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1© 2013 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Geomechanics and Tunnelling 6 (2013), No. 2

Motorway tunnelling only started in the Czech Republic after thepolitical changes in Europe in 1989 with the objective of rapidlyintegrating the then small national motorway network into the Eu-ropean network. In reality, this meant the construction of Motor-way D5 to the West (Prague-Pilsen-Nuremberg), Motorway D8 tothe North (Prague-Dresden), Motorway D3 to the South (Prague-Budweis-Linz), Motorway D1 to the North-East (Brno/Brün-Ostra-va-Katowice), Motorway R52 to the South (Brno/Brün-Vienna)and Motorway R48 (Brno/Brün-Olomouc/Olmütz-Krakow). In or-der to improving conditions for the rapidly growing traffic aroundthe Czech capital Prague, and to eliminate transit traffic throughPrague, an outer motorway was proposed, the Prague City RingRoad R1. In the mean time some of these ambitious plans havebeen realized and several motorway tunnels constructed in thelast decade. The paper starts with a general overview of the motorway tunnels, their parameters and features. The rest is focused on details of the design and construction of the LochkovTunnel on the Prague City Ring Road.

1 Overview of motorway tunnels and their basic parameters and features

The number and total length of motorway tunnels con-structed in the Czech Republic is smaller than for examplein the Alpine countries. However, it should be understoodthat the industry started with limited experience of mod-ern tunnelling, and the successful completion of the tun-nels described here is considered a technical achievement(Fig. 1, Table 1).

All Czech motorway tunnels are constructed usingthe New Austrian Tunnelling Method (NATM), generallywith short to medium cut and cover sections at the por-tals. All tunnels were driven in predominantly hard rockconditions and there were no major problems (collapses,casualties, serious injuries or longer interruptions of con-struction) during excavation. For most of the tunnels, anexploration gallery was constructed within the future tun-nel profile along the entire tunnel length, or in some tun-nels only in sections. The tunnels have two or three lanesfor one-directional traffic, with or without emergency lane(shoulder) and with non-uniform carriageway widths rang-ing from 7.5 to 11.5 m (two-lane tunnel) and 11.75 m(three-lane tunnel), demonstrating different interpreta-tions of the existing standards by the relevant designersand authorities. Final linings are mostly cast in-situ rein-forced concrete (only the Libouchec tunnel has unrein-

Der Bau von Autobahntunneln hat in der tschechischen Republikerst nach den politischen Veränderungen in Europa im Jahr 1989mit dem Ziel begonnen, das damals noch kleine nationale Auto-bahnnetz in das europäische Netz zu integrieren. In der Praxisbedeutete dies den Bau der Autobahn D5 in Richtung Westen(Prag – Pilsen – Nürnberg), der Autobahn D8 in Richtung Norden(Prag – Dresden), der Autobahn D3 in Richtung Süden (Prag –Budweis – Linz), der Autobahn D1 in Richtung Nordosten (Brno/Brünn – Ostrava/Ostrau –Katovice/Katowitz), der Autobahn R52 inRichtung Süden (Brno/Brün – Wien) und der Autobahn R48 (Brno/Brünn – Olomouc/Olmütz – Krakow/Krakau). Um die Bedingungenfür den schnell wachsenden Verkehr rund um die tschechischeHauptstadt Prag zu verbessern und um den Transitverkehr durchPrag zu reduzieren, wurde ein äußerer Autobahnring vorgeschla-gen, die Prager Stadtautobahn R1. In der Zwischenzeit sind eini-ge dieser ehrgeizigen Pläne realisiert und im letzten Jahrzehntmehrere Autobahntunnel gebaut worden. Dieser Artikel beginntmit einem allgemeinen Überblick über die Autobahntunnel und ih-re Kenngrößen und Besonderheiten. Im Weiteren liegt der Fokusauf Details des Entwurfs und Baus des Lochkov Tunnel auf derPrager Stadtautobahn.

1 Überblick über die Autobahntunnel und ihregrundlegenden Kenngrößen und Besonderheiten

Die Anzahl und die Gesamtlänge der Autobahntunnel inder Tschechischen Republik ist kleiner als beispielsweisein den Alpenländern. Allerdings sollte klar sein, dass dieIndustrie mit begrenzter Erfahrung im modernen Tunnel-bau angefangen hatte, und daher die erfolgreichen Fertig-stellungen der Tunnel hier als eine technische Errungen-schaft beschrieben werden (Bild 1, Tabelle 1).

Alle tschechischen Autobahntunnel werden in derNeuen Österreichischen Tunnelbauweise (NÖT) herge-stellt, in der Regel mit kurzen bis mittleren offenen Bauab-schnitten an den Portalen. Alle Tunnel wurden in über-wiegend hartem Felsgestein aufgefahren und es gab keinegrößeren Probleme (Einstürze, Unfalltote, schwere Verlet-zungen oder längere Unterbrechungen des Vortriebs) wäh-rend des Ausbruchs. Für die meisten der Tunnel wurde einErkundungsstollen innerhalb des zukünftigen Tunnelpro-fils entlang der gesamten Tunnellänge erstellt, in einigenTunneln nur teilweise. Die Tunnel haben zwei oder dreiFahrspuren für einen Einrichtungsverkehr, mit oder ohneStandstreifen und mit uneinheitlichen Fahrbahnbreitenvon 7,5 m bis 11,5 m (zweispurige Tunnel), bzw. 11,75 m

Topics

Motorway Tunnels in the Czech Republic

Autobahntunnel in der Tschechischen Republik

Geomechanik 2/2013:Nr. 010

n druckfrei n nach Korrektur druckfrei

Datum, UnterschriftDOI: 10.1002/geot.201300010Martin Srb

Petr SvobodaLadislav Štefan

2 Geomechanics and Tunnelling 6 (2013), No. 2

M. Srb/P. Svoboda/L. Štefan · Motorway Tunnels in the Czech Republic

forced sections), drainage systems generally use „umbrel-la“ waterproofing membrane and side drainage pipes (on-ly the Klimkovice Tunnel has full circumference water-proofing due to environmental requirements). All tunnelshave high safety standards, exceeding the requirements ofEU Directive 2006/54/EC, and a concrete pavement. Tun-nels are usually tendered together with neighbouring sec-tions of motorway; civil and technical (E/M) works aregenerally included in one contract.

