Die Alptransit -Basistunnel der Schweiz und ihre geologischen Grundlagen

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1 Vierteljahrsschrift der Naturforschenden Gesellschaft in Zürich (1993) 138/2: Die Alptransit -Basistunnel der Schweiz und ihre geologischen Grundlagen Ralph W. Schoop, Zürich Planung und Bau der Basistunnel der Alpentransversalen mit Längen von 35 und 50 km und einer Gebirgslast von über 2000 m werden durch die geologischen Vorarbeiten und ihre Interpretation stark beeinflusst. Vor allem die stark zerscherten Metasedimente des Gotthards müssen durch besondere Baumassnahmen fiühzeitig gesichert werden, um keine Verzögerungen im Bau, der vor allem mit Tunnel-Bohrmaschinen geplant ist, zu verursachen. Die unterschiedlichen Gesteinsverhältnisse von Gotthard und Lötschberg setzen für jede Basisvariante unterschiedliche Arbeitsschwerpunkte. Alptransit The Railway Tunnels through the Base of the Swiss Alps Geologic Considerations Planning and construction of the two rail tunnels through the Swiss Alps will be strongly influenced by the geologic prognosis and its effectiveness in predicting zones of different rockfabric. This is especially important in the Gotthard, where the former sedimentary cover has been strongly altered during the alpine orogeny. An early treatment of these sheared shists and sucrose dolomites will be necessaiy to avoid delays in the progression of the Fullbore Tunneling Machines which will be used wherever possible. Because of the length of the Gotthard tunnel, 50 km, and an overburden of up to 2500 m it is planned to start construction from both ends and from one or two intermediate shafts in order to optimize time and costs. About half of the Lötschberg tunnel (total length 35 km) will be in the sediments of the Helvetic and Ultrahelvetic nappes. The flat lying folded marls and shales are difficult to predict and require numerous shallow boreholes. The drainage system in the karstified limestone of the Doldenhorn nappe is largely unknown and may cause problems during construction. Special attention has to be taken to avoid influencing the groundwater system of the deeply incised valleys of the Kander and Gaster. 1 Einleitung Mit dem Bau der Alpenbasistunnel Gotthard und Lötschberg wird die Schweiz einen wesentlichen Beitrag zur Bewältigung des europäischen Transitverkehrs leisten. Seit altersher bilden die Alpen eine Barriere für den Nord-Süd-Verkehr. Im Lauf der Jahrhunderte wurden die Verbindungen zwar immer besser, eine Reise über die Alpen war aber bis ins 19. Jahrhundert ein mühseliges Abenteuer. Der Aufschwung der Eisenbahnen brachte eine Steigerung des Verkehrsvolumens mit sich, die eine völlig neue Lösung der Alpenüberwindung verlangte. Im Lauf des 19. und 20. Jahrhunderts wurden mit Mut und euphorischem Fortschrittsglauben die grossen Alpentunnel der Schweiz gebaut: Gotthard 1882, Simplon 1905, Lötschberg Doch was für das nächste Jahrtausend genügen sollte, wurde durch den Lastwagenverkehr der 60er und 70er Jahre buchstäblich überrollt. Die Forderungen nach noch mehr Mobilität und gleichzeitig nach einer Umweltentlastung können nur durch ein Umsteigen auf die Schiene in ein Gleichgewicht gebracht werden. Diese Überlegungen führten in

