154 - Geotechnik Schweiz

Transcrição

Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein
soctete suisse des ingenieurs et des architectes
Societa svizzera degli ingegneri e degli architetti
InstItut f()r Geotechnlk
Professur f()r Untertagbau
ETH-Hönggerberg
Postfach 133
CH-8093 Zürich
AlpTransit: Das Bauprojekt
Schlüsselfragen und
erste Erfahrungen
Referate der Tagung vom 6. März 1997 in Bern
FGU Fachgruppe für Untertagbau
SGBF Schweizerische Gesellschaft für Boden- und Felsmechanik
Dokumentation
SIA D 0143
SIA, Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein
Postfach, CH-8039 Zürich, Tel. 01/283 15 15, Fax 01/201 6335
Normen- und Drucksachenverkauf: Tel. 01/283 1560
Inhalt
Seite
K. Kovari
Vorwort
5
P. Zuber
Stand der Arbeiten an der Gotthardachse
7
T. Schneider
Gotthard-Basistunnel:
Neue geologische
Erkenntnisse im Bereich des Tavetscher
Zwischenmassivs und der Piora-Mulde
15
F. Kilchenmann
Stand der Arbeiten an der Lötschberg-Achse
27
H.-J. Ziegler
Lötschberg-Basistunnel:
Neue geologische
Erkenntnisse aus den Sondierarbeiten
33
K. Koväri
Tunnelbau
41
F. Vuilleumier
Tunnel de base du Lötschberg - Le phenornene _
du Bergschlag
53
AlpTransit-Ausbruchmaterial:
potentieller Rohstoff?
63
C. Thalmann
S. von Roten
R. Bopp
M. Stratmann
in druckhaftem
Gebirge
Abfall oder
Lüftung und Kühlung während der Bauphase im
Gotthard-Basistunnel
73
Aerodynamik und Klima in der Betriebsphase
der Basistunnel
79
Neue Erkenntnisse
des Fensterstollens
87
beim konventionellen
Mitholz
P. Teuscher
Sondierstollen
Kandertal
G. Lombardi
Sondiersystem
Piora-Mulde
P. Testoni
AlpTransit: Standortbestimmung
des Bundesamtes für Verkehr
Vortrieb
95
103
aus der Sicht
113
Adressen der Verfasser
Dr. sc. phys., dipl. Physiker ETH
IUB Ingenieur-Unternehmung
AG Bern, Thunstrasse
Bopp Rudolf
Kilchenmann
Franz
2, 3000 Bern 6
Dipl. Bau-Ingenieur ETH/SIA
BLS AlpTransit AG, Bahnhofplatz 10a, 3011 Bern
Kovari Kaiman
Prof. Dr., dipl. Bau-Ingenieur ETH/SIA, Präsident der FGU
Institut für Geotechnik, ETH-Hönggerberg, 8093 Zürich
Lombardi Giovanni
Dr. h.c., dipl. Bau-Ingenieur ETH/SIA
Lombardi AG, Beratende Ingenieure, Via R. Simen 19,6648 Minusio
Schneider Toni R.
Dr. sc. nat., Geologe SIA
Dr. T.R. Schneider AG, Geologische
Stratmann Manfred
Testoni Peter
Teuscher Peter
Beratung, Rütihofstrasse
Dipl. Bergbau-Ingenieur
H.R. Schmalz AG, Bauunternehmung,
Holzikofenweg
Bundesamt für Verkehr, Abteilung Infrastruktur,
Dipl. Bau-Ingenieur HTL
Emch + Berger Bern AG, Gartenstrasse
Dr. sc. nat., Ingenieurgeologe ETH
Geotest, Birkenstrasse 15, 3052 Zollikofen
von Roten Stephan
Dipl. Masch.-Ingenieur
Electrowatt Engineering AG, Bellerivestrasse
Franccis
Ziegler Hans-Jakob
Zuber Peter
Uerikon
Bern
3003 Bern
1,3001 Bern
Thalmann Cedrtc
Vuilleumier
22,3000
53,8713
36, 8034 Zürich
Dr. sc. techn., dipl. Bau-Ingenieur ETH/SIA
Bonnard & Gardellngenieurs-conseils
SA, Avenue de Cour 61, 1001 Lausanne
Dr. phil. nat., Geologe
Kellerhals + Haefeli AG, Geologen, Kapellenstrasse
22, 3011 Bern
Generaldirektion SBB, Projektleitung AlpTransit Gotthard,
Parkterrasse 14, 3030 Bern
Vorwort
Der Tagungsband ist dem Thema AlpTransit gewidmet. Er vermittelt ein abgerundetes Bild über
die Fortschritte der geologischen Erkundungen und die Ergebnisse der Projektierung seit der
ersten FGU-Tagung im März 1992 zum gleichen Thema. Besonderes Gewicht liegt auf der
Erörterung von Schlüsselfragen und ihrer Lösung aus heutiger Sicht. Da seit 1993 sowohl beim
Gotthard als auch beim Lötschberg längere Stollen vorgetrieben wurden, liegen auch erste
Bauerfahrungen vor, welche in die weiteren Arbeiten und Ausschreibungen einfliessen.
Der vorliegende Tagungsband erfüllt die wichtige Funktion, breite Kreise der interessierten
Fachwelt über die laufenden Arbeiten zu informieren. Er soll mithelfen, das Verständnis für das in
konzeptueller und bautechnischer Hinsicht ausserordentlich anspruchsvolle Projekt AlpTransit zu
vertiefen.
In thematischer Hinsicht reicht der Bogen von der Zweckbestimmung des Projektes und der
Geologie über die Probleme der Projektierung, Bauausführung, Materialbewirtschaftung bis zur
Betriebslüftung. Den Abschluss bildet eine verkehrpolitische Standortbestimmung.
Kaiman Kovarl
Präsident der FGU
Stand der Arbeiten an der Gotthardachse
Peter Zuber, Sern
1.
Von der NEAT-Abstimmung zum Baubeginn in
Sedrun
Paket. Dieses fand Eingang in die Botschaft Bau und
Finanzierung des öffentlichen Verkehrs. Das Parlament
Werfen wir zuerst einen Blick zurück:
bemüht sich seither, in Kommissionen, im Ständerat
1986-89 wurden die 15 Jahre alten Pläne des Gott-
und bald im Nationalrat um eine konsensfähige Lösung.
hard-Basistunnels
a jour gebracht, mit den
Zufahrten und mit der Lötschberg-Basislinie
ergänzt.
Bild 1: Planung und Baubeginn der NEAT
1990
stand die Botschaft an die Eidg. Räte
1986
1991
stimmten die Räte mit grossem Mehr zu
1992
stimmte das Schweizer Volk, nach einem
•••••
1988
1990
•
1996
Botschaft an Eidg. Räte
•
eröffnete Bundesrat Ogi die Baustelle für das
Bundesbeschluss
•
Sondiersystem Piora.
1994
Aktualisieren Projekt 1973, Zufahrten
Referendum, mit Zweidrittelsmehr zu
1993
1992
Volksabstimmung
Baubeginn Sondiersystem Piora •
Neue Finanzierungsgrundlage,
Etappierung •••
II!II.~
Baubeginn Zwischenangriff Sedrun •
Beflügelt von der Aufbruchstimmung, vom Enthusiasmus und, ich denke auch von den 800 Mio. Fr. des
Projektierungskredites, nahm die technische Elite des
Landes die schwierigen Tunnelbauprojekte in Angriff.
2.
Die NEAT war nicht mehr aufzuhalten, so schien es.
Wo stehen wir heute mit dem Projekt AlpTransit
Gotthard?
Doch dann setzte die Rezession die Staatskasse unter
Für die ganze 130 km lange Neubaustrecke zwischen
Druck. Der Finanzminister legte sich öffentlich quer zum
Arth-Goldau und Lugano liegen Vorprojekte vor.
Verkehrsminister. Ein englischer Gutachter attestierte
dem Verkehrsminister, er hätte die künftigen Einnahmen
In jenen Abschnitten, wo mit den Kantonen keine Eini-
der NEAT zu optimistisch geschätzt, sie würde auch im
gung über die Linienführung erzielt werden konnte, wur-
nächsten Jahrhundert kaum rentieren.
den zwei Vorprojekte eingereicht, die selbstverständlich
1995 beschloss der Bundesrat, die NEAT sei anders zu
ben erfüllen; jene der Kantone sind etwas unterirdischer
finanzieren. Er fügte bei, die Planung der zeitkritischen
und übers Ganze gesehen ca. 10% teurer. Die Wahl
Bauwerke, nämlich der beiden Basistunnel Lötschberg
obliegt dem Bundesrat.
~eide die gesetzlichen und die bahntechnischen Vorga-
und Gotthard, sei ohne Zeitverzug weiterzuführen, denn
beidewürden gebaut.
Der Bundesrat genehmigte die Linienführung des Gotthard-Basistunnels, nicht aber jene der Zufahrten. Er
1996 legte der Bundesrat die neue Finanzierung vor. Er
beauftragte die SBB im Frühjahr 1995, die Kantonsvari-
strich Teile der NEAT und schnürte den Rest als erste
anten Uri und Tessin in Zusammenarbeit mit diesen
Etappe zusammen mit der Bahn 2000, dem TGV-
Kantonen nochmals zu überarbeiten. Die überarbeiteten
Anschluss Westschweiz und der Lärmsanierung des
Vorprojekte liegen nun vor, ebenso das Vorprojekt des
bestehenden Netzes und des Rollmaterials zu einem
Zimmerbergtunnels zwischen Thalwil und Litti (Baar).
Die Überarbeitung hat bereits Früchte getragen: Kanton
sich die enteignungsrechtlichen Forderungen im gros-
Tessin und SBB haben sich auf eine Linienführung ge-
sen ganzen gütlich regeln lassen.
einigt, die dem BAV im Januar dieses Jahres eingereicht worden ist.
Sedrun
Aus einem 900 m langen Horizontalstollen wird über
Die bundesrätliche Genehmigung des Vorprojektes war
einen 800 m tiefen Schacht der Tunnel erreicht. Wegen
mit dem Auftrag verbunden, die weiteren Projektie-
der bautechnisch anspruchsvollen Geologie wird man
rungsarbeiten am grössten und zeitkritischen Bauwerk
von dort aus in konventionellem Vortrieb die beiden
der NEAT, nämlich dem Gotthard-Basistunnel, unver-
Tunnelröhren ausbrechen, nach Norden in das Tavet-
züglich weiterzuführen.
scher Zwischenmassiv und nach Süden in die UrserenGarvera-Zone und ins anschliessende Gotthardmassiv.
Besonders zügig kam der Zwischenangriff Sedrun voran, der auf dem kritischen Weg des gesamten Bauge-
Bereits 700 m des Horizontalstollens sind gebaut. Die
schehens liegt und vom Bundesrat deshalb als EinzeIob-
Zusammenarbeit mit den regionalen Behörden und der
jekt früher genehmigt wurde. Die Plangenehmigung
Bevölkerung ist gut. Das zur Zeit noch einzige Info-Zen-
(Baubewilligung) wurde im Spätherbst 1995 erteilt, was
trum zum Projekt AlpTransit Gotthard wird rege besucht.
den Baubeginn in Sedrun im März 96 ermöglichte.
Bauprojekt
Zum Stand des Projektes greife ich einige Teilbereiche
Das Bauprojekt des Gotthard-Basistunnels ist in der
heraus:
Schlussphase und liegt bis im Sommer dieses Jahres
vor. Es ist eine Stufe genauer als das Auflageprojekt
Plangenehmigungsverfahren
und bildet die Grundlage für die Bauausschreibungen.
Das Auflageprojekt des Gotthard-Basistunnels lag, wie
Wie schon beim Vorprojekt sind alle wichtigen Aussa-
der Name sagt, Ende 1995 öffentlich auf. Die Eini-
gen des Bauprojektes von einem unabhängigen Inge-
gungsverhandlungen sind weit fortgeschritten, erste
nieur- und Geologenteam überprüft und bisher bestätigt
Teilgenehmigungen für die zeitkritischen Baustellen
worden. Drei Expertengruppen in den Fachgebieten
dürften nicht mehr allzu fern sein. Fragen zum Lärm
Geologie, Tunnelbau und Sicherheit, die für beide Pro-
oder zur Tunnelsicherheit, inkl. Lüftung, bedürfen noch
jekte Lötschberg und Gotthard tätig sind, haben zudem
der Klärung und Einigung. Hingegen glaube ich, dass
die Rolle des kritischen Koreferates übernommen.
Bild 2:
Heutiger Planungsstand (Vorprojekte,
Auflageprojekte )
'96
Vorprojekte
<\.
'94
ZDrich
\\
}Utti
.-
ldW
y
Arth-
Auflageprojekte
.Abgeschlossene
Vorprojekte
•
Erstfeld
•
Linienführungsentscheid
Bundesrat
•
Vorprojekt-Genehmigungsverfahren
•
öffentliche Auflage 1995
•
Auflageprojekt
abgeschlossen
in Bearbeitung
Bodio
)~.m,m
Lugano
8
'
L...
Weitere Baustellen
Gleichzeitig mit dem Gotthard-Basistunnel werden der
Mit dem Bau der Zwischenangriffe Amsteg und Faido
Zimmerberg-Basistunnel
und mit den Vorbereitungsarbeiten in Bodio kann, tech-
realisiert. So sieht es die vom Bundesrat dem Parlament
nisch gesehen, bereits im Herbst dieses Jahres begon-
vorgelegte Botschaft über Bau und Finanzierung der
nen werden; es sollte auch begonnen werden, wenn wir
Infrastruktur des öffentlichen Verkehrs vor. Das heisst
den bisherigen Schwung zur raschen Realisierung und
für uns, dass wir parallel zur Vernehmlassung der Vor-
das Terminprogramm
projekte Zimmerberg- und Ceneri-Tunnel die Erarbei-
einhalten
wollen.
Allerdings
und der Ceneri-Basistunnel
tung der Auflageprojekte in die Wege leiten.
braucht es dazu eine Plangenehmigung des EVED und
die Freigabe des noch gesperrten Teils des zweiten
Verpflichtungskredites durch das Parlament, dem eine
entsprechende Botschaft des Bundesrates vorliegt.
Bild 3:
Zwischenangriff
Sedrun
sediun
I
~......,
Brücke Vorderrhein
32 970535
05 \1~_9! s,,J-~t:1,:~
Bild 4:
Heutiger Planungsstand (Bauprojekt)
Bauprojekt
(\
\"
•.
z.
möglicher
BalJ~eginn
mögliche
Inbetriebnahme
tirich
\
\,'1\~.•
)
2000
Litti
2007
Arth-
T'
(Sedrun 1996)
Erstfeld
-
in
Arbeit
üb
2008
Tunnel
1999
2000
2008
9
3.
Bewertung des bisher erreichten Standes aus
Sicht der Projektleitung
- Zu den Stärken des Projektes AlpTransit, so wie es
heute vorliegt, gehört auch die Etappierbarkeit.
Wir dürfen uns zeigen, denke ich, mit unserem Projekt.
Die. vom Volk beschlossene 130 km lange Neubau-
Es verkörpert gute Ingenieurleistungen. Wir, das sind
strecke Arth-Goldau - Lugano bildete bereits eine
viele Beteiligte, der Dank geht an alle. Wie jedes Projekt
Etappe in einem Baukastensystem. Was der Bundes-
hat auch unsere NEAT Stärken und Schwächen. Auf
rat in seiner Botschaft über Bau und Finanzierung der
einzelne möchte ich eintreten.
Infrastruktur des öffentlichen Verkehrs heute vorstellt,
ist zwar um einen Drittel kürzer, aber immer noch ei-
- Eine klare Stärke. Die Kosten liegen immer noch im
ne 100% betriebsfähige Etappe. Das heisst einmal,
ursprünglichen, vom Parlament festgelegten Rah-
dass ein betriebsfähiger Teilabschnitt sofort nach
men.
Fertigstellung in Betrieb genommen werden kann und
Sie sind gegenüber dem damaligen Stand im Parla-
Nutzen abwirft. Das heisst aber auch, dass jene Ab-
ment (Genauigkeit -10 / + 30 bis 40%) verlässlicher,
schnitte mit dem besten Kosten/Nutzen-Verhältnis
konsolidiert durch die seitherige Planung. Die Genau-
vorgezogen werden können.
igkeit beträgt +/- 20%. Die Kosten sind also nicht ex-
Etappierbarkeit
ist eine Stärke der 150-jährigen
plodiert, wie manchmal irrtümlich berichtet wird. Was
Bahn. Sie erlaubt, nahtlos Neues und Altes zusam-
geändert und zur Neufinanzierung der NEAT geführt
menzufügen. Die 250 km/h schnellen Züge der neu-
hat, sind die Ertragserwartungen der nächsten 30 bis
en Generation fahren auch mit 80 oder 100 km/h ge-
70 Jahre, die heute anders eingeschätzt werden als
nau so komfortabel über die bestehenden Strecken:
noch vor 6 Jahren.
Wenn sie nachher ihre Kraft und Geschwindigkeit
ausfahren können, schaffen sie dennoch ein konkurrenzloses Angebot Zürich - Lugano in ca. 11/2 h.
Bild 5: Kosten von Grossprojekten des öffentlichen
Verkehrs
-
Mrd Franken
.,.<
.
-
13ß'!1~
.~
3.43
0.08
0.59
Es gibt Unsicherheiten im Projekt: Dazu zählt die
Geologie, auch wenn sie zu den bestbekannten der
Alpen gehört; sie wird bis zum letzten Durchschlag
noch gewisse Unwägbarkeiten bergen. Die Unsicherheit wird indessen Schritt für Schritt reduziert. Nehmen Sie das Beispiel der Pioramulde, eine tunnelbautechnisch schwierige Trennzone zwischen Gotthardmassiv und penninischem Gneis. Vor dem Erstellen der NEAT-Botschaft 1990 war bekannt, dass
ihre Durchquerung möglich ist, aber Zeit und Geld
kostet und man sich vor allem nicht von ihr überraschen lassen sollte. Die Wahrscheinlichkeit, dass sie
(PB 95, Index 113.2, AT inkl, 15% Reserve)
bis auf Tunnelniveau reicht, wurde zu weniger als
50% eingesetzt; dennoch haben wir alles vorgekehrt,
sie rechtzeitig erkennen und ohne Zeitverlust durch-
-
10
Ein weiterer positiver Punkt:
queren zu können, falls sie doch dort wäre. Heute
Wir bauen bereits am Basistunnel. Der Baubeginn in
wissen wir, dass sie dort ist, wir kennen die Mächtig-
Sedrun ist ein Erfolg. Es war der Auftrag von Parla-
keit, wir wissen, dass ihre Durchquerung ein schwie-
ment und Bundesrat, raschmöglichst an diesem für
riges, aber in seinen Auswirkungen abgrenzbares In-
die Gesamtbauzeit massgebenden Ort zu beginnen.
genieurproblem darstellt, für dessen Lösung wir ge-
Ihm ist zu verdanken, dass der Rückstand auf das
nügend Zeit haben.
ursprüngliche, ambitiöse Programm nicht grösser
Eine weitere Unsicherheit ist das zukünftige Tunnel-
wurde. Der Gotthard kann 2008 in Betrieb genommen
klima im Gotthard-Basistunnel während des Betriebs.
werden, wenn dieser politische Wille weiter anhält.
Aus Gründen, die im Beitrag Bopp noch dargelegt
BiI~
werden, sollen die Temperaturen im Tunnel 35"C, die
-
Eine letzte Bemerkung zu Starken und Schwachen:
Luftfeuchtigkeit 70% nicht Obersteigen. Die effektiven
Die heute in den Medien und in der Politik feststellba-
Verhaltnisse im durch Erdwarme vorgeheizten, mehr
re Rivalitat zwischen Gotthard- und Lotschbergachse
oder weniger Wasser fOhrenden Fels lassen sich
empfinde ich als kontraproduktiv, damit als Schwa-
heute indessen nicht zuverlassig prognostizieren. Wir
che. Das Hochspielen von Einzelaspekten, von iso-
gehen von der Annahme aus, es brauche keine
lierten Aussagen zur Wirtschaftlichkeit oder zur
kOnstliche KOhlung; das ist plausibel, aber noch nicht
Geologie, verstellt den Blick auf das Wesentliche, die
gesichert. Also benotigen wir ROckfallebenen: was
langfristig optimale Nutzung der zukOnftigen Bahnin-
tun, wenn die Temperatur doch hOher ware. Solche
frastruktur der Schweiz. Es ist kein Entweder-Oder.
Massnahmen mossen im Rohbau, der jetzt festgelegt
Man kann doch nicht so tun, als ob die beiden Ach-
wird, Platz haben.
sen gleichwertig waren, sie sind es Oberhaupt nicht,
Mit solchen und weiteren Unsicherheiten mossen wir
sie sind komplementar. Offentliche Expertenstreite
Ieben, sie gehoren zu den Unwagbarkeiten von Natur
Ober Geologie oder Transportkapazitat tragen nichts
und Technik, die ein so grosses, langfristiges Projekt
zur Erleuchtung der StimmbOrger bei, sondem bloss
eben aufweist. Es ist eine wichtige Aufgabe der Pro-
zu deren Verargerung. Sie rauben ihnen das Ver-
jektleitung, solche Ungewissheiten im Auge zu behal-
trauen in die Fachleute und fOhren dazu, dass sie im
ten, sie vorsichtig einzuschatzen und Schritt urn
Zweifel die ganze Vorlage ablehnen.
Schritt abzubauen. Ebenso wichtig und wohl noch
schwieriger ist es, sie often zu kommunizieren und
damit im Parlament und in der Offentlichkeit das Vertrauen zu schaffen, dass die lngenieure mit der heu-
4.
tigen Technik und innerhalb der angegebenen Schat-
Wozu bauen wir den Gotthard-Basistunnel:
Ausblick auf die Zeit nach dem Bau
zungsgenauigkeit von Kosten und Zeit mit solchen
Diese Tagung ist dem Bau der beiden Basistunnel ge-
Unwagbarkeiten fertig werden.
widmet, welche derzeit die technisch absolut dominierende Herausforderung darstellen. Sie bilden den teu-
Bild 6: Sondiersystem Piora
ersten und fOr die Fachwelt anspruchsvollsten Teil der
Alpentransversalen. lch mochte hier noch auf die zukOnftige Nutzung eintreten. Die Bahnen planen ja nicht
eigentlich einen Tunnel, sondem eine neue Bahnlinie
und legen den passenden Tunnel darum herum. Wir
bauen eine SchiOsselverbindung innerhalb des europaischen Hochgeschwindigkeitsnetzes (HGV), damit die
Bild 7: AlpTransit im Hochgeschwindigkeitsnetz
Gotthard-Basi stunnel
11
Schweiz
ihre Rolle mitten
seinem interessanten
in Europa
Verkehrsmarkt
erfüllen
und an
teilhaben kann.
Gefragt
ist langfristig
flexibilität,
eine möglichst
um beweglich
grosse
auf veränderte
\
Nutzungs-
Nachfrage
t
rea-
gieren zu können. Zu diesem Zweck haben die SBB in
Die neue Gotthardlinie
ropäische
Hochgeschwindigkeitsnetz
verkehr einzubinden.
zum Flugverkehr
stungsfähige
Zukunft
hat also die Schweiz in das eufür den Personen-
Betriebsarten
des Gotthard-Basistunnels
2/3 des Bahntransits
durch
die Schweiz
stellt sie den Anschluss
h
e
N
auf-
des Kan-
Bild 8: Künftige Reisezüge am Gotthard
~~~~J;~:z~~~
in
Bellinzona sicher.
EuroCity
(EC, HGV)
Höchstgeschwindigkeit
Anzahl Sitzplätze
Bahnstrecke
soll
nach
Inbetriebnahme
einer starken Wettbewerbsposition
einnahmen
maximale
zu
länge
soll aber auch eine Rationalisierung
führen.
Sie
der Betriebsführung
und damit im Vergleich
er
sc
er
~~~~~.~
InterCity
(le)
Anzahl Sitzplätze
ermöglichen
200-230 km/h
700·800
400 m
und damit zu Mehr-
vor allem im Personenverkehr
d
b
die auch in
tons Tessin an die Bahn 2000 mit Anschlussknoten
Die neue
geprüft.
Sie bildet eine lei-
Achse für den Güterverkehr,
[
unterschiedliche
Dazu gehört auch die Schnittstelle
im Raum Zürich.
nimmt. Schliesslich
einer Reihe von Betriebssimulationen
zu heute eine we-
maximale
Länge
200 km/h
900-1000
400 m
w(
ml
pro
Be
Personen- oder Güterzug ermöglichen.
Allein im Güter-
kn
verkehr wird die Flachbahn
heute eine Ein-
sentliche
Kosteneinsparung
sparung an Betriebskosten
der
Betriebskosten
gegenüber
InterCity
oo
Anzahl Sitzplätze
von 100 Mio. SFr. pro Jahr
maximale Länge
200 km/h
1 400
400 m
Ba
rnt
au
ermöglichen.
ein
Welche
Züge
werden
in Zukunft
im Gotthard-Basis-
InterRegio
(IR)
tunnel verkehren?
Die
neuen
schnellen
terzügen
Anzahl Sitzplätze
Entwicklungen
Personenzügen
zeigen,
neben
den
auch den qualifizierten
Gü-
im Geschwindigkeitsbereich
europaweite
dass
maximale
Länge
200 km/h
1400
400 m
Bild 9: Künftige Güterzüge am Gotthard
ren
~~~'~~f~'1*~~1;~
..
!!I1!!!••
Die Vorgaben des Betriebsplaners:
Angebot
hat die Aufgabe,
ein marktgerechtes
auf der Schiene zu realisieren,
pro Tag, in beiden
Richtungen
des normalen
Qualifizierte
Güterzüge
zusammen,
maximale Länge
200
Unbegleiterter
Kombi-Verkehr
km/h, die anderen nur halb so schnell. Um diese Kapaziist eine gewisse
erforderlich:
schnellen
Stundentakt
dazwischen
die
ein und benötigen
beiden Portalen.
holgleise
ermöqlichen
von
Ein,
auf.
maximale Anhängelast
120 km/h
2 000 t
750 m
Bild
der Züge
treffen
im
reihen sich
dafür Überholgleise
an
Rollende
Landstrasse
maximale
Länge
120 km/h
2000 t
750 m
selbst gibt es keine Über-
und Pollegio
angeordneten
auch die Kontrolle
oder einen Lokführerwechsel.
12
Güterzüge
maximale Länge
mehr, wie noch im Projekt 1973 vorgesehen.
Die bei Erstfeld
bahnhöfe
Im Tunnel
Bündelung
Personenzüge
ein, die langsameren
160 km/h
1200 t
450 m
durch den
Die einen Züge fahren
tät zu erreichen,
am
d.h. 300 Züge
zu führen, unter Berücksichtigung
Unterhalts.
aUI
bis 160 km/h für
Angebote erhöhte Bedeutung zukommt.
Der Betriebsplaner
nei
Überholvon Zügen
JIIIlIIl'.lJ
Wagenladungsverkehr
I I f I
maximale Länge
L,HtB".I!I!i
100-120 km/h
2 000 t
700-750 m
N
Ers
ungs-
Wirtschaftlichkeitim Betrieb ist das eine Thema, be-
Die Massnahmen zur Gewährleistung der Sicherheit,
~rea-
trieblicheSicherheit das andere.
aber auch die zukünftigen Systeme für die Betriebsführung, bewirken bei den Bahnen SBB und BlS einen
9B in
lliche
.,
~
/h
Die Hochgeschwindigkeitsbahnen in der ganzen Welt,
Innovationsschub. In einer Zeit grosser technologischer
die noch keinen schlimmen Unfall zu verzeichnen ha-
Umwälzungen, in einer Zeit der europäischen Normie-
ben,haben Massstäbe gesetzt. Auch der Kanaltunnel
rung (es gibt immer mehr Teile an der Bahn, die in ganz
hatMassstäbegesetzt. AlpTransit wird diese Massstäbe
Europa gleich sind) öffnet sich den SBB die Gelegen-
einhalten,mit zum Teil anderen Mitteln. Ein Beispiel: die
heit, sich bezüglich Geschwindigkeit dem europäischen
Nothaltestellenalle 15 bis 20 km. Beim Unfall im Okto-
Stand anzunähern, sich den europaweit standardisierten
ber1996im Kanaltunnel konnten die rund 30 Insassen
und erprobten Komponenten anzupassen, das Ganze
einesbrennenden Zuges durch einen Notausgang aus
kostengünstig und effizient. Zwischen dem Rohbau des
derverrauchten Tunnelröhre fliehen. Im Fall eines mit
Tunnels und dem Einbau der Bahntechnik verstreichen
300 oder 600 Personen besetzten Reisezuges wäre die
fast 10 Jahre. Die gegenwärtige Projektierung der Bahn-
entsprechendeFlucht wohl noch bedeutend dramati-
technik basiert auf wahrscheinlichen Szenarien. Kosten-
scherverlaufen. Daraus folgt, dass dort wie hier der
rahmen und Platzbedarf gehen von der heutigen Tech-
erzwungeneHalt eines brennenden Reisezuges irgend-
nik aus, die damit auch eine Rückfallebene bildet.
wo im Tunnel mit allen Mitteln der Prävention zu ver-
-=-
meidenist. Zur Entschärfung dieser Gefahr haben beide
Ich fasse zusammen:
Basistunnelvon AlpTransit Nothaltestellen alle 15 bis 20
• Die Baukosten für AlpTransit Gotthard liegen auch
km vorgesehen. Sie können sich das wie eine U-
nach Abschluss des Bauprojekts im vorgegebenen
Bahnstationvorstellen, eine hell beleuchtete Plattform
Rahmen
mitFrischluftzufuhr und Rauchabzug. Reisende können
• Die geologisch kritischen Zonen (auch Piorazone)
auf der ganzen länge des Zuges aussteigen wie in
sind frühzeitig erfasst und angegangen worden, um
einemBahnhof und sind nach wenigen Schritten in ei-
spätere
auszuschliessen.
Der
nemsicheren Raum. Rund 95% der Reisezüge werden
auchin extremen Notfällen bis zu dieser Station gelan-
die Pioramulde führt ein Sondierstollen. Es steht aus-
genkönnen, wo die Überlebenschancen der Reisenden
reichend Zeit für eine vorsichtige, langsame Durchör-
ungleichgrösser sind als bei einem Halt an beliebiger
terung zur Verfügung.
Stelle. Neben AlpTransit haben auch die beiden ande-
•
Überraschungen
Schacht ins Tavetscher Zwischen massiv ist im Bau; in
• Die Bauvorbereitungen wurden von allen Beteiligten
ren im Alpenraum geplanten Eisenbahn-Basistunnel -
mit grossem Elan angegangen. Das erlaubte den
amMt d'Ambin und am Brenner - solche Nothaltestellen
Baubeginn in Sedrun im vergangenen Jahr. Weitere
vorgesehen.Auch sie weisen einen Querschnitt mit zwei
Baustellen am Gotthard-Basistunnel können dieses
Einspurröhren,verbunden mit begehbaren Querstollen,
Jahr eröffnet werden. Die leute, die Pläne sind bereit.
auf.
Die SBB unterstützen die gleichzeitige Realisierung der
redimensionierten Gotthard-Basislinie und des lötsch-
~'"
bergbasistunnels. Sie ergeben zusammen eine AufwerBild10: Schematische Darstellung Gotthard-Basistunnel
tung des Schienennetzes Schweiz. Der Bau einer
Flachbahn am Gotthard, die 2/3 des Bahnaufkommens
im Personen- wie im Güterverkehr bewältigen wird, hat
iII!!t'
höchste Priorität: sie verleiht der Bahn eine Perspektive,
sie vermag den Nachteil der Bahn im heutigen Wettbewerb in einen Vorteil zu verwandeln.
1ft
h
_
Einspurröhren
••
_
Tunnelwechsel
Multifunktionsstellen
. L3 Querschläge
I""
Zwischenangriffsstellen
13
Gotthard-Basistunnel: Neue geologische Erkenntnisse im Bereich des
Tavetscher Zwischenmassivs und der Piora-Mulde
Toni R. Schneider, Uerikon
1.
Einleitung
gestreift wird. So wurden insbesondere im Bereich des
Im folgenden wird über die neusten geologischen Erkenntnisse im Bereich des Tavetscher Zwischen massivs
und der Piora-Mulde, d.h. die beiden kritischsten Abschnitte innerhalb des Gotthard-Basistunnels, berichtet.
S-Portals wie auch im Raume Faido weitere Detailstudien durchgeführt, die jedoch hauptsächlich als Verfeinerung der Kenntnisse im Hinblick auf die kommende
Submission der Bauwerke zu bewerten sind.
Eine erste umfassendere Berichterstattung fand im
Rahmen des Vorprojektes statt (Diethelm 1993, Könz
1993,Schneider 1992 und 1993, Gehriger 1994). In der
2.
Tavetscher Zwischenmassiv
Zwischenzeit hat die Projektentwicklung die Phase
Bauprojekt erreicht. Die folgenden Ausführungen ent-
2.1 Tavetscher Zwischenmassiv Nord
sprechen somit den Erkenntnissen, wie sie in das Bau-
Der im Tunnelbereich nicht aufgeschlossene Abschnitt
projekt eingeflossen sind, dies obwohl im Tavetscher
des Tavetscher Zwischenmassivs Nord ist heute mit den
Zwischenmassiv wie auch in der Piora-Mulde die Unter-
3 Bohrungen SB1, SB2 und SB3 abgedeckt (Bild 1). Mit
suchungen noch nicht vollständig abgeschlossen sind.
diesen 3 Bohrungen konnte das ganze Spektrum des
betreffenden Abschnittes erfasst werden. Die Tabelle 1
Im folgenden werden zuerst die neuesten Erkenntnisse
enthält für den wahrscheinlichen Fall eine Zusammen-
und Erfahrungen im Bereich des Tavetscher Zwischen-
fassung der prozentualen Verteilung der Gesteinstypen
massivs geschildert; anschliessend folgen die Informa-
in diesem Abschnitt. Die Darstellung zeigt, dass mit 71%
tionen über die Piora-Mulde. Es muss jedoch betont
der Anteil an tektonisch überprägten kakiritisierten Ge-
werden,dass damit nur ein beschränkter Teil der in den
steinen bis zonalen Kakiriten (Felstypen 0*, F*, G* und
vergangenen Jahren durchgeführten Untersuchungen
H) recht beträchtlich ist.
Tabelle 1: Zusammenfassung der prozentualen Verteilung der Gesteinstypen im TZM-Nord
Gesteinstypen
Felstypen
<l>prozentualer Anteil
(wahrscheinlicher Fall)
entsprechende Längen [m]
im wahrscheinlichen Fall
± intakte Gneise
0
13
104
± intakte Schiefer
F
13
104
± intakte Phyllite
G
3
24
29
232
Zwischensumme
:t intakte Gesteine
D,F,G
kakiritisierte Gneise
0*
12
96
kakiritisierte Schiefer
F*
50
400
kakiritisierte Phyllite
G*
5
40
zonale Kakirite
H
4
32
D*, P, G*, H
71
568
Zwischensumme
kakiritisierte
Gesteine
15
Im Rahmen der beim Gotthard-Basistunnel verwendeten
zur KVR-Kaverne Sedrun und dem in Arbeit befindlichen
Unterteilung der Felstypen werden mit 0*, F* und G* die
Zugangsstollen Sedrun herzustellen. Dies ist haupt-
regional kakiritisierten Gneise, Schiefer und Phyllite
sächlich auf die auch im Tavetscher Zwischenmassiv
bezeichnet (Schneider, 1993). Aus den Bohrungen geht
Süd weitgehend linsenförmige Anordnung der einzelnen
deutlich hervor, dass es sich hier um einen "sandwich-
Gesteinstypen zurückzuführen.
NNV
m ü.•
150C
artigen" Aufbau im Dezimeter- bis Dekameter-Bereich
abwechselnder, unterschiedlich fester Gesteine sämtlicher Felstypen handelt. Von der Ingenieurgemeinschaft
2.3
Positionierung
der Multifunktionsstelle
5edrun
100(
Gotthard Süd wurden in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Bautechnik zwei Varianten für die Auffahrung dieses heiklen Abschnittes ausgearbeitet. Die eine
Variante sieht einen Kalottenvortrieb, die zweite einen
Vollvortrieb mit vorauseilender Ortbrustsicherung und
nachgiebigem Stahleinbau vor. Ausgehend vom bautechnisch
ungünstigsten
Felstyp, den kakiritisierten
Phylliten (G*), den hier erforderlichen Ausbruchquerschnitten und Stützmassnahmen wurde das Hauptaugenmerk auf eine ausgesprochen flexible Anpassung an
die jeweiligen örtlichen Gegebenheiten gerichtet.
Die Projektion der Aufschlüsse der Sondierbohrung
SB4.1 auf das Niveau des Basistunnels ergab die in Bild
3 dargestellte geologische Situation im Bereich der
Multifunktionsstelle. Auch unter Berücksichtigung der
50(
unvermeidlichen Streuungen entsprechender Extrapola-
AI-
tionen zeigt sich, dass sowohl der Schacht wie auch die
CZ
grosse Querkaverne im Schachtbereith sowie die Verbreiterungen im Bereich der Tunnelwechsel in bautechnisch günstige Gneise zu liegen kommen bzw. plaziert
werden können. Ferner besteht die Möglichkeit, die vom
Betrieb gewünschte Zugsgeschwindigkeit von 110 km/h
für die Ablenkung beim Spurwechsel einzuhalten, weil
2.2 50ndierbohrung
584.1
die erforderliche Geometrie aufgrund der vorgefundenen
Verhältnisse realisiert werden kann. Allerdings sind
Im Bereich der Multifunktionsstelle Sedrun war im Bauprojekt neu ein doppelter Spurwechsel einzuplanen, der
im Vorprojekt weiter südlich im Gotthard-"Massiv" vorgesehen war (Bild 3 Seite 9). Diese Multifunktionsstelle
bringt eine relativ komplizierte Verschneidung von einzelnen Stollensystemen mit sich; im weiteren führen die
beiden Tunnelwechsel dazu, dass lokal sehr grosse
Spannweiten von bis zu 19 m erforderlich sind. Obwohl
generell aufgrund der Oberflächenkartierungen und der
Aufschlüsse aus den Stollen der KW Vorderrhein (KVR)
einzelne Partien der hier vorliegenden Quermuskowitgneise relativengständig
zerklüftet. Dies entspre-
chend dem prognostizierten kleinen, nur wenige Dezimeter Ausdehnung erreichenden Kluftkörper. Es wird
nun von den Verhältnissen im Zugangsstollen abhängen, ob der Schacht an der vorgesehenen Stelle belassen werden kann, oder ob sich eine gewisse Verschiebung aufgrund der Situation im Bereich des Schachtkopfes
aufdrängt.
Entsprechende
Argumente
für
den
Schachtfuss liegen auf jeden Fall keine vor.
mit eher günstigen Verhältnissen gerechnet werden
konnte, drängten die heiklen Bedingungen in der Plazierung der kritischen Abschnitte die Schaffung zusätzlicher Informationen auf, da eine zuverlässige Prognose
nicht mit letzter Sicherheit durchgeführt werden konnte.
2.4 Zugangsstollen
Mit den Arbeiten am Zugangsstollen wurde im April
Aus diesem Grunde wurde eine weitere Sondierbohrung
1996 begonnen. Heute wurde der Vortriebsstand Sm
SB4.1 vom selben Standort wie die alte Bohrung SB3,
705 erreicht (Bild 4). Das vorgefundene Gebirge ent-
jedoch in südlicher Richtung abgetieft (Bild 2). Die Boh-
spricht, was den lithologischen Aufbau betrifft, weitge-
rung wurde in zwei Phasen (A und B) mit einer Ablen-
hend den Erwartungen. Gewisse Probleme ergaben sich
kung bei rund 500 m mit einer totalen Länge von
aus der prognostizierten starken Zerklüftung der Gneise.
1750 m bis unter den Tunnelbereich abgetieft. Wie Bild
Sie führte zu Schwierigkeiten beim Bohren und Laden
2 zeigt, konnten relativ günstige Gesteinsverhältnisse
der Sprenglöcher.
festgestellt werden, indem am Gebirgsaufbau Gneise
weitaus dominieren. Relativ schwierig waren die Korre-
Der Hakenwurf erreicht eine Tiefe von 44 m und stimmt
lationen zwischen den Aufschlüssen im Zugangsstollen
weitgehend mit der Prognose überein. Die relativ zahl-
16
Hortzc
tal pro
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li.M.
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Bild 1:
Sondierbohrungen
im N-Teil
des T avetscher Zwischenmassivs (SB1, SB2, SB3)
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1500-
1000 __ 3
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~1000
500
TAVETSCHER
ZWISCHENMASSIV
CZ = Clavaniev-Zone
0I
500 m
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Skm
Schacht
LEGENDE
•
Vertikal·
projektion
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L
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200m
i
I
schiefrig-phyJlitische I
Zwischenlagen
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N
Länqsprofil
121.0
120.0
•
I
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I
.
i
i Iäl prognostizierte
L... _._
Niveau GBT
546m ti.M.
I!!l
@i!
0
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@i!
Amphibolil
Gneise bis
Scl1iefergneise
Schiefergneise
Schiefer
Phyllit.
Zonaler Kaklfit
1-'=----;
I
rr600
!
Gneise
11 Pecmatit
i
i
Bild 2:
Vertikal- und Horizontalprojektion SB4.1 auf den Zugangsstollen ZAS (projizierter
Zugangsstollen KVR als
Vergleich dargestellt)
Bild 3:
Der Projektionsbereich
der
Sondierbohrung SB4.1:
Längsprofill Horizontalschnitt
N
Kakirite: sehr ungünstig (bautechnische
Bewertung)
Schiefer: ungünstig
Schiefergneise
11
m
11
Schiefergneise:
stark geklüftet: mässig günstig bis ungünstig
mässig günstig
Gneise stark geklüftet: günstig
Gneise gering geklüftet: sehr günstig
17
s
N
Bild 4:
Übersicht Zugangsstollen
Sedrun
1800
••••••••••••••
h~
,////'/
n~:: sehr stark ZerkIOft~;
akirltische Störzone
!
-
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Bo~
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I
Vortriebsstand 705
chiefer
1600 f
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•••••••••••••••••••••
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04.03.1997· i
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1400 i~~>.,L.:~/·/'_-ZU~~~g~~.!Ollen-_1
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Befund ~.WIJ~m1"~~~!l~!_~~.~.'
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500
!
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wes
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Sm
wirc
fels
I~s ca. 44 m Hakenwurf
Prognose
(ohne Streubereiche,
Bild 5:
Geologisches Längsprofil
im Bereich des TZM
~III1UIlll.IIiIIIII.IIIIIUl!lllllllllnl
••
Lab
IJIII!IIIIIUIUi_1
IJIII!IIIIIIJII
m schiefrig-phyllitische,
z.T. kakiritische Zwischenlagen (AKL IV und V)
Gneise (vorwiegend AKL 11 und 111)
•
S
N
3.
3.1
2000
Vor
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Vor
Luc
1000
Pro,
Pro
erst
o
AARMASSIV
119
CZ
300
120
TAVETSCHER
Tn·i-Nord
800m
I
121
ZWISCHENMASSIV
TZtv1-Süd
1910 m
122 km
UGZ
AK
510m
reichen schiefrigen bis phyllitischen zum Teil stärker
war im Tavetscher Zwischenmassiv Süd unter anderem
kakiritisierten Lagen in Portalnähe führten teilweise zu
das Auftreten von mächtigeren Amphibolitlinsen, die an
einem Rückstau des Bergwassers. Dieser hatte zur
der Oberfläche relativ spärlich vertreten sind, sowie die
Folge, dass durch den Stollenvortrieb Wassersäcke
markante Ausdünnung des Pegmatites von Tgom, der
entleert wurden, die sich bergseits weniger durchlässi-
an der Oberfläche einen relativ breiten Raum einnimmt,
ger
sich auf Tunnelniveau jedoch auf 3 schmale Zonen
Schichten
angesammelt
hatten.
Die gesamte
Wasserführung entsprach jedoch der Prognose, nur
reduziert.
ganz kurzfristig wurden am Portal Wassermengen bis
41 IIs gemessen. In der Regel lagen sie unter 10 IIs.
Bild
ml
2C
1C
Eine hauptsächlich in programmlicher Hinsicht noch
offene Frage ist die effektive Breite der Clavaniev-Zone
und die Mächtigkeiten der darin enthaltenen Kakirite.
