Penetration tests at the Koralm Tunnel (KAT2) – The right tool to improve penetration prediction in TBM tunneling? / Penetrationsversuche am Beispiel des Koralmtunnels (KAT2) – Ein Werkzeug zur Verbesserung von Penetrationsprognosen im maschinellen Tunnelbau?
Authors: Wilfing Lisa , Käsling Heiko , Goliasch Robert , Moritz Bernd , Thuro Kurosch 
Published: June 2016

Performance prediction is one of the crucial issues for estimating excavation costs and construction time of tunnel projects. In mechanized tunneling, TBM performance highly depends on achieved penetration rate and cutter wear. The aim of the research group ABROCK and the topic of this paper is the improvement of penetration prediction by performing on‐site penetration tests. Therefore estimated parameters by two existing prediction models (Gehring model, Colorado School of Mines model) are compared with the results of penetration tests at Austrians large infrastructure project of the OeBB Koralm tunnel construction lot KAT2. Penetration tests are a common tool to determine the performance of a TBM in certain geological environments. During a test, the TBM is operated under defined conditions that allow the comparison of different tunnel projects and machine types in analogous geological conditions. Results show that only for a narrow scope, considered prediction models reveal appropriate fitting. Once the rock mass is fractured or the stress level within the rock mass changes, existing models are not applicable. This fact emphasizes the need of an update for penetration prediction models by implementing a correction factor for discontinuities and the stress state in a rock mass. This may result in a new prognosis model called Alpine model.

Die Leistungsprognose ist einer der wichtigsten Aspekte für die Kalkulation von Baukosten und Bauzeiten bei Tunnelprojekten. Die Leistung einer TBM wird von der erreichten Penetration sowie dem auftretenden Werkzeugverschleiß bestimmt. Ziel der Forschungsgruppe ABROCK sowie Schwerpunkt dieses Beitrags ist es, existierende Penetrationsprognosemodelle mithilfe von Penetrationsversuchen auf Tunnelbaustellen zu verbessern. In diesem Beitrag werden die prognostizierten Penetrationswerte von zwei gebräuchlichen Modellen (Gehring Model, Colorado School of Mines Model) mit den Ergebnissen der Penetrationsversuche am großen österreichischen Infrastrukturprojekt der ÖBB‐Infrastruktur AG, dem Koralmtunnel Baulos KAT2, verglichen. Der Penetrationsversuch ist eine häufig angewandte Methode, um die Leistung einer TBM in einem gewissen geologischen Umfeld zu bestimmen. Hierbei wird die Maschine unter definierten Bedingungen gefahren, wodurch ein Vergleich unterschiedlicher Tunnelprojekte sowie Maschinentypen bei entsprechenden geologischen Verhältnissen ermöglicht wird. Die Ergebnisse zeigen, dass die untersuchten Prognosemodelle nur für einen sehr engen Anwendungsbereich zuverlässige Werte liefern. Sobald das Gebirge Trennflächen oder einen veränderten Spannungszustand aufweist, sind beide Ansätze nicht mehr brauchbar. Diese Tatsache zeigt deutlich, dass die existierenden Modelle adaptiert werden müssen, indem Korrekturfaktoren für das Trennflächengefüge sowie den Spannungszustand im Gebirge implementiert werden. Dies soll in einem neuen Prognosemodell, dem sogenannten Alpine‐Modell resultieren.