2 106 Ralph W. Schoop den 60er Jahren zu einer ersten Planung eines Basistunnels durch den Gotthard. Im Rahmen einer europäischen Verkehrsplanung ist wenig später ein sehr ambitiöses Projekt entworfen worden, ALPTRANSIT, über dessen geologischen Aspekte nun berichtet werden soll. 2 Generelles Verkehrskonzept Die Zielsetzungen, die der Planung der Basistunnel zu Grunde liegen, sollen noch einmal kurz in Erinnerung gerufen werden: der Verkehr wird, unabhängig von Wirtschaftsprognosen, weiter zunehmen; der Verkehr muss effizient und umweltschonend bewältigt werden; das einzige Transportmittel, welches diese Voraussetzungen erfüllen kann, ist die Eisenbahn. Um konkurrenzfähig zu sein, müssen die Züge mit höherer Geschwindigkeit als bisher die Wirtschaftszentren Europas miteinander verbinden. Das ist nur möglich, wenn im Bereich der Alpen Basisverbindungen gebaut werden, die folgenden Bedingungen genügen: minimale Steigung, die mit geringerem Energieaufwand grössere Hakenlasten ermöglichen (längere Züge), grosser Kurvenradius, dadurch gleichmässig hohe Geschwindigkeit (angestrebt wird km/h), betriebs- und wartungssicher, damit Umleitungen oder Ausfälle trotz dichtem Verkehr minimal bleiben. Im Bereich der Alpen werden diese Idealforderungen, die im Flachland der Bebauung und Umweltbedürfnissen angepasst werden müssen, durch die geologischen Gegebenheiten nur zum Teil erfüllt werden können (Bild 1). Wichtige grundsätzliche Entscheidungen, wie Doppelspur- oder Einspurtunnel, Einsatz von Tunnelbohrmaschinen usw. sind direkt vom Zustand des Gebirges abhängig. An Beispielen der beiden Basistunnel Gotthard und Lötschberg werden die geologischen Randbedingungen dargestellt. 3 Geologische Übersicht und Problemstellung Beide Tunnel werden den zentralen kristallinen Kern der Schweizer Alpen durchqueren, der Gotthardtunnel die axiale Kulmination von Aare- und Gotthardmassiv, der Lötschbergtunnel das abtauchende Westende von Aare- und Gasterenmassiv (Bild 2). Im einzelnen bestehen jedoch grosse Unterschiede im geologischen Aufbau, was zu unterschiedlichen Baubedingungen führen wird. 3.1 Gotthardachse Der Basistunnel mit einer geplanten Länge von über 50 km und einer Gebirgsüberdeckung von bis zu 2500 m wird zu den längsten Tunnel der Erde gehören,

3 Die Alptransit-Basistunnel der Schweiz und ihre geologischen Grundlagen 107 Valence (Marseille Bild 1 Anschlussnetz der AlpTransit-Basistunnel (nach BAV 1991) Fig. 1 AlpTransit base tunnels and connecting railway lines mit geologischen Bedingungen, die ungleich differenzierter sind als bei den bisherigen Bauwerken ähnlicher Länge (Bild 3). Ein kurzer Blick in die Vorgeschichte der Alpen soll dies veranschaulichen. Der zentrale kristalline Kern des Aare- und Gotthardmassivs ist ein heterogenes Gemisch von Gneisen, Graniten und metamorphen Sedimentfetzen: das vorläufige Endprodukt der Kollision von Afrika und Europa. Die Randschollen des Thetismeeres, des Vorläufers des Mittelmeeres, wurden im Verlauf der Einengung durch den Nordschub Afrikas zerbrochen, übereinandergeschoben und in geologisch junger Zeit angehoben. Die Sedimentbedeckung wurde dabei zum Teil abgeschert und über die kristallinen Massive nach Norden geschoben (Helvetische Decken), zum Teil mit dem kristallinen Untergrund verfaltet und zerschert. Der Prozess der Alpenbildung erfolgte in mehreren Schüben mit unterschiedlichen Richtungen, was zu verschiedenen Generationen von Faltungen und Zerscherung führte, die schwer

4 108 Ralph W. Schoop Lag Plateau Malasse. Terliwy of Hhee graben auf Lombardy E] Basement 51 External Massifs Subalpine Molars. Plateau.l ro Folded,Ara Basement of Black Forest and Vosges Aulachlhanous cowl of External Massifs, Helaala and Ullrahelvelic noppes Penninic noppes Prealpine noppes and Penninic Flysch noppes Bild 2 Tektonische Karte der Schweiz mit Basistunnel Fig. 2 Tectonic map of Switzerland with base tunnels Upper Auslraelp;ne mopes Lower Cover Southern Alps Basement Tertiary Granites and Volcanics Schematisches geologisches Längsprofil N Arnsteg Nord- Portal rn o.m. Brislenstock Schächte Sedmn I II mil Zugangsstollen Tavelsch I l P. Lai Blau Lucomagno Schacht Polmengo Levenlina Bodio SOd- Portal na AM. MOO AAR-MASSIV I IZ^ IZ = Intscht-Zone la ra la Fm {a GOTTHARD-MASSIV PENNINISCHE GNEISZONE TZM LD cz PM Levenlina-Decke UGZ 1 CZ = Clavaniev-Zone PM = Piora -Mulde UGZ = Urseren-Garvera-Zone LD = Lucomagno -Decke TZM = Tavelscher Zwischenmassiv Bild 3 Geologisches Längsprofil des Gotthard-Basistunnels (nach T.R. Schneider, 1992) Fig. 3 Geologic profile along the Gotthard base tunnel (after T.R. Schneider, 1992)

