Abu Dhabi, United Arab Emirates. STANDARD CONSTRUCTION SPECIFICATIONS (PART 2 - ROAD STRUCTURES, 2020) - page 21

 

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Abu Dhabi, United Arab Emirates. STANDARD CONSTRUCTION SPECIFICATIONS (PART 2 - ROAD STRUCTURES, 2020) - page 21

 

 

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TANDARD 

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ONSTRUCTION 

S

PECIFICATIONS

 

 

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2

 

 

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TRUCTURES

 

 

 

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RECAST 

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ONCRETE 

C

ULVERTS

 

 

First Edition -January 2018 

 

not visibly separated. Such areas will produce a hollow sound when tapped. These areas may be 
referred  to  as  delaminations  or  incipient  spalls.  Pipe  experiencing  this  type  of  problem  shall  be 
repaired or replaced. 

32.7.7 

Slabbing 

Slabbing is a serious problem that can occur under high fills. It is a radial failure of the concrete that 
occurs  from  straightening  of  the  reinforcement  cage  due  to  excessive  tension.  Slabbing  is 
characterized by large slabs of concrete peeling away from the sides of the pipe and a straightening 
of the reinforcing steel. 

Any pipe experiencing slabbing shall be repaired or replaced. 

32.7.8 

End Section Drop-off 

End drop-offs are caused by erosion of the material supporting the pipe sections on the outlet end 
of the culvert barrel. If a drop-off occurs, the end section shall be reset. 

32.7.9 

Follow-up 

If any repairs or remedial action is performed on the pipe, a follow-up inspection following the same 
guidelines as outlined in Section 32.7, Field Inspection, shall be performed between one and two 
years' time. 

32.8 

Surface Finish 

Defects that indicate proportioning, mixing, and moulding not in compliance with the specification, or 
surface defects indicating honeycombed or open texture that would adversely affect the function of 
the pipe, shall be repaired or the pipe replaced. 

32.9 

Waterproofing 

Waterproofing of culverts shall be as specified in the particular specifications, as approved by the 
Engineer, and in compliance with the applicable requirements of Chapter 28, Waterproofing, of these 
standard specifications. 

32.10 

Removing and Replacing Culverts 

Where shown in the plans, or where designated by the Engineer, existing culverts shall be removed 
and  relaid  in  accordance  with  these  specifications.  Any  culvert  damaged  by  the  Contractor

‘s 

operations shall be replaced at the Contractor

’s expense. All joints of the pipe before being relaid 

shall be cleaned so as to be free from all adhering material, including old mortar placed as a collar 
or  seal  in  the  original  construction.  All  culvert  sections  removed  and  not  relaid  shall  become  the 
property of the Contractor.

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ONCRETE 

C

ULVERTS

 

 

First Edition -January 2018 

 

I

NDEX

 

annular space, 32-3, 32-4 
arch,  32-1,  32-7, 

32-11

,  32-12,  32-13,  32-15, 

32-16 

Backfill material, 32-15, 32-16 
backfill materials, 32-5 
Bedding, 32-5, 32-7, 32-11, 32-12, 32-14 
bell end, 32-14 
bell holes, 32-14, 32-18 
Bituminous plastic cement, 32-3, 32-4 
blasting, 32-7 
boulders, 32-7 
box sections, 32-1, 32-7, 32-15 
calculations, 32-2 
cementitious, 32-3 
certificate of compliance, 32-3 
circular, 32-1, 32-7, 32-14 
Compaction, 32-11, 32-12, 32-13 
construction equipment, 32-16 
construction traffic, 32-17 
curing, 32-4, 32-6 
delaminations, 32-18 
Department of Transport, ii 
design strength, 32-6, 32-15, 32-17 
Deviations, 32-6 
downstream, 32-14 
efflorescence, 32-18 
elliptical, 32-1, 32-7, 

32-11

, 32-12, 32-13, 32-

14 

End drop-offs, 32-18 
erosion, 32-17, 32-18 
Excessive damage, 32-6 
exfiltration, 32-17 
existing culverts, 32-19 
Fine cracks, 32-6 
floating, 32-16 
follow-up inspection, 32-19 
foundations, 32-7, 

32-11

, 32-12 

gasketed joints, 32-4 
geotextile, 32-7 
gradations, 32-7 
gravel, 32-5, 32-15 
Hairline longitudinal cracks, 32-18 
hammer, 32-18 

Haunch

32-11

, 32-12, 32-15 

headwalls, 32-16 
high fills, 32-18 
honeycombs, 32-6 
incipient spalls, 32-18 
indentations, 32-18 
infiltration, 32-7, 32-17 
inlet end, 32-14 
inspection personnel, 32-17 
Inspection records, 32-18 

installation, 32-2, 32-5, 32-6, 32-7, 32-11, 32-

13, 32-14, 32-15, 32-17, 32-18 

Internal inspections, 32-17 
interpretations, 32-11, 32-12 
jetting, 32-15 
Joint separations, 32-17 
Leaking joints, 32-17 
Lean concrete, 32-16 
levelling, 32-7 
lifting holes, 32-5, 32-6 
Match marks, 32-5, 32-6 
migration, 32-7, 32-17 
Misalignment, 32-17 
Mortar, 32-3, 32-4 
movement, 32-15, 32-16, 32-17, 32-18 
overfill materials, 32-15 
pipe, 32-1, 32-3, 32-4, 32-7, 

32-11

, 32-12, 32-

13,  32-14,  32-15,  32-16,  32-17,  32-18,  32-
19 

Poor bedding, 32-18 

Precast

, i, 32-1, 32-2, 32-5, 32-6, 32-7, 32-14, 

32-15 

precasting plant, 32-5 
prestressing, 32-2 
Ramps, 32-16 
reinforced concrete, 32-1, 32-7, 32-15 
reinforcement cage, 32-18 
remedial action, 32-19 
rock, 32-5, 32-7, 

32-11

, 32-12, 32-14 

Rubber, 32-2, 32-4 
Sand, 32-3, 32-13 
sealant materials, 32-5 
settlement, 32-4, 32-17 
Slabbing, 32-18 
Soil, 32-1, 32-2, 32-11, 32-13, 32-14 
soil fines, 32-7 
soil symbols, 32-11, 32-12 
Spalled areas, 32-5 
Spalling, 32-18 
structure backfill, 32-7 
subtrench, 32-11, 32-12 
Test specimens, 32-5 
thickness, 32-7, 32-11, 32-12, 32-13, 32-15 
thicknesses, 32-6, 32-7 
tolerances, 32-3, 32-6 
tongue end, 32-14 
trademark, 32-5 
trench conditions, 32-6 
upstream, 32-14 
visual examination, 32-18 
visual observation, 32-17 
Waterproofing, 32-19 
watertight, 32-4 

 

 

 

 

 

 

 

STANDARD CONSTRUCTION SPECIFICATIONS 

PART 2 

ROAD STRUCTURES 

 

CHAPTER 33 - BRIDGE ACCESS SYSTEMS

 

 

 

 

 

 

 

 

DOCUMENT

 

NO:

 

TR- 

FIRST

 

EDITION 

JANUARY

 

2018

 

 

 

 

 

 

 

 

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First Edition -January 2018 

 

 

Chapter 33: Bridge Access Systems

 

T

ABLE OF 

C

ONTENTS

 

Table of Contents............................................................................................................................ 2

 

33

 

Bridge Access Systems ........................................................................................................ 3

 

33.1

 

General ............................................................................................................................. 3

 

33.2

 

Reference Standards and Codes ...................................................................................... 3

 

33.3

 

Overall Requirements ....................................................................................................... 3

 

33.4

 

Outline Specifications ....................................................................................................... 3

 

33.4.1

 

Outline Specifications for Bucket Type Unit (BTU) ..................................................... 3

 

33.4.1.1

 

Stability ............................................................................................................... 4

 

33.4.1.2

 

Controls .............................................................................................................. 4

 

33.4.1.3

 

Standard Equipment ........................................................................................... 4

 

33.4.1.4

 

Safety Features .................................................................................................. 4

 

33.4.1.5

 

Operational Features .......................................................................................... 5

 

33.4.2

 

Outline Specification for Under-deck Type Unit (UTU) ............................................... 5

 

33.4.2.1

 

System ............................................................................................................... 5

 

33.4.2.2

 

Stability ............................................................................................................... 6

 

33.4.2.3

 

Control Stations .................................................................................................. 6

 

33.4.2.4

 

Standard Equipment ........................................................................................... 6

 

33.4.2.5

 

Safety Features .................................................................................................. 6

 

33.4.2.6

 

Operational Features .......................................................................................... 7

 

33.4.2.7

 

Other Features ................................................................................................... 7

 

33.5

 

Method of Procurement .................................................................................................... 7

 

33.6

 

Use of the Bridge Access System in the Work .................................................................. 8

 

33.7

 

Additional Quality Standards ............................................................................................. 8

 

33.7.1

 

Durability/Design Life ................................................................................................. 8

 

33.7.2

 

Spares and Replacement Parts ................................................................................. 8

 

33.7.3

 

Operating and Maintenance Documentation .............................................................. 8

 

33.7.4

 

Support Services, Repairs, and Facilities for Same ................................................... 8

 

33.7.5

 

Commissioning and Testing of Equipment ................................................................. 8

 

33.7.6

 

Safety ........................................................................................................................ 8

 

33.8

 

Warranties ........................................................................................................................ 8

 

33.9

 

Material to be Provided by the Engineer ........................................................................... 8

 

33.10

 

Programme ....................................................................................................................... 8

 

Index  . ............................................................................................................................................ 9

 

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33.1 

General 

This work shall consist of procuring a comprehensive access system for the long-term inspection, 
operation,  and  maintenance  of  bridges,  which  shall  conform  to  the  requirements  of  the  Contract 
documents and these standard specifications. 

If required by the Contract documents, the bridge access system shall include the following units, at 
a minimum: 

1.  One  vehicle-mounted  mobile  access  platform,  a  Bucket  Type  Unit  (BTU),  for  all  surfaces 

above deck level. 

2.  One vehicle-mounted mobile access platform, an Under-deck Type Unit (UTU), for all under-

deck surfaces. 

3.  All other supplementary equipment needed to meet the requirements for safe access to all 

surfaces. 

33.2 

Reference Standards and Codes 

Standards and codes for bridge access systems shall be as specified in these specifications, in the 
Contract documents, if any, and the following, in their latest edition: 

ADQCC (TR-516) Road Structures Design Manual; 

OSHA 

Occupational Safety and Health Administration. 

33.3 

Overall Requirements 

This system

’s purpose is to enable the Owner to conveniently and safely access all external surfaces, 

components of the bridge, and all openings into the interior of the bridge for long-term inspection, 
maintenance,  and  repair.  This  system  shall  be  suitable  for  the  complete  repainting  of  the  bridge, 
except in areas where it can be shown to be more economical to use temporary scaffolding. 

This system shall include all necessary documentation, spares, support facilities for the storage and 
maintenance  of  the  access  system,  and  where  specified  by  the  Contract  documents,  garaging 
facilities off-site. 

Suppliers  shall  provide  training  services  for  operation  and  maintenance  of  the  system  and 
maintenance support services. 

33.4 

Outline Specifications 

Features described in this section are indicative of the facilities to be included and the performance 
required of the units. Suppliers shall provide details of any alternatives or variations to these and the 
advantages or limitations of its proposal. In all cases, suppliers shall remain responsible for ensuring 
that the overall performance requirements for the complete system are satisfied. 

