GeotechnischeRisikobewertung_2002_de.pdf - iC group of companies

SCHUBERT UND BERGMAIR: GEOTECHNISCHE RISIKOBEWERTUNG UND RISIKOMANAGEMENT
Geotechnische Risikobewertung
und Risikomanagement –
Methodologie und Fallbeispiele
Von Peter Schubert und Michael Bergmair
Risiko ist für alle Bauleute, die mit dem Baugrund
zu tun haben, ein ständiger und unvermeidbarer
Begleiter. Zu vielfältig ist die Natur,
um vollständig beschrieben zu werden, und
zu bescheiden sind die Möglichkeiten der Erkundung.
Wenn man unter Risiko „die Möglichkeit
einer ungünstigen Veränderung eines geplanten
Vorgangs“ versteht, dann ist Risiko in jedem
Tiefbau oder Untertagebau ein inhärenter Bestandteil.
Risiko entsteht aus unerwarteten geotechnischen
Umständen, die entweder durch seltene
und nicht ausreichend berücksichtigte Belastungen
(zum Beispiel Erdbeben) oder durch unerwartete
Baugrundeigenschaften begründet werden.
Die Toleranz der öffentlichen Auftraggeber
und deren Aufsichtsorgane und der Auftragnehmer
zur pragmatischen Handhabung von Risiken
ist immer mehr im Sinken begriffen. Zu gering ist
vielfach das Verständnis für diese unvermeidliche
Unsicherheit von geplanten Baukosten, und
zu heftig ist der Wettbewerb bei den Anbietern.
Dazu kommen ein zunehmend gesteigertes Sicherheitsbewußtsein
und die Notwendigkeit,
Entscheidungsprozesse laufend transparent darzustellen.
Risikomanagement im Bauprojekt kann als
Teil eines umfassenden Qualitätsmanagementsystems
verstanden werden. In diesem Sinn ist es
auch natürlich und zweckmäßig, Risikomanagement
als begleitenden Prozeß der Planung und
Ausführung zu verstehen. Risiken sollen in einer
möglichst frühen Projektphase erkannt und nach
Möglichkeit durch Projektoptimierung und konstruktive
Maßnahmen reduziert oder abgewendet
werden. Die verbleibenden Restrisiken bei
der Ausführung bedürfen einer Methodik zum
rechtzeitigen Erkennen von ungünstigen Entwicklungen
und zur Umsetzung von Gegenmaßnahmen.
Methodologie des
Risikomanagements
Risikobewertung und -management werden in
zahlreichen Gebieten der Wissenschaft und des
Geschäftslebens durchgeführt, besonders in der
Finanzwelt zur Beurteilung von Anlagestrategien,
im Bereich der chemischen und nuklearen
Industrie wegen der möglichen großen Auswirkung
von Störfällen auf die Öffentlichkeit, ebenso
im Bereich der Medizin und der Umwelt. Auch im
Bauwesen findet Risikobewertung als Teil eines
neuen gesamtheitlichen Sicherheitskonzepts zunehmend
Anwendung, zum Beispiel in der neuen
DIN 19 700 für die Sicherheit von Talsperren (1).
Die grundsätzliche Vorgehensweise ist in allen
Gebieten dieselbe und gliedert sich in folgende
Schritte:
➮ Risikoidentifikation,
➮ Risikobewertung in bezug auf Eintretenswahrscheinlichkeit
und Schadenshöhe, entweder
quantitativ bei finanziellen Fragestellungen
oder mit Bewertungsziffern bei qualitativen
Fragen wie im Fall der Gefährdung von
Gesundheit und Leben,
➮ Risikoreduktion oder -vermeidung durch gezielte
Vorkehrungen oder Maßnahmen,
➮ Risikomanagement (auch Sicherheitsplan) für
die Kontrolle der Restrisiken.
Diese Schritte lassen sich ohne Einschränkung
auf Probleme des Bauwesens anwenden. Geotechnisches
Risikomanagement erfolgt in allen
Projektphasen (Bild 1 und Tabelle 1). Die Detaillierung
der Risikoeinschätzung nimmt mit der
Projektentwicklung zu, von generellen geologischen
Fragen zu Beginn eines Projekts bis zu
detaillierten bauverfahrensspezifischen Fragestellungen
in der Detailplanung. Im Vordergrund
sollte bei der Projektierung die Minimierung von
Risiken stehen zur Optimierung eines Bauwerks
über die gesamte Lebensdauer, beginnend von
der Planung über die Herstellung bis zum Betrieb.