5 o Die Alptransit-Basistunnel der Schweiz und ihre geologischen Grundlagen 109 Sondierungen Tujetsch geologisches Profil Massstab 1: mü.m. 6=, 0.\ /`' 1500 \/ X "S\)\ --\ x\ \ \\ \ k \ 1 \ m ^^ I I I \:\ x x loll/' 1 X x^ ^ 1 1\\\\\\\ m \ U m \I 1 x t I I I I \^ I / '?// 850m1 ^x.\\\\i I I \\I j I I CI _ d.x ^^ ti1l l 1 1 unnettrasse 1 1: \1\1\\ZI 500II^1IMU^II11\ i ^h/aq V \x\ \--ST xi \ I ( \\\, t11\\\\\ X w Q 1 Aar - Massiv Clavaniev- Zone Tavetscher Zwischenmassiv Legende I 850m Sondierkonzept : zwei 45 - Schrägbohrungen von je ca 850m Länge Bohrungen 1991 Sondierung 1993 Bild 4 Sondierbohrungen Tujetsch SB 1 und SB2 (aus T.R. Schneider, 1992) Fig. 4 Boreholes Tujetsch SBl and SB2 (after T.R. Schneider, 1992)

6 110 Ralph W. Schoop voneinander zu trennen sind. Allen gemeinsam ist die Schwächung des Gesteins in den Zonen intensiver Verformung. Hier nun ein Überblick der geologischen Einheiten, die der Basistunnel von Nord nach Süd durchqueren wird: Am Nordportal verläuft die Trasse zunächst im Aarmassiv, quert erste steilgestellte Sedimente der Intschizone und bleibt in den Gneisen und Graniten des Aarmassivs bis in den Bereich unter Sedrun. Der Südrand des Massivs grenzt an Metasedimente der Disentiser Zone, die im Bereich der Tunneltrasse offenbar nur als Störungszone ohne erkennbare Sedimentfragmente den Übergang zum ebenfalls stark zerscherten Tavetscher Zwischenmassiv (TZM) bildet. Das TZM, eingequetscht zwischen Aare- und Gotthardkristallin, wird im Süden durch die Urseren-Garvera-Zone vom Gotthardmassiv getrennt. Der südlichste Sedimentkeil, die Piora-Mulde, trennt das Gotthardkristallin von der Penninischen Gneiszone, in welcher der Tunnel bis zu seinem Austritt bei Bodio verlaufen wird. Der Anteil der Sedimente beträgt zwar nur 15% der gesamten Strecke, ihre überwiegend geringe Festigkeit stellt jedoch ein ernstes bautechnisches Problem dar. Die geologischen Untersuchungen konzentrieren sich deshalb in der Vorphase auf die Erfassung der baulich schwierigen Strecken, ihrer Ausdehnung, Gesteinszusammensetzung und felsmechanischen Kenndaten. Zu den vorbereitenden Untersuchungen der Geologen gehören neben der Kartierung der Gesteine und Störungszonen auch Laboruntersuchungen über Scherfestigkeit, Quellbarkeit, Chemismus der Gebirgswässer sowie Temperaturmessungen im Feld. Diese Ergebnisse müssen noch in eine für die Bautechnik relevante Form interpretiert werden, aus der die Vortriebsmethoden sowie besondere Abstütz- und Sicherungsmassnahmen geplant werden können. Da diese Daten schon in die frühe Phase der Gesamtplanung einfliessen, sind möglichst frühe und sichere geologische Prognosen gefragt eine schwer zu erfüllende Forderung, da Kartierungen und Bohrungen viel Zeit erfordern. Der Gebirgsaufbau ist aus früheren Tunnel- und Stollenbauten in groben Zügen bereits einigermassen bekannt. Die Übertragung dieser Kenntnisse auf das tiefere Tunnelniveau ist weitaus schwieriger, da die Schichtmächtigkeiten und ihre Zusammensetzung horizontal wie vertikal rasch ändern können und vor allem der Einfluss der hohen Überlagerung auf die Festigkeit der Gesteine beim Erbohren noch schlecht abzuschätzen ist. An zwei Tunnelabschnitten werden Untersuchungen, Schlüsse und Konsequenzen näher erläutert Aaremassiv Tavetscher Zwischenmassiv Das Tavetscher Zwischenmassiv (TZM) ist durch eine schmale Zone stark gestörter, zerriebener Schiefer, Phyllite und Sedimentschuppen der Disentiser Zone vom Südrand des Aarmassivs getrennt. Die Fortsetzung dieser bautechnisch sehr ungünstigen Zone nach Westen, in den Bereich der Tunneltrasse, ist durch ausgedehnte Hangrutschungen an der Oberfläche verborgen. Über eine Länge von beinahe 2 km sind keine sicheren Vorhersagen über Ausdehnung und felsmechanische Eigenschaften möglich. Auch die neuen Oberflächenkar-