33.4.1 

Outline Specifications for Bucket Type Unit (BTU) 

Vehicle-mounted mobile  access  platform for  all surfaces  above  deck  level  shall  be  a  bucket-type 
system with a minimum load capacity of 250 kg and a minimum working area of 1.2 m by 1 m. The 
BTU shall: 

a.  Be  used  primarily  to  gain  access  to  all  parts  of  the  bridge  above  deck  level  (e.g.,  visual 

inspection, routine maintenance of paint, access to feature lighting for routine maintenance), 
as well as the feature lighting systems on the outside of the deck 

b.  Provide access to the piers below deck level from the ground or from a barge 

c.  Reach adequate height above the bridge deck level to serve its purpose 

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Turntable base shall be rigidly mounted on the chassis main frame, and shall be rotatable by 270 
degrees,  configured  to  allow  the  unit  to  be  lowered  from  either  side  of  the  vehicle  and  provide 
maximum  operational  flexibility  of  use  on  the  bridge.  Main  boom  shall  rotate  approximately  45 
degrees up and 20 degrees down, and shall be designed to bridge barriers and other obstacles of 
up to 3 m height. 

By  means  of  a  second  rotation track,  a  second boom  shall  be fixed to the  outer  end  of the main 
boom. This boom shall telescopically extend with a vertical clearance of up to 4.5 m measured from 
the bridge deck. It shall be  capable of being placed alongside the bridge in a vertical position.  By 
means of irreversible worm gear, the second rotation track shall be capable of rotating 180 degrees. 
Vertical  position  of  boom  shall  be  actuated  by  two  parallel  arms  (tubes)  in  combination  with  two 
double-acting hydraulic cylinders to ensure that the parallel arms can be extended or returned. This 
shall be sufficient to compensate for the transverse slope of the bridge deck. 

Third boom shall be a telescoping boom with a maximum reach of 12 m under the bridge when the 
second boom is in vertical position from the centre of the second rotation track. This boom shall be 
actuated by a double-acting hydraulic cylinder. 

Equipped with an access door, the personnel working bucket shall be attached to the third boom, 
and shall be automatically maintained in a level position. 

33.4.1.1 

Stability 

Stability of the BTU in operation with the unit lowered on either side of the vehicle shall be provided 
by appropriate counterweights mounted on the turntable of the vehicle. 

To minimize the concentrated load on the deck surface, a system of additional support wheels shall 
evenly distribute the full vehicle weight on all axles. Air spring suspension shall be used to facilitate 
movement of the vehicle on the bridge and absorb shocks when the machine is travelling on bumpy 
roads. 

Movements of the vehicle on the bridge during operation shall be self-propelled. Movements shall 
be slow and well-controlled. 

33.4.1.2 

Controls 

Complete set of controls shall be provided at the bucket. All the phases of deploying and retracting 
the platform shall be easily surveyed. Auxiliary manual controls shall be located at the rotation frame 
on the carrying vehicle, and shall rotate together with the rotation frame. Controls at the bucket shall 
override the auxiliary controls on the vehicle. 

33.4.1.3 

Standard Equipment 

Facilities shall include a hydraulic pump driven by the power take-off of the engine, a generator for 
the power supply on the platform, a two-way intercom between the carrying vehicle and the work 
platform,  and  an  independent  emergency  hydraulic  pump  actuated  by  a  7 hp  gas  engine  with 
attached pump for returning the aerial device into the stowed position. 

33.4.1.4 

Safety Features 

All  functional  elements  of  the  aerial  device  shall  be  designed  and  constructed  for  structural  and 
operational safety for the operating crew and surroundings. BTU shall be designed, built, and tested 
in accordance with the stringent international safety standards. 

Safety features shall include, but shall not be limited to: 

a.  Overload protection by an automatic OFF-switch and acoustic signal 

b.  Emergency OFF-switches on the vehicle and at the work platform 

c.  Holding valves to prevent undesired movements of booms in case of hydraulic failure 

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d.  Independent, engine-powered emergency hydraulic pump to return the aerial device into the 

stowed position on the vehicle 

e.  Warning placards to remind personnel of operational hazards and limits 

f.  Access steps and a platform bottom with anti-skid flooring and minimum 1.1 m-high safety 

rails on the platform 

g.  Flashing lights on the vehicle 

33.4.1.5 

Operational Features 

BTU shall be designed and built for safe, time-saving, and problem-free operations based on proven 
designs with many years of service. It shall require the vehicle width only on one traffic lane or side 
strip  on  the  bridge,  with  a  minimum  obstruction  of  traffic  flow,  and  it  shall  be  rapidly  erected  or 
removed on site without  external assistance. At least one  socket for single-phase power  shall be 
provided at the working platform for the use of inspection and maintenance tools and equipment. 

33.4.2 

Outline Specification for Under-deck Type Unit (UTU) 

One vehicle-mounted mobile access platform for all under-deck surfaces shall be of an underbridge 
type and shall have a platform (rather than bucket type). It shall be capable of being positioned on 
either side of the bridge roadway and overreaching the roadway edge parapets and footways. It is 
envisaged that the underbridge unit shall not be capable of providing inspection access to the entire 
underside of the deck from one side only. It is therefore assumed that the platform area will be a 
minimum of half bridge width by 1.4 m, and have a minimum working load of 250 kg. 

33.4.2.1 

System 

Underbridge Type Unit (UTU) access equipment shall be mounted on a road vehicle equipped with 
air-suspension rear axles to prevent shock and damage to the machine while travelling on uneven 
roads. 

Turntable  base  shall  be rigidly  mounted  on the  chassis  main frame,  and shall  be  rotatable  by  90 
degrees either way, configured to allow the unit to be lowered from either side of the vehicle and 
provide maximum operational flexibility of use on the bridge. Main boom shall rotate approximately 
45 degrees up and 20 degrees down, and shall be designed to bridge barriers and other obstacles 
of up to 3 m height. 

One vertical frame with a horizontal point of rotation for erection to approximately 95 degrees shall 
be fixed to the rotation frame. Pivoting shall be achieved by means of two hydraulic cylinders to allow 
a tolerance to compensate transverse sloping of the bridge deck. 

Two parallel arms or another arrangement shall allow the unit to cross high barriers at deck edges. 
Unhindered access from the vehicle to the lifting tower and platform shall be possible in any position 
of  the  supports.  Design  shall  ensure  that  the  unit  in  the  transport  position  remains  within  the 
maximum allowable vehicle heights. 

One second rotation track shall be mounted between the end of the lifting tower and the tower lower 
part to allow rotation of the platform by 90 degrees to either side. Rotation motion shall be achieved 
by means of irreversible worm gear. 

For long platforms only, the work platform shall be divided into two or three sections. Second and 
third segments shall be telescopically extendable until full platform length is obtained. To allow the 
bridge  piers  to  be  circumnavigated  without  problems  when  the  platform  is  fully-loaded,  the  work 
platform shall be rotatable by two times 90 degrees. Sockets for single-phase electrical power shall 
be provided on the platform. 

Additional equipment such as work scaffolds or electrically operated inspection lifts shall be provided 
for  installation  on  the  platform  to  make  it  possible  to  inspect  hard-to-reach  areas  underneath  the 
bridge deck or between girders. Such scaffolds or lifts shall be of the folding type; therefore, do not 
have to be dismounting for the road transport position of the UTU. Work platforms shall lie in parallel 

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with the lifting tower when the UTU travels on the road. Inspection of bridge piers on their full length 
shall be achieved by means of a pier inspection platform that can be lowered from the main platform. 
All additional equipment required to meet the standard specifications shall be supplied. 

33.4.2.2 

Stability 

Appropriate counterweights shall be mounted on the turntable of the vehicle to increase the stability 
of the UTU in operation with the unit lowered on either side of the vehicle. 

To minimize the concentrated load on the deck surface, a system of additional support wheels shall 
evenly distribute the full vehicle weight on all axles. Air spring suspension shall be used to facilitate 
movement of the vehicle on bridges and absorb shocks when the machine is travelling on bumpy 
roads. 

Movements of the vehicle on the bridge during operation shall be self-propelled. Movements shall 
be slow and well controlled. 

33.4.2.3 

Control Stations 

Control elements shall be suitably arranged and easily understandable,  positioned in such  a way 
that  all  phases  of  deploying  and  retracting  the  platform  can  be  easily  surveyed.  Standard  control 
units shall be located at the following locations on the UTU: 

a.  At the rear part of the vehicle for erection and removal 

b.  At the lower end of the lifting tower, for the movements of the platform: 

  Lifting and lowering 

  Rotation telescopic extension and retraction 

c. 

In the driver’s cabin, for vehicle movements on the bridge and for steering 

33.4.2.4 

Standard Equipment 

Equipment shall include: 

a.  Power take-off 

b.  Hydraulic pump driven by the power take-off 

c.  Generator for the power supply on the platform 

d.  Two-way intercom system for undisturbed dialogue between the bridge deck and the platform 

e.  Independent emergency hydraulic pump actuated by a 7 hp gas engine with attached pump 

for returning the aerial device into the stowed position 

33.4.2.5 

Safety Features 

All  functional  elements  of  the  UTU  shall  be  designed  for  structural  and  operational  safety  for  the 
operating crew and surroundings. UTU shall be designed and built in accordance with the stringent 
international safety standards. 

Safety features shall include, but shall not be limited to: 

a.  Overload protection by an automatic OFF-switch and acoustic signal 

b.  Emergency OFF- switches on the chassis, in the lifting tower, and on the platform 

c.  Independent  emergency  hydraulic  pump  allowing  for  folding  up  of  the  platform  into  the 

transport position 

d.  Access route from the vehicle to the lifting tower, and a work platform secured by hand rails 

and lifting tower construction 

e.  Platform with anti-skid flooring and a minimum 1.1 m-high safety rails 

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f.  Flashing lights on the vehicle 

33.4.2.6 

Operational Features 

Design of the UTU shall be the result of many years of experience and practice-guided development. 
It shall be designed and built for safe, time-saving, and problem-free operation. 

Its operational features shall include, but shall not be limited to: 

a.  Dimensioning of the platform shall allow unencumbered inspection or maintenance work by 

several persons simultaneously. 

b.  UTU shall require the vehicle width only on one traffic lane or side strip on the bridge, with 

minimum obstruction of traffic flow. 

c.  Erection or removal times required shall be extremely short. On-site erection or removal of 

UTU shall not require external assistance. 

d.  Tractors  shall  be  removable from trailer-mounted  units  during  operation on  the  bridge, for 

use elsewhere. 

e.  Sockets for single-phase power shall be provided on the platform for the use of inspection 

and maintenance tools and equipment. 

f.  Additional  equipment,  such  as  work  scaffolds  or  lifts  (optional),  shall  be  capable  of  being 

positioned along the full length of the platform. 

33.4.2.7 

Other Features 

Other features of the UTU shall include, but shall not be limited to: 

a.  Outrigger stabilizers shall not be required. 

b.  Platform shall be capable of being lowered on both the left-hand side and the right-hand side 

of the truck chassis. 

c.  Wide platform shall allow comfortable working conditions for  the inspection crew. Platform 

shall be capable of being raised under the bridge up to approximately 1.5 m from the bridge 
deck. 

d.  Access shall be fully-protected from the bridge deck to the platform in all operating positions 

of the platform. 

e.  Ladders,  work  scaffolds,  or  lifts  used  on  the  platform  shall  remain  assembled  for  road 

transportation.  They  shall  be  pivoted  into  the  horizontal  position  on  the  platform  floor  and 
remain embedded in the platform when in the stowed position on the truck chassis. 

33.5 

Method of Procurement 

The Contractor shall prepare a list of suppliers able to provide the access system and technical and 
contract  documentation  needed  to  request  for  proposals  from  suppliers.  Proposals  from  single-
source suppliers shall be preferred, but proposals from two suppliers in a joint venture with joint and 
several liabilities shall also be considered. On approval of a shortlist by the Engineer, the Contractor 
shall obtain detailed technical and firm-priced proposals for the system, and shall prepare a report 
on the proposals to the Engineer and obtain such supplementary information and proposals as may 
be necessary for the proposals to be evaluated. This information should include drawings showing 
the proposals for access to every surface and component. 

