor Helmut Wannenmacher

    Das Glück dieser Erde liegt auf dem Rücken der Pferde? Stahlpferde jedenfalls, wenn es nach Helmut Wannenmacher geht. Wenn er nicht gerade bei Implenia Österreich arbeitet oder an der RWTH Aachen sein Doktorratsstudium vorantreibt, ist der Ingenieur nämlich am ehesten dort zu finden, wo man ein Rad auf einen Berg hinauf schleppen und runterfahren kann.

    Geboren und aufgewachsen im Tiroler Unterland, hat Helmut bereits auf der ganzen Welt Projekte erfolgreich abgeschlossen: Von Nord- und Südamerika über Afrika bis in den Nahen Osten und nach Asien hat es ihn schon verschlagen. Derzeit arbeitet Helmut am Semmering Basistunnel und ist für die Umsetzung der größten Injektionsmaßnahme Österreichs am Baulos 1.1 zuständig. Was den vielbeschäftigten Multitasker antreibt, ist der „feste Glaube, dass Computer uns die Arbeit erleichtern sollen und wir damit mehr Freizeit lukrieren können.“

    Wem das noch nicht genug Information war, der schwingt sich am besten selbst in den Sattel und sucht den nächsten Berg auf. Oder klickt einfach hier.

    *****

    „Ich habe mit dem Pumpencomputer gesprochen.“
    „Und?“
    „Er hasst mich.“

    (frei nach Per Anhalter durch die Galaxis)

    *****

    Stephen Hawking: „Roboter werden Menschen überlegen sein.“

    Credit Titelbild: pixabay, Lothar Dieterich
  • Trari trara, der Herbst ist da!

    Trari trara, der Herbst ist da!

    UK: We call it Autumn, from the Latin Word “autumnus” and later, the old French word “autompne”
    USA: WE CALL IT FALL BECAUSE LEAVES FALL DOWN

    Egal wie man dazu sagt, der Herbst zieht ins Land. Die Zeit der schmerzhaften Sonnenbrände und lauen Sommerabende neigt sich dem Ende zu, und aus dem Rot der Haut wird das Rot der Blätter.

    Da jetzt endlich wieder einmal alle aus dem Urlaub zurück sind, wird diese Zeit oft für diverse Veranstaltungen genützt, und auch für uns bei eguana bringt der Herbst einen vollen Terminkalender. Doch bevor wir uns in den Veranstaltungsherbst stürzen, wollen wir euch einen kleinen Einblick in den Arbeitsalltag bei uns im Büro geben und plaudern dieses Monat mit unserer Office-Allrounderin Julia, die seit 2016 bei uns alles Mögliche macht und für Administratives und Marketing zuständig ist.

    *****

    Credit: Anna Riedler Und wieder einmal stellt sich die Frage: Julia, was machst du eigentlich?
    Exzellente Frage – so ziemlich alles, was wir an nicht-technischen Aufgaben finden können: Von der Büroorganisation (damit alle immer ausreichend Kaffee und Kopierpapier zur Hand haben), über Personalmanagement (damit wir hier immer die allerbesten Entwickler sitzen haben und sie sich bei uns wohl fühlen) bis zu Marketing (damit unser Leguan nicht nur immer fesch aussieht, sondern auch von möglichst vielen wiedererkannt wird), und jede Menge administrativen Papierkram.

    Wenn du die letzten Jahre Revue passieren lässt, welches Ereignis fällt dir dann als erstes ein?
    Mein Besuch auf der Baustelle Feuerbach! Es war super spannend, mal „in echt“ zu sehen, was bei unseren Kunden auf der Baustelle so passiert, und es war sehr beeindruckend, wie riesig das alles ist.

    Mit welchem Film- oder Buchtitel würdest du deine Arbeit am ehesten beschreiben?
    Das würde ich gerne umdrehen – und meine Arbeit am ehesten NICHT vergleichen mit „Und täglich grüßt das Murmeltier“, denn ich hatte noch nie eine Arbeit, die so spannend und vor allem abwechslungsreich ist, wie das, was mich bei eguana jeden Tag erwartet (oder auch überrascht …).

    Wie geht es in Zukunft weiter mit eguana und was wünschst du dir für den Rest des Jahres?
    Neue Kunden, neue Projekte, neues Marketingmaterial – ich freu mich immer, wenn ich wieder einen neuen Aspekt des Tief- & Tunnelbaus kennenlerne, oder mir die Kollegen ein spannendes Projekt erklären. Noch schöner ist nur, wenn ich einen neuen Anlass habe, unseren Leguan ins Rampenlicht zu setzen!

    Wenn du dich selbst mit einem Zitat beschreiben müsstest, welches wäre es?
    Zitattechnisch kann ich auf Bernhards ‚Ode an die Freude‘ eigentlich nur Mary Poppins kontern: „Practically perfect in every way“

    Oder

    “Why complicate things that are really quite simple?”

    Die wichtigste Frage kommt zum Schluss. Was feierst du am 11. September? Den Keine-Nachrichten-sind-gute-Nachrichten-Tag – der No News is Good News Day in den USA, oder den Mach-Dein-Bett-Tag – der US-amerikanische National Make Your Bed Day?
    Schwere Wahl – eigentlich bin ich ja mehr der „gute-Nachrichten-sind-gute-Nachrichten“ – Typ. Aber ich habe gerade auch absolut keine Lust, mein Bett zu machen. In diesem Sinne schlage ich vor, wir machen ein bisschen Fleißaufgaben und verlegen diesen Blogbeitrag auf den 10. September, der „Tausche-Ideen-aus-Tag“, der auch viel besser zu meiner Arbeit hier bei eguana passt!

    *****

    Von Kolloquien und Symposien

    Der Herbst zeichnet sich bekanntlich durch eine Vielzahl an Veranstaltungen und Kongressen aus. Neben altbekannten Größen wie dem Geomechanik-Kolloquium in Salzburg vom 10. bis 11. Oktober, welches wir auf keinen Fall verpassen wollen, ist es das Unbekannte, was diesen Herbst prägt:

    Herbst beim Nordic Grouting Symposium
    Auch in Finnland herbstelt es. Credit: Michael Ouschan

    Eine Kleindelegation, unterstützt durch Leopold Winkler der TU Wien, machte sich gleich zu Beginn des Septembers nach Finnland auf. Gewappnet für Eiseskälte und unfreundliche Winde erfreuten sich die Recken umso mehr des schönen Wetters, welches zu einem Lauf entlang Helsinkis Küste einlud. Das Ziel der Reise hieß jedoch nicht „10 km in 90 Minuten zu laufen“, worauf Philipp und Michael obschon der Burger-Last im Bauch stolz sind, sondern „NORDIC GROUTING SYMPOSIUM“.

    Diese alle drei Jahre stattfindende Konferenz lässt die Koryphäen der nordischen Injektionsszene zusammen kommen. Und mitten unter den gut hundert Teilnehmern fanden sich drei Österreicher wieder, welche ihre große Chance witterten, sich einen Namen zu machen. Wenn man den Beitrag von Projektpartner Sewerin Sabew der Renesco dazuzählt, hatte eguana vier Vorträge in zwei Halbtagen zu Buche stehen. Mehr Präsenz geht nicht – außer, man hat zusätzlich noch die beste Messetheke überhaupt!

    Messestand eguana
    eguanas Messestand am Nordic Grouting Symposium – Hier ist Julias Arbeit in vollen Zügen zu bewundern. Credit: Michael Ouschan

    Die Inhalte der Vorträge waren auf die in Skandinavien vorherrschenden Kluftinjektionen im Festgestein und das Ausbreitmaß von Injektionen in ebendiesen fokussiert. Im Gegensatz zu uns bekannten Kolloquien stand hier der wissenschaftlich-planerische Aspekt klar im Vordergrund. Für eguana jedoch kein Problem, denn SCALES ist als eine – für alle am Bau beteiligten Personen – Wissensdatenbank zu sehen; Etwas, was wir auch norwegischen, schwedischen und finnischen Kollegen aufzeigen konnten. Von „Schade, dass wir so etwas nicht haben“ bis „Das brauch ich unbedingt auf meiner nächsten Baustelle“ war das Feedback zwar dann etwas eintönig, aber auf eine gute Weise.

    Wie geht es im Herbst weiter?

    Weiter geht es gleich kommende Woche mit etwas ganz Neuem. Und nicht nur neu für uns, sondern für die ganze europäische Injektionsszene: Das erfolgreiche Format aus den USA namens „Grouting Fundamentals“ – ein 4-tägiger Intensivworkshop zu allem, was die Injektionstechnik betrifft – hat seine erste europäische Auflage in München, Deutschland von 16. bis 19. September 2019. Michael und Philipp sind das Kofferpacken schon gewohnt und rüsten sich bereits für spannende Tage.

    Bis es soweit ist, genießen wir die letzten schönen Spätsommertage in Österreich und wünschen unseren Lesern einen erholten Start in den Herbst!

    warme Herbsttage in Österreich
    Credit: Florian Rathenböck
    Credit Beitragsbild: HeungSoon, Pixabay
  • Scales – born to be alive

    Scales – born to be alive

    The summer is slowly but surely coming to an end. Of course, we always stayed in our cool office so that our iguana does not get red scales. Meanwhile, we made a few improvements and additions to SCALES – but let’s start at the beginning.

    An entire construction site at a glance with one click – without bragging, that’s something only we can do. Alright, our chest swells a little bit with pride when we think of SCALES, but which parent would not feel the same about its kid? Because that’s exactly what SCALES is to us: our child. And of course, sometimes we could ground our offspring and tear our hair out of frustration, but overall the development of our digital prodigy is impressive.