7 Die Alptransit-Basistunnel der Schweiz und ihre geologischen Grundlagen 111 tierungen erlaubten noch zuviel Spielraum in der Interpretation auf Tunnelniveau. Um diese Datenlücke zu schliessen, wurden im Herbst Schrägbohrungen abgeteuft, die unter einem Winkel von 45 das Gestein auf einer Länge von je 850 m beproben sollten. Die Untersuchung der Bohrkerne, zusammen mit geophysikalischen Messungen, würde die Bestimmung aller notwendigen Gesteinsparameter erlauben, wie z. B. Scherfestigkeit, Grad der Verformung unter Druck (Elastizitätsmodul), Chemismus usw. Die nach Norden abgeteufte Bohrung erbohrte 378 m Phyllite und Schiefer des TZM, durchquerte bis 701 m die ebenfalls stark zerrüttete Clavaniev-Zone und wurde nach 853 m im Altkristallin des Aarmassivs eingestellt. Die Gesteine des TZM waren meist fein verschiefert und von Brüchen durchsetzt, die oft kakiritsch mit Gesteinsmehl gefüllt waren. Das Bohrloch verformte sich bei Stillstand des Bohrgerätes in kürzester Zeit, was zu Einschränkungen im Beprobungsprogramm führte. Mesozoische Sedimente wurden nicht gefunden; das Mass der Verformung übertraf die auf Grund der Oberflächenaufschlüsse gemachten Vorhersagen. Die Süd-Bohrung musste aus diesem Grund schon nach 543 m aufgegeben werden. Die Auswertung der Gesteinsuntersuchungen ergab eine allgemeine Zunahme der Zonen mit sehr geringer Festigkeit. Eine Extrapolation der Ergebnisse auf die etwa 600 m tiefere Tunneltrasse ist trotz linsiger Gesteinsausbildung statthaft, da Schichtung und Störungen mit Neigung einfallen und keine grossen Veränderungen zu erwarten sind. Der südliche, noch unbekannte Abschnitt wird im Frühjahr 1993 mit einer weiteren Bohrung erkundet (Bild 4). Scherfestigkeit, Verformung, Häufigkeit der Störzonen sind für die Wahl der optimalen Vortriebsmethode entscheidend. Ein häufiger Wechsel der Methoden während des Baus ist natürlich schon aus betrieblichen Gründen nicht möglich. Es wird deshalb erforderlich sein, die Vielzahl der Gesteine in lithologische Einheiten zusammenzufassen, felsmechanisch zu untersuchen und in Gebirgs- Tabelle 1 Felstyp Table 1 Rocktype Felstyp Lithologische Einheit Rocktype Lithologic unit A Granite, Pegmatite, Leventina-Gneise, Amphibolite, massige Metaignimbrite B Quarz-Feldspatreiche Gneise, Amphibolite, Migmatite C Streifengneise D E Leventina-Gneise verschert, normale Glimmergneise, Dolomite, Rauhwacken (?), (Gneise des Permokarbon) Glimmerreiche Gneise F Schiefer (Schiefer des Permokarbon) G Phyllite, Quartenserie, verschieferte Metaignimbrite (Phyllite des Permokarbon)