(dreispurige Tunnel), woran die unterschiedlichen Ausle-gungen der bestehenden Standards von den jeweils verant-wortlichen Planern und Behörden zu erkennen ist. Der In-nenausbau wurde meist mit bewehrtem Ortbeton (ledig-lich der Libouchec Tunnel hat unbewehrte Abschnitte)hergestellt, als Entwässerungssystem kommt in der Regeleine wasserdichte Membranabdichtung im oberen Teil desTunnels mit seitlichen Drainagen zum Einsatz (lediglichder Klimkovice Tunnel besitzt aus Gründen von Umwelt-

Table 1. Overview of the Czech motorway tunnelsTabelle 1. Straßentunel in der Tschechischen Republik

No Tunnel, Motorway Length (R – right, L – left) Construction Operation Costs (CZK)Carriageway width Start

1. Valík, D5 L 380 m, R 390 m 9/2003 10/2006 2.5 bn11.5 m (2-lane)

2. Panenská, D8 L 2170 m, R 2115 m 9/2003 12/2006 3.6 bn7.5 m (2-lane)

3. Libouchec, D8 L 505 m, R 520 m 9/2003 12/2006 950 mill7.5 m (2-lane)

4. Klimkovice, D1 L 1080 m, R 1090 m 5/2005 5/2008 3.2 bn9.5 m (2-lane)

5. Komorany, R1 L 1920 m, R 1940 m 2/2006 9/2010 3.2 bn11.75/9.75 m, (3/2–lane)

6. Lochkov, R1 L 1620 m, R 1660 m 5/2006 9/2010 3.2 bn11.75/9.0 m, (3/2–lane)

7. Prackovice, D8 L 260 m, R 270 m 9/2008 2011*) 1.25 mld9.5 m (2-lane)

8. Radejcín, D8 L 600 m, R 620 m 9/2009 2012*) 2.5 bn9.5 m (2-lane)

*) construction completed, but tunnels are not in operation

1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012350

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Fig. 1. Construction of motorways (total length of the network) and motorway tunnels in the Czech Republic from 1993 to 2012; the numbering of tunnels corresponds to Table 1 Bild 1. Bau von Autobahnen (Gesamtlänge des Netzes) und Autobahntunneln in der Tschechischen Republik von 1993 bis 2012; Die Nummerierung der Tunnel entspricht Tabelle 1

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in km

3Geomechanics and Tunnelling 6 (2013), No. 2


All Czech motorway tunnels are listed below inchronological order of their date of their construction,with short comments marking their specific and particularfeatures.– Tunnel Valík (0.4 km): The first motorway tunnel was

constructed on the Pilsen by-pass due to environmentalrequirements. The mined binocular tunnel has a centralconcrete pillar cast in an exploratory tunnel driven be-fore the main tunnel drives. A 2-lane carriageway widthof 11.5 m (traffic lanes 2 × 3.75 m + emergency lane3.25 m + side strips 2 × 0.5 m) is provided in each direc-tion, the tunnel has a high safety standard with extensivetechnological equipment (lighting, ventilation, opera-tion-CCTV, escape routes). A speed limit of 80 km/h wasrequired by the traffic police.

– Tunnel Panenská (2.1 km): This is the longest Czechmotorway tunnel until now and its construction includ-ed the fastest advance rates (up to 200 m/month) due torequirements for short construction time. Drained waterat the lower portal (long-term average 12 l/s) was com-ing through shotcrete with alkali accelerator additiveswith a very high PH value (up to 12), therefore a neu-tralization plant had to be constructed before discharg-ing the water.

– Tunnel Libouchec (0.5 km): This is the first (and so farthe only) Czech motorway tunnel with an unreinforcedcast concrete final lining used for parts of the tunnel.The efforts of the consultant enabled the use of an unre-inforced final lining based on extensive calculations,technical reports and experience from Austrian tunnels.This solution contributed to the cost reduction.

– Tunnel Klimkovice (1.1 km): This is the only motorwaytunnel with full-profile waterproofing due to environ-mental concerns about possible effects on hydrologicalconditions close to the spa resort Klimkovice. PP fibresare used in the final lining to reduce risk of spalling incase of fire.

– Tunnel Komorany (1.9 km): The tunnel has a three-laneascending tube and a two-lane descending tube, the ex-

vorgaben eine vollständig umlaufende Abdichtung). AlleTunnel erfüllen hohe Sicherheitsstandards, die sogar An-forderungen der EU-Richtlinie 2006/54/EG übertreffen,sowie einen Betonfahrweg. Die Tunnel werden in der Re-gel zusammen mit den Anschlussabschnitten der Auto-bahn ausgeschrieben; Rohbau und technische Ausrüstungsind in der Regel in einem Vertrag enthalten.