    In the beginning there was an idea
    In the beginning there was chaos 

    Well, chaos is perhaps a bit harsh – but the start of eguana was the thought “That’s got to be easier!”

    lighten your workload using SCALESConstruction managers who struggle with Excel sheets and manually process and evaluate the data of individual and separate systems? Folders filled with prints of y-t-diagrams which provide for hours of meetings? From the viewpoint of our eguana-founders, this seems neither satisfying nor contemporary.

    They simply could not let this continue – “We figured that BIM created a push to use digital tools in the construction industry. But on the other side, many construction managers suffer high distress by the unpractical and error-prone use of Excel sheets.”, to cite founder father Florian Rathenböck.

    So what to do?

    Keep it simple! According to our motto, in the beginning it was all about developing a tool that simplifies the everyday work for our customers.

    That’s why we created the unique platform eguana SCALES, which can process data of any kind and present it graphically to the user. ALL data, regardless of machine type and manufacturer.

    “We were lucky that we could win the construction site Feuerbach and the sanitation of the Alzkanal as our first customers in early 2016 – Marti Geotechnik and Züblin Spezialtiefbau who recognised the potential and moved forward with us”, Florian remembers the development history.

    Hooray, it´s a – data management-system! 

    Baby-eguanaMeanwhile, SCALES has accomplished its birth and lets construction site data management seem really simple since 2016. The program collects all manufacturing data of a construction project at a central point and enables simple processing, evaluation and analysis. Thanks to the central databank, SCALES is the “single-source-of-truth” for construction projects; stakeholders can access and use the data anytime and from anywhere in the world.

    “Nothing in the history of life is more constant than change”
    Charles Darwin
     

    Even though that is already reason enough to pat our shoulders (it is not without cause that we won the Mercur – Innovation price with SCALES in 2018, in the category “Information and communication technology/technic), we do not just sit back and bask in glory. We keep working to further optimise our data management system.

    “Thanks to our engineers and to Philipp, we have a team with people that are aware of the potential for improvement at construction sites and know what functions actually add value and create benefits. But also many of our customers are motivated to improve the system and give us valuable input. Additionally, there are customer specific change requests which either arise through personal interest or construction specific demands”, Florian is emphasising, who, as R&D team leader, is working on making the software better, faster and more extensive. “It does not always smoothly, but we also learn from our failures. Every day we gain insights because things do not work as we expect.”

    What brings 2019? A forecast

    Currently, our developers Meder, Bernhard, Cesare, and Florian are working on the improvement of our databank because its performance for our customers has highest priority. “With clean, clever database design we can for example reduce load times to one fifth for visualisations”, Florian explains. “This year, we have put our focus on KPIs (Key Performance Indicators) and have implemented many performance indicators for the drilling and grouting technology. This is a tool, which we wanted to tackle for a long time, but could not do it until 2019 because of lack of time. The feedback from the construction sites is also extremely positive. I think we have not received so much praise for any other functionality.”

    This year, another improvement of the visualisation is planned. Also, we are still working intensively on a construction time forecast until the end of this year. The visual presentation of the entire construction site, including construction progress as well as finished and planned steps, is the most used tool of SCALES. Especially when it comes to the communication between construction management and executing personnel or between construction management and building supervision.

    SCALES has successfully completed its childhood and the most exhausting teenage years and is in its current form a highly efficient cutting-edge system which comprehensively covers the requirements of daily work. Nevertheless, the development continues, catchword “Lifelong Learning”. “Of course, there are always new functions and improvements to develop”, knows Florian. “Regarding the automatic analysis of data, use for forecasts and pattern recognition, we are still at the beginning. There is a long way in front of us and we are looking forward to new and exciting challenges”.

    Well done! 

    We would like to take this opportunity to virtually pat our developers‘ shoulders and to congratulate them for their many clever ideas and complex coding of the past months.

    At this point we have a special gift for our loyal blog readers: from now on you can sign up for our newsletter! Then you will be automatically informed when we upload a new exciting blog instead of hoping for the best every time you visit our homepage. All you need to do is to click on “Subscribe” on the bottom of our homepage.

    We look forward to many subscribers and end with a start: our next article, by guest author Helmut Wannenmacher, will be about the exciting topic “Artificial intelligence in civil engineering” which discusses if and how AI could be used for grouting measures. And because we have always difficulties to find a title for our blogs, there is a small lottery at this point: Simply send us your ideas for an interesting title that fits the topic “AI in civil engineering” by mail to office@eguana.at. The best idea wins an original, almost unique eguana-mug. *eguana-mug

     

    Photocredit cover-picture: momentmal/pixabay
    Deadline: 10.09.2019
  • SCALES – Gekommen, um zu bleiben

    SCALES – Gekommen, um zu bleiben

    Der Sommer geht langsam aber sicher seinem Ende zu. Wir sind natürlich immer brav im schattigen Büro geblieben, damit sich unser Leguan keine roten Schuppen holt. Dabei haben wir gleich ein paar Verbesserungen und Ergänzungen an SCALES vorgenommen – aber beginnen wir doch am Anfang:

    Eine ganze Baustelle auf einen Blick mit einem Klick – ohne zu prahlen, aber das können nur wir. Okay, ein bisschen schwillt uns doch die Brust vor Stolz doch an, wenn wir an SCALES denken, aber welchem Elternteil geht es bei seinem Kind nicht so? Denn genau das ist SCALES für uns: unser Kind. Und klar, manchmal würden wir unserem Sprössling gerne einmal Hausarrest verschreiben und könnten uns die Haare raufen, aber alles in allem kann sich der Werdegang unseres digitalen Wunderkindes durchaus sehen lassen.

    Verwirrter Bauleiter? SCALES schafft Abhilfe. Credit: Anna Riedler

    Am Anfang war die Idee
    Am Anfang war das Chaos

    Na gut, Chaos ist vielleicht ein wenig hart formuliert – aber Ausgangspunkt für eguana war der Gedanke „Das muss doch einfacher gehen!“

    Bauleiter, die sich mühevoll durch Excel-Sheets quälen und die Daten einzelner Insellösungen manuell aufbereiten und auswerten müssen? Ordnerweise Ausdrucke mit y-t-Diagrammen, die für stundenlange Baubesprechungen sorgen? Aus Sicht unserer eguana-Gründer nicht zufriedenstellend und auch nicht zeitgemäß.

    Das konnten sie so nicht weiter stehen lassen – „Wir haben damals erkannt, dass es einerseits den Druck durch BIM gibt, digitale Tools in der Baubranche zu verwenden. Andererseits haben auch viele Bauleiter hohen Leidensdruck, da die Verwendung von Excel-Listen unpraktisch und fehleranfällig ist.“, so Gründervater Florian Rathenböck.

    Was also tun?

    Keep it simple! Unserem Motto entsprechend ging es bei eguana von Anfang an darum, ein Werkzeug zu entwickeln, das unseren Kunden den Arbeitsalltag vereinfacht.

    Deshalb haben wir in Form von eguana SCALES eine einzigartige Plattform erarbeitet, die Daten jeder Art für Benutzer grafisch aufbereitet und in beliebiger Form darstellt. Und zwar ALLE Daten, unabhängig von Maschinentyp und Hersteller.

    „Wir hatten dann das Glück, dass wir Anfang 2016 mit den Baustellen Feuerbach und Alzkanalabstellung erste Kunden und Partner gewinnen konnten – Marti Geotechnik und Züblin Spezialtiefbau, die das Potential erkannt haben und mit uns vorangeschritten sind“, lässt Florian die Entstehungsgeschichte Revue passieren.

    Hurra, es ist ein – Datenmanagement-System!

    SCALES - Babydino. Credit: Anna RiedlerMittlerweile hat SCALES die Geburt erfolgreich hinter sich gebracht und lässt seit 2016 digitales Baudatenmanagement ganz einfach wirken. Das Programm sammelt alle Herstellungsdaten eines Bauprojektes an einem zentralen Ort und ermöglicht einfache Verarbeitung, Auswertung und Analyse. Dank der zentralen Datenbank ist SCALES die „Single-Source-Of-Truth“ für Bauprojekte; Stakeholder können die Daten jederzeit von jedem Ort der Welt einsehen und verwenden.

    „Nichts in der Geschichte des Lebens ist beständiger als der Wandel“
    Charles Darwin

    Obwohl das durchaus schon ein Schulterklopfen wert ist (nicht ohne Grund haben wir 2018 mit SCALES den Mercur-Innovationspreis in der Kategorie „Informations- und Kommunikationstechnologie/Technik“ gewonnen), ruhen wir uns nicht auf unseren Lorbeeren aus, sondern arbeiten daran, unser Datenmanagementsystem noch weiter zu optimieren.

    „Durch unsere Bauingenieure und durch Philipp haben wir im Team Personen, die Verbesserungspotential auf Baustellen kennen und wissen, welche Funktionen wirklichen Mehrwert schaffen. Aber auch viele unserer Kunden sind sehr motiviert, das System zu verbessern, und liefern wertvolle Ideen. Dazu kommen dann noch kundenspezifische Änderungswünsche, die entweder aus persönlichem Interesse oder baustellenspezifischen Anforderungen entstehen“, betont Florian, der als Leiter unseres Entwicklungsteams daran arbeitet, die Software immer noch ein Stückchen besser, schneller und umfassender zu machen. „Das funktioniert nicht immer reibungslos, doch auch aus den Misserfolgen lernen wir. Wir gewinnen jeden Tag Erkenntnisse, weil Dinge nicht so funktionieren, wie wir es erwarten.“

    Was bringt 2019? Ein Ausblick

    Zurzeit arbeiten unsere Entwickler Meder, Bernhard, Cesare und Florian an der Verbesserung der Datenbank, weil die Performance für unsere Kunden oberste Priorität hat. „Durch sauberes, geschicktes Datenbankdesign können wir z.B. bei Visualisierungen die Ladezeiten auf ein Fünftel reduzieren“, erklärt Florian. „Wir haben heuer auch den Schwerpunkt auf KPIs (Key Performance Indicators) gelegt und eine Menge von Leistungskennzahlen für die Bohr- und Injektionstechnik implementiert. Diese können jederzeit über das Dashboard abgefragt werden. Das ist ein Tool, welches wir schon lange angehen wollten, aber aus Zeitmangel erst 2019 geschafft haben. Das Feedback von den Baustellen dazu ist auch ausgesprochen positiv. Ich glaube, so viel Lob haben wir noch für keine andere Funktionalität erhalten.“

    Heuer steht noch eine Verbesserung der Visualisierung am Plan, außerdem beschäftigen wir uns bis Jahresende noch intensiv mit einer Bauzeitprognose. Die visuelle Darstellung der gesamten Baustelle inklusive Baufortschritt sowie abgearbeiteter und geplanter Punkte ist das meistverwendete Tool in SCALES, besonders, wenn es um die Kommunikation zwischen Bauleitung und ausführendem Personal oder zwischen Bauleitung und Bauaufsicht geht.