8 112 Ralph W. Schoop felstypen weiter zu vereinfachen. Die Verteilung der Felstypen in den einzelnen Bauabschnitten wird massgebend für die Vortriebsart sein. Der Felstyp A (Tabelle 1) umfasst die bautechnisch günstigsten, der Felstyp G die ungünstigsten lithologischen Einheiten. Welche Unterschiede im Bohrfortschritt im Extremfall bestehen können, wird am Beispiel der zweiten Problemzone, der Pioramulde, gezeigt (Bild 5) Gotthardmassiv Penninische Gneiszone Das Gotthardmassiv, ein Kristallinkomplex von verschiedenen Gneisen und Graniten, ist an seinem Südrand durch die eingefalteten Sedimente der Pioramulde von den Penninischen Leventina-Lucomagnio-Gneisdecken abgetrennt. Die Piora-Sedimente gehören zur überschobenen Bedeckung des Gotthards, einer schmalen Zone von metamorphen Sedimenten, die sich von Brig bis Ilanz VORTRIEBSLEISTUNGEN IM SEITENSTOLLEN EINFLUSS GEOLOGISCH UNGÜNSTIGER ZONEN Jahre TRIAS Leistung m /AT GNEIS Leistung 6-20 m /AT Lange (m) AT = Arbeitstag a 3 Schichten zu Sh Bild 5 Vortriebsvergleich in Gneis und kohitsionslosen Trias-Gesteinen (zuckerkörniger Dolomit) (nach PL-R 1991) Fig. 5 Comparison of daily progress in meters/workshift in gneis and triassic sucrose dolomite layers (after PL-R 1991)

9 Die Alptransit-Basistunnel der Schweiz und ihre geologischen Grundlagen 113 Alpentransit Gotthard- Basistunnel Sondiersystem Piora-Mulde Bild 6 Sondiersystem zur Vorbehandlung der Dolomite der Piora -Mulde (nach T.R. Schneider, 1992) Fig. 6 Proposed shafts for the stabilisation of sucrose dolomites of the Piora syncline (after T.R. Schneider, 1992) Bild 7 Vollschnitt Tunnelbohrmaschine (rechts im Bild Drehteller mit Bohrkronen) Fig. 7 Full Diameter Tunnel Drilling Machine (rotating front end with drillbits at righthand side)