Acting  on  instructions  from  the  Owner,  the  Engineer  shall  select  the  supplier  and  impose  such 
additional requirements as deemed necessary for the systems. 

The  Contractor  shall  then  procure  the  systems  and  supervise  their  manufacture,  transportation, 
receipt, storage, commissioning, testing, training, and acceptance by the Owner. 

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33.6 

Use of the Bridge Access System in the Work 

Except by prior written agreement of the Engineer or as required for commissioning and testing of 
the  access  system,  the  system  shall  not  be  used  in  any  part  of  the  work.  Permission  to  use  the 
system for other purposes will only be granted in exceptional circumstances and will be subject to 
guarantees, assurances, and payments to the Owner regarding such use. 

33.7 

Additional Quality Standards 

33.7.1 

Durability/Design Life 

Design life of the system shall be 20 years with minimal maintenance in this period, except for repair 
of normal wear and tear, all in accordance with current best industry practices for such systems. 

33.7.2 

Spares and Replacement Parts 

Supplier shall provide a comprehensive list of spares and replacement parts, which shall fully identify 
the item, its specifications, durability, and alternative sources of supply. This list shall identify whether 
each component is of limited life (consumable or subject to wear), if an essential spare is needed for 
contingency, or if the component does not require spares in stock. 

33.7.3 

Operating and Maintenance Documentation 

Comprehensive training, operation, and maintenance manuals in both hard copy and digital format 
are required in English and Arabic.  

33.7.4 

Support Services, Repairs, and Facilities for Same 

Supplier shall provide all necessary support services on a scheduled and on-call basis for a minimum 
period of 20 years.  

33.7.5 

Commissioning and Testing of Equipment 

Before acceptance of the system by the Engineer, the system shall complete an agreed programme 
of commissioning and testing. 

33.7.6 

Safety 

All parts of the system and services shall comply with the requirements of current international safety 
standards for operation and maintenance. 

33.8 

Warranties 

Warranties and guarantees required in the supply contract shall be in accordance with the Owner

’s 

instructions. 

33.9 

Material to be Provided by the Engineer 

The  Engineer  shall  provide  existing  computer-based  drawings  of  the  bridge  and  supplementary 
information to establish the requirements for access and other information specified by the Owner, 
which shall include terms to be included in the supply contract. 

33.10 

Programme 

The Contractor shall prepare a programme for the procurement of the system in accordance with 
the further instructions of the Owner. 

 

 

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NDEX

 

 

advantages, 2 
Air spring suspension, 3, 5 
barge, 3 
bridges, 2, 5 
bucket, 2, 3, 4 
bumpy roads, 3, 5 
commissioning, 7, 8 
concentrated load, 3, 5 
Control elements, 5 
counterweights, 3, 5 
deck level, 2, 3 
Department of Transport, 2 
Design life, 7 
documentation, 2, 7 
engine, 3, 4, 6 
equipment, 2, 4, 5, 6 
Erection, 6 
external surfaces, 2 
feature lighting, 3 
Flashing lights, 4, 6 
footways, 4 
generator, 3 
guarantees, 7, 8 
Holding valves, 4 
hydraulic cylinders, 3, 5 
hydraulic pump, 3, 4, 6 
independent emergency hydraulic pump, 4 
irreversible worm gear, 3, 5 
Ladders, 7 
lifts, 5, 6, 7 
limitations, 2 
load capacity, 2 
long-term inspection, 2 
Main boom, 3, 4 
maintenance, 2, 3, 4, 6, 7, 8 
Movements, 3, 5 
openings, 2 
operation, 2, 3, 5, 6, 7, 8 
operational hazards, 4 
operational safety, 4, 6 
performance requirements, 2 
Permission, 7 
piers, 3, 5 
platform, 2, 3, 4, 5, 6, 7 
power supply, 3, 6 
procurement, 8 
removal times, 6 
repainting, 2 
repair, 2, 7 
routine maintenance, 3 
safe access, 2 
second boom, 3 
self-propelled, 3, 5 

shocks, 3, 5 
Sockets, 5, 6 
spares, 2, 7 
Stability, 3, 5 
static load testing, 2 
storage, 2, 7 
supplementary information, 7, 8 
suppliers, 2, 7 
support facilities, 2 
temporary scaffolding, 2 
testing, 7, 8 
Third boom, 3 
training services, 2 
transportation, 7 
Turntable base, 3, 4 
underbridge, 4 
under-deck surfaces, 2, 4 
vertical clearance, 3 
Vertical position, 3 
visual inspection, 3 
Warning placards, 4 
Warranties, 8 
wheels, 3, 5 
work scaffolds, 5, 6, 7 
working area, 3 
written agreement, 7 

 

 

 

 

 

 

STANDARD CONSTRUCTION SPECIFICATIONS 

PART 2 

ROAD STRUCTURES 

 

CHAPTER 34 - ROAD TUNNELS 

 

 

 

 

 

 

 

DOCUMENT

 

NO:

 

TR- 

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EDITION 

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Chapter 34: Road Tunnels 

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ABLE OF 

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ONTENTS

 

Table of Contents............................................................................................................................. i

 

List of Figures ................................................................................................................................. iii

 

List of Tables .................................................................................................................................. iii

 

34

 

Road Tunnels .................................................................................................................. 34-1

 

34.1

 

General ........................................................................................................................ 34-1

 

34.1.1

 

Reference Standards and Codes .......................................................................... 34-1

 

34.1.2

 

Working Drawings ................................................................................................. 34-2

 

34.1.3

 

Materials ............................................................................................................... 34-2

 

34.1.4

 

Tunnel Shape and Internal Elements .................................................................... 34-2

 

34.1.5

 

Additional Investigations during Construction ........................................................ 34-3

 

34.1.5.1

 

Geologic Face Mapping ................................................................................. 34-4

 

34.1.5.2

 

Geotechnical Instrumentation ........................................................................ 34-4

 

34.1.5.3

 

Probing .......................................................................................................... 34-5

 

34.1.5.4

 

Pilot Tunnels .................................................................................................. 34-5

 

34.1.6

 

Waterproofing ....................................................................................................... 34-5

 

34.1.7

 

Expansion and Contraction Joints ......................................................................... 34-6

 

34.2

 

Cut-and-Cover Tunnels ................................................................................................ 34-6

 

34.2.1

 

Introduction ........................................................................................................... 34-6

 

34.2.2

 

Support of Excavation ........................................................................................... 34-6

 

34.2.2.1

 

General .......................................................................................................... 34-6

 

34.2.2.2

 

Monitoring of Ground Movement & Impact on Adjoining Structures ............... 34-6

 

34.2.2.3

 

Base Stability ................................................................................................. 34-7

 

34.2.3

 

Groundwater Control ............................................................................................ 34-7

 

34.2.3.1

 

Construction Dewatering ................................................................................ 34-7

 

34.2.3.2

 

Methods of Dewatering and Their Typical Applications .................................. 34-8

 

34.2.3.3

 

Piping and Base Stability ............................................................................... 34-8

 

34.2.3.4

 

Potential Impact of Area Dewatering .............................................................. 34-8

 

34.2.3.5

 

Groundwater Discharge and Environmental Issues ....................................... 34-8

 

34.2.4

 

Maintenance and Protection of Traffic ................................................................... 34-8

 

34.2.5

 

Utility Relocation and Support ............................................................................... 34-9

 

34.2.5.1

 

Types of Utilities ............................................................................................ 34-9

 

34.2.5.2

 

General Approach to Utilities during Construction .......................................... 34-9

 

34.2.6

 

Waterproofing of Cut-and-Cover Tunnels.............................................................. 34-9

 

34.3

 

Rock Tunnelling ........................................................................................................... 34-9

 

34.3.1

 

Introduction ........................................................................................................... 34-9

 

34.3.2

 

Rock Tunnelling Methods ................................................................................... 34-10

 

34.3.2.1

 

Drill-and-Blast .............................................................................................. 34-10

 

34.3.2.2

 

Tunnel Boring Machines .............................................................................. 34-11

 

34.3.2.3

 

Road Headers ............................................................................................. 34-12

 

34.3.2.4

 

Other Mechanised Excavation Methods ....................................................... 34-13

 

34.3.2.5

 

Sequential Excavation Method/New Austrian Tunnelling Method ................. 34-13

 

34.3.3

 

Types of Rock Reinforcement and Excavation Support ...................................... 34-14

 

34.3.3.1

 

Excavation Support Options ........................................................................ 34-14

 

34.3.3.2

 

Rock Reinforcement .................................................................................... 34-15

 

34.3.3.3

 

Ribs and Lagging ......................................................................................... 34-15

 

34.3.3.4

 

Shotcrete ..................................................................................................... 34-15

 

34.3.3.5

 

Lattice Girder ............................................................................................... 34-15

 

34.3.3.6

 

Spiles and Forepoles ................................................................................... 34-16

 

34.3.3.7

 

Precast Segment Lining ............................................................................... 34-16

 

34.3.4

 

Groundwater Control during Excavation ............................................................. 34-16

 

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34.3.4.1

 

Dewatering at the Tunnel Face .................................................................... 34-16

 

34.3.4.2

 

Drainage Ahead of Face from Probe Holes .................................................. 34-16

 

34.3.4.3

 

Drainage from Pilot Bore or Tunnel .............................................................. 34-17

 

34.3.4.4

 

Grouting ....................................................................................................... 34-17

 

34.3.4.5

 

Freezing ...................................................................................................... 34-17

 

34.3.4.6

 

Closed-Face Machine .................................................................................. 34-17

 

34.3.4.7

 

Other Measures of Groundwater Control ..................................................... 34-18

 

34.3.5

 

Waterproofing of Tunnels in Rock ....................................................................... 34-18

 

34.4

 

Soft-Ground Tunnelling .............................................................................................. 34-19

 

34.4.1

 

Introduction ......................................................................................................... 34-19

 

34.4.2

 

Tunnelling-Induced Settlement ........................................................................... 34-19

 

34.4.2.1

 

General ........................................................................................................ 34-19

 

34.4.2.2

 

Sources of Settlement ................................................................................. 34-19

 

34.4.2.3

 

Settlement Calculations ............................................................................... 34-20

 

34.4.3

 

Impact on and Protection of Surface Facilities .................................................... 34-21

 

34.4.3.1

 

Evaluation of Structure Tolerance to Settlement .......................................... 34-21

 

34.4.3.2

 

Mitigating Settlement ................................................................................... 34-22

 

34.4.3.3

 

Structure Protection ..................................................................................... 34-22

 

34.4.4

 

Soil Stabilization and Improvement ..................................................................... 34-23

 

34.4.4.1

 

Introduction .................................................................................................. 34-23

 

34.4.4.2

 

Typical Applications ..................................................................................... 34-23

 

34.4.4.3

 

Reinforcement Methods ............................................................................... 34-24

 

34.4.4.4

 

Micropiles .................................................................................................... 34-24

 

34.4.4.5

 

Grouting Methods ........................................................................................ 34-24

 

34.4.4.6

 

Ground Freezing .......................................................................................... 34-27

 

34.5

 

Steel and Concrete Tunnel Liners .............................................................................. 34-27

 

34.5.1

 

Scope ................................................................................................................. 34-27

 

34.5.2

 

Description .......................................................................................................... 34-28

 

34.5.3

 

Materials and Fabrication .................................................................................... 34-28

 

34.5.3.1

 

General ........................................................................................................ 34-28

 

34.5.3.2

 

Forming and Punching of Steel Liner Plates ................................................ 34-28

 

34.5.4

 

Installation .......................................................................................................... 34-28

 

34.5.4.1

 

Steel Liner Plates......................................................................................... 34-28

 

34.5.4.2

 

Precast Concrete Liner Plates ..................................................................... 34-29

 

34.5.4.3

 

Grouting ....................................................................................................... 34-29

 

34.6

 