    SCALES hat seine Kindheit und die anstrengendsten Teenagerjahre erfolgreich hinter sich gebracht und ist in seiner jetzigen Form ein leistungsstarkes cutting-edge System, das die Anforderungen der täglichen Arbeit umfangreich abdeckt. Nichtsdestotrotz geht die Entwicklung weiter, Stichwort Lebenslanges Lernen. „Es gibt natürlich immer neue Funktionen und Verbesserungen zu entwickeln“, weiß auch Florian. „Was die automatische Analyse der Daten, Verwendung für Prognosen und Mustererkennung betrifft, sind wir noch ganz am Anfang. Hier gibt es sicher noch einen sehr langen Weg, und wir freuen uns auf neue, spannende Herausforderungen.“

    Well done!

    Da möchten wir die Gelegenheit nutzen, unseren fleißigen Entwicklern virtuell auf die Schulter zu klopfen und ihnen zu den vielen schlauen Ideen und aufwendigen Programmierungen der letzten Monate gratulieren.

    An dieser Stelle haben wir noch ein besonderes Geschenk für unsere treuen Blogleser: Ab sofort könnt ihr euch zu unserem Newsletter anmelden! Dann erfahrt ihr vollautomatisch, wann es wieder einen neuen spannenden Blog gibt und müsst nicht länger auf gut Glück vorbeischauen! Alles, was ihr dafür tun müsst, ist auf unserer Homepage ganz unten auf „Newsletter abonnieren“ klicken.

    Wir freuen uns auf viele Abonnenten und enden mit einem Anfang: In unserem nächsten Artikel geht es mit einem spannendem Gastbeitrag zum Thema „Künstliche Intelligenz im Tiefbau“ von Helmut Wannenmacher weiter, in dem diskutiert wird, ob und wie künstliche Intelligenz bei Injektionsmaßnahmen zum Einsatz kommen könnte. Und weil uns die Titelfindung immer so schwer fällt, gibt es an dieser Stelle ein kleines Gewinnspiel. Schickt einfach eure Ideen für einen spannenden Titel, der dem Thema „KI im Tiefbau“ gerecht wird, per Mail an office@eguana.at. Die beste Einsendung gewinnt ein originales, fast einzigartiges eguana-Häferl!*

    Unser Gewinn: ein eguana-Häferl!
    Credit Titelbild: momentmal auf pixabay
    *Einsendeschluss: 10.9.2019
  • Sealing in tunnelling – Bring on the water!

    Sealing in tunnelling – Bring on the water!

    Water is known to be the source of all life. We came from the sea (and every summer we are drawn back there), we consist of 70% water, some of us take a shower every now and then (what I’ve heard). However, in the tunnelling industry people mostly refer to water as “the source of all trouble”. From above, from below; due to groundwater or rainfall – water ingress leads to problems which should already be accounted for in the planning and execution.

    For our latest blog entry, we were able to get our long time project partner Sewerin Sabew from the department Marti Geotechnik of Renesco GmbH as guest author. He will give us some insights in the insulation of mountains containing anhydrite.

    ********

    Challenges with the execution of chemical injections to insulate swelling rock

    In course of the project Stuttgart 21 a new tunnel is being built, leading from Stuttgart central station to the train station in Feuerbach. Some sections of the twin-tubed tunnel go through rock mass containing anhydrite*. Anhydrite, also known under its chemical name calcium sulphate, is a common, crystalline mineral that turns into gypsum when in contact with water. As a result, it increases in volume and expands.

    Longitudinal section through the Feuerbach tunnel
    Longitudinal section through the Feuerbach tunnel (Credit: Renesco)

    Therefore, the tunnel is always advanced dry (that means, that water ingress is being avoid during the advancement), but because of explosions or tension redistributions it can always happen that water ingresses from groundwater bearing layers. This can result in a substantial expansion of the rock volume. Due to swelling pressures occurring at past constructions of tunnels, they suffered considerable damage in the form of uplifting as well as ongoing complications and increasing costs due to the constant need for remediation.

    For this reason, insulation measures are essential.

    Insulation in three steps

    For this purpose, the engineering office Wittke Beratende Ingenieure für Grundbau und Felsbau (founded in 1980 by Prof Dr Walter Wittke, Germany´s leading scientist of rock mechanics) a new injection concept. This envisages limiting the ingress of water by chemical injections (instead of relying on a sufficiently thick tunnel shell that removes swelling pressures).

    Sealing measures are absolutely necessary
    Sealing measures are absolutely necessary (Credit: Renesco)

    The three steps of the injection concept:

    1. Preliminary injections in the course of the tunnel advancement when driving through water-bearing layers (this means that the surrounding area is already insulated before advancing to the next tunnel section)
    2. Systematic injections to insulate the anhydrite (now, the tunnel sections lying in the anhydrite are completely insulated to avoid water ingress into the anhydrite from the excavation-damaged-zone, caused by the drilling along the tunnel tube)
    3. Insulation constructions (so called dam-rings) to reduce the water permeability in the longitudinal direction of the tunnel, and to avoid that water runs in the longitudinal direction or along the tunnel (occurring problems are limited to one zone and do not affect the entire construction)

    During the advancement of the tunnel and the formation of the inner shell, about 60,000 drillings have to be compressed along a distance of 3,000 metres. That’s up to 600 injections per day which not only have to be executed but also checked and documented.

    Development of existing technologies

    These measures require injectables that insulate water fast and reliable, but also show low viscosity so they reach even the smallest gaps. This again poses various challenges to the injection technique. To meet the high requirements, existing technology had to be further developed and new approaches had to be taken.

    Polyurethane resin is used to insulate the water ingress as it shows higher viscosity than water. A special algorithm was developed to guarantee that the injection pressure in the drilling hole would lead to a tearing of the mountain. This algorithm considers the conveying resistance in the system and automatically regulates the injection pressure.

    For the insulation of the mountain consisting of dry anhydrite, an acrylate gel is used which can be easier compressed due to its lower viscosity. For these injections, special, reusable pneumatic packers with ventilation were developed.

    Further innovations include the development of an injection container*** for acrylate gel injections, as well as the use of highly accurate sensors for the exact measurement of the mixing rations of all components even with low conveying rates (originating in the process and pharma industry).

    Injection system for acrylate gel (Credit: Renesco)
    Injection system for acrylate gel (Credit: Renesco)

    Manage data easily

    Plans are always a nice thing to have and essential for constructions. However, what are even the best plans good for when the conditions change? And life is per se the manifestation of change – not least of all by changing our environment through constructions.

    However, it is not only annoying, but above all costly, if changes occur during operation and planning and execution must be adjusted. Digitisation makes it easier to deal with change and is essential for agile project management.

    Because you never know exactly what the geology will bring, it is essential to be able to react to changes in the injection planning instantly. The aim of the project coordinators has always been to use state-of-the-art technologies in the field of data and documentation management, to deal with these challenges efficiently and effectively. To efficiently execute the 120,000 injections (600 per day) in an extended back-step method** while keeping documentation at a minimum, the digital injection management system SCALES was introduced.

    It allows access to injection data in real time, automated mass determination, material control, interactive visualisation, as well as exact documentation of construction processes. Evaluation of construction time, KPIs, effort and performance values are obviously integrated as well.

    As an interface to superordinate systems like ERP or iTwo, it simplifies the communication between all involved. With this data and documentation system and the automation of logging, control and billing, the focus lies on the control and verification of the injections. This saves valuable time. Also, more attention can be given to essential matters to minimise errors of routine activities in the work process and to assure the desired quality.

    To illustrate in which dimension digitisation simplifies the work: 600 injections per day – you would use up more than the usual copy paper package per day (!) to document all injection protocols – and then, someone would need to manually go through them and check every single one. An enormous effort (besides the waste of paper) which is reduced decisively by injection data management.

    Carrying out injections (Credit: Renesco)
    Carrying out injections (Credit: Renesco)

    Agile methods in the execution

    Agile methods have been implemented in many project management tasks, allowing the entire team to find a solution to every problem that arises. The challenge was to keep the focus on the big picture – the creation of a comprehensive documentation system. Thus, the project was developed step by step and led to success.

    The use of agile development methods contributes significantly to securing the required quality, saving resources, making the implementation of tasks lean and flexible, and implementing them much faster and minimizing various risks. This way, time and resources could be saved (in spite of constantly changing conditions during execution).

    The detailed planning of work packages that are far in the future and whose requirements and functions can change even before the development of this work step was started was not carried out. Flagrant discrepancies between the ideas of the project managers and the actual output were systematically and continuously avoided in this way. Success has not been measured by mere compliance with milestones, specifications, and record books created at the beginning of the project, but by the viability and usefulness of the data and documentation system, as well as the added value created for the site.

    Step by step to the goal

    From a philosophical point of view, we neither know where we came from nor where the journey is going. There is nothing left for us to do but take one step at a time and see where it leads us.