2.5
Ausblick
Aufgrund der Trasseverschiebung nach Osten im Rah-
Wie die Übersicht in Bild 5 zeigt, konnte mit den vier
men des Bauprojektes sind die Informationen aus den
abgetieften
Zwi-
vorhandenen Bohrungen, vor allem auch der SB3, zu
sehenmassiv in seiner ganzen Breite mit Bohrungen
weit entfernt, um eine ausreichend genaue Prognose
weitgehend abgedeckt werden. Etwas überraschend
aufzustellen. Aus diesem Grunde wird gegenwärtig eine
18
Schrägbohrungen
das Tavetscher
G
weitere Sondierbohrung (SB3.2) geplant, wobei die
ventina-Gneise, die hier als eindeutiger Primärkontakt
Bohrlänge 1600 m, je nach Verhältnissen eventuell
vorliegt, wie auch die Umbiegung der Chiera-Synform
sogar bis 1750 m, erreichen soll. Damit sollen haupt-
befinden sich innerhalb der zu erwartenden Streubreite
sächlich die bautechnisch kritischen Bereiche klarer
von wenigen Dekametern an den erwarteten Stellen.
erfasst werden, um die terminlichen Belange genauer
Neu sind mehrere Kakirite, so insbesondere die sehr
abschätzen zu können. Je nach den vorgefundenen
starken Kakirite zwischen Sm 4500 und Sm 5000, von
Verhältnissen liegen bauprogrammliche Streuungen von
denen sogar vermutet werden muss, dass in ihnen
bis zu 11/2 Jahren vor. Materialtechnisch werden keine
neotektonische Verstellungen stattgefunden haben und
wesentlichen neueren Erkenntnisse erwartet, gleichwohl
eventuell weiterhin eine Aktivität zu befürchten ist. Die
wird die Bohrung, im Hinblick auf die Erweiterung der
Kakirite im vorderen Stollenabschnitt haben sich erst
felsmechanischen Kenntnisse, so insbesondere der
aufgrund des Stollenvortriebs gezeigt, weil ihre Oberflä-
Laborwerte,voll ausgeschöpft werden.
chenausbisse durch das grosse Sakkungsgebiet von
Osco verdeckt sind. Auch die N-Grenze der Lucomagno-Gneise wurden innerhalb von 12 m an der erwarteten Stelle angetroffen. Als weitere wesentliche Erkennt-
3.
nisse sind zu erwähnen:
Piora-Mulde
- die gute Felsqualität der Lucomagno-Gneise (vorwie-
3.1
Sicherheitsdispositiv
bei der Annäherung
gend Felstypen A, B, D, nur untergeordnet Felstyp E)
Vor rund einem Jahr (21.03.96) wurde der TBM-Vortrieb
im Sondierstollen bei Sm 5552 gestoppt, nachdem eine
Vorbohrung die ersten Hinweise auf das N-Ende der
Lucomagno-Gneise lieferte. Wie ein Vergleich mit dem
Prognose-Profilzeigt, ist die Übereinstimmung zwischen
- eine gewisse Tendenz zu Ablösungen und Abschalungen in den flach liegenden Leventina-Gneisen
- der gesamthaft ausgesprochen geringe Wasseranfall
(Stollenportal durchschnittlich 5.5 I/s)
- die um 20-30% höheren Felskennwerte von im Stol-
Prognose und Befund für die Penninische-Gneiszone
len entnommenen
erstaunlich gut (Bild 6). Sowohl die N-Grenze der Le-
Oberflächenproben.
Proben, gegenüber "früheren"
Bild6: Befundprofil durch den Sondierstollen Piora-Mulde, Phase 1
s
Tiefenbohrung
Gana Bubair a
N
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5.552
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Gotthard..Massiv"
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PM
5
4
3
I
2
1
Okm
Lucomagno-Gneise
Leventina-Gneise
Penninische-Gneiszone
PM = Piora-Mutde
I I
19
Es versteht sich von selbst, dass die Annäherung an die
Bild 7: Resultate der Strukturmessungen im Zuge der
Annäherung an die Piora-Mulde
N-Grenze der Lucomagno-Gneise mit grösster Sorgfalt
55f
5
N
durchgeführt wurde, musste doch immer von der An-
Die
nahme ausgegangen werden, dass jenseits der Grenze
Ent
Pio
die Anwesenheit von Trias mit Zuckerkörnigem Dolomit
nicht ausgeschlossen werden kann. Ausschlaggebend
Sei
waren vor allem folgende Elemente:
ner
tig~
3.1.1 Strukturmessungen
eig
Eine erste Vorsichtsmassnahme bildeten kontinuierliche
fan
Strukturmessungen. In Bild 7 ist zu erkennen, wie die
ber
Strukturen bis zum Vortriebsende innerhalb der Mess-
Bol
genauigkeit mit den prognostizierten übereinstimmten.
fan
Sie lieferten folglich immer nur die Gewissheit, dass sich
bru
der Vortrieb eindeutig noch in den Leventina-Gneisen
se
befindet und keine strukturellen Komplikationen zu
mo
erwarten sind.
flüs
Stu
3.1.2 Vorbohrungen ab der TBM
Wa
Auf der TBM war ein leichtes Bohrgerät montiert, das
die
die Durchführung von Vorbohrungen von rund 100 bis
lieft
120 m Länge erlaubte. Mit systematischen Vorbohrun-
14C
gen wurde ab Sm 5251, d.h. rund 300 m vor Ende der
Manometer innerhalb kürzester Zeit Wasserdrücke von
haf
Vortriebsarbeiten begonnen. In Bild 8 ist das Vorge-
100 bar gemessen wurden. Das den Vorbohrungen
auf
hensschema aufgezeichnet. Die Vorbohrungen wurden
zufliessende Wasser war frei von Tritium, d.h. es
fen
jeweils rund 80-120 m weit vorgetrieben. Der Nachzug
stammte aus einem alten, mehr oder weniger stagnie-
rnu
der TBM fand anschliessend soweit statt, dass immer
renden Vorkommen. Nach wenigen Stunden war das
ein Sicherheitspfeiler von rund 20 m übrigblieb.
Wasser mit dem Tracer Duasine gefärbt, der von der
3.1
Färbung der Versickerungszone des Ri dei Calcestri
Im
Die Vorbohrung ab Sm 5406 traf erstmals wasserfüh-
vom August 1993 stammte. Er konnte einige Tage lang
sen
rende Klüfte an, allerdings mit nur kleinen Ergüssen in
beobachtet werden, anschliessend wurde normales
11
der Grössenordnung von 1-2 IIs. Bemerkenswert war
stärker sulfatbelastetes
ren
jedoch, dass nach Verschliessen des Bohrloches am
gefunden.
Bergwasser ohne
Farbstoff
an.
ken
tenr
Bild 8:
Vorbohrungen im Zuge der
Annäherung an die PioraMulde
Südgrenze der
Piora-Mulde
nach:
Prognose / Befund
N
5
sen
L-fr
..
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Ln Lrl
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I
I I
Vorsondierung
Sm
MM
20
sinl
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Rat
Ge(
/
//
5600
wel
ben
Stott enmetr
5500
5400
5300
ierunq
5200 Sm
Die letzte Vorbohrung ab TBM war diejenige ab Sm
5552, die rund 7 m in den Kakiriten vorstiess, der am
Ende der Lucomagno-Gneise den Obergang in die
Piora-Mulde markiert (Bild 9).
Seismische Vorauserkundungen liessen bereits erkennen, dass hier eine Stt>rzone von rund 15-16 m Mlichtigkeit vortiegen musste, die sich in der Bohrung als
eigentlicher zonaler Kakirit erwies. Am 31 . Mlirz 1996
fand beim Wiedereindringen des Gestlinges in das
bereits ausgefOhrte Bohrtoch, im Anschluss an eine
Bohrkronenkontrolle, der Materialeinbruch statt. Dieser
B. Situation zu Beginn des Einbruches 31.03.96
?
ca. 13""
I
fand in den Medien ein grosses Echo (Bild 9). Der Ein-
? J
bruch wurde mt>glich, weil in der betreffenden Bohrphase der Kelly-Hahn am Ende des Bohrgestlinges nicht
?
·;
montier! war. Bild 10 zeigt den Vertauf der WasserzuflOsse ins Bohrtoch. Bemerkenswert ist, dass in den 43
FALL B
~ulde FALL A
'2m
38m
~· b
c.Jiln ruch-
35
m
Einbruch :
8 ohrkopf
ca. 4 200 ml Wasser mit
ca. 1 400 ml zuckerkcirnigem
Dol omit
G~
I
WasserfOhrung der Bohrung festgestellt werden konnte,
I
? Durchbruch von Linse
~- innerhalb Stiirzone
lourchbruch aus
I karbonatischer
Trias der Piora-
?I
Stunden vor dem Haupteinbruch eine zunehmende
-~
die auf innere Erosion zurOckzufOhren ist. Gesamthaft
lieferte der Einbruch rund 4200 m3 Wasser und ca.
1400 m3 Zuckerkt>migen Dolomit. Er dauerte gesamthaft nur rund 2 Stunden. Ob das relativ abrupte Ende
auf eine Verstopfung der Zulaufkanale oder das Auslaufen einer zucketkt>migen Tasche zurOckzufOhren ist,
muss nach wie vor eine offene Frage bleiben.
Bild 10: Der geschatzte zeitliche SchOttungsvertauf aus
der Vorbohrung 5552
VI 400
~
------------------~----------------,
N
"'"'
"'cC1
:I
....
3.1 .3 Temperaturmessungen
.s::
lm Stollen wurden laufend die Temperaturen des Fel-
....
sens wie auch der Wasserzutritte gemessen. Wie Bild
11 zeigt, stiegen in den ersten 4000 m die Temperatu-
_g
0
>
(/)
:I
Ill
C1
c
ren entsprechend der Obertagerungshohe regelmassig
::J
an. Ab Sm 4000 war anschliessend ein starkes Absin-
5.s::
ken zu beobachten, das am Stollenende noch zu Fels-
---wassermengen 1/s
200 ~
0
(/)
0~----~~-------.------~~------~
0
20
40
Stunden
60
80
temperaturen von 14"C fOhrte. In den Vorbohrungen,
welche die Piora-Mulde erreichten, wurden sogar Was-
sturz von 32"C auf 14"C macht somit rund 18"C auf
3.2 Sondierungen am Stollenende in die PioraMulde
rund 1500 m Horizontaldistanz aus. Dieses starke Ab-
Leider verklemmte bei der letzten Vorbohrung ab TBM
sertemperaturen von 9.5"C erfasst. Der Temperaturab-
sinken der Temperatur kann nur mit einer gewissen
(VB 5552) der Kelly-Hahn, sodass die Bohrung weder
Wasserzirkulation in der Piora-Mulde erkllirt werden. Die
entlastet noch ausinjiziert werden konnte. Aus Sicher-
Starke dieser Wasserzirkulation wird gegenwartig im
heitsgrOnden wurde deshalb die ganze Bohrung in einen
Rahmen eines Spezialauftrages von der Gruppe fOr
Betonzapfen von 8 m Lange eingeschlossen, der heute
Geothermie am Geophysikalischen lnstitut der ETH-Z
den Stollenabschluss nach Norden bildet.
berechnet.
Nach der Demontage und dem ROckzug der TBM wurde
mit den grossraumigen Sondierungen in die Piora-Mulde
21
begonnen. Beauftragt mit diesen Bohrungen ist eine
Bohrung musste abgebrochen werden, weil die letzte
Trer
Gruppe unter der Führung von Rodio; die Bohrungen
zur Verfügung stehende Rohrgarnitur (BQ) im Bereich
nun!
selbst führt die Firma Morissette aus, eine kanadische
der Verbindungen der einzelnen Bohrstangen überbe-
ziert
Firma, die weltweit für Untertagbohrungen tätig ist. Bild
ansprucht wurde.
12 zeigt den heutigen Stand dieser Untersuchungen.
Bei der ersten Bohrung wurde eine Länge von 202.5 m
Bei der nächsten Bohrung B01.3 wurden alle bisherigen
erreicht. Sie zeigte bei den vorliegenden Gegebenheiten
Erfahrungen ausgenutzt und die ganze Piora-Mulde
(Bergwasserdrücke >100 bar, Zuckerkörniger Dolomit
durchstossen (Bild 14). Die Aufzeichnung der Bohrpa-
als schwimmendes Gebirge) erstmals die enormen
rameter ermöglicht eine klarere Differenzierung zwi-
technischen Schwierigkeiten. Zusätzlich ergaben sich
schen den härteren sulfatisch-karbonatischen Dolomiten
Probleme bei der Durchfahrung des Kakiriten und beim
und Rauhwacken sowie Gips- und Anhydrit-Gesteinen
Durchfahren von zuckerkörnigen Taschen. Es zeigte
der Piora-Mulde einerseits und den weicheren zucker-
sich die sehr hohe Mobilität dieses Materials, die zu
körnigen Einschaltungen andererseits. Aber auch hier
hohen Reibungswiderständen entlang des Gestänges
muss beachtet werden, dass die Darstellung in Bild 14-
wie auch zu grossen Verschleissen in den Packersy-
was die räumliche Ausdehnung der zuckerkörnigen
stemen führten. Letztlich musste auch aufgrund der
Partien betrifft - als schematisch zu bewerten ist. Dies
hohen Beanspruchung das Bohrgerät als solches zu-
hauptsächlich, weil mit der Bohrung unbedingt die N-
sätzlich verstärkt werden. Die erste Bohrung erreichte
Grenze der Piora-Mulde erreicht werden musste, was
denn auch nur die oben angeführte bescheidene Länge
bei den vorliegenden Verhältnissen bedingte, dass über
(Bild 13). Da es sich um eine erste Testbohrung handel-
grosse Strecken mit geschlossener Bohrkrone gearbei-
te, wurde keine Aufzeichnung der Bohrparameter vor-
tet werden musste. Eine echte Eichung der Bohrpara-
genommen. Die vom Bohrmeister erfassten Bohrfort-
meter mit Kernen liegt deshalb vorläufig nicht vor. Ge-
schritte liessen jedoch deutlich die auf rund 16 m Länge
wisse Hinweise liefert jedoch auch der Vergleich mit der
durchfahrene kakiritische Störzone, wie auch die Wech-
Bohrung Bo 1.2. Die Bohrung richtete sich zwischen 60-
sellagerung von wenig festem Zuckerkörnigem Dolomit
70 m relativ rasch auf eine Neigung von rund 18° auf,
und festeren karbonatisch-sulfatischen Gesteinen der
obwohl der Ansatz mit nur 2° Steigung begann und blieb
Röti-Serie der Piora-Mulde erkennen. Zudem gelang es
bis zum Ende bei 288.75 m mehr oder weniger kon-
auf gewissen Strecken Kerne zu gewinnen. Die Auf-
stant. Die Aufrichtung ist zweifellos auf das mit rund 65°
zeichnung bezüglich Zuckerkörnigem Dolomit in der
N-Einfallen der Gesteinsserien zurückzuführen.
B01.2 muss jedoch als schematisch betrachtet werden;
nach 273.5 mangebohrten altkristallinen Gesteine des
sie soll jedoch zeigen, dass rund 25% der Röti-Serie als
Gotthard-"Massivs" lassen sich vorläufig noch nicht
eindeutig zuordnen. Möglich ist eine Einordnung in die
s
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N
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~
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.(
01
Die
wenig festes zuckerkörniges Gestein ausgebildet ist. Die
Bild 11:
Sondierstollen Piora-Mulde:
Wasser- und Felstemperaturen
LE
a.
E
ca,
~
Anr
Cl)
1000
- Dil
ert
- Ne
- Ne
- St,
22
Tremola-Serie; andererseits
nung zur Corandoni-Serie
ist aber auch eine Zuordnicht auszuschliessen.
ziert auf die Ebene des Sondierstollens
der Bohrung
Proji-
Kakirit auf der S-Seite
macht die Länge
2 m Mächtigkeit
massstäblich
Sm 5552
aus, wenn
und der Basisquarzit
dazugezählt
rOhne
Massstab
•
Bo 1.3
Stand Bm 285.5
rund 247 m Piora-Mulde
von rund
werden.
Bild 12:
Bisherige Bohrungen in die
Piora-Mulde ab Ende des
Sondierstollens
LEGENDE
o Betonpfropfen
•
• Lucomagno-Gneise
• Quarzit (Basis der Piora-Mulde)
iJ:~
kakiritisehe Störzone
karbonatisch-sulfatische
Gesteine der Piora-Mulde
• Schiefer
•
Gneise des Gotthard-"Massivs"
Bild 13:
Übersicht Sondierung
Bohrung B01.2
/
.Bohrunq bei Bm 202.5 abgebrochen BQ
LEGENDE
30m20
N
10
Längen
0
Schraffuren
r:;:;:;:;:;:;j
Kurzbeschreibung
8.6 m
39.4 m
_
Betonpfropfen
Lucomagno-Gneise
1.0 m
1.0 m
~
Basisquarzit
Serizit-Muskowitschiefer
6.5 + 7.5 m
in Summ me
ca. 38 m
••
l
ca. 100.5 m
•... . .
-
Kakirit
Zuckerkörniger Dolomit (schematisch!)
Anteil ca. 25% in karbonatisch-sulfatischer
Trias
Sonstige karbonatisch-sulfatische Gesteine
Piora-Mulde
5
Lucomagno-Gneis
ca. 247m lange Piora-Mulde auf Niveau des Sondierstollens
inkl. Kakirit (ca. 18m proj.) und Basisquarzit (ca. 2m proj.)
Annahmen:
- Die Grenze Piora-Mulde I granitoide Gesteine des Gotthard-"Massivs" wurde tatsächlich
erbohrt (keine Linse)
- Neigung der Schieferungsflächen: beidseitig 65°
- Neigung zwischen Bm 230 und 288.75: 21°
100m
- Streichen der Schieferung: senkrecht zur Bohrachse
der
Bild 14:
Sondiersystem Piora-Mulde:
Bohrung Bo 1.3, Kenntnisstand am 06.02.1997
3.3 Geophysik
Bild 16: Aktualisiertes Profil durch den GotthardBasistunnel (GBT) im Bereich der Piora-Mulde
Um den Informationsgewinn zu beschleunigen, wurde
parallel zu den Sondierbohrungen aus dem Sondierstol-
N
S
mÜ.M.
2500
len heraus gleichzeitig eine weiter entwickelte seismi-
r
sche Vorauserkundung durchgeführt. Das entsprechende Seismogramm ist in Bild 15 enthalten. Es zeigt, dass
sich die N-Grenze der Piora-Mulde sehr deutlich ab-
2000
zeichnet. Mit einer angenommenen WeIlenfortpflanzungsgeschwindigkeit von 1750 m/s errechnet sich aus
dieser Aufzeichnung eine Mächtigkeit der Piora-Mulde
von 238 m, d.h. die Geophysik und der nachträgliche
1500
Bohrbefund stimmen sehr gut miteinander überein.
Die örtlichen Verhältnisse im Bereich der Piora-Mulde
1000
ergaben folglich den im Bild 16 dargestellten Aufbau.
Unsicher ist vorläufig das Auftreten von CristallinaGrano-diorit und Medelser-Granit.
500
Eine weitere Seismikkampagne wurde entlang dem
Sondierstollen vom Sm 2000 bis zum Stollenende
durchgeführt. Damit konnte nachgewiesen werden, dass
auf dem Niveau des Basistunnels die Piora-Mulde nach
einer ersten Durchfahrung im Norden weiter im Süden
nicht nochmals auftaucht und das Bauwerk tangiert.
Bild 15:
Seismische Vorauserkundung ab Ende
SSP
Tm
5402
Kontakt
Piora-Zone
Tm 5588
N
vermutete
Rückwand
Piora-Zone
...;z
M Piora-Zone
= 0.272
(Laufzeitdifferenz
)
24
Reflexion
u:>
3.4 Aufbau der Piora-Mulde
Aus allen Beobachtungen resultiert fOr die generellen
Aus den bisherigen Untersuchungen ergibt sich, in
hydrogeologischen Verht:lltnisse der Piora-Mulde, von
Vortriebsrichtung
unten nach oben betrachtet, folgendes Bild (Bild 17):
des
bestehenden
Sondierstollens
betrachtet, folgender Aufschluss der Piora-Mulde:
• Rund 100 m {mbglicherweise auch weniger) oberhalb
• Lucomagno-Gneise: hauptsachlich in Form von
des Sondierstollens Phase 1 befindet sich die Oberflache eines mehr oder weniger "stagnierenden" alten
Amphiboliten und Hornblendegneisen
Kluftwassers.
• Grenzflache Penninische-Gneiszone - Gotthard"Massiv"
• DarOber folgt bis ca. 1000 m Ober dem Sondierstollen
ein mehr oder weniger gesattigtes Bergwasserzirkula-
• Piora-Mulde
- 2 m Trias -Basisquarzit
tionssystem, wobei die Hauptzirkulationen entlang von
- 18m kakiritische StOrzone, eventuell zum Teil mit
Karstsystemen und in untergeordnetem Masse mOglicherweise in der kakiritischen Stbrzone erfolgen. Aus
Linsen aus ZuckerkOrnigem Dolomit
- ca. 230 m karbonatisch-sulfatische Trias, vorwie-
den Ft:irbversuchen ergibt sich, dass im oberen Be-
gend aus festeren Dolomiten, Rauhwacken, Dolo-
reich des gesattigten Bergwasserzirkulationssystems
mit-Gips I Anhydrit-Gesteinen, Quarziten und rei-
die Verkarstung relativ stark ausgebildet ist. Anderer-
nem Gips I Anhydrit (ROti-Serie) mit vermutlich ei-
seits zeigt die Tatsache, dass im Sondierstollen noch
nem Anteil von ca. 25%, eventuell auch mehr, we-
Tracer gefunden wurde, dass die Einsickerung in die
nig festem Zuckerkbrnigem Dolomit. Das Auftreten
Tiefe eher Iangsam von sich gehen muss. Eine mehr
von Zuckerkbrnigem Dolomit dOrfte gemass den
oder weniger senkrechte Tiefensickerung unterhalb
Beobachtungen im Garegna-Stollen des KW Ritom
der Farbeingabe muss jedoch vorhanden sein, damit
hauptsachlich in Form von Linsen und Taschen,
der Tracer in die tieferen Bereiche des Zirkulations-
zum Teil aber auch entlang ausgedehnteren Scher-
systems gelangen konnte. Dieser Bereich markiert
zonen erfolgen. Nicht mit letzter Sicherheit auszu-
auch eine Art Wasserscheide innerhalb des Zirkulati-
schliessen ist eine starkere Auflockerung Ober den
onssystems, denn nach Westen abtriftende Farbstoffe
ganzen Muldenbereich.
wurden, trotz des ausgedehnten Oberwachungssy-
• Altkristallin des Gotthard-"Massivs" (Tremola-Serie,
Corandoni-Serie?).
Auf dem Niveau des Basistunnels ist voraussichtlich mit
Bild 17: Generelle hydrogeologische Situation im
Bereich der Piora-Mulde
einer weitgehend gleichen Abfolge zu rechnen. Es sei
w
denn, die Piora-Mulde zeige in der Tiefe in den kommenden 300 m eine merkliche Abnahme der Machtig-
E
- R i de i
Ca lce s lri
Pizzo Col ombe
keit. Wird das Trasse - wie es heute vorgesehen ist beibehalten, so erfolgt die Durchfahrung etwas schiefwinklig, d.h. die ganze Mulde wOrde sich urn ca. 30 m
auf ca. 280 m verlangern, es sei denn, durch eine entsprechende leichte Trasseanderung wOrde eine Durchfahrung senkrecht zum Streichen der Mulde angestrebt.
3.5 Hydrogeologische Situation
Die beobachtete markante Temperaturabsenkung im
luge der Annaherung an die Piora-Mulde lasst in diesem Bereich stt:lrkere Wasserzirkulationen erwarten.
Der Hydrogeologie der ganzen Mulde kommt deshalb
eine spezielle Bedeutung zu.
25
sterns, nicht gefunden. Als weniger wahrscheinlich
werden grössere Wasserbewegungen in den nicht
vom Karst durchsetzten Gesteinen der karbonatischsulfatischen Trias wie auch im Zuckerkörnigen Dolomit bewertet. Durch den Vortrieb des Sondierstollens sowie die Vor- und Sondierbohrungen wurden
neue Vorflutverhältnisse geschaffen, die zu einer An-
3.6
81
Weiteres Vorgehen
Aus den bisherigen Ausführungen geht deutlich hervor,
Fr.
dass sowohl die weitere Erkundung wie auch später die
Durchfahrung der Piora-Mulde eine grosse Herausforderung darstellen. Die Fortsetzung der Arbeiten richtet sich
jedoch generell weiterhin nach den seinerzeit formulier- .
ten Zielsetzungen (Bild 18).
zapfung des gesättigten Bergwasserzirkulationssysterns führten. Dadurch wurde die Oberfläche des
"stagnierenden" alten Kluftwassers lokal bis auf Stollenniveau abgesenkt.
Bild 18: Zielsetzungen des Sondiersystems Piora-Mulde
(SSP)
• Bis zur Terrainoberfläche folgt anschliessend die
ungesättigte Infiltrationszone.
Über die Zirkulationsbedingungen innerhalb des gesättigten Bergwasserzirkulationssystems
ist nach dem
heutigen Kenntnisstand folgendes festzuhalten:
• Das Zirkulationssystem wird im Süden durch die
Lucomagno-Gneise, im Norden durch Altkristallin und
variszische Granite des Gotthard-"Massivs" begrenzt.
In beiden Fällen handelt es sich um mehr oder weniger undurchlässige Gesteinsformationen.
• Innerhalb der Piora-Mulde liegen, in Abhängigkeit von
• Erweiterung der geotechnischen Grundlagen über
den Zuckerkörnigen Dolomit in grösserer Tiefe.
• Im Falle eines für den Tunnelbau ungünstigen
Tiefganges der Piora-Mulde: Suche nach der
günstigsten Durchfahrungsstelle.
• Auffahren der bautechnisch schwierigen Zone
vom Sondiersystem aus, so dass für den Vortrieb
des Haupttunnels, der vom Zwischenangriff Faido
aus die Stelle erreichen wird, keine Verzögerungen entstehen.
Durchmesser aufweisende röhrenförmige Struktu-
Literatur
stems die grösseren Wasserzirkulationen stattfinden,
muss vorläufig eine offene Frage bleiben. Erste Anhaltspunkte wird die hydraulische 3D-Modellierung des
Institutes für Geophysik liefern. Weitere Informationen
sind von den Sondierungen im Sondiersystem PioraMulde zu erwarten (z.B. Temperaturprofil durch die
zeu
sen
Arbl
Die
sctu
te i:
senl
und
Diethelm, W.: Der Gotthard-Basistunnel - Piora-Mulde,
Mitt. SGBF, Nr. 128, 1993
Gehriger, W.: Das Vorprojekt des GotthardBasistunnels, Basistunnel durch die Alpen, Internat.
Symposium, ETH-Z, März 1994
Könz, P.: Projekt Gotthard-Basistunnel und Besonderheiten der Linienführung, Mitt. SGBF, Nr. 128, 1993
Auf welchen Wegen innerhalb dieses komplexen Sy-
sie
bleil
- mittlere Durchlässigkeit: kakiritische Störzone, Zuk-
ren.
imn
Sysj
wacke, Gips I Anhydrit
Anhydrit; allerdings beschränkt auf cm- bis dm-
AbE
zeru
- geringe Durchlässigkeit: "massiger" Dolomit, Rauh-
halb des "massigen" Dolomites, Rauhwacke, Gips I
Erfc
späl
sigkeiten vor:
- grosse Durchlässigkeit: verkarstete Bereiche inner-
zus
mUI
• Erfassung der Geometrie der Piora-Mulde, d.h.
Festiegung des für diesen Gebirgsabschnitt gültigen tektonischen Modellfalls.
den Gesteinstypen, sehr unterschiedliche Durchläs-
kerkörniger Dolomit
Für
Schneider T.R.: Einige geologische und geotechnische
Probleme des Gotthard-Basistunnels, Felsbau 10, Nr. 1,
1992
Schneider T.R.: Geologische Vorerkundung GotthardBasistunnel, Mitt. SGBF, Nr. 128, 1993
Es n
es k
Wen
als ~
die ~
den.
inzw
Ziel.
gebli
Hoch
es
nicht
Piora-Mulde).
Nun
Basis
liehe
techr
26
Stand der Arbeiten an der Lötschberg-Achse
hervor,
ter
die
Franz Kilchenmann, Sem
sfordeet sich
nulier-
lI1ulde
ti-
ier
Fürmichist die Schlüsselfrage, ob wir es in der Schweiz
Aus der ursprünglichen Einspur-Idee, die mein Aus-
zustandebringen, die in verschiedenen Volksabstim-
scheiden aus dem Projekt zur Folge gehabt hätte, ist
mungendefinierte Verkehrspolitik zu vollziehen. Erste
eine erste Etappe eines Systems geworden, das später
Erfahrungenstimmen einen nicht lückenlos optimistisch.
ausbaufähig ist. Der redimensionierte Basistunnel bildet
Aber trotz allem haben die Arbeiten am Lötschberg
zusammen mit der Berglinie und dem dortigen einspuri-
immernoch einen Stand. Vielleicht nicht ganz den, den
gen HuckepackKorridor ein sich ergänzendes Eisen-
sie haben könnten, aber immerhin einen, der davon
bahnsystem. Dieses wird erst weiter ausgebaut, wenn
zeugt,dass die daran beteiligten Techniker, Naturwis-
es künftigen Bedürfnissen nicht mehr genügt.
senschafter und Unternehmer doch bemerkenswerte
Arbeitgeleistet haben.
Verlieren wir das verkehrspolitische Ziel nicht aus den
Augen. Wir wollen den Güterverkehr von der Strasse
b
10
.
"
Die' Lötschberg-Simplon-Achse ist ein Faden in der
auf die Schiene nehmen und die Schweiz ins Netz der
schweizerischenNetzlösung. Wie alle Neubauabschnit-
europäischen Hochleistungseisenbahnen einbinden. Es
te ist der Lötschberg-Basistunnel ein erster Teil eines
entsteht in Schritten eine neue Sorte Eisenbahn mit
späterenGanzen. Zwar wird es vielleicht mehrere Jahr-
grösseren Tunnelprofilen. Es entsteht mit der Strasse
zehnte dauern, bis das Ganze ganzer wird, aber das
zusammen ein Transportsystem, das durchgehende
SystemEisenbahn hat ja diesen Vorteil, dass es ganz
Transportketten möglich macht. Hierzu hat die jetzige
bleibt, auch wenn nicht alles neu ist. Beim System Ei-
Eisenbahn noch zu kleine Tunnelprofile. Unser krampf-
senbahn kann Neues aus dem Alten herauswachsen
haftes Bemühen, wiederum einige Zentimeter aus den
undNeues gemeinsam mit dem Alten betrieben werden.
Tunnelgewölben herauszuschaben, kann nur als mo-
Esmuss deshalb nicht alles Neue auf einmal entstehen,
mentane Verzweiflungstat verstanden werden. Die Ei-
es kann etappiert werden.
senbahn von heute krankt nicht an der Kapazität. Sie
krankt an den zu engen Tunneln und an den zu vielen
Wenn ich an meine ersten 15 Jahre beruflicher Tätigkeit
Kurven. Mit anderen Worten: Kapazität ist qualitätsab-
als Nationalstrassenbauer zurückdenke, so sind damals
hängig, sonst taugt sie nichts.
die Nationalstrassen eben auch in Etappen gebaut worden. Ein modernes Strassenhochleistungssystem
1,
ist
Die Schweiz hat sich für die Alpendurchgänge mit guten
inzwischen Schritt für Schritt entstanden. Klar war das
Gründen für den gemischten Eisenbahnverkehr ent-
Ziel. Der Weg dazu war auch steinig und ist es bis heute
schieden. Wir sind froh, dass bis jetzt die politischen
geblieben. Seither bin ich nun 23 Jahre beim anderen
Behörden an der Netzlösung festgehalten haben, die
Hochleistungsverkehrsmittel, der Eisenbahn, tätig und
eine zwingende Folge des Gemischtverkehrs ist.
es wäre ungerecht zu behaupten, es hätte inzwischen
nichts verwirklicht werden können.
Auf der Lötschbergachse stehen wir im Moment mitten
im Plangenehmigungsverfahren für das Bauprojekt. Wir
Nun stehen wir vor zwei grossen Brocken, den beiden
haben dabei gegenüber dem Gotthard aus der politi-
Basistunneln. Beim Lötschberg hat man die kleinstmög-
schen Diskussion heraus ein Jahr verloren, weil das
liche Etappe herausdiskutiert, die politisch aber auch
fertiggestellte Auflageprojekt entgegen dem Alpentran-
technisch und betrieblich noch vertreten werden kann.
sit-Beschluss aufgegeben worden ist. Wir sind über27
Das Schweizerische
Eisenbahnnetz
(Hauptlinien)
Frutig
AI
FE
Bild 2:
Das Schweizerische
Nationalstrassennetz.
Stand der Bauarbeiten
Ende 1994
ZL
zu
Ei
Lc
s~
AI
wi
G
d.
N
si
zeugt, dass wir jene
Projektabschnitte,
die bauzeitbe-
Hauptlose
nicht vor einer allfälligen
Volksabstimmung
01
stimmend
sind, noch in diesem
Jahr genehmigt
ten. Damit haben wir also ein baureifes
endgültigen
politischen
nach der Kreditsituation
der Bauausschreibungen
auszugehen,
28
Entscheiden
erhal-
Projekt vor den
unter
Dach.
dass wir die öffentliche
dürfen, um nicht Öl in die feurige politische
Stimmung zu schütten.
d
Ich will nun noch auf zwei Spezialitäten
Es ist aber davon
kommen, auf den Huckepack-Korridor
Ausschreibung
linie und auf den etwas hochgespielten
der
te
C;
Je
werden wir mit der Vorbereitung
beginnen.
durchführen
zu sprechen
über die ScheitelJungfraukeil.
L
L
Bild 3:
Umfang der Planvorlagen
1996/1997
Lego:nde:
Plarworlare 1996 l otschberr-Basln u nnel·
-.. E
•
Vorprojek t 1997
Frutlgen
Sond lersto llen
Ka nd ert al ln kl.
Fe n stersto llen
H ltho lx
,.. •
ISJ)Ul tl! ~ncr
r- t &1hnbctJ ~«
1\uv,el 1m Rohb"l\ 1, ~p. ttCI C A~·:.r;.J!.t~l np t~.t
S.1hr,bctr1eb mop,ll<:f"
Sp&ten Pl-..flacen, ~elite
l'rojekttelle:
Foruetzu"J ,...,_ Bundesratsbeschluss
- - _ , 2-M.moS (Spitere Planaufla,..,)
e e e e
Z~Jrild<cestdlte
Vorprojelctt.eile
,...,_ Bunclesrabbeschluss _ , 24.4.1996
lm Bau:
Sondterstolleo Ko>ndertal onld.
femterstotlen Muholz
Auflageprojekt 1996
Plamorlare 1995:
• Auflareprojekt 1995 Femterstollen Ferden
Auflageprojekt 1996
Basistunnel Sud
Auflageprojek t 199S
Fensterstoll e n Fe rde n
Vorprojekt 1997
R aron
Zuni!ehst zum Profilproblem in unseren Tunneln und
bereitet haben, haben aus Zweekmassigkeitsgrunden
zum Untersehied der Problematik in Ooppelspur- und
das neue Gleis immer talwarts vorgesehen. Das hat nun
Einspurtunneln. Wahrend bei Doppelspurtunneln die
aber aueh zur Folge, dass eben der Huckepaekzug
Lastwageneeken zum Problem werden, ist es bei Ein-
immer auf die Talseite weehseln muss, urn das neu
spurtunneln die Hohe der Fahrleitungskonstruktion.
erstellte Doppelspurgleis zu erreiehen. lm LotsehbergSeheiteltunnel hat man eine Losung gefunden, die es
Anlasslieh des Ausbaus der BLS auf Doppelspur haben
erlaubte, ein Huekepaekgleis herzuriehten ohne dureh-
wir seit 1977, ohne jemanden zu fragen , fOr das neue
gehenden Felsabtrag in der Sohle. Die beiden beste-
Gleis die Tunnel fOr ein Profil fOr Lastwagen mit 4 m-
henden Gleise wurden urn 10 bis 15 em abgesenkt und
Eekhohe und 2,5 m Breite ausgebaut. Nur die sehonen
gleiehzeitig urn je 10 em aus der Mitte versehoben.
Portalmauerungen haben wir noeh versehont, da ja
Damit erhielt eines der beiden Gleise das notige
damals niemand voraussagen konnte, ob am Lotseh-
Liehtraumprofil fOr den Transport von Strassenfahrzeu-
berg jemals 4 m-Lastwagen transportiert werden sollten.
gen mit 4 m Eekhohe. Man hat sehliesslieh beim Hau-
Nun hat die Sehweiz diese Saat ernten konnen, indem
enstein-Basistunnel gelernt, was es heisst, einen gut
sie Europa im Transitvertrag mit vernunftigen lnvestiti-
8 km Iangen Tunnel abzusenken. Der Lotsehberg ware
onskosten kurzfristig einen 4 m-Korridor anbieten konn-
14,6 km lang gewesen und hatte in der Mitte keinen
te. Zwar musste im Lotsehberg-Seheiteltunnel noeh ein
Luftungssehaehtgehabt.
Gleis fOr 4 m-Huekepaek hergeriehtet werden, und auf
den Rampen bleibt das Problem der Slalomfahrten.
leh habe Ihnen gesagt, dass wir in unserer sehweizerisehen Verkehrspolitik nun seit Jahren den Zentimetern
Unsere Vorfahren, welehe in den Jahren 1906-1913 die
naehgejagt haben. Und immer wenn die Lastwagen
Lotsehbergbahn beim Bau bereits auf Doppelspur vor-
etwas hCiher oder etwas breiter werden, haben wir einen
29
Kampf mehr verloren. Die Zeit is! nun reif, das Eisen-
lm SOden des Simplons sieht der Transitvertrag vor,
bahnnetz auf das nilchste Jahrhundert zu ertuchtigen.
dass /!alien ein Gleis - notabene ohne Slalom - fur
Huckepack herrichtet und die Strecke Domodossola Novara elektrifiziert und fur 4 m ausbaut. Obrigens liegen Bellinzona und Domodossola auf der geographisch
Bild 4: Huckepack-Korridor, Endzustand
gleichen Hohe und von beiden Orten aus geht je eine
,&;vlj~,
Doppelspur nach Mailand und eine Einspur in den
Raum Novara-Turin bzw. Genua.
-
Strecke fOr HuckepackzOge 4.0m gesperrt
Strecke fOr HuckepackzOge 4.0m
Das Tessiner Femsehen hat nun das zweite Mal den
Jungfraukeil am LOtschberg thematisiert und sehr geschickt den Teufel der S!Orung des Leukerbades an die
Wand gemalt.
lch will hier zeigen, weshalb wir vor diesem Jungfraukeil
keinen Grund zur Furcht haben. Mit dem LotschbergScheiteltunnel ist man unweit des Basistunnels problemlos durch diesen Sedimentkei/ hindurchgekommen. lch
zeige Ihnen aus dem Schlussbericht der Lotschbergbahn - Obrigens ein sehr gehaltvolles. wohltuend kurzes
Dokument - die Geologie (Bild 6) und das Bauprogramm (Bild 8). Bild 7 zeigt einen Ausschnitt aus der
geologischen Detailaufnahme und die Temperaturrnessungen beim Bau. Sie sehen daraus. dass unsere Vorfahren
mit
diesem
Jungfraukeil
Oberhaupt
keine
Schwierigkeiten hatten.
Bild 5: BLS Ultschbergtunnel, Huckepack-Korridor
Was hat nun dieser Jungfraukeil mit dem Leukerbad zu
tun? Eben kann das niemand sagen. Man weiss heute.
dass das Leukerbad Thermalwasser hat, das sich mehr
als tausend Jahre im Gebirge befunden hat. bevor es an
E
0
cc
("')
die Oberflilche gekommen ist. Man weiss auch, dass es
wegen seines hohen Sulfatgehaltes in triadischen Ge-
steinen gewesen sein muss.
Das Wasser, das im Jungfraukeil ist, ist junges Wasser,
denn es entMit Tritium aus den seinerzeitigen Atombombenversuchen. Es kOnnte aber sein, dass eben
·Gewinn:
·:;2ii~dn ~
auch Wasser aus diesem Jungfraukeil das Wasserre-
servoir des Leukerbades speist. Es ist fUr uns selbstverstilndlich, wei/ man nicht wissen kann, woher das
••
E
0
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30
~
.
..
i1
Leukerbadwasser gespiesen wird, dass wir beim Basis-
E
0
!j
cc
I
("')
tunnel den Bereich des Jungfraukeils mit lnjektionen so
behandeln. dass nicht mehr als 2 lis Wasser austreten.
Beim Bau des Scheiteltunnels vor knapp 90 Jahren
traten kurzfristig 15 lis aus. und heute fliessen im
Scheiteltunnel aus dieser Zone 3-5 lis ab. Ein Zusam-
>r,
menhang zwischen
ür
schüttung im Leukerbad
dem Scheiteltunnel
Selbstverständlich
e-
und der Quell-
konnte nie festgestellt
schenken
grässte Aufmerksamkeit,
wir
diesem
weil es überhaupt
lieh ist, zu beweisen
sammenhang
werden.
des
Jungfraukeil
nicht rnöq-
oder zu bestreiten,
zwischen
Jungfraukeil
Leukerbadreservoirs
dass ein Zu-
und der Speisung
besteht.
Im
Zweifelsfall
schliessen wir deshalb das Risiko aus.
:h
le
in
Bild6: Geologisches
Längenprofil
des Lötschberg-Scheiteltunnels.
Jungfraukeil
im Bereich 3.30 - 3.58 km Süd
n
!-
e
il
'+
C
27;"
21:.
Bild 7: Geologische
32:0
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JO~o
Detailaufnahmen
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des Lötschberg-Scheiteltunnels
Z6~o
17~o
23~a
1906-1911 im Bereich des Sedimentkeils
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Quelle: Schluss-Bericht über den Bau des Lötschbergtunnels der Berner Alpenbahn 1906-1913. Selbstverlag
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Lötschberg-Basistunnel:
aus den Sondierarbeiten
Neue geologische Erkenntnisse
Hans-Jakob Ziegler, Sern
1.
Einleitung und geologischer Überblick
Zwischen 1991 und 1997 wurden für die baugeologische Erkundung des Lötschberg-Basistunnels 26, bis
1.3 km lange Tiefbohrungen abgeteuft, ein 9.5 km langer Sondierstollen ausgebrochen sowie zahlreiche wei-
Im folgenden werden neue geologische Ergebnisse der
Untersuchungen des Bergsturzes von St.German, des
Jungfraukeiles sowie für den nördlichsten Abschnitt des
Basistunnels jene aus dem Sondierstollen Kandertal
vorgestellt.
tere geophysikalische, geologische und hydrologische
Untersuchungen durchgeführt. Im folgenden werden,
nach einem kurzen geologischen Überblick, drei Abschnitte vorgestellt, aus denen neue Resultate vorliegen.
2.
Bergsturz von St. German
Die Situation bei St.German ist in Bild 2 dargestellt. Die
ganze Flanke westlich des Macchi-Grabens wird vom
Zwischen dem Nordportal bei Frutigen und dem Südpor-
Bergsturz aufgebaut, der vermutlich nach der letzten
tal bei Raron quert der knapp 35 km lange Lötschberg-
Eiszeit erfolgt ist. Die Bohrungen wurden zur Erkundung
Basistunnel zuerst verschiedene, mehr oder weniger
der Gesteinseigenschaften insbesondere der Trias und
verschuppte Sedimentabfolgen der helvetischen Decken
des Tiefgangs dieses Bergsturzes durchgeführt. Die
und danach das Aar-Massiv samt seiner autochthonen
Bohrstandorte wurden so gewählt, dass einerseits nicht
Sedimenthülle (Bild 1). Im N wird zuerst Flysch und Ta-
sehr aufwendig und kostenintensiv in den Rebbergen
veyannaz-Sandstein durchfahren. Anschliessend folgt
installiert werden musste und andererseits möglichst
das verschuppte, untere Stockwerk der Wild horn-Decke
wenige Bohrungen notwendig waren, die aber trotzdem
und die Doldenhorn-Decke mit Flysch, Mergelkalk und
eine sichere Interpretation zuliessen. Insgesamt wurden
Kalk. Ab Tunnel-km 28.6 wird das Autochthon an der
drei Schrägbohrungen mit Längen von knapp 140 bis
Nordabdachung des Gastern-Granits (mit Triasgestei-
240 m abgeteuft (Bild 2).
nen) und dann das Kristallin des Aar-Massivs durchquert. Typisch für letzteres sind die darin eingefalteten
Bild 3 zeigt als Beispiel das Profil der Bohrung Stegento-
Sedimentkeile (Jungfraukeil, Karbon von Ferden) und
la, die vollständig im Festgestein liegt. Sie beginnt im
zwei grössere Störungszonen (Phyllitzonen 'Dornbach'
Kristallin des Aar-Massivs und durchquert anschlies-
und 'Faldumbach'). Sie sind dadurch entstanden, dass
send Trias- und Liasgesteine des Autochthons Gampel-
das gesamte Massiv bei der Gebirgsbildung zerschert,
Baltschieder. Dargestellt sind neben der Lithologie die
zusammengepresst und aufgeschoben wurde. Analoge
Kernverluste, die stark zerbrochenen Zonen und der
Zonen sind im gesamten Aar-Massiv vorhanden und
RQD-Wert, der ein Mass für die Gesteinsqualität ist.
beschränken sich nicht nur auf den Querschnitt des
Wie aus diesen Angaben hervorgeht, ist vor allem der
Lötschbergs. So findet sich am Gotthard die Intschi-
Triasabschnitt zwischen 144.75 mund 200.10 m, in dem
Zone zum Beispiel in einer ähnlichen Position wie das
eine Störung verläuft, bautechnisch eher ungünstig.
Karbon von Ferden am Lötschberg. Ganz im S werden
die Sedimente des Autochthons Gampel-Baltschieder
Der erwähnte Abschnitt besteht aus einer Abfolge von
gequert. Hier liegt auch in Portalnähe der Bergsturz von
Kalk, Dolomit, Quartenschiefer und Rauhwacke. Diese
St.German.
Gesteine sind wegen der erwähnten Störung über eine
33
grössere Strecke stark zerbrochen und es traten zum
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Teil erhebliche Kernverluste auf. Obwohl die erbohrten
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Gesteine wenigstens zum Teil eine grosse Durchlässigkeit aufweisen, waren jedoch keine Wasserzutritte zu
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beobachten.
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--- --- ---- - ---Die durchgeführten Untersuchungen belegen, dass der
Bergsturz von St.German nicht wie befürchtet bis in den
Basistunnel hinabreicht. Dagegen bedingt die stark gestörte Trias-Abfolge bei einem maschinellen Vortrieb
spezielle Massnahmen. Diese könnten zum Beispiel aus
kontinuierlichen Vorausmassnahmen (Injektionen usw.)
bestehen. Es ist aber auch denkbar, dass die Startröhre
um ca. 700 m verlängert würde oder dass ein Pilotstollen vorgetrieben wird. So könnte diese Zone vorgängig
des TBM-Einsatzes behandelt werden. Dank der geringen Überdeckung von weniger als 100 m wäre auch
eine Vorbehandlung (Injektionen) von der Oberfläche
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3.
