Spezialtiefbau-Exkursion 2007

Institut für Bergbau und Spezialtiefbau

Institut für Geotechnik

Herausgeber:

TU Bergakademie Freiberg Institut für Bergbau und Spezialtiefbau

Gustav Zeuner Strasse 1A 09596 Freiberg

Tel.: +49 3731 392893

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Uwe Glaubach

uwe.glaubach@mabb.tu-freiberg.de

Spezialtiefbau – Jahresexkursion 2007 vom 30.September – 06. Oktober 2007 nach Süddeutschland,

Österreich und in die Schweiz

Leitung:

Prof. Dr. W. Kudla und Prof. Dr. H. Konietzky

Organisation:

Prof. Dr. W. Kudla und Dipl.-Ing. U. Glaubach

Teilnehmerliste der Studierenden:

1. Anding, Felix 4. Fachsemester Geotechnik / Bergbau

2. Bonim, Christina 4. Fachsemester Geotechnik / Bergbau

3. Dietrich, Christin 9. Fachsemester Markscheidewesen

4. Dornberger, Roman 8. Fachsemester Technologiemanagement

5. Frank, René 6. Fachsemester Spezialtiefbau

6. Gensel, Martin 7. Fachsemester Spezialtiefbau

7. Gerber, Christian 6. Fachsemester Geotechnik

8. Haupt, Matthias 7. Fachsemester Maschinenbau

9. Klemm, Sabine 6. Fachsemester Spezialtiefbau

10. Köditz, Sindy 4. Fachsemester Geotechnik

11. Löffler, Thomas 4. Fachsemester Maschinenbau

12. Miglio, Marcello 7. Fachsemester Bergbau

13. Mittelbach, Livia 4. Fachsemester Geotechnik / Bergbau

14. Schönknecht, Josefine 6. Fachsemester Geotechnik

15. Thiel, Franziska 7. Fachsemester Spezialtiefbau

16. Tunger, Kristin 9. Fachsemester Markscheidewesen

17. Vejrazka, Claudia 5. Fachsemester Bergbau

18. Zeitler, Enrico 5. Fachsemester Spezialtiefbau

Teilnehmende Mitarbeiter der Universität:

Dipl.- Ing. T. Frühwirt Institut für Geotechnik

Dipl.- Ing. U. Glaubach Institut für Bergbau und Spezialtiefbau

Dr.-Ing. A. Hausdorf Institut für Geotechnik

Prof. Dr. W. Kudla Institut für Bergbau und Spezialtiefbau

Dipl.- Ing. C. Reinhold Institut für Bergbau und Spezialtiefbau

weiterhin:

Dr.-Ing. M. Siegmundt

Inhalt

1. Danksagung ............................................................................................... 5

2. Verlauf der Exkursion ................................................................................. 6

3. Besichtigung des Bauloses 2 der U- Bahn Linie 3 Nord in München.......... 7

4. Besichtigung der Hauptbaumaßnahme H5 Vomp – Terfens .................... 15

5. Baulos H7-1 Tunnel Fritzens .................................................................... 22

6. Neubautrasse der Unterinntalbahn - Baulos H8 (Jenbach) ...................... 28

7. Gotthard-Basistunnel................................................................................ 37

8. Besichtigung Zwischenangriff Amsteg...................................................... 45

9. Mont Terri – Felslabor .............................................................................. 53

Alle in diesem Exkursionsbericht enthaltenen Angaben und Daten wurden von den

jeweiligen Berichterstattern / Berichterstatterinnen nach bestem Wissen erstellt; an

etlichen Stellen wurden von ihnen aber auch fremde Quellen zitiert ohne eine

korrekte Kennzeichnung dieser Zitate.

Inhaltliche Fehler können nicht vollständig ausgeschlossen werden. Deshalb erfolgen

die nachstehend getroffenen Angaben und mitgeteilten Daten ohne jegliche

Verpflichtung oder Garantie sowohl der Autoren als auch der Exkursionsleitung.

- 4 -

1. Danksagung

Die Studenten und Mitarbeiter der TU Bergakademie Freiberg danken sehr herzlich

allen Sponsoren für ihre fachliche und finanzielle Unterstützung!

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2. Verlauf der Exkursion

Sonntag, 30.September 2007

17:00 Uhr Abfahrt nach Kinding ins das Altmühltal

Montag, 01.Oktober 2007

9:00 - 12:30 Uhr Besichtigung des Bauloses 2 der U- Bahn Linie 3 Nord in München

12:30 - 14:00 Uhr Mittagessen am Oktoberfest auf Einladung der Fa. Hochtief

14:00 - 17:00 Uhr Besuch des Oktoberfestes und Stadtrundgang

Dienstag, 02. Oktober 2007

8:30 bis 12:00 Uhr Besichtigung des Bauloses H5 in Vomp /Terfens

14:00 bis 17:30 Uhr Besichtigung des Bauloses H7 in Fritzens

ab 19 Uhr Abendessen auf Einladung der Fa. Hochtief in Innsbruck

Mittwoch, 03. Oktober 2007

8:30 bis 12:00 Uhr Besichtigung des Bauloses H8 in Jenbach

ab 14:00 Uhr Fahrt nach Sedrun

Donnerstag, 04. Oktober 2007

8:30 bis 14:00 Uhr Befahrung des Schachtes Sedrun und des Zwischenangriffs Amsteg des Gotthard-Basistunnels in zwei getrennten Gruppen

ab 14:00 Uhr Fahrt nach Basel

Freitag, 05. Oktober 2007

10:00 bis 14:00 Uhr Besichtigung des Felslabors Mont Terri in St. Ursanne

Sonnabend, 06. Oktober 2007

ab 7:00 Uhr Rückfahrt von Basel nach Freiberg

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3. Besichtigung des Bauloses 2 der U- Bahn Linie 3 Nord in München

Von: Roman Dornberger

Matthias Haupt

Felix Anding

Das erste Ziel der Geotechnik- Jahresexkursion 2007 führte nach München –

Moosach, zum Baulos 2 der Baustelle zur U- Bahnlinie 3 Nord.

ProjektDas Gesamtprojekt umfasst die Auffahrung eines etwa 1,7 km langen U-

Bahntunnels vom Olympia- Einkaufszentrum (OEZ) bis zum schon bestehenden S-

Bahnhof Moosach mit einem Zwischenhalt am Moosacher St.- Martins- Platz zur

Verlängerung der Olympia- Linie nach Norden.

Das Projekt ist in zwei Baulose unterteilt: Ein Los erstreckt sich über die S- Bahn-

Querung bis zu einer Wendeanlage für die U- Bahn und eine dort geplante Park &

Ride- Anlage am Memminger Platz.

Das zweite Los umfasst sowohl die bergmännische Auffahrung der Tunnel, den

Bahnhof Moosacher St. Martins- Platz, welcher ursprünglich als „Bahnhof Leipziger

Straße“ geplant war, sowie einen großen Teil des S-Bahnhofs Moosach.

Abbildung 1: Übersicht Verlängerung der U3- Nord

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Dieses Baulos wird gemeinsam von den Firmen Wayss & Freytag Ingenieurbau,

Hochtief Construction und Bauer Spezialtiefbau als „Arge U3 Nord, Baulos 2“ fertig

gestellt; Bauherr, Planung, Projekt- und Bauleitung übernimmt das Baureferat der

Landeshauptstadt München. Die Bauzeit für das Baulos 2 erstreckt sich von Oktober

2004 über 6Jahre. Im Jahr 2010 soll das Projekt voraussichtlich abgeschlossen sein

und somit die 1,7km lange Verlängerung in Betrieb gehen.

Die Gesamtkosten für das Projekt belaufen sich auf ca. 180Mio. Euro, von denen

Bund und Land rund 70% übernehmen.

Geologie und Hydrologie München ist mitten in der zum nördlichen Alpenvorland zählenden

Landschaftseinheit der Münchner Schotterebene gelegen. Diese wird durch

Moränengürtel südlich, östlich und westlich begrenzt, während nördlich das

Tertiärhügelland anschließt. Insgesamt weist die Schotterebene eine Ausdehnung

von etwa 50km in N-S-Richtung und annähernd 40km in O-W-Richtung bei 2 - 20m,

im Süden Vereinzelt bis zu 100m, mächtigen Schotter auf. Des Weiteren ist sie durch

ein S – N - Gefälle von ca. 650m ü. NN auf ca. 430m ü. NN gekennzeichnet, welches

im Stadtgebiet etwa 4 – 5‰ beträgt. Aufgrund dieses Gefälles wird die Münchner

Schotterebene auch Schiefe Ebene genannt.

In der Molasse des Münchner Schotterfeldes sind die einzelnen Horizonte der durch

die Mindel-, Riß- und Würmglaziale eingetragenen Kiese nur durch Sandlinsen mit

teils beachtlichen Ausmaßen unterbrochen, welche aus den Interglazialen stammen.

Die Horizontabfolge im Bereich des Bauloses gliedert sich wie folgt: geringmächtige

Deckschicht aus Auffüllungen(Dreck, Bauschutt, Humus), 8 – 16 m mächtiger

Quartärer Kies, teilweise durchlagert mit Schluff und Sandlinsen mit gespanntem

Grundwasser. Der erste Grundwasserhorizont ist in einer Teufe von 2-3 m

anzutreffen.

Somit befindet sich der gesamte Tunnelvortrieb im Grundwasser.

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Vortrieb

Abbildung 2: Hydroschild beim Projekt „U3 Nord, Baulos 2“

Aufgrund der geologischen und hydrologischen Gegebenheiten wird der

Tunnelvortrieb beim Projekt „Arge U3 Nord, Baulos 2“ mit einem Hydroschild der

Firma Herrenknecht durchgeführt.

Diese Maschine hat einen Durchmesser von 7,35m, eine Gesamtlänge von etwa

80m und wiegt etwa 450t. Das 8m lange Schild, welches sich am Kopf der

Tunnelvortriebsanlage befindet, wird während des Vortriebs entlang der Tunnelachse

vorgeschoben. Zur gleichen Zeit erfolgt der Ausbruch des Erdreiches. Dabei muss

der Schild den Druck des umgebenden Erdreiches widerstehen sowie anstehendes

Grundwasser fernhalten. Hinter dem Schild folgen die vier Nachläufer, auf welchen

wichtige Geräte und Einrichtung für den Vortrieb untergebracht sind.

Während der Hohlraum entlang der Tunnellaibung durch den Schildmantel gesichert

wird, erfolgt die Stützung der Ortsbrust durch eine Stützflüssigkeit. Beim Vortrieb des

Tunnels der U3 Nord wird aufgrund seines bodenmechanischen Verhaltens, seiner

Plastizität und seines Quellvermögens, also seiner thixotropen Eigenschaften,

Bentonit als Stützmedium eingesetzt.

Das flüssige Bentonit dringt in die Ortsbrust ein und verringert dadurch seine

Geschwindigkeit. Dabei bildet sich ein Filterkuchen über den der Stützdruck auf-

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gebaut werden kann. Über ein im Arbeitsraum befindliches Luftdruckkissen kann der

Stützdruck dem, je nach Tiefe anstehenden Wasser- und Erddruck angepasst

werden.

Im Schutz des aufgebrachten Stützdrucks kann nun der vor dem Schneidrad

befindliche Boden gelöst werden. Dieser vermischt sich mit der Suspension im

Abbauraum und wird über Suspensionsleitungen zur Separieranlage transportiert.

Die so anfallenden 1200m³/h werden in 4 Trennstufen (Sieb > 4mm, 2fache

Hydrozyklone 0,18 - 4mm und 0,02 - 0,18mm, sowie Zentrifuge < 0,02mm)

aufgearbeitet und der wieder verwertbare Teil zu neuem Bentonitgemisch angesetzt.

Der Vortrieb bei diesem Projekt wird diskontinuierlich gefahren. Das bedeutet, dass

nach ca. 1,7m gefahrenem Vortrieb die Tunnelbohrmaschine gestoppt und im Schutz

des Schildmantels ein Ring aus 6 Tübbingsegmenten und einem Schlussstein aus

bewehrtem Beton mit Dichtungsprofilen gebaut wird. Insgesamt werden auf diese

Weise 1600, jeweils etwa 1,5m lange Ringe aus Tübbingen der Firma Glass GmbH

mit einer bisherigen Durchschnittsgeschwindigkeit von 8,7Ringen/d verbaut werden.

Abbildung 3: Blick in die fertig gestellte Tunnelröhre [Foto: U. Glaubach]

Die Segmente werden mit einem Vakuum-Erektor aufgenommen, in die richtige

Position gedreht und ausgerichtet. Bevor das Segment gesetzt wird, muss die

jeweilige Vortriebspresse eingefahren werden. Wenn das Segment platziert wurde,

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wird die Vortriebspresse wieder ausgefahren und das Segment temporär

verschraubt. Wenn der ganze Ring eingebaut wurde, stützen sich die Pressen an

dem zuletzt gebauten Ring ab und die Maschine ist bereit zur Weiterfahrt.