    Luckily, we have a more precise idea of ​​what the basic conditions are and where we want to end up. But realistically, we have to admit: “even though, a plan is smart useful it is still just theory”. So we have no choice but to accept that plans can only reliably help us over a certain distance.

    Thus, it makes no sense to define a final product and to follow this definition to the end, no matter what. It is much more sensible to have a goal in mind and set the steps to reach it one at a time to be able to adapt to changes.

    The result probably differs from what you had in mind at the beginning – but it is certainly better suited to meet the currently adjusted requirements. Regarding the many aspects: quality, reliability, durability – but also satisfaction and happiness to all involved!

    ********

    It is not the strongest species that survive nor the most intelligent, but the ones most responsive to change. (No, not Darwin, but Leon C. Megginson)

     ********

    We thank Sewerin Sabew for his expertise and are looking forward to future collaboration!

    Guest author: Sewerin Sabew

    Sewerin started his education at the institute of technology in Karlsruhe were he did his graduate engineer. After seven years as project manager at the Alpine Bau GmbH, he started to work at Marti Geotechnik in 2014 where he now is technical department manager. He likes to spend his spare time with philosophical reflections and thoughts on human psychology (because if you focus on the human, the good result comes by itself. Or as General Patton said “Never tell people how to do things. Tell them what to do, and they will surprise you with their ingenuity”).

    Portrait of Sewerin Sabew
    Credit: Sewerin Sabew
    *Gypsum Keuper is a widespread rock layer that swells when water ingresses. It consists of clay stones and retentions of gypsum, anhydrite and halite.
    **This technique works according to the motto: “two steps ahead, on step back”. At first, it is injected in larger sections, then you go back to the start and –for the case that the geology requires further injections- inject in the small gaps. Each injection section is passed up to eleven times, up to three injections per drill.
    ***A project which represented an unprecedented and exciting challenge not only for the tunnelling industry, but also for eguana.

     

    For those of our readers who are wondering why the text refers to Anhydrite while it says AnhydriD in our beautiful cover picture (thanks again to the creative Julia): An anhydride is a chemical compound that is made up of an acid or base is formed by dehydration. The word comes from the Greek (ánhydros), and as it translates to mean „waterless“ or „anhydrous“, the term was perfect for our cover picture. Anhydrite, in turn, is a mineral that swells up to gypsum by contact with water.

  • Abdichtung im Tunnelbau: Wasser (ab-)marsch!

    Abdichtung im Tunnelbau: Wasser (ab-)marsch!

    Wasser ist bekanntlich die Quelle allen Lebens. Wir kommen aus dem Meer (und jeden Sommer zieht es uns dahin zurück), wir bestehen zu 70 Prozent aus Wasser, manche von uns duschen sogar ab und zu (habe ich zumindest gehört). Im Tiefbau drängt sich aber immer wieder die Formulierung „die Quelle allen Ärgers“ auf. Von oben, von unten; durch Grundwasser oder Regenfälle – Wasserzutritte führen zu Problemen, die schon in der Planung kalkuliert und in der Ausführung berücksichtigt werden müssen.

    Für unseren aktuellen Blogbeitrag konnten wir unseren langjährigen Projektpartner Sewerin Sabew von der Abteilung Marti Geotechnik der Renesco GmbH als Gastautor gewinnen, der uns Einblicke in die Abdichtung von anhydritführendem Gebirge gibt.

    *****

    Bist du noch ganz dicht?!
    Herausforderungen bei der Ausführung von chemischen Injektionen zum Abdichten von quellfähigem Gebirge

    Im Rahmen des Projektes Stuttgart 21 führt der neu zu erstellende Tunnel Feuerbach von Stuttgarts Hauptbahnhof zum Bahnhof Feuerbach. Der zweiröhrige Tunnel liegt bereichsweise im anhydritführenden Gebirge*. Anhydrit, auch bekannt unter seiner chemischen Bezeichnung Calciumsulfat, ist ein häufig vorkommendes, kristallenes Mineral, dass sich in Gips verwandelt, wenn es mit Wasser in Berührung kommt. Dadurch nimmt es an Volumen zu und dehnt sich aus.

    Längsschnitt durch den Tunnel Feuerbach (Credit: Wittke Beratende Ingenieure)

    Längsschnitt durch den Tunnel Feuerbach
    Längsschnitt durch den Tunnel Feuerbach (Credit: Renesco)

    Deshalb wird der Tunnel grundsätzlich trocken aufgefahren (das bedeutet, dass beim Vortrieb jeder Wasserzutritt vermieden wird), durch Sprengungen oder Spannungsumlagerungen kann es aber trotzdem passieren, dass Wasser aus grundwasserführenden Schichten zutritt. Das kann zu einer erheblichen Vergrößerungen des Felsvolumens führen. Aufgrund der dabei auftretenden Quelldrücke kam es in der Vergangenheit bei vielen Tunnel zu erheblichen Schäden in Form von Hebungen sowie zu laufenden Behinderungen und Kosten durch ständigen Sanierungsbedarf.

    Abdichtungsmaßnahmen sind aus diesem Grund unbedingt erforderlich.

    Abdichtung in drei Schritten

    Zu diesem Zweck entwickelte das Ingenieursbüro Wittke Beratende Ingenieure für Grundbau und Felsbau (gegründet 1980 von Prof. Dr. Walter Wittke) ein neuartiges Injektionskonzept. Dieses sieht vor, die Wasserzutritte mittels chemischer Injektionen zu verhindern (anstatt wie bisher darauf zu bauen, dass eine ausreichend dicke Tunnelschale die Quelldrücke abträgt).

    Abdichtungsmaßnahmen sind unbedingt erforderlich
    Abdichtungsmaßnahmen sind unbedingt erforderlich (Credit: Renesco)

    Das Injektionskonzept sieht drei Stufen vor:

    • *) Vorauseilende Injektionen im Zuge der Tunnelerstellung beim Durchfahren wasserführender Schichten (das bedeutet, dass das umliegende Gebiet bereits abgedichtet wird, bevor man den nächsten Tunnelabschnitt vorantreibt)
    • *) Systematische Injektionen zum Abdichten des Anhydrits (bei diesen werden im Anhydrit liegende Tunnelabschnitte komplett abgedichtet, um zu verhindern, dass Wasser entlang der Tunnelröhre und vor allem in der durch den Tunnelbau entstandenen Auflockerungszone in den Anhydrit gelangt)
    • *) Abdichtungsbauwerke (sog. Dammringe), um die Wasserdurchlässigkeit in Längsrichtung des Tunnels zu reduzieren, und zu verhindern, dass Wasser in Tunnellängsrichtung bzw. entlang des Tunnels rinnen kann (Auftretende Probleme werden so auf eine Zone begrenzt und betreffen nicht den gesamten Bau)

    Dabei sind während der  Vortriebs- und Innenschalungsarbeiten auf einer Strecke von rund 3.000 Metern ca. 60.000 Bohrungen zu verpressen. Pro Tag sind das bis zu 600 Injektionen, die nicht nur durchgeführt, sondern auch geprüft und dokumentiert werden müssen.

    Weiterentwicklung bestehender Technologien

    Für diese Maßnahmen braucht es Injektionsmittel, die zum einem schnell und zuverlässig gegen Wasser abdichten und zum anderen eine so geringe Viskosität aufweisen, dass diese in kleineste Klüfte eindringen können. Dies stellt wieder unterschiedliche Anforderungen an die Injektionstechnik. Um diese hohen Anforderungen zu erfüllen, mussten bestehende Technologien weiterentwickelt und neue Wege beschritten werden.

    Zum Abdichten der Wasserzutritte wird Polyurethanharz verwendet, da es eine wesentlich höhere Viskosität als Wasser aufweist. Um sicherzustellen, dass der Injektionsdruck im Bohrloch nicht zum Aufreißen des Gebirges führt, wurde ein spezieller Algorithmus eingesetzt und für die Projektbedürfnisse angepasst und weiterentwickelt, der die Förderwiderstände im System berücksichtigt und automatisch den Injektionsdruck regelt.

    Zum Abdichten des trocken anhydritführenden Gebirges wird ein Acrylatgel verwendet, da es sich aufgrund der geringeren Viskosität leichter verpressen lässt. Für diese Injektionen wurden spezielle mehrfach verwendbare, pneumatische Packer mit Entlüftung eingesetzt.

    Weitere Neuerungen umfassen unter anderem die Entwicklung eines Injektionscontainers** für Acrylatgel-Injektionen sowie den Einsatz hochgenauer Sensorik aus der Prozess-und Pharmaindustrie für exakte Messungen der Mischverhältnisse der Komponenten auch bei geringen Förderraten.

    Injektionsanlage für Acrylatgel
    Injektionsanlage für Acrylatgel (Credit: Renesco)

    *****

    Egal wie dicht du bist, denk immer daran – Goethe war Dichter.

    *****

    Aber hier, wie überhaupt, kommt es anders, als man glaubt***

    Pläne sind immer eine schöne Sache und im Bau einfach unerlässlich. Aber was hilft der schönste Plan, wenn sich die Rahmenbedingungen verändern? Das Leben ist per se die Manifestation von Veränderung – nicht zuletzt auch, indem wir durch Bauwerke unsere Umgebung verändern.

    Allerdings ist es nicht nur ärgerlich, sondern vor allem aufwendig, wenn sich im laufenden Betrieb Veränderungen ergeben und Planung sowie Ausführung angepasst werden müssen. Digitalisierung erleichtert es, mit Veränderungen umzugehen und ist als Mittel eines agilen Projektmanagements nicht wegzudenken. 