Am Beginn des Planungsprozesses steht die
zentrale Frage der Risikoidentifikation. Diese
Risk Assessment and Risk Management –
Methodology and Case Histories
Risk management is a process during the complete life of a project
from corridorstudies to the completion of the construction. The usual
steps such as risk identification, avoidance and reduction, sharing
and management of the residual risk during construction can be
applied to geotechnical problems. The methodology is presented in
theory and at three case histories.
Risikomanagement ist ein projektbegleitender Prozeß von der Trassen-
oder Standortauswahl bis zur Fertigstellung. Die üblichen
Schritte, Risikoidentifikation, Vermeidung, Reduktion, Teilen und
Kontrolle des Restrisikos während der Ausführung, können auf geotechnische
Problemstellungen angewandt werden. Die Methodik
wird in der Theorie und an drei Fallbeispielen erläutert.
RISIKOANALYSE
FELSBAU 20 (2002) NR. 5 31

RISIKOANALYSE
32
SCHUBERT UND BERGMAIR: GEOTECHNISCHE RISIKOBEWERTUNG UND RISIKOMANAGEMENT
Bild 1 Risikomanagement
und Reduktion
während der Projektphasen.
Fig. 1 Risk management
and risk reduction
during the project
phases.
FELSBAU 20 (2002) NR. 5
muß während der Projektentwicklung fortgeschrieben
werden, da möglicherweise durch die
Zunahme von Detailwissen oder Projektentwicklungen
neue Risiken erkannt werden und alte
wegfallen. Typische geotechnische Risiken können
zum Beispiel sein:
➮ Rutschhänge bei Straßen- und Eisenbahntrassen
beziehungsweise Tunnelportalen,
➮ Probleme beim Bau durch geologische Störungen,
geringe Festigkeit des Gebirges, geringe
Standsicherheit des Gebirges und Druckhaftigkeit,
➮ Auswirkung des Projekts auf die Umwelt durch
Setzungen oder Erschütterungen,
➮ Felssturz bei Einschnitten, Tagbauten, Trassen
in der Nähe von Felsböschungen,
➮ Beeinträchtigung des natürlichen Wasserhaushalts,
Wassereinbrüche im Tunnel,
➮ Karsthöhlen,
➮ Erdbebeneinwirkungen.
In der Detailplanung werden die Risiken des
konkreten Projekts nach ihrer Eintretenswahr-
Tabelle 1 Risikomanagementaktivitäten während der Projektphasen.
Table 1 Risk management activities during the project phases.
scheinlichkeit und möglichen Schadenshöhe beurteilt.
Da hier in der Regel keine exakten Daten
vorliegen, spielen dabei die subjektive Beurteilung
von Experten, auch „Delphi“-Verfahren genannt
(ÖNORM EN 1050) (2), und die Verwendung
von Bandbreiten eine wesentliche Rolle. Die
dokumentierte Einschätzung von mehreren Experten
wird dabei sehr hoch geschätzt, meist
mehr als irgendwelche Berechnungen.
Die Größe der Risiken ergibt sich aus dem
Produkt aus Eintretenswahrscheinlichkeit und
Schadenshöhe. Bei einer deterministischen
Einschätzung in Form eines konkreten Werts ist
diese Berechnung trivial, bei probabilistischen
Annahmen in Form von Bandbreiten und statistischen
Verteilungen erfordert die Produktbildung
komplexere Methoden der Statistik. Ein
Gesamtrisiko ergibt sich auch in der Regel aus
der Summe verschiedener Einzelrisiken. Für
die Berechnung des Gesamtrisikos aus mehreren
probabilistischen Eingabegrößen ist die bekannteste
und am meisten angewendete die
sogenannte Monte-Carlo-Methode. Diese beruht
auf einem Zufallsgenerator und der Berechnung
einer großen Anzahl von gewichteten
Einzelprodukten, die in ihrer Summe wieder
repräsentative statistische Verteilungen ergeben.
Grundsätzlich ist es möglich, eine Verknüpfung
zwischen der quantitativen Risikoanalyse
und dem Leistungsverzeichnis einer Ausschreibung
herzustellen. Dabei sollten jene Positionen,
bei denen eine wesentliche Unsicherheit in bezug
auf die ausgeschriebenen Massen besteht, und
die Eventualpositionen in ihrer Vollständigkeit
und ihrem Vordersatz mit der Risikoanalyse in
Einklang gebracht werden. Mit den in der Risikoanalyse
dargestellten Bandbreiten können die
Preisspiegel zum Vergleich der Angebote erstellt
werden.