Um den Tunnel in Raumkurven bewegen zu können, besitzen die Tübbingringe eine

konische Form.

Wenn nun ein neuer Vortrieb beginnt, drücken die Vortriebspressen das Schild mit

einem Anpressdruck von 104000 Tonnen nach vorn. Zur gleichen Zeit wird zwischen

Ringaußenseite und umgebenden Erdreich ein Mörtel gepresst, welcher den Tunnel

auf seiner ganzen Länge einbettet.

Eine Besonderheit bei diesem Projekt war die Anfahrkonstruktion für die

Tunnelbohrmaschine. Extra hierfür wurde eine Technik zur „fliegenden Anfahrt“

entwickelt, bei der man auf eine Rückversteifung verzichten konnte.

Dafür wurde der Schildmantel gegen die Anfahrbrille verspannt und konnte somit den

Anpressdruck zur Anfahrt gegen die Wand der Baugrube aufbringen.

Abbildung 4: fliegende Anfahrt am „Christine- Tunnel“

Nach der Fertigstellung des Christine-Tunnels wird die Tunnelbohrmaschine

demontiert. Dabei wird das Schild aus Gründen des Platzmangels im Tunnelbauwerk

zurückgelassen. Nachdem die Maschine zum Startschacht zurücktransportiert und

mit einem neuen Schild versehen wurde, beginnt der Vortrieb der zweiten

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Tunnelröhre. Der Rücktransport in den Startschacht wird etwa 3 Monate in Anspruch

nehmen.

Weitere Bauverfahren Um die Behinderung des innerstädtischen Straßenverkehrs im Bereich der zu

errichtenden Bahnhöfe auf ein Minimum zu reduzieren, werden diese mittels

Schlitzwand- Deckelbauweise errichtet. Hierfür werden zuerst Schlitzwände im

Boden erstellt. Mit einem Schlitzwandgreifer wird dabei ein meist 2,50m langer, ca.

1,20m breiter und bis zu 30m tiefer Schacht ins Erdreich abgeteuft. Um die Wände

des Grabens abzustützen, ist dieser mit Bentonitsuspension gefüllt. Nachdem ein

vorgeflochtener Bewehrungskorb

in den Schacht hinabgelassen

wurde, wird dieser mit Beton

aufgefüllt. In vielen

Arbeitsschritten entstehen so die

Bahnhofswände, welche bis in

eine wasserundurchlässige

Bodenschicht reichen und somit

einen wasserdichten Trog bilden.

Anschließend wird innerhalb der

Schlitzwände das

Grundwasser abgepumpt und ein

1,6 bis 3,5 m dicker Deckel mit

hohem Bewehrungsgehalt

(120kg/m³) betoniert. Nach dem

Aushärten des Deckels, wird

dieser überschüttet um an der

Oberfläche eine provisorische

Fahrbahn zu errichten. Abbildung 5: Schlitzwand- Deckelbauweise

Zur gleichen Zeit beginnt der Aushub des Erdreiches unter dem Deckel bis zur

Sohle. Bis der Aushub auf die gewünschte Teufe vollzogen und dort die Sohle

betoniert ist müssen mit dem Aushub fortschreitende Aussteifungen eingerichtet

werden um den Gebirgsdruck aufzunehmen.

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Im Bereich des Bahnhofs Moosach kommt vom Grundprinzip her auch die Deckel-

bauweise zum Einsatz. Allerdings werden hier aufgrund der engen Platzverhältnisse

die Seitenwände nicht aus Schlitzwänden sondern aus Bohrpfählen erstellt.

Dabei werden einzelne Großlochbohrungen durchgeführt wobei zur gleichen Zeit ein

Stahlrohr in das das Loch gepresst wird, welches den umgebenden Boden am

nachrutschen hindert. Anschließend kann die Bewehrung in das Rohr hinab gelassen

und Beton aufgefüllt werden. Abschließend wird das Stahlrohr wieder entfernt.

Ein anderes Bauverfahren wurde aus Gründen der Hydrologie angewandt. Der

Bahnhof und die Streckentunnel dieses Projektes liegen quer zum nördlich

gerichteten Grundwasserfluss. Um ein Aufstauen des Grundwassers an der Südseite

der U- Bahn zu vermeiden, werden als Vorsichtsmaßnahme so genannte Düker

errichtet. Durch die Düker wird das in die Horizontalfilterbrunnen anströmende

Grundwasser unter der Bodenplatte der Bahnhöfe beziehungsweise unter dem

Tunnel durchgeleitet, wodurch ein Ausgleich des Grundwassers zwischen Nord- und

Südseite des Tunnelbauwerks erreicht wird. Entlang des gesamten Bauloses

befinden sich insgesamt 18 dieser Dükeranlagen.

Ein weiteres Augenmerk beim Bau der Tunnel liegt auf dem Aspekt der

Fahrdynamik. So erfolgt die Auffahrung des Tunnels nicht in gerader Art und Weise,

sondern die Strecken sacken beim Verlassen der Bahnhöfe etwas nach unten ab,

wodurch einerseits eine für die Passagiere interessante Fahrdynamik erreicht

werden, andererseits aufgrund des Gefälles Beschleunigungsenergie eingespart

werden soll.

Aktueller Baustand Zum Zeitpunkt der Exkursion 2007 war der Hydroschildvortrieb in vollem Gange. Bis

zum Durchbruch waren ca. noch 220 m zu absolvieren.

Bisher ist der Baufortschritt nicht durch Findlinge behindert worden und liegt

insgesamt gut in der Zeit. Der Bahnhof in Moosach wurde als Startschacht für die

Tunnelbohrmaschine gewählt und wird somit durch Mörtelmischanlage, Gleisbetrieb

und andere Anlagen als Umschlagplatz für den Vortrieb genutzt. Erst nachdem die

zweite Tunnelröhre von Moosach ausgehend aufgefahren wurde, kann mit dem

endgültigen Ausbau zum Bahnhof begonnen werden.

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AusblickIm Einzugsbereich der beiden neuen Bahnhöfe wohnen 17.000 Einwohner, 10.000

Arbeitsplätze liegen in unmittelbarer Nähe. Allein im Bahnhof Moosach werden

täglich 20.000 Ein-, Aus- und Umsteiger erwartet. Insgesamt werden für die Strecke

38.000Fahrgäste prognostiziert, was 15Millionen PKW-Kilometer und 1,5 Millionen

Buskilometer pro Jahr vermeiden soll.

Somit entsteht für die Einwohner des Münchner Nordwestens mit der Verlängerung

der Olympia- Linie U3 eine schnelle und zuverlässige Anbindung an das S- Bahn-

Netz, insbesondere an die Flughafenlinie S1.

Außerdem bietet die Neubaustrecke Fahrgästen aus Moosach künftig eine attraktive

Schnellbahnverbindung Richtung Olympiapark, Schwabing und in die Innenstadt. Am

Kreuzungsbahnhof "Olympia-Einkaufszentrum" entsteht eine zusätzliche

Umsteigemöglichkeit zur U1.

Besuch der Wies’n Zum Abschluss des ersten Exkursionstages stand der Besuch des Münchner

Oktoberfests auf dem Programm. Für einige Exkursionsteilnehmer war dies die erste

Möglichkeit das Flair des größten deutschen Volksfestes hautnah zu erleben.

Wir bedanken uns hiermit bei der Hochtief Construction AG für die Einladung zum

Oktoberfest und den äußerst angenehmen und interessanten Tag auf der Baustelle

der U3 Nord.

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4. Besichtigung der Hauptbaumaßnahme H5 Vomp – Terfens

Von: Christina Bonim

Livia Mittelbach

EinleitungIm Rahmen der diesjährigen Exkursion für die Studiengänge Spezialtiefbau und

Geotechnik der TU Bergakademie Freiberg besichtigten wir am 02.10.2007 das

Hauptbaulos H5 im Unterinntal bei den Gemeinden Vomp, Terfens und Schwaz im

österreichischen Tirol. Dieses Baulos H5 gehört zum Ausbau der Zubringerstrecke

zum Brennerbasistunnel (Innsbruck - Bozen), welcher als Teil von einer der sechs

großen Alpentransversalen Bestandteil des TEN-Projektes ist. Die

Transeuropäischen Netze, kurz TEN, ist ein Programm der EU zur Verbesserung

und Entwicklung des europäischen Binnenmarktes. Dazu gehören neben dem

Ausbau von Straßen und Binnenwasserstraßen auch die Fertigstellung der

Eisenbahn-Hochgeschwindigkeitsstrecke Berlin - Palermo, das TEN-Projekt Nr. 1.

Ein Teil dieser Eisenbahnachse ist die Alpentransversale von München nach Verona,

auf deren Strecke im Herbst dieses Jahres auch mit den Bauarbeiten des

Brennerbasistunnels begonnen wird. In Österreich liegt die Verantwortlichkeit des

Ausbaus bei der 1996 gegründeten Brenner Eisenbahn GmbH (BEG), die auch die

Ausschreibungen für die einzelnen Baulose machte.

Abbildung 6: Lage des Bauloses H5 im Unterinntal [www.beg.co.at]

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Das Hauptbaulos H5 zwischen Vomp und Terfens gehört zur neuen Bahnstrecke im

Unterinntal zwischen Kufstein und Innsbruck, von der der größte Teil aufgrund der

beengten Platzverhältnisse im Unterinntal und auf Druck der Bevölkerung als

Bahntunnel hergestellt wird. Das Tiroler Unterinntal ist aufgrund der

Verkehrsüberlagerung der Alpen querenden Transits in Nord-Süd- (München –

Verona) und Ost-West-Richtung (Zell am See – Arlberg) und dem Regionalverkehr

eine der Hauptverkehrsachsen Europas. Die zunehmenden Verkehrströme führten

dazu, dass sich die Bestandsstrecke heute an ihrer Auslastungsgrenze befindet.

Aktuelle Verkehrsdaten zeigen, dass beispielsweise zwischen den Städten Wörgl

und Innsbruck die maximale Kapazität von 300Zügen pro Tag mit einer Auslastung

von 103% und somit über dem gesetzlichen Rahmen liegt. Ziel ist es daher, die

Kapazität der Eisenbahnlinie durch die nach Bauende viergleisige Strecke in diesem

kritischen Bereich zu erweitern.

Mit 8,48km ist das Baulos H5 der längste Teilabschnitt und wird von der Baufirma -

der Arbeitsgemeinschaft STRABAG, ZÜBLIN Tunnelbau und HOCHTIEF

Construction AG - größtenteils im klassisch-konventionellen Tunnelbau aufgefahren

und der Übergang zur Galerie Terfens wird in offener Bauweise hergestellt. Das

Sicherheitskonzept für den zukünftigen Bahntunnel umfasst neben drei

Rettungsschächten und drei Seitenstollen auch noch einen parallel verlaufenden,

5,6km langen Rettungsstollen.

Die Bauarbeiten am Tunnel Vomp-Terfens begannen im Oktober 2003 als erste in

Ausführung stehende Hauptbaumaßnahme der Unterinntaltrasse und werden

voraussichtlich bis Ende 2008 abgeschlossen sein. Die Inbetriebnahme der Strecke

soll 2012 erfolgen.

Zum Zeitpunkt unserer Besichtigung fehlen noch 110 m bis zum letzten Durchschlag,

d.h. 99 % der Durchfahrt sind bereits fertig gestellt Beim Ausbau der Innenschale

fehlen nur noch 15 % und die Arbeiten im Rettungsstollen sind ebenfalls zu 85 %

abgeschlossen.

GeologieDas Unterinntal wird im zentralen Projektgebiet beiderseits von aus Karbonaten

aufgebauten Gebirgszügen eingerahmt.

Der Tunnelvortrieb des Baulos H5 erfolgt sowohl im Lockergestein, mit

Überdeckungen von 0 – 20 m, als auch auf einer Länge von ca. 3,3 km im

Festgestein mit bis zu 120 m mächtigen Überdeckungen.

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Abbildung 7: Geologischer Längsschnitt von NE nach SW [HOCHTIEF Construction AG]

Folgt man dem Verlauf des Tunnels von Nord-Ost nach Süd-West, kommt man

zunächst vom Baulos H4-3 aus den Eisrandsedimenten in den Hauptdolomit,

welcher von schräg einfallenden Störungszonen durchzogen ist. Nach etwa zwei

Kilometern beginnt der Bereich, der durch den Wechsel von Raibler Schichten und

Wettersteinkalk gekennzeichnet ist und sich über eine Länge von etwa 1,2km

erstreckt. Die Raibler Schichten enthalten Kalke, Dolomite, Sand- und Tonsteine

sowie Gips und Anhydrit. Auch dieser Bereich ist durch Störungszonen geprägt. Der

Gesamte Vortrieb findet hier im Festgestein des Südrandes der Nördlichen Kalkalpen

im Gesteinssockel des Vomper Berges statt. Danach erfolgt der Verlauf wieder im

Lockergestein – durch quartäre Ablagerungen: Deltaschotter und Terrassen-

sedimente des Inns, wobei die Überdeckung stetig abnimmt.