Alle tschechischen Autobahntunnel sind nachste-hend in der chronologischen Reihenfolge ihrer Herstel-lung aufgeführt, mit kurzen Anmerkungen zu den jeweili-gen spezifischen Besonderheiten.– Tunnel Valík (0,4 km): Der erste Autobahntunnel wurde

an der Umgehung um Pilsen aufgrund von Umweltauf -lagen gebaut. Der bergmännisch hergestellte Tunnel mitzwei überschnittenen Röhren besitzt Mittelpfeiler ausBeton, die vor den Hauptvortrieben in einem Erkun-dungstunnel hergestellt wurden. Eine 2-spurige Fahr-bahn mit einer Breite von 11,5 m (Fahrstreifen2 × 3,75 m + Standstreifen 3,25 m + Seitenstreifen2 × 0,5 m) steht in jeder Richtung zur Verfügung, derTunnel erfüllt einen hohen Sicherheitsstandard mit um-fangreicher technischer Ausstattung (Beleuchtung, Lüf-tung, Kameraüberwachung, Fluchtwege). Ein Tempo -limit von 80 km/h wurde von der Verkehrspolizei gefor-dert.

– Tunnel Panenská (2,1 km): Dies ist bis heute der längstetschechische Autobahntunnel und bei seiner Herstel-lung wurden die höchsten Vortriebsgeschwindigkeitenerzielt (bis zu 200 m/Monat), aufgrund von Anforderun-gen an eine kurze Bauzeit. Das aufgefangene Sickerwas-ser am unteren Portal (durchschnittlich 12 l/s) wiesdurch den verwendeten Spritzbeton mit alkalischen Zu-satzstoffen als Beschleuniger einen sehr niedrigen pH-Wert auf (bis zu 12), und es wurde daher eine Anlage zurNeutralisierung des Wassers vor seiner Ableitung errich-tet.

– Tunnel Libouchec (0,5 km): Dies ist der erste (und bis-her einzige) tschechische Autobahntunnel, bei dem fürdie endgültige Innenschale des Tunnels teilweise unbe-

Fig. 2. Map of the existing Czech motorway network with locations of tunnels from Table 1 Bild 2. Karte des bestehenden Tschechischen Autobahnnetzes mit Lage der Tunnel aus Tabelle 1



ploration gallery was excavated along the whole lengthof the three-lane tube. The two-lane tube carriagewaywidth was widened during project preparation from 8.75to 9 m and during construction to 9.75 m.

– Tunnel Lochkov (1.6 km): The tunnel has a three-laneascending tube and a two-lane descending tube, the ex-ploration gallery was excavated along the whole lengthof the three-lane tube (details are in this paper).

– Tunnel Prackovice (0.3 km) and Tunnel Radejcín(0.6 km): The south portal of the Prackovice Tunnel islocated in an old quarry and was affected by earlierquarry blasting activities, which had disturbed andweakened the rock massif. Progressive deformations ofthe Prackovice south portal had to be stabilized with ad-ditional excessive stabilization measures. Both tunnelsare connected by a short bridge over a nature reserve.

2 Design and construction of the Lochkov Tunnel 2.1 Exploration gallery and its expected benefits

The preliminary design documentation (DUR) for thesouthern part of the outer Prague Ring motorway was car-ried out in 1998 and 1999, but approval procedures in-cluding the EIA process were only completed in 2004.Tunnels with a profile gradient of 4 % were unavoidable inorder to meet motorway alignment parameters and to ac-commodate the high difference of elevation and steepslopes between the upper Prague planes and the Berounkaand Vltava (Moldau) river valleys (Fig. 3). The LochkovTunnel was designed as a two-tube tunnel using conven-tional tunnelling (NATM) with mined sections about1,260 m long; with two lanes in the descending tube andthree lanes in the ascending tube. During the designphase, it was decided to construct an exploration galleryfor the full length of the future tunnel profile. Consideringthis approach, the Client accepted the acknowledged dis-advantages, like an increase of total investment cost orpossible extension of construction time.

The main reasons for the execution of the explorationgallery were defined prior construction as follows:– Increased knowledge of geotechnical rock mass proper-

ties and behaviour during excavation, including surfacesettlement and groundwater regime changes,

– Improved conditions for the future tunnel construction,– Fixing of the alignment,– Advance preparation of site facilities, access roads and

utilities,– Using all relevant information for tender design and

definition of contract conditions.

wehrter Beton zum Einsatz kam. Die Bemühungen desBeraters ermöglichten die Verwendung einer unbewehr-ten Innenschale, gestützt auf umfangreichen Berech-nungen, technischen Berichten und Erfahrungen ausösterreichischen Tunneln. Diese Lösung hat zur Kosten-senkung beigetragen.

– Tunnel Klimkovice (1,1 km): Dies ist der einzige Auto-bahntunnel mit einer umlaufenden wasserdichten Ab-dichtung aufgrund ökologischer Bedenken zu mögli-chen Auswirkungen auf die hydrologischen Bedingun-gen in der Nähe des Kurortes Klimkovice. Im Innenaus-bau wurden PP-Fasern verwendet, um das Risiko vonAbplatzungen im Falle eines Brandes zu reduzieren.

– Tunnel Komorany (1,9 km): Der Tunnel hat eine drei-spurige aufsteigende und eine zweispurige absteigendeRöhre, ein Erkundungsstollen wurde entlang der gesam-ten Länge der dreispurigen Röhre erstellt. Die Fahrbahnder zweispurigen Röhre wurde von 8,75 m bis 9 m wäh-rend der Projektvorbereitung auf 9,75 m während derBauphase verbreitert.

– Tunnel Lochkov (1,6 km): Der Tunnel hat eine dreispu-rige aufsteigende und eine zweispurige absteigende Röh-re, ein Erkundungsstollen wurde entlang der gesamtenLänge der dreispurigen Röhre erstellt (Details weiterhinten in diesem Artikel).