Immersed Tunnels ..................................................................................................... 34-29

 

34.6.1

 

Introduction ......................................................................................................... 34-29

 

34.6.1.1

 

Environmental Impact .................................................................................. 34-29

 

34.6.1.2

 

Types of Immersed Tunnel .......................................................................... 34-30

 

34.6.1.3

 

Single-Shell Steel Tunnel ............................................................................. 34-30

 

34.6.1.4

 

Double Shell Tunnel .................................................................................... 34-30

 

34.6.1.5

 

Sandwich Construction ................................................................................ 34-30

 

34.6.1.6

 

Concrete Immersed Tunnels ........................................................................ 34-31

 

34.6.2

 

Construction Methodology .................................................................................. 34-31

 

34.6.2.1

 

General ........................................................................................................ 34-31

 

34.6.2.2

 

Trench Excavation ....................................................................................... 34-32

 

34.6.2.3

 

Foundation Preparation ............................................................................... 34-33

 

34.6.2.4

 

Tunnel Element Fabrication ......................................................................... 34-33

 

34.6.2.5

 

Transportation and Handling of Tunnel Elements ........................................ 34-34

 

34.6.2.6

 

Lowering and Placing .................................................................................. 34-35

 

34.6.2.7

 

Element Placement ...................................................................................... 34-35

 

34.6.2.8

 

Backfilling .................................................................................................... 34-36

 

34.6.2.9

 

Locking Fill................................................................................................... 34-37

 

34.6.2.10

 

General Backfill ........................................................................................... 34-37

 

34.6.2.11

 

Protection Blanket ........................................................................................ 34-37

 

34.6.2.12

 

Anchor Release Protection .......................................................................... 34-37

 

34.6.3

 

Water Tightness and Joints between Elements................................................... 34-38

 

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34.6.3.1

 

External Waterproofing of Tunnels ............................................................... 34-38

 

34.6.3.2

 

Joints ........................................................................................................... 34-38

 

34.6.3.3

 

Design of Joints between Elements ............................................................. 34-40

 

34.7

 

Tunnel Construction Engineering ............................................................................... 34-40

 

34.7.1

 

Introduction ......................................................................................................... 34-40

 

34.7.2

 

Construction Staging and Sequencing ................................................................ 34-41

 

34.7.2.1

 

Construction Staging ................................................................................... 34-41

 

34.7.2.2

 

Construction Sequencing ............................................................................. 34-41

 

34.7.3

 

Mucking and Disposal ......................................................................................... 34-42

 

34.7.4

 

Health and Safety ............................................................................................... 34-43

 

34.7.5

 

Schedule............................................................................................................. 34-45

 

Index  .. .................................................................................................................................... 34-46

 

L

IST OF 

F

IGURES

 

Figure 34-1: Gina-Type Seal .................................................................................................... 34-38 
Figure 34-2: Omega-Type Seal ................................................................................................ 34-39

 

 

L

IST OF 

T

ABLES

 

Table  34-1:  Designations  and  titles for  AASHTO  and  ASTM  standards that  apply  to  road  tunnels 
works ......................................................................................................................................... 34-2

 

Table 34-2: Relationship between volume loss, construction practice, and ground conditions . 34-20

 

Table 34-3: Limiting angular distortion ..................................................................................... 34-21

 

Table 34-4: Damage risk assessment chart ............................................................................. 34-21

 

Table 34-5: Ground treatment methods ................................................................................... 34-23

 

Table 34-6: Summary of jet grouting system variables and their impact on basic design elements
 ................................................................................................................................................ 34-26

 

 

 

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34 

ROAD TUNNELS 

34.1 

General 

This work shall consist of constructing, fabricating, furnishing, and installing road tunnels conforming 
to these standard specifications, requirements of the Road Structures Design Manual (ADQCC TR-
516),  the  American  Association  of  State  Highway  and  Transportation  Officials  (AASHTO)  LRFD 
Bridge Design

 Specifications

, and the details shown in the Contract documents. 

Road tunnels as defined by the AASHTO Technical Committee for Tunnels (SCOBS-T-20 Tunnels) 
are  enclosed  roadways  with  vehicle  access  that  is  restricted  to  portals,  regardless  of  the  type  of 
structure or method of construction. These standard specifications further define road tunnels that 
do not include enclosed roadway created by highway bridges, railroad bridges, or other bridges. This 
definition  applies  to  all  types  of  tunnel  structures  and  tunnelling  methods  such  as  cut-and-cover 
tunnels, mined and bored tunnels in rock and soft ground, and immersed tunnels. 

Whenever the Contract documents permit the Contractor to select the method or equipment to be 
used for construction or any operation, it shall be the Contractor's responsibility to employ methods 
and equipment that will produce satisfactory work under the conditions encountered, such that no 
damage is imparted on completed or partially-completed work. 

Falsework  and  forms  shall  conform  to  the  requirements  of  Section  1.20.8  of  Chapter  1,  General 
Requirements, of these standard specifications. Generally, all concrete shall be fully-supported until 
the required strength and age has been reached. 

Other  work  involved  in  the  construction  of  road  tunnels  shall  be  as  specified  in  the  applicable 
chapters of these standard specifications, particularly: 

  Chapter 1: General Requirements, of these Standard Specifications 

  Chapter 4: Concrete Works, of these Standard Specifications 

  Chapter 5: Reinforcing Steel, of these Standard Specifications 

  Chapter 21: Concrete Structures, of these Standard Specifications 

  Chapter 22: Prestressing Systems, of these Standard Specifications 

34.1.1 

Reference Standards and Codes 

Standards and codes shall be as specified in these specifications, in the Contract documents, if any, 
and the following, in their latest edition: 

AASHTO LRFD 

American Association of State Highway and Transportation Officials - Load 
and Resistance Factor Design, Bridge Construction Specifications; 

AASHTO LRFD 

American Association of State Highway and Transportation Officials - Load 
and Resistance Factor Design, Bridge Design Specifications; 

AASHTO 

Standard Specifications for Transportation Materials and Methods of Sampling 
and Testing; 

AASHTO SCOBS-  Subcommittee on Bridges and Structures; 
T-20 Tunnels 

ADQCC (TR-516)  Road Structures Design Manual; 

ASTM 

American Society for Testing and Materials; 

FHWA 

Federal Highway Administration; 

FHWA (2005e) 

Earth Retaining Structures. Publication no. FHWA NHI-05-046, National 

 

Highway Institute, US Department of Transportation; 

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FHWA (2005f) 

Micropile Design and Construction Reference Manual, Publication no. FHWA 
NHI-05-039 ; 

OSHA 

Occupational Safety and Health Administration. 

 

Table 34-1 presents American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) 
and American Society for Testing and Materials (ASTM) standards that are related to materials for 
road tunnels. It also includes designations and titles. 

Table 34-1: Designations and titles for AASHTO and ASTM standards that apply to road 

tunnels works 

AASHTO 

Designation 

ASTM 

Designation 

Title 

 

ASTM D4435 

– 

08 

Standard Test Method for Rock Bolt Anchor Pull Test 

 

ASTM D4436 

– 

08 

Standard Test Method for Rock Bolt Long-Term Load 
Retention Test 

34.1.2 

Working Drawings 

The Contractor shall submit complete shop drawings complying with the Contract plans and Contract 
documents. When complete details are not provided in the Contract plans or Contract documents, 
the  Contractor  shall  submit  working  drawings  including  shop  drawings  and  substantiating 
calculations  of  the  proposed  road  tunnel  structure,  installation  system,  or  construction  method. 
Construction,  fabrication  or  installation  of  the  structure  shall  not  begin  until  the  Engineer  has 
approved  the  drawings.  Working  drawings  shall  show  complete  details  and  substantiating 
calculations  of  the  structure,  as  well  as  the  materials,  equipment,  and  construction  methods 
proposed. 

Shop drawings and working drawings shall be submitted in advance of the start of the work to allow 
for  review,  revision,  and  approval  without  delay  to  the  work.  Approval  by  the  Engineer  shall  not 
relieve the Contractor of any contractual responsibility. 

34.1.3 

Materials 

Concrete  materials,  manufacturing,  protection,  handling  and  placing,  finishing,  and  curing  shall 
conform to the applicable requirements of Chapter 4, Concrete Works, and

 

Chapter 21, Concrete 

Structures, of these Standard Specifications

Class  of  concrete  to  be  used  in  each  part  of  the  structure  shall  be  as  specified  or  shown  on  the 
Contract documents. If not shown or specified, the Engineer will designate the class of concrete to 
be used in consistent with the requirements of Section 21.17 of Chapter 21, Concrete Structures, of 
these standard specifications, as applicable. 

Materials  and  installation  of  reinforcing  and  prestressing  steel  shall  conform  to  the  applicable 
requirements  of  Chapters  5,  Reinforcing  Steel,  and  Chapter  22,  Prestressing  Systems,  of  these 
standard specifications. 

34.1.4 

Tunnel Shape and Internal Elements 

Three main shapes of highway tunnels are considered in these specifications 

– circular, rectangular, 

and horseshoe or curvilinear. Unless specified in the Contract plans, the shape of the tunnel shall 
be dependent on the method used to construct the tunnel and on the ground conditions. Rectangular 
tunnels shall be constructed by either the cut-and-cover method,  by the immersed method, or  by 
jacked-box tunnelling. Circular tunnels shall be constructed by using either a tunnel boring machine 

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(TBM) or by drill-and-blast in rock. Horseshoe configuration tunnels shall be constructed using drill-
and-blast  in rock or by following the Sequential Excavation Method (SEM), also as known as the 
New Austrian Tunnelling Method (NATM). 

Road tunnels shall be lined with concrete and internal finish surfaces in compliance with the Contract 
documents.  Unless  otherwise  specified, some rock tunnels may  be  unlined,  except  at the  portals 
and  in  certain  areas  where  the  rock  is  less  competent.  In  this  case,  rock  reinforcement  shall  be 
provided. Rock reinforcement for initial support shall include the use of rock bolts with internal metal 
straps and mine ties, un-tensioned steel dowels, or tensioned steel bolts. To prevent small fragments 
of  rock  from  spalling,  wire  mesh,  shotcrete,  or  a  thin  concrete  lining  shall  be  used.  Shotcrete,  or 
sprayed concrete, shall be used as an initial lining prior to installation of a final lining, or as a local 
solution to instabilities in the rock tunnel. It shall be placed in layers with welded wire fabric and/or 
with steel fibres as reinforcement. Inside surfaces shall be finished smooth without the fibres. Precast 
segmental lining shall be used in conjunction with the TBM in soft ground and if specified in rock. 
Segments shall be erected within the tail shield of the TBM. Segmental linings could be made of cast 
iron, steel, and concrete. Unless otherwise specified, all segmental linings shall be made of concrete. 
They shall be gasketed and bolted to prevent water penetration. Precast segmental linings could be 
used as a temporary lining, where a cast-in-place final lining can be placed, or as the final lining. 

Road  tunnels  shall  be  finished  with  interior  finishes  for  safety  and  maintenance  requirements 
conforming to the Contract documents. Walls and ceilings shall receive a finish surface, while the 
roadway shall be paved with asphalt pavement. Interior finishes shall be either mounted or adhered 
to the final lining, and shall consist of ceramic tiles, epoxy-coated metal panels, porcelain-enamelled 
metal panels, or various coatings. They shall provide enhanced tunnel lighting and visibility, provide 
fire protection for the lining, attenuate noise, and provide a surface easy to clean. 

Tunnels shall be equipped with various systems such as ventilation, lighting, communication, fire-
life safety, and traffic operation and control, including messaging and operation and control of the 
various systems in the tunnel. The Contractor shall furnish and install these elements in accordance 
with the details and provisions of the Contract documents and the applicable requirements of other 
chapters of these Standard Specifications.