Bauverfahren Das nach Amtsvorschlag ausgeschriebene Bauverfahren für das Hauptbaulos H5

sieht einen klassischen konventionellen Vortrieb vor, nach dem die 3.300 m im

Festgestein im Sprengvortrieb aufgefahren und die 5.040 m im Lockergestein mittels

Tunnelbagger vorangetrieben werden. Die letzten 100 m zur Galerie Terfens sollen

in offener Bauweise entstehen. Außerdem wird der bereits aufgefahrene

Erkundungsstollen von 5,6 km Länge zum Rettungsstollen ausgebaut.

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Die Arbeitsgemeinschaft hat diesen Amtsvorschlag so übernommen und musste nur

am Portal Terfens eine Querschnittsverlegung vornehmen damit eine bestehende

Förderbandanlage nicht versetzt werden musste.

Um schnellstmöglich mit der bergmännischen Herstellung des Tunnels

Voranzukommen, erfolgt die Auffahrung an drei Abschnitten gleichzeitig: vom

Zwischenangriff Vomp (Zugangskaverne Grube Derfeser) nach West und Ost und

vom Portal Terfens in Richtung Ost.

Von Terfens aus beginnt der Vortrieb im Lockergestein der Flussschotter mit Hilfe

von Tunnelbaggern, wobei die Überdeckung am Anfang 0 m beträgt und im Verlauf

bis 20 m ansteigt.

Abbildung 8: Kalottenvortrieb mit Bagger

Während des Vortriebs erfolgt eine kontinuierliche Messung der Setzungen von über

und unter Tage. Um einen Zusammenbruch der Ortsbrust zu verhindern, erfolgt

zunächst eine Voraussicherung mittels Rohrschirm oder Spieße. Der Rohrschirm

besteht aus 38 bis 50 Stahlrohren von je 18m Länge und 139mm Durchmesser, die

mit Zement verfüllt werden. Zeigt das Gestein schon eine gewisse Festigkeit, ist die

Sicherung durch 3 – 4m lange Spieße ausreichend. In ist der Rohrschirm im Bereich

der Tunnelkontur zu sehen. Die Herstellung des Tunnels beginnt nun mit dem

Kalottenvortrieb. Dazu wird die Ortsbrust immer rund einen Meter tief kleinflächig

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geöffnet und dann sofort mit einer Lage Baustahlgitter und einer Schicht

Nassspritzbeton gesichert. Zusätzlich wird ein Gitterträger zur Bewährung

angebracht und Anker in die Wände zur Stabilisierung eingetrieben. In einem

Abstand von 4 bis 6m zur Ortsbrust wird die besonders tiefe Kalottensohle hergestellt

und mit Baustahlgittern und Nassspritzbeton gesichert, um die herrschenden Drücke

aufnehmen zu können. Danach folgen der Strossenvortrieb und die Herstellung der

Tunnelsohle.

Vom Zwischenangriff Vomp erfolgt der Vortrieb in Ost- und Westrichtung im

Festgestein. Man bohrt dafür 120 bis 170 Sprenglöscher mit mittleren Tiefen

zwischen 2,00m und 2,20m und verfüllt diese mit dem Sprengstoff, eine

Pumpenemulsion aus zwei Komponenten. Nach der Sprengung wird das

Gesteinsmaterial abtransportiert und die Wände mit Nassspritzbeton gesichert. Unter

dem Vomper Berg wird der Tunnel über eine Länge von 2,7km zu einer dreigleisigen

Röhre erweitert, welche später als Überholbahnhof dienen soll. Ist ein Teil der

Tunnelröhre im „Rohzustand“ fertig gestellt, erfolgt in größerem Abstand zur

Ortsbrust die Tunnelisolierung und der Ausbau der Innenschale.

Abbildung 9: Tunnelabdichtung mit dem Schalwagen im Hintergrund [Foto: U. Glaubach]

Als Isolierung dient eine Regenschirmabdichtung, d.h. hinter einer 2mm starken

PVC-Folie befindet sich eine Drainage, durch die das anstehende Wasser an den

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Wänden in Filterrohre abgeleitet wird und schließlich aus dem Tunnel abfließt. Zum

Schutz der Drainage befindet sich zwischen ihr und der Betonwand ein Schutzvlies.

Nach der Isolierung erfolgt mit Hilfe eines Schalenwagens die Herstellung der

Innenschale aus 14m langen Betonblöcken, wobei sich zwischen zwei einzelnen

Blöcken immer ein Fugenband befindet. Die Blöcke sind aus Brandschutzgründen

mit Kunststofffasern bewährt. Somit soll ein Abplatzen von Beton im Falle eines

Brandes verhindert werden. Im Festgestein befindet sich bergseitig im

Achsenabstand von 30m der 5,6km lange Erkundungsstollen, welcher schon vor

dem Haupttunnel zu Erkundungszwecken aufgefahren wurde. Er diente beim

Vortrieb des Haupttunnels als „großes Drainagerohr“, was die Entwässerung

während der Bauarbeiten sehr erleichterte. Auch dieser ist isoliert und mit einer

Innenschale versehen. Die beiden Tunnel sind alle 250m durch Querschläge

miteinander verbunden.

Von der Arbeitsgemeinschaft wurde noch ein Zusatzauftrag des Auftraggebers

übernommen. An der Ostseite des Hauptbauloses soll ein 750 m langer Vortrieb aus

dem Fels ins Lockermaterial der Innschotter erfolgen.

Abbildung 10: Druckluftvortrieb an der Ostseite [HOCHTIEF Construction AG]

Aufgrund der anfangs starken Überdeckungen von 120m sollen die ersten 270m

unter Druckluft und anschließend 350m mit vorauseilender Entwässerung

vorangetrieben werden. Mit Deckelbauweise soll der letzte Abschnitt bis zum

Hauptbaulos H4-3 hergestellt werden. Auch dieses ausgeschriebene Bauverfahren

wird von der Arbeitsgemeinschaft übernommen. Dazu wird zuerst ein 120m langer

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Schacht hergestellt, um 300 m3 Frischluft pro Minute von der Oberfläche in den

Stollen zu leiten. Im Arbeitsbereich an der Ortsbrust wird damit ein Überdruck von

0,3 – 0,5bar erzeugt. Unter diesen Bedingungen können natürlich nur elektrisch

betriebene Fahrzeuge und Geräte eingesetzt werden. Nach zwei Monaten Vortrieb

mit einer Überdeckung von noch 20m kommt es allerdings zum Zusammenbruch der

Ortsbrust und nachfolgendem Übertagebruch. Gesteinsmaterial wird auf 70m im

Tunnel bis 1m unter die Firste zurückgeschoben. Nachfolgende Untersuchungen

ergeben, dass der anstehende Grundwasserspiegel nicht durchgehend ist, d.h. die

ursprünglich horizontal gelagerten Bodenschichten knicken an einer Kante ab. In der

angefahrenen Kammer stand also eine Wassersäule von etwa 20m an, die von der

Druckluft nicht mehr zurückgehalten werden konnte.

KostenDie Kosten für die ausgeschriebenen Baumaßnahmen des Hauptbauloses H5 und

des Zusatzauftrages wurden von der Arbeitsgemeinschaft auf 167Millionen Euro

prognostiziert.

Letztendlich werden aber Kosten in Höhe von 195Millionen Euro erwartet. Zum einen

liegt dies an der Querschnittsänderung am Portal Terfens und zum anderen an dem

Zusammenbruch der Ortsbrust beim Druckluftvortrieb im Ostabschnitt, wodurch ein

Zusatzaufwand für die Beseitigung der Gesteinsmassen und die Sicherung des

Bereiches unter und über Tage entstand.

Alle Kosten werden vom Auftraggeber, der Brenner Eisenbahn GmbH, übernommen,

weil die Ursachen an den angetroffenen geologischen Verhältnissen lagen, die nicht

mit den Erkundungsergebnissen übereinstimmen.

Wir möchten uns bei der HOCHTIEF Construction AG und besonders bei Herrn

Thöni für die Besichtigung der Baustelle vor Ort mit ausführlichen Beschreibungen,

die zur Verfügung gestellte Präsentation, das gestellte Mittagessen sowie die

Stadtführung durch Innsbruck mit Abendessen recht herzlich bedanken.

QuellenInformationsbroschüre zum Hauptbaulos H5, Herausgeber Brenner Eisenbahn

GmbH

Power-Point-Präsentation zum Hauptbaulos H5 vom 02.10.2007, Herr Thöni

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http://www.beg.co.at/informationszentrum/unterinntalbahn-live/baustellen-mit-

fortschrittsanzeige/hauptbaumassnahme-h5

Wikipedia: Brennerbasistunnel, Transeuropäische Netze

http://ilf.com/fileadmin/user_upload/publikationen/28_Der_Tunnel_Vomp-

Terfens_von_der_Variantenstudie_bis_zur_Bauausf_hrung_01.pdf

5. Baulos H7-1 Tunnel Fritzens

Von: Martin Gensel

Franziska Thiel

Allgemeine Beschreibung Wie auch das zuvor besuchte Baulos H5 ist das Hauptbaulos H7 Bestandteil der

künftigen Brennerzulaufstrecke, die zur Eisenbahnachse München – Verona gehört.

Die Strecke verläuft zwischen Baumkirchen und Fritzens. Das Baulos H7 schließt

sich im Osten an das Los H6 mit der Galerie Terfens an. Im Westen bindet die

künftige Trasse an die Südumfahrung Innsbrucks an.

Die Brenner Eisenbahngesellschaft (BEG) hat der Dacharge H7-1 Tunnel Fritzens

bestehend aus Hochtief AG, Strabag und Ed. Züblin AG den Zuschlag für das

Bauvorhaben mit einem Auftragsvolumen von ca. 139 Mio. € erteilt. Darunter gibt es

eine Arge für den Tunnelbau (Strabag, Hochtief AG und Züblin AG) und eine für den

Spezialtiefbau (Strabag und Bauer AG).

Im März 2005 wurde mit den Arbeiten begonnen, die im Dezember 2009 planmäßig

abgeschlossen werden sollen.

Die Trasse zwischen Fritzens und Baumkirchen wird als Unterflurstrecke hergestellt.

Die Neubaustrecke verläuft nahezu parallel zur Bestandsstrecke und wird am

Bahnhof Fritzens in diese eingebunden.

Aufgrund der komplexen Baugrundverhältnisse kommen bei diesem Bauvorhaben

verschiedene Verfahren für den 5,285 km langen Tunnel zum Einsatz.

- 22 -

Der größte Teil, 2520 m der Trasse, wird in Deckelbauweise unter Druckluft

hergestellt. 1614 m Strecke werden in offener Bauweise mit Kasten- bzw.

Wannenquerschnitt gebaut. Ein relativ geringer Teil (430 m) wird im Bereich des

Bahnhofs Fritzens in bergmännischer Weise aufgefahren, wobei auch hier wegen

des hoch anstehenden Grundwassers Druckluft zum Einsatz kommt. 721 m werden

als freie Strecke gebaut.

Geologie und Baugrund Die Trasse wird vollständig im unmittelbaren Inntal geführt. Der Baugrund dort

besteht ausschließlich aus rolligen Böden. Die sandigen und weitgestuften Kiese

setzten sich hauptsächlich aus Inn-Schottersedimenten und Schwemmfächer-

ablagerungen von Bärenbach und Fallbach zusammen [1].

Darüber lagert eine mehrere Meter mächtige Schicht von Ausanden.

Der Grundwasserspiegel steht in unmittelbarer Nähe zum Inn, nur wenige Meter

unter der Geländeoberkante an. Durch die hydraulische Koppelung mit dem

Innwasserspiegel schwankt der Grundwasserspiegel mit bis zu 3 m stark.

Bindige und damit dichte Schichten sind in der Nähe des Bauhorizontes nicht

vorhanden. Die wasserführende Schicht reicht also sehr tief und hat eine

verhältnismäßig hohe Durchlässigkeit mit einem kf – Wert von ca. 10-2 bis 10-4 m/s.

Diese Umstände stellen für die Bauausführung eine hohe Herausforderung dar.

BauausführungFür die Auffahrung des Tunnels wurden zwei Startgruben ausgeschachtet. Von der

Grube Ost werden in westliche Richtung 520 m in Deckelbauweise aufgefahren. Von

der westlichen Startgrube aus werden insgesamt 1890 m Tunnel ebenfalls in

Deckelbauweise in beide Richtungen vorgetrieben. In östliche Richtung folgen dann

noch 430 m in bergmännischer Bauweise und Richtung Westen wird in offener

Bauweise ein Wannenquerschnitt hergestellt, aus dem die Trasse wieder nach

obertage führt.

- 23 -

Abbildung 11: Offene Bauweise (Foto: M. Gensel)

Im Folgenden werden die angewandten Bauverfahren im Einzelnen erläutert:

Offene Bauweise:

Insgesamt 1520 m Tunnel werden in offener Bauweise hergestellt. Davon werden

930 m als Kastenquerschnitt und 590 m als Wannenquerschnitt gefertigt.