    Daten einfach managen 

    Da man nie genau weiß, was die Geologie bringen wird, ist es unerlässlich auf Änderungen in der Injektionsplanung zeitnah reagieren zu können. Ziel der Projektverantwortlichen war daher von Beginn an, modernste Technologien im Bereich des Daten- und Dokumentationsmanagements einzusetzen, um diese Herausforderungen effektiv und effizient zu bewältigen. Um die bis zu 120.000 Injektionen (bis zu 600 täglich) in einem erweiterten Pilgerschrittverfahren**** möglichst effizient auszuführen und gleichzeitig den Dokumentationsaufwand möglichst gering zu halten, wurde deshalb das digitale Injektionsdatenmanagementsystem SCALES eingeführt und baubegleitend optimiert.

    Es ermöglicht unter anderem einen Zugriff auf die Injektionsdaten in Echtzeit, automatisierte Massenermittlung, Materialkontrolle, interaktive Visualisierungen, sowie eine exakte und umfassende Dokumentation der Bauvorgänge. Auswertungen über die Bauzeit, KPIs, Aufwands- und Leistungswerte sind ebenfalls integriert.

    Als Schnittstelle zu übergeordneten Systemen wie beispielsweise iTwo erleichtert es die Kommunikation zwischen allen Beteiligten. Mit diesem Daten- und Dokumentationssystem und der Automatisierung von Protokollierung, Steuerung und Abrechnung liegt der Fokus auf fachkundiger Steuerung und Prüfung der Injektionsarbeiten. Hierdurch wird nicht nur wertvolle Zeit eingespart. Der Blick kann auf das Wesentliche gerichtet werden, um Fehler bei Routinetätigkeiten im Arbeitsprozess zu minimieren und die geforderte Qualität zu sichern.

    Zur Veranschaulichung, in welcher Dimension hier die Arbeit durch Digitalisierung erleichtert wird: 600 Injektionen pro Tag – man würde täglich (!) mehr als eine übliche Packung Kopierpapier benötigen, um die einzelnen Injektionsprotokolle zu dokumentieren – und dann müsste sie erst noch jemand manuell durchgehen und kontrollieren. Ein enormer Aufwand (von den Papiermengen ganz zu schweigen), der durch das digitale Injektionsdatenmanagement maßgeblich reduziert wird.

    Durchführung von Injektionen
    Durchführung von Injektionen (Credit: Renesco)

    Agile Methoden bei der Umsetzung

    Agile Methoden wurden bei vielen Aufgaben des Projektmanagements umgesetzt und ermöglichten es dem gesamten Team, für jedes neu auftauchende Problem eine Lösung zu finden. Die Herausforderung bestand darin, den Fokus auf dem großen Ganzen – einer qualitativ hochwertigen und effizienten Ausführung von Injektionen, unterstützt durch ein umfassendes Dokumentationssystem – zu behalten. So konnte das Projekt Schritt für Schritt entwickelt und zum Erfolg geführt werden.

    Der Einsatz von agilen Entwicklungsmethoden trägt wesentlich dazu bei, die geforderte Qualität zu sichern, mit den Ressourcen hauszuhalten, die Umsetzung von Aufgaben schlank und flexibel zu gestalten und wesentlich schneller umzusetzen sowie diverse Risiken zu minimieren. Auf diese Weise wurde (den sich während der Ausführung ständig ändernden Randbedingungen zum Trotz) Zeit gewonnen und Ressourcen eingespart.

    Die detaillierte Planung von Arbeitspaketen, die weit in der Zukunft liegen, und deren Anforderungen und Funktionen sich ändern können, noch bevor mit der Entwicklung dieses Arbeitsschrittes begonnen wurde, wurde nicht durchgeführt. Eklatante Diskrepanzen zwischen den Vorstellungen der Projektverantwortlichen sowie dem tatsächlichen Output wurden auf diese Weise systematisch und kontinuierlich vermieden. Der Erfolg wurde nicht durch bloße Übereinstimmung mit Meilensteinen, Spezifikationen und Lasten/-Pflichtenheft, die zu Projektbeginn erstellt wurden, gemessen, sondern in der Funktionsfähigkeit und Nützlichkeit des Daten- und Dokumentationssystems sowie in dem für die Baustelle entstandenen Mehrwert.

    Schritt für Schritt zum Ziel

    Philosophisch betrachtet wissen wir weder, woher wir gekommen sind, noch wohin die Reise geht. Es bleibt uns nichts anderes übrig, als einen Schritt nach dem anderen zu machen und zu sehen, wo es uns hinführt. Praktisch betrachtet haben wir zum Glück eine etwas genauere Vorstellung davon, mit welchen Grundbedingungen wir starten und wo wir am Ende stehen möchten. Aber bei realistischer Betrachtung müssen wir uns eingestehen: „Was hilft ein Plan ist er auch noch so schlau, er bleibt doch immer Theorie“. Also bleibt uns nichts übrig, als uns damit abzufinden, dass Pläne immer nur über eine gewisse Strecke zuverlässig weiterhelfen können.

    Somit macht es auch keinen Sinn, klassisch ein Produkt final zu definieren und dieser Definition bis zum Ende zu folgen, komme was da wolle. Viel sinnvoller und erfolgreicher ist es, ein Ziel im Auge zu haben und die Schritte dorthin einen nach dem anderen so zu setzen, wie es die aktuellen Veränderungen erforderlich machen.

    Das Ergebnis ist möglicherweise anders als geplant – aber mit Sicherheit besser geeignet, um den aktuell angepassten Anforderungen gerecht zu werden. In Hinblick auf viele Aspekte: Qualität, Zuverlässigkeit, Dauerhaftigkeit – aber auch Zufriedenheit und Glück der Beteiligten!

    *****

    It is not the strongest species that survive nor the most intelligent, but the ones most responsive to change.
    (Nein, nicht Darwin, sondern Leon C. Megginson)

    *****

    Wir bedanken uns bei Sewerin Sabew für seine Expertise und freuen uns auf weitere Zusammenarbeit!

    Gastautor: Sewerin Sabew

    Sewerin begann seine Ausbildung am Karlsruher Institut für Technologie, wo er seinen Diplomingenieur machte. Nach sieben Jahren als Projektmanager bei der Alpine Bau GmbH hat es ihn 2014 zu Marti Geotechnik verschlagen, wo er mittlerweile als Technical Department Manager tätig ist. Seine Freizeit verbringt er gerne mit philosophischen Betrachtungen und Überlegungen zur menschlichen Psychologie (Denn wenn man den Fokus auf den Menschen legt, kommt das gute Ergebnis von alleine. Oder wie General Patton sagte: „Never tell people how to do things. Tell them what to do, and they will surprise you with their ingenuity.“)

    Credit: Sewerin Sabew

     

    *Gipskeuper ist eine weit verbreitete Gesteinsschicht, die bei Wasserzutritt quillt. Sie setzt sich aus Tonsteinen und Einlagerungen von Gips-, Anhydrit- und Steinsalzlagen zusammen.
    **Ein Projekt, dass auch für das Team von eguana und exges eine noch nicht dagewesenen und spannende Herausforderung war
    ***Auch bekannt als: Erstens kommt es anders, zweitens als man denkt!“. Aber wir haben recherchiert und festgestellt, dass es bei Willhelm Busch im Gedicht „Plitsch und Plum“ korrekt heißt „Aber hier, wie überhaupt, Kommt es anders, als man glaubt“
    ****Diese Technik arbeitet ganz nach dem Motto: „Zwei Schritte vor, einer zurück“: Zunächst wird in größeren Abschnitten injiziert, danach geht man an den Anfang zurück und –für den Fall, dass die Geologie weitere Injektionen notwendig macht- injiziert auch in die Zwischenräume. Jeder Injektionsabschnitt wird dabei bis zu elfmal durchfahren, pro Bohrung bis zu drei Injektionen durchgeführt.

     

    Für diejenigen unter unseren Lesern, die sich fragen, wieso im Text von anhydriTführendem Gebirge die Rede ist, in unserem wunderschönen Titelbild (an dieser Stelle nochmal ein großes Dankeschön an die kreative Julia) aber AnhydriD steht: Ein Anhydrid ist eine chemische Verbindung, die aus einer Säure oder Base durch Wasserentzug entsteht. Das Wort kommt aus dem griechischen (ánhydros), und da es übersetzt so viel wie „wasserlos“ oder „wasserfrei“ bedeutet, eignete sich der Begriff perfekt für unser Titelbild. Anhydrit wiederum ist ein Mineral, das durch den Kontakt mit Wasser zu Gips aufquellt.

     

  • The south bypass Küssnacht – The black hole in the Swiss cheese

    The south bypass Küssnacht – The black hole in the Swiss cheese

    The more you take away,
    the bigger I get.
    The more you add,
    the smaller I get.

    What am I?

    Of course, a hole! Like the Americans, who are proud of the holes in their doughnuts, and the Scots, who are proud of their lake monsters, the Swiss are proud of the very holes that make the Emmental-cheese so famous. Where they do not like holes, though, is in (besides socks) the tunnelling industry – because in this case the one big hole which runs through the mountain is more than enough. Those caused by ingress of water, collapses and other undesirable occurrences, however, are not wanted.

    Unfortunately, this was the case with the project of the municipality Küssnacht in the canton Schwyz. Here, the resulting southern bypass will relieve the historic village centre of traffic in the future – but before that it was necessary to stuff some unplanned holes. Who wonders how such an unplanned hole looks like, should have a look at the pictures and videos in blog of Radio Pilatus. Patrick Gabriel, civil engineer at the Züblin Spezialtiefbau GesmbH, will tell us more about the activities in Küssnacht.