 

34.1.5 

Additional Investigations during Construction 

The  Contractor  shall  perform  additional  subsurface  investigations  and  ground  characterization 
during the construction of the tunnel Project. Such construction phase investigations shall serve a 
number of important functions, providing information for: 

a.  The Contractor design and installation of temporary work 

b.  Further  defining  anomalies  and  unanticipated  conditions  identified  after  the  start  of 

construction 

c.  Documenting existing ground conditions for comparison with established baseline conditions, 

thereby forming the basis of any cost adjustments due to differing site conditions 

d.  Assessing ground and groundwater conditions in advance of the tunnel heading to reduce 

risks and improve the efficiency of tunnelling operations 

e.  Determining the initial support system to be installed, and the locations where the support 

system can be changed 

f.  Assessing  the  response  of  the  ground  and  existing  structures  and  utilities  to  tunnelling 

operations 

g.  Assessing the groundwater table response to dewatering and tunnelling operations 

h.  Determining the location and depth of existing utilities and other underground facilities 

The construction phase investigation program shall include the following elements: 

1.  Subsurface investigation borings and probings from the ground surface 

2.  Test pits 

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3.  Additional groundwater observation wells and/or piezometers 

4.  Additional laboratory testing of soil and rock samples 

5.  Geologic mapping of the exposed tunnel face 

6.  Geotechnical instrumentation 

7.  Probing in advance of the tunnel heading from the face of the tunnel 

8.  Pilot tunnels 

9.  Environmental  testing  of  soil  and  groundwater  samples  suspected  to  be  contaminated  or 

otherwise harmful 

Some of the above investigation elements, such as geotechnical instrumentation, may be identified 
as requirements  of the Contract  documents,  while  others,  such  as  additional  exploratory  borings, 
may be left to the discretion of the Contractor for its benefit and convenience. Tunnel face mapping 
and groundwater monitoring shall be required elements for the tunnel Project, since the information 
obtained from these records will form the basis for  evaluating the merits of potential differing site 
condition claims. 

34.1.5.1 

Geologic Face Mapping 

With open-face tunnelling methods, including the SEM, open-face tunnelling shield in soil, and the 
drill-and-blast method in rock, all or a large portion of the tunnel face shall be exposed, allowing a 
visual assessment of the existing ground and groundwater conditions. In such cases, the exposed 
face  conditions  shall  be documented  in  cross-section  sketches  (face mapping)  drawn  at frequent 
intervals  (every  15  metres  minimum)  as  the  tunnel  advances  and  as  required  by  the  Engineer. 
Information typically included in these face maps includes the station location for the cross-section; 
the date and time the face mapping was prepared; the name of the individual who prepared the face 
map; classification of each type of material observed; the location of interface boundaries between 
these  materials;  rock  jointing  including  orientation  of  principal  joints  and  joint  descriptions;  shear 
zones; observed seepage conditions and their approximate locations on the face; observed ground 
behaviour  noting  particularly  the  location  of  any  instability  or  squeezing  material  at  the  face;  the 
location  of  any  boulders,  piling,  or  other  obstructions;  the  location  of  any  grouted  or  cemented 
material;  and  any  other  significant  observations.  In  rock  tunnels  where  the  perimeter  rock  is  left 
exposed, sketches presenting similar information shall be prepared for the tunnel walls and roof. All 
mapping shall be prepared by a geologist or geological engineer knowledgeable of tunnelling and 
with soil and rock classification. 

Face  maps  shall  be  used  to  accurately  document  conditions  exposed  during  tunnelling,  and  to 
develop a detailed profile of subsurface conditions along the tunnel horizon. However, there might 
be limitations and considerable uncertainty in any extrapolation of the observed conditions beyond 
the perimeter of the tunnel. 

When  used  in  conjunction  with  nearby  subsurface  investigation  data  and  geotechnical 
instrumentation  records,  the  face  maps  shall  be  used  to  develop  general  correlations  between 
ground  displacement,  geological  conditions,  and  other  factors  (depth  of  tunnel,  groundwater 
conditions, etc.). 

34.1.5.2 

Geotechnical Instrumentation 

Geotechnical  instrumentation  shall  be  used  during  construction  to  monitor  ground  and  structure 
displacements,  surface  settlement  above  and  near  the  tunnel,  deformation  of  the  initial  tunnel 
supports and final lining, groundwater levels, loads in structural elements of the excavation support 
systems, and ground and structure vibrations, among others. Such instrumentation shall be a key 
element  of  any  program  for  maintenance  and  protection  of  existing  structures  and  facilities. 
Additionally, it shall provide quantitative information for assessing tunnelling procedures during the 
course of construction, and shall be used to trigger modifications to tunnelling procedures in a timely 
manner  to  reduce  the  impacts  of  construction.  Instrumentation  shall  be  also  used  to  monitor  the 

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deformation  and  stability  of  the  tunnel  opening  and  to  assess  the  adequacy  of  the  initial  tunnel 
support systems and the methods and sequencing of tunnelling, particularly for tunnels constructed 
using the SEM and tunnels in shear zones or squeezing ground. 

34.1.5.3 

Probing 

If applicable, such as for SEM and hard rock tunnelling projects, probing ahead of the tunnel face 
shall be used to determine general ground conditions in advance of excavation, and to identify and 
relieve  water  pressures  in  any  localised  zones  of  water-bearing  soils  or  rock  joints.  For  tunnels 
constructed by using the SEM, probing shall also provide an early indication of the type of ground 
supports that may be needed as the excavation progresses. 

Probing shall be carried out to: 

a.  reduce the risks and hazards associated with tunnelling 

b.  provide continuous site investigation data directly along the path of the tunnel 

c.  provide  information  directly  ahead  of  the  tunnel  excavation,  allowing  focus  on  ground 

conditions of most immediate concern to tunnelling operations 

Probing from within the tunnel must be considered as a supplementary investigation method, to be 
used in conjunction with subsurface investigation data obtained during other phases of the Project. 

Probing shall consist of drilling horizontally from the tunnel heading by percussion drilling or rotary 
drilling methods. Coring can be used for probing in rock, but is uncommon due to the greater time 
needed for coring. Cuttings from the probe holes shall be visually examined, classified, and assessed 
for potential impacts to tunnel excavation and support procedures. In rock, borehole cameras shall 
be used to better assess rock quality, orientation of discontinuities, and the presence of shear zones 
and other important features. 

34.1.5.4 

Pilot Tunnels 

Pilot tunnels (and shorter exploratory adits) shall be to the size specified in the Contract documents 
for large size rock tunnels in complex geological conditions (typically at least 2 m by 2 m in size). 

 Pilot tunnels, if specified, shall provide the following: 

a.  Complete and reliable information for design of both initial tunnel supports and final lining, if 

any 

b.  Access for performing in situ testing of the rock along the proposed tunnel 

c.  Information for specifying and selecting appropriate methods of construction and tunnelling 

equipment 

d.  Effective means of pre-draining groundwater, and more confidently determining short-term 

and long-term groundwater control measures 

e.  Effective means for identifying and venting gassy ground conditions 

f.  Means for testing and evaluating potential tunnelling methods and equipment 

g.  Access for installation of some of the initial supports (typically in the crown area of the tunnel) 

in advance of the main tunnel excavation 

Consideration shall also be given to locating the pilot tunnel adjacent to the proposed tunnel, using 
the pilot tunnel for emergency egress, tunnel drainage, tunnel ventilation, or other purposes for the 
completed Project. 

34.1.6 

Waterproofing 

Tunnel  waterproofing  systems  are  used  to  prevent  groundwater  inflow  into  the  tunnel  structure 
completely. They shall consist of a combination of various materials and elements. Unless detailed 
in  the  Contract  plans  or  specified  in  the  particular  specifications,  the  Contractor  shall  design  and 

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submit for the Engineer’s approval a tanked waterproofing system based on the understanding of 
the ground and geohydrological conditions, geometry and layout of the structure and construction 
method to be used, and in accordance with requirements of this chapter. The waterproofing system 
shall  be  an  integrated  system  that  takes  into  account  intermediate  construction  stages,  final 
conditions of structures and their ultimate usage including maintenance and operations. 

34.1.7 

Expansion and Contraction Joints 

Joints  are  potential  areas  were  leaks  can  occur.  As  such,  they  are  potential  sources  of  high 
maintenance costs over the life of the tunnel. The number of joints shall be minimized and special 
care shall be taken in the detailing of joints to ensure water tightness. The type and frequency of 
joints required shall be in accordance with the details specified in the Contract plans and particular 
specifications. 

34.2 

Cut-and-Cover Tunnels 

34.2.1 

Introduction 

This work includes the construction and excavation support systems for cut-and-cover road tunnels. 
It  also  includes  maintenance  of  traffic  and  utilities,  as  well  as  control  of  groundwater  during 
construction. 

34.2.2 

Support of Excavation 

34.2.2.1 

General 

The Contractor shall properly design and construct excavations for building cut-and-cover tunnels 
as per Road Structures Design Manual (ADQCC TR-516), and applicable requirements of Chapter 
20,  Earth  Retaining  Systems,  of  these  standard  specifications,  to  provide  a  safe  working  space, 
provide access for construction activities, and to protect structures, utilities, and other infrastructure 
adjacent  to  the  excavation.  Design  of  excavation  support  systems  shall  be  in  consideration  of  a 
variety of factors that affect the performance of the support system and that have impacts on the 
tunnel structure itself. The Contractor shall consider these factors that are presented hereafter. 

34.2.2.2 

Monitoring of Ground Movement & Impact on Adjoining 
Structures 

The Contractor shall conduct the proper evaluation of soil movement as a result of the excavation 
and mitigation of construction impacts on adjacent structures, facilities, and utilities. Soil movement 
can be due to deflection of the support of excavation walls and ground consolidation. 

a.  Deflection of Support of Excavation Walls 

Walls  will  deflect  into  the  excavation  as  it  proceeds  prior  to  installation  of  each  level  of  struts  or 
tiebacks  supporting  the  wall.  Deflections  are  greater  for  flexible  support  systems  than  for  rigid 
systems, are not recoverable, and are cumulative. 

b.  Consolidation Due to Dewatering 

In excavations where the water table is high, it is necessary to dewater inside the excavation to avoid 
instability. Dewatering inside the cut may lead to a drop in the hydrostatic pressure outside the cut. 
Depending on the soil strata, this can lead to consolidation and settlement of the ground. 

Existing buildings and facilities must be evaluated by the Contractor for the soil movement estimated 
to occur due to the support wall movement during excavation. This evaluation depends on the type 
of existing structure, its distance and orientation from the excavation, the soil conditions, the type of 
foundations  of  the  structure,  and  other  parameters.  The  analysis  shall  be  site  specific.  Empirical 
methods  and  screening  tools  are  available  to  more  generally  characterise  the  potential  impacts. 

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Existing buildings and facilities within the zone of influence must be surveyed and monitored by the 
Contractor as directed by the Engineer. Measures to handle this issue shall include: 

1.  Design of stiffer and more watertight excavation support walls 

2.  Providing more closely spaced and stiffer excavation support braces and/or tiebacks 

3.  Use of pre-excavation soil improvement 

4.  Underpinning of existing structures 

5.  Providing monitoring and instrumentation program during excavation 

6.  Establishing requirements for mitigation plans if movements approach allowable limits 

34.2.2.3 

Base Stability 

Poor  soil  beneath  the  excavation  bottom  may  require  that  the  excavation  support  structure  be 
extended down to a more competent stratum to ensure the base stability of the structure. This may 
depend  upon  whether  the  earth  pressures  applied  to  the  wall,  together  with  its  weight,  can  be 
transferred to the surrounding soil through a combination of adhesion (side friction) and end bearing. 