Da der Baugrubenverbau vom Bauherrn nicht vorgeschrieben wurde, wählte die

ArGe einen Spundwandverbau mit einer Unterwasserbetonsohle.

Zunächst wurden die Bohlen für die Spundwand eingerammt, vergurtet und

verankert. Darauf folgte der Erdaushub unter Wasser. In einem weiteren Schritt

wurden in einem 3 x 3 Raster Gewi-Pfähle1 in die Sohle gerüttelt. Die Sohle wurde

mit Unterwasserbeton betoniert und mit Hilfe der Gewi-Pfähle rückverankert. Die

Baugrube wurde gelenzt und eine Filterschicht eingebracht.

Die Herstellung des Kasten- bzw. Wannenquerschnitts erfolgt konventionell mit

einem Schalungsbauwerk.

1 Stahlstäbe, die zur Rückverankerung in den Boden eingebracht werden

- 24 -

Deckelbauweise unter Druckluft:

Von 2410 m Strecke werden 1890 m unter Druckluft hergestellt.

Für die Baugrube wurde wieder der Spundwandverbau gewählt und die Grube

anschließend nur teilweise ausgehoben, da 2 gegenüberliegende überschnittene

Bohrpfahlwände hergestellt werden sollten. Darauf wurde der Deckel mit einem

Schalwagen betoniert. Danach wurden die Abdichtung und ein Schutzbeton

aufgebracht. Nach der Überschüttung des Deckels mit Erdmaterial konnten die

Spundwände gezogen werden.

Daher konnte der weitere Erdaushub untertage erfolgen.

Nun musste die Druckschleuseneinrichtung installiert werden. Die Schleuse besteht

aus einer Personen- und einer Materialschleuse.

Die Aushubarbeiten erfolgten unter maximalen Drücken von 1,35 bar.

Bergmännischer Vortrieb:

Die Strecke, die unter dem Bahnhof Fritzens verläuft, muss in bergmännischer

Bauweise hergestellt werden. Die Überdeckung von maximal 3 m stellt hierbei eine

besondere Herausforderung dar. Es wurden nur sehr geringe Verformungen von

maximal 20 mm Hebungen und 50 mm Setzungen zugelassen, damit die übertage

liegenden Gleise nicht beeinträchtigt werden. Dazu wurde ein empfindliches

messtechnisches Überwachungssystem installiert. Bei einer Verformung von 12 mm

erfolgte eine Alarmierung und der Schienenverkehr musste gestoppt werden.

Um die Hebungen und Setzungen so gering wie möglich zu halten, wird die Strecke

im Schutze eines kombinierten DSV2- und Manschettenrohrschirms aufgefahren.

Der obere Schirm über der Kalotte wird aus 14–18 Manschettenrohren gefertigt, die

18 m lang sind. Der Rohrschirm wird mit einer Zement-Bentonit-Suspension

verpresst. Neben den Manschettenrohren werden Entlastungsbohrungen

durchgeführt, um die Gefahr der Hebungen zu minimieren.

Für den darunter liegenden DSV1)-Schirm werden 50–60, 15m lange, horizontale

Säulen gedüst. Dazu werden perforierte Rohre in den Boden gebohrt. Durch die

rotierenden Rohre wird das Injektionsgut in die Erde gepresst. Auch an den Ulmen

werden solche Injektionsschirme hergestellt.

Eine weitere Sicherung wird durch ein so genanntes Niederduckdichtschott erreicht.

Dazu wird von der Ortsbrust aus eine 1,5 m dicke Wand injiziert.

2 Düsenstrahlverfahren; gleichbedeutend mit Hochdruckinjektion (HDI)

- 25 -

Dann kann der Vortrieb mit einer Abschlagslänge von 1,20 m erfolgen. Der

Querschnitt wird mit Gitterbögen und Stahlmatten gesichert. Zusätzlich werden die

Firste und die Ortsbrust mit Nassspritzbeton und Ankern gefestigt.

Abbildung 12: Baugrube mit Druckluftschleuse (Foto: M. Gensel)

Tunnelabdichtung:

Das Tunnelbauwerk wird mit einem komplexen 2-Schicht-Dichtsystem abgedichtet.

Das heißt, es werden sowohl außen- als auch innenliegende Fugenbänder

eingebaut.

Auf den Deckel werden 3 mm dicke Kunststoffdichtungsbahnen aus PVC inklusive

eines Schutzvlieses aufgebracht. Weiterhin werden Dehnfugen- bzw.

Abschlussfugenbänder in die Blockfugen eingebaut. Auch die Arbeitsfugen werden

mit entsprechenden Fugenbändern in Tunnellängsrichtung abgedichtet. Sämtliche

Fugenbänder sind aus PVC gefertigt.

Nach dem Einblasen von Druckluft untertage kam es zu einer Hebung des

Schutzbetons im Deckel um 1,5 m, da die Fugenbänder nicht luftdicht sind. Zur

- 26 -

Lösung dieses Problems wurde ein Entlüftungssystem in das Dichtsystem eingebaut,

bei dem Luftüberdruck abgelassen werden kann.

Stand der Baustelle Die Besichtigung des Bauloses erfolgte im Oktober 2007, also nach Ablauf einer

Bauzeit von zweieinhalb Jahren, was etwas mehr als der Hälfte der geplanten

Bauzeit entspricht.

Die Übertage-Bauarbeiten im Zusammenhang mit der Deckelbauweise waren zu

diesem Zeitpunkt fast abgeschlossen; die untertägigen Arbeiten zur Deckelbauweise

waren bereits auf einer Länge von ca. 1000 m ausgeführt, dies entspricht einem

Baufortschritt von fast 50 % der Arbeiten in der Deckelbauweise. Ebenfalls weit

voran geschritten waren die Abschnitte, welche in offener Bauweise erstellt werden,

hier sind bereits 2/3 fertig gestellt.

Die Arbeiten an der westlichen Baulosgrenze (Wannenbauwerk und Verknüpfung mit

der Bestandsstrecke in Baumkirchen) sind hingegen noch nicht weit fortgeschritten,

aber die Erstellung des Wannenbauwerkes ist zurzeit in vollem Gange. Bei der

Besichtigung dieses Bauabschnitts konnten wir uns ein Bild von den verschiedenen

Arbeitsschritten, die für die Erstellung des Wannenbauwerks erfoderlich sind

(Herstellung der UW-Betonsohle, Lenzen der Baugrube), machen.

KostenDie festgelegte Auftragssumme beträgt wie bereits erwähnt 139 Mio. €. Der

Sondervorschlag der Arbeitsgemeinschaft, im Bereich des Bahnhofes Fritzens die

offene Bauweise zu wählen, wurde abgewiesen. Lediglich die Wahl eines geeigneten

Baugrubenverbaus wurde dem Auftragnehmer überlassen.

Den Ausführungen des Vortragenden war zu entnehmen, dass die angetroffenen

geologischen Gegebenheiten für die Bauausführung etwas schwieriger als erwartet

angetroffen wurden, so dass sich die Gewinnmarge der Bauunternehmen verkleinern

könnte.

AusblickDie Realisierung des Brenner-Basistunnels ist noch in weiter Ferne, vor allem, weil

die Finanzierung und der wirtschaftliche Nutzen noch nicht abgesichert sind. Doch

auch ohne den Brennerbasistunnel erfüllt die neue Unterinntalbahn ihren

- 27 -

Hauptzweck, da sie vor allem die dringend benötigte Kapazitätserweiterung der

Eisenbahnstrecke zwischen Wörgl und Baumkirchen bringen soll. Dieser Abschnitt

zwischen Wörgl und Baumkirchen gilt schon lange als ein Nadelöhr, weil die

Bestandsstrecke hier nur zweigleisig verläuft und schon heute fast zu 100 %

ausgelastet wird. In Zukunft wird jedoch mit einer deutlichen Erhöhung des

Schienenverkehrs gerechnet.

Ein weiterer wichtiger Grund für den Bau der großen Anzahl an Tunnels im

Unterinntal ist die Lärmreduzierung, der vor allem durch die Güterzüge verursacht

wird, wovon wir uns selbst überzeugen konnten. Dies ist für die weitere Entwicklung

der Tourismus-Wirtschaft in der Ferienregion Unterinntal ein weiterer entscheidender

wirtschaftlicher Aspekt.

Quellenverzeichnis:

Brenner Eisenbahn GmbH, Internetpräsenz

6. Neubautrasse der Unterinntalbahn - Baulos H8 (Jenbach)

Von: Claudia Vejrazka

Marcello Miglio

Die Hauptbaumaßnahme H8 für die Eisenbahnstrecke der Brennerzulaufstrecke

Nord erstreckt sich von der Verknüpfungsstelle Stans in unmittelbare Nachbarschaft

der Stadt Jenbach im Westen über eine Gesamtlänge von etwa 5190m bis östlich

von Jenbach, wo die Neubaustrecke in das Baulos „Tiergartentunnel“ (H3-6), einen

in konventioneller Tunnelvortriebsweise erstellten Bauabschnitt, übergeht. Der

Bauauftrag hat ein Gesamtauftragsvolumen von 150,8Mio. Euro und wurde von der

Brenner Eisenbahngesellschaft (BEG) an die Arge „Tunnel Jenbach“ bestehend aus

den Firmen Züblin, Hochtief und Strabag vergeben. Hierbei hält die Strabag die

technische, Hochtief die kaufmännische sowie Züblin die cotechnische

Geschäftsführung. Die Arge „Tunnel Jenbach“ wiederum setzt als Subunternehmer

eine Arge bestehend aus den Firmen Insond und Bauer zur Koordinierung der

Belange des Spezialtiefbaues ein, wobei Bauer für die Spundwand- und

Ankerarbeiten zuständig ist und Insond die Injektionsmaßnahmen koordiniert.

- 28 -

GeologieDer überwiegende Teil des Bauloses H8 liegt in den schluffig-sandigen Lagen der

Innkies-Schotterflächen (braun, Abbildung 13). Nur im östlichsten Teil des Bauloses

variiert die Geologie beträchtlich. Zunächst werden Schluffe und Tone angetroffen,

die sich extrem problematisch auf die Aufbereitung der Bentonit-Austragsgut-

Suspension auswirken, da es nur mit sehr hohem Aufwand bzw. teilweise gar nicht

möglich ist, die Tone (blau) aus der Suspension rückzugewinnen. Auf den letzten

260 Metern des Vortriebs werden zudem linksseitig am Hydroschild Wettersteinkalke

(rosa) angetroffen, die eine rechtsseitige Injektion erforderlich machen, um das

Abdriften von der vorgegebenen Vortriebsrichtung des Hydroschildes zu verhindern.

Die Überdeckung des zukünftigen Tunnels liegt zwischen etwa drei Meter und 19m,

wobei allerdings zu bedenken ist, dass die gewachsene Überdeckung teilweise

erheblich weniger beträgt. So etwa im Bereich des Bahnhofes Jenbach, wo nur etwa

zehn Meter der Überdeckung aus gewachsenem Material besteht.

Abbildung 13: Geologisches Profil und Tunnelverlauf im Baulos H8 [ARGE Jenbach, 2007]

Bauverfahren Im Wesentlichen kommen zwei verschiedene Bauverfahren zur Anwendung. Der

westliche Teil des Bauloses wird in offener Bauweise als Tunnel bzw. Rampe auf

840m Länge ausgeführt. Die restlichen 3467m werden im Hydroschildvortrieb mit

einer Tunnelbohrmaschine (TBM) der Firma Herrenknecht bewältigt.

- 29 -

Offene Bauweise

Der Ablauf zur Herstellung der Rampe in offener Bauweise im westlichen Bereich

des Bauloses, deren Funktionalität darin besteht den Zugverkehr ausgehend von der

Verknüpfungsstelle Stans wieder in den Untergrund zu leiten, gestaltet sich

folgendermaßen: Zuerst werden in kastenförmiger Geometrie angeordnete

Spundwände in den Boden gerammt und das anstehende Material, in diesem Falle

die fluviatilen Sedimente des Inns, bis zur gewünschten Endteufe ausgebaggert

(Abbildung 14). Anschließend wird in der so entstandenen Baugrube, die bis zum

Grundwasserspiegel mit Wasser gefüllt ist, Unterwasserbeton eingebracht. Hierbei

werden zuvor noch vertikale Mikropfähle (Gewiss) in den Baugrund eingebaut, um

den auf die Betonsohle wirkenden Auftriebskräften im Grundwasserhorizont

entgegenzuwirken. Nachdem der Unterwasserbeton fünf Tage ausgehärtet ist, kann

die fertige Baugrube entstehen, indem das Baugrubenwasser abpumpt wird und

durch die erhärtete rückverankerte Unterwasserbetonsohle kein Grundwasser mehr

nachsickern kann. Um die Statik der Baugrube weiter zu verbessern werden auch die

Spundwände rückverankert und durch rundherum angebrachte Stahlprofile verstärkt

– man spricht deshalb von gegurteten Spundwänden.