Jungfraukeil
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Mit dem bestehenden Scheiteltunnel wurde der Jungfraukeil schon vor rund 90 Jahren bei einer zum Basis-
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tunnel praktisch identischen Überdeckung durchquert.
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Dabei wurden auf einer Strecke von rund 280 m massi-
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breccie,
Quarzit)
und schiefrige
Gesteine
(Serizit-
Schiefer, Tonschiefer) im Verhältnis von ca. 7:2 angetroffen. Rund 80% dieser Strecke wurden gleich ausge-
Z
I
CD,
ge (Echinodermienbreccie, Kieselkalk, Anhydrit-Dolomit-
kleidet wie die anschliessende Strecke im GasternGranit. Einzig in zwei kurzen Abschnitten von je ca.
10 m wurde in der Sohle zusätzlich 10 cm Magerbeton
eingebaut. Daraus lässt sich schliessen, dass diese
Zone trotz der relativ grossen Mächtigkeit bautechnisch
Cf)
Q)
problemlos gequert werden konnte.
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Beim Bau des Scheiteltunnels wurden innerhalb des
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Jungfraukeils Quellen mit einer totalen Schüttung von
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rund 15 I/s angefahren. Heute fliessen noch 3 bis 5 I/s
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34
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aus. Wegen der Änderung der Gewässerschutzgesetz-
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gebung müsste diese Zone heute abgedichtet werden.
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SE
Obwohl beim Ausbruch des Scheiteltunnels keine Hinweise auf eine Beeinträchtigung der Thermalquellen von
Leukerbad durch den Bau festgestellt werden konnten,
Ei
VE
Bild 2:
Situation der
Sondierarbeiten bei
St. German
Bild 4: Geologischer Horizontalschnitt auf Hohe Basistunnel
L6tschbtrQ• BotllfUI"n«l
NNo AchH 96.42
:;:t-· - -
......
Gastem - Granit
(lnjektions- I
Assimilationszone)
Dornbochstorung
geMrt der Jungfraukeil gem~ss den heutigen Kenntnis-
Bau des Lotschberg-Basistunnels abzudichten. Damit
sen moglicherweise noch zum entferntesten Teil des
wird dem Gewasserschutzgesetz voll entsprochen.
Einzugsgebietes dieser Thermen . Diese These kann mit
vernOnftigem Aufwand weder bewiesen noch wiederlegt
Die 1'300 m lange, 1993 ausgefOhrte
werden. Dehalb ist vorgesehen. den Jungfraukeil beim
Jungfraukeil wurde mit dem Ziel abgeteuft, die Zusam-
Schr~gbohrung
35
mensetzung und die Wasserführung
Bild 3: Bohrprofil der Schrägbohrung 'Stegentola' 96/26
dieses Keiles auf dem Trassee des
Basistunnels zu erkunden. In dieser
o
0
L:
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0
Bohrung wurden ab 982.40 m knapp
5 m solider Marmor durchbohrt. Bei
986.90 m folgt die Grenze zum Altkri-
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stallin (kalkführender Sericit-Gneis). Da
SCHRÄGBOHRUNG
96/26 "STEGENTOLA"
.I:;
CD
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0
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.,
C
Koordinaten
Azimut
Fallwinkel
629'812.297/128'977.074
313.8' (Anfangswert)
35' (Anfangswert)
OK. Betonplotte:
761.70 m o.u.
diese Bohrung bis in den Jungfraukeil
hinein gemeisseit wurde, ist die Ober-
schiefriger
68.50-j-
sChiefriger
:>
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mit
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da'
dünnen My/onif-
scl
82.45-+-...,-...,-----------1--
bruchstücken und der Änderung im
mit
__ -1
dich t, teilweise brekzi8s,
Jungfraukeils beträgt hier demnach nur
wenige Meter. Beim Anfahren der Se-
Dil
scl
Gr
95.557~~~~~~To~n~sch~'~.e~fer~.
~S~ch~"'~ach~k~a~/k~i9=~
Dolomit, mit Schieferlagen
98.45
99.60
_t=~~~~-R~a~u~h"'~a~ct~e~m~I~·t~K~a*~b~~~k~~~en~/a~g~en~
105.60
dolomifischer
Kalk mit
.,
ge
o
Fa
Schiefer-
ne
lagen
dimente wurde zudem ein Arteser erbohrt, der zuerst rund 3 bis 4 I/s
En
116.60-P~;J::::;tK.;;;,-;;;,;;;-------l
Kolkbrekzie
schüttete. Mit der Zeit reduzierte sich
diese Schüttung auf ca. 1 I/s. Das bisher gemessene Druckniveau schwankt
11=::81
Serieil-Lagen
20
Tonschiefer,
serdrücke von 110 bis 140 bar zu erwarten.
kalkig. schwarzgrau
L i
131.
144.75
149.70
151.60
on der bis heute bekannten Daten in
einem Horizontalschnitt auf Basistun-
--
-
Tonschiefer,
Tonschiefer-
zie
:>
se
...,
Sc
Kolklogen
Dolomit,
stark
.,
tektonisiert
o
Dolomit,
dünnen
massig,
lokal mit
Schieferlogen
den noch bestehenden, recht grossen
Interpretationsspielraum bezüglich der
184.00
grünlich-graue
Mächtigkeit des Jungfraukeiles für den
kalkigen
bis
Tonschiefer
dolomitiscnen
mit
Lagen
zwischen dem Scheiteltunnel und dem
abgebohrten Trassee 94.39 liegenden
T
F
T
T
'h"
s
200.10
Tonschierer.
kalkig, schwarzgrau
Bereich.
p
S
grünlich-graue
213.30
Um die aus
tel
mit
und
172.00--lr--..J.I.~-------------.j
nelniveau dargestellt. Das Bild zeigt
s
0
Rouhwacke
Dolomit-,
165.90
0
au
Kolk
grünlich-graue
In Bild 4 ist eine mögliche Interpretati-
In
schiefriger Kalk mit Chlorit123.20-§~~§r:::::~--;;;;;c;-;;;;;~-1
zwischen den Koten 1'820 und 2'160.
Demnach wären im Basistunnel Was-
an
Kalkhorizonten
Bohrfortschritt bei 980.90 m genau lokalisiert werden. Die Mächtigkeit des
Oe
be
logen (teils Biotit-Schiefern)
Dolomit,
gel
0
Chlorif-Sericit-
Augengneis
konnte aber aufgrund des Bohrkleins,
d.h. mit dem ersten Auftreten von Kalk-
-.,
-.:
ChJorit-Sericit-
.,_A....:u::.g~en::.g....:ne....:is:....-
grenze nicht gekernt worden. Ihre Lage
Geologische
Identifikation
4.!
gewässerschutztechni-
Tonschiefer mit
kalkigen bis do/amitischen Lagen
2'4,'O~~_~!!.Cd-::Yr;To;;:;n;sc;h;ief.fe;:r.--;;k:;;ial;-;kig:;;.-;S;;;Ch;;;",;;;o:;::;rz:;;:gr~o:;)u::f=!'-!'~~~
K
S
T
schen Gründen notwendige Abdichtung
zu minimieren, ist vorgesehen, die Linienführung noch anzupassen. Zu diesem Zweck war geplant, vom Fusspunkt des Fenster-
1200 m lange Bohrung in den Jungfraukeil abgeteuft
Di
stollens Ferden aus die günstigste Stelle für die Que-
und die Linienführung auf Grund der neuen Bohrresulta-
u
rung zu erkunden. Wegen der aufgetretenen Verzöge-
te schon dieses Jahr definitiv festgelegt werden. So
PI
rungen soll diese Erkundung nun aber vorgezogen wer-
kann die für die Sondierungen ab dem Fusspunkt des
o
den. Dazu soll in diesem Sommer eine zweite, ca.
Fensterstollens vorgesehene Zeit eingespart werden.
36
4. Sondierstollen Kandertal
Zusammenstellung ist aber noch, dass trotz diesem
Aus Bild 5 ist die Prognose aus dem Jahr 1994 und aus
Bild 6 der Befund, wie er aufgrund der bis jetzt vorlie-
Sachverhalt der prognostizierte Anteil der Schiefer aber
weitgehend dem Befund entspricht. Dies ist darauf zurOckzufi.ihren, dass wesentlich mehr Flyschschiefer,
genden Resultate erstellt werden konnte, ersichtlich.
dafi.ir aber entsprechend weniger Palfris-Schiefer auftraDer grundsijtzliche geologisch-tektonische Unterschied
ten.
besteht darin, dass die Wildhorn-Decke im Norden
deutlich weniger Tiefgang hat als erwartet. Sie reicht
dafi.ir im si.idlichen Teil tiefer hinab und ist stljrker verschuppt, als es aufgrund der Oberflachenaufschli.isse
angenommen werden konnte. Die Ursache fi.ir diese
Differenzen liegt darin, dass eine Projektion der Aufschli.isse von der Talflanke her sehr schwierig ist, da die
Grossstrukturen flach nach W einfallen und die unregelmijssig
verbogenen
OberschiebungsMchen
und
Faltenaxen nicht prazis genug extrapoliert werden k6nnen. Dies war ja auch einer der Hauptgri.inde fUr den
Die beim Vortrieb festgestellten Gaskonzentrationen
sind aus Bild 6 ersichtlich. Eine Gasfi.ihrung wurde dabei
im Flysch und vor allem in den Palfris-Schiefern der
Wildhorn-Decke beobachtet. Das Gas trat meistens
wijhrend des Zerbohrens des Gesteins beim Vortrieb
und beim Bohren von Ankerl6chern auf. Gasblaser aus
KIOften und Spalten wurden dagegen weniger hijufig
angetroffen. Als Folge der Gasfi.ihrung traten mehrere
Schnellabschaltungen auf, die aber dank der entsprechend installierten Ventilation nicht zu lijngeren Unterbruchen fi.ihrten.
Entscheid zum Bau des Sondierstollens.
In der Prognose fi.ir den Sondierstollen stand denn
auch , dass keine anderen Gesteine als die prognostizierten angetroffen werden, dass aber die Lijngen der
Strecken, in denen die einzelnen Gesteinstypen auftre-
In Bild 7 ist die Wasserprognose dem tatsachlichen
Befund gegenObergestellt. Unter der BerOcksichtigung,
dass die jljhrlich wiederkehrende MaximalschOttung
prognostiziert und bisher sicher eher eine jljhrliche MinimalschOttung gemessen wurde, kann festgehalten
ten, nicht bekannt seien. Dies hat sich bestljtigt.
werden, dass nur rund ein Drittel der prognostizierten
Wassermenge aus dem Sondierstollen fliesst. Der
Grund liegt vor allem darin, dass die Kalke der WildSondierstollen Kandertal: Vergleich Prognose - Befund
Prognose Befund
r-----------------------+-~-
Tertiljr:
Flysch ungeklarter Stellung (FU)
Taveyannaz-Sandstein (TAV)
Total Tertiljr
II
II
Wildhorn-Decke (WD) inkl. Wildhorn-/Gellihorn-Decke (WD/GD):
Schiefer (Giobigerinenschiefer,
Palfris-Schiefer, DrusbergSchichten)
Kalke (Kieselkalk, Sichelkalk,
Schrattenkalk)
Total Wildhorn-Decke
20%
15%
horn-Decke nicht, wie befOrchtet, verkarstet waren, son-
,
32%
14%
--+-----35%
46%
dern dass das Wasser 'nur' in Kluft- und auf Schichtflljchen zirkuliert. Zudem besteht offensichtlich keine Verbindung zu stark wasserfOhrenden TalkiOften oder ahnlichem. lm weiteren ist zu erwahnen, dass die Prognose
bewusst eher vorsichtig erstellt worden war.
Unten in Bild 7 ist der Vergleich der prognostizierten mit
34%
26%
31 %
28%
65%
54%
der gemessenen Felstemperatur dargestellt. Auch hier
war die Prognose eher zu vorsichtig, indem durchwegs
etwas tiefere Temperaturen gemessen wurden. Bemerkenswert ist der Temperaturabfall von etwa 2° in der
!
Stollenmitte, der auf die in diesem Bereich vorhandenen, gr6sseren Wasserzutritte zurOckzufOhren ist. Wah-
!
rend des Vortriebs war dieser geringe Abfall aber wegen
I
Die obenstehende Tabelle zeigt einen Vergleich der
der Abwijrme der TBM zu wenig markant, urn eine me-
:
Lijngen der einzelnen geologischen Einheiten. In der
tergenaue Voraussage machen zu k6nnen.
',
Prognose wurde das Verhaltnis Flysch zu helvetischen
Decken mit 1:2 angegeben. Effektiv angetroffen wurde
Beim Anfahren dieser wasserfOhrenden Zone traten
nun ein Verhaltnis von rund 1:1. Interessant an dieser
etwa 80 1/s in den Stollen ein, die aber innerhalb eines
37
Bilder 5 und 6: Sondierstollen
Kandertal, Prognose vom 10. Februar 1994 (oben); Befund vom 18. Februar 1997 (unten)
Efsighorn
[F;;;;;;~stollen
Mitholt
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Golitsche Mulde
SE-Gral
I
S
mG.M.
N
mii.M.
1000
1000
500
Tektonische
Einheit
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Felstempffotur
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FLYSCH
Son4$Tein
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urH;JeldOrter Sfelluog
(FU)
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WILDHORN -/ GELUHORN·
(WO/GOl
Gasgefahr gemass SUVA
(Prognose):
o Keine Gasgefahr
1 Sehr kleine Gasgefahr
2 Kleine Gasgefahr
3 Miltlere Gasgefahr
4 Grosse Gasgefahr
5 Sehr grosse Gasgefahr
DECKE
ooeees ve-tctreres
Slockwlffk
WILDHORN
- DECKE
Unteres ve-scrwccres
(WD)
Stockwerk
Bild 7: Sondierstollen
Kandertal, Vergleich von Wasseranfall
und Felstemperatur,
Gaskonzentration
(Befund):
% UEG = Prozent van
der unteren
Explosionsgrenze
(4Vol.-%)
Prognose und Befund
120
120
100 ..j-
Wasseranfall
in I/sec
80
..L~Pr=OgnOSTiziertermaximaler jährlich wiederkehrender Wasseranfall
I
100
I
80
60
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40
40
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Felstemperatur
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30
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38
~n~
=..=:-~-:-~~_=-.=_
..
Proqncstizierte FeistemperaTur
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30
~~,;..,._:~~__=.=:=-.-=..:~:-~-:-....:..7~~:.=:=::.-=.;~7;.;...-:-~:=-.=-~_
20
Gemessene FelstemperOfur
--L
10
0
halben Tages auf etwa 5 IIs abnahmen. Dieser Wassereinbruch erfolgte aus einer bis ca. 8 cm offenen Kluft im
Kieselkalk der Wildhorn-Decke. Zur Zeit fliessen noch 2
Bild 8: Kontakt von Kalk der Wildhorn-Decke (links) zu
Flysch-Schiefern der Doldenhorn-Decke (rechts);
sm 9395, linkes Parament
bis 3 IIs aus.
Neben der geringeren Wasserführung liegt sicher einer
der Hauptgründe, dass der Befund im Sondierstollen
günstiger als erwartet ist, darin, dass die flachliegenden
Hauptüberschiebungsflächen nur relativ dünn sind und
meist keine mächtigeren Kakirite vorliegen. Einzig im
Flysch traten in 2 Abschnitten Überschiebungsflächen
auf, die zu einem erhöhten Sicherungsaufwand führten.
Diese Störungen waren zwar relativ geringmächtig
(~0.50 m), führten aber wegen der spiegeligen Ausbildung der Trennflächen dazu, dass die Seitenwände im
oberen Stollenbereich längs dieser Flächen in den
Stollen geschoben wurden.
Auf Bild 8 ist die Überschiebungsfläche zwischen den
Kalken der Wildhorn-Decke und den Flyschschiefern
der Doldenhorn-Decke zu sehen. Die Schieferungsflächen fallen generell in südlicher
Richtung ein und
durchsetzen beide Deckeneinheiten. Der Flysch ist zudem im Nahbereich der Überschiebung aufgewölbt und
in den Kalk hineingepresst. Damit kann die Hypothese,
dass nach der Platznahme der helvetischen Decken
noch ein Schub von S nach N vorhanden war, bewiesen
werden.
5. Schlussfolgerungen
Die im Zusammenhang mit dem Lötschberg-Basistunnel
durchgeführten,
intensiven
geologisch-hydrogeologi-
schen Untersuchungen lassen bisher keine wesentlichen baugeologischen Risiken erkennen. Die für den
Sondierstollen Kandertal erstellte Prognose erwies sich
insbesondere betreffend des befürchteten Wasseranfalles als zu vorsichtig.
39
Tunnelbau in druckhaftem Gebirge
Kaiman Kovari,
Zürich
Einleitung
der Begrenzung
Im Untertagbau
macht man immer wieder die Erfahrung,
dass der Ausbruch
Bedingungen
des Hohlraumes
grosse
unter bestimmten
langanhaltende
Gebirgsverfor-
mungen auslöst, die zu dessen fortschreitender
gung führen.
Bei voller
Ausbildung
des
Veren-
Phänomens
dringt das Gebirge von allen Seiten in den Hohlraum ein
und umfasst
somit
auch die Sohle.
einen der Widerlagerstollen
bahntunneis
15 Tage
nach
Das Bild 1 stellt
eines zweispurigen
dem
Ausbruch
Eisendar.
[2]. In solchen
Fällen
Ausbruchsicherung,
besteht
Konvergenz
160 cm [1],
die Hauptaufgabe
d.h. des zeitweiligen
Dies gelingt
ges nicht standhält
zerstört
wird.
und beschädigt
Ohne
des Gebir-
oder gar gänzlich
Gegenmassnahmen
schiebt
das
Gebirge nach und nach die Elemente des beschädigten
Einbaus sozusagen
Bewegungen
vor sich hin, bis ein Stillstand
eintritt. Im Extremfall
Gleichgewicht
im
Schliessung
Gebirge
erst
des Hohlraumes
der
stellt sich ein neues
nach
vollständiger
ein.
Die
Hebung der offenen Sohle betrug 120 cm, die Firstsenkung 40 cm und die seitliche
der Gebirgsverformungen.
oft nicht, weil der Einbau den Bewegungen
der
Einbaues,
in
Bei näherer
Betrachtung
offenkundig,
solcher
dass der Widerstand
die Gebirgsverformungen
Gebirge
des Ausbaus
Druckspannungen
und Einbau hervorruft.
als Gebirgsdruck
(Bild 2). Bezogen
Ausbau
von Belastung
von Aktion
im Hinblick auf den
miteinander
Auf grossen
tritt kein Gebirgsdruck
Bild 2: Gebirgsdruck
Gebirge
und Gebirgs-
denn ohne deren
auf.
können wir direkt wahrnehmen.
Gebirgsdruck
mung, Beschädigung
geht
verknüpft sind. Das Primä-
re ist aber die Gebirgsverformung,
Grosse Verformungen
des gleichen
Aus dem Gesagten
eindeutig hervor, dass Gebirgsverformung
Verhinderung
man
auf das Gebirge
zwei Aspekte
zum Ausdruck.
druck wesenhaft
gegen
[3]. Man bringt damit im Sinne
und Reaktion
Sachverhaltes
wird
zwischen
Diese bezeichnet
spricht man vom Ausbauwiderstand,
Bild 1: Die Verdrückung eines Hufeisenprofils unter
Begleitung von Sohlhebungen (max. Konvergenz
160 cm)
Vorkommnisse
schliessen
wir aus Verfor-
oder gar Zerstörung
von Einbau-
als Reaktion zwischen Ausbau und
(5;
Ausbauwiderstand
cJ
Gewölbebelastung
Gebirgsdruck
41
ten grosser Tragfähigkeit (Bild 3). Aus der Geschichte
Seitendruck von 1.5 bar dar. Der Höchstwert der zu-
des Tunnelbaus erfahren wir, dass die früher verwende-
gehörigen Axialspannung
ten Rundhölzer als Einbauelement mit Durchmessern
1.0 MPa. Der Versuch wurde bei einer Stauchung
von häufig bis zu 500.;. 600 mm unter Begleitung von
des Prüfkörpers von 8% abgebrochen. Wie Bild 5
Knistern zerdrückt wurden [5]. Der Umstand, dass sich
zeigt, ist das Material extrem bildsam.
beträgt
lediglich
rund
die Verformungen und die oft damit einhergehende
Verdrückung des Einbaus allmählich im Laufe von Ta-
2) Der Gebirgsdruck nimmt mit zunehmender Gebirgs-
gen, Wochen oder mehreren Monaten vollzieht, gehört
verformung ab. In extrem druckhaftem Gebirge war
zur Hauptcharakteristik des druckhaften Gebirges.
früher die Hinnahme grosser Querschnittsverengungen und das damit verbundene Nachprofilieren sowie Auswechseln des Einbaus die einzige Möglich-
Bild 3: Verdrückte Zimmerung des vorauseilenden
Stollens eines Eisenbahntunnels (Rziha [4])
keit, den Gebirgsdruck zu beherrschen (Bild 6). Die
Mineure meinten, "man müsse das Gebirge austoben lassen".
3) Das Vorhandensein von Gebirgswasser bzw. hohem
Porenwasserdruck begünstigt die Entwicklung von
Bild 4: Das Ergebnis eines Triaxialversuchs mit
Stauchung des Prüfkörpers bis zu 8%
2------------------Seitendruck 0"3 = 0.15 MPa
Erkenntnisse
01----------
aus der Bauerfahrung
o
Aus der weltweit im Tunnelbau in druckhaftem Gebirge
2
0"1
,---------.------~
4
Axialdehnung
6
E
[%]
gemachten Erfahrung [6] ergeben sich folgende, unabweisbare empirische Tatbestände:
Bild 5: Der Prüfkörper nach dem Triaxialversuch
gemäss Bild 4
1) Es ist allgemein bekannt, dass langanhaltende,
grosse Verformungen bzw. grosser Gebirgsdruck
nur in Gesteinsarten geringer Festigkeit und hoher
Verformbarkeit
auftreten.
Ein
ausgesprochenes
Kriechvermögen ist eine wichtige Voraussetzung für
die Äusserungen dieser Gebirgsdruckart. Phyllite,
Schiefer, Serpentinit, Tonsteine, Tuff, gewisse Flyscharten, zersetzte ton- und glimmerhaltige Tiefengesteine sind typische Beispiele für solche Gesteinsarten. Bild 4 stellt das Ergebnis eines Triaxialversuches von einem Phyllit mit dem konstanten
42
8
Gebirgsdruck und Gebirgsverformung. Diese Beob-
Unser Wissen über die ungünstige Wirkung der
achtung wird durch die Wirkung einer Gebirgs-
Überlagerung ist theoretisch begründet.
drainage immer wieder bestätigt. Sie wird oft durch
einen vorauseilenden Pilotstollen oder Paramentstol-
6) Die Intensität der Gebirgsverformung bzw. des Ge-
len bewerkstelligt.
birgsdrucks in einer druckhaften Strecke ist in der
Regel stark veränderlich. Bei gleichbleibender Aus-
4) Die Gebirgsverformung ist in der Regel nicht gleich-
bruchsicherung, gleicher Überlagerungshöhe
und
mässig über das Ausbruchsprofil verteilt. Oft sind
derselben lithologischen Einheit lassen sich häufig
Sohlhebungen praktisch nicht relevant, obwohl in
auf kurzer Distanz sprunghafte Änderungen der
den Ulmen und in der Firste grosse Verformungen
Konvergenzen um ein Vielfaches feststellen. Darin
auftreten können. In vielen Fällen stellen die Verfor-
liegt eine der Hauptursachen für Rückschläge, die
mungen der Ortbrust bzw. deren Stabilität keine
trotz ausreichender Erfahrung und Sachkenntnis der
praktischen Probleme dar. Des öfteren, insbesonde-
verantwortlichen Ingenieure in gewissen Fällen vor-
re beim Vollausbruch grösserer Profile, verlangt je-
kommen können.
doch die Stabilisierung der Ortbrust mitunter aufwendige Massnahmen [7].
Schliesslich sei an dieser Stelle noch auf zwei Aspekte
hingewiesen:
5) Der Einfluss der Überlagerungshöhe auf die Äusse-
-
Man ist nicht in der Lage, eine präzise empirische
rungen des druckhaften Gebirges konnte. bis anhin
Definition für den Ausdruck "druckhaftes Gebirge"
rein empirisch nicht eindeutig festgestellt werden.
anzugeben. Es besteht allerdings
Einstimmigkeit
darüber, dass der Zeiteffekt eines der hervorstechendsten und untrüglichsten Merkmale des druckBild6: Der Einbau neuer Türstockzimmerungen zwischen den verdrückten Rahmen in einem Stollen
haften Gebirges darstellt.
Bei der Überwindung einer druckhaften Strecke in
einem konkreten Fall kommt auch der korrekten Ausgestaltung des Vertrages zwischen Bauherr und Unternehmer eine grosse Bedeutung zu.
Theoretische
Betrachtungen
Die wissenschaftliche Klärung der Gebirgsdruckerscheinungen beruht auf Methoden der Spannungsanalyse,
auf Untersuchungen über das Materialverhalten der
oben
erwähnten
Gesteinsarten
und auf vertieften
Kenntnissen der Bautechnik. Es ist unerlässlich, stets
alle diese Aspekte des Problems und ihre engen Verflechtungen im Auge zu behalten.
Zum Kräftespiel: Die tiefste Ursache der beobachteten
Verformungen und des auftretenden Gebirgsdrucks ist
selbstredend die Schaffung des Hohlraumes in dem
unter allseitigem Druck stehenden Gebirge. Anhand des
stark idealisierten drehsymmetrischen Modelles in Bild 7
verfolgen wir die wichtigsten Vorgänge, die sich im
Gebirge in der Umgebung des Hohlraumes abspielen.
43
Bild 7: Zur Erklarung der Gebirgsdruckerscheinungen
.J. cro
...
cro
,!
--~
'~
I
[1
Bild 8 Bei konstantem Volumen des verschobenen
Materials (F) erhalt man u. uP (p/a) .
=
.J.cro
,.-- Kern
. ..
~
I
-+ I
/ p
~
u.
..--
fGJ
P.
cro
p
+
--t
a)
F
aj
t
b)
~
a) Das Gebirge unter der Belastung Pco vor dem Ausbruch des Kerns
u.
~
Plastische
Zone
b) lnfolge Ausbruch entfallt die Stutzwirkung des Kerns
und es kommt zur Ausbildung einer plastischen Zone mit dem Radius p. Der Ausbauwiderstand wird
durch pa berOcksichtigt.
-
...
~
up
lm ungestMen Zustand (Bild 7a) besteht zwischen dem
Deshalb stosst man in der Literatur auf so paradoxe
auszubrechenden Kern und dem Gebirge in der Umge-
Formulierungen wie: "Beim echten Gebirgsdruck handelt
bung des noch zu schaffenden Hohlraumes Gleichge-
es sich urn Bewegungen und nicht urn Krafte." [8).
wicht. Man kOnnte auch sagen, der Kern "sti.ltze" das
Gebirge. Durch den Ausbruch des Kerns (Bild 7b) ent-
Kehren wir zur gelochten Scheibe (Bild 7b} zuruck und
fallt nun seine stutzende Wirkung, was im Gebirge zu
nehmen wir ein elastisch-plastisches Materialverhalten
einer Spannungsumlagerung fuhrt. In Gebirgsarten
an. Wie wirkt sich eine am Rand der plastischen Zone
geringer Festigkeit lOst sie Verformungen sowie Krie-
aufgezwungene Verschiebung up auf die Verschiebung
chen und "Bruchfliessen" aus. Man kann zeigen, dass
ua am Ausbruchsrand aus? Die Antwort erhalt man aus
es in einem solchen Material zur Ausbildung einer sog.
einer einfachen geometrischen Betrachtung. Ein Blick
plastischen Zone kommt, die unter den vereinfachten
auf Bild 8 lasst sofort erkennen, dass bei einem kon-
Verhaltnissen der Drehsymmetrie mit dem Radius p
stanten Volumen des Materials die Randverschiebung
begrenzt ist. In dieser Zone ist das Material bis an die
ua grosser sein muss als up. Dies folgt aus der Gleich-
Grenze seiner Tragfahigkeit beansprucht und weicht
heit der schraffiert angedeuteten Flachen F und F' im
einer Oberbeanspruchung - ahnlich wie in einem Tria-
betrachteten keilformigen Sektor. Die entsprechende
xialversuch - durch Verformung aus. Der Einfluss der
Beziehung lautet:
Primarspannung Pco auf diese Vorgange ist einleuch-
ua
=Up (p/a).
(1)
tend. Sie ist im wesentlichen durch die Hohe der Oberlagerung bedingt.
Da in der plastischen Zone definitionsgemass Bruchzustand herrscht, wird dort das Material in der Regel eine
Vollstandigkeitshalber sei noch erwahnt, dass sich die
Volumendehnung erfahren, wie wir sie bei Triaxialversu-
oben geschilderten Vorgange fur den theoretisch unbe-
chen im Labor beobachten konnen (Bild 9). Fur die
fangenen Beobachter noch einfacher darstellen . Er
Kennzeichnung des Masses an Volumendehnung wird
denkt gar nicht an Krafte und Spannungen, sondern
nach einem Ansatz der Plastizitatstheorie eine Konstan-
stellt nur fest, was er beobachtet, namlich, dass der
te K verwendet [3). Sein Wert variiert gemass:
Ausbruch des Kerns dem Gebirge die MOglichkeit ver-
1 s K s (1+sinq>)/(1-sinq>).
schafft, sich in Richtung des Hohlraumes auszudehnen.
44
(2)
beim Triaxialversuch
Bild 9: Die Volumendehnung
Bruchzustand des Prüfkörpers
im
Profil?
Der
Durchmesser
spielsweise
= 1.5
des Materials
festgelegt.
die plastische
~
d.h. p
z 5 m sein
geplanten
Es ist leicht zu zeigen,
Tunnels
der Volumendehnung
durch den Pa-
rameter K die folgende Form annimmt [3]:
Ua
Schliessung
des geplanten
Ergebnis:
Randverschiedes
Selbst bei der voll-
Pilotstollens,
Ua = 1.5 m, ergäbe sich eine Vordeformation
bruchsrand
= up (p/a)
des
bis
reiche,
am Ausbruchsrand
5 cm.
nur etwa
dass die Beziehung (1) unter
ständigen
Berücksichtigung
Ausweitung
30 cm grossen
verbleiben
dass
mindestens
müsse, erhält man folgendes
Von einer beispielsweise
bei-
3 m.
betrage
Unter der Voraussetzung,
der geplanten
bung im Pilotstollen
sei
sei durch den Be-
Zone um den Pilotstollen
zum Ausbruchsprofil
Vo
Haupttunnels
10 m, jener des Pilotstollens
Die Volumendehnung
trag K
des
d.h.
bei
am Aus-
Tunnels von nur etwa 25 cm.
(3)
K.
Es ist somit
klar, dass
Zweck der Erzeugung
Den Verlauf der Radialverschiebung
Pilotstollen
für den alleinigen
von Vordeformationen
(zur Ver-
u als Funktion von
ringerung
des Gebirgsdruckes
nach
der Ausweitung)
r erhält man nach:
U
= (p/r) K up.
wirtschaftlich
nicht vertretbar sind.
Die Theorie
der gelochten
(4)
Der erhebliche
Einfluss
der Volumendehnung
Druck und den Verhältnissen
Verschiebung geht aus Bild 10 deutlich hervor.
Beim Beispiel (p
K
= 1.5
eine
= 4a)
Scheibe
unter
allseitigem
auf die
die
Gebirgskennlinie.
zwischen
der
der Drehsymmetrie
Sie zeigt
den
liefert
Zusammenhang
Radialverschiebung
am
Ausbruchs-
erhält man für den mittleren Wert
rand (ua) und dem Ausbauwiderstand
Verdoppelung
gegenüber einemMaterial
der Randverschiebung
mit Volumenkonstanz
(K
(Pa) (Bild 11).
Ua
= 1).
Bild 11: Einfluss der Vordeformation Uo und der Steifigkeit des Ausbaus auf den Gebirgsdruck p
Bild 10: Der Einfluss der Volumendehnung auf die
Radialverschiebung
u am Beispiel einer plastischen Zone mit dem Radius p 4a
=
Cl
, Ausbau
c:
::J
.c
~ 1\ /
2
I
infolge Volumenzunahme
~
co
~
::::J
'ö
co
c:
::J
.c
"
Uo2
Cl
(ij
a::
I ! \------
Q)
Gebirgskennlinie
L:
~
L.-
Q)
-,
>
a
D
U01
up
I
+-r/a
I
2
3
~
P2
Ausbau
P1
4
Ausbauwiderstand
Mit Hilfe solcher rein geometrischer
Überlegungen
kann
man eine oft gestellte
Frage einfach beantworten.
WeI-
Die Formel (3) Ua
che Vordeformationen
bewirkt ein vorauseilender
Pilot-
Berechnung
stollen für die nachfolgende
Ausweitung
1
auf das volle
ua
= f(Pa).
= up (p/a)K
Pa
liefert den Schlüssel
zur
der Kennlinie
(5)
45
nisse einer sog. Sensitivitätsstudie. Mit Hilfe des Kenn-
Die Theorie [3] ergibt folgende Ausdrücke:
linienverfahrens wurde in einem konkreten Fall [3] für
1-sincp
p/a = (;p/Pa)
;p
= (1-
2sincp
sin<p)poo
(6)
einen Satz von Parametern der Gebirgsdruck ermittelt
(a = 3.0 m, Poo= 10 N/mm2, E = 2000 N/mm2, v = 0.3,
(7)
<p= 20·, c = 0.5 N/mm2,
(8)
lC
= 1.5, Ua= 0.25 m). Der Wert
beträgt 0.51 MPa. Unterwirft man die verschiedenen
Parameter der Reihe nach als realistisch zu betrachtenden Schwankungen, so resultiert daraus das Diagramm
Für die Spannungen gelten unter Berücksichtigung der
=
Der theoretisch
ermittelte
Gebirgsdruck
schwankt demnach zwischen 0.2 und 1.0 MPa, was die
Kohäsion c die folgenden Substitutionen:
Pa
in Bild 12.
stark beschränkten Möglichkeiten einer rechnerischen
Pa + ccoto
(9)
Prognose des Gebirgsdrucks vor Augen führt.
Poo= Poo+ ccot o
Ein Blick auf die Formeln (6) und (7) sowie (9) lässt
erkennen, dass der Radius der plastischen Zone p nur
Bild 12: Die Auswirkung der Streuung der verschiedenen Parameter auf den rechnerisch ermittelten
Gebirgsdruck p
•
von den Festigkeitsparametern c und <p sowie den
Lastgrössen pa und Pooabhängig ist. Der Elastizitätsmodul E und die Poissonzahl v treten erst im Aus-
E
E
j
druck (8) für die Bestimmung der Verformung up auf.
~
Auf den grossen Einfluss des Faktors lC gemäss (3)
a.
~ 0.6
:::J
wurde oben bereits hingewiesen (Bild 10).
Zusammenfassend sei erwähnt, dass die Festigkeitsparameter (c und <p)sowohl für den Radius der plastischen
Zone p als auch für die Spannung O"pbestimmend sind.
,
-g
e>
j
0.8
I
0.4
I
I
ii
Q)
r
T,I
C>
0.2
j
Der Wert up ist wiederum linear abhängig von p.
<p
Zur ausführlichen analytischen Ableitung der Kennlinie
=
c i E
i
v
lC
Ua
±15% ±30% I ±30% ±30% ±30% ±30%
Ua f(Pa) sei auf das umfangreiche Schrifttum [9], [10],
[11], [3] hingewiesen. Die ersten Arbeiten zur praktischen Anwendung der Gebirgskennlinie zur Bestimmung des Gebirgsdrucks stammen von Mohr [12] und
Berechnungen, so verfeinert sie auch sein mögen,
Lombardi [13]. Im Bild 11 ist das Zusammenwirken
weisen mit Verlässlichkeit nur Beziehungen zwischen
zwischen Gebirge und Ausbau an Hand von zwei Aus-
den verschiedenen Grössen auf. Sie liefern aber nur in
bautypen schematisch dargestellt. Man sieht, dass eine
Einzelfällen zutreffende Werte für den Gebirgsdruck
grössere Vordeformation des Gebirges (uo2) und ein
bzw. die Gebirgsverformung. Die tiefe Problematik der
nachgiebiger Ausbau (2) den Gebirgsdruck vermindert.
Vorausbestimmung des Gebirgsdrucks liegt nicht im
Dies entspricht der praktischen Erfahrung im Tunnelbau.
Fehlen geeigneter Berechnungsmethoden, sondern in
der Unmöglichkeit der genauen Erfassung und Be-
Bei tunnelstatischen Berechnungen sind wir in der Pra-
schreibung
der Materialeigenschaften,
insbesondere
xis auf eine Reihe von wichtigen Parametern angewie-
unter Berücksichtigung des Zeiteffektes. Hinzu tritt noch
sen. Bei ihrer Ermittlung stossen wir jedoch auf grosse
die Schwierigkeit, die Vorgänge beim Ausbruch und bei
Schwierigkeiten. Man ist in der Regel auf Schätzungen
der Sicherung des Hohlraumes präzise zu modellieren.
angewiesen, die mit Unsicherheiten behaftet sind. Entsprechend unsicher sind die ermittelten Werte des
Für die rechnerische Berücksichtigung des Zeiteffektes
Gebirgsdruckes. Als Beispiel betrachten wir die Ergeb-
sei auf die Arbeit von Fritz [9] hingewiesen.
46
B
o
'e"
ir
s
(
t
n-
Betrachtungen zur Bautechnik
in der Regel nur unter Anwendung von Sondermass-
ür
~It
3,
Da Gebirgsdruck und Gebirgsverformung
in enger
Wechselbeziehung stehen, kann man zwei Extremfälle
rt
einesleitenden Prinzips für Planung und Bauausführung
n
in druckhaftem Gebirge ins Auge fassen (Bild 13). Beim
1-
n
(
sog. Widerstandsprinzip steht die Verhinderung der
Gebirgsverformung durch einen ausreichenden Ausbauwiderstand im Vordergrund. Der Ausbau sollte den
dabei auftretenden Gebirgsdruck schadlos aufnehmen
können. Beim sog. "Ausweichprinzip" wird durch die
Hinnahme von Gebirgsverformungen
übermässigem
Gebirgsdruckausgewichen. Im Hinblick auf die erwartete Konvergenz wird ein Überprofil ausgebrochen und der
Ausbaunachgiebig gestaltet.
nahmen zu verwirklichen sind. Wenden wir uns zunächst dem Problem der Tragfähigkeit zu. Hier spielt die
Profilform eine wichtige Rolle. Aus Bild 14 geht hervor,
dass das Hufeisenprofil mit geraden Paramenten infolge
der dort herrschenden kombinierten Beanspruchung des
Ausbaus durch Axialdruck und Querbelastung äusserst
ungünstig ist. Schon bei geringem Seitendruck knicken
Stahlbögen aus oder versagt die Spritzbetonschale
infolge Zugspannungen. Im Gegensatz dazu arbeitet ein
gekrümmt gestaltetes Parament wie ein Gewölbe und
weist eine hohe Tragfähigkeit auf. Im eingangs erwähnten Nakayama Tunnel [1], [2] musste das Hufeisenprofil
streckenweise bis zu viermal nachgenommen werden;
vermutlich, weil die Profilform nicht angepasst wurde
(Bild 1).
Bild13: Extremfälle möglicher Ausbauprinzipien:
a) Widerstandsprinzip
b) Ausweichprinzip
a)
Bild 14: Der Einfluss der Profilform auf die Tragfähigkeit
von Stahlbögen oder Betonverkleidung;
statische Wirkungsweise als:
a) gerader Stab
b) Bogen
Ot~
In Wirklichkeit tritt immer ein Fall ein, der zwischen den
im Bild 13 dargestellten Extremfällen liegt. In einem
druckhaften Gebirge kann man einerseits Gebirgsde-
Der moderne Tunnelbau verwendet für den zeitweiligen
formation nicht gänzlich unterbinden und andererseits
Ausbau Stahlbögen, Verzugsbleche, Spritzbeton und
auch nicht beliebig grosse Verformungen zulassen.
Anker. Diese Elemente werden in zahlreichen Kombina-
Infolgeder geringen Gesteinsfestigkeit und der grossen
tionen mit unterschiedlicher Gewichtung von Tragfähig-
Verformungen gäbe es im Firstbereich Ablösungen,
keit und Verformbarkeit eingesetzt.
welche durch einen Ausbau verhindert werden müssen.
In der Tat begegnet man in der Praxis oft dem Fall, wo
Der Stahl besitzt eine hohe Verformungsfähigkeit, so
dem Mechanismus des "echten Gebirgsdrucks" jener
dass er selbst in plastischem Zustand noch über Trag-
des "Auflockerungsdrucks" überlagert wird.
reserven verfügt. Das Bild 15 wurde in einem Wasserstollen mit 3 m Durchmesser aufgenommen. Es zeigt
Die Betrachtung der Extremfälle in Bild 13 schärft den
einen infolge grosser Konvergenz zusammengefalteten
Blick für die zwei vom Ingenieur beeinflussbaren Grös-
Bogen. Gitterträger zerfallen bei der Überbeanspru-
sen: den Ausbauwiderstand und die Gebirgsverformung.
chung der Schweissnähte, weshalb ihre Anwendung bei
echtem Gebirgsdruck nicht zu empfehlen ist. Gleitan-
Aus dieser Sicht sollte der ideale Ausbau sowohl eine
schlüsse von Bergbauprofilen nach dem Prinzip von
hohe Tragfähigkeit als auch eine hohe Verformbarkeit
Toussin-Heintzmann [14] weisen bei gleichbleibendem
besitzen. Es sind dies gegensätzliche Forderungen, die
Ausbauwiderstand eine begrenzte Konvergenz auf.
47
Bild 15: Stark deformierter Ausbaubogen
(Foto Murer AG)
Bild 16: Zur statischen Wirkungsweise von Felsankern
und zum Einfluss der Ankerlänge
Passivanker
Der Spritzbeton ist in stark druckhaftem Gebirge mit
Aktivanker
beeinträchtigt wird. Eine genauere theoretische Behand-
dem verformungsfähigen Stahlausbau unverträglich, da
lung des Problems ist nur für Aktivanker [3] möglich, da
er spröde versagt. Der Stahlbogen wirft Teile einer
dort die Krafteinleitung klarer ist als bei Passivankern.
Spritzbetonschale ohne durchgehende Netzbewehrung
schon bei geringer Deformation ab. Es fehlt auch die
Werfen wir nun einen Blick auf die gängigen Bau- und
Haftung zwischen Walzprofil und Spritzbeton, weshalb
Betriebsweisen für Verkehrstunnel mit Ausbruchsflä-
das Walzprofil nicht als Bewehrung wirken kann. Stahl-
chen >90 m2 in druckhaftem Gebirge (Bild 17). Früher
bögen mit Verzugsblech als flächendeckende Sicherung
stand die Deutsche Bauweise - oft auch Kernbauweise
zwischen den Bögen eignen sich besser als eingespritz-
genannt - mit ihren Paramentstollen und den vorgezo-
te Bögen. Dies auch aus dem Grunde, weil das Nach-
genen Betonwiderlagern im Vordergrund. Die letzteren
nehmen zerdrückter Strecken mit bewehrtem Spritzbe-
dienten als Fundament für das nachfolgende Kalotten-
ton bzw. eingespritzten Bögen extrem arbeitsintensiv ist.
gewölbe. Heute wird diese Bauweise infolge der beengenden Platzverhältnisse in den Paramentstollen und
Die Systemankerung ist ein wichtiges Mittel des zeitwei-
den daraus resultierenden geringen Leistungen nur
ligen Ausbaus. Ihre statische Wirkungsweise ist im
selten mehr angewendet. Selbst in besseren Gebirgsar-
Bild 16 schematisch dargestellt. Es handelt sich grund-
ten ist die Vortriebsleistung kaum grösser als etwa 1 m
sätzlich um zwei gleich grosse Kräfte, welche von einem
pro Arbeitstag.
Anker auf das Gebirge übertragen werden. Bei volIvermörtelten Ankern, den sog. Passivankern, resultieren
Der Kalottenausbruch gestattet einen hohen Grad an
aus der Schubspannung zwischen Vermörtelung und
Mechanisierung, da in Verkehrstunneln die Kalottenhö-
Gebirge die Kräfte mit entgegengesetztem Richtungs-
he 4.5 m und mehr beträgt. Oft muss jedoch die Ort-
sinn S+ und S-. Über die genaue Verteilung der Schub-
brust der Kalotte durch systematische Ankerung gesi-
spannungen entlang der Ankerstäbe weiss man wenig.
chert werden.
Bei grosser Konvergenz geht die Haftung verloren und
es verbleibt nur ein rudimentärer Reibungswiderstand.
Der Vollausbruch (Bild 18) in druckhaftem
Bei den Freispielankern, den sog. Aktivankern, findet die
erscheint angesichts der Gefahr einer Instabilität der
Einleitung der Kräfte ins Gebirge am Ankerkopf (A+) und
Ortbrust paradox zu sein, da die Profilhöhe 9 -7 12 m
in der Wurzelzone (A-) statt. Der Schemazeichnung im
betragen kann. Bedenkt man aber, dass die vorausei-
Bild 16 entnimmt man, dass die Länge der Anker einen
lende systematische Stützung der Ortbrust in stark
grossen Einfluss auf ihre statische Wirkungsweise hat.
druckhaftem
Bei kurzen Ankern befindet sich die gegen den Hohl-
Bestandteil dieser Methoden darstellt, so kann vom
raum gerichtete Kraft S- bzw. A- noch in der Nähe des
statischen Standpunkt aus gegen diese Bauweise kein
Ausbruchs, so dass die Stützwirkung von S+ bzw. A+
Einwand erhoben werden. Die Ortbrust wird nach einer
48
Gebirge
Gebirge einen nicht wegzudenkenden
Bild 17: Bau- und Betriebsweisen
Gebirge:
a) Deutsche Bauweise
b) Kalottenausbruch
c) Vollausbruch
in druckhaftem
Bild 18: Der Vollausbruch
mit Ortbrustsicherung
a)
_____
-'3
ß----C-------~f4----l
jili)3"
w
7,
Beto~
I.