Soft clays below the excavation are particularly susceptible to yielding, causing the bottom of the 
excavation to heave with a potential settlement at the ground surface, or worse, to blow up. High 
groundwater  table  outside  of  the  excavation  can  result  in  base  instability  as  well.  Measures  to 
evaluate the subsurface condition, and provide sufficient base stability must be addressed by the 
Contractor.  More  details  can  be  found  in  FHWA-NHI-05-046  "Earth  Retaining  Structure"  (FHWA, 
2005e). 

34.2.3 

Groundwater Control 

34.2.3.1 

Construction Dewatering 

When  groundwater  levels  are  higher  than  the  base  level  of  the  tunnel,  excavations  will  require  a 
dewatering  system.  For  cut-and-cover  construction,  the  dewatering  systems  will  depend  on  the 
permeability  of  the  various  soil  layers  exposed.  Lowering  the  water  table  outside  the  excavation 
could cause settlement of adjacent structures, impacts on vegetation, drying of existing wells, and 
potential movement of contaminated plumes, if present. Precautions shall be taken by the Contractor 
when dewatering the area outside of the excavation limits. Within the excavation, dewatering shall 
be accomplished with impermeable excavation support walls that extend down to a firm, reasonably 
impermeable stratum to reduce or cut-off water flow. 

Impervious  retaining  walls,  such  as  steel  interlocking  sheeting,  concrete  secant  pile  or  concrete 
slurry walls, shall be placed into deeper, less pervious layers, to reduce groundwater inflow during 
construction and limit draw-down of the existing groundwater table. If excavation is performed under 
wet  conditions,  then  the  water  shall  be  pumped  out.  Subsequent  to  the  excavation,  any  water 
intrusion  shall  be  pumped  from  the  trench  by  providing  sumps  and  pumps  within  the  excavation. 
Pumped pressure relief system may be required to prevent the excavation bottom from heaving due 
to unbalanced hydrostatic pressure. 

If  approved  by  the  Engineer,  the  Contractor  may  use  pumped  wells  to  temporarily  lower  the 
groundwater table outside of the excavation support during construction; however, this may have 
environmental impacts or adverse effects on adjacent structures. To minimise any lowering of the 
water table immediately outside of the excavation, water pumped from the excavation shall be used 
to recharge the water-bearing strata of the groundwater system by using injection wells. Provision 
shall have to be made for disposal of water in excess of that pumped to recharge wells, probably 
through settlement basins draining to storm drains. 

After construction is completed, if there is a concern that the permanent excavation support walls 
above the tunnel might be blocking the cross flow of the groundwater or may dam up water between 
walls  above  the  tunnel,  the  Contractor  may  be  required  to  breach  the  walls  above  the  tunnel  at 
intervals or removed to an elevation to allow movement of groundwater. 

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34.2.3.2 

Methods of Dewatering and Their Typical Applications 

Groundwater shall be controlled during construction either by using impervious retaining walls (such 
as concrete slurry or tangent pile walls, steel interlocking sheeting, etc.), by well-points drawing down 
the water table, by chemical or grout injection into the soils, or by pumping from within the excavation. 
Groundwater may be lowered, as needed, by tiers of well-points. Improper control of groundwater is 
often  a  cause  for  settlement  and  damage  to  adjacent  structures  and  utilities;  consequently  it  is 
important that the method selected is suitable for the proposed excavation. 

Where the area of excavations is not too large, an economical method of collecting water is through 
the use of ditches leading to sump pumps. Provisions to keep fines from escaping into the dewatering 
system shall be made. 

In larger excavations in permeable soil, either well points or deep wells shall be used to lower the 
water table. The Contractor shall install test wells to test proposed systems. In certain cases, multiple 
stages of well points, deep wells with submersible pumps, or an eductor system shall be needed. 

34.2.3.3 

Piping and Base Stability 

In  fine-grained  soils,  such  as  silts  or  clayey  silts,  differential  pressure  across  the  support  of 
excavation may cause sufficient water flow (piping) for it to carry fines. This causes material loss and 
settlement outside, as well as a loss of integrity of soils within, rendering the soils unsuitable as a 
foundation. In extreme cases, the base of the excavation may become unstable, causing a blow-up 
and failure of the excavation support. This situation may be mitigated by ensuring that cut-off walls 
are sufficiently deep, by stabilizing the soil by grouting, or freezing, or by excavating below water 
without dewatering and making a sufficiently thick tremie slab to overcome uplift before dewatering. 

34.2.3.4 

Potential Impact of Area Dewatering 

Dewatering  an  excavation  may  lower  the  groundwater  outside  the  excavation  and  may  cause 
settlements. Lowering of the external groundwater can be reduced by the use of slurry walls, tangent 
or secant piles, or steel sheet piling. Adjacent structures with a risk of settlement due to groundwater 
lowering may require underpinning. 

34.2.3.5 

Groundwater Discharge and Environmental Issues 

In  most  cases,  the  water  will  require  testing  and  possibly  treatment  before  it  can  be  discharged. 
Settling basins, oil separators, and chemical treatments may be required prior to disposal. Excavated 
material  itself  shall  require  testing  before  the  method  of  disposal  can  be  determined.  Material 
excavated below water may need to stand in settling ponds to allow excess water to run off before 
disposal.  Contaminated  material  may  need  to  be  placed  in  confined  disposal  facilities.  Local 
regulations and permitting requirements shall dictate the method of disposal. 

34.2.4 

Maintenance and Protection of Traffic 

When decking is required by the Contract documents or the Engineer to maintain the existing road 
traffic, the support of excavation walls must be designed to handle the imposed live loads. Depth of 
the  walls  may  need  to  be  determined  by  the  necessity  of  transferring  decking  loads  to  a  more 
competent stratum below. This may depend upon whether the load applied to the wall, together with 
its weight, can be transferred to the surrounding soil through a combination of adhesion (side friction) 
and end bearing. Thick types of excavation support walls, such as slurry walls, drilled-in-place soldier 
piles, and tangent piles, are much more effective than thinner walls, such as sheet piles or driven 
soldier piles, in carrying the live loads to the bearing stratum. 

Decking shall consist of deck framing and roadway decking. Deck framing shall be designed for Abu 
Dhabi Vehicular Load (ADVL) in accordance to Road Structures Design Manual (ADQCC TR-516), 
or for loading due to construction equipment that will operate on the deck, whichever is greater. 

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34.2.5 

Utility Relocation and Support 

34.2.5.1 

Types of Utilities 

When  constructing  cut-and-cover  tunnels  in  urban  areas,  public  and  private  utility  lines  such  as 
water,  sewer,  power,  and  communication  are  often  encountered.  Often,  utilities  are  not  located 
where  indicated  on  existing  utility  information.  Therefore,  it  is  important  to  identify  and  locate  all 
utilities in the field prior to excavation. Great care must be taken when excavating in the vicinity of 
utilities, sometimes requiring that the final excavation to expose them is done by hand. Of particular 
concern are those utilities that are movement-sensitive and those carrying hazardous substances. 
These  include  large  diameter  water  pipes,  high-pressure  gas  lines,  fibber  optic  lines,  petroleum 
pipes,  and  high  voltage  cables.  Some  utilities,  such  as  buried  high  voltage  lines,  are  not  only 
extremely expensive to move but have very long lead times. Utilities such as sewers can present a 
different problem; if gravity flow is used, diversions around a proposed tunnel may pose a serious 
challenge. Some older water and sewer lines are extremely fragile, particularly if they are of brick or 
cast iron construction. 

34.2.5.2 

General Approach to Utilities during Construction 

It  is  not  uncommon  to  divert  utilities  away  from  the  proposed  construction  corridor.  However, 
diversion is not always possible, it may be too expensive, or a utility crossing may be unavoidable. 
In such cases, it will be necessary to support the utilities in place. It is essential to have a coordinated 
effort  so  that  no  interferences  among  the  various  utilities  occur  and  that  the  construction  can  be 
performed while the utilities are in place. Sometimes, utility relocations are performed in stages to 
accommodate the construction requiring relocating the utility more than once. 

Before the start of underground construction, the Contractor shall conduct a condition survey of all 
utilities within the zone of potential influence of construction, making detailed reports for those that 
may incur movements in excess of those allowable for the utility. Nature of any work required for 
each utility shall be identified as protection, support, or relocation, and the date by which action is 
required. It is essential that all utilities that need action are identified in sufficient time to allow the 
construction to progress as programmed. 

Supports may either be temporary or permanent. Depending upon the sensitivity of the utility being 
supported, it may be necessary to provide instrumentation to monitor any movement so that remedial 
action can be taken before damage occurs. Systems providing vertical support shall be designed by 
the Contractor as bridge structures. Lateral support may be considered as retaining walls. 

Most  utilities  require  access  for  repairs;  it  is  therefore  required  to  have  provisions  for  access  to 
utilities passing beneath a tunnel. In some cases, it has been found appropriate to relocate utilities 
to a trough or utility tunnel in which all utilities can be easily accessed. In some cases, utilities cannot 
be raised sufficiently to clear the tunnel roof slab; it may be possible to create a narrow trough across 
the roof in which the utility may be relocated. In certain situations, utilities were passed through the 
tunnel by providing a special conduit below the tunnel roof. In all cases, the Contractor shall carefully 
coordinate all utility work with the utility owner. 

34.2.6 

Waterproofing of Cut-and-Cover Tunnels 

Waterproofing of cut-and-cover tunnels shall be Type B waterproofing, as specified in the Contract 
plans,  and  in  accordance  with  the  requirements of  Section  28.3  of  Chapter  28, Waterproofing,  of 
these standard specifications. 

34.3 

Rock Tunnelling 

34.3.1 

Introduction 

This  work  includes  the  construction  of  rock  tunnelling  including  excavation  methods,  excavation 
supports, groundwater control, and other ground control measures. 

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Because  of  the  range  of  behaviour  of  tunnels  in  rock,  such  as  from  a  coherent  continuum  to  a 
discontinuum,  stabilization  measures  range  from  no  support,  to  bolts,  to  steel  sets,  to  heavily 
reinforced concrete lining and numerous variations and combinations in between.  Certainly these 
variations are to be expected when going from one tunnel to another, but often several are required 
in  a  single  tunnel  because  the  geology  and/or  the  geometry  change.  Thus,  the  Contractor  must 
recognise the need for change to allow for adjustments to be made in the field to adjust construction 
means, methods, and equipment to the challenges presented by the vagaries of nature. 

34.3.2 

Rock Tunnelling Methods 

34.3.2.1 

Drill-and-Blast 

The basic approach is to drill a pattern of small holes, load them with explosives, and then detonate 
those explosives thereby creating an opening in the rock. Blasted and broken rock (muck) is then 
removed  and  the  rock  surface  is  supported  so  that  the  whole  process  can  be  repeated  as  many 
times as necessary to advance the desired opening in the rock. 

By its very nature, this process leaves a rock surface fractured and disturbed. Disturbance typically 
extends 1 m to 2 m into the rock and can be the initiator of a wedge failure. At a minimum, this usually 
results in an opening larger than needed for its service requirement, and the need to install more 
supports than shall be needed if the opening could be made with fewer disturbances. To reduce the 
disturbance, the controlled blasting technique discussed in this section can be applied. 

a.  Controlled Blasting Principles 

Explosives work by a rapid chemical reaction that results in a hot gas with much larger volume than 
that occupied by the explosive. This is possible because the explosive contains both the fuel and the 
oxidiser.  When  the  explosive  detonates,  the  rapidly  expanding  gas  performs  two  functions 

— 

applying a sharp impulse to the borehole wall (which fractures the rock) and permeating the new 
fractures and existing discontinuities (which pries the fragments apart). To deliver this one-two punch 
effectively, the explosive is distributed through the rock mass by drilling an array of boreholes that 
are then loaded with explosives and fired in an orderly sequence. 

b.  Relief 

To effectively fragment the rock, there must be space for the newly created fragments to move into. 
If there is not, the rock is fractured but not fragmented, and this unstable mass will remain in place. 
Therefore, the geometry of the array of boreholes must be designed to allow the fragments to move. 
This  is  optimum  if  there  is  more  than  one  free  face  available.  Creating  an  artificial  "free  face"  is 
discussed in this section under “Burn Cut”. 

c.  Delay Sequencing 

To  optimise the  relief,  internal free faces must  be  created  during the  blast  sequence. To  do  this, 
millisecond delay detonators separate the firing times of the charges by very short lengths of time. 
Because of scatter in the firing times of pyrotechnic detonators, "long" period delays between holes 
(on the order of hundreds of milliseconds) shall be used in tunnel and underground mining, to result 
in blasts that last several seconds. This could change as more accurate electronic detonators are 
developed. 

d.  Tunnel Blast Specifics 

Tunnel blasting (like underground mine blasting) differs from surface blasting in that there is usually 
only one free face that provides relief. To blast a large tunnel, an upper heading  shall be blasted 
first, and the rest of the rock is taken with a bench blast. Often, the whole face shall be drilled and 
blasted in one event. An array of blast holes shall be drilled out using drilling equipment that can drill 
several  holes  at  once.  Taking  into  account  the  rock  type,  the  existing  discontinuities  in  the  rock 
(joints, fractures, bedding planes), and of course the desired final shape of the tunnel, the pattern of 
drill holes shall be determined before the blast. 