10 114 Ralph W. Schoop verfolgen lässt. Die Sedimente wurden während verschiedenen Phasen mit den Massiven verfaltet, verschuppt und eingewickelt. Im Bereich der Tunnellinienführung, westlich des Lukmaniers, sind vor allem triadische Rauhwacken und Dolomite neben Glimmerschiefern (Trias-Jura-Alter) an der Oberfläche aufgeschlossen. Die Dolomite, vorwiegend als Kalkdolomite und zuckerkörnige Dolomite ausgebildet, könnten ohne Vorbehandlung enorme bautechnische Schwierigkeiten bereiten und zu grossen Verzögerungen im Bau führen. Mit verschiedenen Neukartierungen, Reflexionsseismik und einer Überarbeitung der Bohrung Gana-Bubeira wurde versucht, Tiefgang und Ausdehnung der kritischen Dolomite auf Tunnelniveau zu bestimmen. Die Prognosen waren mehrdeutig und erreichten keinesfalls die geforderte Genauigkeit und Sicherheit von wenigen Metern. Angesichts des Risikos für den Baufortschritt ist ein Schacht von 5,5 km Länge etwas oberhalb Tunnelhöhe geplant, der mit einem Zeitvorsprung von 2 Jahren auf den Beginn des Haupttunnels die Verfestigung der kritischen Zone erlauben soll (Bild 6). Die Gneise der Leventina-Lucomagnio-Decke sind bautechnisch nicht problematisch. Auf zwei weitere Aspekte der Planung, die vom geologischen Befund beeinflusst werden, soll kurz eingegangen werden: Der Einsatz von Vollschnitt-Tunnelbohrmaschinen (TBM) ist ohne Zweifel schneller und kostengünstiger als der konventionelle Vortrieb mit abwechselnder Sprengung und Ausräumung des Gesteins (Bild 7). Für stark verformbare oder zerscherte Gesteine kommen aber nur konventionelle Methoden in Frage. Der heterogene Untergrund des Basistunnels wird also in Abschnitte für TBM und für konventionellen Vortrieb aufgeteilt werden müssen, solcherart, dass Zeit und Kosten optimiert werden (Bild 9). Bei der grossen Länge des Basistunnels ist ein zeitlich gestaffelter Bohrbeginn von mehreren Zwischenschächten aus ohnehin vorgesehen (Bild 8). Bei der Entscheidung über das Tunnelsystem, ob Doppelspur, ob 2 oder 3 Einspurröhren, sind die geologischen Verhältnisse primär für die Machbarkeitsfrage von Bedeutung. Andere Faktoren, wie Baukosten und Langzeitbelastungen (Unterhalt, Sicherheit, Flexibilität), sind hier entscheidend. 3.2 Lötschbergachse Die Geologie des Lötschbergbasistunnels, mit einer Länge von über 30 km, war zu Beginn der Planung weniger gut bekannt als der Gotthard, für welchen schon im Rahmen früherer Projekte Kartierungen und Bohrungen ausgeführt wurden. Im Gegensatz zum Gotthard verläuft beinahe die Hälfte der geplanten Trasse in nicht metamorphen Sedimenten der Helvetischen und Ultrahelvetischen Decken. Von Frutigen bis Gasterental durchquert der Tunnel, je nach Interpretation, die harten Taveyannaz-Sandsteine oder weichere Tonsteine des Ultrahelvetikum, verschuppte tonige Kalke, Sandsteine der Wildhorndecke, Tonund Mergelschiefer bis harte Kieselkalke der Doldenhorndecke. Südlich davon wird zunächst das Autochton des Aarmassivs, dunkle Tonschiefer des Dogger

11 Die Alptransit-Basistunnel der Schweiz und ihre geologischen Grundlagen BAUPROGRAMM GOTTHARD - BASISTUNNEL 115 E W I AAR-MASSIV SONDIERSYSTEM PIORA-MULDE INBETRIEBNAHME NACH 8-9 JAHREN 1 gestaffelte Vergabe Lo der Bauarbeiten Bild 8 Bauprogramm Gotthard-Basistunnel (gestaffelter Baubeginn) (nach EWI/EB&P, 1992) Fig. 8 Timetable for construction of base tunnel with staggered starting times for the intermediate lots (after (EWI/EB&P, 1992) und der Trias angefahren, dann verläuft der Tunnel in den Graniten und Gneisen des Aaremassivs und durchquert die metamorphen Gneise des Altkristallins des Aaremassivs bis zum Südportal im Rhonetal. Die autochtonen Metasedimente des Aaremassivs, mesozoische Sandsteine und Kalke am Nordhang des Lötschentals und unterjurassische Ton- und Kalkmergel von Gampel-Baltschieder sind bautechnisch von geringer Bedeutung für die Gesamtplanung, während die mesozoischen bis quartären Sedimente des Gasteren- und Kandertales einen grossen Einfluss auf die Trassengestaltung haben können (Bild 10). Als eine der ersten Fragen musste geklärt werden, auf welcher Talseite die Trasse verlaufen wird. Vom Bau des bestehenden Lötschbergtunnels war zu vermuten, dass die Schotterfüllung der Taltröge bis auf die geplante Tunnelhöhe von ca. 800 m reichen könnte. Mittels Bohrungen und reflexionsseismischen Messungen wurde die Tiefe des Tales kartiert und festgestellt, dass schon bei Kandersteg die Schotterfüllung bis unter 800 m ü. Meer reichte (Bild 11). Weitere Überlegungen, wie z. B. die Gefahr der Verformung der Tone und Mergel bei hohen Auflasten führten zum Entscheid, die Trasse auf die Westseite des Tales bis südlich von Kandersteg zu legen. Dies erlaubt auch die Umfahrung des Öschinen-Bergsturzes, der die Hänge östlich von Kandersteg bildet.