_I
13 -15 m
Stahlbogen
,ß
20 - 50 m
b)
3 + 5 m. Im Profil erfolgt die Stützung
I~
11
11
11
11
kerung, Stahlbogen
3,---/'" 2
----/
I"
--I
50 -150 m
c)
7;
11
11 1
11
11
__________________
2~r_1r--14
--I
5 -100
m
Massnahme
y
In einem Material geringer
Festigkeit
formbarkeit
nur die
die
können
der
lange, vollvermörtelte,
Die Überlappung
Bild 19: Der Verlauf der gemessenen
beträgt
Ortbrust
der Ortbrust
vorauseilenden
Im Bild 19 erkennt
eine Messlinie,
die in einer Axialbohrung
wurde. Diese Messlinie
von sog. Messmarken
Mit dem
zwischen
in Funktion des Abstandes
man
in die Ortbrust
wird durch die An-
(Anschlägen)
Gleitmikrometer
und
Verschiebungen
erfasst werden.
stanzänderung
Axialverschiebung
auch die Verformung
Ver-
Querschnittsveren-
messtechnisch
definiert.
Kunststoffroh-
in Längsrichtung
nicht
und grosser
stand von je 1 m in einer eingemörtelten
Methode [7] durch 13 + 24 m
glasfaserverstärkte
eine wichtige
dar.
gung, sondern
ordnung
in Italien weit verbreiteten
der Konvergenzen
~
eingerichtet
re gesichert.
usw. Auch hier stellt der Mehraus-
bruch zur Aufnahme
,I
durch Systeman-
im Ab-
Verrohrung
[15] kann
zwei benachbarten
die Di-
Messmar-
von der Ortbrust (nach Rossi [17])
E
Ausbruchsicherunq-q
(
Abschlag -'\
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Messlinie
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15
Abstand von der Ortsbrust
20
[m]
IL
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49
ken der Reihe nach abgegriffen und so der Dehnungsverlauf entlang der Messlinie lückenlos ermittelt
werden. Im Zuge der weiteren Abschläge können die
Bild 20: Kritische Bereiche beim Kalottenausbruch
B A
~ ~
B-B
A-A
entsprechenden Abschnitte der Messlinie ohne Beeinträchtigung der weiteren Ablesungen entfernt werden.
.)Die Integration der Dehnungen liefert die Axialverschiebung jedes einzelnen Messpunktes. Die letzte Mess-
L..
marke wird dabei als unverschiebbar angenommen, was
B
bei kurzen Messlinien nicht zutreffend ist. Im Bild 19
\
Akritische
"I------....
Bereich e
I•• Distanz x •I
Zeit t
sind die ermittelten Werte der Axialverschiebung entsprechend der jeweiligen Lage 1,2,3'00' der Ortbrust mit
den fortschreitenden
Abschlägen
aufgetragen. Man
Bild 21: Kritischer Bereich beim Vollausbruch
erkennt deutlich, wie jeder Abschlag weit voraus der
Ortbrust einen Verschiebungsschub auslöst. Mit diesem
o
vom Verfasser vorgeschlagenen Messprinzip, das zum
ersten Mal im Tunnel Benveneto in Italien Anwendung
fand, kann das Gebirgsverhalten dem Ausbruch vorauseilend empirisch erfasst werden. Lunardi (mündliche
;;;;:-......."
kritischer
Mitteilung) wendet solche Messungen in stark druckhaf-
Bereich
tem Gebirge regelmässig an. Die Hinweise helfen, die
Ausbruchsicherung im Profil, aber auch die Intensität
der Ortbruststützung an die jeweiligen Gebirgsverhält-
vorgängiges Nachnehmen der Kalotte nicht möglich. Bei
nisse
Ortbrust
einem vorsorglich getroffenen Mehrausbruch wäre das
("Hereinwachsen in den Hohlraum") stellt an sich keine
anzupassen.
Die
Deformation
der
Nachnehmen jedoch nicht notwendig. Das Unterfangen
Probleme dar. Von grossem Interesse ist hingegen die
der Kalottenfüsse erweist sich auch vom Standpunkt der
Frage, ab welchen Verformungen Ablösungen bzw. ein
Stabilität recht problematisch. In diesem Fall ist man
eigentlicher Einbruch stattfindet. In Ermangelung einer
bestrebt, die Distanz x und die Zeitspanne t (Bild 20) zu
theoretisch begründeten Antwort stützt man sich bei der
minimieren. Schliesst aber der Strossenabbau eng auf
Wahl der Stützmittel auf die Geschwindigkeit der Ver-
die Ortbrust der Kalotte auf, so drängt sich die Frage
formungen bzw. auf den Betrag deren Zuwachses nach
auf, warum denn Kalotte und Strosse nicht in einem
jedem Abschlag.
einzigen Arbeitsgang ausgebrochen werden sollten, was
einem Vollausbruch gleichkäme.
Untersucht man die Schwierigkeiten, mit welchen der
in stark druckhaftem Gebirge zu
Beim Vollausbruch ist im Gegensatz zum Kalottenaus-
kämpfen hat, so fallen die kritischen Bereiche an der
bruch nur der Bereich der Ortbrust, insbesondere ihre
Ortbrust der Kalotte und beim Abbau der Strosse auf
Stabilität, kritisch (Bild 21). Im Profil sind keine grossen
Kalottenausbruch
(Bild 20). Ist das Gebirge nur unzureichend ankerfähig,
Probleme zu erwarten, da die Stahlbögen von ausrei-
so leidet der Stahlausbau in der Kalotte unter der unten
chender Stärke und Zahl je Tunnelmeter sofort zum
offenen, sehr ungünstigen Profilform. Die Kalottenfüsse
statisch günstigen Ring geschlossen werden können.
können in den erweichten Baugrund einsinken, aber
Aufgrund des grossen zur Verfügung stehenden Arbeits-
auch waagrecht in den Hohlraum eingeschoben werden.
raumes ist zudem der Einsatz von bis zu 6 m langen
Beim Abbau der Strosse können die Stahlbögen der
Bohrlafetten für die Systemankerung möglich.
Kalotte selbst mit dem Toussin-Heintzmann-System nur
bei kleinerer Konvergenz an die Strossenbogen ange-
Den Vollausbruch der hier geschilderten Art hat insbe-
schlossen werden. Das Schliessen des Bogens zum
sondere Lunardi [7], [17] in den letzten 10 Jahren in
statisch günstigen Ring (Ringschluss) ist somit ohne
Italien in zahlreichen Verkehrstunneln
50
auf längeren
Strecken mit Erfolg angewendet.
Grossgeräten
und den oben
Dank dem Einsatz von
geschilderten
Der Bauablauf
Brown, E.T., Bray, UW.,
nal of Geotechnical
des Tunnelbaus
zurück,
so ist eine Entwicklung
von Teilausbrüchen
zum Voll-
ausbruch unverkennbar.
Auf diese Tatsache
hat Andrea
[11]
dass der Tunnelbau
verfügt,
in den Grundzügen
Vortriebskonzepte
Gebirge hohe Leistungen
- conffnement,
Presses de l'ecole
nationale des ponts et chaussees,
in
Gebirge heute über einen grossen interna-
tionalen Erfahrungsschatz
[13]
seine theoretischen
geklärt
selbst
Hermann Hübner
Lombardi, G., Zur Bemessung
dung mit Berücksichtigung
Schweiz. Bauzeitung,
sind und die
in schwierigem
Mohr, F., Schachtbautechnik,
[14]
Heintzmann,
ermöglichen.
birgsdruck,
[15]
der Tunnelausklei-
des Bauvorganges,
89. Jhg., Heft Nr. 32,1971
H.F., Über Theorie und Anwendung
des unbeschränkt
nachgiebigen
Int. Tagung über Ge-
Koväri, K., Amstad, Ch., Das Konzept der "Linienbei Deformationsmessungen,
lungen der Schweiz. Gesellschaft
Felsmechanik
[16]
Yagi, Yasuteru, Application
difficult conditions",
[2]
Geotecnica
Tokyo, 1978
Kondoh, T., Case studies of two long tunnels in
Japan from the view point of engineering
and rock engineering.
bon, September
[3]
bei
im
von Vollvortriebsmaschinen
"Tunnel- und Stollenbau
Fels mit Vollvortriebsmaschinen"
[18]
e rinforzo dei terreni e delle
Nazionale dell'Associazione
1995
Lunardi, P., Preconfinement
of an excavation
relation to new orientations
towards the design
No. 45, 1995
Andrea, C., Gebirgsdruck
Bauzeitung,
in
of tunnels, Gallerie e Grandi
Opere sotterranee,
Kovari, K., Probleme der Gebirgsverformung
negli inter-
Italiana, Pavia, September
and construction
1994
Fels, Studientagung
[4]
geology
Congress of IAEG, Lissa-
der Anwendung
Dokumentation
[17]
für Boden und
Rossi, P.P., 11ruolo dei monitoraggio
rocce, XIX Convegno
under
Mittei-
Nr. 102, 1981
venti di miglioramento
ofthe NATM to the
Nakayama Tunnel, Proc. Symp. "Tunnelling
Gleitbogen-
Lüttich, April 1952
Beobachtung"
Referenzen
1995
Verlag, Goslar 1964
Ausbaus in Abbaustrecken,
[1]
Vol. 109, No. 1,
Panet, M., Le calcul des tunnels par la rnethode
convergence
[12]
sei festgehalten,
Engineering,
1983
[18] bereits 1956 hingewiesen.
neuzeitlichen
Ladanyi, B., Hoek, E.,
Ground Response Curves for Rock Tunnels, Jour-
Blickt man auf die Geschichte
Grundlagen
ETH,
Eisenbahn-
und Felsbau an der ETH Zürich, 1981
[10]
druckhaftem
Dissertation
und
übersichtlich.
Abschliessend
Erfassung rheologischer
Mitteilg. Nr. 47 des Inst. für Strassen-,
als mit
ist einfach
Fritz, P., Numerische
Probleme in der Felsmechanik,
statischen
Vorteilen erzielt man deutlich höhere Leistungen
dem Kalottenausbruch.
[9]
im Tunnelbau,
Schweiz.
74. Jhg., Heft Nr. 8, 1956
im
(1985), SIA-
91
Rziha, F., Lehrbuch der gesamten Tunnelbaukunst, Berlin, 1867
[5]
Pressei, K., Die Bauarbeiten
Schweiz. Bauzeitung.
[6]
am Simplontunnel,
Bd. XLVII, 1906
Staus, J., Koväri, K., Tunnelbau
Gebirge, Falldarstellungen,
in druckhaftem
ETH Zürich, Institut für
Geotechnik, August 1996
[7]
Lunardi, P., Progetto e costruzione
di gallerie
secondo I'approcio basato sull'analisi
mazioni controllate
and Construction,
[8]
delle defor-
nelle rocce e nei suoli. Quarry
März 1995
Kastner, H., Statik des Tunnel- und Stollenbaus,
Springer, 1962
51
Tunnel de base du Lotschberg - Le phenomene du Bergschlag
Franqois Vuilleumier, Lausanne
1.
Introduction
Le Bergschlag n'est pas une vue de l'esprit mais bien un
ph(momene concret observe lors de Ia realisation de
certains ouvrages souterrains sous forte couverture.
Dans plusieurs cas, il s'est traduit par d'importantes
difficultes de realisation.
S'il n'est pas appnflhende correctement au niveau du
projet et traite par des mesures adequates a !'execution,
le problema peut se reveler dangereux pour:
- Ia securite des personnes;
- Ia tenue du planning;
- Ia tenue du devis.
En Suisse le terme de "Bergschlag" est u1ilise des deux
cotes de Ia Sarine. En France on utilise le terme de
"decompression violente• et dans les pays anglo-saxons
le terme de "rock burst".
2.
Etude de cas vecus
Ci-apres nous presentons des cas vecus de phenomenes de Bergschlag importants qui ont eu des incidences
lourdes sur !'excavation.
2.1
Tunnel du Mont Blanc
Dans certaines zones Ia manifestation du phenomena
de Bergschlag a necessite Ia mise en place de boulons
jusqu'a un cumule de 100 m/m'. Cette disposition n'a
d'ailleurs pas suffi dans les cas les plus graves rencontres puisqu'il a marne fallu betonner des contreforts en
L 1 sur certains tron9ons (figure 1).
Figure 1: Tunnel du Mont-Blanc:
Phenomena de decompression au piedroit du
tunnel (en haut: PM 4425, en bas: PM 4070)
53
2.2
Pour I'essentiel le Bergschlag s'est produit en piedrcit,
mais cöte italien il s'est egalement produit en radier. Sur
Autres cas importants
analyses
Le tableau 1 präsente les principales caracteristlques de
le profil en long sont representees les zones d'apparition
chantiers analyses pour lesquels des decompresslons
du phenomene du cöte francals (figure 2).
violentes ont ete observees:
- au tunnel du Mont Blanc, cöte francals (peu d'infor-
On peut remarquer que des manifestations rnoderees
de phenornenes de decompresslon sont apparues
mation
a
a notre disposition concernant le cöte italien)
- aux tunnels Eikesdal et Ortfjell en Scandinavie;
partir du PM 1253, et que des decompresslons tres
- dans une mine d'or SFA en Afrique du Sud;
violentes se sont manifestees entre les PM 4451 et
- au tunnel de Kan-Etsu au Japon;
4565. A partir du PM 5400 ils furent rares et peu vio-
- au laboratoire EACL au Canada.
lents. On doit egalement noter qu'aucune decompression ne s'est produite dans les zones tres fracturees.
Figure 2: Profil en long du tunnel
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Remarques:
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Zone de decompression
violente
- Les phenomenes de decompression sont apparus
partir du PM 1253.
- Entre le PM 4451 et 4565, des decompressions tres violentes se sont manifestees.
- A partir du PM 5400, les phenomenes de decompression furent rares et peu violents.
- Aueune decompression ne s'est produite dans les zones tres fracturees.
ä
Tableau 1: Principales caracterlstiques des chantiers analyses avec decornpresstons violentes
Ouvrage
Seetion
Couverture
Roeher
Methode
d' exeavation
Position du
Detection
Contrainte
tangentielle
phenomene
Tunnel du
Mt-Blane
70m2
D=lOm
>1500m
2400m
Sehistes
eristallins
Granites
Explosif
Rein
Front
Radier
Diseage dans
les zones
entrees en
rupture
0t = 130MPa
Tunnel
Eikesdal
Tunnel
Ortfjell
37m2
D = 8.5m
20m2
800m
Gneiss
Explosif
Parement
-
-
300m
Explosif
Clef
-
0t = 50MPa
Mine d'or
(SFA)
Tunnel
Kan-Etsu
Laboratoire
EACL
0=
-
Marbres
massifs
Mieasehistes
Quartzites
Tunnelier
Parements
-
0t = 120MPa
Explosif
Front
Diseage
I' avancement
-
Coins
hydrauliques
Clef
Radier
-
0t = 150MPa
54
3.4m
86m2
D= 18m
=3.5m
o
>1000m
420m
Diorites
Corneennes
Granites
ä
3.
Analyse de situations rencontrees au tunnel
exlstant du Lotschberg
3.1
Zones d'apparltlon du phenomime (fig. 3 et 4)
Des phenomenes de Bergschlag sont signales dans les
En ce qui concerne le tunnel de base, le projeteur ne
formations de:
pouvait pas ignorer le phenomena puisqu'il est signale
- granite du Gastern;
sur les releves geologiques effectues au tunnel de faite
- calcaire de Ia Doldenhorndecke.
Iars de !'execution.
A Ia lecture des proces-verbaux de chantier, on peut
conclure que des manifestations de Bergschlag se sont
bien produites dans le tunnel de faite, mais qu'elles
Figure 3: Profil en long geologique du tunnel du
Lotschberg existant
Doldenhornclecke
Formations:
Gaslern Granh
Altkrisl.allln
r n1
n v tm
e.rgaehlag
n'ont pas ete critiques pour Ia realisation des travaux.
I = Zone de decompressiOn violente (Bergschlag)
Figure 4: Releve geologique du tunnel existant du Lotschberg, tron~on sud du PM 7100
Profil en long gllologigue de Ia parol Est:
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7,0Hm.
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Aelevll gllologlque en caloHe:
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55
3.2 Retro-analyse de Ia decompression vlolente
Ceci indique que les roches sujettes au Bergschlag
survenue lors de !'execution d'une niche au
PM 6454 N (realisation assez recente) (figure 5)
emmagasinent jusqu'a des valeurs proches de Ia rupture l'energie correspondant
Une retro-analyse aux elements finis tridimensionnels a
forts dus
a Ia
redistribution des ef-
a !'excavation puis Ia Iibera brusquement.
ate realisee pour mieux definir les conditions d'apparition du Bergschlag lors de !'excavation recente de cette
niche. Ce schema montre le maillage retenu pour les
calculs des situations avant et apres creusement de Ia
niche.
4.
Figure 5: Retro-analyse de Ia decompression violente
survenue lors de !'execution d'une niche au
PM 6454 N. Maillage du tunnel apres creusement de Ia niche
Reconnaissances speclflques pour le Bergschlag dans le tunnel exlstant
Remarquant le caractere discontinu de !'apparition du
phenomena de Bergschlag dans le tunnel de faite on
aurait d'abord pu penser qu'il s'agissait de lacunes dans
les releves geologiques de nos ancetres. Mais les resultats des forages de reconnaissance effectues dans le
cadre des etudes du tunnel de base dans Ia zone ou le
ph9nomene de Bergschlag est mentionne ont montre
que nos ancetres etaient parfaitement rigoureux. Ces
forages ont reconnu deux types de granits differents
(figure 6): dans les zones a Bergschlag il s'agit de granits a grains fins et dans les autres zones de granit
Figure 6: Forage Gasterntal91 I 2 Gastern-Granit,
lames minces
a
grQins grossiers.
Par ailleurs, les forages dans les zones sujettes au
Bergschlag ont montre un discage systematique dans
les premiers metres (figure 7) , alors que dans les zones
sans Bergschlag les carottes etaient monolithiques.
Des essais de resistance
a Ia compression simple avec
enregistrement de bruit effectues au Laboratoire de
Mecanique des Roches de I'Ecole Polytechnique Fede-
Grobkorniger bis pegmatitischer Gran it, prof. 732.3m
rale de Lausanne, ont egalement donne des resultats
tres interessants.
Les essais effectues sur les granits sujets au Bergschlag donnent un nombre de bruits cumules de l'ordre
de 1o-5; les premiers bruits apparaissent
a
environ
90 % de Ia valeur de rupture (figure 8).
Les roches non sujettes au Bergschlag donnent un
nombre de bruits cumules 100 fois superieur, de l'ordre
de 1o7 bruits. Les premiers bruits apparaissent deja a
30 % de Ia valeur de rupture (figure 9).
56
Biotithaltiger Granit, prof. 766.35m
Figure 7:
Tunnel du faite du Lötschberg. Discage des carottes de
forage au km 7.700 N, dans le Gastern-Granit
Figures 8 et 9:
Mesure des bruits et de la vitesse du son en fonction de
cnloe.
En haut: Echantillon de granite, km 7.940, 8.7m.
En bas: Echantillon de Baltschiedergranodiorit,
95/22 287.3m
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57
5.
Methodologie
zones
utllisee pour I'evaluatlon
a risque
de decompression
On distingue quatre classes de risque qui vont de
des
dans le futur
110 MPa])
est definle sur la figure 10.
Cette rnethodoloqie
La figure 11 montre la zone modelisee
sions. 11est interessant
de falte (at E [100 +
- faible (0) situation du Lötschberg
tunnel du Lötschberg
-
elevee (A) situation du Mont-Blanc
Le risque statistique
en trois dimen-
de noter que I'on retrouve
ä
associe est une tentative
tion d'une probabllite
les
contraintes
"in situ" avec le seul effet de la gravite (sans
prendre
introduction
de forces tectoniques)
exemple,
(at> 130 MPa).
des mesures
d'occurrence
de la necessite
a
partlculleres
I'excavation.
entre les resultats
de
Par
pour un troncon classe A, sur au moins 75 %
de la longueur, des mesures systematiques
La comparaison
de defini-
particulieres
seront prises (anticipation).
de la rnodelisatlon
nurnerique et les mesures in situ pour deux forages est
La figure 12 montre le report des classes de risque sur
donnee dans le tableau 2.
le profil en long.
Les risques
sont
definls
selon
les criteres
suivants
(tableaux 3 et 4):
- la nature de la roche (elastique, fragile);
- les contraintes
tangentielles
Figure 10: Methodologie
Lötschberg
1)
calculees.
utilisee pour l'evaluation
des zones
ä
risque de decompresslon
dans le futur tunnel du
Etude du champ de contraintes geostatiques
partir d'une modelisation aux elernents finis
avec prise en compte des seuls phenomenes gravitaires POUf une zone fort relief;
ä
trois dimensions
ä
ä
2)
Comparaison des resultats du modele aux contraintes estimees
forage;
partir des mesures d'hydrofracturation
3)
Calcul des contraintes tangentielles en paroi or dans les zones de decornpression du tunnel de falte et
estimation de la valeur du rapport at,max / ae (ae = resistance
la compression uniaxiale)
partir de laquelle
les phenomenes de decornpression semblent s'etre produits;
ä
ä
4)
en
ä
Evaluation des zones risque de decornpression pour le tunnel de base en utilisant la valeur du rapport
deterrninee precedernrnent.
ä
Tableau 2: Comparaison entre les resultats de la
rnodelisation numeriqua et les mesures in situ
Tableau 3: Classes de risque de decrnpresslon
Classe
Critere
Degre de
risque de
decompression
Risque
stat.
associe
o-> 130 MPa
Tres eleve
75-100%
Forage Gastertal I, profondeur 500m
Contrainte
dlH [MPa]
dlh [MPa]
dl
y
[MPa]
A
In situ
21
11
-
B
120 Mpa <at<
130 MPa
Eleve
50-75%
v=0,3
20-25
12
20-25
C
110 Mpa <at<
120 MPa
Moyen
25-50%
13
6
22
D
100 Mpa <at<
110 MPa
Faible
0-25%
v = 0,2
Forage Gastertal H, profondeur 570m
dlH [MPa]
dlh [MPa]
In situ
21,6-29,2
10,5-12,3
19-22
v = 0,3
20-25
11
20-25
v = 0,2
15
7
23
Contrainte
58
dl
y
[MPa]
Troncon
Lötschberg Nord
Longueur [m]
Roche
Classe
PK 30,0-30,3
300
Granite
D
PK 30,3-30,8
500
Granite
C
Position
700
Granite
B
PK 31,5-33,8
2300
Granite
A
PK 33,8-35,6
1800
Granite
D
PK 35,6-36,3
700
Granite
C
PK 36,3-36,8
500
Granite
B
PK 36,8-37,1
300
Granite
A
PK 43,0-43,8
800
Gneiss, granite
et aplite
D
-
-
Gneiss, granite
et aplite
D
PK30,8-31,5
Lötschberg Süd
Chisterhorn
dir. Mundbach
Chisterhorn
dir. Steg (voie ouest)
Chisterhorn
dir. Steg (voie est)
-
PK 0,5-0,7
120O
Tableau 4:
Estimation des zones a risque de decornpresslon violente dans le tunnel de base
du Lötschberg
Figure 11:
Vue en plan du tunnel
59
,_ ,
Figure 12: Profil en long geologique: km 40,0
Bern
+
+
+
a Ia frontiere cantonale
Bergschlag:
Classe de risque:
Wolhs
"'ow +
A (Ires eleve) = B (eleve) =
C(moyen)=
lliiW
Llltschb o rg
D (faible) =
Kummenolp
-
L"rs c httntol
~
+
+
I
T
•
+
'+
...............
_,_
---
~ - M~
lalwt-Km "'-tMt.td\M
NOtOI'IeMutlo
·~Of\:a
Klrin"
.....
'
B
-----
c
'
6.
Dispositions constructlves
D'autres dispositions pourraient etre envisagees
6.1
Dispositions a !'excavation
cavation, telles que des saignees.
Le mode d'excavation
a l'explosif est bien adapte pour
a !'ex-
L'excavation au tunnelier n'est par contre pas bien
reduire l'effet du Bergschlag.
adaptee dans les zones de Bergschlag et ceci pour trois
En fissurant Ia roche il l'endommage et lui donne un
- le mode d'excavation de Ia roche est doux, il n'en-
comportement plus plastique qui diminue le risque de
dommage pas Ia roche qui garde son comportement
Bergschlag.
elasto-fragile;
raisons:
- Ia mise en place de soutenements relativement lourds
Par ailleurs, avec ce mode d'excavation on peut essayer
de "cibler" Ia fissuration du rocher dans les zones
a
(ancrage, treillis, beton projete) immediatement derriere Ia tete n'est pas facile;
risque particulier, ceci pour repousser les efforts maxi-
- le phenomena du Bergschlag dans Ia zone de Ia tete
maux loin de Ia cavite (eviter leur concentration pres de
(front et bouclier) n'est pas maitrisable et peut entrai-
Ia paroi) (figure 13).
ner le blocage de Ia machine.
Figure 13: Plan de tir
Dynarnitage traditionnel
•
I
'--
60
-- - -- ---- -·
Dynarnitage endornrnageant
les reins du tunnel
.....,
.
6.2 Soutimement
La figure 14 definit les zones d'apparition du phenomena lors de !'excavation. Elle a ate etablie sur Ia base
de calculs aux elements finis tridimensionnels. Elle
,
montre que le phenomena apparait
.
du front.
•I·• •~
a environ 1 diametre
Figure 14
Influence du front de taille d'une galerie
Coupe axiale horizontale
Zone I
Zone 3
Contramte [MPa]
Zone 2
I
TUNNEL
Zone 3
D
-20
0
r~H
20
40
60
80
100
120
Zone I
-..-
Zone 2
Zone I
a Ia
Un profit type Bergschlag applique dans les zones ou le
massif apparente
classe d'excavation I (SIA) en
risque est eleva est defini sur Ia figure 15:
dehors du probleme de Bergschlag.
- en L1 les dispositions suivantes ont ete prises:
Les boulons type Split Set constituent un soutenement
- treillis double torsion 80x80x3 mm pour proteger les
ouvriers
ductile, capable de consommer par deplacement l'ener-
- baton projete 5
+
gie liberee lors des ruptures . Leur principe de fonction-
10 em avec fibres
nement est donne sur Ia figure 16.
- forte densite d'ancrages Split Set concentres dans
les zones
a risque.
Les caracteristiques des boulons Split Set prevus pour
- au debut du L2:
les zones de decompression violente sont:
- renforcement du beton projete sur 5 em avec un
- longueur: 3,70 m
treillis K188: le but n'est pas d'empecher l'ecaillage
du rocher mais de contenir le phenomena pour ne
- diametre: 46 mm
pas mettre en danger Ia vie des ouvriers.
- friction mobilisable au cours du deplacement de
l'ancrage: 35-70 kN/m'
La disposition des ancrages est indicative, its seront
- energie consommee pour un deplacement de
l'ancrage de 20 em: 16-33 kJ
concentres dans les zones d'ecaillage. Aucun ancrage
n'est represente en calotte car il s'agit d'un rocher
Ausbruchklasse IV
- plaque en acier de 30 em de cote.
£vi Relbroll"anker oder S Zlalanker m11
grossem DelnJlgsvermogen. L • ·4 0 m.
aiJ Brust nach ,tedem Abs(tlag
Rebrcrranker oder
zlalanker mt ..
~ossem Oe!Yulgsveroogen.
L • ·4 0 m. ml Platte 0 3 x 0 3 m IL1)
Figure 15:
Profiltyp ESA 4b
(bei betrachtlichem
Bergschlag)
Ausbruchklasse IV
Stahlnetz mt
ler TorSClll aiJ Fets ••
aiJ C)e BereK:he der AtJcXal Zlllgefl
dlrekl nach jedem Abs(tlag ll 1)
5-10 (m
II zbetro ml Sl allIasern "
den BereK:hen der AtJcXal Zlllgefl
dlrekl nach jedem Abs(tlag ll1l
fl
llzbelro • Nell K188 IL2l
mne
" Dte Ausbruchsl(herl.flg 1sl aiJ ()e Beretehe der
Abplalzl..flgen krozenlr1ert [)lese komen auch fl der
Sohte l.fld/oder m Gewolbe aiJirelen. obwdl Ste
fur das ProU her rn Parament dargesletll sfld
61
Pt. ntre o'exempie,
er sur ra oase oe retro-anaiyses ue
cas vecus, pour un bloc de 6 m3 (hauteur = 8 m et profondeur
=
1,5 m), qui se detache SI 5 m/s, il est neces-
saire de disposer entre 6 et 12 boulons par cöte et par
metre de tunnel pour absorber l'enerqie liberee.
I.
rtesume et concrusron
Le Bergschlag (ou decornpressions violentes) est un
phenornene caracteristique de roches massives (peu
fracturees) SI comportement elastique-fraqile. 11 se manifeste par le flambage du rocher en paroi d'excavation
lorsque les contraintes y sont trop importantes.
Figure 16: Ancrage Split Set
Pour definir les zones SI risque et le type de soutenement SI mettre en place, les etapes d'investigation suivantes ont ete eftectuees:
- cornprehension du phenornene en recherchant des
exemples dans la titterature:
- deflnition des roches sujettes SI ce phenomene (nature, etc.) par des essais de compression simple avec
enregistrement de I'emission acoustique;
- definition du niveau de contrainte critique des roches
concernees, par des retro-analyses de cas vecus au
tunnel de falte du Loetschberg avec modelisations
tridimensionnelles aux elernents finis ainsi que par
I'analyse du cas du tunnel du Mont Blanc;
.JL..A
,-~:c>..-.....-_
!
- determination des zones SI risques SI I'aide d'une modelisation tridimensionnelle aux elements finis du
massif (contraintes in-situ);
- choix du type de soutenernent et de la rnethode d'excavation adequate SI I'aide d'une rnodelisation tridimensionnelle de I'influence de differentes rnethodes
d'excavation et par analyse d'exemples tires de la Iitterature.
Dans le cadre du tunnel de base du Lötschberg ces
etudes ont conduit SI:
- retenir un mode d'excavation SI I'explosif pour les lots
reatises dans le granit du Gastern,
- SI prevoir dans le granit du Gastern des soutenernent
lourds adaptes aux phenornenes du Bergschlag.
62
AlpTransit-Ausbruchmaterial:
Abfall oder potentieller Rohstoff?
Cedric Thalmann, Zoll ikofen
1.
AlpTransit Materialbewirtschaftung
Tunnelausbruchmaterial wurde bis vor einigen Jahren und teilweise immer noch - eher als überflüssiges Material klassiert und entsprechend wie Siedlungsabfall
oder Bauschutt behandelt. Die Aufbereitung des Ausbruchs zu Kiesersatz galt infolge der vor einigen Jahren
noch reichlich vorhandenen und billigeren alluvialen
- Abgabe von überschüssigen Ausbruchmaterialien an
Dritte.
- Schonung der noch abbaubaren hochwertigen Alluvialkiesvorkommen.
- Die Verwertung von Tunnelausbruchmaterial
wird
sich letztendlich auch positiv auf die Gesamtkosten
auswirken.
Kiesvorkommen als wirtschaftlich uninteressant. Auch
mit dem vermehrten Aufkommen von Tunnelbohrmaschinen war die Aufbereitung des Fräsmaterials für
höhere Ansprüche bis in den 80er Jahren noch kaum
denkbar, da auf Grund der damals verwendeten Meisseltypen und -anordnungen die anfallenden Gesteinskörnungen einiges feinkörniger waren als die heutigen.
Mit dem Bau der Neuen Eisenbahn Alpen-Transversalen NEAT gilt es, rund 40 Mio. Tonnen Ausbruch- und
Aushubmaterialien
zu bewirtschaften
(diese Menge
entspricht etwa einem Jahresbedarf an Kiesprodukten
für die Schweiz). Davon entfallen rund 24 Mio. auf Seite
Gotthard zwischen Erstfeld und Biasca. Beim Lötschberg-Tunnel fallen rund 15 Mio. Tonnen Ausbruch an.
Erste Erfahrungen mit der Wiederverwertung von Ausbruchmaterial wurden mit Gesteinsmaterial aus dem
konventionellen Sprengvortrieb gemacht. So wurde für
die Autobahn der A8 oder der Tunnels Pierre Pertuis,
Kerenzerberg, Crapteig und diverser Hochgebirgs- und
militärischer Bauten Tunnelaushub aus dem Sprengvortrieb zu Betonzuschlägen oder Koffermaterial aufbereitet
und mit Erfolg eingesetzt. Erste Erfahrungen mit der
Verwertung von Ausbruchmaterial
Das NEAT-Projekt sieht vor, die Versorgung der Baulose mit Schüttgütern und Betonzuschlagstoffen soweit
möglich durch die Aufbereitung von eigenem Ausbruchmaterial sicherzustellen. Rund 40% des anfallenden
Ausbruchmaterials
des
Gotthard-Basistunnels
(Gesamttotal rund 24 Mio. t) könnten für eigene Zwecke
eingesetzt werden (Bild 1).
aus dem TBM-
Vortrieb wurden mit Fräsmaterialien aus den Untertagbauten Vereina Nord und Cleuson-Dixence gewonnen.
In diesen beiden Projekten wurden die Komponenten ab
16 mm zur Aufbereitung von Betonzuschlagstoffen zu-
Bild 1: Benötigte Sand- und Splittprodukte für die
AlpTransit-Bauten in Prozent zum anfallenden
Tunnelausbruchmaterial
geführt.
Auch das AlpTransit-Materialbewirtschaftungskonzept
sieht eine möglichst breite Weiterverwertung der anfallenden Ausbruchmaterialien vor. Die Vorteile der Weiterverwendung sind:
!SSJ ATl.&chberg S
5Z2I AT L.aschbergN ,......,
Deponie
D AT G:ilhard
3
-,
t,
Rekultivieru1g
All
%"
Dritte
IX)!
.• ,>
':!ii'-4;;-·"
- Selbstversorgung durch eigene Sand- und Splittprodukte.
~,
PtIsäUtu1g
"
,L,,"'Ii,,'
- Reduktion von Transportfahrten einerseits für die
Entsorgung des Aushubes, andererseits für die Zubringung von Alluvialkiesen.
<,
Betonzuschlagstoff
•. _.
I%]
-
ru>A1i1%%
0
Wiiß
10
,'I
AT EigEriledaIf
-U§<P,fff
2)
30
40
50
00
63
UQVVII
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U'V"LV •• L.UOV.IIQ::t,",LV,,\7
••••
I~I
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••
"'.'
,
"'•••••••••••••••••
...,•••••
_ •••••••••
_ ••••••_.-
-_
•••••••••
----.
wiederverwendet werden. Weitere rund 30 % sollen als
ermöglichen, sind
Baurohstoffe an Dritte abgegeben werden. Minderwerti-
- einerseits eine minimale Gesteinshärte und
ges Ausbruchmaterial dient der Rekultivierung von be-
- andererseits eine geeignete Petrographie.
"-Cl----".-,
stehenden Kiesgruben und Steinbrüchen. Die Materialien werden in folgende drei Hauptklassen eingeteilt:
Diese Gesteinsparameter können mittels eines Labor-
Betonzuschlagstoff
prüfverfahrens in einem Baustellenlabor bestimmt wer-
oder
Kiessand-Ersatz;
Massen-
schüttgut; bautechnisch ungeeignetes Material.
den.
Auf der Lötschbergseite Nord ist geplant, rund 17 % des
anfallenden Materials als Betonzuschläge einzusetzen.
Für die Lötschbergseite Süd sind es rund 27 % als Be-
Bild 2: Leistungsvermögen von Ortbeton in Abhängigkeit
der Petrographie der Zuschlagstofftypen
(aufbereitete TBM-Zuschläge)
tonzuschläge und 32 % für Aufschüttungen.
2.
Hauptpunkte einer erfolgreichen
Wiederverwertung
Eine optimale Wiederverwertung von Ausbruchmaterial
aus dem Untertagebau bedingt
- geeignetes Rohmaterial,
GBT-Nord:
AaregranIt
GBT-Süd:
Leventlnagnels
-~
!
GBT-Süd:
Lucomagnognels
GBT-Nord:
Chlorlt-Serlz.-Gnels
~4O
CJI
u
30
GBT-Nord:
Migmatl. Blotltgnels
+--_-+-
LBT-Nord:
Mergelige Kalke
2
"CI
Sechsein:
~ 20
~
+0--5~-~10~-415--2+0-~21 Kalke
Wasserleitfähigkeit
191m 2h]
- richtig gewählte Aufbereitungsprozesse und letztendlich einen
- idealen Umgang mit Splittbeton.
Bild 3: Leistungsvermögen von Spritzbeton in Abhängigkeit der Petrographie der Zuschlagstofftypen
(aufbereitete TBM-Zuschläge)
3.
Einfuss der Zuschlagstoff-Qualität auf die
Betoneigenschaften
t:"'
E
70 .,--,--+--,---r--,---r--'---"--GBT-Süd:
_;zE.
60
_
~
_ 50
Im Rahmen der AlpTransit-Gotthard-Vorversuche wur-
~
den an der EMPA über 150 Betonversuche mit diversen
il
Ausbruchmaterialien durchgeführt. Die Praxistauglichkeit der Laborerfahrungen wurde an rund einem halben
Dutzend Baustellenversuchen überprüft (Pump- und
!
40
-c~ 30
_
~
~ 20
m
Levantlnagnals
GBT-Süd:
Lucomagnognels
GBT-Nord:
Migmat. Blotltgnels
LBT-Nord:
Kalka
Sechsaln:
Kalke
Alluvlalklas
(Relerenzmaterlal)
0
5
1
Wasserlel.19Im 2h
Ortbeton). Daneben haben über ein Dutzend Spritzbetonversuche stattgefunden. Diese breit abgestützten
Betonversuche erlauben es, einen Teil der diversen
Gesteinstypen bezüglich ihrer Eignung als Betonzuschlagstoff zu evaluieren. Die Bilder 2 und 3 zeigen das
4.
Informationsquellen bezüglich der Qualität des
Ausbruchmaterials
Leistungsvermögen von Ort- und Spritzbeton, die mit
diversen Zuschlagstypen hergestellt wurden.
4.1 Ausgangslage
Geologische Prognosen für den Tunnelbau stützen sich
Die Bilder 2 und 3 zeigen deutlich, dass die Festbeton-
nicht selten auf einzelne Bohrungen, aus· denen die
eigenschaften (Druckfestigkeit und Wasserleitfähigkeit
oftmals komplexe Geologie mitsamt den Felsparametern
respektive Wassereindringtiefe) unter anderem auch
abgeleitet werden muss. Geologische Prognosen sind
von der Qualität der verwendeten Aggregate abhängig
dadurch mit einem gewissen Unsicherheitsfaktor behaf-
sind. Die massgebenden Gesteinsparameter, die eine
tet (Schindier, 1991). Häufige Qualitätsänderungen des
64
_
Ausbruchmaterials infolge eines Lithologie-Wechsels,
Diese Methode genügte den Ansprüchen als ein-
durch das Auffahren von Störungszonen oder durch
faches Testverfahren, die in-situ-Gesteinsfestigkeit
rasche Alternation zwischen hochwertigen respektive
rasch, kostengünstig und mit ausreichender Genau-
minderwertigen Materialien sind nicht unüblich. Da die
igkeit zu definieren.
Tunnelachse nur in seltenen Fällen senkrecht zu den
geologischen Schichten verläuft, kann es vorkommen,
Die Summe aller dieser Informationen bietet ein recht
dass innerhalb desselben Tunnelquerschnittes unge-
gutes Bild über die Qualität des anfallenden Aus-
eignetes mit hochwertigem Bohrgut vermischt wird.
bruchmaterials.
Nicht selten unterscheidet sich die in-situ-Felsfestigkeit
von der Gesteinsfestigkeit des anfallenden Ausbruchmaterials. Vor allem in Gebirgskörpern mit hohen Span-
Bild 4: Informationsquellen bezüglich der zu erwartenden Felsqualität
nungszuständen (Überlagerungs- und/oder Seitendruck)
Zeitpunkt der
Dateninformation bezogen
auf den
Materialanfall
kann die durch Druckentlastung geschwächte Gesteinsfestigkeit um einiges tiefer liegen als die angetroffene
Felsfestigkeit. Gebirgsentlastung äussert sich durch
vorher
Mikrorissbildungen, Abplatzungen und/oder Niederbrüche. An Bohrkernen macht sich eine Druckentlastung
am sogenannten 'Disk-Chipping' bemerkbar.
während
Auf Grund dieser Unterschiede drängt es sich auf, die
massgebenden Gesteinskennwerte zur Beurteilung des
Gesteinsmaterials erst am anfallenden Bohrgut zu ermitteln.
nachher
Möglichkeiten der
Qualitätsbestimmung
Zuverlässigkeit der
Aussage
klein
hoch
Prognosen, Erfahrungswerte
Geophysikalische
Vorabklärungen
Bohrung (Geophysik, Kerne)
Felsklassierung
Geophysikalische
Vorabklärungen
TBM- und Bohr-Parameter
Kerne, Vorausbohrung
Schmidt'scher
Rück'prallhammer
Sondierstollen (geologische
Auf-zeichnung u,
Materialuntersuchung)
Untersuchung des
Ausbruchmaterials
4.2 Erste Informationsquellen bezüglich der
abzubauenden FeisqualItät
Um dennoch einen möglichst guten Einblick in die zu
erwartenden Gesteinstypen zu erhalten, gilt es im Rahmen eines Untertagbaus die diversen Informationsquel-
5.
len zu nutzen, die Angaben über Felskennwerte liefern
können (Bild 4):
- Vorhandene
Qualitative Beurteilung des Ausbruchmaterials
mittels einfacher Prüfverfahren
Diese
geophysikalische
und
geologisch-
geotechnische Messungen, die im Rahmen einer
Materialuntersuchungen
verfolgen
zwei
Hauptziele:
-
Das Prüfverfahren dient zur Beurteilung des Aus-
Vorabklärung im Untertagbau durchgeführt werden,
bruchmaterials und erlaubt eine Entscheidung, ob ei-
können erste Einschätzungen bezüglich der Wieder-
ne Verarbeitung zu Beton- und/oder Spritzbetonzu-
verwertung des Ausbruchmaterials bringen.
schlagstoffen (oder für andere Zwecke) geeignet ist.
- Die während des Vortriebs eventuell durchgeführte
-
Instrument zur Qualitätssicherung. Bauherr, Baulei-
geophysikalische Vorauserkundung kann Hinweise
tung und Unternehmungen (evtl. auch separates
auf eine ändernde Felsqualität geben.
Aufbereitungs-Los) kennen dadurch die genau defi-
- Auswertungen von TBM-spezifischen und/oder Aufzeichnungen von Voraus bohrungen erlauben qualitative Aussagen über die kommende Felsqualität.
- Interessante Angaben über die Felshärte können bei
korrekter Anwendung
und Auswertung
mit dem
Schmidt'schen Rückprallhammer gewonnen werden.
nierten Rohmaterialien,
die zu
Betonzuschlägen
weiterverarbeitet werden. Bei allfälligen Problemen
bezüglich der Betonqualität dienen die erfassten Gesteins parameter aus den Laborberichten als Diskussionsbasis zur Ermittlung der möglichen Fehlerquellen.
65
Damit ein solches Untersuchungsprogramm in der Pra-
le Druckfestigkeitsanforderungen der Splittprodukte. In
xis übernommen werden kann, müssen folgende Kriteri-
der Praxis wird oft eine minimale Druckfestigkeit von
en erfüfft sein:
mindestens 100 N/mm2 für Betonaggregate vorgeschla-
- Die Untersuchungen dürfen den Vortrieb in keiner
gen (Dubuisson, 1959; Bundesverband
-
Naturstein-
Weise stören oder verlangsamen.
Industrie, 1993). Gestützt auf zahlreiche Materialunter-
Das Prüfverfahren muss sowohl eine Beurteilung
suchungen und auf über 150 Labor- und Baustellen-
affer Haufwerk-Typen (Spreng-, TBM-, TSM-Vortrieb,
Betonversuche,
Gesteinsmaterial aus Bohrungen) erlauben, als auch
Voruntersuchungen durchgeführt wurden (Kruse & We-
der daraus aufbereiteten Splittprodukte.
ber, 1995), kann als Richtgrösse für einen Beton der
Die zu verwendenden Test-Apparaturen müssen in
Festigkeitsklasse B40/30 eine minimale Gesteinsfestig-
der Fachwelt gebräuchlich und anerkannt sein.
keit von 75 N/mm2 empfohlen werden.
- Hohe Aussagekraft
und
Reproduzierbarkeit
die
im
Rahmen
der
AlpTransit-
der
Tests.
Der von der CEN-Norm eingeführte Los Angeles-Index
- Diese Materialuntersuchungen müssen rasch durch-
(CEN/TG/07/A5, 1992) beurteilt die Festigkeit der Zu-
führbar (erste Ergebnisse innerhalb ein bis zwei
schläge indirekt auf Grund ihres Abrieb-Verhaltens ge-
Stunden) und wirtschaftlich vertretbar sein. Dies er-
genüber Schlag
fordert ein kleines Feldlabor unmittelbar beim Stol-
Verhalten ist unter anderem auch von der Gesteinsfe-
lenportaf.
stigkeit abhängig. Es kann aber durchaus vorkommen,
und Zertrümmerung.