Am Beginn der Bauausführung eines Projekts
verbleiben in der Regel als Resultat der Unsicherheit
des Baugrunds und der natürlichen Einwirkungen
sogenannte Restrisiken, solche, die man
Trassenplanung Detailplanung Ausschreibung Ausführung
Vorprojekt Vergabe
➮ Generelle geologische ➮ Risikobewertung für ➮ Abrechnungssysteme ➮ Sicherheitsplan
Risiken identifizieren konkrete Trasse und für risikobehaftete ➮ Beobachtungs-
➮ Grobbewertung, Bauverfahren verfeinern Elemente vorsehen methode aufbauen
Prioritäten setzen ➮ Eintretenswahrschein- ➮ Risikogesteuerten und durchführen
➮ Trasse oder Standort lichkeiten und Auswir- Preisspiegel erstellen
optimieren kungen abschätzen ➮ Bieter in Risikoein-
➮ Bauverfahren nach ➮ Durch Projektanpassung schätzung einbinden
Risiken bewerten und und konstruktive Maßauswählen
nahmen Risiken minimieren
➮ Restrisiken definieren,
Erwartungsmodell und
Verhalten definieren
➮ Beobachtungskriterien
festlegen

SCHUBERT UND BERGMAIR: GEOTECHNISCHE RISIKOBEWERTUNG UND RISIKOMANAGEMENT
RISIKOANALYSE
FELSBAU 20 (2002) NR. 5 33

RISIKOANALYSE
34
SCHUBERT UND BERGMAIR: GEOTECHNISCHE RISIKOBEWERTUNG UND RISIKOMANAGEMENT
Bild 2 Risikomanagement
während der
Bauausführung durch
die Beobachtungsmethode
nach EC 7.
Fig. 2 Risk management
during construction
after the observational
method
according to EC 7.
Bild 3 E-W Schnitt
durch das Museum
im Mönchsberg mit
einer schematischen
Darstellung der geologisch-geotechnischen
Risikofaktoren:
1 – Lockermaterialähnliches
Gebirge;
2 – Wasserzutritte;
3 – Keilversagen durch
Großklüfte;
4 – Antreffen von
natürlichen Höhlen.
Fig. 3 E-W section
through the museum
complex with geotechnical
risk factors:
1 – unconsolidated
rocks,
2 – water ingress,
3 – wedge failure at
geological structures
and 4 – natural caves.
FELSBAU 20 (2002) NR. 5
kennt, und solche, die nie erkannt wurden. Entsprechend
den rechtlichen Randbedingungen
und den Bedingungen des Bauvertrags tragen
der Auftraggeber und der Auftragnehmer unterschiedliche
Anteile am Restrisiko. Im allgemeinen
trägt der Auftraggeber das Risiko der Baugrundverhältnisse
und der Auftragnehmer das
Risiko des detaillierten Bauverfahrens und des
Ressourceneinsatzes. Für den Bereich der Sicherheit
können für österreichische Verhältnisse
das Risiko der Standsicherheit dem Auftraggeber
und das Risiko der Arbeitssicherheit dem Auftragnehmer
zugeordnet werden. Natürlich gibt
es dort, wo ein Mangel an Standsicherheit die
Sicherheit der Arbeitnehmer gefährden kann,
eine starke Überschneidung der Verantwortung.
Traditionell wurde diese Problematik zum Beispiel
durch die gemeinsame Ausbaufestlegung
der befugten Vertreter des Auftraggebers und
Auftragnehmers im Konsens gelöst.
Im Sinn der gestiegenen Anforderungen der
Sicherheit im allgemeinen und der Nachvollziehbarkeit
der Entscheidungsprozesse ist es heute
erforderlich und sinnvoll, als Teil eines Projektmanagementsystems
einen Risikomanagementplan
(auch Sicherheitsplan genannt) für die Ausführung
zu erstellen. Aus der Perspektive des
Auftraggebers, der primär für die Standsicherheit
des Bauwerks Sorge zu tragen hat, sind die
Grundpfeiler des Sicherheitsplans folgende:
➮ Die Definition des erwarteten Verhaltens des
Bauwerks während der Herstellung mit der
Angabe von meß- oder beobachtbaren Toleranzgrenzen,
➮ Der Aufbau einer Organisation und Technik
zur Überwachung der für das Verhalten des
Bauwerks wichtigen Eigenschaften und Größen
wie geologische Dokumentation und Vorhersage
und geotechnische Messungen und
deren Interpretation,
➮ Der Soll-Ist-Vergleich zwischen erwartetem
Verhalten und tatsächlichem Verhalten und
die Fortschreibung des erwarteten Verhaltens
aufgrund von neuen Erkenntnissen, die während
der Bauausführung gewonnen werden,
➮ Die dokumentierte Reaktion auf Abweichungen
vom Sollverhalten,
➮ Alarmkriterien, Organisation, Schutzprioritäten
und Vorgangsweisen im Krisenfall.