12 116 Ralph W. Schoop GOTTHARD-BASISTUNNEL VORTRIEBSARTEN ig GBT, EWI+LEH?ri 3.0 Diensttunnel TBM Doppelspurtunnel KONV. 4 KONV. 2 EST KONV, KONV. 2 EST? EM). < < I TBM Bild 9 Vortriebsplan für verschiedene Tunnelsysteme in Abhängigkeit des Tunneldurchmessers (grosse Doppelspurröhre hauptsächlich konventioneller Vortrieb) (nach EWI/EB&P, 1992) Fig. 9 Variation of tunneling method as a function of diameter of main tunnel (large diameter double track tunnel mainly conventional) (after EWI/EB&P, 1992) Die steilen Wände des Gasteren- und Kandertales sind in ihrem oberen Teil von Spalten und Klüften durchsetzt, die tief unter die Talsohle reichen können. Ursache dieser Störungen ist vor allem die junge Hebung des Aarmassivs, verstärkt durch die Entlastung der Talwände nach dem Rückzug der Gletscher. Bautechnisch bedeuten die Klüfte Schwächezonen im Fels, ihre Ausdehnung bis zum Taltrog kann eine Verbindung zum Grundwasserstrom bilden. Zusammen mit den Karstwässern der darüberliegenden Kalke der Drusberg- und Wildhorndecke könnten so bedeutende Wassermengen in den Bau einfliessen, falls keine Vorkehrungen dagegen getroffen werden. Der Kartierung der Klüfte, ihrer Richtung, ihrem Tiefgang wird grosse Bedeutung beigemessen. Längs der ganzen Talseite werden Kernbohrungen von einigen hundert Meter Tiefe durchgeführt, die neben den Daten über Felsfestigkeit auch Aufschluss geben über Klüftung, Durchlässigkeit und Wasserführung des anstehenden Fels. Nur dadurch können die Grenzen von Wildhorndecke, Taveyannaz-Serie und Ultrahelvetikum mit ihren unterschiedlichen Festigkeitsparametern bestimmt werden.

13 Die Alptransit-Basistunnel der Schweiz und ihre geologischen Grundlagen 117 Vorläufiges geologisches Profil längs Achse OPTIMISTISCHE PROGNOSE xüü ^^i a-^- LNGME. [ 39G5 Wa ^ MMa,Ny I M..e GoalHOP/. uoq na.. hm ans TAVEJANNAZ SERIE I 141L1110RN AECKE LASTERNGRANI I ALTKRISTALG III AA REH A SSIU PESSIMISTISCHE PROGNOSE Bild 10 Geologisches Profil Lötschberg-Basistunnel (nach P. Kellerhals, APGLB, 1991) Fig. 10 Geologic Profile along the Lötschberg base tunnel (from P. Kellerhals, APGLB, 1991) ;JEST DST 0151T ION Bild 11 Seismisches Profil des Kandertales bei Kandersteg mit geologischer InteIpretation aus Bohrungen (aus Geoexpert, 1991) Fig. 11 Seismic profile of the Kander valley at Kandersteg, geologic interpretation calibated at boreholes (from Geoexpert, 1991)

14 Ts;:hingellochru horn ti 118 Ralph W. Schoop Morphologisches Einzugsgebiet der Kander ob Kandersteg (Oeysteg) mit abflusslosen Teilgebieten - % -- Unterirdische Abflussrichtung Ct Quelle Abflusslese Gebiete (Nummern siehe Tobelle 2t Gosteretal. reduzierter Abfluss Bild 12 Orographisches Einzugsgebiet der Kander mit abflusslosen Teilgebieten (schattiert) (aus P. Kellerhals, 1991) Fig. 12 Orographic drainage area of the river Kander with areas of no or reduced surface drainage shaded (from P. Kellerhals, 1991) Die Planung der Linienführung muss einerseits die grössere Verformbarkeit der weichen Gesteine (Tonmergel, Tonschiefer) berücksichtigen, d. h. eine möglichst geringe Überdeckung anstreben, anderseits die Talklüftung mit ihrer potentiellen Wasserführung vermeiden, d. h. weit genug von den Talwänden entfernt sein. Nur eine intensive geologische Erkundung erlaubt es, das Risiko der unvermeidlichen Kompromisse einzuschätzen und zu minimieren. Der Wasserhaushalt im sedimentären Bereich ist für die Tunnelplanung wegen der Durchlässigkeit und Löslichkeit von kalkhaltigen Sedimenten von grosser Bedeutung, da für die eventuell auftretenden Wasserzuflüsse aus dem Karst geeignete, umweltgerechte Umleitungsmassnahmen geplant werden müssen. Untersuchungen über die Abflussbilanz der Einzugsgebiete von Gaster und Kander zeigen z. B. klar, dass beachtliche Restwassermengen durch noch unbekannte Karstgänge und Höhlen nach Norden wie nach Süden abfliessen müssen (Bild 12).