Das Abrieb-
dass Zuschläge mit einem genügenden Los AngelesDas vorgeschlagene Prüfprozedere selbst ist modular
Wert eine zu geringe Druckfestigkeit aufweisen und
aufgebaut und besteht aus verschiedenen Tests mit
umgekehrt. Das Los Angeles-Verfahren gemäss CEN
unterschiedlichen Aussagen über die Gesteinsparame-
für Betonzuschläge wird sich kaum als einfache und
ter. Je nach Bedarf oder visueffer Änderung der Ge-
rasch durchzuführende Laborprüfung durchsetzen kön-
steinsqualität können nur einzelne oder mehrere Unter-
nen, da der zeitliche Aufwand und die benötigten Probenmengen zu hoch sind. Ein ähnliches, aber verein-
suchungen durchgeführt werden.
fachtes Testverfahren mit guter Aussagekraft, welches
Aus Zeitgründen empfiehlt es sich, eine Erstbeurteilung
innerhalb 11/2 Stunden erste Ergebnisse liefert, ist der
(Wiederverwertung als Betonzuschlag: ja/nein)
des
sogenannte LCPC-Brechbarkeits-Index 1. Bei diesem
Felsmaterials durch den Geologen im Stoffen selbst
Verfahren wird die Gesteinsprobe infolge des Mahlef-
durchzuführen. Hier wird entschieden, ob das Aus-
fekts eines drehenden
bruchmaterial in die Aufbereitungsanlage zur Herstel-
riebprozess unterworfen, der sich mit dem Los Angeles-
lung von Betonzuschlagstoffen gelangt oder für andere
Verfahren vergleichen lässt. Bild 6 zeigt den linearen
Zwecke verwendet wird. Unabhängig von dieser Erstbe-
Zusammenhang zwischen diesen beiden Verfahren.
Metallplättchens
einem Ab-
urteilung wird Probenmaterial entnommen und gemäss
dem Schema in Bild 5 untersucht. Im Faffe einer Fehl-
Der Brechbarkeits-Test wird als tägliches Prüfverfahren
entscheidung bei der Erstbeurteilung muss damit ge-
im Rahmen einer Qualitätssicherung vorgeschlagen. Als
rechnet werden, dass eine gewisse Menge (ein Ab-
Referenzverfahren dient der Los Angeles-Index, der als
schlag, ein Schutterzug usw.) an ungeeigneten Rohma-
Eichverfahren eingesetzt werden kann. Im gleichen
terialien auf das Zwischenlager für die Aggregatproduktion gelangt. Diese werden aber im Aufbereitungsprozess mit geeigneten Betonzuschlägen vermischt, so
dass ein Verdünnungseffekt stattfindet.
Eines der wichtigsten Kriterien, das Ausbruchmaterial
erfüffen muss, damit es zu Betonzuschlägen veredelt
werden kann, ist eine genügend hohe Gesteinsfestigkeit. Betonnormen machen keine Angaben über minima66
Essai d'abrasivite et de broyabilite, entwickelt vom
Laboratoire Central des Ponts et Chaussees (LCPC)
in Paris (AFNOR P18-579). Der Versuch wird an
500g der Probenfraktion 4/6.3mm durchgeführt. Das
zu prüfende Material wird in einen zylindrischen Behälter eingefüfft, worin ein Metallplättchen (5 x 25 x
50mm; Härte: Rockwell B 60 - 75 HRB) während 5
Minuten mit einer Drehzahl von 4'500U/min dreht.
Die Apparatur weist eine Grösse von L45 x B22.5 x
H47.5cm auf. Der Abrasimeter wiegt rund 60kg.
""f
Versuchsdurchgang lässt sich neben dem sogenannten
verfahren beziehen sich verständlicherweise auf aufbe-
Brechbarkeits-Index BR ein Abrasivitäts-Index ASR be-
reitete Splittprodukte mit isometrischen Kornformen und
stimmen.
nicht auf das anfallende Bohrgut. Auch der Punktlastindex wird gemäss ISRM (1985) an Bohrkernen oder
Als weiteres Verfahren zur Bestimmung der Gesteins-
mehr oder weniger gleichförmigen Prüfkörpern durchge-
härte wird der Punktlast-Index (indirekte Zugfestigkeit)
führt.
empfohlen, der weit verbreitet ist und einen oft verwendeten Gesteinsparameter im Untertagebau darstellt.
Die Anwendung dieser Prüfverfahren hat ergeben, dass
der Kornform-Einfluss der plattig-stengeligen Gesteins-
Damit der zeitliche Aufwand für die Probenzubereitung
proben - insbesondere bei TBM-Rohmaterialien - auf
möglichst minim gehalten werden kann, werden diese
das Versuchsergebnis zu gravierend ist und somit eine
Laboruntersuchungen
selbst
Testdurchführung nach Norm nicht zulässt. Mittels ge-
durchgeführt. Die Brechbarkeits- und Los-Angeles-Test-
eigneter Probenzubereitung (Aussiebung mit Spaltsie-
am
Ausbruchmaterial
ben) und modifizierten Auswertungsformeln für den
Punktlast-Versuch (massgebende Bruchfläche für TBMBild 5: Prüfschma zur qualitativen Beurteilung von Tunnelausbruchmaterial zur Herstellung von Betonzuschlagstoffen
Chips) konnte der Einfluss des Formfaktors minimiert
und konstant gehalten werden. Diese Anpassungen
erlauben eine repräsentative Beurteilung sowohl des
Ausbruchmaterials des TBM-, TSM- respektive SprengVortriebs als auch der aufbereiteten (gebrochenen)
Splittprodukte. Sogar die Prüfung von Bohrkernen aus
Sondierbohrungen ist mit diesem Prüfverfahren möglich
(Bild 7).
Bild 7: Bestimmung der Gesteinshärte mittels Brechbarkeits-Index BR und Punktlast-Index PL aus dem
Zwischenangriff Sedrun (AlpTransit Gotthard).
Geprüft wurden Gesteinsmaterialien aus Bohrkernen, Ausbruchmaterial (Sprengvortrieb) und
deren Splittprodukte.
12
L
!
!
!
N-
~
E10
E
Bild 6: Korrelation Los Angeles-Index zum Brechbarkeits-Index (R: Korrelationskoeffizient; n: Anzahl
Proben).
100
=
90
~
80
~ 70
~
'"0
011!1"t
~ 60
.~ 50
-"
a
.D
lila
_10
•
Sjjitt
=~
-0 6
~ 4
IsdrqJe
Gesteire
~
~
PcraIlei ZlJ" Schiefatrg
~
•••
Bdlkanen (584.1)
A:tmaterial
.+-
2
o
- nicht erfüllt
o
I
Brechbarkeits-
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Index:
BR []
~
I",..
40
l*
/
-§ 30
...
<1.l
CO 20
10 / /
o
.V
/
~
Prüftrgen CI1
•
D
o
•
Tunnel-Ausbruch
°
Splitt
R: 0.85; n: 36
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Los Angeles- Index [ ]
Neben der Bestimmung der Gesteinshärte stellt die
petrographische Beschreibung ein weiteres Kriterium für
eine Evaluation des Ausbruchmaterials dar. Für eine
erste Beurteilung genügt eine makroskopische
Be-
schreibung und Klassifikation des Bohrgutes in Anlehnung an CENfTC/154/SC6/N137E (1991).
67
Im Hinblick auf eine Wiederverwertung des anfallenden
wurde keine einheitliche Normierung betreffend der AAR
Rohsandes muss der Gehalt an ungeeigneten Kompo-
erreicht, da die möglichen Reaktionen vom jeweiligen
nenten bestimmt werden. In Sedimentgesteinen sind es
Zuschlagstyp der geologischen Region abhängig sind.
vor allem weiche, leicht mergelige Gesteinsbruchstücke
In den CEN-Normen wurde auf eine europaweite Nor-
und gröbere Calcitkristalle mit ausgeprägter Spaltbar-
mierung verzichtet und empfohlen, auf die nationalen
keit, die als ungeeignet bezeichnet werden. Bei Tunnel-
Normen und Erfahrungen zurückzugreifen. Die Schweiz
bauten im zentralen Alpenraum besteht ein grosser Teil
kennt keine Normen bezüglich der AAR, da bis anhin
der zu durchfahrenden geologischen Schichtreihen aus
kaum
kristallinen
(Hammerschlag & Regamey, 1995). Die im Rahmen der
Gesteinen, die einen hohen Anteil an
Schichtsilikaten aufweisen können. Diese sind oftmals
Schadensfälle
öffentlich
AlpTransit-Untersuchungen
bekannt
durchgeführten
wurden
AAR-
< 2 mm im Durchmesser und werden durch den Aufbe-
Prüfungen haben ergeben, dass von den bis anhin acht
reitungsprozess in den Feinstfraktionen angereichert.
untersuchten Aggregat-Typen
aus kristallinen TBM-
Ausbruchmaterialien eine Gesteinssorte als potentiell
Freie Schichtsilikate (nicht im Gesteinsverband einge-
gefährdet bezeichnen werden muss (AAR-Prüfungen
bunden), die mit Mischwasser und Zement in Kontakt
wurden gemäss französischen Normen durchgeführt:
kommen, haben einen negativen Einfluss sowohl auf
AFNOR P18-588 Mikrobar-Mörtel Schnellprüfung und
Frischbeton- als auch auf Festbetoneigenschaften. Mit
AFNOR P18-589 Bestimmung der potentiellen Reaktivi-
steigendem Gehalt an Glimmer nimmt auch die Was-
tät der Aggregate mittels chemischem Versuch).
sermenge für gleichbleibende Verarbeitbarkeit zu. Gesamtglimmergehalte von « 10 Stück-% (bezogen auf die
Gesamt-Zuschläge im Betongemisch) haben sich in den
durchgeführten Untersuchungen nicht merklich auf Be-
6.
toneigenschaften ausgewirkt. Eine quantitative Glim-
Einfluss der Abbaumethode
das Ausbruchmaterial
und Geologie auf
merbestimmung der ungeeigneten Komponenten in der
Die heutigen stark weiterentwickelten Vortriebsmetho-
Sandfraktion 0 bis 4 mm wird am einfachsten mittels
den sind neben dem konventionellen Sprengvortrieb der
Binocular an Unterfraktionen durchgeführt.
maschinelle Vortrieb mit Tunnelbohr-(TBM) und Teilschnittmaschinen (TSM). Im Vergleich zum Haufwerk
Nach Bedarf empfiehlt es sich bereits in der Phase der
des konventionellen Sprengvortriebes ist dasjenige des
Voruntersuchungen eines Untertagebaus, Aggregatun-
maschinellen Vortriebes feinkörnig und fällt durch seine
tersuchungen
typische plattig-stengelige Kornform auf.
an
repräsentativen
Gesteinsproben
(Handstücke aus der Oberfläche oder aus Sondierstollen, Bohrkerne usw.) durchzuführen, wie zum Beispiel
TBM-Fräsmaterialien lassen sich in vier charakteristi-
Frost-fTauwechsel-Verhalten,
Gehalte
sche Gruppen unterteilen (Bild 8):
schwefelhaltige
Radioaktivität der Zu-
Bestandteile,
an
Chlorid,
- Gesteinsmehl: Zertrümmerungszone im Kontaktbe-
schläge usw.
reich Fels-Diske
- Gesteinssplitter, -bruchstücke: Lösen und Abplatzen
Untertagbauten fördern wegen der darin vorherrschenden klimatischen Bedingungen (hohe Feuchtigkeit und
kleinerer Gesteinskomponenten
- Chip (Span): Lösen zwischen zwei Schneidrollen-
Temperaturen) eine mögliche Alkali-Aggregat-Reaktion
(AAR).
Die
bekannteste
Art
der
Alkali-Aggregat-
Reakation ist die sogenannte Alkali-Silikat-Reaktion
spuren
-
Blöcke: Lösen von grösseren Bruchstücken infolge
Trennflächen im Fels
(ASR), die in Form einer chemischen Reaktion zwischen
löslichen Alkalien (K+, Na+) im Betongemisch und lösli-
Um eine genügende Menge an Betonzuschlägen der
chem Silizium oder reaktiven Silikaten der Aggregate
Fraktion > 16 mm aufbereiten zu können (Brechen,
auftritt. Das Produkt dieser Reaktion ist ein expansives
Waschen, Klassieren), wird ein möglichst hoher Anteil
Gel, welches zu Rissen im Betoninnern und an der
an Grobkomponenten im TBM-Fräsmaterial angestrebt.
Oberfläche führen kann. Auf internationalem Niveau
Der Grobanteil wiederum ist massgeblich von den in
68
Bild 9 aufgeführten maschinenenspezifischen und geo-
höhter Anpressdruck nicht sicher zu gröberen Chips
logischen Parametern abhängig:
führt (overbreak).
Der Schneidrollenabstand übt den wichtigsten Einfluss seitens der TBM auf die Korngrössenverteilung
- Einen kleineren und kaum erkennbaren Effekt auf die
Bohrgutgrösse
hat auch der Schneidring-Abnüt-
des Fräsmaterials aus. Ein erhöhter Spurabstand
zungsgrad, da dieser, gesamthaft betrachtet, nicht
steigert die Komponentengrösse und die Menge an
stark variiert.
gedrungenen
(gröberen)
Bruchstücken
im Aus-
- Neben diesen maschinenspezifischen
Parametern
bruchmaterial. Es ist die einzige maschinenspezifi-
beeinflussen vor allem geologische und petrographi-
sche Änderung, die ohne grösseren Aufwand vorge-
sehe Verhältnisse die Grösse des anfallenden Aus-
nommen werden
bruchmaterials. Mit zunehmender Dichte an Trennflä-
kann.
Fräsversuche
in einem
Granodiorit haben gezeigt, dass Schneidrollenab-
chen im Gebirge und/oder erhöhtem Gebirgsdruck
stände im Brustbereich von 130 mm nicht unreali-
steigt auch der Anteil an groben Komponenten.
stisch erscheinen und dabei die Vortriebsleistung
nicht negativ beeinflusst wird (Büchi & Thalmann,
Zusammenfassend sind in Bild 11 die anfallenden Ma-
1995). Der Anteil an Komponenten> 32 mm wird da-
terialmengen des TBM-Vortriebs im Vergleich zu ande-
durch beinahe verdoppelt (Bild 10).
ren Vortriebsarten aufgeführt. Aus der Zusammenstel-
- Diverse Fräsversuche haben ergeben, dass ein er-
lung wird ersichtlich, dass beim konventionellen Sprengvortrieb der grösste Anteil an groben Komponenten
anfällt (Büchi & Thalmann, 1996).
Bild 8: Schematische Darstellung des Fräsvorganges
mit den anfallenden TBM-Bohrgut-Typen
r
Bild 10: Abhängigkeit der Korngrössenverteilung zum
TBM-Schneidrollenabstand
Schneidrolle ~
/i/i -~
_
e
60
50
TBMSchneid rollen
abstand
~40
=~30
'"= 20
79mm
129mm
... 86mm
~
lOTt
Oe
Fraktion
e
~
Bild 9: Einfluss der massgebenden maschinenspezifischen und geologischen Parameter, die zu einer
erhöhten Menge an grösseren TBM-Ausbruchmaterialien führen
Maschinenspezifische
Parameter
hO:~~:b~~-!';7:.:::::..:r~:::)
c:.::k'--__
vorhandene Textur (Schieferungsgrad,
Anisotrop'ie)
Winkel zwischen Textur zur
Tunnelachse
I
r-
-:-I (
E
E
1.0
N
N
00
M
1\
Bild 11: Materialanfall in Massenprozenten für verschiedene Vortriebsarten (Min.- bzw. Max.-Werte)
Art des Tunnelvortriebs
Schneldrollenabstand
Konvention. Sprengvortrieb{Kristalline Gestei.)
Hinterschneidtechnik
(Sandstein)
TSM-Vortrieb
(Jura-Kalke)
T8M mit Warzenmeissel
T8M mit Diskenmeissel
(Sedimente, kristall. Ge.)
T8M mit vergrössertem
Schneidrollenabständen
(Plutonit)
-
hoch
t
E
E
E
E
~
1.0
-- --..-
Einfluss
klein
••••• ".
grosser Schn eI.rnllen
Anpressdruck
ausgewogener
kleiner Abnützungsgrad der
Schneidrollen
Geol0s.ische Parameter
Trennflächen im Fels f<lüftung,
E
E
00
oo::t
0-4
>32
>100
[mm]
85-95
2-5
75-85
-
15-20
65-75
45-60
15-40
5-35
0-5
60-70
65-85
30-50
15-50
2-20
5-50
0
0-10
86
129
172
45
40
20
20
30
35
0
5
15
69
7.
Aufbereitung von geeignetem TBMAusbruchmaterial
zu Betonzuschlagstoffen
8.
Erfahrungen
mit 5pllttbeton
Im Folgenden werden die wesentlichen Erkenntnisse
Eine optimale Zubereitung von Betonzuschlägen aus
aufgeführt, die im Zusammenhang der AlpTransit-
TBM-Fräsmaterial benötigt - im Gegensatz zum Aus-
Versuche gewonnen werden konnten.
bruch aus dem Sprengvortrieb - zusätzliche aufbereitungstechnische Massnahmen (Thalmann, 1994 und
1995). TBM-Bohrgut muss vorab intensiv mit Wasch-
8.1
Pump- und Ortbeton
trommeln vom Feinstanteil gereinigt werden. Dies bedingt eine leistungsfähige Schlammpressanlage (Bild
12). Weiter gilt es, die apriori
-
Die SIA-Betonnormen (SIA 162) basieren auf Erfahrungen, die mit Rundkies gemacht werden konnten.
kleinen TBM-Gesteins-
Die darin aufgeführten bekannten Beziehungen der
bruchstücke mittels geeigneter Verfahren schonend zu
Betoneigenschaften können im Zusammenhang mit
brechen, damit kein Sandüberschuss anfällt. Hierbei hat
Splittbeton nicht ohne weiters übernommen werden.
sich das sogenannte Vertikal-Brechersystem, in weichem die Komponenten durch Korn-Korn-Kontakt ge-
- Splittbeton benötigt auf Grund des höheren Holraumgehaltes 5 bis 20 % mehr Zement im Vergleich zu
brochen werden, als geeignet erwiesen. Zahlreiche Auf-
Alluvialkiesgemischen.
bereitungsversuche haben gezeigt, dass Rohmaterial
Ein Wasser-Zement-Verhältnis (W/Z) unter 0.5 für
erst ab der Fraktion 8 mm (zum Teil auch höher) gebro-
einen gut verarbeitbaren Beton ist auch mit gebro-
chen werden muss, da die ungebrochenen Körner im
chenen Zuschlägen möglich. Die Variationsbreite des
Bereich 0-8 mm oftmals die Kornform-Anforderungen an
W/Z-Wertes liegt aber zwischen 0.43 bis 0.63.
Betonzuschläge bereits erfüllen. Diese ungebrochenen
Die Elastizitätswerte (E-Modul) liegen bis 50 % unter
Komponenten können mit denjenigen der gebrochenen
der bekannten Grössenordnung des Betons mit Allu-
Fraktionen vermischt werden.
vialkies. Der E-Modul des Betons ist abhängig vom
Typ der eingesetzten Zuschläge. So weisen Betone
Bei diesen verfahrenstechnischen Versuchen konnte
mit kristallinen Komponenten einen tieferen E-Modul
nachgewiesen werden, dass die Wiederverwertungsrate
auf als mit Zuschlagstoffen bestehend aus Kalk. Tie-
der TBM-Materialien in bezug auf die Zuschlagstoffpro-
fere E-Module für Tunnelbauten sind nicht als Nega-
duktion um einiges höher liegt als angenommen. So
können aus aufbereiteten
Fräsmaterialien
tivpunkt zu betrachten, da diese druckhaftes Gebirge
(Vertikal-
besser auffangen können.
brecher) durchschnittlich 35 % eines Betongemisches 0-
Das Schwindmass des Splittbetons ist infolge der
32 mm und 45 % eines Spritzbeton-Gemisches 0-8 mm
erhöhten Zementmengen generell höher als mit
produziert werden. Gemäss Bild 12 beträgt der 'Über-
Rundkies. Aufgrund der geringeren E-Module konn-
schuss' somit im Mittel 20 %.
ten aber keine Schwind risse am Beton selbst beobachtet werden.
Bild 12: Schematische Darstellung der Aufbereitung von
TBM-Material mit Angabe der Materialflüsse
und den daraus produzierbaren Betonprdukten
C: ,
---l :r----
.........-.......
e .
8_2
-
Vorbrecher TBM-Aushruchmatenal
darf somit grösserer Sorgfalt. Der benötigte Pumpendruck ist für gebrochene Aggregate höher.
4mm
Die Zementmenge beträgt mindestens 450 kg/m3.
~r==:::::;:r----rJ\
Sand- und Splittfraktion in mm: ~~~
0/4,
~8 ~/IMIir'~6
Anfallende Sand- und 3 Uiol.
in;
ii
i .1
Splittfraktionen in Massen-%:
\;
.3~)
1~ Itt~r35
rSpritzbetoii-OrlSJiefuii
Produktion von möglichen
Betonsorten in Massen-%:
I
Überschuss 0/4mmund 8/16mm:
70
Der Umgang mit Splittbeton beim Spritzbeton ist
generell störungsanfälliger als mit Rundkies und be-
(0_)
Nassaussiebung
Spritzbeton
-
Die gemessenen Feinstaubbelastungen (MAK-Werte)
mit kristallinen Zuschlägen liegen in tolerierbaren
GrÖssenordnungen.
- Die Rückprallwerte weichen mit 4 bis 13 % nicht we15-25%
sentlich von denjenigen mit Rundkies ab.
9.
Hammerschlag, J.-G. & Regamey, J.-M. (1995): Barrage
de 1'lIsee - assainissement. Research and develop-
Schlussbemerkung
Haufwerk
aus
dem
Untertagbau
(auch
TBM-Fräs-
material) wird in Zukunft vermehrt als Kiesersatzprodukt
eingesetzt werden. Damit diese Betonzuschlagstoffe
gestellten
Betonanforderungen
erfüllen
können,
deren Eignung im Sinne einer Qualitätssicherung
praxisfreundlichen
Prüfverfahren
Solche Eignungsprüfungen
nachgewiesen
muss
mittels
werden.
werden bereits heute auf der
Hochgebirgbaustelle
Cleuson-Dixence
und beim kürzlichen
begonnen
drun (Spengvortrieb)
die
(TBM-Vortrieb)
Zwischen angriff
in Se-
ment in the field of dams, proceedings,
1995 Crans-Montana, Switzerland
Kruse, M. & Weber, R. (1995): Beton aus TBMAusbruchmaterial.
Schweizer
Schindler, C. (1991): Wie sicher sind geologische Prognosen? Sammelband des Symposiums 'Sicherheit
und Risiken bei Untertagebauwerken'
21.-22. März 1991, ETH Zürich.
Thalmann,
stoff-Industrie
von Aus-
aus dem konventionellen
Herausforderung
und maschi-
zu Kiesersatzprodukten
an die Kieswerke.
- eine
Schweizer
Bau-
6/94.
Thalmann, C: (1995): Optimale Wiederverwertung
von
TBM-Ausbruchmaterial.
Schweizer Ingenieur und
Architekt Nr. 47.
10. Verdankungen
Dieser Beitrag ist als Kurzfassung
und Möglichkeiten
von Ausbruchmaterial
aus der Dissertation
der Wiederverwertung
aus dem maschinellen
trieb zu Betonzuschlagstoffen'
entnommen
sische Technische
Zürich,
Hochschule
gie; Referent: Prof. Dr. C. Schindler,
Tunnelvor(Eidgenös-
Ingenieurgeolo-
Korreferenten:
Prof.
Dr. Böhni, Dr. E. Büchi, W. Studer).
Die Forschungsar-
beit konnte
Unterstützung
dank
vom
C: (1994): Wiederverwertung
nellen Tunnelvortrieb
'Beurteilung
Ingenieur und Archi-
tekt Nr. 47.
bruchmaterial
eingesetzt.
september
der finanziellen
Schweizerischen
Bundesbahnen
SBB
lötschberg-Bahn
BlS realisiert werden.
und der
der
Bern-
Thalmann, C. (1996): Beurteilung und Möglichkeiten der
Wiederverwertung
von Ausbruchmaterial
aus dem
maschinellen Tunnelvortrieb zu Betonzuschlagstoffen. Beiträge zur Geologie der Schweiz, geotechnische Serie, Lief. 91.
AFNOR P 18-579 (1990): Granulats - essai d'abrasivite
et de broyabilite,
Association
Francalse de Normali-
sation, Paris
AFNOR P 18-588 (1991): Stabilite dimensionnelle en
milieu alcalin - Essai accelere sur mortier Microbar.
Association Francalse de Normalisation, Paris.
AFNOR P 18-589 (1992): Reactivite potentielle
de type
alcali silice et alcali silicate - test cinetlque-rnethode
chimique. Association
Francalse de Normalisation,
Paris
11. Literatur
CEN/TC/154/SC6/N137E:
Büchi, E., Mathier, J. & Wyss, Ch. (1995): Gesteinsabrasivität - ein bedeutender
Kostenfaktor
beim me-
Komitee für Normung.
chanischen Abbau von Fest- und Lockergestein.
Tunnel 5/95.
Büchi, E. & Thalmann,
C. (1995): Wiederverwertung
TBM-Ausbruchmaterial
von
. Einfluss des Schneid rollen-
abstands. TBM Know-How zum Projekt NEAT, Atlas
Copco-Robbins
Symposium,
Büchi, E. & Thalmann,
16. März 95, Luzern.
C.(1996): Wiederverwendung
des Haufwerks bei konventionellem
gleich zu TSM- und TBM-Vortrieb.
Vortrieb im VerAtlas Copco &
Dynamit Nobel Bohr- und Sprengtechnik-Symposium, 18. Januar 96, Zürich.
Bundesverband
Naturstein-Industrie
Splittbeton. Bundesverband
e.v., Bonn.
(1991): Draft simplified
method for description and petrography submitted to
SC6 for approval in november 1991. Europäisches
(1993): Bauen mit
Naturstein-Industrie
Dubuisson, B. (1959): Encyclopedie pratique de la
construction et du bätiment, Execution de la construction traditionnelle, Titre 11_3ePartie, Paris.
CEN/TG/07/A5 (1992): Method for determination of the
resistance to fragmentation: Los-Angeles-Test.
Europäisches
Komitee für Normung.
Luftung und Kuhlung wahrend der Bauphase im Gotthard-Basistunnel
Stephan von Roten, Zurich
1.
Elnleltung
Das Ziel besteht darin aufzuzeigen , welche Parameter
Steffes in der Luft, die am Arbeitsplatz die Gesundheit
nicht gefahrdet.
zum Konzept der Luftung und der Kuhlung im Bau des
Gotthard-Basistunnels ru hren und welche Losungen
Bild 1: Anforderungen an die Bauluftung
unter welchen Bedingungen machbar sind.
2.
Die Bauluttung
2.1 Zweck und Prinzlp
Uberpriifung
(lteratlv)
Waru m braucht es eine Bauluftung? Der Tunnel ist eine
Baustelle mit zahlreichen Maschinen, die die Luft mit
verschiedenartigen Schadstoffen belastet. Das Prinzip
der Bauluftung beruht auf einem Austausch der verschmutzten Tunnelluft mit frischer Aussenluft.
Die Schadstoffe, die beim Bau des Gotthard-Basistunnels freigesetzt und berucksichtigt werden mussen ,
sind folgende:
Die Art und Weise, wie die Luftung ihre Aufgaben am
besten lost, ist von verschiedenen Anforderungen abhangig.
Felnstaub
Beim maschinellen Vortrieb (z.B. Tunnelbohrmaschine)
entsteht vial Staub. Der Quarzanteil des gebrochenen
Felsens ist dabei bestimmend; je grosser der Anteil,
2.2 Anforderungen an die Bauluttung
desto gefahrlicher. Auch bei der Verwendung von
Erstens sind die Anforderungen an die Luftung im Bau
Spritzbeton wird viel Staub produziert. Das Nassspritz-
arbeitshygienisch relevant: Die Arbeiter im Tunnel brau-
verfahren ist aber fUr die Staubentwicklung gunstiger als
chen genugend saubere Luft, um zu arbeiten . Zweitens
das Trockenspritzverfahren und ist deswegen vorzuzie-
bestimmt die Vielfalt der Bauvorgange die Art und Wei-
hen.
se, wie die Luftung zu gestalten ist. Schliesslich wird
das LUftungskonzept aus der Sicht der Arbeitssicherheit
gepruft.
Dleselemlsslonen
Die Emissionen der Dieselmotoren enthalten gasformige
wie auch partikelformige Schadstoffe. Der MAK-Wert fUr
Dieselpartikel ist neu und mit 0 .2 mg!m3 besonders
2.2.1
Arbeitshyglene
Als erstes ist die Gesundheit der Arbeiter zu beruck-
streng und kann nur mittels Partikelfilter eingehalten
werden.
sichtigen. Die SUVA publiziert zu diesem Zwack einen
Katalog der MAK-Werte. Unter MAK-Wert versteht man
Sprenggase
die «Maximale Arbeitsplatzkonzentration », das heisst,
Bei Sprengungen werden giftige Gase wie N0 2 und CO
freigesetzt.
die hochstzulassige Durchschnittskonzentration eines
73
vvn::vn::r urru
worllr
u ••::::~t:: Vt::I~ulllt::Ut::IIt::11
\J\.iII(1U~LVIIt::
t::IIIIIClll LWt::1 fJClIeuere
VUllllt::Ut::
IICl\;II l'IUIUt::II
UIIU QU-
freigesetzt werden, wird durch den Bauvorgang be-
den. Die Lüftung durch den Schacht muss hier fünf
stimmt.
Baustellen versorgen. Die anderen vier Teilabschnitte
haben je einen Doppelvortrieb.
Bild 2: Schadstoffquellen während des Baus des
Sprenggase
2.2.3 Arbeitssicherheit
Steht das Lüftungssystem einmal fest, so ist es noch auf
Feinstaub
/
Dieselemissionen
seine Sicherheits- und Rettungsaspekte hin zu überprüfen. Es ist zu untersuchen, wie die Lüftung im Falle
eines Brandes zu betreiben ist und ob das Konzept
überhaupt einen Notbetrieb zulässt.
/
Spritzbeton
Tunnelbohrmaschine
Ist dies nicht der Fall, muss das Konzept angepasst
werden. Dabei ist iterativ vorzugehen. Weiter ist die
Gefahr der Freisetzung explosiver Gase (z.B. Methan)
2.2.2 Baurelevante Anforderungen
einzubeziehen. Es darf nie zu einer Explosion kommen;
Die Vortriebsart, also ob man konventionell oder mechanisch vorantreibt, ist entscheidend. Die Vortriebsge-
darum darf die untere Explosionskonzentration auf keinen Fall erreicht werden.
schwindigkeit bestimmt den Einsatz der Dieselmaschinen sowie die Anzahl Spritzbetondüsen. Es ist wichtig,
darauf zu achten, dass Maschinen mit emissionsopti-
Bild 4: Sicherheitsanforderungen an die Lüftung
mierten Dieselmotoren und staubarme Spritzbetonverfahren verwendet werden, um den Bedarf an Frischluft
Lüftungsaystem
in Grenzen zu halten.
Der Tunnelquerschnitt
Überprüfung
(iterativ)
bestimmt den zur Verfügung
stehenden Raum für die Luftleitungen.
Sicherheit
Brand, Methangas
Und schliesslich zeigt das Bauprogramm den Fortschritt
der Baustellen.
Bild 3 zeigt eine Darstellung des Teilabschnittes Sedrun
mit dem generellen Bauprogramm. Dieser Teilabschnitt
Bild 3:
Teilabschnitt Sedrun
mit Bauprogramm
Jah
-2
Schacht Sedrun
o
2
4
6
Multifunktionsstelle
Sedrun
8
10
74
I
r-..
~
\
.•.
\\
\
/}'
~
\
\\
\\
,
//
//
//
~
\//
y
.;
.h
.c-:
-s-:
2.3
gefiltert und per Lutte weiter hinten in der Abluftrohre
Losungen Luftungssysteme
In der folgenden Darstellung sind die Langen der drei
siidlichen Lose des Gotthard-Basistunnels massstabgetreu dargestellt.
freigelassen. Der dargestellte Kreislauf beruht auf der
Wirkung der Ventilatoren in der Schleuse. Einer dient fiir
die Frischluft und der andere fiir die Abluft. Die Rohren
miissen voneinander abgedichtet sein, urn Liiftungskurzschliisse zu vermeiden.
Bild 5: Vortriebslangen im siidlichen Teil des GotthardBasistunnels
I
2.3.2 LutteniUftung
lm Teilabschnitt Sedrun sind fiinf Vortriebe gleichzeitig
Sed run
im Bau. Da die Vortriebe vergleichsweise kurz sind,
Faido
• - - - - - - - Bodio
Vortriebslange
wurde ein Konzept mit einzelnen LutteniOftungen vorgezogen. lm folgenden Beispiel blast ein Ventilator am
Luttenanfang die Luft in einer Plastiklutte zur Ortbrust.
Der Vorteil dieser Anordnung ist, im Fall von mehreren
Vortriebe, dass die Ventilatoren zentral gruppiert werden
kt;nnen (z.B. am Schachtfuss in Sedrun), was die Wartung und Einstellung stark vereinfacht.
Der konventionelle Vortrieb Sedrun ist in seiner siidlichen Halfte sechs und auf der nordlichen Halfte zwei
Kilometer lang. Die Lose Faido und Bodio erstrecken
Bild 7: Schema der blasenden Luttenliiftung
sich iiber 15 respektive 16,5 Kilometer. Die parallelen
Ventilator
Vortriebe sind um ca. ein bis fiinf Kilometer versetzt.
<:::=>
Frischluft
lm Vergleich mit anderen Tunnels haben diese Vortriebe
ein grosses Langen-Durchmesser-Verhaltnis. Je grosser
dieses Verhaltnis ist, desto kritischer wird die LOftung.
2.3.1
Abluft im Vollquerschnitt
Ortbrust
Umluftluftung
Bei zwei parallelen Vortrieben ist es, speziell bei grosse-
In den Lutten herrscht Oberdruck. Die Luft erreicht somit
reo Uingen wie sie in Bodio und Faido vorkommen, von
die Ortbrust unbelastet. Von dort fliesst sie durch den
Vorteil, die Bauliiftung als Umluftsystem zu betreiben .
Vollquerschnitt zuriick.
Eine Rohre dient dabei als Frischluftrohre und die andere als Abluftrohre.
Bild 6: Schema der Umluftliiftung
3.
Die Baukuhlung
3.1 Zweck und Prinzip
Gleich wie bei der LOftung stellt sich die Frage, warum
es eine Kiihlung braucht. Die mechanische Beliiftung
geniigt in den meisten Tunnels zur Einhaltung der Limiten der Tunnellufttemperatur. Die folgende Darstellung
Schleuse
zeigt die neuesten Felsursprungstemperaturprognosen
im Gotthard-Basistunnel. Die Streuung der Prognose ist
Etwa die Halfte der Frischluft wird an die Ortbrust der
±5·c . In der siidlichen Seite vom Teilabschnitt Sedrun
Zuluftrohre gefiihrt und die andere Halfte wird durch
ist mit mehr als
eine Schleuse in die Abluftrohre geblasen und an deren
sind sogar
Ortbrust gefiihrt. Die belastete Luft an der Ortbrust wird
ten.
3o•c zu rechnen. lm Teilabschnitt Faido
Felstemperaturen von Ober 4o•c zu erwar-
75
suo 8: Prognose der J-elsursprungstemperatur Im
~.~ ArOeltSnyglene
Zur Einhaltung der Arbeitshygiene ist ein zweckmässiErstfeld Amsteg
Faido
Sedrun
50
0'
L
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c•..a
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20
0-
10
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ges Arbeitsklima erforderlich. Es wird unterschieden
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If
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40
Bodio
zwischen leichter, mittlerer und schwerer Arbeit.
..•..'---'"
i/h
"'"
-,
So darf z.B. bei einer achtstündigen Schwerarbeit eine
""
\V
Lufttemperatur von 28°e und eine hundertprozentige
\
\j
Luftfeuchtigkeit nicht überschritten werden, da beim
Menschen bei grosser Feuchtigkeit die natürliche Ver-
o
o
10
20
30
40
50
60
km ab Nordportal
dunstungskühlung durch Schwitzen nicht mehr funktioniert.
Mit den hohen Felstemperaturen im Gotthard-Basistunnel erschöpft die Wärmelast das Kühlpotential der
Frischluft. Deshalb braucht es entweder grössere Luftmengen oder eine zusätzliche Kühlung.
Darum muss man sich fragen, welches Klima angestrebt
werden soll. Das optimale Klima ist aber teurer als das
zulässige. Also muss der Planer das Wünschbare mit
dem Zulässigen vergleichen und dem Bauherrn einen
vernünftigen Mittelweg vorschlagen.
In den südlichen Teilabschnitten wurde eine zusätzliche
Kühlung vorgesehen. Dies ist leistungsmässig günstiger, weil eine Vergrösserung der Lüftung einen über-
3.4 Sensitivitätsstudie
proportionalen Leistungszuwachs der Ventilatoren zur
So wurde für die Kühlung der Teilabschnitte Faido und
Folge hätte.
Bodio eine Sensitivitätsstudie durchgeführt, die den
Aufwand für die Kühlung in MW als Funktion des erreichten Klimas im Tunnel in "C aufzeigt.
3.2 Anforderungen an die Kühlung
Die Anforderungen an die Kühlung im Bau sind einerseits durch die Arbeitshygiene, andererseits durch die
Bild 10: Sensitivitätsstudie für die Baukühlung der Teilabschnitte Bodio und Faido
Bauvorgänge bestimmt.
•..•..
01
C
Bild 9: Anforderungen an die Kühlung
~
j
Arbeitshygiene
Bauvorgänge
Arbeitsklima
Abwärmen
:c
:::1
~
Investitionskosten:
1 Mio Fr/MWth
Betriebskosten:
3 Mio Fr/MWth
-
20
15
CI)
~ 10
25
26
Temperatur
27
28
im Tunnel rC]
Für eine Tunnellufttemperatur von 25°e (was 3°e unterUnter Bauvorgängen versteht man die Abwärmen der
halb der Grenze für schwere Arbeit ist) wäre eine Kühl-
eingesetzten Maschinen, insbesondere der Dieselmoto-
leistung von etwa 24 MW zu erbringen. Setzt man hin-
ren sowie die Hydratationswärme des Betons.
gegen auf 28°e, so sind es nur noch 18 MW.
Es ist zu bemerken, dass der Dieselbetrieb dreimal
Mit spezifischen Gesamtkosten von 4 Mio. Fr. pro MW-
mehr Abwärme als ein Elektroantrieb erzeugt.
Kühlleistung gibt dies einen Unterschied von 24 Mio. Fr.
76
Dies entspricht der Grössenordnung von 50% der Ko-
Dieses Kühlsystem ist flexibel und ausbaufähig und
sten der Baukühlung.
somit auch in der Lage, schwer absehbare Randbedingungen besser abzudecken als eine vergrösserte Lüftung. Der Spielraum der Lüftung in Bezug auf Kühlung
3.5
Lösung Kühlsystem
ist eingeschränkt wegen der schon erwähnten hohen
Im folgenden Bild ist das geplante Kühlsystem für den
Ventilatorleistung und da eine zu grosse Luftgeschwindigkeit im Tunnel unerwünscht ist.
Teilabschnitt Sedrun dargestellt.
Bild 11: Kühlsystem für den Teilabschnitt Sedrun
Kälteanlage
I
r.::>
I
© Pumpe
4.
Schlusswort
Die Hauptmerkmale der Lüftung und Kühlung im Bau
des Gotthard-Basistunnels können wie folgt zusammen-
HD Kreislauf
fasst werden:
- Die zu erwartende Bergwärme ist sehr hoch und
erfordert deshalb eine separate Kühlung.
Ortbrust
ND Kreisläufe
Ortbrust
-
Die Anzahl der Baustellen und der Einsatz von Maschinen erfordern eine Bekämpfung der Schadstoffemission an der Quelle. Darum ist unbedingt der
neueste Stand der Technik zu berücksichtigen und
somit Partikelfilter und Katalysatoren für die Diesel-
Damit genügend Kühlleistung an die Tunnelluft abgege-
maschinen und optimale Bindestoffe für den Spritzbe-
ben werden kann, sind Luftkühler mit Ventilatoren nötig.
ton vorzuschreiben.
Als Kälteträger wird Wasser benutzt, da
Der Bau des Gotthard-Basistunnels ist ein ausseror-
- erstens unbedingt vermieden werden muss, dass es
dentliches Projekt und erfordert daher auch ausseror-
auf den Luftkühlern zu Vereisungen kommt (wie z.B.
dentIiehe Massnahmen!
in einem Kühlschrank) und dann der Wärmeaustausch nicht mehr gewährleistet ist, was dann Folgen
auf das Tunnelklima hat, und
zweitens die Anlage mit dem Vortrieb wächst und
somit etappenweise zu erweitern ist. Beim Ausbau
der Rohre sind dann unvermeidbare Austritte ungefährlich (was mit anderen Kälteträgern nicht der Fall
wäre).
Das Wasser zirkuliert in Stahlrohren zwischen der Kältezentrale draussen und den Kühlern an der Ortbrust.
Wegen des Drucks der Wassersäule im Schacht wird
der Kreislauf in einen Hochdruck- und einen Niederdruckkreislauf geteilt. Der Wärmeaustausch zwischen
den beiden Systemen findet am Schachtfuss mit einem
Hochdruckwärmeaustauscher statt.
77
Aerodynamik und Klima in der Betriebsphase der Basistunnel
Rudolf Sopp, Sern
1.
Problemstellung
im Bereich Aerodynamik
und
Klima
1.1 Ausgangslage:
diesen seltenen Ereignisfall, wie beispielsweise belüftete Nothaltestellen und ihre Auswirkungen für die Sicher-
neue Bahn - neue Fragen
Die beiden geplanten Basistunnel am Lötschberg und
am Gotthard unterscheiden sich grundsätzlich von bestehenden Bahntunneln des Schweizer Netzes. So handelt es sich nicht um gewöhnliche Doppelspurtunnel,
sondern es liegen komplexe Tunnelsysteme mit zwei
Röhren vor, die durch Spurwechsel und Querschläge
miteinander verbunden sind. Im Bereich der Zwischen-
heit der Benutzer, sind zu beurteilen.
Aus diesen Gründen haben die beiden Bahnen BLS und
SBB die Arbeitsgruppe Aerodynamik & Klima eingesetzt. Diese Arbeitsgruppe untersucht die erwähnten
Fragestellungen und erarbeitet die noch fehlenden
Grundlagen. Im Folgenden soll auf den für einen zuverlässigen und sicheren Betrieb überaus wichtigen Aspekt
des Tunnelklimas eingegangen werden.
angriffe verfügen diese zudem über mehrere Zugänge
von aussen. Weitere besondere Merkmale sind die
deutlich grössere Tunnellänge und die hohe Gebirgs-
1.2
Einflussfaktoren
auf das Tunnelklima
überdeckung.
Das künftigeTunnelklima ist von einer Vielzahl von EinSchon früh wurde erkannt, dass sich durch diese Merk-
flussfaktoren abhängig, die komplex miteinander ver-
male auch neue Fragestellungen ergeben. Welches
knüpft sind (Bild 1). Zum besseren Verständnis der
Klima ist beispielsweise in einem solchen Tunnelsystem
Problematik werden die wichtigsten Zusammenhänge im
mit vermindertem Luftaustausch, hoher Zugdichte und
Folgenden kurz erläutert.
einer hohen Gebirgsüberdeckung zu erwarten? Liegen
die Temperaturen auf einem für Benutzer und Infrastruk-
1.2.1
Ursprungstemperaturen
tur akzeptablen Niveau? Welche Luftfeuchtigkeit kann
Bei Tunneln mit hoher Überdeckung stellt der Fels eine
erwartet werden? Sind allenfalls Massnahmen zur Kon-
Wärmequelle dar. In den zentralen Bereichen der Tun-
trolle des Klimas notwendig und wenn ja, welche?
nel werden Felstemperaturen in der Grössenordnung
von bis zu 50 "C erwartet. Werden Zonen hoher Ur-
Weitere Fragestellungen ergeben sich im Bereich der
sprungstemperatur durchbohrt, fliesst die im Fels ge-
Tunnelaerodynamik. Durch die angestrebten Zugge-
speicherte Energie in den entstehenden Hohlraum und
schwindigkeiten von bis zu 230 km/h ergeben sich
heizt die Tunnelluft entsprechend auf.
neue, bislang vernachlässigbare Probleme. Zu nennen
wären die bei der Einfahrt erzeugten Druckwellen, weI-
1.2.2 Traktionswärme
che mit Schallgeschwindigkeit durch den Tunnel laufen
Der weitaus grösste Anteil der von den Lokomotiven
und die damit verbundenen Druckbelastungen auf Ein-
aufgenommenen elektrischen Energie wird im Tunnel in
bauten bzw. allfällige Konsequenzen für den Komfort
Wärme umgewandelt. Damit 'deponiert' jeder Zug bei
der Reisenden.
seiner Fahrt durch den Tunnel Energie in Form von
Wärme. Diese Wärmemenge führt zu einem Ansteigen
Schliesslich muss untersucht werden, welche Konse-
der Temperaturen.
quenzen ein Brand eines Zuges im Tunnel haben kann
(Rauchausbreitung). Die möglichen Massnahmen für
79
Bild 1: Einflussfaktoren
digkeit und somit zu einem geringeren Luftwechsel
führt. Gleichzeitig erhöht sich der Luftwiderstand der
Züge und somit steigt infolge höherer Traktionswärme der Energieeintrag in den Tunnel.
1.2.5 Wärmetransport der Züge
Die mittlere Temperatur im Inneren eines langen Tunnels ist in der Regel höher als die Aussentemperatur.
Durch die Erwärmung der Zugrnasse bei der Fahrt durch
den warmen Tunnel wird der Tunnelluft Energie entzogen. Dieser Mechanismus leistet neben dem Luftwechsel den wichtigsten Beitrag zur Kühlung der Tunnel und
wird als Wärmetransport der Züge bezeichnet.