    ********

    Extensive measures for propulsion securing at the ascend of a shallow lying loose-rock-propulsion within the city area

    The heart of the diversion of Küssnacht is the tunnel Burg. It underpasses the existing buildings with low covering in the loose-rock-advancement. The majority of the tunnel lies below the groundwater level and runs almost exclusively through glacial lacustrine and gravels. Large parts of the glacial lacustrine are firm to very stiff clay that shows layered deposits of silty fine sands with dense storage. The glacial lacustrine show high strength and very low permeability. The gravels on the other hand consist of alternating strata of sandy-gravels and sandy strata with a thickness in the decimetre to metre range. Also here, the storage density is high.

    picture of the working face
    picture of the working face (Credit: Züblin Spezialtiefbau GesmbH)

    Almost along the entire route of the tunnelling operations are residential buildings on the surface. Starting from the North, the tunnelling commenced in September 2016. Around 14 sections were created by a propulsion securing of pipe machines, working face anchors and shotcrete. The foundation was homogeneous as expected, the deformations measured on the surface were high (with values from up to 4-5 cm), however, they were still in the forecast range for unfavourably assumed subsoil characteristics.

    The problem

    In July 2017, the tunnelling operations had to stop at the 15th sections due to an unforeseen mud ingress of about 10-15 cubic metres. Subsequently, a new exploration program from the surface was started in this section. The soil model had to be corrected based on the new probing because instead of cohesive clay, sandy cohesion-less glacial lacustrine with a thickness of more than a metre were sounded. The water level at this position was about 10 metres above the ridge. A water and mud ingress with unfavourable implications to the stability could not be precluded for the further tunnelling without any further auxiliary construction measures. Under great time pressure, alternative concepts were searched.

    Even while the measures for the north side were clarified, it was decided that to start the cladding work below ground and to begin with the tunnelling work on the south side. In course of the tunnelling from the south, a strongly rolling, softened, gravelly material encountered, which is why the outbreak of the calotte was done in multiple subareas due to reasons of work safety. On the 20th of September, subsequently a collapse occurred caused by the pipe-roof pipes which led to subsidence damages at 17 metres coverage. The collapse funnel in the south had an approximate volume of 350 cubic metres and reached a diameter of 5 metres on the surface. After this incident, the tunnelling work from the south was also stopped.

    The new concept/the solution

    In July 2017, the tunnelling operations had to stop at the 15th sections due to an unforeseen mud ingress of about 10-15 cubic metres. Subsequently, a new exploration program from the surface was started in this section. The soil model had to be corrected based on the new probing because instead of cohesive clay, sandy cohesion-less glacial lacustrine with a thickness of more than a metre were sounded. The water level at this position was about 10 metres above the ridge. A water and mud ingress with unfavourable implications to the stability could not be precluded for the further tunnelling without any further auxiliary construction measures. Under great time pressure, alternative concepts were searched.

    Even while the measures for the north side were clarified, it was decided that to start the cladding work below ground and to begin with the tunnelling work on the south side. In course of the tunnelling from the south, a strongly rolling, softened, gravelly material encountered, which is why the outbreak of the calotte was done in multiple subareas due to reasons of work safety. On the 20th of September, subsequently a collapse occurred caused by the pipe-roof pipes which led to subsidence damages at 17 metres coverage. The collapse funnel in the south had an approximate volume of 350 cubic metres and reached a diameter of 5 metres on the surface. After this incident, the tunnelling work from the south was also stopped.

    The new concept/the solution

    After an intense research of the cause and a reappraisal of the consisting security concept by the project manager and the executive tunnelling companies, the advancing concept was changed. At the north-side, a concept of groundwater lowering was created. This is done by multiple filtering wells from the surface, foregoing drainage drillings, injections and horizontal jet grouting pillars between the pipe-roof pipes which cause a consolidation of the ground between the pipe-roof pipes. On the south-side, a concept with horizontal jet grouting pillars between the pipe-roof pipes was also chosen. Before reassuming the excavation, the collapsed object was filled with injections and stabilised. For this work, the Züblin Spezialtiefbau GesmbH was subcontracted.

    Auxiliary construction measures at the construction of the south bypass of Küssnacht
    Auxiliary construction measures at the construction of the south bypass of Küssnacht [1, page 13]

    From that point on, work was done alternately from both portals: either the excavation or the erection of auxiliary construction measures. The execution of the horizontal jet grouting pillars was done with a one-armed drill with a 28 metres long gun carriage. A depth of 20 metres was drilled, the horizontal jet grouting pillars featured a length of 17 metres according the plans.

    one-armed drill with 28 metres long gun carriage
    one-armed drill with 28 metres long gun carriage (Credit: Züblin Spezialtiefbau GesmbH)

    Systematic monitoring of the deformations in the tunnel, in the rock and on the surface was part of the concept. In the ridge pipe of the pipe-roof pipe, the sag was monitored in real-time by an inclinometer measuring chain. Additionally, the deformations in the tunnel of the outbreak securing and at the working face were monitored. On the surface, the surveillance of the site and the buildings was done by automated tachymeters, water level gauges and manual levelling.

    All´s well that ends well

    Overall, more than 16,000 metres horizontal jet grouting pillars (of up to a length of 17 metres), more than 1,100 metres of blowout prevented drainage drills (of up to a length of 20 metres) and around 1,300 cubic metres working face drainages (of up to length of 24 metres) were produced.

    The extraordinary collaboration of all involved parties established the most important conditions for a successful breakthrough on 29 May 2019. Up to this point, around 43,000 cubic metres of rock, clay and gravel were excavated out of the mountain, and 8,100 cubic metres of shotcrete were installed as well as 21 high-concrete-soles and 13 vault blocs.

    Finally, it can be noted that the chosen concept for outbreak securing was suitable to reduce the settling to an acceptable degree without complex compensation measures in the soil. The erection of horizontal jet grouting pillars in addition to the pipe-ridge is recommended for similar geological conditions to solve stability problems and minimise settling.

    eguana provides overview

    The realisation of the project was also exciting and pleasing for eguana since we could use eguana SCALES.jetting for the first time for horizontal jet grouting. Like in Karlsruhe (link), it was the intention to give the constructor a live-view on the status of the works in the tunnel. This was done with the help of eguana maps and step by step visualisation of the screens. By the superimposing of construction sketch, road map and objects, on the basis of the site plan it can be quickly and easily identified that the tunnelling advancement from the south started later and that the securing concept was established after section 14. In the cross-section, the jet grouting pillars in the pipe-ridge and the working face pillars are referenced with the respective data set. The colour gives feedback on the status of the work (green, since all pillars are finished and shared).

    visualisation of the jet grouting works on the map and cross-section visualisation.
    visualisation of the jet grouting works on the map and cross-section visualisation. (Credit: eguana)

    The construction management and the client could directly see the significant progressions of the drill and jet parameter with a chart overview. Thus, the logging and verification was simple and intuitive so one could focus on the extraordinary challenges of the south bypass of Küssnacht. Merci to Patrick Gabriel and the whole on-site team – we are looking forward to exciting future projects with the Züblin Spezialtiefbau GesmbH!

    Author: Patrick Gabriel

     

    Can you already be a complete civil engineer with 30? Patrick Gabriel can! The passionate climber and talented musician (he plays 7 instruments – and that by no means sinful but heavenly good) was already as a young boy fascinated by constructions and could decipher all plans at the soft age of 5. Already during his studies at the Technical University of Vienna, which he finished with honours and almost in minimum study time, he worked with numerous planning companies and completed large projects in Ireland and Switzerland together with the Züblin Spezialtiefbau GesmbH. After his degree, he was drawn to geotechnical planning to further deepen his specialist knowledge, until he returned to Züblin Spezialtiefbau GesmbH via detours in 2018. Since then, he has been working in the technical back office where he combines his planning skills with his experience from the construction site. Chapeau!

    Patrick at his first construction site.
    Patrick at his first construction site. (Credit: Alexandra Gabriel)

    Source directory and further information:

    [1] Zimmermann, A.; Schneider, A.: Südumfahrung Küssnacht, Tunnel Burg – Lockergesteinsvortrieb unter anspruchsvollen Bedingungen, Swiss Tunnel Congress 2019

    [2] Bote der Urschweiz: Spektakulärer Durchlag im Tunnel für die Südumfahrung, Seite 1; Seite 17, Ausgabe vom 31.05.2019

    [3] Freier Schweizer: Ein Durchstich fürs Geschichtsbuch, Seite 2, Ausgabe vom 31.05.2019

     

    Cover photo:
    High concentration during the execution of auxiliary construction measures for the construction project Küssnacht South Bypass. Credit: Züblin Spezialtiefbau GesmbH

  • Südumfahrung Küssnacht – Das große Loch im Schweizer Käse

    Südumfahrung Küssnacht – Das große Loch im Schweizer Käse

    Je mehr du wegnimmst,
    desto größer werde ich.
    Je mehr du hinzutust,
    desto kleiner werde ich.

    Was bin ich?

    Eh klar, ein Loch! Und so wie die Amerikaner auf die Löcher in ihren Krapfen und die Schotten auf ihre Monster-beherbergenden Seen (loch) stolz sind, sind es die Schweizer auf jene Lücken, die den Emmentaler Käse erst zu einer international bekannten Marke machen. Wo sie Löcher allerdings nicht so gerne haben, ist (neben Socken) der Tunnelbau – denn hier ist das eine große Loch quer durch den Berg mehr als genug. Jedes weitere, das durch Wasserzutritte, Einstürze und weitere unerwünschte Vorkommnisse entsteht, ist ein Loch zu viel.

    So und nicht anders war es beim Projekt der Gemeinde Küssnacht am Rigi im Kanton Schwyz. Hier wird die entstehende Südumfahrung den historischen Dorfkern in Zukunft vom Verkehr entlasten – davor galt es aber, einige ungeplante Löcher zu stopfen. Wer sich fragt, wie so ein ungeplantes Loch aussieht, schaut sich hierzu am besten diese Bilder und Videos  an. Mehr zu den Geschehnissen am Rigi erfahren wir von Patrick Gabriel, Bauingenieur der Züblin Spezialtiefbau GesmbH.