Abbildung 14: Ausgehobene Baugrube vor Ablassen des Grundwassers [Foto: C. Vejrazka]

- 30 -

Anstelle des eingesetzten Spundwandverbaus wurde in der Startbaugrube für die

TBM, dass etwa zwanzigmal teurere Bohrpfahlverfahren genutzt, wobei die

Spundwände durch bewehrte Betonbohrpfähle ersetzt werden. Die Bewehrung

erfolgt hier mit Glasfasern. Dies bietet den Vorteil, dass die Bohrpfahlwand beim

Andrehen der TBM problemlos durchfahren werden kann, ohne das es zu vermehrter

Abnutzung der Schildwerkzeuge mit den damit verbundenen

Instandsetzungsmaßnahmen kommt, wie es im Falle einer Stahlbewehrung zu

erwarten wäre.

Schildvortrieb

Die Schildauffahrung wird von der Startbaugrube am östlichen Teil des offenen

Abschnittes aus weiter in östliche Richtung mit einem Durchmesser von 13m

ausgeführt, wobei ein Ringspalt zwischen Hydroschild und umliegenden Boden von

etwa 15cm entsteht, der später mit einer Zementsuspension verpresst wird. Da

Flussschotter durchfahren werden, wurde das Schild, welches zuvor auf einer

Tunnelbaustelle in Kuala Lumpur tätig war, bei der Revision auch darauf ausgelegt

größere Felsblöcke zu zerkleinern. Aufgrund der geringen Überdeckung ist nur mit

relativ niedrigen Wasserdrücken zu rechnen. Deshalb wird mit Arbeitsdrücken

zwischen 2,5bar bis etwa 3.5bar in der Druckkammer des Hydroschildes gearbeitet.

Jedoch ist zu beachten, dass durch die räumliche Nähe der Baustelle zum Inn die

gesamte Auffahrung im Grundwasser erfolgt. Die gesamte installierte Leistung zur

Betreibung des Schildvortriebs und der dazu gehörigen Aufbereitungsanlage beträgt

zehn Megawatt mit einen Jahresverbrauch von etwa 45GWh, der jedoch mit den

vorgefundenen Bodengegebenheiten, besonders den Anteil an tonigen Materialien,

variieren kann.

- 31 -

Abbildung 15: Blick entlang der TBM in Richtung Schneidrad [Foto: U. Glaubach]

Das Schild wird „fliegend“ angefahren, ein Verfahren, welches bei 13m Schilden bis

jetzt noch nicht eingesetzt wurde. Es wurden Widerlager in der Startbaugrube

installiert (Abbildung 15), über die sich das Hydroschild beim Anfahren abdrücken

kann. Um die nach dem Anfahren anstehende geringe Überdeckung, mit der auch

die Inntalautobahn A12 unterquert wird, zu meistern, soll eine DSV-Haubeninjektion

erfolgen, welche neben der Stützfunktion auch verhindern soll die unter Überdruck

stehenden Bentonitsuspension ins Nebengestein oder sogar bis zur Tagesoberfläche

entweichen zu lassen. Um dieses zu vermeiden wird bei Schildvortrieben

normalerweise darauf geachtet, dass die Überdeckung mindestens einen

Schilddurchmesser, also in diesem Fall 13m, beträgt. Aufgrund der baulichen

Erfordnisse ist dies hier nicht möglich und es müssen die entsprechenden

Sicherungsmaßnahmen getroffen werden. Der 250m lange Bereich der

Autobahnunterquerung wird zudem mit einem Schlauchwagenmesssystem

überwacht, welches bei einer Setzung zwischen einem und fünf Millimeter eine

Vorwarnung sendet. Dies ist in sofern sehr sicher, da davon ausgegangen wird, dass

Setzungen bis etwa einen bis zwei Zentimeter problemlos vom Unterbau der

Autobahn ausgeglichen werden können.

- 32 -

Nach der Unterquerung der Inntalautobahn verläuft der Tunnel in direkter

Nachbarschaft zum Inn. An dieser Stelle betragen die seitlichen Überdeckungen bis

zum Fluss teilweise nur sechs bis sieben Meter, so dass die richtige Regulierung des

Arbeitsdruckes in der Arbeitskammer in diesem Bereich besonders wichtig ist. Gleich

im Anschluss an diesem Bereich erfolgt die Unterquerung eines TIWAG-

Unterwasserkanals, welcher ebenfalls mit einer Injektionshaube gegen Setzungen

gesichert wird.

Daraufhin erfolgt eine weitere Autobahnquerung, welche jedoch im Gegensatz zur

ersteren erheblich unbedenklicher ist, da die Überdeckung an dieser Stelle größer

ausfällt. Eine weitere Injektionshaube ist nochmals im Bereich der Bahnstrecke an

der Grube Gubert notwendig. Zuletzt sind noch die bereits oben beschriebenen

Injektionsbohrungen zur Erhöhung des rechtsseitigen Schildwiderstandes im Bereich

des Wettersteinkalkes notwendig.

Abbildung 16: Besichtigung im Innern des Schildes [Foto: U. Glaubach]

Im Nachgang des Vortriebs setzt das Hydroschild gleichzeitig die sieben 50cm

dicken Tübbinge (13t) und den Schlussstein (2,5t), die als erster Ausbau eingebracht

werden. Später erfolgt noch die Betonierung einer 25cm dicken Brandschutzschale

aus Ortbeton. So entsteht letztendlich ein lichter Querschnitt des Tunnels von elf

Metern.

- 33 -

Als Flucht- und Rettungswege werden über die Tunnellänge des Bauloses verteilt

sieben Rettungsschächte in offener Bauweise ähnlich dem oben beschriebene

Tunnelabschnitts erstellt. Die Anbindung der Rettungsschächte an den Haupttunnel

erfolgt mittels Rettungsstollen von denen sechs im Rohrvortrieb und ein

Rettungsstollen in bergmännischer Auffahrung, d.h. mittels Bohr- und Sprengvortrieb

erstellt werden. Alle Stollen haben einen Durchmesser von 5m. Die Stollen im

Rohrvortrieb werden ebenfalls mittels eines kleineren Hydroschildes aufgefahren,

wobei der Ausbau als ganze Rohrsegmente vom Schacht aus in den Stollen

gepresst wird. Somit ist in den Rettungsstollen zwar kein Bewehrungs-, aber doch

zumindest ein Dichtungsanschluss vorhanden. Zusätzlich verbleiben die

Verschraubungen zwischen den Rohrsegmenten als ergänzende

Sicherungsmaßnahme.

BefahrungZur Zeit unserer Befahrung am 3.Oktober 2007 befand sich die TBM in der

Endmontage in der Startbaugrube und das Andrehen war für Ende dieses Jahres

geplant. Zudem war ein Teil der Baugruben in offener Bauweise unmittelbar westlich

der Startbaugrube bereits ausgehoben, welche jedoch bis auf die unmittelbar

angrenzende Baugrube noch mit Grundwasser gefüllt waren. Westlich der

Baustellenanschlussstelle der Inntalautobahn befanden sich weitere Baugruben in

Vorbereitung bzw. bereits im Aushub. Desweiteren befand sich auch die

Aufbereitungsanlage für die Stützflüssigkeit des Hydroschildes noch im Aufbau. Zur

Aufbereitung werden Rüttelsiebmaschinen, Zyklone und für die Feinstfraktionen

Zentrifugen und Bandpressen im Einsatz sein.

- 34 -

Abbildung 17: Hydro-Zyklone zur Aufbereitung der Stützsuspension [Foto: U. Glaubach]

Zudem wird die Suspension bei zu starker Verunreinigung mit tonigen Bestandteilen

durch Zugabe von Frischsuspension wieder aufgewertet. Das abgepumpte Wasser

aus den Absetzbecken muss vor der Einleitung in den Vorfluter mit CO2 versetzt

werden um es zu neutralisieren und die Umwelt damit möglichst wenig zu belasten.

Die abgeschiedenen Kiese werden an die Betonindustrie als Zuschlagsstoffe

verkauft, wobei sie allerdings aufgrund der Bentonitreste eine relativ geringe Qualität

aufweisen.

Nachdem wir uns ein Bild von der Situation auf der Baustelle machen konnten,

bestand noch die Möglichkeit die Produktionsanlage für die Tübbinge in unmittelbarer

Nähe der Baustellte zu befahren. Die Anlage verfügte über 24 Formen mit denen

gleichzeitig drei vollständige Tübbingringe hergestellt werden können. Dazu werden

die geflochtenen Stahlbewehrungen in die entsprechenden Formen gegeben, welche

später mit Beton der Festigkeitsklasse B60 und einem Wasser/Zement – Verhältnis

von 0,4 unter Rüttelbewegungen und mit Zuhilfenahme eines Betonfließmittels zur

Vermeidung von Hohlräumen aufgefüllt werden. Nachdem die Tübbinge vollständig

erhärtet sind, werden in die seitlichen Fugen Gummidichtungen angeklebt

(Abbildung 18) um später ein Eindringen von Wasser durch die Fugen in den Tunnel

zu vermeiden. Die sieben Tübbinge plus Abschlusstübbing bilden zusammengebaut

- 35 -

einen konischen Ring mit etwa drei Zentimeter Breitendifferenz über den Ring

verteilt. Damit wird es möglich durch die entsprechende Anordnung der Tübbinge

sämtliche notwendigen Raumkurven im Tunnel zu realisieren.

Abbildung 18: Anbringen der Gummidichtung an den Tübbing [Foto: C. Vejrazka]

Obwohl diese Baustelle besonders aus ingenieurtechnischer und auch geologischer

Sicht, wegen der dort vorherrschenden extremen Randbedingungen und der damit

verbundenen Probleme des Tunnelvortriebes sehr interessant ist, sollte dennoch

nicht vergessen werden, dass die ausführenden Bauunternehmen versuchen mit

diesem Projekt einen Gewinn zu erwirtschaften. Der heutige Konkurrenzdruck

verbunden mit den damit notwendigen knapp bemessenen Kalkulationen in der

Vergabephase, die selten einen Riskozuschlag beinhalten, führen allerdings dazu,

dass gerade bei Projekten, die an die Grenzen des heute technisch machbaren

stoßen, Gewinne eher die Ausnahme als die Regel bedeuten. In diesem Sinne ist

den beteiligten Unternehmen nur zu wünschen, dass alle technischen

Herausforderungen gut gemeistert werden. Dazu ein herzliches Glück Auf von den

Studenten des Institutes für Bergbau und Spezialtiefbau der TU Bergakademie

Freiberg, verbunden mit dem Dank, dass uns die Befahrung dieses interessanten

Projektes des europäischen Eisenbahnfernverkehrs ermöglicht wurde.

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7. Gotthard-Basistunnel riffs Sedrun (4. Oktober 2007)

Von: Thomas Löffler

Enrico Zeitler

ortlich für das gesamte

hiene sollen nicht nur der zeitweilig

berlastete Gotthard-Straßentunnel sondern die gesamte Nord-Süd-Achse vom stark

Schachtfüßen werden nach Norden und Süden je zwei Tunnelröhren sowie alle

Besichtigung des Zwischenang

AllgemeinesDer Gotthard-Basistunnel wird nach seiner voraussichtlichen Fertigstellung Ende

2016 mit 57 km der längste Tunnel der Welt sein. Verantw

Projekt ist die AlpTransit Gotthard AG, welche eine hundertprozentige

Tochtergesellschaft der Schweizerischen Bundesbahnen ist.

Ziel des Projektes ist es, die Transportleistung auf der Schweizer Nord-Süd-Achse

auf 40 Mio. Tonnen Güter nahezu zu verdoppeln. Gleichzeitig erfolgt die

Umgestaltung zur Flachbahn. Der Scheitelpunkt der derzeitigen Strecke liegt etwa

600 m höher als der des Gotthard-Basistunnels. Dadurch kann die Nutzlast der

Güterzüge erheblich erhöht werden und es werden durch den Wegfall größerer

Steigungen keine zusätzlichen Schlepplokomotiven mehr nötig sein. Durch diese

Umverlagerung des Güterverkehrs auf die Sc

ü

wachsenden Schwerverkehr entlastet werden.

Neben dem Nordportal in Erstfeld und dem Südportal in Bodio gibt es noch drei

Zwischenangriffe in Amsteg, Sedrun und Faido (von Nord nach Süd).

Der Teilabschnitt Sedrun mit seinen zwei rund 7,5 km langen Tunnelröhren stellt eine

besondere Herausforderung im Rahmen des Tunnelprojektes dar. Sowohl der

Vortrieb in schwierigen geologischen Zonen als auch die Versorgung der Baustelle

über einen Vertikalschacht von 800 m Tiefe stellen hohe Anforderungen an Mensch

und Maschine. Seit Februar 2004 steht ein zusätzlicher Schacht, der ebenfalls mit

einer Schwerlastförderanlage ausgerüstet ist, zur Verfügung. Der zweite Schacht hat

den Vorteil, dass der Abtransport des Ausbruchmaterials vom Transport der

Maschinen, Geräte und des Baumaterial entkoppelt werden konnte. An den

- 37 -

320 m Querschläge konventionell ausgebrochen. Der Vortrieb erfolgt im wenig

standfesten Fels des Tavetscher Zwischenmassivs bei ca. 2000 m Überlagerung. Im

Teilabschnitt Sedrun entsteht gleichzeitig eine der beiden Multifunktionsstellen des

neuen Gotthard-Basistunnels. Diese dient als Nothaltestelle und beherbergt

bahntechnische Einrichtungen.