1.2.6 Kondensation und Wasserverdunstung
Der Wassergehalt der Tunnelluft wird durch die folgen-
1.2.3 Luftwechsel
Ohne Austausch der Tunnnelluft würden die Temperatu-
den Faktoren bestimmt:
- Die Menge Wasser, die mit der Aussenluft via Luftwechsel eingetragen wird.
ren im Tunnelinnern bei den vorgesehenen 300 Zügen
pro Tag rasch auf inakzeptabel hohe Werte ansteigen.
-
Die
Wassermenge,
welche
durch
nasse
oder
schneebedeckte Züge im Tunnel verteilt wird bzw.
Ein gewisser Luftaustausch ist somit unabdingbar.
durch den Fels eindringt und im Tunnel verdunstet.
Die Züge erzeugen auf ihrer Fahrt durch den Tunnel
Strömungen (Kolbeneffekt). Beim gewählten Tunnelsy-
-
Kondensation von Wasser auf kalten Oberflächen
(Züge, allfällige Kühlwasserleitungen usw.).
stem mit zwei Einspurtunneln ergibt sich in Fahrtrichtung der Züge eine kontinuierliche Längsströmung und
damit verbunden, je nach Verkehr und Fahrgeschwindigkeiten, ein Luftwechsel von bis zu 500 m3/s. Dieser
Luftwechsel hat eine von der Temperatur und der
Feuchtigkeit der Aussenluft abhängige Kühlwirkung zur
Folge.
Die für die Verdunstung notwendige Energie wird der
Tunnelluft entzogen. Umgekehrt wird beim Kondensationsprozess Energie freigesetzt. Damit hat die Menge
des eingetragenen Wassers und der Anteil, der davon
tatsächlich verdunstet bzw. die Menge kondensierenden
Wassers nicht nur einen Einfluss auf die Luftfeuchtigkeit, sondern auch auf die Temperaturen im Tunnel.
1.2.4 Tunnelaerodynamik
Die Tunnelaerodynamik beeinflusst das Tunnelklima
über zwei Wege:
1.3 Anforderungen an das Tunnelklima
- Der Luftwiderstand eines Zuges bestimmt im Tunnel
Die Anforderungen, die an Temperatur und Luftfeuchtig-
wesentlich die von den Lokomotiven aufgenommene
keit der Tunnelluft gestellt werden, beeinflussen die
Leistung und beeinflusst damit direkt die schon er-
Kosten für den Bau und den Betrieb der Tunnel rnass-
wähnte Traktionswärme.
geblich. Je tiefer diese Grenzwerte angesetzt werden,
Der Tunnelreibungskoeffizient beschreibt den aero-
desto eher sind Massnahmen wie eine künstliche Lüf-
dynamischen Widerstand des Tunnels gegenüber der
tung oder Kühlung einzelner Tunnelabschnitte oder eine
Luftströmung. Dieser Widerstand wird im wesentli-
aufwendige Abdichtung der Tunnels gegen eindringen-
chen durch die Rauhigkeit der Tunneloberfläche und
des Bergwasser erforderlich.
-
die Anzahl der Einbauten bestimmt und wirkt sich in
80
zweierlei Hinsicht auf das Tunnelklima aus: Bei grös-
Andererseits muss bei einer zu grosszügigen Bemes-
serem Reibungskoeffizienten erhöhen sich die Ver-
sung der Grenzwerte mit hohen Unterhaltskosten bzw.
luste, was zu einer niedrigeren Strömungsgeschwin-
einer geringeren Verfügbarkeit des Systems gerechnet
2.
werden (Korrosion bei hoher Feuchtigkeit, schnellere
Alterung von Komponenten wegen zu hoher Temperatu-
Ausgewählte Resultate zum TunnelklIma
2.1 Klima Im Lötschberg-Baslstunnel
ren usw.). In diesem Spannungsfeld gilt es, die optimaIn Bild 2 sind die errechneten Tunneltemperaturen und
len Grenzwerte festzulegen.
Luftfeuchtigkeiten für das Tunnelsystem des Lötsch1.3.1 Arbeitshypothesen zum Tunnelklima
berg-Basistunnels dargestellt, wie sie während der war-
Im Sinne einer Arbeitshypothese wird zur Zeit von den
men Sommermonate zu erwarten sind.
folgenden Grenzwerten ausgegangen:
- Temperatur:
max.35°C
Deutlich zu erkennen ist die für einen Einspurtunnel mit
- relative Luftfeuchtigkeit:
max. 70 %
Gegenverkehr typische Glockenform der Temperatur-
Kurzzeitige lokale Überschreitungen dieser Werte sind
verteilung, die durch das Hin- und Herpendeln der Luft-
tolerierbar.
säule verursacht wird. Trotz reduziertem Luftwechsel
auf Grund der pendelnden Luftsäule liegen die Temperaturen unter 30°C.
Die Werte basieren einerseits auf der jahrelangen Erfahrung der Bahnen. Andererseits ergeben sich diese
Grenzen aus technischen Spezifikationen und Randbe-
Die relative Luftfeuchtigkeit bleibt gemäss diesen Be-
dingungen für Bahntechnik und Rollmaterial. So sind
rechnungen ebenfalls im akzeptablen Bereich. In Inne-
zum Beispiel nach UIC die Klimaanlagen der Reisezug-
ren des Tunnels werden Feuchtigkeiten von 40-50 %
wagen bis 35°C voll funktionsfähig. Bei Temperaturen
erwartet.
über 35 °C steht zudem nicht mehr die gesamte Leistung der Lokomotiven zur Verfügung.
2.2 Klima im Gotthard-Baslstunnel
Mit den vorgeschlagenen Grenzwerten kann ein siche-
Die Situation im Gotthard-Basistunnel unterscheidet sich
rer Bahnbetrieb aufrechterhalten werden und gleichzei-
in erster Linie durch die grössere Tunnellänge, die hö-
tig sind kurzzeitige Einsätze für Unterhalt- oder Repara-
here Überdeckung sowie den Einspurbetrieb über die
turarbeiten im Tunnel möglich. Um die SUVA-Richtwerte
ganze Länge des Tunnels. Die Temperatur steigt in
für die Arbeit unter Tag einzuhalten, sind bei längerdau-
Fahrtrichtung in etwa linear an und erreicht Maximalwer-
emden, schweren Unterhaltsarbeiten lokale Massnah-
te von knapp über 35°C, allerdings bei niedrigen relati-
men zur Reduktion der Temperaturen vorgesehen.
ven Luftfeuchtigkeiten. Die Resultate sind in Bild 3 zusammengestellt.
1.0
50
~
Fahrplan FÖV·SBB/BLS
Wassereinlra : 5 gjs km
45
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0.9
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"
o
o
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Bild 2:
Resultate der Simulationsrechnungen:
Temperaturverlauf im
LötschbergBasistunnel an einem
Sommertag
(Referenzfall)
0.0
24
30
36
Distanz ab Nordportal [km)
81
DIIU V.
Resultate der Simulationsberechnungen:
Tunnelklima im
0.9
45
40
0'
;r'~
35
•..
L 30
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~ 25
20
~
15
-'-<,
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.........
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0.8
0.7
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0.2
5
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o
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15
20
25
30
35
40
45
50
CD
Mi
....
~
!
0.6
55
'!
60
km ab Nordportal
--
Temp. N-S
Temp. S-N
--
rel. Feuchte N-S
rel. Feuchte S-N
- Andererseits sind verschiedene Eingabeparameter
2.3 Zusammenfassung
für die Modellrechnungen nur ungenau bekannt. Als
In beiden Basistunneln liegt das zu erwartende Tun-
Beispiel wäre hier der Wärmetransport der Züge zu
nelklima innerhalb des gesteckten Rahmens. Spezielle
nennen, wo nur wenige Messdaten oder Erfahrungen
Massnahmen zur Kontrolle des Tunnelklimas sind daher
verfügbar sind.
nicht notwendig. Beim Gotthard-Basistunnel erscheint in
erster Linie die Temperatur als der kritische Parameter,
während beim Lötschberg-Basistunnel
der erhöhten
Luftfeuchtigkeit Beachtung geschenkt werden muss.
Diese Unsicherheiten müssen soweit untersucht werden, dass auch im schlechtest möglichen Fall das Einhalten von Grenzwerten für das Tunnelklima sicherge-
Da die Modellrechnungen mit Unsicherheiten behaftet
stellt bleibt.
sind, kann nicht ausgeschlossen werden, dass im
schlechtesten Fall auch höhere Temperaturen bzw.
Feuchtigkeiten auftreten können. Auf die Frage, wie das
Grundsätzlich sind zwei Fälle zu unterscheiden:
- Die baulichen Massnahmen und die Unsicherheiten
bei den Eingabeparametern führen zu höheren Tem-
Tunnelklima im Extremfall aussehen kann, wird im fol-
peraturen (und damit automatisch zu tieferen relati-
genden Abschnitt näher eingegangen.
ven Luftfeuchtigkeiten).
-
Die baulichen Massnahmen und die Unsicherheiten
auf den Eingabeparametern führen zu höheren relativen Luftfeuchtigkeiten (und damit über die für die
3.
Extremfälle
Verdunstung aufgewendete Energie zu tieferen Tem-
Resultate von Simulationsrechnungen sind naturgemäss
peraturen) .
mit Unsicherheiten behaftet. Diese Unsicherheiten basieren im Wesentlichen auf zwei Quellen:
Einerseits wird das Tunnelklima
82
durch bauliche
In Tabelle 1 findet sich eine Gegenüberstellung der
Einflussgrössen, welche einen warmen
bzw. einen
Massnahmen massgeblich geprägt. Beispielsweise
feuchten Tunnel zur Folge haben. Wählt man für die
kann der Luftwechsel durch die Wahl des Ober-
Grössen in der linken Spalte hohe Werte, führt dies zu
bautypes verändert werden. Solange nicht alle bauli-
hohen relativen Luftfeuchtigkeiten. Die Werte in der
chen Randbedingungen festgelegt sind, bestehen
rechten Spalte korrelieren positiv mit hohen Temperatu-
noch gewisse Unsicherheiten bei den Resultaten der
ren, d.h. je höher der Wert, desto höher die Temperatur
Simulationsrechungen.
im Tunnel.
4.
Tabelle 1: Extremsituationen
M()gllchkelten zur Elnflussnahme
feucht
warm
In diesem Abschnitt soli auf die moglichen Massnahmen
- hoher Wassereintrag
durch den Fels
- hohe Felstemperaturen
eingegangen werden, mit denen das Tunnelklima be-
- hoher Luftwiderstand
im Tunnel (Einbauten)
einflusst werden kann. Dabei wird unterschieden zwi-
- hoher Wassereintrag
durch die Zuge
- hoher Warmetransport
derZuge
schen:
- hohe Reibung der
Zuge
- bauliche Massnahmen: Massnahmen, die schon in
- hoher Zugverkehr
gesamte Bauwerk so zu gestalten, dass die Klima-
der Planung berucksichtigt werden mussen, um das
werte 'automatisch' eingehalten warden;
- betriebliche Massnahmen: Massnahmen, die es er-
lm Folgenden warden zwei Extremfalle betrachtet, die in
lauben, das Klima wahrend des Betriebes zu beein-
Wirklichkeit wegen der geringen Wahrscheinlichkeit
flussen.
kaum auftreten durften. lm 'Extremfall Feuchtigkeit' wird
untersucht, wie sich das Tunnelklima entwickelt, wenn
Die Aufgabe der Arbeitsgruppe Aerodynamik & Klima
aile Eingabeparameter so gewahlt warden, dass sich
besteht darin, die Vorgaben fUr den Bau so festzulegen,
systematisch tiefere Temperaturen (tiefe Werte in der
dass moglichst auf betriebliche Massnahmen verzichtet
rechten Spalte) und gleichzeitig hohe Luftfeuchtigkeiten
warden kann. Dabei gilt es, Kosten und Nutzen betrieb-
(hohe Werte in der linken Spalte)
licher und baulicher Massnahmen abzuwagen.
ergeben. lm
'Extremfall Temperatur' werden die Parameter so gewahlt, dass sich systematisch hohere Temperaturen
erg eben.
4.1
Baullche Massnahmen
lm Folgenden sind die moglichen baulichen MassnahIn der Wirklichkeit sind diese Faile sehr unwahrscheinlich, da kaum aile Parameter gleichzeitig in ein und die-
men zur Beeinflussung des Tunnelklimas kurz zusammengestellt.
selbe Richtung vom erwarteten Wert abweichen warden.
4.1.1 Aerodynamlsch optlmlerte Elnbauten
Wie schon erwahnt, beeinflusst der Luftwechsel und die
I'
aerodynamische Ausgestaltung des Tunnels das Klima
3.1 Extremfall Temperatur
nachhaltig. Die folgenden baulichen Massnahmen sind
Die Konsequenzen fUr das Tunnelklima warden an
in diesem Zusammenhang von Bedeutung:
Hand von Resultaten aus dem Lotschberg-Basistunnel
- Rauhigkeit der Tunnelwand
erlautert (Bild 4). Es zeigt sich, dass auch fUr den un-
- Gleisoberbautyp
wahrscheinlichen Fall , dass gleichzeitig aile Parameter
- Stromungstechnische Gestaltung der Querschnitt-
in dieselbe Richtung weisen, die Temperaturen nicht
uber 35
oc ansteigen. Die relative
Luftfeuchtigkeit liegt
entsprechend etwas tiefer als im Referenzfall (im Be-
anderungen/Spurwechsel
- Stromungstechnische Gestaltung der Querschlage
- Anzahl Einbauten
reich von 40 %) .
Welche dieser Massnahmen im Einzelnen umgesetzt
I:
werden sollen, muss fUr jeden der beiden Basistunnel
3.2 Extremfall Feuchtlgkelt
Kritisch ist dagegen der Fall mit maximaler Luftfeuchtigkeit (Bild 5) . Zwar sinken die Temperaturen deutlich,
individuell entschieden werden. Weitere Abklarungen
der Arbeitsgruppe Aerodynamik & Klima sind noch im
Gang.
was positiv ist. Die Werte fUr die relative Luftfeuchtigkeit
liegen aber im ganzen Tunnel deutlich uber dem Richtwert von 70 %. Ein derartiges Tunnelklima ist nicht akzeptabel und muss verhindert warden.
83
Bild 4:
Temperatur- und
Feuchtigkeitsverlauf
an einem Sommertag;
worst case
'Temperatur'
50
1.0
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0.9
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I Temperaturi
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15
I rel.
Feuchtigkeit
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30
[km]
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20
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Distanz ab Nordportal
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10
Bild 5:
Temperatur- und
Feuchtigkeitsverlauf
an einem Sommertag;
worst case
'Feuchtigkeit'
-
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0.5
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5
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0.1
o
0.0
o
6
12
18
Distanz ab Nordportal
4.1.2 Portalgestaltung
Die Tunnelluft strömt in der Regel in Fahrtrichtung der
Züge. Damit die aus dem einen Portal abströmende,
feuchtwarme Luft nicht gleich wieder von der Gegenröh-
24
30
36
[km]
4.2 Betriebliche Massnahmen
Neben den baulichen steht eine Reihe von betrieblichen
Massnahmen zur Verfügung, um das Tunnelklima zu
beeinflussen. Die wichtigsten sind:
re angesogen wird (Rezirkulation), sind bauliche Massnahmen im Portalbereich vorzusehen (Längsverschiebung der Portale, zusätzliche Anordnung von Zuluftkanälen, Zwischenwand usw.)
4.2.1 Lüftung
Die natürliche, durch die Züge induzierte Längsströmung kann mit einer künstlichen Lüftung kaum verstärkt
werden. Nur durch unverhältnismässig hohe Leistungen
4.1.3 Wassereintrag
Ein entscheidender Parameter ist die Menge des in den
von Ventiatoren lässt sich die Luftbewegung im Tunnel
wirksam erhöhen.
Tunnel eingetragenen Bergwassers. Durch bauliche
Massnahmen
(ein-/zweischaliger Ausbau, Tübbinge,
Einbau einer Folie, Felsinjektionen usw.) lässt sich diese Grösse erheblich beeinflussen.
84
Es besteht jedoch die Möglichkeit, über die Zwischenangriffe feuchtwarme
Luft abzusaugen
und durch
Frischluft zu ersetzen (sogenannte Lufttauscher). Auf
diese Weise wird die natürliche Längsströmung nicht
Mit dieser Vorgehensweise kann der definitive Ent-
gestört und damit optimal genutzt.
scheid, ob betriebliche Massnahmen zur Kontrolle des
Tunnelklimas notwendig sind, so weit hinausgeschoben
4.2.2
werden, bis Klarheit bezüglich der heute noch unsiche-
Kühlung
Eine weitere betriebliche Massnahme ist die Kühlung
ren Randbedingungen herrscht.
der Tunnel. Diese kann erfolgen, indem in den kritischen
Abschnitten
eine
Kühlwasserleitung
installiert wird.
Durch den Wärmeaustausch mit dieser Leitung wird die
Temperatur der Tunnelluft abgesenkt. Gleichzeitig verringert sich durch die Kondensation an der kühlen Oberfläche der Wasserleitung die absolute Luftfeuchtigkeit.
5.2
Effizienz von Lufttauschern
Eine mögliche Rückfallebene sind sogenannte Lufttauscher. Das Ziel ist es, die natürliche, durch den Verkehr
erzeugte Längsströmung in Fahrtrichtung der Züge für
die Belüftung des Tunnels möglichst optimal auszunut-
Ein solches Kühlprinzip ist im Kanaltunnel realisiert
worden.
Die
Nachteile
sind
allerdings
bedeutend
(Wartung, erhöhter Luftwiderstand, Betriebskosten).
zen. Eine Erhöhung der Grundströmung mit einer künstlichen Lüftung mittels Ventilatoren ist, wie schon erwähnt, sehr ineffizient. Die bessere Lösung ist es, die
Tunnelluft, die sich auf ihrem Weg kontinuierlich er-
4.2.3
Trocknung
wärmt und gleichzeitig auch Wasser aufgenommen hat,
Falls in erster Linie die Feuchtigkeit kritische Grenzwerte überschreitet, besteht die Möglichkeit, die Luft lokal
zu trocknen (Kondensation). Diese Möglichkeit und die
damit verbundenen Schwierigkeiten und Kosten sind
Gegenstand weiterer Untersuchungen.
durch trockene und kühle Aussenluft zu ersetzen. Ein
solcher Austausch der Tunnelluft ist an den Zwischenangriffen möglich, indem die Querschnitte in einen Zuund einen Abluftkanal unterteilt werden und jeweils mit
einem Ventilator ausgerüstet werden.
Das Prinzip ist in Bild 6 für den Gotthard-Basistunnel
dargestellt. In diesem Beispiel wird in Fahrtrichtung
5.
Rückfallebene
5.1
Prinzip der Rückfallebene
Lufttauscher
Für den Fall, dass trotz aller baulichen Massnahmen
das Tunnelklima ausserhalb des akzeptablen Bereichs
Nord-Süd beim Zwischenangriff Bodio ein Lufttauscher
eingesetzt und in der Gegenröhre (Fahrtrichtung SüdNord) befinden sich je ein Lufttauscher bei den Zwischenangriffen Sedrun und Amsteg.
liegen sollte, sind 'Rückfallebenen' vorgesehen. Unter
einer Rückfallebene wird eine betriebliche Massnahme
verstanden, die nach Abschluss noch Korrekturen des
Tunnelklimas erlaubt, falls dies auf Grund neuer Erkenntnisseangebracht erscheint.
Die Wirkung solcher Lufttauscher auf die Temperaturen
in der Süd-Nord Röhre sind in Bild 7 dargestellt. Deutlich zu erkennen sind die markanten Temperturabsenkungen im Bereich der Lufttauscher. Diese Resultate
zeigen, dass mit den Lufttauschern eine Temperaturre-
Die Arbeitsgruppe Aerodynamik & Klima untersucht,
welche Rückfallebenen allenfalls eingesetzt werden
können.Es gilt für die verschiedenen Möglichkeiten, die
duktion in den Tunneln möglich ist und damit eine wirksame Massnahme zur Verfügung steht, um das Klima
mit vernünftigem Aufwand zu kontrollieren.
technische Machbarkeit zu prüfen und die Investitionsund Betriebskosten dem erzielbaren Nutzen gegenüberzustellen. Gleichzeitig sind die Auswirkungen auf das
Bauprojekt zu ermitteln, damit die notwendigen baulichen Massnahmen für eine Umsetzung der Rückfallebenen so weit vorbereitet werden können, dass diese
auchnachträglich noch ohne Probleme realisiert werden
können.
85
i-aioo
Bild 6:
Lufttauscher GotthardBasistunnel
s
N
Legende:
Amsteg
Sedrun
1r
_
Bild 7:
Effizienz von
Lufttauschern .
Temperaturen in der
Weströhre
(Fahrtrichtung Faido Amsteg) im Sommer
40
35
v-
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I
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Nothaltestelle
,
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Zuluft, Abluft
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10
20
40
30
Referenzfall
Variante A
--Variante
tU
LL
CI)
-c
-
C
~
-
Variante Cl
50
60
Distanz ab Nordportal [km]
6.
Schlussfolgerungen
- Nach jetztigem Kenntnisstand sind keine betrieblichen Massnahmen für die Lüftung, die Kühlung oder
Abschliessend sollen noch einmal die wichtigsten Er-
die Trocknung der Basistunnel notwendig.
kenntnisse zusammengefasst werden:
- Sowohl im Lötschberg-Basistunnel als auch im Gott-
-
akzeptablen
hard-Basistunnel liegt das Tunnelklima voraussicht-
dynamisch optimierte Einbauten, kann das Tunnelklima nachhaltig beeinflusst werden. Diese Massnahmen sind so zu gestalten, dass sich auf natürliche
Weise mit geringem technischen Aufwand ein günstiges Tunnelklima einstellt.
86
verschiedene
und Kosten/Nutzen untersucht.
relative Luftfeuchtigkeit< 70 %)
gegen eindringendes Bergwasser oder durch aero-
Bereich liegt, werden
Rückfallebenen in Bezug auf technische Machbarkeit
lich im akzeptablen Bereich (Temperaturen< 35 "C,
Mit baulichen Massnahmen, wie einer Abdichtung
Für den Fall, dass das Klima wider Erwarten nicht im
-
Lufttauscher stellen eine effiziente betriebliche Massnahme dar, um die Temperaturen im Tunnel im Extremfall senken zu können.
Neue Erkenntnisse beim konventionellen Vortrieb
des Fensterstollens Mitholz
Manfred Stratmann, Bern
1.
Der hier vorgestellte Mitholztunnel, auch Fensterstollen
Aufgaben des Fensterstollens
Gesamthaft gesehen dienten die im Marz 1997 beendeten Sondierungsarbeiten der Erkundung der Geologie
genannt, ist Bestandteil des Sondierungssystems mit
folgenden sinnvollen Haupt- und Nebenaufgaben:
- Neue Anschlussmoglichkeiten fUr Strom und Luftung
der Wildhorndecke nordlich des Aar-Massivs.
bei km 7.0 des Sondierstollens.
Abgesehen von interessanten, wissenschaftlich geolo-
- Bessere Zuganglichkeit fUr die letzten 2.4 km des
Sondierstollens.
gischen Erkenntnissen haben sich aile am Bau Beteiligten auch Antwort auf die Frage versprochen, welcher
- Angriff- und Schutterstollen fUr den geplanten Basistunnel.
Methode - maschinell oder konventionell - am kunftigen
- Noch zu definierende Aufgaben bei den Vorbereitun-
Lotschberg der Vorzug zu geben ist.
gen zum Basistunnel.
Bild 1: Situation
A
N
I
2.
Geografische Lage und Kennwerte
Der Mitholztunnel befindet sich in der westlichen Flanke
des Kandertals. Er ist 1.55 km lang, bei einem Lichtraumprofil von 66 m2 und fallt mit 12% ab seinem Portal
in einer S-Form ab, bis er bei TM 7200 den Sondierstol-
BLS-Linie
Ugne 8LS
len trifft.
Es versteht sich von selbst, dass fUr die AusfUhrung
eine konventionelle Methode ausgeschrieben war und
~1
auch so realisiert wurde.
~
sondage
3.
Geologlsche Situation
Man hatte es mit einem fUr Geologen nicht Ieicht zu
prognostizierendem Gebirgsbau , hervorgerufen durch
starke Drucke aus dem SOden, zu tun. Das bedeutet fUr
die Austuhrenden: Flache Lagerung, Decken, Falten,
jeplanter
as1stunnel
Tunnel de base
planifie
Bruche, starke Verschuppung. Die Prognosen erwiesen
sich als richtig. Wir durchfuhren verschiedene Kalk- und
Schieferformationen, stark geklufteten Kieselkalk mit
Kalzitadern sowie verschiedene Zonen von Palfriesschiefer.
87
4.
Überlegungen
der ARGE im Vorfeld der Aus-
- 3 Lafetten mit elektronischem Steuersystem ECS;
führungen
Bohrhämmer COP 1838
1 Ladekorb
Ausser einer besonderen Art der Abrechnung des Überprofils, auf die ich noch zu sprechen komme, haben wir
uns als Unternehmer die Aufgabe gestellt, Bohr- und
-
Bever-System bestehend aus Bildschirm (Display)
und Rechner (Computer)
Sprengarbeiten mit neuen zur Verfügung stehenden
Techniken auszuführen. Im weiteren kamen, wie erwähnt, besondere Vorgaben des Projektverfassers hinzu.
Bild 2: Der Maschinist sieht auf seinem Bildschirm das
programmierte Schussbild. Gut ersichtlich sind
die Anzahl Löcher mit der dazugehörenden Neigung.
IT
In der Ausschreibung ist ein spezieller Abrechnungsmo~r--....J
dus für das Überprofil vorgesehen. Die Betonarbeiten
."
der inneren Verkleidung werden zu einem späteren
11'
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stand unseres Auftrages.
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I
Das zu erwartende Überprofil hat mit Fr./m3 300.- ent-
'1
IL
I
sprechend einem späteren Betonpreis in den Ausbruchpreis eingerechnet werden müssen. Dem Unternehmer
war es dann anheimgestellt, die Grösse des zu erwar-
\ I1
tenden Überprofils zu schätzen.
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Pflichtenrahmen
I
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Zeitpunkt ausgeführt und sind deshalb nicht Gegen-
5.
!
I
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I
Vortriebseinrichtung
Ein Gefälle von 12%, aufgefahren mit einem Minimalradius von 300 m, dazu die rapide wachsenden Kosten
bei grösser werdendem Überprofil, haben die ARGE
veranlast, nach modernsten technischen Lösungen für
die Spreng- und Bohrtechnik zu suchen.
5.1.1
Positionierung
Nachdem der Jumbo an der Brust positioniert ist, werden auf die Lafette zwei Zielmarken aufgesteckt. Die
beiden Marken werden im Laserstrahl zentriert. Anschliessend wird der genaue Tunnelmeter im Computer
eingegeben. Nachdem diese Angaben im Bever-System
gespeichert sind, kann der Computer die vorprogram-
5.1
Bohrverfahren
An das Bohrgerät wurden folgende Anforderungen ge-
mierten Daten (Laser- und Tunnelkoordination sowie
Tunnelprofil) auf den Bildschirm umsetzen.
steilt:
- grösste Bohrgenauigkeit am Profil
5.1.2
- Winkeleinstellung für das Stechen nach Möglichkeit
Nun kann der Maschinist mit der Lafette den entspre-
-
Das Bohren
programmierbar
chenden Punkt an der Brust anfahren. Dabei sieht er auf
Bohrleistung der Hämmer
dem Bildschirm die jeweilige Position und Lage der
- Überprüfung der Bohrarbeit (Datenaufzeichnung) .
Lafette. Wenn die Lafettenlage mit der Anzeige auf dem
Bildschirm übereinstimmt, kann der Maschinist das Loch
Nach verschiedenen Gesprächen mit Anbietern und
bohren. Eine Anbohrautomatik verhindert einen über-
Besichtigung von Bohrgeräten im Einsatz, fiel der Ent-
mässigen Verschleiss von Bohrstahl. Auf dem Bild-
scheid zu Gunsten der Firma Atlas Copco. Zum Einsatz
schirm kann der Maschinist die gebohrte Länge, die
kommt heute ein Bohrgerät der neuesten Generation,
Bohrgeschwindigkeit sowie die bereits gebohrten Löcher
ein Boomer 353, ausgerüstet mit:
kontrollieren.
88
5.1.3 Auswertung, Korrekturen
Die Datenaufzeichnung
zeigt
Aus Kostengründen haben wir uns auf eine Anwendung
schonungslos
jeden
der elektronischen Zünder am Umfang beschränkt.
Bohrfehler auf. Nachträglich kann die Bohrarbeit, anhand der aufgezeichneten Daten, mit dem Maschinisten
ausgewertet werden.
Bild 4: Anordnung der Bohrlöcher mit dazugehörender
Tempierung
Nicht nur Lage und Neigung der Bohrlöcher im Verhält-
.
nis der Vorgabe zur Ausführung, auch die Spuren der 3
Bohrhämmer über den gebohrten Abschlag sind nach
28
2~J
das neue System gewöhnt und die Vorteile erkannt.
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1
21
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25
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Dynashoc-Zünder:
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0 - 15
Dynatronic-Zünder: 28, 30
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Bild 3: Spur der Bohrarme 1 - 3 gemäss Ausführung
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12
21-±f-+-il~
konnte ohne grosse Probleme umgesetzt werden. Bereits nach kurzer Zeit haben sich die Maschinisten an
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12
erfolgter Bohrarbeit erkennbar.
Die Bedienung des Jumbos sowie des Bever-Systems
30
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5
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25
I
I
25
Einbruch, Helfer, Sohle
108 Stück
nur am Umfang
29 Stück
Ich möchte noch ganz kurz den wesentlichen Vorteil des
elektronischen Zünders vorstellen:
die Palette der elektronischen Zünder verfügt über 60
Zündstufen,
die Intervalle untereinander sind von Stufe zu Stufe
absolut gleich und werden an der Zündmaschine eingestellt,
- die Möglichkeiten reichen von einer bis 100 Millisec,
- die Toleranz beträgt eine Tausendstelsekunde.
5.2
Sprengvortrieb
Das heisst beispielsweise, bei Einstellung 38 auf der
Die Sprengtechnik bildet eine untrennbare Einheit mit
Zündmaschine folgt der Ablauf der Zündung diesen 38
der Bohrtechnik. Innovationsschübe nur auf einem Ge-
Millisekunden von Stufe zu Stufe von 1 bis 60. Oder bei
biet bleiben im Gesamten nutzlos. Auch wir sind gestar-
Einstellung 1 mit einer Millisekunde von 1 bis 60.
tet mit verbesserter Bohrtechnik und herkömmlichem
Sprengstoff- und Zündsystem. Der durchschlagende
Sie erkennen die grossen Vorteile, die man nutzen
Erfolg blieb verwehrt.
kann, wenn noch andere Faktoren wie Ausbruchquerschnitt, Geologie oder gewünschte Stückigkeit des
Wir haben daraufhin erstmals elektronische Zünder in
Haufwerkes berücksichtigt werden sollen.
die Schweiz eingeführt. Der heutige Preis eines elektronischen Zünders beträgt das 6- bis 7-fache eines her-
Diese Genauigkeit in der Tempierung führt zu einer von
kömmlichen HU-Zünders. Bei vermehrter Anwendung ist
Auge bereits gut erkennbaren Verbesserung an der neu
anzunehmen, dass er auf einen Faktor 5 sinkt.
freigelegten Felsoberftäche am gesamten Umfang.
89
Tabella 1: Ladetabelle Fensterstollen Mitholz
Profiltyp
Ausbruchflache
Einbruchart
Bohr1ange
Abschlagslange
Abschlagskubatur
Sprengstoffverbrauch
Zunderdichte
Bohrlochart
Momentanzunder
Einbruch
FST 1
65.75 m2
Keileinbruch
4.00m
3.80m
250m3
1.80 kgtm3
0.55 Stk!m3
Anzahl
LOcher
Zundstufe
Nr.
Sprengstoff
Tovex SE 40/800, 1200 g/Patrone
Gamsit A 40/400, 595 g/Patrone
Detonex, 80 g/m
Dynashoc, Stufe 0 • 25
Dynatronic, Stufe 0, 28, 30
Knallzundschnur
Zunder
Patronen I Loch
GamsitA Tovex SE
Zunderart [Stk]
SprengDynashoc Dynatronic stoffart
6
6
6
6
70
GamsitA
Tovex SE
Heifer
0
1
2
3
4-18
Sohle
14
20·25
14
GamsitA
Tovex SE
GamsitA
Detonex
29
GamsitA
Tovex SE
29
28, 30
137
GewichV Gewicht
Loch
Total
1
0
6
6
6
6
70
Profil
Ladesaule
108
1
2
1
1
1
1
3
0.40
0.80
1.20
2.80
2.80
0.60
1.20
1.80
4.20
4.20
3.60
7.20
10.80
25.20
294.00
4.00
6.00
84.00
3.80
0.90
26.10
3
4
3
1
3.80m
450.90
30
Pro Abschlag wurden 137 Locher von 4.0 m Lange ge-
Es sind jeweils 4 LW mit einer Ladekapazitat von je
bohrt. Das entspricht einer Zunderdichte von 0.55 StUck
10 m3 im Einsatz. Der Abtransport erfolgt also ohne
pro m3.
Zwischendeponie direkt von der Ortbrust zur Bahnverladeanlage. Der Einbau einer guten Fahrpiste ist Bestand-
Da ein Einsatz von elektronischen und elektrischen
teil des Systems. Aile 80 bis 100m wird eine Betonpiste
Zundern im gleichen Abschlag nicht erlaubt ist, wurden
dem Vortrieb nachgezogen. Das gewahlte Schutter- und
die Einbruch- und Helferlocher mit Schlauchzundern
Transportkonzept hat sich als genau so einfach wie
(nicht elektrische Zunder) gesprengt. Die Schlauchzun-
wirkungsvoll erwiesen.
der werden untereinander mit einer 5 g/m Knallzundschnur (Bundeltechnik) verbunden. Die Auslosung der
Obwohl selbstverstandlich, mochte ich noch einmal
Knallzundschnur erfolgt mit einem elektronischen Mo-
darauf hinweisen, dass die Zeiten, in denen die Maschi·
mentanzunder.
nen bis zur Achse im Schlamm gestanden sind , der
Vergangeheit angehoren mussen. Die Piste eines modernen Vortriebes muss die gestellten Anforderungen
an Vortriebsleistung und Verkehrssicherheit erfiillen.
6.
Weltere technlsche Elnrlchtungen
Der Auflad des Haufwerkes - pro Abschlag sind das
450 m3 lose - geschieht mit einem Komatsu-Pneulader
mit Seitenkippschaufel. Pro Stunde wurden 130 m3
7.
Lelstungen und errelchte Ergebnisse lm
Rahmen der Zielsetzung
7.1
Vortrlebslelstung
geladen und abtransportiert.
Der Abtransport erfolgt unter Wurdigung eines Gefalles
Gearbeitet wurde im 3-Schichtenbetrieb mit Ablosung
von 12% nicht mit Grossdumpern wie sonst im Tunnel-
an der Ortbrust. Der Betrieb lauft arhythmisch. Fur 3
bau ublich, sondern mit strassentauglichen Lastwagen
Abschlage
mit Berufs-Chauffeuren, die auch sonst auf Bergstras-
renden Sicherheitsarbeiten wurden 27 Stunden im
sen im Berner Oberland verkehren.
Durchlaufbetrieb benotigt.
90
a 3,80 m,
also 11 ,40 m mit den dazugeh6·
BildS:
Arbeitsablauf Fensterstollen
Mitholz
J
J\lnbo einr. / Vorbereiten
16
•I[
20
18
I- l-
Bohren
•••
I- I-
Laden
Sprengen / Ventilieren
Schuttern / Brust reinigen
I
22
24
4
2
•r:
6
8
10
,-• -
eine durchschnittliche Leistung von 10,0 m pro 24Stunden-Arbeitstag. Für das Nachziehen der Betonpiste
in 80 bis 100 rn-Etappen wurde alle 2 Wochen ein Arbeitstag aufgewendet.
16
14
•[0]
-,
•.....
I
Sieherungsarbeiten
11,40 m in 27 Arbeitsstunden gemäss Zyklus bedeuten
12
-
7.2. Profil kontrolle
Die Profilaufnahmen werden mit einem Profiler (AMT
3000) der Amberg-Messtechnik
aufgenommen.
Das
Gerät kann für dreidimensionale Aufnahmen verwendet
werden und hat eine optimale Reichweite von 18 m.
Grösster Schwach punkt im ganzen Zyklus ist das Laden
der Bohrlöcher. Es nimmt einen zu hohen Zeitbedarf in
Anspruch. Dieser Arbeitsvorgang kann nach Stand der
heutigen Technik noch zu wenig mechanisiert werden.
Das Gebirgsverhalten, auf den aufgefahrenen Querschnitt von 65 m2 bezogen, kann als standfest bezeichnet werden. Im Gegensatz dazu wird das Laden der
Bohrlöcher durch Kalzitschichten, die rechtwinklig und
streichend zum Bohrloch auftreten, enorm erschwert.
Die Aufnahmen erfolgen nach jedem Abschlag (alle
2 m) und können im Baubüro sofort ausgewertet werden. Allfällige Abweichungen Unter-/Überprofile können
sofort korrigiert werden.
Die Auswertungen der Profilaufnahmen zeigen eine
erstaunliche Entwicklung. Das System 'Bever' zur Kontrolle und Optimierung des Bohrvorganges hat nach
einer Anlaufzeit von 100.0 Tunnelmetern die ersten
sichtbaren Ergebnisse gebracht.
Von 137 Bohrlöchern pro Abschlag müssen im Durchschnitt 40 Löcher nachbehandelt werden, um die Ladesäule einbringen zu können.
Die Verfeinerung in der Sprengtechnik mit elektronischen Zündern ab Laufmeter 550 brachte einen weiteren Verbesserungsschub.
Bilder 6 und 7: Überprofile, aufgenommen mit Amberg-Profilmessgerät
2691 m2, 21.3 m Umfang, 12 cm Überprofil
2152 m2, 21.3 m Umfang, 10 cm Überprofil
•
••
..
••
••
n
I
.
••
91
Die Tabelle 2 zeigt die Entwicklung des Überprofils über
tronischen Zündern (Tabelle 4) reduziert sich die kriti-
die ersten 700 m von 25 cm bis hinunter auf 10 cm auf
sche, für die Erschütterungen massgebliche Menge auf
den letzten 100 Metern.
8,8 kg pro Zündstufe. Im weiteren können auch 10% der
Bohrlöcher eingespart werden.
Überprofil im 10 cm-Bereich, bei stark fallendem, gekrümmten Vortrieb im Vollpfrofil aufgefahren, hätte man
Im Bild 8 sind die gewonnenen Werte in einer Kurve
vor einigen Jahen noch für nicht erreichbar gehalten.
dargestellt. Das Verhältnis der Abschlagslänge zur reduzierten Lademenge zeigt, wie schnell die Abschlagslänge sinkt, wenn eine Reduktion der Lademenge aus
Tabelle 2: Profilkontrolle im Fensterstollen Mitholz
erschütterungstechnischen
Überlegungen
notwendig
wird. Die untere flache Kurve zeigt, dass man erst bei
Überprofil im m2
über 100 m
in cm am Umfang
100 - 200
532.32
25
tung des Vollquerschnittes und der maximalen Ab-
200 - 300
290.33
14
schlaglänge von 4.0 m. Diese Kurve zeigt weiter, dass
300 - 400
265.55
13
bei einer weiteren Reduktion bis auf 2 kg hinunter immer
400 - 500
248.35
12
noch ein Abschlag im Vollquerschnitt und 1.1 m Länge
500 - 600
235.12
11
möglich ist.
600 -700
203.75
10
Tunnelmeter
8 kg Zündstufe startet, immer noch unter Aufrechterhal-
Bild 8: Verhältnis der Abschlagslänge zur Lademenge
30
8.
Weitere Anwendungen der gemachten Erfahrungen und technische Ausblicke
Die Maschinenindustrie sucht die weitere Entwicklung
23
nicht im noch schnelleren Bohren; 3.0 m pro Minute bei
einem Durchmesser von 45 mm sind für unsere Bedürfnisse ausreichende Werte.
17
15
1
Die Entwicklung geht hier hin zur Entlastung des Personals durch noch mehr automatische Kontrollen wie z. B.
8
6
- der elektrischen Spannung im System
- Spülwasserkontrolle
- Überwachung der hydraulischen Drücke in den
Systemen
-
Überwachung der Bohrgenauigkeit,
um nur einige zu nennen. Im weitesten Sinn: eine Automatik, die sich selber kontrolliert und überwacht und
entsprechend reagiert. Das Ziel ist klar definiert: mit
3
V
V
./
/.>
/
/
/
/
.>
------
- 1.1 1.45
3____
2.2
3.0
4.0
Abschlagslänge
1 HU-Zünder 100ms
2 Schlauchzünder (nicht elektrisch), kombiniert mit
elektronischen
3 Elektronische Zünder
weniger Leuten materialschonender bohren!
Im Bereich der Spreng- und Zündmittel bieten sich fol-
Wir verfügen noch nicht über 1000 m Erfahrung mit
gende Perspektiven förmlich an: Die Ladetabelle mit
diesen Methoden, aber einige Versuchssprengungen
herkömmlichen Sprengstoff und HU-Zündern (Tabelle 3)
haben die Richtigkeit dieser Annahmen bestätigt.
zeigt bei einem Abschlag von 4.0 m eine unerwünschte
Kumulation der kg pro Zündstufe bis zu 30 kg. Bei glei-
Heute sind die technischen Möglichkeiten vorhanden,
cher AufgabensteIlung wie Vollprofil und 4,0 m Ab-
auch im stadtnahen Bereich konventionelle Sprengvor-
schlagslänge sowie konsequenter Anwendung von elek-
triebe wieder vermehrt in Erwägung zu ziehen.
92
Tabelle 3: Ladetabelle für Vollausbruch, Geologie: härterer Sandstein; herkömmlicher Sprengstoff
Normalprofil
Profiltyp :
Ausbruchfläche :
Einbruchart :
Bohrlänge :
Abschlagslänge :
Abschlagskubatur :
Sprengstolfverbrauch:
Zünderdichte :
Bohrlochart
Einbruch
______
--L~..J!..O
____
.___
ParalieleinbruC:!:l
4.30
4.10
Im
Im
1m3
Kglm3
SUm3
311.600
~76
0.449
Anzahl
Loch
Stk.
10
Sprengsloff :
Knallzündschnur
Zünder:
Zünder:
Zünder:
Anz Patr./
Bohrloch
Stk.
Zündstufe
Nr.
SprengStolfart
Gamsit A 35/300
1.00
0.27
0-3
Tovex
4.00
2.88
Se 30/800
Länge der
Ladesäule
meier
3.15
1
Helfer
84
4 -14
Gamsit A 35/300
2.00
Tovex
3.00
Se 35/800
18
18-20
Gamsit A 35/300
1.00
Tovex
4.00
Se 35/800
2.70
Profil
28
15 - 17
Se 30/8OC
Detonex 80
1
Total
Dynadet HU - 100 ms
Gewicht
total
Kg
AnzLochI
Zündstufe
Slk
Stufe:
Stufe:
Stufe
Max. Gewicht
Zandstufe
Kg
0-20
Bemer1lUngen
3.210
1 32.100
4
12.840
1320.880
8
30.560
1 79.380
6
26.460
1 27.664
10
9.880
0.820
3.000
11
3.820
0.410
2.88
3.60
Detonex80
2.800
11
0.27
1.00
:
410 gr/Patrone
700 gr/Patrone
1000 gr/Patrone
gr/patrone
80 gr/m
0.410
2.16
1
Tovex
GewichU
Bohrloch
Kg
0.54
1
Sohle
Gamsit A 351300
Tovex Se 301800
Tovex Se 35/800
m2/m
4.000
3.15
11
4.410
0.72
0.700
3.60
I
I
4.32
11
0.988
0.288
Cill:J
1460.0241
Tabelle 4: Ladetabelle für Vollausbruch, Geologie: härterer Sandstein; elektronische Zünder
Profiltyp :
Ausbruchfläche :
Einbruchart :
Bohrlänge :
Abschlagslänge :
Abschlagskubatur :
Sprengstoffverbrauch
Zünderdichte :
Bohrlochart
Einbruch
Normalprofil
______
Paralleleinbruch
4.30
4.10
:
Anzahl
Loch
Stk.
10
Sprengstoff :
Im
Im
1m3
Kglm3
SUm3
311.600
1.379
0.410
Anz. Patr.1
Bohrloch
Stk.
Knallzündschnur
Zünder
Zünder
Zünder
Zündstufe
Nr.
SprengStolfart
Gamsit A 35/300
1.00
0.27
0-4
Tovex
4.00
2.88
Se 30/800
Länge der
Ladesäule
meter
1
Helfer
80
5 -45
Gamsit A 35/300
2.00
Tovex
3.00
Se 35/800
Sohle
16
53-60
1.00
Tovex
4.00
Se 35/800
Tovex
Profil
22
46 - 51
Se 30/800
Detonex 60
1.00
Tolal
4.32
CEO
Max.Gewicht
Zandstufe
Kg
Bemerkungen
3.210
1 32.100
2
6.420
3.820
1305.600
2
7.640
1 70.560
2
8.820
1 21.736
4
3.952
4.000
11
4.410
0.700
0.288
3.60
1
Anz.LochI
Zandstufe
Stk
0.410
0.72
3.60
Gewicht
total
Kg
0-60
3.000
11
2.88
3.15
Stufe:
Stufe:
Stufe
Dynatronic
0.820
0.27
1
Detonex80
2.800
11
2.16
2.70
:
0.410
0.54
1
Gamsit A 35/300
3.15
GewichU
Bohrloch
Kg
410 gr/Patrone
700 gr/Patrone
1000 gr/Patrone
gr/Patrone
80 gr/m
Gamsit A 351300
Tovex Se 301800
Tovex Se 35/800
m2lm
76.00
11
0.988
1429.9961
Die weitere Entwicklung des Sprengstoffes, wie bereits
ren wir nicht halb so weit. Für die grossen Aufgaben im
eingeleitet, geht in Richtung des verpumpbaren Spreng-
Untertagebau, die hoffentlich vor uns stehen, ist es -
stoffes. Die Vorteile im Hinblick auf Transport, Lagerhal-
wenn ein technisch und wirtschaftlich optimales Werk
tung, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit sind bereits klar
erstellt werden soll - von grösster Wichtigkeit, dass die
erkannt worden.