– Tunnel Prackovice (0,3 km) und Tunnel Radejcín(0,6 km): Das Südportal des Tunnels Prackovice befin-det sich in einem alten Steinbruch und wurde von denfrüheren Sprengaktivitäten beeinflusst, da diese denFels gestört und geschwächt hatten. FortschreitendeVerformungen des Südportals Prackovice mussten mitumfangreichen zusätzlichen Stabilisierungsmaßnahmengesichert werden. Beide Tunnel sind durch eine kurzeBrücke über einem Naturschutzgebiet verbunden.

2 Entwurf und Erstellung des Tunnels Lochkov2.1 Erkundungsstollen und die davon erwarteten Vorteile

Die vorläufige Entwurfsplanung für den südlichen Teil desäußeren Prager Autobahnrings wurde in den Jahren 1998und 1999 erstellt, die Genehmigungsverfahren einschließ-lich der Umweltverträglichkeitsprüfung allerdings erst imJahr 2004 abgeschlossen. Tunnel mit einem Gefälle von4 % konnten nicht vermieden werden, um den Autobahn-entwurfskenngrößen gerecht zu werden und den großenHöhenunterschied und die steilen Hänge zwischen denoberen Prager Ebenen und den Flusstälern der Berounkaund der Moldau (Bild 3) zu überwinden. Der Lochkov-Tunnel wurde zweiröhrig in konventioneller Bauweise

Fig. 3. Tunnel alignment, longitudinal profile and layoutBild 3. Tunneltrassierung, Längsschnitt und Plan

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It should be noted that the exploration gallery is legally re-garded as exploration/investigation work and not as civilconstruction; therefore all the necessary administrativeapproval procedures are reduced.Additional advantages of the gallery were identified, rec-ognized and used later, such as: – the Client’s experience with problems associated with

tunnelling at the given location,– refinement of the expected negative impact of the full-

face tunnel excavation, and early measures for theircompensation.

2.2 Exploration gallery – design and construction experience

The exploration gallery was designed with a “barrel” likegeometry with a rather large profile of 25 m2, the main rea-son being to enable the use of larger tunnelling equipmentand machinery. The gallery profile was located in the mid-dle of the top heading of the future three-lane tunnel. „En-larged“ sections were constructed 50 m long at a spacingof approximately 150 m, having the full top heading geom-etry of the future tunnel and serving as a finished parts ofthe future tunnel outer lining. These enlargements servedfor traffic and logistics reasons, as well as to store materi-als and equipment. A solution with an elevated roof(above the future profile and lining) as a permanent and„lost“ longitudinal support element was accepted andproved to be a safe and feasible solution. It allowed the ac-commodation of small construction imperfections andalignment deviations and avoided the construction ofcomplicated connections and details prepared at differenttimes by different contractors. Removal of the side wallsduring excavation of the top heading of a three-lane tun-nel did not affect the structural integrity of the anchoredshotcrete roof slab, which served as a support before in-stallation of continuous shotcrete lining with lattice gird-ers in the full top-heading profile. The principles areshown in Fig. 4.

The gallery was excavated from both portals, the startof excavation was in January 2004 and breakthrough inNovember 2004. During construction, only one critical sit-uation was experienced during excavation of the first en-largement from the lower portal. Excessive and accelerat-

(NÖT) erstellt, mit jeweils etwa 1.260 m langen bergmän-nischen Abschnitten, mit zwei Fahrspuren in der abstei-genden und drei Fahrspuren in der aufsteigenden Röhre.Während der Entwurfsphase wurde beschlossen, einen Er-kundungsstollen über die gesamte Länge des künftigenTunnelprofils herzustellen. Der Kunde nahm die bekann-ten Nachteile in Kauf, wie eine Erhöhung der Gesamt -investitionskosten oder eine mögliche Verlängerung derBauzeit.

Die Hauptgründe für die Erstellung des Erkundungs-stollens wurden vor dem Bau wie folgt definiert:– Verbesserte Kenntnis der geotechnischen Felseigen-

schaften und des Verhaltens während des Ausbruchs,einschließlich Oberflächensetzungen und Änderungender Grundwasserverhältnisse,

– Verbesserte Bedingungen für die spätere Tunnelherstel-lung,

– Festlegung der Trassierung,– Vorbereitung der Baustelleneinrichtung, Zufahrten und

Versorgungseinrichtungen,– Verwendung aller relevanten Informationen für den

Ausschreibungsentwurf und zur Definition der Vertrags-bedingungen.

Es soll angemerkt werden, dass der Erkundungsstollenrechtlich als Erkundungs-, bzw. Untersuchungsarbeit undnicht als Bauwerk betrachtet wird und daher alle notwen-digen administrativen Genehmigungsverfahren verein-facht sind.

Weitere Vorteile des Stollens wurden identifiziert, an-erkannt und fanden später Anwendung, beispielsweise:– Erfahrung des Auftraggebers mit den Problemen an be-

stimmten Stellen des Vortriebs,– Präzisierung der zu erwartenden negativen Auswirkun-

gen des Vollausbruchs und frühzeitige Entwicklung vonMaßnahmen zu deren Beseitigung.