Abbildung 19: Schematische Darstellung des Zwischenangriffs Sedrun [Grafik: Alptransit]

wichtigsten Informationen des Abschnitts Sedrun kurz

Länge im Abstand von 50 m

ltestellen

Amsteg): 17.10.2007

aulosgrenze

en)

Fertigstellung der Betonarbeiten und Innenausbau: bis 2010

Im Folgenden die

zusammengefasst:

2 Tunnelröhren mit rund 7,5 km

Querverbindungen alle 320 m

Multifunktionsstelle mit 2 Notha

Auftragssumme: 1,4 Mrd CHF

Personalbestand: max. 650 Mitarbeiter

Installationsarbeiten: Mai 2002 bis Oktober 2003

Beginn Sprengvortrieb: Juli 2003 (Nord) und August 2004 (Süd)

Durchschlag im Norden (Richtung Teilabschnitt

(Weströhre), Oströhre wenige Meter vor Durchschlag

Durchschlag im Süden: voraussichtlich 2010 (Verschiebung der B

um 1 km nach Süden, um Rückstand in Faido zu kompensier

- 38 -

Geologische Verhältnisse Der Teilabschnitt Sedrun führt durch das Tavetscher Zwischenmassiv sowie durch

Teile des Aar- und des Gotthard-Massives. Die Massive bestehen aus so genanntem

erfuhr in der alpinen Gebirgsbildung im nördlichen Teil starke

Deformationen.

Altkristallin (vorwiegend Gneise) und sehr alten eingedrungenen Granitkörpern.

Das Tavetscher Zwischenmassiv setzt sich aus unterschiedlichen Gesteinen

zusammen: Gneise (Quermuskovit-Gneis) wechseln mit weichen Phylliten und

Schiefern ab. Sie ergeben eine steil stehende, sandwichartige Abfolge weicher und

harter Gesteine. Dieses Massiv ist zwischen dem Aar- und dem Gotthardmassiv

eingeklemmt. Es

Abbildung 20: Verlauf der Geologie im Bereich des geplanten Basistunnels

Südlich des Tavetscher Zwischenmassivs befindet sich die Urseren-Garvera-Zone,

das aus deformierten Sedimentgesteinen besteht. Diese Meeresablagerungen

bedeckten ursprünglich als Sediment das Gotthard-Massiv. Durch intensive

tektonische Bewegungen während der Gebirgsbildung wurde dieses Gestein wie ein

Keil zwischen dem Tavetscher Zwischenmassiv und dem Gotthard-Massiv

e

eingeklemmt.

Die intensiven Wechselfolgen von weichen und härteren, zum Teil tektonisch

zerbrochenen kristallinen Gesteinen im Tavetscher Zwischenmassiv sind für di

- 39 -

Tunnelbauer die größten Herausforderungen beim Bau des Gotthard-Basistunnels.

Abbildung 21: Über assiv in der nordwestlichen Tunnelröhre [Foto: U. Glaubach]

eschuttert. Im Folgenden eine kurze Erläuterung der einzelnen

rbeitsschritte:

gang vom Tavetscher Zwischenmassiv zum standfesteren Aar-M

VortriebIm Gebirge mit mittlerer bis hoher Festigkeit arbeiten sich die Tunnelbauer mit

Bohren und Sprengen durch den Fels. Diese klassische Vortriebsart, welche auch

als konventioneller Sprengvortrieb bezeichnet wird, beinhaltet Bohren, Laden,

Sprengen, Lüften, Schuttern und Sichern. Je nach Gesteinsqualität wird erst nach

dem Sichern g

A

Bohren

Mit Hilfe von mehrarmigen, elektronisch gesteuerten Bohrjumbos wurden ca. 4 m

lange Löcher in die Ortsbrust gebohrt. Insgesamt werden 120 bis 140 solcher

ohrlöcher nach einem definierten Sprengschema angeordnet. B

Laden

Parallel zum Bohren wird Emulsionssprengstoff in die Bohrlöcher gepumpt. Der

Sprengstoff besteht aus drei Komponenten, die aus Sicherheitsgründen erst an der

- 40 -

Ortsbrust gemischt werden, und wird von einem Spezialfahrzeug befördert.

Sprengen

Bei der eigentlichen Sprengung erfolgen die ersten Zündungen in der Mitte der

Ortsbrust, um einen Sprengkern herzustellen. Danach folgen innerhalb von

Sekundenbruchteilen weitere in Kreisbahnen um den Kern angeordnete Ladungen.

ie Sprengungen erfolgen üblicherweise zu den Schichtwechseln. D

Lüften

Da die Luft in der Umgebung der Ortsbrust nach der Sprengung einen geringen

Sauerstoffgehalt und eine erhöhte Konzentration giftiger Gase aufweist, erfolgt eine

verstärkte Bewetterung an der Ortsbrust. Deren Aufgabe ist es, die Mineure mit

rischluft zu versorgen sowie Staub und giftige Gase abzuführen. F

Schuttern

Das Ausbruchmaterial wird mit Fahrladern aufgenommen und in Schutterwagen der

Stollenbahn verladen zum Schachtfuß gefördert und Übertage gefördert

(Nordvortriebe). Bei den Südvortrieben erfolgt die Förderung zu den

chachtaufzügen mittels Förderbandanlagen. S

Sichern

Der durch die Sprengung geschaffene Hohlraum wird mittels Anker und Spritzbeton

gesichert. Die Anker können bis zu 9 m lang sein und werden mit Hilfe von

Bohrjumbos ins Tunnelgewölbe eingebracht, um die Tragwirkung des Gebirges zu

verstärken. Das Aufbringen des Spritzbetons versiegelt die Oberfläche und

e Hohlräume

die Tendenz zeigen, sich ohne Gegenmaßnahme wieder zu schließen.

verbessert das Gebirgstragverhalten.

Im Tavetscher Zwischenmassiv Nord wurden aber zudem noch Spezialvortriebe

nötig, um die druckhaften Zonen überhaupt durchfahren zu können. Vor allem die

Ausbruchsicherung musste deutlich erweitert werden, da ausgebrochen

- 41 -

Abbildung 22: Sicherungsarbeiten an der Ortsbrust der nordöstlichen Tunnelröhre [Foto: U. Glaubach]

Bei der kreisförmigen Ausbruchgeometrie erfolgte ein radialer Mehrausbruch von bis

zu 70 cm, um kontrollierte Deformationen zuzulassen. Dies führte teilweise zu einer

Verdopplung der Ausbruchquerschnitten gegenüber dem Normalfall auf bis zu

135 m². Die Ortsbrust wurde systematisch mit langen Horizontalankern gesichert. Die

erste Ausbruchsicherung erfolgte mit zwei ineinander liegenden Stahlringen, die über

Gleitverbindungen miteinander verbunden wurden und den Tunnelquerschnitt

abstützen sollen, wobei gewisse Deformationen zugelassen werden konnten.

Außerdem wurden zusätzliche Anker in die Tunnelwand eingebracht. Nach dem

Abklingen der Deformationen, die sich teilweise über Tage hinweg erstrecken

können, wurden starre Stützmittel in Form von Spritzbeton mit Bewehrung eingebaut.

Im rückwärtigen Teil wurden systematisch Zusatzanker gesetzt und es erfolgte ein

zusätzlicher Stahleinbau.

Das gewählte Konzept des deformierbaren Stahleinbaus wurde bisher in diesen

Dimensionen noch nirgends umgesetzt. Um dazu bessere Erkenntnisse zu erhalten,

wurden auf der Baustelle umfangreiche Großversuche durchgeführt.

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Logistik, Materialbeschaffung und UmweltschutzDer Zwischenangriff Sedrun stellt nicht nur wegen den schwierigen geologischen

Verhältnissen, sondern auch aufgrund der anspruchsvollen Logistik für die

Tunnelbauer eine besondere Herausforderung dar.

Abbildung 23: Der Zugang über 2 Schächte stellt eine große logistischer Herausforderung dar [Foto: U. Glaubach]

Materialien wie Zement oder Stahl werden mit der Eisenbahn auf die Baustelle

Sedrun gebracht. Dadurch werden zusätzliche Lärm- und Abgasemissionen für die

umliegenden Dörfer vermieden.

Das für den Vortrieb und den Tunnelausbau benötigte Material sowie die

eingesetzten Maschinen und Geräte werden über den 1 km langen Zugangsstollen

und die 800 m tiefen Schächte I und II in die Schachtfußkaverne transportiert. Der

Schacht II wurde mit einer Schwerlastförderanlage ausgerüstet, damit der Betrieb

des Schachtes I durch den Transport sperriger Materialien wie Gleise, Rohre,

Maschinen und Geräte nicht behindert wird.

Die Wagen mit dem ausgebrochenen Material werden am Schachtfuß

vollautomatisch in den Lift geschoben und anschließend nach oben zum Schachtkopf

gefördert. Für die 800 m benötigt der Lift mit seinem leistungsstarken Antrieb

lediglich 1 Minute 20 Sekunden. Beim Schachtkopf werden die Wagen wieder

zusammengekoppelt und von einer Lokomotive durch den Zugangsstollen ins Freie

- 43 -

transportiert, wo das Ausbruchmaterial in eine Brechanlage gekippt wird. Die leeren

Wagen werden über den Lift wieder zum Schachtfuß gebracht.

Rund 4,3 Mio. Tonnen Ausbruchmaterial fallen beim Bau des Teilabschnittes Sedrun

an. Davon werden rund 1,8 Mio. Tonnen vor Ort zu hochwertigen

Betonzuschlagsstoffen verarbeitet und als Rohstoff für die Zubereitung von Spritz-

und Ortbeton verwendet.

Das Ausbruchmaterial, welches nicht als Zuschlagstoff aufbereitet werden kann, wird

mit Förderbändern ins Val Bugnei transportiert.

Die Luft wird untertage durch Staub, Sprengschwaden und Abgase von

Baumaschinen und Geräten belastet. Neben den üblichen Lüftungsanlagen wird

deshalb durch den Einsatz von Russpartikelfilter und schwefelarmen Treibstoff

versucht, die Luftbelastung im Tunnel möglichst niedrig zu halten.

Da das in den Tunnel eintretende Bergwasser durch die Vortriebsarbeiten

verschmutzt wird, muss es gereinigt werden, bevor es in den Freispiegelstollen des

Kraftwerkes Vorderrhein eingeleitet werden kann. Dazu wird das Bergwasser von

den Vortrieben zum Schachtfuß gepumpt. Dort wird das Wasser entschlammt und in

großen Stapelbecken gesammelt, bevor es mittels Hochdruckpumpen zum

Schachtkopf gepumpt wird. Übertage erfolgt in einer Aufbereitungsanlage dann die

definitive Reinigung des Bergwassers.

Ein herzliches Dankeschön an Herr Schellig von IG GBTS (Bauleitung Sedrun) und

Frau Dr. Heidenreich von der Lombardi AG, die uns bei der Führung untertage

einmalige Einblicke in die Arbeiten am Gotthard-Basistunnel ermöglichten und offen

für unsere Fragen waren.

An dieser Stelle sei auch der AlpTransit Gotthard AG für die Einladung zum

Mittagessen gedankt.

- 44 -

8. Besichtigung Zwischenangriff Amsteg

Von: Christian Gerber

René Frank

Sabine Klemm

Der Gotthard Basistunnel soll die Orte Erstfeld im Norden und Bodio im Süden auf

einer 57km langen Neubaustrecke verbinden. Somit wird es der längste Tunnel der

Welt. Zusammen mit dem Zimmerberg Basistunnel und dem Ceneri Basistunnel wird

ein zeitgemäßer Alptransit verwirklicht.

Die Einteilung der Bauabschnitte erfolgte beim GBT in 5 Teillose, wobei der

Zwischenangriff Amsteg den zweiten Abschnitt darstellt. Er befindet sich südlich von

Erstfeld und verbindet die Strecke mit Sedrun. Auf einer Länge von 11,4km wird eine

maximale Überdeckung von 800m erreicht. Dies führt zu Gebirgstemperaturen von

bis zu 40°C. Der Gotthard Basistunnel wurde notwendig, da die bereits vorhandene

Strecke mit 170 Zügen pro Tag zum Teil stark überlastet ist. Mit Fertigstellung der

drei Tunnel wird die Kapazität auf täglich 300 Züge erhöht; darunter Personen- &

Güterverkehr (Mischbetrieb).

Abbildung 24: Bauabschnitt Amsteg [Grafik: Alptransit]

Ferner ergibt sich aus der neuen Streckenführung zwischen Zürich und Mailand eine

Zeitersparnis von über einer Stunde, was etwa einem Drittel der jetzigen Fahrzeit

entspricht.