Hier kreuzen sich heute die Wege der NÖT mit
ihrem traditionellen Ansatz der Ausbaufestlegung
aufgrund von Beobachtungskriterien (3)
und dem anglo-amerikanischen, mehr formalen
Ansatz der „observational method“ (4) und dessen
Variante im Eurocode 7 (5). Im EC 7 werden
für den Nachweis der Standsicherheit in der
Geotechnik neben einer geeigneten Berechnung
die Beobachtungsmethode, eine Probebelastung
oder konstruktive Maßnahmen zugelassen. Die
Beobachtungsmethode benötigt als hinreichende
Bedingungen:
➮ Eine Prognose und definierte Toleranzgrenzen,
➮ Die Messungen am Bauwerk zur Bestätigung,
daß das wirkliche Verhalten innerhalb der
akzeptierten Grenzen liegt und
➮ Eine hinreichende Reaktionszeit bei Abweichungen
für die Einleitung und Umsetzung von
Korrekturmaßnahmen.
Diese Systematik läßt sich sehr gut auf kritische
Tunnelbauwerke während der Ausführung

anwenden (Bild 2). Besonders beachtenswert
sind unseres Erachtens die Fragen der ausreichenden
Reaktionszeit und der Fortschreibung
des erwarteten Verhaltens. In der Realität wird
man nämlich sehr häufig feststellen, daß die Prognosewerte
aus der Planung während der Ausführung
verletzt werden, aber genügend andere
Beurteilungselemente zur Verfügung stehen, die
eine ausreichende Sicherheit annehmen lassen.
Deshalb müssen Instrumente vorgesehen werden,
die gewährleisten, daß das erwartete Verhalten
durch neue Information während der Ausführung
fortgeschrieben werden kann. Diesen Zweck
können direkte Messungen von Beanspruchungen,
neue geeichte Rückrechnungen, neue Baugrundbewertungen
und die statistische Auswertung
von rezenten Meßergebnissen erfüllen.
Bei konsequenter Anwendung der in Bild 2
dargestellten Vorgehensweise kann nicht nur das
faktische Sicherheitsniveau bei der Ausführung
eines schwierigen geotechnischen Bauwerks signifikant
angehoben werden, sondern auch ein
formal korrekter und hinreichender Nachweis
für die Sicherheit erfolgen.
Fallbeispiel Museum
im Mönchsberg
Das Museum im Mönchsberg beschäftigt seit etwas
mehr als zehn Jahren die Salzburger Politik
und die internationale Architekturszene. Der Entwurf
von Professor Hans Hollein sieht einen großteils
unterirdisch angelegten Museumskomplex
vor, mit Ausstellungshallen, Vortragssälen, Depots,
Museumsshops und diversen Infrastrukturbauten
wie Zufahrtstunnels und Versorgungsschächte.
Herzstück der Anlage ist die sogenannte
Rotunde, ein sich nach unten verjüngender
Schacht mit einem Anfangsdurchmesser von etwa
30 m. Dieses Bauteil muß nach den Vorstellungen
von Professor Hollein ohne sichtbare Stützmittel
oder Auskleidung bleiben, das anstehende Gebirge
soll als architektonisches Element den Charakter
dieses Zentralraums formen.
Im Jahr 1990 wurde zu dem Museumsprojekt
eine Machbarkeitsstudie erstellt, die damals
ohne Erkundungsbohrungen auskommen mußte.
Eine neue Studie im Jahr 2001 konnte neben
den geologisch-geotechnischen Erkenntnissen
vom Bau der Luftschutzstollen während des
2. Weltkriegs und der Errichtung der Parkgaragen
auch auf zwei Kernbohrungen im Bereich der
Rotunde und mehrere Baggerschürfe sowie auf
Felslabordaten zurückgreifen. Die neue Machbarkeitsstudie
2001 sollte mehr als die Studie
1990 auf die geotechnischen Risiken des Bauvorhabens
eingehen und insbesondere die Machbarkeit
der freien Felsoberflächen überprüfen.
Der gesamte Komplex liegt im Mönchsberg,
der natürlichen westlichen Begrenzung der Altstadt
Salzburgs. Der Mönchsberg ist der Rest
eines nacheiszeitlichen Schotterdeltas, das durch
Zementationsvorgänge zu Konglomerat verfe-
SCHUBERT UND BERGMAIR: GEOTECHNISCHE RISIKOBEWERTUNG UND RISIKOMANAGEMENT
stigt wurde. Im Rahmen der geotechnischen Bearbeitung
des Projekts wurden folgende Risikoszenarien
identifiziert (Bild 3):
➮ Örtlich gering oder nicht verfestigtes, lockergesteinsähnliches
Konglomerat besitzt keine
ausreichende Festigkeit. Neben den zu erwartenden
Schwierigkeiten beim Ausbruch werden
Verfestigungsinjektionen oder eine Oberflächenbehandlung
des Konglomerats erforderlich.