15 Die Alptransit-Basistunnel der Schweiz und ihre geologischen Grundlagen 119 Färbversuche, chemische Untersuchungen und verfeinerte Methoden zur Erfassung der Wassermengen sind seit Anfang der Vorphase im Gang um die Wasserwege besser zu erforschen. Der Einfluss des Tunnels auf die Thermalbäder Leukerbad und Brigerbad wird als sehr gering eingeschätzt, ausgedehnte Untersuchungen werden jedoch erst nach Festlegung der endgültigen Trasse auf Walliser Boden möglich sein. Das Ziel der seit 1989 durchgeführten geologischen Arbeiten ist eine möglichst genaue Beschreibung aller geologischen Faktoren, die auf die Trassenwahl, das Tunnelsystem und die Bohrmethoden von entscheidendem Einfluss sein können. Bis zum Abschluss dieser Vorphase Ende 1993 müssen alle wichtigen Entscheidungen getroffen werden, die geologischen Prognosen mit ihren Fehlergrenzen feststehen. Es wird nicht möglich sein, alle Risiken vorauszusehen und zu umgehen, die Wahrscheinlichkeit ihres Eintreffens lässt sich jedoch mathematisch berechnen und durch gezielte Untersuchungen auf ein vertretbares Mass verringern. Welche Arbeiten dazu unternommen werden, wurde im Vorangehenden kurz umrissen. Bis zum Beginn des Tunnelbaus werden die geologischen Untersuchungen weiter vertieft, während des Baus sind begleitende geologische Arbeiten fester Bestandteil der Gesamtplanungl. 4 Literatur Etter, U. (1992): Die Chiera-Synform, Kartierung einer Grossfalte in einer Sackungsmasse. VSP Bulletin 135, Geoexpert AG (1991): AlpTransit Seismik 1990 (Auftrag BAV). Ingenieurgemeinschaft Lötschberg-Basistunnel (1992): Feinvariantenvergleich, Bericht zur Geologie BE 48 (Auftrag BAV). Kellerhals P. (1992): Geologie des Lötschberg-Basistunnels, Dokumentation SIA D 085. Leu, W., Wyss, R. (1992): Geologische Aufnahmen und Prognoseprofil im Gebiet von Sedrun. VSP Bulletin 135, Schneider, T.R. (1992): Auswertungen der Sondierungen Tujetsch 1991, Bericht 425ah (Auftrag BAV). Schneider, T.R. (1992): Geologie des Gotthard-Basistunnels, Dokumentation SIA D 085. Schoop, R.W. (1992): Die neuen AlpentransveIsalen. VSP Bulletin 135, t Dank der Bereitschaft vieler geologischer Büros, Ingenieurgemeinschaften und der Projektleitung, ihre Arbeiten für eine sehr kurze Zusammenfassung zur Verfügung zu stellen, sind mir diese Ausführungen, ursprünglich nur als Vortrag gedacht, ermöglicht worden: Bundesamt für Verkehr, Projektleitung Bauvorhaben, Ingenieurunternehmen Ernst Basler und Partner AG, Ingenieurgemeinschaft Lötschberg-Basistunnel, Dr. T.R. Schneider, Beratender Geologe Gotthard-Basistunnel, Drs. Kellerhals und Häfeli AG, APG-Lötschberg-Basistunnel, Drs. Leu und Wyss, Geoform AG, Dr. Etter, geologisches Büro, CRSFA, Sitten, SIA, Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein. R.W. Schoop, Wehrenbachhalde 32, 8053 Zürich