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Geologie

Abbildung 25: Aufschlussbohrungen Streckenabschnitt Amsteg - Sedrun

Die bei der Bohrung SB 3.2 angetroffene Geologie ist im Wesentlichen

charakteristisch für die Alpen. Es wurden Gesteine des Aar-Massives sowie des

Tavetscher-Zwischen-Massives erbohrt, die wie folgt vorliegen:

Teufe Gestein Eigenschaften / Genese Festigkeit

256m Kakirit

Tektonisch, spröd überprägter Schiefer. Durch spätalpine

Bewegungen wurde das Gestein bis unter die Mineralkorngröße

zerbrochen (Gesteinsmehl).

Fels mit geringer Festigkeit

350m Lehmkakirit

Tektonisch, spröd überprägtes Gestein. Durch spätalpine

Bewegungen wurde das Gestein bis zur Silt- / Tonfraktion

zermahlen (Gesteinsmehl).

Fels mit geringer Festigkeit

557m Migmatitgneis / Quermuskovitgneis

Glimmergneis, der vor rund 50 Mio. Jahren bei mehr als 700°C

und 6-8kbar Druck metamorphisiert wurde.

Standfester, harter Fels

1150m Glimmerschiefer

Ehemals toniges Sedimentgestein, das während

der alpinen Gebirgsbildung umgewandelt wurde.

Fels mit mittlerer bis geringer Festigkeit

Tabelle 1: Aufschluss nach Bohrung 3.2 (laut Informationstafel) A

- 46 -

Die festen Gesteine, wie Gneis und Glimmerschiefer, treten innerhalb der

Tunnelachse gehäuft auf. Folglich wurden die Tunnelbohrmaschinen auf diese

harten Formationen ausgelegt, was eine Durchfahrung des extrem weichen Kakirits

jedoch erheblich erschwerte. Diese Zonen mussten daher mit extremen

Sicherungsmaßnahmen aufgefahren werden.

Das ausgebaute Material wird zum größten Teil zur Rekultivierung (ca. 75%) wieder

verwendet, oder findet als Betonzuschlagsstoff (ca. 20%) sowie in der Bauindustrie

Verwendung. Die Rekultivierungsmaßnahmen umfassen sowohl das Aufschütten von

Inseln im nahe gelegenen See als auch das Auffüllen von Senken und alten

Steinbrüchen.

Das nicht nutzbare Material wird auf Inertdeponien abgelagert.

Vortrieb

Zur Auffahrung der Teilstrecke Amsteg wurden größtenteils Gripper-

Tunnelbohrmaschinen (TBM) der Firma Herrenknecht AG mit einem

Bohrdurchmesser von 9,58m verwendet.

Diese werden beim tübbinglosen Ausbau eingesetzt, welcher im Falle des Abschnitts

Amsteg mittels Spritzbeton erfolgte. Um dennoch die für den Vortrieb erforderliche

Abstützung zu gewährleisten, werden die Gripper ähnlich wie Bremsbacken an die

Tunnelwandung angepresst. Somit wird ein stabiles Auflager realisiert.

Abbildung 26: Gripper TBM (1 - Gripper, 2 - Rinkerektoren, 3 - Ankerbohrgeräte, 4 - Netzversetzeinrichtung)

- 47 -

Weiterhin kann die Strecke mit Felsankern, Netzen und Bögen gesichert werden.

Entscheidender Vorteil der Gripper-TBM besteht darin, dass Sicherungsmaßnahmen

direkt hinter dem Bohrkopf ausgeführt werden können. Dazu dient der in Abb. 26

markierte Arbeitsbereich.

Durch den Einsatz von 10 Motoren wurde am Bohrkopf eine Antriebsleistung von

3500kW erzielt, dies entspricht etwa 4750 PS. Somit ist eine Vortriebsleistung von

35-40m pro Tag theoretisch möglich; sie lag im harten Gestein jedoch im Schnitt nur

bei 20m täglich.

Die für die Auffahrung der beiden Röhren in Amsteg eingesetzten TBM (Gabi I und II)

hatten eine Gesamtlänge von 441m und waren mit 62 Disken bestückt.

Die restlichen 185m Tunnelvortrieb wurden in sehr anspruchsvollem Gestein mittels

Bohr- und Sprengverfahren fertig gestellt.

AusbauDer Ausbau der Tunnelstrecke erfolgt in Teilabschnitten:

Auftragen einer 15-25cm dicken Spritzbetonschicht

Einbau einer Ortbetonsohle mit Aussparungen für die Bergwasserleitung

beidseitiges Anbringen der Gewölbedrainage mit Abdichtung

Betonage der Gewölbefüße

Einsetzen der Regenschirmabdichtung

Aufbringen eines Ortbetongewölbes mit dem Schalwagen

Verlegen der Bergwasserleitung in Sohlmitte

Einbringen der Bankette

Montage der restlichen Einrichtung (Beleuchtung, Handlauf, Noteinrichtung)

Aufgrund des umfangreichen Aufbaus besitzt die Sohle letztendlich eine Stärke von

1,90m. Der Innendurchmesser des Tunnels reduziert sich so auf etwa 9m.

Alle 325m befindet sich ein Querschlag zwischen den beiden 40m voneinander

entfernten Röhren, der Rettungszwecken dienen soll und durch Bohren & Sprengen

erschlossen wurde.

Der Ausbau orientiert sich am Lichtraumprofil nach der EBV4 –

Eisenbahnverordnung für internationale Hochleistungsstrecken. Dies ermöglicht den

Einsatz von Neigezügen mit Geschwindigkeiten bis zu 250km/h.

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Stand der Arbeiten

Während unseres Aufenthaltes konnten wir den aktuellen Stand der Arbeiten

begutachten. Dabei fuhren wir über den 1782m langen Zugangsstollen ein, kreuzten

den Kabelstollen und gelangten schließlich in den eigentlichen Tunnel.

Der erwähnte Kabelstollen besitzt einen Durchmesser von 3,70m und dient während

der Bauzeit als Fluchtstollen.

Abbildung 27: Portal des Zugangsstollens in Amsteg

Diese Funktion entfällt später, da hierfür die Querschläge des Gotthard-Basistunnels

dienen. Stattdessen werden die Kabel für die Stromversorgung über eine Länge von

1884m bis zum Kraftwerk Amsteg durch ihn geführt.

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Abbildung 28: Blick in die Weströhre des GBT in Richtung Sedrun

Als nächstes konnten wir den Pumpensumpf mit vier Pumpen betrachten. Er wird

durch die ankommenden Wässer des Bergwasserstollens gespeist. Dieser wurde mit

einer ankommenden Wassermenge von 1600l/s bemessen, welche sich während der

Bauzeit als viel zu groß erwies. Tatsächlich wurden im Schnitt nur etwa 40 bis 50l/s

gemessen; der Stollen sowie die gesamte Entwässerung sind somit

überdimensioniert.

Abbildung 29: Pumpensumpf

Unser Weg führte uns weiter, am Brecher vorbei, zur Fluchtkammer.

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Abbildung 30: Brecher

Noch im Oktober 2007 wird der Durchschlag der Weströhre zum Teilabschnitt

Sedrun erfolgen; zwei Monate darauf soll die Oströhre folgen.

Im bereits ausgebrochenen Teil wurde inzwischen mit den Schal- und

Betonierarbeiten begonnen. Um die erforderliche Leistung von 60m pro Tag zu

erzielen, sind sechs Schalwagen zu je zehn Metern Länge im Einsatz. Der Abschluss

dieser Arbeiten soll in einem Jahr erfolgen.

KostenGenerell liegen uns verschiedene Angaben über die Kosten des GBT vor. Dies ist

vermutlich der Tatsache geschuldet, dass im Laufe des Baus immer neue Probleme

auftraten, wie z.B. Klagen zur Vergabe des Bauabschnitts Erstfeld. Somit verzögerte

sich nicht nur die Eröffnung des Tunnels auf 2016; es kam auch zu erheblichen

Mehrkosten.

Momentan rechnet man mit Kosten in Höhe von 8 Mrd. Franken, was etwa 5 Mrd. €

entspricht. Darin sind bereits Mehrinvestitionen in Höhe von 1,8 Mrd. Franken

enthalten.

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Diese resultieren aus:

Sicherheitsbestimmungen

Stand der Technik

Politik

Verzögerungen

Geologie

Verbesserungen für Bevölkerung und Umwelt

Bauausführung

Die Fananzierung des Projektes wird durch Schwerverkehrsabgaben,

Mineralölsteuer und Mehrwertsteuer getragen.

Abschließend sei erwähnt, dass sich die Teilstrecke Amsteg in einem Strahlergebiet 3 befindet und daher die Hoffnung auf interessante Mineralienfunde weckt.

Unser Dank gilt dem Konsortium AlpTransit für die Besichtigungsmöglichkeit des

Bauabschnittes Amsteg, sowie der aufschlussreichen Führung.

Quellen

Material aus dem Vortrag zum Bauabschnitt Amsteg

Aushänge im Info-Zentrum Sedrun

Videobericht über den GBT

http://de.wikipedia.org/wiki/Gotthard-Basistunnel (Aufruf: 12.10.2007)

http://www.alptransit.ch/pages/d/ (Aufruf: 12.10.2007)

3 Strahler: besonders in der Schweiz gebräuchlich für alpine Kristall- & Mineraliensucher

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9. Mont Terri – Felslabor

Von: Sindy Köditz

Josefine Schönknecht

EinleitungDas letzte Ziel unserer Exkursion war das Felslabor Mont Terri im Schweizer Kanton

Jura. Es liegt nördlich der Stadt St. Ursanne im Gebiet des Sondierungs- und

jetzigen Sicherheitsstollens des Mont Terri – Autobahntunnels. Das Labor mit seinen

Forschungsstollen und Nischen (siehe Bild) liegt ca. 1,5 km im Berginneren und ist

über ein altes Kalkbergwerk zu erreichen. Da es hauptsächlich zur Untersuchung der

Eigenschaften des Opalinustons errichtet wurde, ist es nahe liegend, dass es mit

seinen insgesamt 300 m Nischen- und Stollenlänge komplett in diesem Tongestein

liegt.

Abbildung 31: Blick in den Sicherheitstollen

Im Felslabor werden In-situ-Experimente im Tongestein von 12 Projektpartnern

durchgeführt. Insbesondere werden Gesteinseigenschaften untersucht, die für die

Beurteilung der Machbarkeit und Sicherheit eines Lagers für radioaktive Abfälle in

Tongestein wichtig sind. Die sichere Einlagerung muss für mindestes 1 Mio. Jahre

- 53 -

garantiert werden, was in einigen Opalinustonvorkommen möglich ist. Dabei müssen

auch die eventuell noch auftretenden Hebungen (bis zu 300m) und Erdbeben in

dieser Zeitspanne berücksichtigt werden. Auf diese Untersuchungen gehen wir im

Weiteren ein.

Die ersten 8 Nischen wurden 1996 im Sondierungsstollen mittels eines

pneumatischen Hammers ausgebrochen. Sie haben eine Länge bis zu 8 m und sind

4 m hoch. Im Winter 97/98 kamen ein Stollen und weitere Nischen mit einer

Gesamtlänge von 230 m hinzu. Dieser Stollen wurde größtenteils mittels Sprengung

aufgefahren, doch ungefähr 35 m fuhr man mit einer Teilschnittmaschine mit

Rundschaftmeißeln auf (3,6 m Durchmesser), um die Auflockerungszone des

Opalinustons in diesem Bereich zu untersuchen.

Fast alle Auffahrungen sicherte man mit stahlfaserbewehrtem Spritzbeton.

Der Direktor des Mont Terri Felslabors, Paul Bossart, sowie der Projektleiter Paul

Marschall von der NAGRA informierten uns vor Ort über das Labor und die dort

durchgeführten Experimente. Dafür möchten wir uns nochmals recht herzlich

bedanken.

Abbildung 32: schematischer Überblick des Felslabors "Mont Terri"

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Organisation und Finanzierung Das Projekt Felslabor Mont Terri wird von 12 Partnern aus 6 Ländern bestimmt und

finanziert und ist somit einzigartig auf der Welt.

Hinter den 12 Projektpartnern stehen ca. 50 Institute und ca. 50 private Firmen, aber

auch die EU und das BBW(Bundesamt für Bildung und Wissenschaft) beteiligen sich

an der Finanzierung ausgewählter Experimente.

Seit 1996 wurden 42 Mio. CHF investiert. Davon kamen 1/3 aus der Schweiz und 2/3aus den anderen 5 Ländern.

Das BWG (Bundesamt für Wasser und Geologie) übernimmt mit der Abteilung

Landesgeologie die Verantwortung des Projektes gegenüber dem Kanton Jura und

ist für die Koordination des Untersuchungsprogramms und den Felslaborbetrieb

verantwortlich. Denn jedes Experiment, das durchgeführt werden soll, muss erst vom

Kanton Jura bewilligt werden. Das BWG ernennt auch den Direktor des Projektes,

der wiederum für die Projektleiter, die sich um die Organisation und Durchführung

der Experimente und den Laborbetrieb kümmern, verantwortlich ist.

