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Paierdorf exploration shaft - Geotechnical design, safety control and site quality management

Vigl, Alois / Moritz, Bernd / Sellner, Peter

Der Beitrag behandelt eine neue, innovative Baumethode, die erstmalig erfolgreich beim Projekt 'Erkundungsschacht Paierdorf' angewandt wurde. Der Schacht (Tiefe 121,5 m, Innendurchmesser 9,1 m, Ausbruchdurchmesser 9,96 m) ist Teil des weiterführenden Erkundungsprojekts Koralmtunnel und wurde mithilfe eines 'Vertikalen Abteuf-Schilds' hergestellt und mit 30 cm dicken Stahlbeton-Tübbingen ausgekleidet. Auf dem ersten Abschnitt von rund 30 m durchörterte der Schacht grundwasserführende Schichtabfolgen des Quartärs bestehend aus Sanden und Kiesen. In diesem Bereich musste unter Rücksichtnahme auf den Grundwasserhaushalt die Auskleidung wasserdicht ausgeführt werden. Unterhalb des Quartärs folgten bis zur Endteufe Schichtabfolgen des Tertiärs, in denen die Auskleidung wasserdurchlässig ausgeführt werden durfte. Als Basis der Dimensionierung des Abteufschilds, der Vortriebspressen sowie insbesondere der Schachtauskleidung wurde ein geotechnisches Rechenmodell für den Baugrund erstellt. Dieses baut im Wesentlichen auf dem Ansatz des tiefenabhängigen Erdruhedrucks und das Kennlinienverfahren auf. Um eine vortriebsbegleitende Kontrolle des erwarteten Systemverhaltens aus der Interaktion Schachtbauwerk-Baugrund zu gewährleisten, wurde ein abgestimmter geotechnischer Sicherheitsmanagementplan erarbeitet und fortgeschrieben. Dieser enthielt entsprechende Warn- und Alarmkriterien mit zugehörigen Interventionsmethoden (Interventionsmatrix).

The paper deals with a rather innovative shaft construction method which was successfully applied at the 121.5 m deep and 9.1 m wide (9.96 m) vertical 'Paierdorf exploration shaft'. This shaft is part of the Koralm tunnel investigation project and has been excavated under the protection of a vertical shield and supported with a segmental lining. The geological conditions in the uppermost 30 m thick quaternary layer are characterized by a mixture of sand and gravel in ground water conditions. A water-tight lining was required within this section to ensure a minimum disturbance of the groundwater table of this aquifer. The quaternary layer is followed by tertiary sediments with a separate aquifer. A more or less water tight section consisting of siltstones with approximate 5 m vertical dimension divided these two aquifers (the quaternary and tertiary one). Thus, within the underlying tertiary sediments ground water lowering is allowed and the lining was built with unsealed joints. As a basis for design of the vertical shield, the thrust system and the lining system, a proper geotechnical model for the ground was developed, as well as adequate loads and their distribution determined for an economical and still safe design. This model is based on the fundamental equations for vertical load equilibrium combined with the method of 'Characteristic lines'. A warning system including warning, alarm and action criteria in the so called 'Matrix of Intervention' was defined. By monitoring the behaviour of the excavated and supported section with an intense geotechnical measuring and observation programme, the compliance with the requirements and criteria defined in the geotechnical safety management plan was checked.