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e.  Burn Cut 

Because the start of each cut with a solid face has no relief, several extra holes shall be drilled and 
not loaded with explosives in the immediate neighbourhood of the initiation point. These burn holes 
are generally larger than the explosively loaded holes, requiring an additional operation beyond the 
normal drilling. Many different geometries of burn holes shall be used to optimise the cut, depending 
on the rock type and joint patterns in a specific tunnel geology. These holes shall be fired first, with 
enough firing time to allow the creation of a free face for the following holes to expand into. 

Production  Holes:

  Following the  initiation  of the  burn  cut,  the mass  of the  rock  shall  be fired  in a 

sequence so that the rock moves in a choreographed sequence, moving into the area opened up by 
the burn cut, and out into the open space in front of the blast. 

Wiring up the charges in the right sequence can be a challenging task in the confined environment 
of a tunnel. The Contractor shall present the hook-up of the blast round, with the surface connectors, 
and the period (corresponding to a specific delay time) next to each blast hole. 

Desired sequence shall fire holes so that there is enough time for rock to move out of the way (create 
relief), but not so much time that the rock surrounding unfired blast holes will fracture (creating a cut 
off). 

Perimeter Control:

 It is important to blast so that the final wall is stable and as close to the designed 

location as possible. Final holes shall be loaded more lightly, and called "perimeter holes" or "smooth 
wall holes", and fired with some extra delay so that there is sufficient time for rock to fracture cleanly 
and create little damage to the rock outside of the "neat" line (such damage is called over break). 

Though fired after the production holes have been detonated, the smooth wall holes shall be fired 
on the same delay period, creating a "zipper" effect of the holes generating a smooth fracture on the 
perimeter. 

Environmental  Effects 

–  Vibration  and  Air  blast:

  Not  all  of  the  energy  from  blasting  goes  into 

fragmenting rocks, some of it is unavoidably wasted as vibration that propagates away from the blast 
area. This  vibration  can be  cause for  concern  both for the stability  of the  tunnel  itself,  as  well  as 
neighbouring underground and surface structures. 

Air blast is an air pressure wave that propagates away from the blast site, due to movement of the 
rock face and also possible venting of explosive gases from the boreholes. This shall not be so much 
a problem in tunnelling, where personnel are evacuated from the blast area before a blast, but still 
must be taken into account. 

f.  Blasting 

– Art Versus Science 

The  Contractor  shall  study  the  scientific  relationships  between  the  properties  of  explosives,  the 
controllable variables such as the geometry of a blast and the timing, and uncontrollable variables 
such as variations in rock type and existing jointing and fracturing. Many relationships can show the 
most appropriate configuration of the blast holes, timing, and explosive type. 

Experience, or the "art" of blasting, shall come into play in implementing the desired blast design. 

34.3.2.2 

Tunnel Boring Machines 

TBMs shall excavate the rock mass in a form of rotating and crushing by applying enormous pressure 
on the face with large thrust forces, while rotating and chipping with a number of disc cutters mounted 
on the machine face (cutterhead). 

a.  Machine Types and Systems 

TBMs shall be a full-face, rotational (with cutterheads) excavation machine that can be either gripper 
or segment. There are three general types of TBMs suitable for rock tunnelling that the Contractor 
may  select  from  including  open  gripper/main  beam,  closed  gripper/shield,  and  closed  segment 
shield. 

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Open gripper/beam type of TBMs shall be selected for stable to friable rock with occasional fractured 
zones  and  controllable  groundwater  inflows.  Three  common  types  of  TBMs  belonging  to  this 
category could be used including main beam, Kelly drive, and open gripper (without a beam or Kelly). 

Closed shield type of TBMs used for most rock tunnelling applications shall be selected for friable to 
unstable rocks, which cannot provide consistent support to the gripper pressure. Closed shield type 
of TBMs can either be advanced by pushing against segment or gripper. Although these machines 
are classified as a closed type of machine, they are not pressurised at the face of the machine, and 
cannot handle high external groundwater pressure or water inflows. The Contractor shall select the 
most proper shielded TBMs for rock tunnelling. Shielded TBMs include single shield, double shield, 
and gripper shield. 

b.  Machine Main and Support Elements 

Main body and other supporting elements of the TBM shall be comprised of mechanisms for cutting, 
shoving, steering, gripping, shielding, exploratory drilling, ground control and support, lining erection, 
spoil  (muck)  removal,  ventilation,  and  power  supply.  Main  body  of  the  rock  TBM  (either  open  or 
closed) shall include some or all of the following components: 

  Cutterhead and support 

  Gripper (except single shield TBM) 

  Shield (except open TBM) 

  Thrust cylinder 

  Conveyor 

  Rock reinforcement equipment 

Additionally,  the  main  body  of  the  TBM  shall  be  supported  with  a  trailing  system  for  muck  and 
material transportation, ventilation, power supply, etc. 

c.  Compatible Ground Support Elements 

Most  ground support elements discussed in Section  34.3.3 can be specified with the use of hard 
rock TBMs, especially if the TBMs are manufactured specifically for the Project. 

  Rock reinforcement by roof bolting 

  Spiling/forepoling 

  Pre-injection 

  Steel ring beams with or without lagging (wire mesh, timber, etc.) 

  Invert segment 

  Shotcrete 

  Precast concrete segmental lining 

  Others 

34.3.2.3 

Road Headers 

Typical  TBMs  cut  circular tunnels,  which  are  the most  practical  cross  section,  but  not  always  the 
cross section that provides the most useable volume as a proportion of the total volume excavated. 
The Contract shall use a specialised machine with the proper head that can cut the most favourable 
shape, which can be more efficient in providing useable volume. 

Another  approach  to  cutting  an  opening  closer  to  the  actual  required  section  is  the  road  header. 
Cutting tool for the road header shall be a very large milling head mounted on a boom, which boom, 
in turn, is mounted on tracks or within a shield. Corners must be cut to the curvature of the milling 
head, but the rest of the walls, crown, and invert can be cut to almost any desired shape. Single road 

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header  shall  be  capable  of  cutting  variable  or  odd  shapes  that  otherwise  shall  require  TBM 
excavation in combination with drill-and-blast or drill-and-blast itself. 

Because of their adaptability, availability (a few months rather than a year or longer), and lower cost, 
road headers shall be the method of choice for relatively short tunnels, approximately less than 1,600 
m long, and for rock with an unconfined compressive strength less than 138 MPa. 

The following is a general list when road headers shall be considered: 

  Rock strength below 138 MPa 

– preferably below 103 MPa 

  Short runs, one-of-a-kind-openings 

  Odd, non-circular shapes 

  Connections, cross passages, etc. 

  Low to moderate abrasivity 

  Preferably, self-supporting rock 

  No or small inclusions 

– chert, etc. 

  Nominal water pressure 

34.3.2.4 

Other Mechanised Excavation Methods 

Other  mechanised  excavation  methods  that  are  being  developed  by  specialised  equipment 
manufacturers  shall  be  proposed  by  the  Contractor  to  address  specific  issues  in  mining  and  civil 
applications. One good example of a development such as the "mobile miner" developed by Robbins 
as  a  "non-circular  hard  rock  cutting  system  to  be  applied  to  underground  mine  development" 
(Robbins, 1990). The mobile miner is described as follows: 

A boom mounts a large cutter wheel with a transverse axis having rows of cutters arranged only on 
the periphery of the wheel. As the boom is swung from side to side, an excavated shape is generated 
with a flat roof and floor and curved walls. Although the prototype machines have operated only with 
this side-swinging action, to cut openings which are better suited to vehicular tunnels, the cutterhead 
boom must be elevated up and down and at the same time swung from side to side. In this way a 
horseshoe-shaped excavation can be generated. 

34.3.2.5 

Sequential Excavation Method/New Austrian Tunnelling 
Method 

SEM/NATMs offer flexibility in geometry that can accommodate almost any size of opening. Regular 
cross sections involve an ovoid shape to promote smooth stress redistribution in the ground around 
the  newly  created  opening.  By  adjusting  the  construction  sequence  expressed  mainly  in  round 
length, the timing of support installation, and the type of support the chosen method will allow for 
tunnelling  through  rock,  soft  ground,  and  a  variety  of  difficult  ground  conditions.  Additionally, 
depending on the size of  the opening and quality of  the ground, the tunnel cross section may be 
subdivided into multiple drifts. 

Application  of  the  SEM  shall  involve  practical  experience,  earth  and  engineering  sciences,  and 
skilled execution. The SEM tunnelling process addresses the following: 

a.  Ground and excavation and support classification based on a thorough ground investigation.  

b.  Definition of excavation and support classes by the following:  

  Round length, including maximum unsupported excavation length;  

  Support measures, including shotcrete lining and its reinforcement, ground reinforcement 

by bolts, or dowels in rock;  

  Subdivision  of  the  tunnel  cross  section  into  multiple  drifts  or  headings,  as  needed, 

including top heading, bench, invert, and side wall drifts; 

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  Ring closure requirements; 

  Timing of support installation, including typically every round;  

  Pre-support by spiling, fore poling, and pipe arch canopy; and,  

  Local,  additional,  initial  support  by  dowels,  bolts,  spiles,  face  support  wedge,  and 

shotcrete. 

c.  Instrumentation and monitoring.  

d.  Ground improvement measures prior to tunnelling.  

34.3.3 

Types of Rock Reinforcement and Excavation Support 

34.3.3.1 

Excavation Support Options 

Initial  support,  sometimes  called  temporary  lining,  or  temporary  support  of  excavation,  in  rock 
tunnelling keeps the opening open, stable, and safe until the final lining is installed and construction 
is  complete.  As  a  consequence,  the  initial  support  system  in  a  rock  tunnel  shall  be  one  or  a 
combination of a number of the following options: 

  Rock reinforcement, such as rock dowels, bolts, and anchors; 

  Steel ribs;  

  Wood or other lagging;  

  Lattice girders;  

  Shotcrete;  

  Spiles or forepoling;  

  Concrete;  

  Re-steel mats;  

  Steel mats;  

  Cables;  

  Precast concrete segments; and,  

Rock  reinforcement,  steel  ribs,  wood  or  other  lagging,  lattice  girders,  and  shotcrete  are  the  most 
common support options; and, of those, a combination of rock bolts or dowels and shotcrete is the 
single most common. In good, or better, rock tunnels, modern rock bolting machines provide rapid 
and adjustable support close to the heading by knitting and holding the rock, or ground, arch in place 
— thus taking maximum advantage of the rock's ability to be self-supporting. Preferably, shotcrete 
is added a diameter or so behind the face, where its dust, grit, and flying aggregate are not a problem 
for  workers  and  equipment  at  the  heading. Where  there  is  a  concern  with  smaller  pieces  of  rock 
falling, the system can be easily modified by adding shotcrete closer to the face or by embedding 
any of a number of types of steel mats in the shotcrete. 