2.2 Erkundungsstollen – Entwurf und Erfahrungen aus dem Bau

Der Erkundungsstollen wurde in einer fassförmigen Geo-metrie und mit einem eher großen Querschnitt von 25 m2

entworfen. Der Hauptgrund hierfür war die Möglichkeit

Fig. 4. Alternative locations for the exploration gallery (25 m2), the selected elevated position (middle) and photo from con-struction of the top heading profile (65 m2) of the three-lane tunnel with typical folded layers of limestone/shale sandwich-like geology at the faceBild 4. Alternativen für die Position des Erkundungsstollens (25 m2), verwendete erhöhte Position (Mitte) und Foto vomBau des Kalottenvollprofils (65 m2) des dreispurigen Tunnels mit den typischen gefalteten Schichten von Kalkstein/Schiefer-Abfolgen an der Ortsbrust



zur Nutzung von größeren Tunnelvortriebsgeräten und –maschinen. Das Stollenprofil war in der Mitte der Kalottedes späteren dreispurigen Tunnels angeordnet. Alle 150 mwurden etwa 50 m lange Abschnitte mit dem vollen Kalot-tenquerschnitt des zukünftigen Tunnels hergestellt. Diesedienten bereits als fertiggestellte Teile der späteren äuße-ren Tunnelauskleidung. Die vergrößerten Abschnitte wur-den für verkehrstechnische, logistische Zwecke und zurLagerung von Materialien und Ausrüstung genutzt. EineLösung mit einer erhöhten Firste (oberhalb des zukünfti-gen Profils und der Auskleidung) als bleibende und verlo-rene Aussteifung in Längsrichtung wurde vom Auftragge-ber akzeptiert und als sichere und machbare Lösung nach-gewiesen. Dieses erlaubte die Kompensation kleiner Un-genauigkeiten beim Bau und Abweichungen der Lage undes konnte so die Herstellung komplizierter Verbindungenund Detailarbeiten vermieden werden, die zu verschiede-nen Zeitpunkten von unterschiedlichen Auftragnehmernhätten ausgeführt werden müssen. Beim Abbruch der Seitenwände während des Ausbruchs der Kalotte des drei-spurigen Tunnels traten keine Probleme mit der Stand -sicherheit der verankerten Spritzbetondecke auf, die biszur Einbringung der kontinuierlichen Spritzbetonschalemit eingestellten Gitterträgern über den gesamten Kalot-tenquerschnitt als Sicherung diente. Das Prinzip ist inBild 4 dargestellt.

Der Stollen wurde von beiden Portalen aus erstellt,Beginn der Ausbrüche war im Januar 2004 und der Durch-bruch erfolgte im November 2004. Während der Erstel-lung gab es lediglich eine kritische Situation, nämlichbeim Ausbruch des ersten vergrößerten Abschnitts vomunteren Portal aus. Nach Ausbruch von 25 m (Bild 5) desersten vergrößerten Abschnitts wurden übermäßige undbeschleunigende Verformungen beobachtet. Eine Stabili-sierung wurde durch einen sofortigen Ausbruchstop unddem Einbringen von zusätzlichen und längeren Ankern er-reicht (Swellex und IBO-Anker), sowie lokalen Reparatur-arbeiten von abgeplatzten Spritzbetonlagen. Als Ursachenwurden eine lokale und asymmetrische Schwächung desFels identifiziert sowie Probleme bei der Ausführung undbeim Einbau der Aussteifung.

ing deformations were observed after excavation of 25 m(Fig. 5) of the first enlargement from the lower portal. Sta-bilization was achieved by stopping excavation of the en-larged profile, additional bolting with longer expanded(Swellex-type) anchors and IBO anchors, and local repairsto spalled shotcrete layers. The causes were identified aslocal and asymmetrical weakening of the massif and prob-lems with workmanship and support installation.

2.3 Geotechnical evaluation of exploration galleryconstruction

The general geological conditions of the area on thesouthern borders of Prague along the Berounka river valley are well known from surveys started by JoachimBarrande, a French palaeontologist, early in 19th centuryand continued ever since, including experience and infor-mation from numerous construction sites and limestonequarries in the area. Palaeozoic – Ordovician and Siluriansedimentary layers with repetitive sequences of limestoneand shale, and quartz sandstones, dominate as can be seenon a typical face photo (see Fig. 4).

Geotechnical evaluation of the gallery constructionwas performed in accordance with the principles of theOEGG Guideline and with the support of the TU Graz,and contributed to tender and detailed designs as well asto define the contract conditions regarding some ideas ofONORM 2203. Almost 300 faces were mapped (Fig. 6)and evaluated according to a prepared methodology.Twelve Rock Mass Types (RMT) were identified coveringthe whole length of the gallery (and future tunnel) and fiveBehaviour Types (BT), according to [2], as summarized in[1], with about 60 % in BT 7 and BT 3.

Summary of the findings were described as follows:“…expected conditions for tunnel excavation are moder-ately difficult, prevailing excavation/support classes 3and 4. Stability of excavated round will be governed bystructural features of the rock mass (jointing density). Forsafe and effective construction, an optimum length ofround is important, and also precision of excavation andminimisation of disturbance to the surrounding massif,

Fig. 5. Acceleration of vertical deformation in the first enlarged profile and construction measuresBild 5. Beschleunigung der vertikalen Verformung im ersten vergrößerten Profil und Sicherungsmaßnahmen



immediate sealing to prevent loosening, spiling and sys-tematic bolting adapted to the discontinuity sets encoun-tered ….”A comprehensive summary of information and findingsfrom the gallery construction were presented on a profiledrawing, including predictions for the main tunnels(Fig. 7).

2.4 Tender design and contract conditions

From a legal point of view, tunnelling in the Czech Repub-lic is covered by Mining law and its regulations and byConstruction Law. The standards applicable to road tunnels are the Czech National Standard CSN 737507“Design of road tunnels” and two general regulations,called “Technical and Quality Requirements” (TKP), onefor design and a second for the construction of road tun-nels, published by the Ministry of Transport. For a specificproject, additional “special” technical requirements(ZTKP) can be issued by the Client, extending and super-seding TKP where appropriate. There are no special stan-dards or guidelines for tunnelling to regulate contractualrelations, organizational and decision-making arrange-ments and the methodology for geomechanical design,such as for example the Austrian OENORM B 2203-1 andOEGG Guideline for Geotechnical Design. Due to thelack of suitable existing standards, the short history and

2.3 Geotechnische Bewertung der Herstellung des Erkundungsstollens

Die allgemeinen geologischen Verhältnisse des Gebietesan der südlichen Grenze von Prag entlang des Berounka-Tals sind aus Erhebungen bekannt, die von Joachim Barrande, einem französischen Paläontologen im frühen19. Jahrhundert begonnen und seitdem fortgesetzt wur-den, einschließlich der Erfahrungen und Informationenvon zahlreichen Baustellen und aus Kalksteinbrüchen inder Region. Sedimentschichten aus dem Paläozoikum(Ordovizium und Silur) dominieren in wiederholendenAbfolgen von Kalkstein, Schiefer und Quarz-Sandstein,wie an einer typischen Ortsbrustaufnahme (Bild 4) zu se-hen ist.