    ********

    Umfangreiche Maßnahmen zur Vortriebssicherung beim Auffahren eines seichtliegenden Lockergesteinsvortriebs im innerstädtischen Raum

    Kern der Umfahrung von Küssnacht stellt der Tunnel Burg dar. Er unterquert die bestehende Bebauung mit sehr geringer Überdeckung im Lockergesteinsvortrieb. Der Tunnel liegt zum großen Teil unter dem Grundwasserspiegel und verläuft fast ausschließlich in Seeablagerungen und Schotterkomplex. Bei den Seeablagerungen handelt es sich zumeist um steifen bis halbfesten Ton, der schichtweise Einlagerungen von schluffigen Feinsanden mit dichter Lagerung aufweist. Die Seeablagerungen weisen eine hohe Festigkeit und eine sehr geringe Durchlässigkeit auf. Der Schotterkomplex wiederrum besteht aus Wechsellagerungen von sandig-kiesigen und sandigen Schichten mit Mächtigkeiten im Dezimeter- bis Meterbereich. Die Lagerungsdichte ist auch hier sehr hoch.

    Bild der Ortsbrust. Credit: Züblin Spezialtiefbau GesmbH

    Nahezu auf der gesamten Strecke des bergmännischen Vortriebs ist an der Oberfläche eine Bebauung mit Wohngebäuden vorhanden. Der Vortriebsstart erfolgte im September 2016 von Norden aus. Rund 14 Etappen á 10 – 12 m wurden mit einer Vortriebssicherung aus Rohrschirmen, Ortsbrustankern und Spritzbeton hergestellt. Der Baugrund zeigte sich dabei wie erwartet homogen, die an der Oberfläche gemessenen Verformungen waren hoch (mit Werten von bis zu 4-5 cm), lagen jedoch noch im Bereich der Prognosen für ungünstig angenommene Baugrundkennwerte.

    Das Problem

    Im Juli 2017 musste bei Etappe 15 jedoch der Tunnelvortrieb eingestellt werden, da es zu einem unvorhergesehenen Schlammzutritt von etwa zehn bis 15 Kubikmetern kam. In der Folge wurde in diesem Bereich von der Oberfläche ein neues Erkundungsprogramm gestartet. Das Baugrundmodell musste unter Zugrundelegung der neuen Sondierungen korrigiert werden. Anstelle von kohäsivem Ton wurden sandige, kohäsionslose Seeablagerungen mit Mächtigkeiten von über einem Meter sondiert. Der Wasserspiegel lag an dieser Stelle etwa zehn Meter über der Firste. Ein Wasser- und Schlammzutritt mit sehr ungünstigen Auswirkungen auf die Stabilität war in der Folge für den weiteren Vortrieb ohne weitere Bauhilfsmaßnahmen nicht auszuschließen, weshalb unter hohem Zeitdruck alternative Konzepte gesucht wurden. Noch während die Maßnahmen auf der Nordseite abgeklärt wurden, wurde entschieden, einerseits die Verkleidungsarbeiten unter Tage zu starten sowie den Gegenvortrieb von der Südseite zu starten.

    Im Lauf des Gegenvortriebs wurde ein stark rolliges, entfestigtes kiesiges Material angetroffen, weshalb aus Gründen der Arbeitssicherheit der Ausbruch der Kalotte in mehreren Teilflächen erfolgte. Am 20. September 2017 ereignete sich darauffolgend ein Verbruch durch die Rohrschirmrohre, der schließlich zu einem Tagbruch bei 17 Meter Überdeckung führte. Der Verbruchtrichter im Süden wies ein geschätztes Volumen von etwa 350 Kubikmeter auf und erreichte an der Oberfläche einen Durchmesser von fünf Metern. Nach diesem Ereignis wurde auch der Gegenvortrieb von der Südseite eingestellt.

    Das neue Konzept/die Lösung

    Nach intensiver Ursachenforschung und einer Neubewertung des bestehenden Sicherungskonzepts durch den Projektverfasser und den ausführenden Tunnelbauunternehmern wurde schließlich das Vortriebskonzept geändert. An der Nordseite wurde ein Konzept mit Grundwasserabsenkung, welche mittels mehrerer Filterbrunnen von der Oberfläche realisiert wurde, vorauseilenden Drainagebohrungen, Injektionen und horizontalen DSV-Säulen zwischen den Rohrschirmrohren, die eine Verfestigung des Bodens zwischen den Rohrschirmrohren bezweckten, erstellt. An der Südseite genügte ein Konzept mit horizontalen DSV-Säulen zwischen den Rohrschirmrohren. Vor der Wiederaufnahme des Gegenvortriebs wurde der Verbruchskörper mit Injektionen aufgefüllt und stabilisiert. Für diese Arbeiten wurde Züblin Spezialtiefbau GesmbH als spezialisierter Subunternehmer beauftragt.

    Bauhilfsmaßnahmen beim Bauvorhaben Südumfahrung Küssnacht, Tunnel Burg. [1, Seite 13]

    Von diesem Zeitpunkt an wurde wechselseitig von beiden Portalen aus gearbeitet: entweder im Vortrieb oder seitens Züblin Spezialtiefbau GesmbH bei der Errichtung der Bauhilfsmaßnahmen. Die Ausführung der horizontalen DSV-Säulen erfolgte mit einem einarmigen Bohrgerät mit 28 m langer Lafette. Gebohrt wurde bis in 20 m Tiefe, die horizontalen DSV-Säulen wiesen gemäß Planung eine Länge von bis zu 17 m auf.

    Einarmiges Bohrgerät mit 28 m langer Lafette. Credit: Züblin Spezialtiefbau GesmbH

    Eine systematische Überwachung der Verformungen im Tunnel, im Gebirge und an der Oberfläche war Bestandteil des Konzepts. Im Firstrohr des Rohrschirms wurde die Durchbiegung mittels einer Inklinometer-Messkette in Echtzeit überwacht. Zusätzlich wurden im Tunnel Verformungen der Ausbruchsicherung und vor der Ortsbrust überwacht. An der Oberfläche erfolgte eine Überwachung des Geländes und der Gebäude mittels automatisierter Tachymeter, Schlauchwaagen und händischer Nivellements.

    (Tunnel-)Ende gut, alles gut

    Insgesamt wurden mehr als 16.000 Laufmeter horizontale DSV-Säulen (bis zu einer Länge von 17,0 Meter), mehr als 1.100 Laufmeter preventergeschützten Drainagebohrungen (bis zu einer Länge von 20,0 Meter) und etwa 1.300 Laufmeter Ortsbrustdrainagen (bis zu einer Länge von etwa 24,0 Meter) hergestellt.

    Die ausgezeichnete Zusammenarbeit aller Projektbeteiligten schaffte die wichtigsten Voraussetzungen für einen erfolgreichen Durchschlag am 29. Mai 2019. Dies präsentiert sich bei den aufgetretenen Schwierigkeiten als eine beachtliche Leistung – man kam ohne wesentliche Verzögerungen aus.. Bis zu diesem Zeitpunkt waren bislang rund 43.000 Kubikmeter Gestein, Ton und Schotter aus dem Berg gebrochen, 8.100 Kubikmeter Spritzbeton eingebaut sowie 21 Hochbetonsohlen und 13 Gewölbeblöcke betoniert. Läuft alles Weitere nach Plan, kann der Tunnel noch 2020 in Betrieb genommen werden.

    Abschließend kann erwähnt werden, dass das gewählte Konzept zur Ausbruchssicherung sehr geeignet war, um die Setzungen ohne aufwendige Kompensationsmaßnahmen im Baugrund auf ein akzeptables Maß zu reduzieren. Die Erstellung von horizontalen DSV-Säulen zusätzlich zum Rohrschirm ist bei ähnlichen geologischen Verhältnissen auf jeden Fall zu empfehlen, um Stabilitätsprobleme zu lösen und Setzungen zu minimieren.

    ********

     eguana verschafft Überblick

    Auch für eguana war die Realisierung des Projektes spannend und äußerst erfreulich, durften wir doch eguana SCALES.jetting erstmalig bei Horizontal-DSV im Einsatz sehen. Wie schon in Karlsruhe war es auch hier die Intention, dem Bauherren einen Live-Blick auf den Stand der Arbeiten im Tunnel zu ermöglichen. Realisiert wurde dies mittels eguana Maps und der etappenweisen Visualisierung der Schirme. Durch die Überlagerung von Konstruktionsskizze, Straßenkarte und Objekten, kann anhand des Lageplans schnell und einfach erkannt werden, dass zum einen der Gegenvortrieb von Süden aus zu einem späteren Zeitpunkt begann und das Sicherungskonzept nach Etappe 14 festgelegt wurde. Im Querschnitt sind die DSV-Säulen im Rohrschirm sowie die Ortsbrustsäulen mit den jeweiligen Datensätzen referenziert. Die Farbe gibt Rückschluss auf den Stand der Arbeiten (grün, da alle Säulen fertiggestellt und freigegeben wurden).

    Visualisierung der DSV-Arbeiten in Lageplan und Querschnittsvisualisierung. Credit: eguana

    Bauleitung und Auftraggeber konnten sich mit einer Chartvorschau direkt die entscheidenden Verläufe der Bohr- und Jetparameter ansehen. Die Protokollierung und Nachweisführung war hierdurch einfach und intuitiv gegeben und man konnte sich den außergewöhnlichen Herausforderungen der Südumfahrung Küssnacht widmen. Merci an Patrick Gabriel und das gesamte Team vor Ort – wir freuen uns auf weitere spannende Projekte mit der Züblin Spezialtiefbau GesmbH!