Where the rock quality is lower, the Contractor may replace steel ribs with lattice girders. Like steel 
ribs, the lattice girders form a template for the shotcrete and spiling. Lattice girders differ from steel 
ribs in that they are lighter  and can be erected faster. To provide the same support capacity, the 
lattice girder system may require nominally more shotcrete measuring an additional 12.5 mm to 25 
mm, which is more than compensated for by the easier and faster erection. To avoid using additional 
shotcrete, the Contractor may use steel fibre-reinforced shotcrete instead. Additional fibre does not 
change  the  compressive  strength  significantly,  but  it  does  produce  a  significant  increase  in  the 
toughness or ductility of the shotcrete. 

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34.3.3.2 

Rock Reinforcement 

Rock reinforcement, including rock dowels and bolts shall be used to hold loose, or key, blocks in 
place; or to knit together the rock (ground) arch that provides the support for the opening in rock. 
Dowels and bolts are similar but the differences in their behaviour can be quite significant. Unless 
otherwise indicated in the Contract plans or specified in the particular  specifications, rock dowels 
and  rock  bolts  shall  be  high  yield  threaded  bars  galvanized  in  accordance  with  Section  23.4.10, 
Chapter  23,  Steel  Structures,  of  these  standard  specifications,  with  a  standard  mean  coating 
thickness of 140 µm. 

Rock dowels/bolts shall be tested in accordance with ASTM D4435 

– 08, Standard Test Method for 

Rock Bolt Anchor Pull Test, and ASTM D4436 

– 08, Standard Test Method for Rock Bolt Long-Term 

Load Retention Test. 

a.  Rock Dowels 

Rock dowels shall be passive reinforcement elements that require some ground displacement to be 
activated.  Similar  to  passive  concrete  reinforcement,  the  effect  of  dowels  is  activated  by  the 
movement of the surrounding material. In particular, when displacements along discontinuities occur, 
dowels are subject to both shear and tensile stresses. Levels of shear and tensile stresses, and the 
ratio between them occurring during a displacement, depend on the properties of the surrounding 
ground, the properties of the grout material filling the annular gap between the dowel and the ground, 
and the strength and ductility parameters of the dowel itself. Additionally, the degree of dilation during 
shear displacement influences the level of stress acting within the dowel.  

b.  Rock Bolts 

Rock bolts shall have a friction or grout anchor in the rock and shall be tensioned as soon as that 
anchorage is attained to actively introduce a compressive force into the surrounding ground. This 
axial  force  acts  upon  the  rock  mass  discontinuities,  thus  increasing  their  shear  capacity  and  is 
generated by pre-tensioning of the bolt. The system requires a bond length to enable the bolt to be 
tensioned. Rock bolts shall be fully bonded to the surrounding ground after tensioning, for long-term 
load transfer considerations. They shall be grouted full length. In any case, bolts begin to support or 
knit the rock as soon as they are tensioned, that is, the rock does not have time to begin to move 
before the bolt becomes effective. 

 

34.3.3.3 

Ribs and Lagging 

There are still applications where the use of ribs and lagging is appropriate, such as unusual shapes, 
intersections,  short  starter  tunnels  for  TBM,  and  reaches  of  tunnel  where  squeezing  or  swelling 
ground may occur. 

Steel ribs may be installed with shotcrete being used instead of wood for the blocking, or lagging, 
material. When shotcrete is used, it often does not completely fill the entire void between steel and 
rock. Hence, with properly applied shotcrete, it is recommended that the maximum blocking point 
spacing  be  measured  at  0.5 m  and the  design  shall  proceed  according to  the  Proctor  and White 
procedure. 

34.3.3.4 

Shotcrete 

Shotcrete  is  simply  concrete  sprayed  into  place  through  a  nozzle.  It  contains  additives  to  gain 
strength quicker and to keep it workable until it is sprayed. Shotcrete can be made with or without 
the addition of reinforcing fibres and can be sprayed around and through reinforcing bars or lattice 
girders. Both the quality and properties of shotcrete can be equal to those of cast-in-place concrete, 
but only if proper care and control of the total placement procedure is maintained throughout. 

34.3.3.5 

Lattice Girder 

Lattice girders shall consist of support members made up of steel reinforcement bars laced together 
in a triangular pattern and rolled to match the shape of the opening. Because their area is typically 

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small compared to the surrounding shotcrete, lattice girders do not, by themselves, add greatly to 
the total support of the opening. However, they do provide the following two significant benefits: 

  They are typically spaced similarly to rock bolts, thus they quickly provide temporary support 

to blocks having an immediate tendency to loosen and fall. 

  They provide a ready template for assuring that a sufficient thickness of shotcrete is being 

applied. 

Generally, lattice girders are used much more frequently in tunnels driven by the SEM. 

34.3.3.6 

Spiles and Forepoles 

Spiles and forepoles shall be used interchangeably to describe support elements consisting of pipes, 
pointed  boards,  or  rods  driven  ahead  of  the  steel  sets  or  lattice  girders.  These  elements  (herein 
called  spiles)  provide  temporary  overhead  protection  while  excavation  for,  and  installation  of, the 
next set or girder is accomplished. Spiles shall be driven in an overlapping arrangement so that there 
is never a gap in coverage. Design of spiles is best described as intuitive, as it must be kept flexible 
and  constantly  adjusted  in  the  field  as  the  ground  behaviour  is  observed  during  construction.  A 
working first approximation of design load might be a height of rock equal to 0.1B to 0.25B, where B 
is the width of the opening.  

34.3.3.7 

Precast Segment Lining 

Tunnel lining consisting of precast segments shall be used in single- or double-pass lining systems 
to support rock loadings and water pressures. Precast segment lining shall comply with the concrete 
durability  parameters  in  Section  21.3.3,  Chapter  21,  Concrete  Structures,  of  these  standard 
specifications.  Concrete  segments  shall  be  reinforced  either  with  reinforcement  bars  or  fibre. 
Segment rings shall consist of five to seven segments with a key segment. Ring divisions and the 
segment dimensions have to be optimised according to the Project-specific requirements that include 
tunnel  diameter, maximum  size for  transport  and  installation  or  erector,  and  the  number  of thrust 
jacks and their distribution over the range of the ring. 

Precast segment concrete lining shall be used in TBM tunnel construction and in soft-ground tunnels. 
Segmental rings shall be erected in the TBM tail shield and during the advance, the rams shall act 
on the ring. Rings shall never be independent from the TBM, hence the design of the TBM and the 
segmental ring must be harmonised. Rams must act on prepared sections of the ring, rolling of the 
tunnel shield and the ring must be taken into account. Ram axis shall be identical with the ring axis 
and  ring  tapers  shall  be  designed  according  to  the  TBM  curve  drive  capabilities  and  not  only 
according to the designed tunnel axis. 

34.3.4 

Groundwater Control during Excavation 

This work shall consist of controlling groundwater in rock that can take many forms, depending on 
the  nature  and  extent  of  the  problem.  A  combination  of  control  methods  for  the  tunnel  may  be 
employed by the Contractor, which may also apply different solutions at different locations along the 
alignment. 

34.3.4.1 

Dewatering at the Tunnel Face 

Dewatering  at  the tunnel face  is  the most  common  method  of groundwater  control. This  consists 
simply of allowing the water to drain into the tunnel through the face, collecting the water, and taking 
it to the rear by channels or by pumping. It then joins the site water disposal system. Consideration 
shall be taken by the Contractor that if there are hydraulic or other leaks or spills at the TBM or other 
equipment in the tunnel that such contaminants are in this water. 

34.3.4.2 

Drainage Ahead of Face from Probe Holes 

Probe holes may be placed by the Contractor ahead of the tunnel to verify the characteristics of the 
rock and to provide information for machine operation and control. These holes shall also pre-drain 

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TANDARD 

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ONSTRUCTION 

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PECIFICATIONS

 

 

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ART 

2

 

 

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OAD 

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TRUCTURES

 

 

 

 Page 34-17 

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HAPTER 

34:

 

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UNNELS

 

 

First Edition -January 2018 

 

the  rock  and  provide  warning  of,  and  drain,  any  methane;  hydrogen  sulphide;  or  any  other  gas, 
petroleum, or contaminant that may be present. In areas where there are such known deposits of 
gas or other contaminants, it is recommended to keep one or more probe holes out in front of the 
machine. When such materials are encountered, the probes shall alert the workers  of the need to 
increase the frequency of gas readings, to increase the volume of ventilation, or to take other steps 
to avoid the problem of unexpected or excessive gas in the tunnel. 

34.3.4.3 

Drainage from Pilot Bore or Tunnel 

Pilot  tunnels  shall  be  constructed  by  the  Contractor  as  per  the  Contract  documents.  These  pilot 
tunnels shall provide the following benefits to the main tunnel drive: 

  Groundwater drainage;  

  Gas or other contaminant drainage;  

  Exploratory information on the geology;  

  Grouting or bolting galleries for pre-support of a larger opening; and,  

  Rock behaviour and loading information for design of the larger opening.  

Pilot tunnels are typically 2 m to 2.5 m in general size, and may be located at one or more of several 
locations. 

34.3.4.4 

Grouting 

Groundwater inflow into rock tunnels almost exclusively comes in at joints, bedding planes, shears, 
fault  zones,  and  other  fractures.  Because  these  can  be  identified,  grouting  shall  be  the  most 
commonly used method for groundwater control. A number of different grout materials shall be used 
depending  on  the  size  of  the  opening  and  the  amount  of  the  inflow.  Zones  of  potentially  high 
groundwater inflow shall first be detected by the Contractor by drilling probe holes out in front of the 
tunnel face. Second, the zones shall be characterised and, hopefully, the major water carrying joints 
tentatively defined. Third, a series of grout holes shall be drilled out to intercept those joints 3 m to a 
tunnel diameter beyond the tunnel face or wall. Fourth, using tube-a-machetes, cement, or water-
reactive grouts shall be injected to seal off the water to a level such that succeeding holes are drilled 
as  the  fifth  step  and  injected  with  finer,  more  penetrating  grouts 

—  such  as  micro-  or  ultra-fine 

cements or sodium silicate 

— can be injected to complete the sealing process. Based on evaluation 

of the grouting success, additional holes and grouting may be required to finally reduce the inflow to 
an  acceptable  level.  Steps  four  and  five  shall  be  repeated  until  the  required  reduction  in  flow  is 
achieved. 

34.3.4.5 

Freezing 

On rare occasions, it may become necessary for the Contractor to try freezing in a tunnel in rock for 
groundwater control. This might occur, for example, at a shaft where it is necessary to control the 
groundwater locally for a breakout of a TBM into the surrounding rock. If upon beginning excavation 
of  the  TBM  launch  chamber  it  is  found  that  the  water  inflow  is  too  great,  the  alternative  control 
methods shall be to grout, as discussed above, or to freeze. 

The  maximum  groundwater  velocity  for  which  it  is  feasible  to  perform  effective  freezing  shall  not 
exceed 1.8 m per day. Therefore, freezing shall not be used in rock tunnelling, except locally, and 
even then it might be necessary to use liquid nitrogen to perform the freezing. 

34.3.4.6 

Closed-Face Machine 

A closed-face machine may be used by the Contractor for rock tunnelling in high groundwater flow 
conditions over short lengths. In reality such a machine shall be similar to an earth pressure balance 
(EPB) machine with sufficient rock cutters installed to excavate the rock. For any extended length 
measuring  greater than a  100  m, this  process shall  be  uneconomical  because  the  machine  shall 
have to grind up the rock cuttings and mix and the resulting fines with large quantities of conditioners 

 

 

 

 

 

 

 

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