Zulieferindustrie auch im Vorfeld der Ausführung ihr
gesamtes Wissen einbringen kann.
Ohne die innovative Bereitschaft der Zulieferindustrie,
uns bei der Lösung der Probleme zu unterstützen, wä-
93
Sondierstollen Kandertal
Peter Teuscher, Sem
1.
Bild 1: Situation Sondierstollen Kandertal
Zweck des Sondierstollens
Der Bau eines tiefliegenden Alpenbasistunnels birgt,
sofern man die geologischen Verhältnisse nicht bestmöglich abklärt, erhebliche Risiken bezüglich der richtigen Wahl der Ausführungsmethode in sich. Die Einflüsse der geologischen Abfolge der verschiedenen Gesteinsserien und deren Festigkeiten sowie des Bergwassers wirken sich direkt auf die Bauzeit und die Baukosten aus.
Damit klare Projekt- und Ausschreibungsgrundlagen
geschaffen werden können, muss das Gebirge so gut
wie möglich beschrieben werden. Der Projektingenieur
muss den Arbeitsumfang, die zu erwartenden Schwierigkeiten und die Bauloslängen so wirklichkeitsnah wie
möglich definieren. Nur so lassen sich sachgerechte
Werkverträge mit den Auftragnehmern erstellen. Die
Werkverträge bilden eine Basis für die Kontrolle und die
Überwachung der Bauarbeiten mit dem Hauptziel, das
Risiko von Baukosten- und Bauzeitüberschreitungen so
gering wie möglich zu halten.
2.
Linienführung
Der Sondierstollen verläuft ab dem Nordportal Frutigen
30 m seitlich der Basistunnelröhre in der westlichen Talflanke des Kandertales. Das Trassee wurde soweit
bergwärts geschoben, so dass man den seitlichen
Talklüften ausweichen konnte. Die Steigung Richtung
Süden beträgt 3 %0.
Bei ca. Stollen-km 7,2 schliesst der Fensterstollen
= 1,5 km wurde
beim Wechsel von der Wildhorndecke in den Flysch der
unter anderem erstellt, um genügend Frischluft bis zum
Doldenhorndecke. Ab dieser Zone auf der Höhe von
Stollenende bei km 9.5 gewährleisten zu können
Kandersteg gilt die geologische Prognose Richtung Sü-
(Erdgas). Das Ende des Sondierstollens wurde definiert
den als genügend gesichert.
Mitholz seitlich an. Dieser Tunnel von L
95
3.
5.
Geologie
Normalprofil
Der prognostizierte geologische Aufbau geht aus dem
Der Sondierstollen weist einen Durchmesser von 5,03 m
im Bild 2 dargestellten geologischen Prognoseprofil her-
auf. Im Bereich des Nachläufers, ca. 55 - 65 m hinter
vor. Es handelt sich vor allem um Sedimente der helve-
der Ortbrust, wurden die Sohltübbinge samt Deckel in
tischen Decken. Diese ursprünglich südlich und auf dem
einem Arbeitsgang verlegt.
Aarmassiv abgelagerten Gesteine wurden während der
alpinen Gebirgsbildung von ihrer Unterlage abgeschert
Bild 3 zeigt das Normalprofil während des Baus des
und zusammen mit den auf sie aufgeschobenen penni-
Sondierstollens (2-gleisiger Betrieb) im Bereich des
nischen Decken über das Massiv hinweg nach Norden
Nachläufers. Bild 4 zeigt den fertig umgenutzten Son-
vorgeschoben. Bei der flachen Lagerung und der star-
dierstollen zum Sicherheitsstollen im Betriebszustand.
ken Verschuppung herrscht ein schwierig zu prognostizierender Gebirgsbau vor. Bautechnisch sind die verschiedenen Gesteinsformationen im einzelnen gut bekannt. Es handelt sich bei den Abklärungen nicht um die
Prüfung der Machbarkeit, sondern um die Erfassung der
Gesteinsabfolgen aus der Wechsellagerung von harten
Kalkserien und mächtigen Flyschablagerungen.
von H.-J. Ziegler verwiesen.
Integration
Vortrieb
Der Vortrieb erfolgte mit einer offenen HartgesteinsTunnelbohrmaschine. Nachfolgend sind die wichtigsten
technischen Daten der TBM ersichtlich:
Über die angetroffenen Verhältnisse wird auf den Artikel
4.
6.
des Sondier- und Fensterstollens
in
das Basistunnelprojekt
Im Betriebszustand wird der Sondierstollen für die Ableitung des Bergwassers der Basistunnelröhren genutzt.
Maschinendurchmesser
Anzahl Rollenmeissel
Antriebsleistung
Drehzahl
Drehmoment
max. Bohrkopfanpresskraft
Bohrhub
5,03 m
35
6 x 315 kW = 1 890 kW
10,2/Min.
1 771 kNm
1230 t
1,87 m
Länge der TBM
Gesamtlänge TBM mit Nachläufer
Dank dieser Möglichkeit können die Hauptleitungen im
Gesamtgewicht der TBM
Gesamtgewicht der TBM mit Nachläufer
Basistunnel und damit auch die Aufwendungen für den
Hydrauliksystem: max. Systemdruck
Unterhalt minimiert werden. Im Abschnitt
Elektriksystem:
Primärspannung
Hauptantriebsmotoren
Frutigen-
Mitholz (L = 7,2 km), wo nur eine Basistunnelröhre gebaut wird, wird der Sondierstollen als Sicherheitsstollen
in das Projekt integriert.
Der Fensterstollen ist mit Strassenfahrzeugen befahrbar. Er lässt sich somit für die Belange des Unterhaltes,
der Lüftung sowie der Rettung nutzen. Beide Stollen
sind somit im Betriebszustand Bestandteil des ganzen
Basistunnelkonzeptes.
24m
183 m
300 t
500 t
345 bar
16000 V
660 V 150 Hz
Förderband:
Bandbreite
Förderleistung
Hersteller:
TBM
Nachläufer
762 mm
460 m3/h
Robbins/Atlas Copco (USA/Schweden)
Amman (Schweiz)
Der Abstand zwischen dem 4-teiligen Verspannschild
und den seitlichen Grippern (L1*) wurde ausreichend
gewählt, um all die Funktionen wie Bögen versetzen,
zwei längsverschiebliche Ankerbohrgeräte
und zwei
Vorbohreinrichtungen plazieren zu können. Im Nachhinein zeigte es sich, primär bedingt durch die angetroffenen besseren Gesteinseigenschaften, dass nur die
wirklich notwendigen Equipments genügt hätten.
96
Bild 2: Geologisches
Längenprofil
Frutigen - Kandersteg
WILDHORN
-
DECKE
2~00
Kandersteg
®
2000
~ 1~00
)C
'~ 1000-i
<,
~OO
0
Tkm
(j)
5
0
Schiefer und
Sandstein
@
Schiefer mit Sandsteinbänken ("Flysch")
@
wie @
10
@
Sandstein und
Sandschiefer
® Kalk und
® Kalkmergel und
Kieskalk
Bild 3: Normalprofil
Bau
Bild 5: TBM in der Startgrube
Bild 4: Normalprofil
Betrieb
Bild 6: Der L 1*-Bereich der TBM
Ankerbohrgerät
Kalkschiefer
teleskopierbarer
Antriebsmotor
,
Schild
I
Rollenmeissel
97
7.
Bild 7: Erreichte Vortriebsleistungen
Vortriebsleistungen
Die Vortriebsleistungen begannen auf den Tag genau
gemäss Werkvertrag am 9. Januar 1995 und schlossen
etwas früher als vorgesehen, am 4. Februar 1997, ab.
Dem Werkvertrag war eine mittlere Vortriebsleistung
von 18,0 m/AT zu Grunde gelegt.
8.
5 Tage pro Woche
2 Schichten ä 9 StdlAT
• mittlere Leistung
• besterTag
• beste Woche
• bester Monat
19,5 rnIAT
Li 4,3 rnIAT
190 rnIWo
705 mIMt
Bild 8: Prozentuale Verteilung der Arbeitsgattungen bei
44,3 m Vortrieb/AT
Felssicherung
Die Sicherung wurde im Laufe des Arbeitsprozesses
einvernehmlich optimiert. Die Systematik der Einteilung
Vortrieb
48%
Umsetzen Gripper
12%
der Sicherungsmassnahmen erfolgte in Schritten von
Sicherung
8%
30 cm bis zu einem Hub von 1,8 m. Üblicherweise wur-
Meisselwechsel
6%
de während einer Schicht der Profiltyp/Ausbruchklasse
Kipperwechsel
22%
beibehalten. Bild 9 zeigt die Möglichkeit der modularen
Divenes
Verdichtung der gewählten Ausbruchsicherung.
Bild 9:
Profiltypen /
Ausbruchklassen
Firstkappen
AK 11I
AK 11I
Bild 10: Felssicherung Ausbruchklasse 111
98
Bögen
AK 11I
AKIV
AKIV
AKV
4%
9.
10. Vorbohrungen
Spritzbeton
Der Spritzbeton wurde auf der Spritzbeton bühne ca.
Um nicht unvorbereitet in Zonen mit Wasser oder
40 m hinter dem Bohrkopf aufgebracht. Bei ca. halber
Methangas hineinzufahren, wurde konsequent vorge-
Länge des Sondierstollens entschloss sich die ARGE,
bohrt. Die Vorbohrungen erfolgten jeweils in der Nacht
aus logistischen Gründen die Spritzbetonbühne zu ver-
ab 22.00 Uhr und waren gegen 4.00 - 5.00 Uhr vor Be-
längern sowie den Spritzbeton nicht mehr manuell, son-
ginn der Tagesschicht abgeschlossen. Die erreichte
dern mit einem Spritzbetonroboter (MBT) aufzubringen.
Es wurde Nassspritzbeton PC 450 kg/m3, 40 kg/m3
Vorbohrlänge betrug im Mittel 70 - 80 m. Das heisst,
Stahlfasern und 15 kg/m3 Microsilica verarbeitet. Pro-
leistung der TBM) eine Vorbohrung angesetzt wurde.
dass jede zweite resp. dritte Nacht Ge nach Vortriebs-
bleme waren, trotz umfangreicher Versuche, immer mit
der
Haftung
zwischen
dem
Spritzbeton
und
der
Die Bohrdaten wurden laufend registriert. Bei jeder Vorbohrung wurde zuerst ein Preventer (100 bar) versetzt.
Felsoberfläche vorhanden. Die Spritzbetondicke beträgt
8cm.
Wichtigste Erkenntnis ist, dass diese Arbeit nur einen
Die Umstellungen der Spritzbetoneinrichtungen haben
Sinn macht, wenn die Bohrequipe möglichst immer die
sich positiv auf die Vortriebsleistungen ausgewirkt.
gleiche ist, und wenn auch immer die gleichen Geologen die Bohrung überwachen und die Bohrdatenregistrierung interpretieren.
Bild 11: Spritzbeton
:!
::
':'«'1~~
1.;;,'~~
. . .'~"
Bild 12: Vorbohrung
Bild 13:
Protokoll
Bohrdaten
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:
99
11. Ausbruchmaterialentsorgung
Das Ausbruchmaterial wurde mit der Bahn (3 bis 4 Züge
Mit den Schutterzügen wurde das Ausbruchmaterial
zum Portal geführt und in die Kippgosse entleert. Über
ein Zuführband wurde das Ausbruchmaterial dem Puf-
pro Tag) in bestehende Kiesgruben abgeführt (Bild 15).
Am Puffersilo war ein Seitenabzugband installiert, wo je
nach Bedarf das Material direkt an lokale Abnehmer
(Lkw) verkauft wurde. Die Koordination erfolgte hier
fersilo und von da der Verladehalle zugeführt (Bild 14).
durch die Bauleitung.
Die Erstellung des Puffersilos und der Verladehalle erfolgte in einem separaten Los in Form eines Gesamtleistungsvertrages. Die Arbeiten wurden durch den
Projektverfasser funktional ausgeschrieben. Der Betrieb
der Anlage inkl. der ganzen Transportlogistik lag beim
Die Hauptabnehmer des Ausbruchmaterials
wurden
aufgrund eines Wettbewerbs ermittelt. Der Zuschlag
erfolgte aufgrund einer Gesamtbetrachtung der Materialvergütung plus Transportkosten. Bewährt hat sich die
Einteilung in Gesteinsgruppen (Lithologie). Sobald das
Hauptunternehmer des Sondierstollens.
Bild 14: Puffersilo und Verladehalle
a
Verladehalle 10 Wagen "FANS-U" 32 m3
1 Zug 320 m3 resp. 512 t bei 9.5 m Vortrieb
Bild 15: Transportdispositiv
Bild 16: Gesteinsgruppen
'-,
e I: Kalke
"50% Hasle
33% Rubigen
10% Wimmis
Gruppe 2: Tavayannaz Sandsteine
10%
Gruppe 3: Palfris-Schiefer
26%
7% Lokale
Gruppe 4: Flysch
60%
100
Material bei den Abnehmern war, war der Auftraggeber
nicht mehr in der Verantwortung. Die professionellen
Abnehmer (Kieswerke) hatten selber den grössten Ansporn, soviel wie möglich aufzubereiten und wieder dem
Markt zuzuführen. Bild 17 zeigt in etwa den erreichten
Wiederverwendungsanteil und die Kosten für den Auftraggeber. Sicher wurde so das Ziel der Ressourcenbewirtschaftung "Ausbruchmaterial" optimal erreicht.
Bild 17: Wiederverwendung und Kosten
Wiederverwendung
Gruppe 1 + 2 inkl. Aufbereitung
Gruppe 3 + 4 inkl. Aufbereitung
ca. 80%
ca. 40%
Kosten
Materialübernahme
Transport
21.- FrJm3
25.- FrJm3
46.- FrJm3 fest
12. Baukosten
Es wird mit folgenden Endkosten gerechnet:
Kostenvoranschlag (Aug. 1994)
Mutmassliche Endkosten (Feb. 1997)
115,90 Mio. CHF
98,00 Mio. CHF
Bild 18: Sondierstollen
101
Das Sondiersystem der Piora-Mulde
Giovanni Lombardi, Minusio
1.
Elnleitung
2.
Das bautschnische Problem
Ein Basistunnel durch den Gotthard is! sell langem Ge-
lm Beitrag Schneider is! die geologische Situation der
genstand von Oberlegungen. Bereits kurz nach dem
Piora-Mulde erlautert worden. Es geht hier im wesentli-
zweiten Weltkrieg hat z.B. lngenieur Gruner die Idee
chen urn die karbonalischen Gesteine der mittleren
eines kombinierten Eisenbahn-/Strassentunnels sogar
Trias, darunter urn den bekannten zuckerkOrnigen Do-
m~
eingebauten Hochspannungsfreileitungen lanciert.
lomit in einer auf Tunnelniveau noch nicht ganz endgiiltig ennittelten Mlichtigkeil und Ausbildung (Bild 2). Auf
Seit den sechziger Jahren haben Strasse und Bahn
Niveau des Sondierstollens konnte jedoch vor kurzem
durch den Gotthard jedoch eigene Wege eingeschla-
die Dicke der Piora-Mulde durch Bohrungen ennillelt
gen. Seil jener Zeit sind auch zahlreiche Untersuchun-
werden.
gen verschiedener Natur zur Austohrung gekommen.
Seit jeher ist Ierner bekannt, dass die Piora-Mulde exi-
Vereinfacht gesagt kOnnen die sich stellenden Probleme
stiert und dass sie mit einem Gotthard-Basistunnel ir-
auf folgende Aspekte bezogen werden :
gendwo durchOrtert werden muss (Bild 1).
- hohe Oberlagerung bis 1'850 m (TerrainhOhe 2'300 m
ii.M.)
Nebenbei bemerkl sind die entsprechenden Gebirgs-
- hoher Wasserdruck, vennutlich bis 135 bar
fonnationen ja bereits dreimal gekreuzt worden, wahl
- mOgliche unterindische Wasserstromungen
aber unter anderen einfacheren Bedingungen. Man
- lokale hohe Porosilat des zuckerkornigen Dolomils
kann dabei erwahnen:
- den Garegna-Stollen als Zuleitung zum Ritomsee
- den Hauptstollen der Blenio-Kraftwerke in der Nahe
von Torre und
- einen Stollen fur die Gasleitung im Wallis.
(22% bis 27%)
- tiefe Festigkeitseigenschaften einzelner Zonen der
Felsmasse
- komplexe Wechsellagerung der Gesteine und entsprechende Streuung der Felseigenschaften.
Beim Gotthard-Strassentunnel lautt diese Zone genau
am Siidportal vorbei.
Die ungiinstigsten Verhaltnisse trifft man beim sogenannten zuckerkOrnigen Dolomit, deren Machtigkeit
Von jeher ist auch klar, dass das DurchOrtern der Piora-
etwa 25% der Piora-Zone ausmachen dUrfte. Es ist eine
Mulde keine einfache Aufgabe sein wird, und dass hier
Formation, die keine Kohasion besitzt, somit ein
die delikateste Stelle entlang der ganzen Trassierung
'schwimmendes Gebirge'. Der Rest der Piora-Zone,
vorkommt. Dies trotz anderslautenden, aufsehenerre-
etwa 3/4, besteht hingegen sehr wahrscheinlich aus
genden Mitteilungen, die von Zeit zu Zeit in Zeitungen
Formationen wie der nicht iiberbeanspruchte Dolomit
und Zeitschriften erscheinen. Nun is! eine seiche Auf-
oder die Rauhwacke, welche durchaus anstandige Ei-
gabe da, urn geiOst zu werden, aber die Qualitat der
genschaften aufweisen.
LOsung hang! von der bestmOglichen Kenntnis der Aufgabenstellung ab, und dies giH sicher insbesondere im
Vorsichtigerweise kann die Mlichtigkeit der Piora-Mulde
Tunnelbau. Daher is! zur Abkllirung der VerhMnisse
zu etwa 250m angenommen werden. Der zuckerkOrni-
1992 das «Sondiersystem Piora-Mulde» beschlossen
ge Dolomit betragt ca. 25%, somit ca. 60 m. Dies ent-
worden, das gegenwartig in AusfGhrung stehl.
spricht ziemlich genau 1 Promille der Tunnellange.
103
·",·
.•-~:--·~
~~':""""·~~-
Bild 1:
Gesamts~uation des
mit Angabe der PioraMulde und des
Tavetscher Zwischenmassivs
Bild 2:
Geologisches Profil
des Gotthard-Basistunnels nach Dr. T.R.
Schneider, Geologe
N
Fenstentollen
Amsteg
1
2
3
4
5
6
PORTAL ERSTFELD
PORTAL 80010
ZWISCHENANGRIFF AMSTEG
ZWISCHENANGRIFF SEDRUN
ZWISCHENANGRIFF FAIDO
SCHUTTERSTOLLEN BIASCA
rur lande$topographie vom 20.2. 1991S
Schacht Sedrun
mit Zugangsstallen
Erstltld
Nord
104
s
Bod1o
S"d
Porlil
Porlll
Vortrleb
ZW/schenangriff
Faido
(Schriigstollen)
Konventionell
Dazu miissen die hydrogeologischen Verhaltnisse be-
durch Stollen erkundet wird als durch vertikale Sondie-
rucksichtigt werden. Es handel! sich insbesondere um
rungen.
eine unterirdische WasserstrOmung in Richtung West -
Ost, die sich durch eine deutliche Abkiihlung des Gebir-
Es war sicher nicht denkbar, einen Sondierstollen vom
ges bemerkbar macht.
Siidportal her vorzutreiben. da seine Lange etwa 22 km
Es ist anzunehmen, dass keine absolut identische Si-
von der Leventina aus in weniger als 6 km Distanz die
tuation wie die hier besprochene im Tunnelbau bis anhin
Piora zu erreichen, allerdings etwa 300 m oberhalb der
angetroffen worden ist, und dass besondere Massnah-
vorgesehenen Tunnelkote (Bild 3).
betragen hiitte. Es bot sich indessen die Moglichkeit.
men n6tig sein warden, urn diese Stracke zu durchOr-
tern. Nun sind aber anderseits verschiedene vergleich-
Dies fiihrte zum Projekt des sogenannten 'Sandier-
bare Aufgaben im Tunnelbau gemeistert worden. Dazu
stollens Piora·. Die 5.6 km lange Zufahrt ist mit 5 m
existieren heutzutage im Tunnelbau Methoden zur Be-
Durchmesser gebohrt worden. Die Abteufung des an-
handlung von schwierigem Grund, die friiher nicht zur
schliessenden Vertikalschaftes von 5.6 m Durchmesser
Verfiigung gestanden haben.
soli in den nilchsten Monaten beginnen. lnzwischen
werden Bohrkammern ausgehoben und erste Erkundungsbohrungen sind durchgefiihrt worden.
3.
Das Sondlersystem Plora
Die soeben erwiihnten Verhiiltnisse begriinden vollauf
die Ausfiihrung von ausgedehnten und auch aufwendigen Sondiermassnahmen, wie eben das Sondiersystem
Piora eine ist.
Aufgrund der ersten Ergebnisse wird zur Zeit das Projekt des Stollensystems an den Kopf des Schachtes
angepasst, urn den Schacht an eine moglichst giinstige
Lage zu plazieren und weitere Bohrungen in einer vermuteten engeren Stelle der Mulde vorzutreiben (Bild 4).
In diesem Zusammenhang sollen auch Drainage- und
Eine erste Sondierkampagne wurde ja bereits in den
siebziger Jahren durchgefiihrt. Doch die etwa 1 '700 m
tiete Bohrung bei der Ganna Bubaria am Lukmanier
wurde deutlich abgelenkt, traf die Piora-Mulde nicht und
musste rund 50 m oberhalb der Tunnelachse abgebrochen werden. Es ist klar, dass eine sich eher vertikal
lnjektionsversuche durchgefiihrt werden.
Verschiedene Ergebnisse geologischer Art konnten verzeichnet werden, die als bekannt vorausgesetzt warden
konnen. Anschliessend soli daher vorwiegend aut die
hydrogeologischen Verhiiltnisse eingegangen werden.
erstreckende Gesteinstormation wie die Piora-Mulde am
besten durch horizontale Bohrungen oder noch besser
Bild3:
Liingenprofil durch
das Sondiersystem
Pi ora
105
Bild4:
Sondiarsystam auf ca. 820 m
ii.M. zur Untarsuchung dar
hydrologischan Verhattnisse
dar Piora-Mulde sowie
Durchfiihrung von lnjaktionsund Drainagavarsuchan
\
\
\~
•
i!
\\
~
...
\~
\~
~
E
E
\~
\"'
.?;
\G
\
\1
\
4.
Ole hydrogeologlschen Verhiltnlsse
In der Tat kann das geothermische Feld im Gebirge nur
Es diirfla bekannt sain, dass im Tunnalbau im allgemei-
durch einen stiindigen Wasserzu- und -abfluss gegen-
nen ehar das Wasser die Ursache der grosseren
iiber dem natiirlichen Zustand merklich verandert wer
Schwierigke~en
den. iihnliche Vorkommnisse, im Montblanc- und im
ist als der Fels selbst.
Frejus-Tunnel, haben indessen gezeigt, dass hierzu
Das Temperaturprofil entlang des Zugangsstollens zeigt
keine allzu grossen Wassermengen notig sind.
ein starkes Fallen der Tamperatur, wenn man sich der
Piora-Mulda niihert. Dies deutet auf einen verte!Ken
Bei einer
lntens~t
des terrestrischen Warmeflusses
Wasserdurchfluss odar eine konzentrierta Stromung in
(basale Wamnestriimung) von etwa 70 mWtm2 (oder
derselben (Bild 5).
70 kW!km2), der einer Tiefenstute von etwa 3°C pro
s
Bild 5:
Temperaturverlauf entlang
des Sondierstollens vom
Portal Polmango bis zur
Piora-Mulda
N
2500
~
::;:
"
_g_
•
"'"
r
2:
2000
5
'§
~
0
•E
"
...."
1500
1000
2000
3000
4000
Stollenmeter ab Polmengo
108
35
5000
100 m entspricht, genugt eine Wassermenge der Gros-
Wassermengen fOr den Tunnelaushub·von Bedeutl,lng
senordnung von 50 1/s. die sich urn t 0 K erwiirmt, urn
sind.
eine Zone von rund 30 km2 auf der Temperatur des
Wassers zu halten oder, besser gesagt, urn den ent-
Wegen des geologisch und hydrogeologisch komplexen
Aufbaus der Piora-Mulde ist es verstandlich, dass die
sprechenden Wiirmezufluss ganzlich abzufuhren.
wirkliche Stromung dem theoretischen Bild einer PotenBekanntlich sind im Gebiet des Ritoms verschiedene
tialstr6mung nur bedingt entsprechen kann. Am ehesten
Wassereinsickerungen, einschliesslich der Verluste des
soil man sich vorstellen, dass sich das Wasser minde-
Staubeckens selbst zu verzeichnen. Nach einer von Dr.
stens teilweise auf priiferentielle Wege wie Karstkanale
T. Schneider
aufgestel~en
Bilanz versickern in diesem
konzentriert.
Gebiet etwa 400 1/s im Jahresmittel. Wassereintritte
k6nnen z.B. beim Lago Tom, beim Ri dei Calcestri und
Es gibt hingegen keinen Grund, zu glauben, dass die
bei der Murinascia Grande von Auge mit Leichtigkeit
warmestrOmung im Gebirge, im Grossbereich, vom
beobachtet
Farbversuchen
theoretisch errechneten Verlauf wesentlich abweichen
konnte festgestem werden, dass das Wasser sowohl
wird. Auch kann man sich vorstellen, dass sich in der
nach Westen gegen das Canaria-Tal hin als auch nach
Natur ein thermischer Gleichgewichtszustand eingestellt
Osten gegen das Brenno-Tal abwandert. Nur dieses
hat, da der Wasserdurchfluss durch die Piora ja seit
letzte Wasser interessiert aber den Gotthard Basis-
etlichen Jahrtausenden existieren dUrfte. Der zweimali-
werden.
Aufgrund
von
ge Aufstau des Rrtomsees in diesem Jahrhundert mag
Tunnel (Bild 6).
wahl zu einer leichten Erhohung der Wassermenge und
Man kann sich eine Art Wasserscheide im Gebirge vor-
zu einer kleinen Veranderung des Warmefeldes gefOhrt
stellen. Dabei ist es gar nicht gesagt, dass es sich urn
haben, die aber nicht massgebend sein konnen.
eine feste Grenze handett. Vielmehr ist es eher als eine
Gleichgewichtslimrte zwischen zwei wassergesiittigten
Eine erste Aufgabe besteht somit darin, jene Randbe-
Bereichen zu verstehen. Diese Grenze kann daher von
dingungen zu ermitteln, die ein thermisches Feld auf-
beiden Seiten her hydraulisch beeinflusst warden.
recht erhalten, das dem
Abdichtungsarberten im Bereich des Ritomsees und
ser gewahrleistet und die Vorhersage der Wassermenge
dessen Zuflussen durch die Kraftwerksabteilung der
urn so genauer, je mehr Ergebnisse von Temperaturw
festgestel~en
Zustand ent-
spricht. Die Obereinstimmung is! sicherlich urn so bes-
SBB wurden sich zum Beispiel fUr den Tunnelbau sicher
messungen im Gebirge vorliegen. Zur Zert sind die
gUnstig auswirken. Es ist ja klar, dass nicht nur der
Temperaturen im wesentlichen ja nur auf H6he des
Wasserdruck, sondern auch die allenfalls zufliessenden
Sondierstollens und entlang desselben bekannt.
Bild 6: Hydrogeologisches Liingenprofil der Piora nach Dr. T.R. Schneider, Geologe
Vol Conaria
Voile Pioro
Pizzo Colombe
Voile Santo Mario
Voile di Bienia
mu.m
Logo FIJlom
""'
'""
(Acquotolda)
"""
""'
"""
4
S
~m
107
Zur VorabkUirung der Verht:iltnisse wurden einige Warmeabftussberechnungen unter verschiedenen Annah-
5.
Drainage und Abdichtung des
Tunnelabschnittes
men durchgefOhrt. lm Bild 7 is! ein Fall des Temperatur-
Die heute iiber die Piora-Mulde zur Verfiigung stehen-
feldes fur die zwei letzten Kilometer Sondierstollen ge-
den lnformationen beziehen sich im wesentlichen auf
zeigt, das sich auf eine Grenzannahme iiber den Was-
Oberflachenaufschliisse und auf erste Daten auf Hohe
serverlauf bezieht. Sie nimmt einen gleichmiissigen
des Sondierstollens. Bis direkte Messergebnisse auf
Durchfluss, verteilt iiber die ganze Hohe der Piora-
Kote des Bahntunnels vorliegen, mUssen obige Daten
Mulde an.
somit nach unten extrapoliert werden. Es ist ein vorsichtiges Vorgehen, bis auf weiteres anzunehmen, dass
Die benotigte Wassermenge, um das gemessene Tem-
Shnliche Verhaltnisse wie auf Stollenkote auch unter-
peraturfeld aufrechtzuerhalten, variiert in der Grossen-
halb derselben bis auf Tunnelniveau vorliegen
ordnung von 30 lis bis 60 lis, ja vielleicht bis 100 lis, je
nach getroffenen Annahmen. Die nach Bilanz in Ost-
Sollie sich aber erweisen. dass mrt der Tiefe unter dem
Richtung vermutlich abfliessende Wassermenge steht
Sondierstollen die Temperatur rascher zunimmt als der
nicht im Widerspruch zu diesen Zahlen'
geothermischen Tiefenstufe entsprechend, konnte man
daraus schliessen, dass der Wasserdurchfluss sich auf
Aus diesen Oberlegungen und Vergleichen werden An-
hOhere Koten konzentriert. Vorliiufig wird aber diese
haltspunkte abgeleitet warden konnen im Hinblick auf
Moglichkert nicht beriicksichtigt.
die zu erwartenden Wassereinsickerungen im Bereich
der Kreuzung der Piora-Mulde durch den Tunnel. Be-
Vorderhand soli angenommen werden, dass selbstver-
sagle Untersuchungen sind selbstverstandlich noch im
stiindlich auf TunnelhOhe Wasserdriicke in der Hohe
Gange und werden fortlaufend verfeinert werden kon-
von 135 bar vorkommen, entsprechend der grosseren
nen.
Tiefe gegeniiber dem Sondierstollen, sowie dass eine
relativ grosse Durchliissigkeit des Gebirges weiterhin
vorhanden ist.
Bild 7: Simulation des Temperaturfeldes im letzten
Abschnitt des Sondierstollens
Nun besteht bei Wasservorkommnissen im Tunnelbau
grundsiitzlich die MOglichkeit, das Wasser abzuleiten
oder zu verdrangen. Anders gesagt kann man
- das Gebirge drainieren oder
- das Gebirge abdichten. aber
- als Regel eine Kombination von beiden Methoden
anstreben.
Wegen der hohen Wasserdriicke muss die Abdichtung
in der Felsmasse selbst stattfinden. d.h. sie kann nicht
oberfliichlich erfolgen, etwa durch eine dichte Haul. Dies
wOrde zu enormen, nicht vertretbaren Sta.rken einer
inneren Betonauskleidung tuhren.
Ein Abdichten der Felsmasse geht in der Regel mit einer
Verfestigung derselben einher. Eine solche Verfestigung
triigt zur dauerhaften Bildung eines Tragringes im Fels
bei, was bei den hohen Oberlagerungen bekanntlich
unerlasslich ist. Die Funktion der Drainage kann hingegen eine provisorische - zur Erleichterung der Bauaus-
fOhrung- oder eine definitive- zur Entlastung der Trag-
108
konstruktion - sein, diese besteht ja aus dem Felsring
fiihrt die Verminderung des Wasserdruckes bei sons!
und dem Ausbau.
gleich bleibenden totalen Spannungen zu einer Erhohung der effektiven Spannungen, somH zu einer Konso-
Beziiglich der MoglichkeHen, eine Felsmasse abzudich-
lidierung des Gebirges, denn die Tragfiihigkeit der
ten oder zu konsolidieren, bestehen heutzutage ver-
Felsmasse erhoht sich mH den effektiven Spannungen.
schiedene neue Methoden. Es konnen unter anderem
Zum andern findet eine Spannungsumlagerung stall.
die folgende Verfahren erwiihnt werden:
Stark gekliiftete, wasserfiihrende, somH in der Regel
- Kunstharzinjektionen
schwiichere Felsmassen warden entlastet, wiihrend
- sehr hohe lnjektlonsdriicke (Hunderte von Bar)
weniger gekliiftete, somit wenig wasserfiihrende und
- Verdrangungsverfahren
festere Felsmassen, die sich eben der erwahnten Set-
- Jet-grouting.
zung widersetzen warden, mehr belastet warden. Insbesondere bei Wechsellagerungen der Gesteine wie in der
lhre AnwendbarkeH hiingt unter Umstiinden auch von
Piora wirkt sich die Spannungsumlagerung besonders
einer vorgiingigen Reduktion des Wasserdruckes oder
giinstig aus. Bis zu einem bestimmten Punkt kann dies
der durchsickernden Wassermengen ab. Es steht aus-
mH einer 'Silowirkung' verglichen warden, wo die festere
ser
Zwe~el,
dass sich die Durchorterung der Piora-
Zone der Wand des Silos gleichzustellen ist (Bild 8).
Mulde sowohl auf Drainage wie auf Felsabdichtungen
und Konsolidation wird abstellen mUssen. Dies ist sicher
Weiler vermindert sich auch der Druckgradient und
nicht weHer erstaunlich. Offen ist eigentlich nur die Fra-
somit die hydraulische Stromungskraft gegen den Hohl-
ga, in welchem Ausmasse beida Eingriffe stattfinden
raum entsprechend. Der Fels-Tragring und vor allem die
sollen.
Vortriebsbrust warden deutlich entlastet.
Bis aile nO!igen Daten zur Verfiigung stehen warden,
muss eine selbst unter den ungiinstigsten Bedingungen
mach bare Losung ausgearbeHet warden. Spater warden
sehr wahrscheinlich auch giinstigere Losungen in Frage
kommen konnen, und zwar auch im Zusammenhang mit
Bild 8: Spannungsumlagerung durch Drainage in nicht
homogenem Gebirge
Beaeere
einer mehr oder weniger intensiven Drainierung des
Gebirges selbst. Hauptzweck des Sondiersystems und
n<
"E">
der entsprechenden Untersuchungen ist eben, die Unterlagen zu liefern zur ErmHtlung der optimalsten Lo-
Schlecht.re
welchere
Felezone
n>
stelfere
Felszone
Beeeere
etelfere
Felnone
n<
"E">
"E"<
k>
k<
23Q9m
m.l.l.M
sung fiir die Durchorterung der Piora.
"----- ----
Schematisches Profil
k<
_!B_iD~--
Terrelnoberfllche
UrsprQngllcher
Grundwaaeersplegel
Beziiglich der Drainage stellen sich selbstverstiindlich
verschiedene Fragen: Soli man sich mit einer rein loka-
'
len Druckabminderung urn den Hohlraum herum zufrie-
Abgeeenkter
Grundwtleeersplegel
v
-460m
den geben? Soli eine weHerreichende Druckabminde-
Gotthard-Baslstunnel
rung angestrebt warden? 1st eine allgemeine Absenkung
des Grundwasserspiegels erwiinscht und moglich? Wo
liegt das Optimum? Wo sind die Grenzen des Machbaren? Diese Fragen konnen heute noch nicht abschliessend behandelt werden. Die laufenden Versuche sollen
Spennungsvertellung
die Antwort liefern.
In vertlkaler Rlchtung
FUr den Bau des Tunnels selbst kann die Verminderung
L.c0!!Il!L-""i....JTotala Spannung
des Wasserdruckes selbstverstandlich nur von Vorteil
sein, und dies aus verschiedenen Grunden: Zum einen
{JV£AT
109
Aus diesen Ober1egungen heraus wUrde ich mir fUr die
u.M. liegt, d.h. mindestens rund 500 m unter der Ter-
Piora somit einiges versprechen aus einer eingehende-
rainoberfliiche von 2300 m ii.M. Beriicksichtigt man
Grundwasserab~
einen StrOmungsverlust nach unten, so kOnnte der na-
senkung als sonst iiblich beim Tunnelbau. Dies alles
tiirliche Wasserspiegel wohl ein wenig hoher liegen als
unabhiingig davon, dass damit die lnjektion des drai-
gesagt, aber immer noch we it entfernt von der Terrain-
ren Wasserdruckverminderung oder
nierten Gebirges um einiges Ieichter
fiil~
als die des
unter hohem Wasserdruck stehenden.
oberflache. Eine Veranderung des Grundwasserspiegels in der Gegend der Piora bliebe somit ohne Einfluss
auf die Umwelt. Das Wasser wUrde einfach, wenn ich so
An sich sind grundsatzlich aile Moglichkerten often,
sagen dart, etwas Ianger im 'Freifall' nach unten versik·
angefangen von der lnjektion gegen vollen Wasserdruck
kern (Bild 9).
als auch von einer lnjektion im vOIIig entwasserten Ge-
birge. In diesem letzten Fall kiime auch ein JettingVerfahren in Fraga.
lch mochte aber noch auf einen besonderen Umstand
aufmerksam machen. Seit dem Fall 'Zeuzier' ist bekannt, dass eine Grundwasserabsenkung auch in Felsgebirgen zu Setzungen fiihren kann, die sich allenfalls
bis auf die Oberflache bemerkbar machen. Diese Er-
6.
Tunneldralnage und Umwelt
scheinung ist auch theoretisch bestens fundiert. Aus
An dieser Stelle sei, am Rande, eine Frage allgemeiner
Natur angesprochen. Zur Zeit werden Einwiinde gegen
ein allfiilliges Drainieren des Gebirges durch Tunnelbauten erhoben, und zwar im Sinne des
Umwe~chutzes.
diesem Grund sind auch Untersuchungen im Gang, um
eine allfallige Beeinflussung von iiber dem Tunnel liegenden Talsperren durch Grundwasserabsenkung abzuschiitzen und eine Beeintriichtigung ihrer Sicherheit
auszuschliessen.
Diese Sorge scheint aber nicht gerechtfertigt zu sein. Es
ware Ubrigens interessant, die Frage zu stellen, wieviele
der Hunderte Verl<ehrstunnels und sonstigen Stollen in
der Schweiz eine merkbare, nachteilige, in diesem Zusammenhang stehende Folge gehabt haben. Dabei
schliesse ich das allfiillige Versiegen oder Verschwinden von Ouellen oder sonstigen Wasserausst6ssen
Bild 9: Allfiillige Absenkung des Grundwasserspiegels in
der Piora-Mulde
- 2300 m.O.M.
Terrainoberfllche
~-
••
aus, was ein Problem anderer Art ist.
Es is! davon auszugehen, dass aile (oder fast aile) unterirdischen Bauten uber kurz oder lang eine mehr oder
weniger weitreichende Absenkung des Grundwasser-
spiegels verursacht haben, und dass bei sehr vielen
davon die Wirkung seit Jahrzehnten waiter besteht.
Eine Absenkung des Grundwasserspiegels kann sich
nur dann nachteilig auf die Vegetation, also die
Umwe~.
auswirken, wenn das Grundwasser im Naturzustand
direkt mit der Vegetation in Verbindung steht, so etwa
bei Mooren, nicht aber wenn es ohnehin von jeher viel
Iiefer liegt als die Einflusszone der Vegetation.
Der gemessene Wasserdruck von 100 bar in der Piora~
Mulde auf Hohe des Sondierstollens besagt, dass ein
statischer Grundwasserspiegel etwa auf Hohe 1800 m
110
+ f
.
• •
•
f
~
'
Baumathoda
7.
Aus all diesen Oberlegungen wurden Baumethoden fur
die Durchquerung der Plora-Mulde entwickett; sie warden zur
Ze~
verfeinert. Sie sind jedoch nicht Gegen-
stand der heutigen Ausfuhrungen. Aber man kann sagen, dass zur
Ze~
eine machbare Uisung vorliegt; sie
besteht aus einer Kombination von lnjeklionen und
Drainagen:
- Durch einen ausseren lnjektionsring wird ein erstes
Traggewolbe erstellt und eine Verringerung der
Durchlassigkeit des Gebirges angestrebt.
- Die durchsickernde Wasserrnenge wird durch einen
Drainageschleier abgele~et.
- Ein innerer lnjeklionsring nimmt den verbleibenden
Gebirgsdruck auf.
- Zuletzt kommt selbstverstiindlich die lnnenschale.
Die Erkenntnisse, die aus dem Sondiersystem Piora
gewonnen warden konnen, sollen ausgenU!zt warden,
urn besagte Uisung zu optimieren. Es geht dabei im
wesentlichen darum. die Moglichkeiten der Drainierung
des Gebirges zu iiberpriifen als auch die durch verschiedene Injeklionsmethoden erreichbaren Festigkeiten und Durchliissigkenen des behandetten Materials zu
ermitteln.
Die benotigten oder erwiinschten Erkenntnisse beziehen sich ausser der Geologie und der Hydrogeologie
auf die moglichst genauen Kenntnisse felsmechanischer
Eigenschaften der zu durchorternden Formationen, und
zwar im Natur- und im behandelten Zustand. Auch diesbeziiglich sind Untersuchungen vorgesehen.
Eine sehr einfache Angelegenheit wird die Durchorterung der Piora-Mulde auf kelnen Fall sein. Allerdings
bezieht sich diese Aussage im wesentlichen auf die
Zone des zuckerkornigen
Dolom~.
Man dart ruhig wie-
derholen, dass es sich, im Verglelch zur Tunnellange,
urn eine sehr kurze Stracke handel!.
Die Kosten der Durchiirterung miissen somit im Rahmen des gesamten Kostenvoranschlages beurtein warden.
111
AlpTransit: Standortbestimmung aus der Sicht des
Bundesamtes fur Verkehr
Peter Testoni, Bern
1.
Elnlaltung
Wenn wir von der NEAT sprechen, betrachten wir den
lch versuche eine sachliche Standortbestimmung Miirz
1997 mit einem Blick zuriick und einen Ausblick in die
Zukunft zu geben. Das Gesamtvorhaben NEAT befindet
sich in einer ausserordentlich schwierigen und gefah·
lnbetriebnahmehorizont 2005 sowie 2010. Mit einem
Seitenblick miissen wir auch die Periode vorher, also
heute bis 2005 sowie die Ubergangslosung (Huckepack·
Korridor, rollende Autobahn) betrachten.
renvollen Kurve. Damit wir rasch und ohne Schadan
durch diese Kurve kommen, braucht es ein fahrtiichtiges
Gefiihrt- die redimensionierte NEAT -, hervorragende
Piloten - Bauherren und Aufsichtsbehorde - und eine
2.
Bllatarale Verhandlungen
einzigartige Fahrtechnik - die lenkenden politischen
Die bilateralen Verhandlungen mit der EU im Landver·
Behorden. Nehmen wir die Kurve nicht richtig, konnte
kehr sind ein Kerngeschiift unserer
Verkehrspol~ik.
Es
dies heissen, iiber den Rand hinausfahren, Teil- oder
geht darum, die Ablosung des Transitabkommens vor-
Totalschaden erleiden; das Projekt konnte iiber Jahre
zubereiten und die schweizerischen Verkehrsanliegen
verzogert werden, und es droht ein Neubeginn. NEAT,
mit der EU abzustimmen. Konkrete Ziele bestehen dar-
BAHN 2000, TGV-Anschliisse und Liirmschutz stellen
in:
ein enormes Arbeitspotential der niichsten 20 Jahre fiir
- den freien Marktzugang im Strassenverkehr zu ver·
Planer, Unternehmer und Lieferanten dar. Es warden
nicht nur mehrere zehntausend Arbeitspliitze geschaf·
fen, sondern auch neue Technologien entwickett. Diese
bilden ein zukiinftiges Exportpotential fiir die Bauindu-
wirklichen
- eine technische Harmonisierung vorzunehmen,
in~
klusive Gewichtslimite
- den freien Marktzugang auf der Schiene und dadurch
mehr Wettbewerb einzufiihren
strie.
- und fur den Alpenraum eine koordinierte Politik in
lch mochte Ihnen die Ziele der NEAT in Erinnerung
rufen.
M~
der NEAT schaffen wir den Anschluss an das
internationals Personen- und
den Bereichen Kostenwahrheit, Fiskalitiit und Infra·
strukturen zu definieren.
Giiterverkehrshochlei-
stungssystem. Unsere Bahnen sind iiberaltert; ihre In·
frastruktur wird zwar sukzessive modemisiert, stammt
aber zu grossen Teilen aus der Jahrhundertwende. Wir
Zusammenhiinge und Ziele
wollen eine Umlagerung des Giiterverkehrs von der
Strasse auf die Bahn. Unsere Randgebiete Wallis und
Tessin so lien in das Netz der BAHN 2000 eingebunden
warden. Wir wollen eine umwettgerechte Uisung unse·
rer Verkehrsprobleme.
Die NEAT kann und darf nicht isoliert und losgelost vom
finanziellen und verkehrspolitischen Umfeld betrachtet
warden. lch mochte sie auch immer wieder in diesen
Zusammenhang stellen.
113
Die 'Knackniisse' des Dossiers bestehen insbesondere
in der Frage der Gewichtslimite und der Strassenfiskalitat. Die Schweiz ist bereit, die Gewichtslimite schrittwei-
4.