Ein Lenkungsausschuss, indem ein Delegierter jedes Projektpartners vertreten ist,

legt jährlich das neue Forschungsprogramm fest. Die Projektpartner können jährlich

neue Experimente vorschlagen und auch entscheiden, an welchen sie sich weiter

oder neu beteiligen und welche sie finanzieren wollen.

Besitzer des Mont Terri Autobahntunnels République et Canton du Jura, Département de l'Environnement et de l'Equipement

ProjektleitungSWISSTOPO: Federal Office of Topography, Schweiz

ANDRA: Agence Nationale pour la Gestion des Déchets Radioactifs,

Frankreich

BGR: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe,

Deutschland

CRIEPI: Central Research Institut of Electric Power, Japan

ENRESA: Empresa Nacional de Residuos Radioactivos, Spanien

ProjektpartnerFOWG: Federal Office for Water and Geology, Schweiz

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GRS: Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit GmbH,

Deutschland

HSK: Swiss Federal Nuclear Safety Inspectorate

IRSN: Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, Frankreich

JAEA: Japan Atomic Energy Agency, Japan

NAGRA: National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste,

Schweiz

OBAYASHI: Obayashi Corporation, Japan

SCK·CEN: Studiecentrum voor Kernenergie / Centre d’étude de l’Energie

Nucléaire, Belgien

SWISSTOPO: Federal Office of Topography, Schweiz

Projektmanagement IG: Institut Geotéchnique SA, St-Ursanne, Schweiz

GGT: Groupement Grands Travaux, Porrentruy, Schweiz

Unterstützende Forschungseinrichtungen PSI: Paul Scherrer Institut, Villigen, Schweiz

GeologieDas Felslabor Mont Terri liegt im Juragebirge am Übergang vom Faltenjura zum

Tafeljura. Die Gesteine dieses Gebirges wurden im Erdmittelalter vor ca. 300 bis 66

Mio. Jahren gebildet. Es sind vor allem Kalk-, Mergel- und Tonsteine sowie

Gips/Anhydrit, welche sich vor allem im Jura als Sedimente im Meer ablagerten. Vor

ungefähr 10 Mio. Jahren hob sich dann das Juragebirge heraus und es entstand eine

Großfalte, eine so genannte Antiklinale, im Bereich des Mont Terri. Diese ist über

den Tafeljura der Ajoie aufgeschoben, wobei die einst horizontalen

Sedimentschichten 45° nach Südosten geneigt wurden. Durch diese Auffaltung

bildete sich eine Störzone heraus, welche durch den Autobahntunnel, den

Sondierungsstollen und das Felslabor verläuft. Die Stollen des Labors befinden sich

ausschließlich im Opalinuston, der sich vor 180 Mio. Jahren im Dogger bildete.

Südöstlich grenzt Muschelkalk aus dem Malm und nordwestlich Kalkmergelstein des

Lias an. Einen genaueren Überblick über die Geologie des Mont Terri zeigt das

untenstehende Profil längs des Autobahntunnels (Abbildung 33).

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Abbildung 33: geologischer Querschnitt

OpalinustonDer Opalinuston bildete sich vor 180 Mio. Jahren als marines Sediment feiner

Schlammpartikel des Tethys-Ozeans und wurde durch jüngere Sedimentationen zu

Tonstein verfestigt. Seinen Namen hat er von den häufig enthaltenen Ammoniten

„Leioceras opalinum“, deren Schale opalisierend schillert. Die Mächtigkeit des

Tongesteins beträgt durchschnittlich 150m. Es liegt zurzeit in einer Teufe von 320m,

befand sich aber zwischenzeitlich in ca. 1100m Tiefe, weshalb es nun als

überkonsolidiert gilt. Man unterscheidet drei verschiedene Fazies. Die älteste im

Nordwesten ist tonig. Darauf folgt eine ungefähr 15m mächtige sandig-

karbonatreiche Fazies und darüber lagerte sich eine heterogene sandige Schicht mit

Sandeinschaltungen ab.

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Abbildung 34: Schichtung des Opalinustons [Foto: U. Glaubach]

Der Opalinuston wurde als Untersuchungsgegenstand gewählt, da er bestimmte

Eigenschaften aufweist, die für die langzeitliche Lagerung von radioaktiven Stoffen

vorteilhaft sind. Seine Durchlässigkeit beträgt 10-14 m/s, was bedeutet, dass das

Wasser in den Poren stagniert. Dies ist daran zu erkennen, dass noch heute 180

Mio. Jahre altes Meerwasser (20g/l gelöste Feststoffe, heutiges Meerwasser: 37g/l)

enthalten ist. Diese Eigenschaft ist für das Endlager dahingehend gut, da dann kein

Wasseraustausch zwischen Lager und Umgebung erfolgen kann.

Eine Selbstheilung, wie man sie bei Salzen beobachten kann, wies der Opalinuston

zwar nicht auf, aber bei Wasserzutritt fängt der Ton an zu quellen und kann somit

Klüfte und Risse, z.B. aus der Auflockerungszone oder durch Erdbeben entstanden,

selbst abdichten. Dies zeigt auch der Sachverhalt, dass die hydraulische

Durchlässigkeit der Hauptstörung sich nicht von der des ungestörten Gesteins

unterscheidet.

Sollten doch einmal Kontaminationen in das Gestein gelangen, z.B. durch

korrodierende Behälter, werden diese vom Ton adsorbiert, da er durch seine blättrige

Struktur eine sehr große Oberfläche hat (1g Ton hat etwa 600m2) und seine

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Ionenaustauschkapazität aufgrund eines negativen Ladungsdefizits der

Elementarschichten sehr hoch ist.

ExperimenteZurzeit führt man 30 Experimente in Mont-Terri im Zusammenhang mit der

Endlagerung radioaktiver Stoffe und den Eigenschaften des Opalinuston durch,

wobei aber niemals radioaktive Materialien im Labor zum Einsatz kommen dürfen.

Unter anderen laufen gerade Untersuchungen zum Stressverhalten des Tongesteins

(IS-A/B/C), zu seiner Temperaturabhängigkeit (HE-B), zum Difussions- und

Sorptionsverhalten des Tons (DR, HG-A) sowie sein Verhalten gegenüber

Bewetterung (VE). Außerdem werden auch Eigenschaften von möglichen

Verfüllmaterialien, wie z.B. Bentonit, getestet (SB, EB). In Demonstrationsversuchen

werden die komplexen Zusammenhänge zwischen geologischer, geotechnischer und

technischer Barriere untersucht (EB). Während unserer Laborbesichtigung wurden

uns einige der Experimente gezeigt. Meist ist aber nicht viel zu sehen, da die

Versuche größtenteils in Bohrungen laufen und nur die Registriereinheiten der

Messgeräte sichtbar sind. Die Versuche werden außerdem von den Betreibern über

Internet verfolgt und überwacht, weshalb im Labor selbst zwei fest angestellte

Mitarbeiter ausreichen.

Die Experimente, welche wir besichtigten sind in untenstehender Tabelle aufgelistet.

Wir werden hier ein paar näher beschreiben.

Kurzzeichen Beschreibung

DR Radionuclide difussion and rendention

EB Engineered barriers

EZ-B Fracture generation in excavation disturbed zone

HE-B Heater test

HG-A Gas path trough host rock & seals

IS-A In situ stress by overcoring/undercoring

IS-B In situ stress by borehole slotter

IS-C In situ stress by hyraulic fracturing

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SB Self-sealing barriers of clay-sand mixtures

VE Ventilation test

Demonstrationsexperiment „EB-Engineered Barrier Experiment“

Bei diesem Experiment soll ein Konzept für die Einlagerung von radioaktivem Abfall

in horizontaler Lagerung vorgestellt und untersucht werden.

Dazu wurde ein Stahlbehälter in eine horizontale Kaverne mit Hilfe von

Bentonitblöcken und Bentonitgranulat eingebaut. Der Dummy-Behälter hat die

gleichen Abmessungen und das gleiche Gewicht wie ein üblicher Abfallbehälter für

hochradioaktive Abfälle. Der Aufbau der Kaverne ist im Bild gut zu erkennen. Hier

wurde im Fundament Beton benutzt, weil die Feuchtigkeit so hoch ist, dass der

Bentonit das Gewicht des Behälters nicht allein tragen könnte. In einem richtigen

Endlager dürfte wegen des chemischen Gleichgewichts im Ton kein

Beton/Spritzbeton benutzt werden.

Abbildung 35: Versuchsnische des EB- Versuchs [Foto: U. Glaubach]

Außerdem müssen im Experiment 200.000 a Lagerung innerhalb kurzer Zeit simuliert

werden, also sättigt man den Bentonit im Innern der Kaverne künstlich mit

Salzlösung auf, um den Quelldruck zu messen. Da der Opalinuston eine extrem

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niedrige Durchlässigkeit hat, würde der Bentonit erst nach extrem langer Zeitspanne

gesättigt sein. Die Aufsättigung dauert nun 6 Jahre und 20 m3 Salzlösung sind schon

im Bentonit verschwunden, trotzdem stieg der Quelldruck unerwarteterweise nur auf

1,8MPa.

Wichtige Erkenntnisse dieses Experiments waren die richtige Zusammensetzung des

Verfüllbentonits und ein besseres Verständnis des hydromechanischen Verhaltens

des Bentonits und des Tongesteins.

„IS“ In-situ Stressmessung

Abbildung 36: Untersuchungsbohrung zur Bestimmung der Gebirgsspannungen [Foto: U. Glaubach]

In den IS-Versuchen werden mit verschiedenen Methoden Belastungen in das

Gebirge eingetragen und die daraus resultierenden Spannungen gemessen.

Beim IS-B-Test („borehole slotter“) werden Schlitze in die Bohrlochwand gesägt und

die Spannungen in unmittelbarer Nähe registriert.

Während des IS-C-Experiments („hydraulic fracturing“) wird in einem Bohrloch mit

Packern eine Messstrecke abgetrennt und darin Wasser in das Gebirge eingepresst,

wodurch dieses aufgebrochen wird. Die dabei auftretenden Spannungen werden

registriert und ausgewertet.

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Im IS-A-Experiment („overcoring/undercoring“) wird bei bekanntem Elastizitätsmodul

und Poissonzahl das Normalspannungsfeld bestimmt. Bei der overcorring-Methode

wird an einer Bohrlochwand die Spannung, die bei der Belastung durch ein

Überbohren des schon vorhandenen Lochs entsteht, gemessen. Die

Messergebnisse dieser Methode repräsentieren das Nahfeld um einen Tunnel.

Im Gegensatz dazu, werden bei der undercorring-Methode die Messbohrungen

zuerst um das geplante Bohrloch konzentrisch angeordnet. Dann werden die

Spannungen unmittelbar bei der Auffahrung des mittleren Bohrlochs in den Löchern

rundherum registriert. Diese stellen das Fernfeld um einen Tunnel dar. Durch Back-

Analysis kann man aus den beiden ermittelten Spannungsfeldern das

Normalspannungsfeld berechnen.

Dabei hat sich ergeben, dass 1 vertikal, 2 längs und 3 radial zum Bohrloch wirkt.

„VE-Ventilation test“

Abbildung 37: Blick in die Versuchsstrecke des VE-Versuchs

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Von der Auffahrung bis zum endgültigen Verschluss eines Endlagers vergeht meist

viel Zeit, während der das Stollensystem bewettert werden muss. Um die

Veränderungen, vor allem die Austrocknung des Opalinustons durch die

Bewetterung zu untersuchen, simulierte man in einem Microtunnel die Ventilation mit

trockener Luft bei isothermen Bedingungen. Dafür wurden in einem Tunnel mit 1,3m

Durchmesser ein Ventilationssystem sowie verschiedene Messeinrichtungen

installiert. In vier Phasen wurde dann eine Messstrecke von 10m Länge mit Luft

verschiedener Feuchtigkeit mehrere Monate durchströmt. Von 80% relative

Luftfeuchte in der ersten Phase wurde bis auf 1-3% in der dritten Phase

heruntergegangen. Dies war die entscheidende Phase, bei der bis 2m in das Gestein

hinein unter anderem der Wassergehalt und die Geochemie des Tonsteins

aufgezeichnet wurden. In der letzten Phase wurde die Luft wieder voll aufgesättigt

(100% relative Luftfeuchtigkeit) und das Experiment somit beendet. Das Ziel des

Versuchs war es, die Austrocknungszone um den belüfteten Tunnel herum zu

charakterisieren, da die Verringerung des Wassergehalts auch die mechanischen,

hydraulischen und geochemischen Eigenschaften des Tons beeinflussen könnten.

Man stellte aber fest, dass eine längerfristige Belüftung mit trockener Luft und eine

anschließende Wiederaufsättigung nach dem Verschluss eines Endlagers kaum die

Standsicherheit oder die Durchlässigkeitseigenschaften des Opalinustons

beeinträchtigen.

Vielen Dank für die freundliche Führung an Herrn Bossart und Hr. Marshall.

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