Eine Geotechnische Bewertung der Stollenherstel-lung wurde in Übereinstimmung mit den ÖGG-Richtlini-en und mit Unterstützung der TU Graz durchgeführt undhat dazu beigetragen, dass detaillierte Entwürfe ausge-schrieben und die Vertragsbedingungen in Bezug auf eini-ge Ideen der ÖNORM 2203 definiert werden konnten.Fast 300 Ortsbrustaufnahmen wurden erstellt (Bild 6) undnach einer vorbereiteten Methodik bewertet. Zwölf Fels -typen (RMT) konnten ermittelt werden, welche die gesam-te Länge des Stollens (und des zukünftigen Tunnels) ab-deckten, sowie fünf Verhaltenstypen (BT), gemäß [2] undwie in [1] zusammengefasst, etwa 60 % in BT 7 und BT 3.

Fig. 6. RMT 4, face mapping (by Lucie Urbanova/Bohatkova, SG Geotechnika/Arcadis)Bild 6. Ortsbrustaufnahme mit Felstyp RMT 4 (von Lucie Urbanova/Bohatkova, SG Geotechnika/Arcadis)



tradition and limited experience of Clients and other in-volved parties, each tunnel project is influenced by thesubjects/parties and individuals involved, and may havedifferent technical parameters, solutions and contractualprocedures.

On the Lochkov Tunnel project, involvement of con-sultants with Austrian tunnelling experience and back-ground led to the introduction of some principles derivedfrom proven Austrian tunnelling practice.

Tender design and specified conditions were intendedto guarantee the following requirements:– incorporate experience gained during the excavation of

the gallery– define and set conditions under which the flexibility of

the NATM can be exploited – simplify the bill of quantities and make the items more

transparent and clear – define in a clear and understandable manner conditions

for excavation, classification, price structure and pay-ment

The unintended overlap between preparation of tender de-sign and excavation of the exploration gallery in 2004 didnot allow the designer to completely incorporate the as-sessment of the gallery excavation into the tender design.However, some of findings and information could be usedsubsequently, during construction, due to cooperationamong the project parties and individuals acting on theproject in both phases.

Because of the unsuitable (for tunnels) practice usedso far in the Czech Republic for the organisation of tunnelconstruction works, the objective of the efforts was to de-velop simplified but unambiguous conditions, whichwould give the contractor relatively broad opportunities tooptimize work procedures by himself, and could diminish

Zusammenfassend wurden die Ergebnisse wie folgtbeschrieben: „…die zu erwartenden Bedingungen für denVortrieb sind mittelschwierig, überwiegende Ausbruch/Ausbau-Klassen sind 3 und 4. Die Standsicherheit einerAbschlagslänge wird durch die strukturellen Eigenschaf-ten des Gebirges vorgegeben (Trennflächendichte). Für ei-ne sichere und wirksame Herstellung ist eine optimaleAbschlagslänge wichtig, eine präzise Ausführung des Aus-bruchs und Minimierung der Störung des umgebendenGebirgsmassivs, eine sofortige Versiegelung zur Verhinde-rung von Ablösungen, sowie eine systematische, an dasangetroffene Trennflächengefüge angepasste Verankerung…“

Eine ausführliche Zusammenfassung der Informationenund Erkenntnisse aus dem Erkundungsstollen sind in ei-ner Querschnittszeichnung (Bild 7) dargestellt, einschließ-lich der Prognosen für den Haupttunnel.

2.4 Entwurf der Ausschreibung und der Vertragsbedingungen

Aus rechtlicher Sicht fällt der Tunnelbau in der Tsche-chischen Republik in den Geltungsbereich des Bergrechtsmit seinen Regelungen sowie in den des Baurechts. Diefür Straßentunnel anzuwendenden Standards sind dieTschechische Nationale Norm CSN 737507 „Entwurf vonStraßentunneln“ und zwei allgemeine Vorschriften, die„Technischen und qualitativen Anforderungen“ (TKP). Ei-ne bezieht sich auf den Entwurf und die andere auf denBau von Straßentunneln, beide herausgegeben vom Minis-terium für Verkehr. Für ein konkretes Projekt können zu-sätzliche „spezielle“ technische Anforderungen (ZTKP)vom Auftraggeber erlassen werden, welche die TKP erwei-tern und gegebenenfalls ersetzen können. Es gibt keinespeziellen Normen oder Richtlinien für den Tunnelbau

Fig. 7. Exploratory gallery – analysis of excavation and evaluations for future tunnel construction (by Jiri Zmitko, 3G Con-sulting Engineers)Bild 7. Erkundungsstollen – Analyse des Ausbruchs und Auswertungen für zukünftige Tunnelherstellungen (von Jiri Zmitko,3G Consulting Engineers)



potential disputes regarding construction, recording/doc-umenting, pricing, invoicing and payment of the works.One example can serve, the definition and payment foroverbreak (Fig. 8). This arrangement contributed to “selfcontrol” by the contractor, evaluating for example the benefits of a longer round length and greater overbreakagainst shorter round and smaller overbreak (for the sameunit price of 1 m excavation).