Alpenlnltlatlve
m~
knapper
Die Umsetzung des Alpenschutzartikels ist ein
we~eres
Die Alpeninitiative wurde am 20.2.1994
Mehrheit angenommen.
se anzuheben, falls gleichzeitig Fiskalmassnahmen auf
der Strasse getroffen werden konnen.
Kerngeschaft. Ein Entwurf fiir die Vemehmlassungsvorlage ist gegenwartig in Amterkonsuijation; der Bundesrat sollte noch im zweiten Quartal 1997 uber die VerBahnreform
3.
nehmlassungsvorlage befinden. Anschliessend wird die
Mehr Effizienz im offentlichen Verkehr ist gefragt. Die
Botschaft erarbeitet und in den Kommissionen und im
schweizerische Bahnreform stellt aus unserer Siehl ein
Parlament 1998 dariiber beraten.
Schliisselelement fiir die Zukunft einer iiberlebensfahigen, modemen Bahn dar. Langfristig gesehen soli en
Der Alpenschutzartikel beinhaltet das Ziel der Verkehrs-
lnfrastruktur und Betrieb organisatorisch getrennt wer·
verlagerung und bring! die Verknupfung aller Kemge-
den.
sch8fte in einer einzigen Vorlage am deutlichsten zum
Ausdruck. Das Konzept der Umsetzung basiert einerDie Bahnreform hat folgende Hauptziele:
seits auf einem 'Puii-Faktor':
- Steigerung der Effizienz des offentlichen Verkehrs
- Es soli eine produktive, leistungsfahige rollende Au-
- Ausschopfung des Marktpotentials
tobahn angeboten warden, urn den Verkehr auf die
- Zuordnung der politischen und unternehmerischen
Schiene zu ziehen; die Lotschbergachse bietet dafiir
Verantwortung
- Beriicksichtigung des europaischen Umfelds
einen 4-Meter-EckhOhen-Korridor.
- Fiir ein kostengiinstiges Bahnangebot und die Verlagerung von rund 1 Million LkW pro Jahr sind neue
In einem ersten Reformschritt sind folgende Massnah-
Kapazitaten - Stichwort NEAT - und
men vorgesehen:
steigerungen der Bahn notwendig.
- organisatorische und rechnerische Trennung von
lnfrastruktur und Betrieb
- Bestellprinzip fiir aile Verkehrsarten
Produktiv~ats
- Ein zentrales Anliegen der EU ist es, den heutigen
Umfahrungsverkehr auf die Schweiz bzw. auf diese
rollende Autobahn zuriickzuverlagern.
- Liberalisierung des Giiterverkehrs
- Netzzugang (free access)
Auf der anderen Seite ist ein 'Push-Faktor' enthalten:
- Entschuldung der SBB
der Verkehr soli von der Strasse auf die Schiene gestos-
- neue Rechtsform der SBB
sen warden:
- bisheriges Personalrecht, aber Revision des Beam-
- Eine
tenrechtes des Bundes (auch SBB)
leistungsabhangige
Schwerverkehrsabgabe
(LSVA) ist als Sockelabgabe zur Umsetzung zu betrachten.
Der Bundesrat hat die Botschaft dazu im Spatherbst
- Eine zusatzliche Alpentransitabgabe (ATA) belastet
1996 verabschiedet. Die Kommission fiir Verkehr und
die vier Hauptalpeniibergange; sie ist an den einzel-
Fernmeldewesen des Standerates wird das Geschaft
nen Ubergangen unterschiedlich hoch.
demnachst auf ihre Traktandenliste setzen. Das Ziel des
- Dadurch wird die Strasse teurer als das Angebot der
EVED ist es, die Reform auf anfangs 1998 in Kraft zu
rollenden Autobahn, womit der Effekt der Verlage-
setzen und den heutigen Leistungsauftrag an die SBB
rung erreicht warden kann.
durch eine neue Leistungsvereinbarung zwischen Bund
und SBB abzulosen.
114
1. Pull
(
EU/CH
2.Push
)
C-.__c_H_..J)
,-----
~6
Ji
r--
......
Hochproduktlve RA
durch die Sch\wlz zu
/
tieferen PreiHn ala
die Um-lahrt iiber
1-11
>-1
rJ
Ia
i'
¢
Fund A.
Flakalabgaben
.
:IlL
-
Umsetzungsstrategie
Alpenschutzartikel.
Lettgedanke:
Bahnangebot so gut
wie m6glich,
Fiskalabgaben so
hoch wie nO!ig
I
-
:~·-• . tJJ ...
....... Pli.l)•""''
5.
Schwerverkehrsabgabe
6.
Ein wetteres Hauptinstrument der schweizerischen Ver-
Botschaft iiber Bau und Flnanzlerung der
lnfraatruktur des otlentllchen Verkehrs (FoV)
kehrspolitik bildet die leistungsabhangige Schwerver-
Mehrere Faktoren fiihrten anfangs 1995 zum Auftrag
kehrsabgabe {LSVA), welche die pauschale Schwerver-
des Bundesrates, die Finanzierung der Grossprojekte zu
kehrsabgabe (PSVA) ablosen wird. Auch hier hande~ es
iiberpriifen. Ausschlag gab die von Coopers & Lybrand
sich urn einen Verfassungsauftrag, den das Volk am
durchgefiihrte Studie iiber die betriebswirtschaftliche
einen er-
Rentabiittat der NEAT. Die Wirtschaftlichkettserwartun-
sten Schritt dar, urn die Kostenwahrheit umzusetzen.
gen waren schlechter als 1992 angenommen. Daneben
20.2.1994 angenommen hat. Die LSVA
stel~
Der Bundesrat hat die Botschaft dazu im Herbst 1996
kumulierten sich verschiedene andere Elements, unter
verabschiedet. Die Kommission fiir Verkehr und Fern-
anderem die drastische Verschlechterung der Bundesfi-
meldewesen des Stlinderates ist bereits auf die Vorlage
nanzen, die Kumulation verschiedener Verkehrsprojekte
eingetreten und nimmt demnachst die Detailberatung
und neue technische Entwicklungen (Neigezuge, lange
auf. Die LSVA ersetz1 die bestehende pauschale Abga-
schwere Ziige). Der Bundesrat beauftragte im Friihling
be und liisst sich durch folgende Punkte charakterisie-
1995 eine Arbettsgruppe des Bundes {AG Gygi - Friedli)
ren:
mtt der Oberarbeitung der Finanzierung der Grosspro-
- Sie dient der Deckung der Wegekosten und der un-
jekte des iiffentlichen Verkehrs. Neben der Finanzierung
sollten die Priorttiiten neu festgelegt warden. Es handel!
gedeckten externen Kosten
sich urn die Projekte BAHN 2000 1. und 2. Etappe,
- Sie erfasst aile Fahrzeuge iiber 3,5 Tonnen
- Sie wird auf dem gesamten Strassennetz erhoben
NEAT mtt Gotthard-, LO!schbergachse und Integration
- Es ist eine distanz- und gewichtsabhiingige Abgabe
Ostschweiz, Anschluss der Westschweiz an das TGV-
- lm Gesetz soli ein Mindestsatz von 1,6 Rappen pro
Netz und Liirmsanierung der Netze SBB und KTU. Der
Tonne und Kilometer und ein Maximalsatz von 3
gesamte Kostenrahmen der betrachteten Projekte be-
Rappen festgelegt warden.
trag! rund 30 Milliarden Franken, Kostenstand Januar
- Das Bundesgesetz ist bewusst often
geha~en
und
liisst dem Bundesrat Spielraum.
1995. In diesen Kosten wurde fiir die NEAT-Projekte
erstmals eine Kostenreserve von 15%, d.h. 450 Millio-
- Die Einfiihrung soli schrtttweise eingefiihrt und erhOht
nen Franken am liitschberg und 1,1 Milliarden Franken
warden; ein erster Schritt wird voraussichtlich im Jahr
am Gotthard in die Finanzierung eingeschlossen. lm
2001 moglich sein.
Rahmen der Oberpriifung wurde eine ganze Reihe von
Finanzierungsquellen gepriift. Aus der grossen Anzahl
von Ouellen passierten nur wenige das Sieb der Krtterien: hohe Ergiebigken, rasche Verfiigbarken und eine
115
Lenkungswirkung, d.h. Umlagerung von dar Strasse auf
strecken wieder ins Paket autgenommen. Dies becleute-
die Bahn. Es wurde ebenfalls die Moglichkeit einer pri-
te eine Erhohung der Gesamtkosten von 30,2 aut
vaten Finanzierung uberprOfl, aber verworten. 'Ein un-
35 Milliarden Franken. Auf dar Finanzierungsseite wur-
rentab/es Projekt ist noch nie durch eine private Finan-
de die Verschuldung von 25% beibehalten. Die
zierung rentabel gewordent• lm Laute des Jahres 1996
stoffzollerhohung wurde aut maximal 10 Rappen be- ·
erarbe~ete
grenzt. Die leistungsabhiingige und pauschale Schwer·
das BAY gemeinsam
m~
dar eidgenossi-
schen FinanzverwaHung die Botschaft iiber Bau und
verkehrsabgabe sowie der Treibstoffanteil von 25% der ,
Finanzierung dar lntrastruk1ur des otfentlichen Verkehrs.
NEAT-Kosten wurden unveriindert beibehalten. Die ·
lhre Hauptelemente sind aut dar Finanzierungsseite:
Finanzierung soli in Form eines Fonds gebracht warden. '
- ein Verschuldungsanteil von 25% dar Gesamtkosten
- eine Treibstofferhohung von maximum 10 Rappen
Ab Januar 1997 beschaftigt sich die KVF des Nationalrates mit dar Vorlage. Erste Sitzungen Ianden im Januar
pro Liter
- dar Beibezug dar leistungsabhiingigen Schwerver-
und Februar stall, die niichsten warden im April stattfinden. Die KVF-NR wahHe einen neuen 'approach'. Sie
kehrsabgabe ab ca. 2001
- in der Zwischenze~ dar Beibezug der pauschalen
konzentrierte sich bisher auf die Frage der Finanzierung. In einem ersten Schritt wurde der Umtang des
Schwerverkehrsabgabe mit Verdoppelung
- dar Treibstoftanteil von 25% an die NEAT-Kosten
Gesamtpaketes abgegrenzt. Er ist gleich wie im Standerat, d.h. begrenzt aut die Grossprojekte NEAT, BAHN
Die Gesamtkosten betragen 30,2 Milliarden Franken.
2000, TGV-Anschliisse und Liirmschutz. Aut der Ein·
Auf dar Projektseite befinden sich die erwiihnten Projek-
nahmenseite wurden neue LOsungen diskutiert. In einer
te BAHN 2000, NEAT, TGV und Liirmschutz.
ersten Lesung wurde eine Finanzierung mit dar leistungsabhangigen Schwerverkehrsabgabe, einer Alpentrans~abgabe,
lnvestitionskosten gemiiss Botschaft (Preisstand 1995)
lnvastltlonskosten
Werke
netto
Zuschlag
Total
Mrd.Fr.
%
BAHN 2000 1.+2. Etappe
13.40
0%
0.00
13.40
einer Verschuldung von 25% und einer
Deckung von 25% der NEAT-Kosten aus Treibstoffzollen beschlossen, d.h. ohne 10 Rappen Treibstoftzollerhohung. Auch die KVF-NR beschloss eine Finanzierung
durch eine Fondslosung. Noch nicht entschieden ist das
ganze Entscheidvertahren. Sollen die Entscheide uber
Uitschberg
2.98
15%
0.45
N
Etappierung und Bau durch den Bundesrat gefasst war-
Gotthard, Ceneri, Surselva
7.27
15%
1.09
den? Sollen sie durch eintache oder verbindliche Bun-
E
Projektaufsicht
0.07
15%
0,01
A
Streckenausbauten
0.51
15%
0.08
Parlament in einer weiteren Phase iiber die jeweiligen
Zimmerberg
0.72
15%
0.11
Verpflichtungskredite entscheiden miissen. Bei dar Fra-
SOB/BT/SBB KD Ill
0.08
15%
0.01
TGV-Anachlusa
1.20
0%
0.00
1.20
Lirmsanlerungen
2.25
0%
0.00
2.25
T
TOTAL
13.38
desbeschlusse gefasst warden? In jedem Fall wird das
ga der Befristung entschied die KVF-NR, die Befristung
1.75 30.23
bis zum Aloschluss dar Projekte festzusetzen.
Die erwilhnten Entscheide stammen aus einer ersten
Lesung und sind als Vorentscheide zu betrachten. Die
weiteren Beratungen ab April werden zeigen, welche
Am 26. Juni 1996 verabschiedete der Bundesrat die
Vorlage dem Plenum des Nationalrates unterbreitet
Botschaft FoV zuhanden dar Kommissionen fur Verkehr
warden soli. Dies wird wahrscheinlich triihestens in der
und Femmeldewesen (KVF) und des Parlamentes. Die
Sommersession 1997 geschehen. Es ist anzunehmen,
Erstkommission (KVF-SR) behandeHe die Vorlage zwi-
dass aus heutiger Siehl Differenzen mit den Entschei-
schen August und November 1996. Der Standerat ver-
den des Standerates entstehen warden und somit eine
abschiedete die Vorlage am 9./1 0. Dezember 1996. Auf
Ditterenzbereinigungsrunde ertorderlich sein wird. Aus
der
Projektse~e
blieben die vier Hauptelemente baste-
hen, allerdings wurden die redimensionierten Zulauf-
116
heutiger Sicht konnte dies im Herbst 1997 ertolgen.
7.
Projektiiberslcht NEAT, BAHN 2000, Liirm, TGV
Die Hauptelemente gemiiss der Botschaft iiber Bau und
Die Projektkosten belaufen sich auf ca. 7,5 Milliarden
Franken (Preisbasis Januar 1995).
Finanzierung der lnfrastruktur des 6ffentlichen Verkehrs
vom 26. Juni 1996 sind:
7.3 BAHN 2000 2. Etappe
7.1
Wertere Forderung und Stiirkung des 6ffentlichen Ver-
Redlmenslonlerte NEAT
kehrs nach lnbetriebnahme und als Weiterentwicklung
L6tschberg (ca. 3.43 Mllllarden Franken,
lnbetrlebnahme lm Jahr 2006)
der ersten Etappe von BAHN 2000. Das Schwergewicht
- Teilweise eingleisiger Basistunnel mrt Anschliissen
an die bestehenden linien in Fru1igen und im Raum
Aaron I Baltschieder (Liinge ca. 36 km) sowie den
liegt in denjenigen Marktbereichen, in denen dannzumal
der gr6sste Mangel vorherrschen wird. Die Planung soli
flexibel und modularartig erfolgen. lm Vordergrund steht
die Optimierung von organisatorischen und technischen
Zwischenangriffen in Mitholz. Ferden und Steg;
Massnahmen. lnfrastrukturmassnahmen warden dann
ergriffen, wenn die Angebotsziele nicht anders erreicht
Gotthard (ca. 8.36 Mllllarden Franken,
lnbetrlebnahmelriihestens lm Jahr 2008)
- Zwei
eingleisige
Basistunnelr6hren
werden konnen (z.B. neuer Juradurchstich).
(Liinge
ca.
57 km) mit Anschlussen an die bestehenden linien in
den Riiumen Erstfeld und Biasca sowie den Zwi-
Die Projektkosten werden auf ca. 5,9 Milliarden Franken
geschiitzt (Preisbasis Januar 1995).
schenangriffen in Arnsteg, Sedrun und Faido (Sondiersystem Piora) sowie Ausbauten in der Surselva
(RhB I FO).
7.4 TGV-Anschluss dar Westschwelz
- Doppelspurtunnel Ceneri mit Anschliissen an die
Der Bund wirkt auf den Anschluss der Schweiz an das
bestehenden linien in den Riiumen San Antonino
franzosische TGV-Netz hin, indem er den Bau und die
und Lugano sowie dem Zwischenangriff Sigirino.
Modernisierung der Stracke Gent - Macon sowie den
verbesserten Anschluss von Basel an die zukiinftigen
linien TGV-Rhin-Rhone und TGV-Est anstrebt. Des
Integration Ostschwelz (ca. 0.92 Mllllarden Franken,
lnbetrtebnahme lm Jahr 2007)
werteren wirkt er auf die Realisierung von besseren
- Doppelspurtunnel Zimmerberg mrt Anschliissen an
Verbindungen nach Frankreich zwischen Basel und
den Doppelspurtunnel Zurich-Thalwil (BAHN 2000)
Gent sowie uber die Simplonstrecke nach Italian hin.
und an die bestehende linie im Raum Litti (Baar).
- Redimensionierte Ausbauten auf der Stracke
St. Gall en - Pfiiffikon (SZ).
Die Projektkosten warden mit ca. 1,2 Milliarden Franken
eingesetzt (Preisbasis Januar 1995).
7.2 BAHN 2000 1. Etappe
7.5 Liirm
Verwirklichung des Angebotskonzeptes (hiiufiger, ra-
Das EVED wurde beauftragt, in Zusammenarbert mit
scher, direkter und bequemer) mit Knotenprinzip und
dem EDI und dem EFD bis Ende 1997 unter Beriick-
Stundentakt. Gebaut wird nur dort, wo es das Knoten-
sichtigung der Empfehlungen der IDA-E eine Botschaft
prinzip n6tig mach!. Dies sind unter anderem:
betreffend die Liirmsanierung der Eisenbahn (Sanie-
- die Neubaustrecken Coppet - Geneva, Onnen -
rungskonzept, lnvestrtionsprogramm und Finanzierung)
StAubin, Vauderens · Siviriez in der Westschweiz,
- Mattstetten - Rothrist, Muttenz - liestal, Solothurn -
mit einem entsprechenden Sanierungsprogramm aus-
zuarbeiten.
lnkwil im Mittelland,
- der Knoten Zurich und die Neubaustrecke Zurich Thalwil.
Eine finanzpolitisch vertretbare netzweite Uirmsanie-
rung mit Schwergewicht auf der Sanierung des bestehenden Rollmaterials lass! sich in den niichsten 20 Jah117
ren realisieren. Sie erfordert einen Kreditrahmen von 2,3
Milliarden Franken (Preisbasis Januar 1995).
9.
Systemwahl, Slcherheltskonzept,
Llchtraumproflle
Die SicherheH der NEAT ist ein vordringliches
Zur Frage der Etappierung und der PriorHiit der Projekte
sowohl fUr die Bahnen als auch fUr die AufsichtsbehOr·
sind die HauptkrHerien fUr die Bewertung zu beachten.
de. Die Bahnen haben den Auftrag, ein umfassendes
Was auch immer gewiihtt (etappiert) wird, muss fUr eine
SicherheHskonzept fUr die NEAT zu erarbeHen. Es er-
Volksabstimmung mehrheHsfiihig sein.
giinzt im Sinn eines fortschreHenden Prozesses die
aktuellen Planungsschritte. Das heisst, fUr jeden Pia·
nungsstand - Vorprojekt, Auflageprojekt, Bauprojekte,
Aus!Uhrungsprojekt und lnbetriebsetzung - wird es an·
8.
Verfahren (Vorprojekt, Auflageprojekt,
Sachplan)
gepasst und erweHert. lm Prinzip tragen die Bahnen die
Verantwortung fUr die SicherheH der NEAT.
Die leHung und Durch!Uhrung der Plangenehmigungsverfahren gehoren ebenfalls zu den wichtigen Aktivnii-
Das BAV hat die Aufgabe zu Oberproten, ob die Bahnen
ten des Bundesamtes fUr Verkehr. Erstinstanzliche Ent-
ihre Verantwortung wahrnehmen. Die da!Ur geschaffene
scheide warden vom Vorsteher des EVED gefallt.
Projektorganisation
'Organisation
SicherheHsbericht"
(mit nationalen und internationalen Experten) steht unter
8.1
Gotthardachse
- Die erste Baubewilligung fUr den Zwischenangriff
Sedrun wurde Ende 1995 ertem.
der leHung der Abteilung Sicherheit. Organisatorisch
umfasst das Ganze ein Leitorgan, ein Projektteam, ein
Stabsorgan und eine Begleitkommission.
- WeHere Baubewilligungen fUr den Zwischenangriff
Amsteg warden im ersten Quartal 1997 und fUr Faido
im zweHen Quartal 1997 erwartet.
KrHische Bereiche sind unter anderem Entwiisserung,
liiflung, Rettung sowie Signalisierung.
- Die Verfiigungen betreffend Basistunnel, Portalbereich Bodie sowie die offene Stracke bis Giustizia
(Bodie) sollen in der zweiten Halite 1997 vorliegen.
Diese schwierige und heikle Aufgabe wird sachgerecht
und termingerecht losbar sein. Aus heutiger Siehl wird
das gewiihtte System 'Zwei Rohren ohne Dienststollen'
nicht in Frage gestem.
8.2 LOtschbergachse
- Die Plangenehmigung fur den Zwischenangriff Ferden ist fUr das erste Quartal 1997 vorgesehen.
10. Organisation, Bauherrenmodell
- Die Plangenehmlgung fUr den Abschnitt des Basistunnels Nord wird fUr Ende 1997 in Aussicht gesteltt.
Eine Reihe politischer Vorst6sse und internationals
- Die Plangenehmigung fUr den Abschnitt des Basis-
Vergleiche !Uhrten zu einem Auftrag des Departements-
tunnels SOd soltte anfangs 1998 erlassen warden
vorstehers EVED, die bestehenden Bauherrenmodelle
k6nnen.
SBB und BLS zu analysieren und alternativen Modellen
gegenOberzustellen.
Gagen die Verfiigungen kann beim Bundesgericht Beschwerde erhoben werden. Sie haben grundsatzlich
Die wichtigen Griinde der lnfragestellung sind:
keine aufschiebende Wirkung, es sei denn, sie werden
- lnternationale Vergleiche zeigen eine organisatori-
vom Bundesgericht von Amtes wegen oder auf Antrag
sche Ausgliederung von den Bahnen. Allerdings wer-
einer Partei hergestellt.
den die moglichen Betreiber (Bahnen) in verschiedenen Phasen stark eingebunden.
- Die MoglichkeH, privates Kapital in die Projekte einzubringen, bedingt eine rechtliche Verselbst8ndigung
der heutigen staatlichen Organisationen.
118
- Die Frage der Uberlastung der Bahngesellschaften
durch diase Grossprojekte wird immer wleder gestellt.
- Die Bahnen sind primiir Bahnbetreiber und nicht
Planungs- und Baugesellschaften.
Entwicklungsprognosen im Personen- und Giiterverkehr
gegenubergesteilt.
Die wichtigsten Ergebnisse und
Schlussfolgerungen sind:
- in den allerrneisten Fallen is! die NEAT betriebswirt-
- Die Frage dar Effizianz 'Bundasbetriaba' versus
'private Gesellschaften' wird immer wieder aufgewor-
schaftlich nicht rentabel.
-
Der Bau der NEAT ist mit einem hohen lnvestitions-
risiko verbunden.
fen.
- Ohne Varteuerung des Strassengutervarkehrs varlm Vordergrund stehen unter anderem Madelle mit einer
salbstiindigen, privatrechtiichen Aktiengesellschaft (Fi-
schlechtert sich die Wirtschaftlichkeit dar NEAT.
- Eine auf 10 Jahre befristete Etappierung dar NEAT
verbessert die Wirtschaftlichkeit nicht wesentlich.
liale der Bahnen) als Bauherren.
- Die Variante 'Lotschberg ailain' weist generell die
beste Wirtschaftiichkeit auf.
- Die Wirtschafllichkeit dar NEAT-Varianten mit Gotthard-Basistunnel wird von der Entwickiung des Per-
11. Wlrtschaftllchkeltsstudle
Der im Februar 1995 pubiizierte Bericht von Coopers &
Lybrand machte klar, dass die in der NEAT-Botschaft
von 1990 untarstellta Rentabiiitiit dar belden NEATAchsen mit grosser Wahrscheinlichkeit nicht zu erraichen ist. Dies fiihrte letztlich zur jetzigen Oberprufung
der NEAT und zur Ausarbeitung der FoV-Botschaft.
sonenverkehrsaufkommens stark beeinflusst.
- Die Wirtschaftlichkeit der NEAT-Varianten mit Uitschbarg-Basislinie wird stark von der Entwicklung des
Aufkommens der roilenden Autobahn beeinflusst.
- Die Kapazitatslimitan des bestehenden Schienennatzes und der NEAT werden zu einem spiiteren Zeitpunk! erreicht als in friiheren Planungen
Am 18. Februar wurde eine neue Studie iiber die Wirtschaftlichkeit veroffentlicht. Sie beruht auf einer rein
betriebswirtschaftlichen Betrachtungsweise. Die soziookonomischen Effekte, insbesondere auch die Verbesserung des Standortes Schweiz im internationalen
Kontext, werden nicht berucksichtigt. Es wurden fiinf
unterstel~
wurde.
- Eine Veriinderung der unterstellten Guterverkehrskapazitiiten hat keinen wesentlichen Einfluss auf die
Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsrechnung.
- Die NEAT erhoht Kapazitiiten und Produktivitiit im
alpenquerenden Schienenverkehr.
verschiedene Varianten untersucht und verschiedene
Variant& 1
"Netzvariante"
Variante 2a
"Gonh•rd Prio"
G
G
13.9 Mrd. Fr.
13.3 Mrd. Fr.
Variante 2b
"Liitschberg Prio"
Variante 3
"nur Gotth~trd"
Veriente 4
"nur LOtschberg"
G
12.1 Mrd. Fr.
Wirtschaftlichkeitsstudie NEAT
G
10.1 Mtd. Fr.
4.0 Mrd. Fr.
lnvestrtionskosten (Barwerte fOr das Jahr 2006)
basieren auf Botschaft FOV
· zusitzlich: Kosten ffir betrieblich notwendige Ausbauten auf den Zufahrtsllnien
Referenzvariante: Ohne Bau der Basislinien, aber inklusive Optimierung der Zufahrtslinien
Variantendeflnition: Redimensionierte Basislinien bei silmtlichen Varianten
119
12. NEAT-Controlling Welaung
Das
Pa~ament
hat das EVED mit den AlpTransij-
sen mij einem Zwischenbericht iiber den Stand der Er·
kenntnisse informieren.
Erlassen zu ausserordentiichen Anstrengungen im Bereich des Controllings und Berichtswesens verpflichtet.
Mij der Zustandigkeijsverordnung legt das EVED die
Grundsatze fiir das Controlling und Berichtswesen sowie den lnformationsaustausch zwischen den mij der
Ausfiihrung der Alpentranstt-Beschliisse beauftragten
Bahnen und den mij der Projektaufsicht beauflragten
Bundesbehiirden fest. Die konkrete Umsetzung erfolgt
ZMt des Standerates Biittiker, Geschiiftsprutungs·
kommission des Standerates (GPK SR) im Dezember
1995: •Wir konnen nicht in den Berg hineinschauen,
und deshalb bleibt die Geologie immer unsicher. bis
man im Berg ist. Das miissen wir akzeptieren. Die Geologie soli aber nicht Deckmantel fUr andere Fehler bei
der Kostenrechnung sein. •
mittels NEAT-Controlling-Weisung.
Die Auskiinfte dienen insbesondere fiir
- die Qualitatssicherung auf Behiirdenstufe
- die Berichterstattung an den Bundesrat und die
eidgenossischen Rate
- die Abstimmung zwischen den Bahnen
14. Flnanzlerung Verpfllchtungskredlte,
Beschiifllgungawlrkaamkelt
·Pas d'argent, pas de Suisse•. Die laufende Sicherstel·
lung der Finanzierung der NEAT mittels Vorbereitung
- die Koordination mij dem Umfeld
und Behandiung der entsprechenden Antrage an Kom·
- und das entsprechende Controlling und Berichtswe-
missionen und Parlament ist eine weijere Hauptaufgabe
sen des BAV.
des Bundesamtes fiir Verkehr.
Am 7. Juli 1995 wurde die Weisung (1. Tell) mij den
Werfen wir einen kurzen Blick zuriick. Mit dem Bundes·
allgemeinen Bestimmungen und den ausfiihrlichen
beschluss vom 1. Oktober 1991 wurde der erste NEAT·
Grundsiitzen fiir das Berichtswesen, die Projektstruktu-
Verpflichtungskredij von 800 Millionen Franken geneh·
ren, das Kosten-Controlling, das Termin-Controlling und
migt. Dabei sind 500 Millionen Franken fiir die Achse
die Teuerung veriiffentlicht.
Gotthard der SBB und 250 Millionen Franken fiir die
Achse Lotschberg der BLS bestimmt. Sie sind zweck·
Die aktualisierten respektive neuen Kapijel Berichtswe-
gebunden fiir Projektbereinigungen und Bauvorberei-
sen, Projektstrukturen, Kosten- und Termincontrolling,
tungen, d.h. sie decken die Aufwendungen fiir die Pia·
Teuerung, Finanzmanagement und Submissions-Ner-
nungsarbeijen bis zum Bauprojekt und die Sondierun·
tragswesen wurden am 20. Februar 1997 vom Depar·
gen einschliesslich der Sondiersysteme Kandertal und
tementschef e~assen.
Polmengo ab.
Der erste Verpflichtungskredit ist weitgehend verpflich·
tet. Der Bundesrat beauflragte deshalb das BAV, eine
Botschaft zum zweijen Verpflichtungskredit (Ubergangs·
13. Geologia, Kosten, Termine, Rlslken
kredij) fiir die weijeren Bauarbeijen zu erarbeiten. Mit
Die Controlling-Aufgabe in diesem Bereich spielt fiir die
Bundesbeschluss vom 20. September 1995 wurde der
Aufsichtsbehiirde eine wichtige Rolle. Eine Fachkom-
zweije Verpflichtungskredit von 855 Millionen Franken
mission Geologie AlpTransn (FKGA), bestehend aus 10
verabschiedet. Dieser sollte gestalten - unmittelbar
Mijgliedern, darunter renommierte Fachleute aus Wis-
nach Erteilung der Baubewilligungen -, am Gotthard die
senschaft und Praxis, unterstiitzt das BAV. Wir sind der
zeitkritischen Zwischenangriffe Amsteg und Faido, die
Auffassung, dass die Geologie nach bestem Wissen
Portalbereiche Erstfeld und Bodio inkl. Pilotstollen, am
abgekliirt wurde respektlve wird. Trotzdem gibt es auch
Liitschberg die Portalbereiche Frutigen und Steg sowie
fiir uns noch einige Fragezeichen beziiglich Kosten und
die Zwischenangriffe Mitholz und Ferden in Angriff zu
Termine. Anfangs April 1997 wird das BAV an den Srt-
nehmen. Fur die Gotthardachse betriigt dieser Kredit
zungen der Kommission fiir Verl<ehr und Fernmeldewe-
570 Millionen Franken, fiir die Liitschbergachse 285
120
Millionen
Franken.
Das
eidgenossische
Parlament
sperrte von diesen 855 Millionen Franken 645 Millionen
Franken und gab lediglich den Betrag von 210 Millionen
Franken frei. Diese sind aufgeteiH in 160 Millionen Franken fiir den Zwischenangriff Sedrun (Aussenanlagen.
Zugangsstollen, Abluftstollen, Teil des Schachtes) und
Bauarbe~en
in der Surselva sowie 50 Millionen Franken
Bundesbeschluss iiber den Gesamtkredit fiir die
Verwirklichung des Konzeptes dar schweizerischen
Eisenbahn-Aipentransversalen vom 1. Oktober 1991
(Gesamtkredit von 14 Milliarden)
erster Verpflichtungskredit von
800 Mio. Fr.
autgeteiH in
fiir den Zwischenangriff Ferden. Haute sind siimtliche
SBB, Projektbereinigung und
Bauvorberettung
500 Mio. Fr.
vom Parlament nicht gesperrten Kreditteile durch den
BLS, Projektbereinigung und
250 Mio. Fr.
Bundesrat freigegeben worden und stehen den Achsen
Bauvorbere~ung
zur Verliigung.
Planung Vertbindung Ostschweiz
mit der Gotthardlinie
50 Mio. Fr.
lnfolge Verzogerungen bei der Behandlung der Botschaft FoV kann
m~
der Freigabe des gesperrten Tails
Preisstand 1991 /Index 119.3
nicht bis zur Volksabstimmung zugewartet warden. Der
Bundesrat beauftragte deshalb im Herbst 1996 das
BAV, eine Botschaft uber die Freigabe des gesperrten
Tails zu
erarbe~en.
Diese Botschaft wurde vom Bundes-
rat am 25. November 1996 zuhanden der Kommissionen und des Partamentes verabschiedet. Erstkommissi-
Bundesbeschluss iiber einen zweiten Verpflichtungskred~ (Ubergangskredit) fiir die Verwirklichung des
Konzeptes dar schweizerischen EisenbahnAipentransversalen vom 20. September 1995
zwetter Verpflichtungskredit von
855 Mio. Fr.
on wird die Kommission fiir Verkehr und Fernmeldewesen des Nationalrates sein. Bisher hat keine Eintretensdebatte stattgefunden. Sie durfte in diesem Friihling
stattfinden,
som~
konnte der Erstrat (Nationalrat) friihe-
aufgeteiH in
Basislinie am Gotthard
570 Mio. Fr.
Basislinie am Lotschberg
285 Mio. Fr.
stens in der Sommersession 1997 darUber befinden.
Eine Behandlung im
Zwe~rat
ware demzufolge friihe-
210 Mio. Fr.
davon freigegeben
160 Mio. Fr.
stens im Herbst 1997 moglich. Dadurch konnen am
Gotthard
Gotthard die ze~krnischen Zwischenangriffe Amsteg und
Lotschberg
50 Mio. Fr.
davon gesperrt
645 Mio. Fr.
Gotthard
410 Mio. Fr.
Lotschberg
235 Mio. Fr.
Faido und am Lotschberg der Zwischenangriff
M~holz,
selbst bei Vorliegen einer Baubewilligung, nicht vor
anfangs 1998 in Angriff genommen warden.
Preisstand 1995 /Index 113.2
Beschiittlgungswlrkung der Kredltfrelgaben
lm Rahmen der Erarbeitung der Botschaft iiber die Freigabe des zweiten Verpflichtungskredites wurde die Beschiiftigungswirksamkeit
der
Kred~eigaben
einmal
mehr uberpriift. Bai einer Gesamtfreigabe des gesperrten Tails (645 Millionen Franken) rechnen wir mit einer
Direkte Beschiiftigungswirkung
infolge Freigabe des gesperrten Tails des zweiten
Verpflichtungskred~es (645 Mio. Fr.)
1'840
Achse Gotthard
direkten Baschiiftigungswirkung von rund 3000 Vollzeit-
Planungsarbeiten
jahrespensen. Die indirekte Beschiiftigungswirksamkeit
Bauarbeiten
durfte etwa zwei Mal hoher sein. Betrachtet man die
Tatsache, dass diese Zwischenangriffe ffir die rasche
lnbetriebnahme der Basistunnel zeilkritisch sind. konnen hier baureife Projekte in wirtschaftlich-schwierigen
Zetten wegen der Kreditsperre nicht in Angriff genom-
Achse Lotschberg
590
1'250
1'11 0
Planungsarbeiten
350
Bauarbeiten
760
Total Alp Transit
2'950
Angaben in Vollzeitjahrespensen
121
Ltitschberg) eine Botschaft fur einen dritten Verpflich·
15. Wle welter?
tungskred~
Fur die rasche und nahtlose WeiterfUhrung der Pia·
nungs· und Bauarbeiten der NEAT sind drei Hauptele·
parallel zur Volksabstimmung erarbeitet warden; sie
mente ausschlaggebend.
wird aber im Parlament kaum vor der Volksabstimmung
behandelt werden, d.h. die parlamentarischen Beratun-
Der erste Pfeiler ist die Behandlung der FiiV-Vorlage in
gen kiinnten sich in die zweite Hiilfte 1998 verlagern,
der zweiten Kammer und die eventuelle Differenzberei-
und eine Freigabe ware somit erst gegen Ende 1998
nigung zwischen den Rilten. Aus heutiger Sicht unter-
oder anfangs 1999 miiglich.
liegt diese Vorlage infolge der Verfassungsanpassungen zwingend dem Referendum, d.h. einer Volksabstim-
Noch wichtiger scheint mir, dass dem Projekt nicht der
mung, welche ca. Mille 1998 stattfinden konnte. Je nach
Boden unter den Fussen weggezogen wird. Der Glaube
Beschlussfassung iiber die Entscheidverfahren (einfache oder verbindliche Bundesbeschliisse)
an die schweizerische
erfolgt
dieser Vorlage, denn sons! wird sie vor dem Volk kaum
angenommen warden. Die schweizerische verkehrspo-
Hauptelement ist die nahtlose Sicherstellung
litik wurde in der
der Finanzierung iiber die Freigabe des gesperrten Teils
des
zwe~en Verpflichtungskred~es,
respektive an die
brauchen lhre Unterstiitzung und Mitarbett beim Verkauf
mung iiber die zugehtirigen Bundesbeschliisse.
zwe~e
Verkehrspol~ik
Eisenbahngrossprojekte muss gestarkt warden. Wir
mtiglicherweise zum gleichen Zeitpunkt eine Abstim-
Das
erarbeitet werden (wenn die Abstimmung
FiiV ca. Mille 1998 erfolgt). Diese Vorlage kann zwar
Vergangenhe~
tatsachlich allzu sekto·
riell angegangen. Eine Fortsetzung dieser Pomik wiirde
dessen Freigabe im
frUher oder sp8ter auflaufen. Die Instruments sind ver-
Spatherbst 1997 moglich ware. Daraus soltten sich fur
kniipft umzusetzen, die Entscheide entsprechend zu
die zeitkritischen Elemente nur geringfiigige Verschie-
fiillen und gegen aussen zu kommunizieren.
bungen ergeben.
•Hoffnung ist eine Pflicht•
Als driller Punk! muss fur die Fortsetzung der Planung
Zitat von Jorge Luis Borges
und des Baus der Basistunnel (Gollhard, Ceneri und
Terminplan fur Botschaft FoV und 2. Verpflichtungskredit
Aktlvltiit
I
1996
1997
1998
1999
Botachalt F6V
Entscheid Bundesrat
Kommission Standerat
Entscheid Stiinderat
Kommission Nationalrat
Entscheid Nationalrat
Differenzbereinigung
Referendumsfrist
Volksabstimmung
NEAT-Verplllchtungakredtte
erster Verpflichtungskredit
Gonhard
Latsch berg
zwerter Verpflichtungskredit
freier Tail Gotthard
freier T eil LOtschberg
gesperrter Teil
dritter Verpflichtungskredit
:~=~==~=~::t':t'::t::!--t-tey';•_j...-r·~
'
1
1
'
1
'
I
1
I
I
j
I
T
:
Verpflichtung der Gelder, resp. Auftragserte11ung
Ausgabe der Gelder, resp. Beschattigungswirksamkeit
122
I
!
SIA Dokumentationsreihe I Documentation SIA
Die Dokumentationsreihe des SIA vermitten laufend sowohl neueste technische Erkenntnisse. die an Studientagungen der
Fachgruppen vorgesteiH warden, als auch im Zusammenhang mn dem Nonnenwerk erart:>enete Erfahrungen.
Die ersten Bande der SIA Dokumentationsreihe wurden in den Jahren 1973--1986 publiziert und mn 1-99 numeriert. Sie
grtisstenteils vergriffen. Ab 1986 wurden die folgenden Bande mn D 001 beginnend numeriert.
Les publications parues dans Ia serie «Documentation SIA» permettent de se Ienir au courant aussi bien des plus
connaissances techniques. presentees lors des joumees d'etudes des groupes specialises de Ia SIA. que des experiences·
acquises en relation avec les normes.
Les premieres publications de Ia serie sont parues dans les annees 1973 jusqu'a 1986 et numerotees de 1 99. Le stock de Ia
plupart des volumes est epuise. Depuis 1986, les nouvelles publications portent des numeros commen13nl parD 001.
a
D076
Grundlagen und Annahmen fur den Nachweis der
ErmOdungssicherhen in den Tragwerksnormen
des SIA. 1991
D077
Bauen im Lehm, 1991
WarmebrOckenkatalog 2- Verbesserte Neubaudetails, 1992
Vibrationen- Ursachen, Messung, Analyse und
Massnahmen, 1991
D057
Sichemen und Dauerhaftigkeit von Befestigungssystemen, 1990
Le Soleil- Chaleur et lumiere dans le batiment,
1990
Corrosion et protection centre Ia corrosion, 1990
DOSS
lwei Solarhauser unter der Lupe, 1990
D059
L'energie nudeaire, le surgenerateur et l'ethique
de ringenieur, 1990
D079
D060
Mauerwerk Tei 2: Sichtmauerwerk, 1990
DOSO
D 061
Interaction entre recherche, normalisation, execution et entretien llnteraktion zwischen Forschung,
Normung, Ausfiihrung und UnterhaH
Les transports modemes I Der modeme Verkehr,
1990
Quaii!JIIssicherung im Bauwesen - Eine Forderung unserer Zen. 1990
Leitfaden fur die Anwendung der Empfehlung
SIA 380/1, Energie im Hochbau, 1991
D OS1
Schiiden an Flachdl!chem, 1992
Dechets urbains: technologie, economie et polrtique, 1991
D055
D056
D062
D063
Grauholztunnel, 1990
D064
Anwendung der neuen Tragwerksnormen des SIA
im Grundbau I Application des nouvelles normes
de structure de Ia SIA aux travaux de fondations,
1990
Korrosion und Korrosionsschutz Teil5: Elektrochemische Schutzverfahren fur Stahlbetonbauwerke - Kathodischer Korrosionsschutz, Dekontamination und Realkalisierung, 1990
D065
D066
Les etudes d'impact sur renvironnement, 1990
D067
Construction- Horizon 2000, 1990
D078
DOS2
D083
D084
DOSS
D086
Assurance de Ia qualne (AQ) des structures, 1992
DOSS
Ergllnzungen zur Anwendung der Empfehlung
SIA V 382/2, KOhlleistungsbedarf von Gebauden,
1992
MauermOrtell Mauerwerk- Grundlagenforschung,
Versuchsbericht, 1992
D089
Betons a hautes performances, 1991
D090d
D069
Einfuhrung in die neuen Normen SIA 161 und
16111 «Stahlbauten», 1991
D090f
D070
Introduction aux nouvelles normes
SIA 161 et 16111 «Constructions metalliques»,
1991
D072
D073
D074
D075
Einfuhrung in die neuen Normen SIA 161 und
16111 «Stahlbauten» -Anwendungsbeispiele I
Introduction aux nouvelles normes SIA 161 et
16111 «Constructions metalliques»- Exemples
d'application, 1991
Die Rolle des Archrtekten in den neuen Tragwerksnormen des SIA, 1991
Photovoltaik- Gebaude-Bestanctneil im Jahr 2010,
1991
N3: BOzberg- und Habsburgtunnel, 1991
Ganzheitliches Denken in der Hochbauplanung I
Approche globale dans Ia planification des baliments, 1991
Die AlpTransn Basistunnel Gotthard und
LOtschberg, 1992
Die schWeizerische Bauwirtschaft - ein Sonderfall
im europllischen Wirtschaftsraum?, 1992
DOS?
D068
D071
lntegrale Planung, 1991
Dimensionnement des mac;:onneries - Exemples
pratiques -Application de Ia recommandation
SIA V 177/2, 1992
D091
D092
D093d
D093f
D094
Energiegerechte Schulbauten - Handbuch fur
Planer, 1992
Constructions scolaires economes d'EtnergieManuel du concepteur, 1992
SIA-Priontaten fur die 90er Jahre I Priorites de Ia
SIA pour les annees 90, 1992
Betonschiiden im Hochbau - Berichte aus der
Bauschadenforschung, 1992
Deklarationsraster fur okologische Merkmale von
Baustoffen -lnterpretationshilfen fur Anwender,
1992
Canevas pour Ia di>daration des caracteristiques
E!cologiques des materiaux de construction -Aide
d'interpretation pour les utilisateurs, 1993
Entwicklungszusammenarbeit - Auswertung von
Auslanderfahrungen I Cooperation au developpement - Mise en valeur des experiences acquises a
l'etranger, 1992
0095
Mauerwerl< Teil4 -lnspektion und lnstandsetzung
von feuchtem und salzgeschadigtem Mauerwerl<,
1992
0096
Renlorcement du bilti existant, 1992
D097
Verstarl<ungsmassnahmen fur erdbebengeliihrdete Bauwef1<e, 1993
D098
Mortier 1 M~nnerie- Recherches de base,
Rapport d'essais, 1992
0099
Erhaltung von Brucken - Aktuelle Forschungsergebnisse I Maintenance des pants - Resultats
actuels de Ia recherche, 1993
00100
Kanalisationen 4 - Die neue Empfehlung
SIA V 190 Kanalisationen, 1993
0 0101d lnnovationsleitfaden- Gewinnung, Bewertung,
Bearbertung und Realisierung von ldeen, 1993
001011
Guide de !'innovation 95196- Recherche, evaluation, trartement et realisation d'idees, 1995
D 0102d Qualitiitssicherungssysteme und deren ZertifizierungimBauwesen, 1993
0 01211
Vademecum pour les travaux a retranger, 1994
0 0121d Vademecum fur Albe~en im Ausland, 1995
D0122
Okologische Aspekte des Bauens, 1995
D 0123
Hochbaukonstruktionen nach okologischen
Gesichtspunkten, 1995
D0124
Vertragswesen im Untertagbau I Mode de mise en
soumission pour les travaux souterrains, 1995
D0126
Potentialmessung, ein wesentliches Instrument fur
die Beurteilung von Bauwerl<en, 1995
D0127
Verbundkonstruktionen, Enlwicklungen in Konstruktion und Bemessung, 1995
D0128
Nachtragliche Verstarl<ung von Bauwerl<en
CFK-Lamellen, 1995
D 0129
ErhaHung von Brucken - Aktuelle Forschungsergebnisse I Conservation des pants - Resultats
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Das Verzeichnis der erhSitlichen Sande kann beim SIA-Generalsekretariat bezogen warden.
La lisle des publications disponibles peut eire obtenue aupres du secretariat general de Ia SIA.

154 - Geotechnik Schweiz

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