Innovatives Vertrags- und Vergütungsmodell im maschinellen Tunnelvortrieb – Ermittlung der abweichenden Bauzeit auf Basis digitaler Maschinen- und Prozessdaten

Abstract

Die Abwicklung eines Tunnelbauprojektes stellt alle Beteiligten vor große Herausforderungen. Während des gesamten Abwicklungsprozesses können nicht eindeutig zu quantifizierende Größen auftreten. Eine wesentliche dieser schwer zu prognostizierenden Kenngrößen bildet im Tunnelvortrieb der Baugrund. Die geologischen sowie hydrogeologischen Verhältnisse müssen im Rahmen der Planungsphase mit Hilfe von Erkundungsmaßnahmen sowie aus Erfahrungen von bereits umgesetzten Projekten abgeschätzt werden. Fällt die Wahl vom Auftraggeber oder vom Bieter, abhängig vom gewählten Vertragsmodell, auf den maschinellen Tunnelvortrieb, erfolgt die Kalkulation der Bauzeit im SOLL auf Grundlage der zur Verfügung stehenden Planungsunterlagen. Die der Kalkulation zugrunde gelegten Dokumente können aufgrund der Vielzahl an nicht exakt zu bestimmenden Größen im Tunnelbau nie genau die realen Umständen der Leistungserbringung repräsentieren.Im Rahmen der Ausführungsarbeiten treten bei fast allen Untertagebauprojekten Abweichungen gegenüber den der SOLL-Ermittlung zugrunde gelegten Unterlagen auf. Diese Änderungen können entweder eine Veränderung des Bauablaufes bewirken und/oder zu einer abweichenden Bauzeit in Bezug zur kalkulierten Zeitdauer führen. Bei Anwendung der maschinellen Vortriebs-methode kommt neben den im Tunnelbau immer gegebenen Unsicherheiten das im Vergleich zu konventionellen Bauweisen „starre“ Vortriebskonzept von Tunnelvortriebsmaschinen zum Tragen. Durch diese Randbedingung kann es bei geänderten Umständen der Leistungserbringung zu langen Stillstandszeiten im Zuge des TVM-Vortriebes kommen. Außerdem ist darauf hinzuweisen, dass Tunnelvortriebsmaschinen erst ab einer gewissen Tunnellänge wirtschaftlich praktikabel einsetzbar sind. Durch diese zumeist langen maschinellen Vortriebe erstreckt sich die Bauzeit dieser Tunnelbauprojekte meist über mehrere Jahre. Auf Basis dieser Ausgangslage erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass in der Ausführungsphase des risikobehafteten Tunnelvortriebes Änderungen in Bezug zur prognostizierten bzw. kalkulierten Bauzeit auftreten.Aufgrund dieser Ausgangssituation erscheint eine Entwicklung eines innovativen Vertrags- und Vergütungsmodells für den maschinellen Tunnelvortrieb im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit als sinnvoll. Der Hauptfokus dieser Dissertation an der TU Wien am Institut für Interdisziplinäres Bauprozessmanagement (Forschungsbereich Baubetrieb und Bauverfahrenstechnik) liegt darin, eine transparente und nachvollziehbare Methodik zu generieren, wie der vergütungswürdige Anteil im Falle einer abweichenden Bauzeit im maschinellen Tunnelvortrieb berechnet werden kann. Zur Gewährleistung der Transparenz und Nachvollziehbarkeit der zu entwickelnden Systematik werden die während der Vortriebsarbeiten digital erfassbaren Datensätze als eine fundamentale Basis für die Modellentwicklung herangezogen.Die methodische Vorgehensweise im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit ist in vier Schritte gegliedert. Zu Beginn werden die Charakteristika des maschinellen Tunnelvortriebes analysiert, wobei hier der Fokus auf der Herausarbeitung und Festlegung von baubetrieblichen Prozessen des jeweiligen Maschinentyps liegt. Der zweite Schritt umfasst eine globale Bestandserhebung der im internationalen Tunnelbau angewendeten Vertrags- und Vergütungsmodelle. Im dritten Schritt wird das digitale Datenmanagement im maschinellen Tunnelvortrieb näher untersucht. Der vierte und abschließende Schritt bildet die Entwicklung eines innovativen Vertrags- und Vergütungsmodells im maschinellen Tunnelvortrieb. Dabei werden zwei Varianten generiert werden, wie der vergütungswürdige Anteil der abweichenden Bauzeit ermittelt werden kann.

The handling of a tunnel construction project poses great challenges for all those involved. Variables that cannot be clearly quantified can arise during the entire handling process. The subsoil in tunneling is one of these parameters which is difficult to forecast. The geological and hydrogeological conditions must be assessed during the planning phase with the help of exploratory measures and from the experience from projects that have already been implemented. If the client or the bidder chooses, depending on the contract model, to use machine tunneling, the calculation of the construction time is based on the planning documents available. The documents on which the calculation is based can never accurately represent the real circumstances of the service provision due to the large number of variables in tunnel construction that cannot be precisely determined.In the course of the execution work, deviations from the documents on which the target determination is based occur in almost all underground construction projects. These changes can either cause a change in the construction process and/or lead to a different construction time in relation to the calculated duration. When using the mechanical driving method, in addition to the uncertainties that always exist in tunnel construction, the driving concept of tunnel driving machines that is “rigid” compared to conventional construction methods comes into play. This boundary condition can lead to long downtimes in the course of TBM tunneling if the circumstances of the service provision change. It should also be pointed out that tunnel boring machines can only be used economically and practically when used for at least a certain tunnel length. Due to these mostly long machine drives, the construction time of these tunnel construction projects usually extends over several years. On the basis of this initial situation, it is more likely that changes will occur in the execution phase of the risky tunneling in relation to the forecast or calculated construction time.Based on this initial situation, the development of an innovative contract and remuneration model for machine tunneling within the framework of this scientific approach appears to be sensible. The main focus of this dissertation at the TU Wien at the Institute for Interdisciplinary Construction Process Management (research unit Construction Process and Methods) is to generate a transparent and comprehensible method of how the remuneration-worthy portion can be calculated in the case of a different construction time in mechanical tunneling. In order to ensure this transparency and traceability of the system to be developed, the data records that can be digitally recorded during the tunneling work are used as a fundamental basis for the model development.The methodological approach in the context of this scientific work is divided into four steps. First, the characteristics of machine tunneling are analyzed – with the focus on the elaboration and definition of construction processes of the respective machine type. The second step includes a global inventory of the contract and remuneration models used in international tunneling. In the third step, digital data management in mechanised tunneling is examined in more detail. The fourth and final step is the development of an innovative contract and remuneration model in machine tunneling. Two variants are generated, to how the remuneration-worthy portion of the deviating construction time can be determined.