2.5 Tunnel construction experience and geotechnicalsurprises

The excavation of the Lochkov Tunnel (Fig. 9) com-menced in the double-lane tube on 4 December 2006 (St.Barbara’s day), from the upper Slivenec portal, followedby the three-lane tube. Breakthrough of the top headingwas a year later and all excavations were completed in2008.

The exploratory gallery contributed to the stability ofthe excavation in the locations with locally worsened geo -technical conditions and, due to its drainage effect, the in-fluence of water on the excavation stability was reduced toa minimum and both tunnels were driven in dry or wet

zur Regelung vertraglicher Beziehungen, Organisations-und Entscheidungsverfahren und der Methodik für dengeomechanischen Entwurf, wie zum Beispiel die österrei-chische ÖNORM B 2203-1 und die ÖGG-Richtlinie fürden geotechnischen Entwurf. Aufgrund des Mangels angeeigneten bestehenden Standards, der kurzen Geschichteund Tradition und der begrenzten Erfahrungen des Auf-traggebers und anderer Beteiligter wird jedes Tunnel-Pro-jekt von den beteiligten Parteien und Personen beeinflusstund kann daher unterschiedliche technische Kenngrößen,Lösungen und Vertragsgestaltungen haben.

Beim Lochkov-Tunnel-Projekt führte die Einbezie-hung von österreichischen Beratern mit Tunnelbauerfah-rung und -hintergrund zur Einführung einiger Prinzipien,die aus der bewährten österreichischen Tunnelpraxis ab-geleitet worden sind.

Der Ausschreibungsentwurf und die festgelegten Be-dingungen beabsichtigten die Sicherstellung der folgendenAnforderungen:– Übernahme der während der Erstellung des Erkun-

dungsstollens gewonnenen Erfahrungen,– Definition und Vorgabe von Bedingungen, unter denen

die Flexibilität der NÖT ausgenutzt werden kann,– Vereinfachung des Leistungsverzeichnisses, Erhöhung

der Transparenz und Verdeutlichung der Positionen,– Klare und verständliche Definition der Bedingungen für

den Ausbruch, die Klassifikation, das Preisgefüge unddie Bezahlung.

Durch die unbeabsichtigte Überschneidung zwischen derAusarbeitung des Ausschreibungsentwurfs und dem Aus-bruch des Erkundungsstollens 2004 war es den Planernnicht möglich, die gesamte Beurteilung des Stollenaus-bruchs im Ausschreibungsentwurf zu berücksichtigen. Al-lerdings konnten einige der Erkenntnisse und Informatio-nen während der Bauphase Anwendung finden, durch dieZusammenarbeit zwischen den Projektbeteiligten undhandelnden Personen in beiden Phasen.

Da bisher in der tschechischen Republik kein geeig-netes Verfahren für die Organisation von Tunnelbaupro-jekten zur Anwendung gekommen ist, war das Ziel der Be-mühungen vereinfachte, aber eindeutige Bedingungen zuentwickeln, welche dem Auftragnehmer relativ breite Mög-lichkeiten zur eigenständigen Optimierung von Arbeitsab-läufen geben, und potenzielle Streitigkeiten über Kon-struktion, Aufnahme/Dokumentation, Preisgestaltung,

Fig. 8. Overbreak; 1 – theoretical excavation; 2 – practical(actual) excavation; 3 – pay line; 4 – the line beyond whichunavoidable/geological overbreak may be compensated; A –always paid area (construction tolerance + deformation); B – unpaid area; C – potentially paid areaBild 8. Überprofil; 1 – theoretisches Ausbruchprofil; 2 –tatsächliches Ausbruchprofil; 3 – vergütetes Profil; 4 – Linie,ab der unvermeidbare geologische Überprofile ausgeglichenwerden können; A – stets bezahlter Bereich (Herstellungs -toleranz + Verformung); B – unbezahlter Bereich; C – mög -licherweise bezahlter Bereich

Fig. 9. Construction and definitive Lochkov Tunnel portals of three-lane (left) and two-lane (right) tunnelsBild 9. Bauphase und fertiggestellte Tunnelportale des dreispurigen (links) und zweispurigen (rechts) Lochkov-Tunnels

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conditions. The gallery was also used for ventilation andenabled a very good working environment at the face.

Some design and construction modifications weremade as a reaction to observed behaviour (e.g. invert clo-sure along a 25 m long section of the double-lane tunnel,due to deformations exceeding the expected maximumvalue of 5 cm). Except for two short sections, deforma-tions of the lining did not exceed 5cm, the value anticipat-ed (and paid for) in the tender. The importance of profileclosure with an invert in reducing deformations and stabilising the rock mass was confirmed in these zones(Fig. 10).

The only major tunnelling problem occurred at theend of excavation of the double-lane tunnel, close to theportal in an area with decreasing overburden, with weath-ered zones decreasing the rock mass properties. A collapseoccurred just several metres before entering a zone sup-ported by a micro-pile umbrella made earlier from thelower portal. The collapse of the last installed ring andface (no cave-in to the surface) was managed by standardmeans, stabilizing the collapsed material in the tunnel, fill-ing the cavity from the surface and careful counter-excava-

Rechnungsstellung und Zahlung der Arbeiten verringern.Als Beispiel können die Definition und die Bezahlung fürÜberprofil dienen (Bild 8). Diese Vereinbarung hat zu ei-ner „Selbstkontrolle“ durch den Auftragnehmer beigetra-gen, indem dieser beispielsweise in einer Auswertung dieVorteile einer größeren Abschlagslänge und damit einesgrößeren Überprofils einer kürzeren Abschlagslänge miteinem kleineren Überprofil abwägen konnte (für den glei-chen Einheitspreis für 1 m Ausbruch).