➮ Wasser tritt aus den freien Felsoberflächen zu,
die Folge ist unzulässig hohe Feuchtigkeit in
den Besucherräumen mit hohem Klimatisierungsaufwand.
➮ Durch den ungünstigen Verschnitt von Großklüften
kommt es zu Instabilitäten in Hohlraumnähe,
umfangreiche Sicherungsmaßnahmen
(zum Beispiel mit vorgespannten Ankern)
müssen getroffen werden.
➮ Natürliche Höhlen liegen im Bereich des Ausbruchrands.
Daraus resultierende Stabilitätsprobleme
bedingen Verfüll- und Sicherungsarbeiten.
Für die Eingangsdaten der Risikoanalyse
wurden Lösungsansätze, die sich während der
Bearbeitung des Projekts ergaben, berücksichtigt.
So konnte für das Problem der Wasserzutritte
eine innovative technische Lösung gefunden
werden, die das finanzielle Risiko stark
RISIKOANALYSE
FELSBAU 20 (2002) NR. 5 35

RISIKOANALYSE
36
SCHUBERT UND BERGMAIR: GEOTECHNISCHE RISIKOBEWERTUNG UND RISIKOMANAGEMENT
Tabelle 2 Eingangsdaten für die geologisch-geotechnische Risikoanalyse.
Table 2 Input data for the geotechnical risk analysis.
Geotechnische Risikofaktoren
R1 Antreffen von lockergesteinsähnlichem
Gebirge .. 1 3 96 000 m3 R2 Erfordernis von Verfestigungsinjektionen
.................. 5 10 12 000 m3 R3 Erfordernis von Oberflächenbehandlung
des
Konglomerats ....................... 30 70 3 000 m2 R4 Antreffen von
signifikanten Wassererschwernissen
.................... 0 2 96 000 m3 R5 Antreffen einer Großkluft
– Einbau vorgespannter
Anker ....................................
R6 Antreffen von
50 150 10 Stk
Hohlräumen .......................... 110 130 1 000 m3 Bild 4 Erwartete
Bandbreite der Kosten
aus den geologischgeotechnischenRisiken.
Fig. 4 Expected
variation of cost from
the geotechnical risk
factors.
FELSBAU 20 (2002) NR. 5
Risikofaktoren aus Geologie und Geotechnik
Auftretenswahrscheinlichkeit
[%]
von bis
Menge Einheit
reduzierte: Durch einen gesägten Schlitz mit
eingezogener Dichtungsbahn rund um die Rotunde
konnte ein Wasserzutritt im Bereich der
freien Felsflächen praktisch ausgeschlossen
werden. Dementsprechend niedrig wurde das
Risiko für Wassererschwernisse beurteilt (Tabelle
2).
Als wesentliches Ergebnis der Risikoanalyse
konnten die Kosten aus geotechnischen Risiken
klar eingegrenzt werden. Der Mittelwert der Ko-
Tabelle 3 Bewertungsmatrix der US Navy, (6).
Table 3 Risk matrix according to (6).
Häufigkeit
Katastrophal
Schadensausmaß
Sehr
schwer
Schwer Gering
Häufig .................. 1 3 7 13
Wahrscheinlich .... 2 5 9 16
Gelegentlich ......... 4 6 11 18
Selten .................. 8 10 14 19
Unwahrscheinlich .. 12 15 17 20
1 - 5 Sehr hoch, Sofortmaßnahmen erforderlich.
6 - 9 Hoch, Maßnahme mittelfristig erforderlich.
10 - 17 Mittel, Maßnahme empfohlen.
18 - 20 Gering, akzeptables Risiko.
sten aus geotechnischen Risiken liegt bei etwa
0,47 Mill. EUR, mit 90 % Wahrscheinlichkeit sind
die Kosten geringer als 0,58 Mill. EUR (Bild 4).
Eine Sensitivitätsanalyse zeigte, daß schlecht
verkittetes, als Lockermaterial vorliegendes Konglomerat
die höchsten Zusatzkosten für den Bau
der Hohlräume verursacht. Zukünftige Baugrunduntersuchungen
und Beschreibungen
müssen dieses Ergebnis besonders berücksichtigen.