    ********

    Gastautor: Patrick Gabriel

     

    Kann man mit knapp 30 bereits ein umfassender Bauingenieur sein? Patrick Gabriel kann das! Der passionierte Bergsteiger und hochtalentierte Musiker (er spielt sage und schreibe 7 Instrumente – und das keineswegs sündhaft sondern himmlisch gut) war bereits als junger Bub fasziniert vom Bau. Er konnte sämtliche Pläne im zarten Alter von fünf entziffern. Noch während des Studiums an der Technischen Universität Wien, welches er mit Auszeichnung und beinahe in Mindeststudienzeit abschloss, arbeitete er bei zahlreichen Planern und wickelte mit der Züblin Spezialtiefbau GesmbH große Projekte in Irland und der Schweiz ab. Nach dem Studium zog es ihn in die geotechnische Planung, um dort sein Fachwissen zu vertiefen, bis er über Umwege wieder zu Züblin Spezialtiefbau GesmbH zurückkehrte und hier seit 2018 im technischen Innendienst sein planerisches Wissen mit den Erfahrungen aus der Bauabwicklung zu kombinieren weiß. Chapeau!

    Patrick auf einer seiner ersten Baustellen. Credit: Alexandra Gabriel

    Quellenverzeichnis und weiterführende Artikel:

    [1] Zimmermann, A.; Schneider, A.: Südumfahrung Küssnacht, Tunnel Burg – Lockergesteinsvortrieb unter anspruchsvollen Bedingungen, Swiss Tunnel Congress 2019

    [2] Bote der Urschweiz: Spektakulärer Durchlag im Tunnel für die Südumfahrung, Seite 1; Seite 17, Ausgabe vom 31.05.2019

    [3] Freier Schweizer: Ein Durchstich fürs Geschichtsbuch, Seite 2, Ausgabe vom 31.05.2019

     

    Beitragsbild:
    Hohe Konzentration bei der Ausführung der Bauhilfsmaßnahmen beim Bauvorhaben Südumfahrung Küssnacht. Credit: Züblin Spezialtiefbau GesmbH

  • Summer is coming!

    Summer is coming!

    Endlich! Nicht, dass Schnee und Regen nicht auch ganz schön sein können, aber im Juni darf dann auch mal Schluss sein. Benannt ist der Juni nach der römischen Göttin Juno, Gattin des Göttervaters Jupiter und Göttin der Ehe.

    Auch genannt wird er Rosenmonat, und dementsprechend rosarot sind auch die Feiertage. Am 12. Juni haben wir deshalb die Wahl zwischen dem brasilianischen Tag der Liebenden, dem Loving-Day und dem amerikanischen Tag der roten Rose.

    Diesen Monat plaudern wir mit Gründervater und Baby-Vater Florian Rathenböck. Florian ist unser Head of Development. Und wer sich fragt, was das bedeutet, liest am besten einfach weiter:

    *****

    Lieber Flo, was machst du eigentlich so? Dein Job in zehn Worten:
    Ich versuche, SCALES ständig zu verbessern und die Kundenwünsche zu erfüllenCredit: Florian Rathenböck

    Das sind zwar elf, aber okay. Was hat sich in der Software von eguana im letzten Halbjahr Spannendes getan?
    Im letzten halben Jahr haben wir uns sehr auf die Verbesserung des Dashboards konzentriert und die Berechnung einer Reihe von KPI (Key performance indicator) integriert. Diese KPI sind ein wichtiger Schritt am Weg in Richtung automatische Bauzeitprognose und helfen bei der Verbesserung von Prozessen auf der Baustelle.
    Außerdem arbeiten wir gerade an neuen Visualisierungsformen, aber dazu verrate ich noch nicht mehr.

    Mit welchem Film- oder Buchtitel würdest du die letzten Jahre und deine Arbeit bei eguana am ehesten beschreiben?
    Das ist eine schwere Frage. Da fallen mir dann spontan genau 0 Titel ein. Um meine Arbeit zu beschreiben würde mir jetzt nur „Matrix“ einfallen. 😎

    Wie geht es in Zukunft weiter mit eguana?
    Wir werden den Weg der letzten 4.5 Jahre weitergehen. Das heißt, wir versuchen uns und SCALES ständig zu verbessern, um noch mehr Bauleiter von den Vorteilen zu überzeugen.

    Was wünschst du dir für den Rest des Jahres?
    Ein paar ruhige Wochen wären nett, in denen sich das Entwicklungsteam rein auf die Umsetzung unserer Ideen konzentrieren kann. Neben den grafischen Darstellungen haben wir noch ein paar Dinge im Hinterkopf, die SCALES entscheidend verbessern werden.

    Wie verbringst du die Sommermonate am liebsten?
    Da wir im neuen Büro endlich eine funktionierende Klimaanlage haben, kann ich ihn wohl hier verbringen. 😉 Ansonsten könnte ich mir auch vorstellen, den ganzen Tag am Meer oder an einem See zu liegen und die Sonne zu genießen. Wenn ich nicht arbeiten muss und ein Gewässer in der Nähe ist, bin ich ein großer Fan von heißen Tagen.

    Wenn du dich selbst mit einem Zitat beschreiben müsstest, welches wäre es?
    Diese Frage ist ja noch schwerer als der Filmtitel. Vielleicht: „Better three hours too soon than a minute too late“. Unpünktlichkeit und nicht gehaltene Deadlines können mich schon aufregen.

    Die wichtigste Frage kommt zum Schluss: Was feierst du am 12. Juni? Da geht es weltweit romantisch zu, vom brasilianischen Tag der Liebenden über den Tag der roten Rose bis hin zum US-amerikanischen National Loving Day. Es ist aber auch der internationale Falafel-Tag und der Tag der Erdnussbutterkekse. Wofür entscheidest du dich – für die Liebe? Oder doch für ein köstliches Falafel?
    Da fällt mir ein Zitat eines ehemaligen Kollegen ein: „Wenn man Flo genug zu essen gibt, dann ist er ganz umgänglich.“ In diesem Sinne würde ich mich für die Erdnussbutterkekse entscheiden. Ich liebe Erdnussbutter.

    *****

    Was hat sich seit März getan?

    Wir waren im letzten Quartal nicht untätig und haben unter anderem die Projekte Küssnacht und Infineon erfolgreich abgeschlossen – ein Blogbeitrag dazu folgt, wir halten Euch auf dem Laufenden! Außerdem haben wir beim Nordic Grouting Symposium ein Paper zu Digital Documentation- and Data management for Grouting Measures eingereicht und hoffen auf einen Vortragsslot – darüber werden wir eifrige Leser natürlich rechtzeitig informieren.

    Auch intern hat sich bei uns einiges getan. Wir freuen uns nämlich nicht nur über Sommer, Sonne und Solero, sondern auch über zwei neue Mitarbeiter – ein Twinni sozusagen.

    Peter und Cesare (Credit: Anna Riedler)
    Peter und Cesare

    Seit April ist Cesare Schwabl Teil unseres Teams und unterstützt Bernhard bei allem, was in unserem Labor so anfällt. Der Tiroler im Bundesland-Potpourri studiert Bauingenieurwesen an der TU Wien, kann aber eigentlich alles. Von Design über Konzeptionierung und Zusammenbau von Hardware ist er universell einsetzbar – quasi unser Tiroler Taschenmesser.

    Die zweite Hälfte unseres Twinnis ist Peter Weihs; Mechatroniker, Elektrotechniker und Bachelor of Science für Urbane Erneuerbare Energietechnologien – was weiß Weihs eigentlich nicht? Er unterstützt Michael seit Anfang Mai vor allem bei der Projektbetreuung und Kundenkorrespondenz.

    Bleibt die Frage, wer die orange und wer die grüne Hälfte ist.

    Credit: Peter Weihs

    Infos zum Sommer

    In der heißesten Zeit des Jahres sind wir besonders froh über unsere Gleitzeit-Regelung, denn bei Temperaturen um die 30 Grad arbeitet es sich – trotz Klimaanlage – nicht ganz so gern . Wer uns nach 15 Uhr sprechen möchte, kann das natürlich gerne unter +43 1 996 20 42 oder office@eguana.at versuchen. Wer auf Nummer sicher gehen möchte, folgt aber am besten unserer Spur an den nächsten Sandstrand, wo wir Vitamin D für den kommenden Winter tanken.

    *****

    Für alle, die sich nach der Lektüre unseres letzten Blogs fragen, was sie denn jetzt eigentlich tun müssen, um ihren persönlichen Wodka richtig zu mischen, möchten wir hier noch die Lösung erklären:

    *) Variante 1:
    Um 100 Liter Wodka zu erhalten, mischt man zunächst 40 Liter Ethanol mit 60 Litern Wasser. Daran sieht man dann das Endvolumen und kennt die Dichte der Mischung. Diese Dichte wird verwendet, um zu berechnen, wie viel von jeder Zutat benötigt wird. Wenn also 40 Liter Alkohol und 60 Liter Wasser insgesamt 97 Liter der Mischung ergeben, dann benötigt man für 100 Liter ungefähr 41 Liter Alkohol und 62 Liter Wasser. Das Ganze ist also ein bisschen eine Schätzarbeit.

    *) Variante 2:
    Wer lieber die Hände als den Kopf verwendet und gern seinen eigenen (Bio-)Wodka trinken möchte, startet mit Wasser, Erdäpfeln, Malz und einer eigenen Destillieranlage. Eine Anleitung und jede Menge zusätzliche Infos dazu (Wussten Sie, dass Wodka auf Russisch „Wässerchen“ bedeutet? Ungefähr so wird er dort ja auch getrunken…)  gibt’s beispielsweise auf Wikipedia.

    *) Variante 3:
    Nimm fertigen Wodka, misch ihn mit Zitronensaft und jeder Menge pürierter Erdbeeren – heißt dann zwar nicht mehr Wodka, ist aber eine wunderbare Mischung und perfekt für einen gemütlichen Start in den Sommer.

    PROST!