2.5 Erfahrung aus der Tunnelherstellung und geotechnischeÜberraschungen

Der Ausbruch des Lochkov-Tunnels (Bild 9) begann in derzweispurigen Röhre am 4. Dezember 2006 (Barbaratag),vom oberen Portal in Slivenec aus, gefolgt von der drei-spurigen Röhre. Der Durchbruch der Kalotte war ein Jahrspäter und alle übrigen Ausbrüche wurden im Jahr 2008abgeschlossen.

Der Erkundungsstollen hat zur Stabilität des Aus-bruchs an den Stellen mit lokal verschlechterten geotech-nischen Bedingungen beigetragen und aufgrund seinesDrainage-Effekts wurde der Einfluss von Wasser auf dieAusbruchsstabilität auf ein Minimum reduziert und diebeiden Tunnel wurden in trockenen oder feuchten Bedin-gungen aufgefahren. Der Stollen wurde auch zur Lüftunggenutzt und ermöglichte eine sehr gute Arbeitsumgebungan der Ortsbrust.

Als Reaktion auf beobachtetes Verhalten wurden ei-nige Planungs- und Ausführungsanpassungen vorgenom-men (z. B. Schließung der Sohle auf einem 25 m langenAbschnitt des zweispurigen Tunnels wegen Überschrei-tung der maximal erwarteten Verformungswerte von5 cm). Bis auf zwei kurze Abschnitte wurden die in derAusschreibung vorausberechneten (und bezahlten) Ver-formungen des Ausbaus von 5 cm nicht überschritten. DieBedeutung des Profilschlusses mit einer Sohle zur Verrin-gerung der Verformungen und zur Stabilisierung des Ge-birges wurde in diesen Zonen bestätigt (Bild 10).

Das einzige größere Problem beim Tunnelbau ist amEnde des Ausbruchs des zweispurigen Tunnels aufgetre-ten, in der Nähe des Portals in einem Bereich mit abneh-mender Überdeckung und Verwitterungszonen mit verrin-

Fig. 10. Development of deformation and its reaction totunnel closureBild 10. Entwicklung der Verformungen und Antwort aufden Ringschluss

Fig. 11. Longitudinal section of thedouble-lane tube near the RadotinportalBild 11. Längsschnitt der zwei-spurigen Röhre nahe des PortalsRadotin



tion from the lower portal under a forepoling roof (Figs. 11and 12).

3 Conclusion

In recent decades, the first double-tube motorway tunnelswith a total length of 8.5 km have been constructed on theCzech motorway network without any major tunnellingaccidents during construction. These tunnels have setstandards for planning, preparation, construction and op-eration. Based on this experience, future motorway tun-nels should be optimized both in civil and technical(E/M) works and should provide even more effectivetransport facilities in the future.

Acknowledgement

Support by the research grants TACR TA01011816 andTA01031840 is gratefully acknowledged.

References

[1] Zmítko, J.; Srb, M.; Stehlík, E.; K.Klíma; T. Svoboda: Geo -technical assessment of the SOKP 514 gallery, 2005.

[2] OEGG: Guideline for the Geomechanical Design of Under-ground Structures with Conventional Excavation, 2001.

[3] Srb, M., Hilar M.: Preparation and construction coordina-tion of the Slivenec Tunnel Prague Ring Road. Proceedings ofthe World Tunnel Congress. Budapest, 2008.

[4] Srb, M., Svoboda, P., Hilar M.: Construction management ofthe Komorany Tunnel. Proceedings of the World Tunnel Con-gress. Budapest, 2008.

Ing. Martin Srb3G Consulting Engineers s. r. o.Zelený pruh 95/97Prague 4, 14000Czech [email protected]

Ing. Petr SvobodaCzech Technical University in PragueFaculty of Civil EngineeringDepartment of GeotechnicsThákurova 7Prague 6, 166 29Czech [email protected]

Ing. Ladislav ŠtefanHOCHTIEF CZ, a.s.Plzeˇnská 16/3217Prague 5, 15000Czech [email protected]

gerten Gebirgseigenschaften. Ein Einsturz ist nur wenigeMeter vor Eintritt in eine mit einem Mikropfahlschirm ge-sicherten Zone aufgetreten, der zuvor vom unteren Portalaus hergestellt worden war. Der Einsturz des letzten in-stallierten Rings und der Ortsbrust (kein Tagesbruch) wur-de mit Standardmaßnahmen behoben, es erfolgte eineStabilisierung des in den Tunnel eingestürzten Materials,eine Auffüllung der Hohlräume von der Oberfläche ausund ein vorsichtiger Ausbruch in Gegenrichtung vom un-teren Portal aus im Schutz eines Rohrschirms (Bilder 11und 12).

3 Schlussfolgerungen

In den letzten Jahrzehnten wurden die ersten zweiröhri-gen Autobahntunnel mit einer Gesamtlänge von 8,5 km imtschechischen Autobahnnetz ohne größere Unfälle wäh-rend der Herstellung errichtet. Diese Tunnel haben Stan-dards gesetzt für die Planung, die Vorbereitung, den Bauund den Betrieb. Auf Grundlage dieser Erfahrung solltenkünftige Autobahntunnel sowohl beim Rohbau als auchbei der technischen Ausrüstung optimiert werden und soin Zukunft noch effektivere Transportwege bieten.

Danksagung

An dieser Stelle soll die Unterstützung durch die For-schungsbeihilfen TACR TA01011816 und TA01031840dankbar erwähnt werden.

Fig. 12. Tunnel face collapse in the double-lane tube near to the Radotin portalBild 12. Ortsbrustversagen in der zweispurigen Röhre nahedes Portals Radotin

[The marked references are not mentioned in the text. Please insert the reference in the text: unsued references will not be printed]

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