Fallbeispiel Autobahn
Suao-Hualien, Taiwan
Dieses Fallbeispiel bezieht sich ebenfalls auf eine
sehr frühe Phase der Planung eines Autobahnabschnitts
an der Ostküste von Taiwan. Es handelt
sich hierbei um eine steile Küstenflanke innerhalb
der üblicherweise sehr komplexen geologischen
Verhältnisse von Taiwan. Das dominierende
Element in diesem Abschnitt sind schichtungsparallele
Überschiebungen hauptsächlich im
Phyllit und quer dazu Zerrstrukturen in Form von
trichterförmigen Abschiebungen, begründet
durch die plattentektonische Situation an der
Ostküste Taiwans. Die Komplexität der geologischen
Situation und die dramatischen Erfahrungen
mit Tunnelbauten in dieser Region (zum
Beispiel Pinglin Tunnel) waren Anlaß, dem Planer
eine Risikostudie in zwei Phasen vorzuschlagen.
In der ersten Phase, nach einer generellen
geologischen Einschätzung und Sichtung von
Unterlagen von Projekten in der Nähe, sollten die
Risikofaktoren identifiziert und in einer groben
Priorität gereiht werden. In einer zweiten Phase,
nach den Bohrungen und Erstellen eines generellen
Projekts und einer ersten Kostenschätzung,
sollen die finanziellen Wagnisse dieses Projekts
in Form einer probabilistischen quantitativen
Risikoanalyse abgeschätzt werden. Hier wird
über die Systematik der ersten Phase berichtet.
Grundlage dazu bildet eine Risikobewertungsmatrix
der US Navy (8) (Tabelle 3).
Bezogen auf die konkreten Risikofaktoren des
Projekts ergab sich daraus eine Prioritätenreihung
gemäß der Tabelle 4. Aufgrund der Wechselfolge
von wenig durchlässigen mit durchlässigen
Gebirgsabschnitten und durch die zu erwartende
abdichtende Wirkung von bestimmten Störungen
wurde die Möglichkeit eines Wassereinbruchs
als besonders wahrscheinlich und
schwerwiegend eingeschätzt. Etwas geringer
wurde die Wahrscheinlichkeit eines massiven
Überbruchs an der Ortsbrust, bedingt durch das
ungünstige Einfallen der Schichtung, und die
Gefahr eines größeren Keilversagens bewertet.
Darauf folgten mehrere Risiken mit mittlerer
Bewertung, zum Beispiel absehbare Schwierigkeiten
bei den Tunnelportalen und beim Antreffen
von Karstphänomenen. Die Auswirkungen
von Erdbeben auf den Tunnel in Bau und Betrieb
werden schließlich als gering eingestuft.

Fallbeispiel Lainzer Tunnel,
Baulos LT 22
Der Lainzer Tunnel am Rand Wiens bildet eine
12,8 km lange Verbindung zwischen der Westbahn,
der Südbahn und der Donauländebahn.
Das Baulos LT 22 besteht aus zwei einspurigen
Eisenbahntunneln, die einen Hügel sowie die
ÖBB-Gleise der Westbahn unterqueren. Die Länge
der Tunnel beträgt 750 und 900 m, die Überlagerung
beträgt im Durchschnitt etwa 10 m. Die
beiden Röhren werden bergmännisch nach den
Grundsätzen der NÖT aufgefahren.
Aufbauend auf das bei der Eisenbahn Hochleistungsstrecken
AG (HL-AG) bereits bei einigen
Projekten angewandte System der Rahmenplanung
für Tunnelbauwerke wurde beim Lainzer
Tunnel ein „geotechnischer Sicherheitsund
Krisenplan“ erstellt und bei der Ausführung
der schwierigen Tunnelbauarbeiten benutzt.
Dieser Plan beinhaltet unter anderem
folgende Punkte:
➮ Verantwortung der am Sicherheitsmanagement
Beteiligten,
➮ Planmäßiges Verhalten des Hohlraums,
Grenzwerte,
➮ Meß- und Beobachtungsprogramm, Umfang,
Frequenzen und Informationsfluß,
➮ Geotechnische Besprechungen,
➮ Krisenszenarien, Warnstufen,
➮ Vorgangsweise im Krisenfall,
➮ Organisation im Krisenfall,
➮ Vorhalten von Mitteln zum Vermeiden des
Krisenfalls.
Über die Details des angewandten Systems
wurde von (7) berichtet. An dieser Stelle seien
nochmals das einfache und übersichtliche tägliche
Berichtswesen und das Warnsystem des Sicherheitsplans
angeführt.
In diesem Projekt wurde die tägliche Hauptinformation
in einer Tabelle dargestellt, aus der auf
den ersten Blick ersichtlich ist, in welchen Bereichen
des Tunnels der Geotechniker „Normalverhalten“
diagnostiziert und wo Abweichungen
beziehungsweise Unstetigkeiten vorliegen. Im
Fall abweichenden Verhaltens müssen eine geotechnische
Analyse durchgeführt und ein Vorschlag
für zusätzliche Maßnahmen (Tabelle 5)
vorgelegt werden. In der Tabelle wird auch auf
die Warnstufe Bezug genommen.
Wie bereits oben erwähnt, stellt sich in der
Wirklichkeit das Problem, daß bei wechselhaften
Baugrundverhältnissen Prognose- und Warnwerte
im Sinn von Verschiebungen oder Setzungen
häufig überschritten werden, während zahlreiche
andere Beobachtungselemente eine hinreichende
Sicherheit ableiten lassen. Aus diesem
Grund hat man in diesem Projekt bei den Warnstufen
zusätzlich zu den Prognosewerten aus der
Planung eine Reihe von qualitativen Warnkriterien
aufgestellt (Tabelle 6).
Nach den Erfahrungen des Projekts können
und sollen in Zukunft bei kritischen Tunneln mit
SCHUBERT UND BERGMAIR: GEOTECHNISCHE RISIKOBEWERTUNG UND RISIKOMANAGEMENT
Tabelle 4 Gewichtung ausgewählter Risikofaktoren bei den Tunneln 6 und 7
der geplanten Autobahn Suao-Hualien in Taiwan.
Table 4 Priorities of selected risk factors at tunnels 6 and 7 of the motorway
Suao-Hualien.
Beschreibung Schadensausmaß
Wassereinbruch mit
Lockermaterial ............ Sehr schwer Häufig 3 Sehr hoch
Großer Überbruch
an der Ortsbrust und
im ungesicherten
Bereich ....................... Schwer Häufig 7 Hoch
Keilversagen im
gestützten Tunnelabschnitt
..................... Schwer Wahrscheinlich 9 Hoch
Bergsturz beim
Südportal des
Tunnels 7 .................... Schwer Gelegentlich 11 Mittel
Größere Konvergenzen
durch druckhaftes
Gebirge ............ Gering Häufig 13 Mittel
Kriechhang am Nordportal
von Tunnel 6 ..... Gering Wahrscheinlich 16 Mittel
Karsthöhlen im Marmorabschnitt
............... Gering Wahrscheinlich 16 Mittel
Erdbebeneinwirkung
auf den Tunnel ............ Gering Selten 19 Gering
Tabelle 5 Täglicher geotechnischer Bericht, Auszug.
Table 5 Daily geotechnical report, extract.
Vortrieb MQ
Normal
(0)
Verhalten/
Warnstufe
Abweichend
(1)
Häufigkeit Risiko
Index
Kritisch
(2/3)
geringer Überlagerung zusätzlich folgende Aspekte
Berücksichtigung finden:
➮ Die Schwierigkeit der Zuordnung des Prognosemodells
auf die aktuellen Baugrundverhältnisse
beziehungsweise die laufende und aktu-
Geotechnische
Erläuterung
siehe ( )
Bewertung
BW7 MQ237-UT ✓
MQ246-UT ✓
MQ255-UT ✓
MQ264-UT ! (2) Verstärkte
Stützung der
Ortsbrust
BL7 MQ138-UT ✓
MQ147-UT ! (1) Festigkeitsent-
MQ156-UT ! (1) wicklung
MQ165-UT ! (1) Spritzbeton
überprüfen
MQ174-UT ✓
MQ183-UT ✓
MQ191-UT ✓
MQ200-UT
.....
.....
.....
✓
(1) Geotechnische Erläuterung 1: .....
(2) Geotechnische Erläuterung 2: ......
Erforderliche
Maßnahmen
RISIKOANALYSE
FELSBAU 20 (2002) NR. 5 37

RISIKOANALYSE
38
SCHUBERT UND BERGMAIR: GEOTECHNISCHE RISIKOBEWERTUNG UND RISIKOMANAGEMENT
Tabelle 6 Stufen des geotechnischen Warnsystems.
Table 6 Levels of the geotechnical warning system.
Warnstufe 0 Systemverhalten innerhalb der erwarteten Bandbreite
Normalverhalten gemäß Vorgaben der Rahmenplanung,
keine Warnwerte erreicht, keine besonderen Beobachtungen
Warnstufe 1 Abweichung vom Normalverhalten, Eintritt eines Warnkriteriums
Als Warnkriterium kann zum Beispiel gelten:
➮ Überschreiten eines Warnwerts gemäß Angaben des Planers
➮ Untypisches Verschiebungsverhalten des Tunnels oder der
Oberfläche wie plötzliche Verschiebungszuwächse, Abkippen
der Trendlinie, Verletzung von Verträglichkeitsbedingungen
in der Tunnelschale
➮ Kleinere unvorhergesehene Ereignisse im Tunnel wie Überbruch,
größere Wasserzutritte
Warnstufe 2 Gefahr in Verzug, Risiko ist auf die Baustelle begrenzt
Eintritt eines Alarmkriteriums, jedoch nicht im Einflußbereich der
befahrenen ÖBB-Anlagen. Als Alarmkriterium kann gelten:
➮ Gefahr eines Verbruchs im Tunnel
➮ Verletzung der ÖBB-Grenzwerte
➮ Wiederholt progressive Verschiebungstendenzen im Tunnel
➮ Nachhaltige Zweifel an der Standsicherheit der Tunnelschale,
Überbeanspruchung, Risse
➮ Flutung des Tunnels durch Hochwasser
Warnstufe 3 Gefahr in Verzug, Risiko geht über die Baustelle hinaus und
betrifft auch die Öffentlichkeit
Eintritt eines Alarmkriteriums, mit möglicher Auswirkung der
befahrenen ÖBB-Anlagen
FELSBAU 20 (2002) NR. 5
elle Definition des Soll-Verhaltens bei sehr
wechselhaften Bedingungen wie beim vorliegenden
Baulos. Hierzu werden anstatt einer
festen vorhergehenden Homogenbereichsdefinition
ein Raster von Lösungen und Zuordnungskriterien
zweckmäßig sein beziehungsweise
eine Vorgehensweise, wie aus den aktuellen
Messungen eine Fortschreibung des Soll-
Verhaltens nachvollziehbar begründet werden
kann.
➮ Eine Ergänzung im Sicherheitsplan hinsichtlich
Prioritäten im Krisenfall.
➮ Eine bessere Abstimmung verschiedener Dokumente
im Umfeld der Sicherheit und des
Krisenmanagements, zum Beispiel Alarmplan
des Auftragnehmers, SIGE-Plan, Pläne öffent-
»Dieser Beitrag interessiert unsere Geschäftsfreunde
ganz besonders!« Das haben Sie sich sicherlich schon
öfter beim Lesen unserer Fachzeitschriften gesagt.
Warum bestellen Sie nicht einfach Sonderdrucke?
Individuell mit Ihrem Werbezusatz oder im Original,
ganz nach Ihrem Wunsch!
Fordern Sie ein Angebot an.
licher Organisationen und Behörden wie Feuerwehr
und Bezirkshauptmannschaften.
➮ Eventuell Durchführen einer Krisenübung mit
den betroffenen Projektbeteiligten.
Schlußfolgerung
Geotechnisches Risikomanagement erfordert
keine besonders schwierigen Methoden oder
Technologien. Gleich wie bei Leitsätzen im Management
kann festgestellt werden, daß die handelnden
Personen erstens ihr Geschäft verstehen
müssen und zweitens entsprechend handeln
müssen. Mit der Befolgung von wenigen Prinzipien
kann die Frage des geotechnischen Risikos
durch alle Projektphasen hindurch zu einer wesentlich
verbesserten Transparenz sowie zu einer
Optimierung der Bauwerkssicherheit und der
Herstellungskosten und -zeiten führen.
Quellennachweis
1. Rissler, P.: Dimensioning of the design flood as part of a
reservoir safety concept. Internetseite des Deutschen Talsperren
Komitees (DTK) www.germannatcom-icold.de
2. ÖNORM EN 1050. Sicherheit von Maschinen, Leitsätze zur
Risikobeurteilung. 1997.
3. Pacher, F. ; Rabcewicz, L.v. ; Golser, J.: Zum derzeitigen
Stand der Gebirgsklassifizierung im Stollen- und Tunnelbau.
Proceedings XXII, Geomechanik Kolloquium Salzburg, 1974,
S. 51-58.
4. Peck, R.B.: Advantages and limitations of the observational
method in applied soil mechanics. In: Geotechnique 19
(1969), No. 2.
5. Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der
Geotechnik. ÖNORM ENV 1997-1.
6. Naval Surface Warfare Center Carderock Division: Standard
Operating Procedure. www.dt.navy.mil/env/code
0073sop.html
7. Vavrovsky, G.M. ; Ayaydin, N. ; Schubert, P.: Geotechnisches
Sicherheitsmanagement im oberflächennahen Tunnelbau.
In: Felsbau 19 (2001), Nr. 5, S. 133-139.
Autoren
Dipl.-Ing. Dr. Peter Schubert und Dr. Michael Bergmair, iC
consulenten Ziviltechniker GesmbH, Zollhausweg 1, 5101
Bergheim, Österreich.
VG
Verlag Glückauf Essen
Verlag Glückauf
Postfach 18 56 20 . 45206 Essen
Tel. +49 (0) 20 54 / 9 24-121
Fax +49 (0) 20 54 / 9 24-129
E-Mail vertrieb@vge.de
Internet www.vge.de