Gotschna Tunnel losters Geologische Abklärungen 2013 Untersuchung Schadensursache 03.04.2014, Folie 0
Tektonik: Lithologie Geologisch-tektonischer Überblick Tunnelgebirge - Sandkalke - Phyllite - / Rauhwacke - Dolomit TM 1 000 2 000 3 000 4 000 Flysch Mélange/ Flysch Mélange - Sandkalke (< 30% Phyllit) - Wechsellagerung Phyllite / Sandkalke - Dolomit / Phyllite / Sandkalke - Dolomit - Dolomit u.v.m. Deformations-Zonen: km 2.0 2.1 2.5 2.6 3.3 3.4 I II III 03.04.2014, Folie 1
Wasserverhältnisse / typische Brustaufnahmen beim Vortrieb - Sandkalke - Phyllite - / Rauhwacke - Dolomit TM 1 000 2 000 3 000 4 000 Wasserverhältnisse beim Vortrieb: Quellen [l/s] < 3 3 10 < 3 2 8 trocken 4-12 Sulfat [mg/l] < 500 600 1 000 3 000 6 000 500 1 400 Dolomit TM 893 TM 2073 TM 2467 TM 3228 Sandkalke/ Phyllit Phyllit I II III akirit Deformations-Zonen: km 2.0 2.1 2.5 2.6 3.3 3.4 Dolomit Dolomit Quarzit Anhydrit Schiefer 03.04.2014, Folie 2
ernbohrungen: Geologische Abklärungen in Deformations-Zone III (2001) III 3.3 3.4 Aufnahme Sohle: 03.04.2014, Folie 3
Unsicherheiten / Gemeinsamkeiten der Deformations-Zonen (Beurteilung Anfang 2012) Zone Anhydrit-, (SO 4 -Quellen) Entfestigtes Gebirge Erhöhter Querschnitt Einbau / Vortrieb I / Tunnel, (Sohlgewölbe) Übersättigtes CaSO 4 -Wasser akirit d > 3m, Überschiebungszone nein Stahleinbau HEB 160 II / Tunnel, (Verankerung) Anhydrit vorhanden aufgeweichte Sohle, viel Ausstellbucht IV Stahleinbau HEB 200 III / Tunnel, (Sohlgewölbe) viel Anhydrit vorhanden verschupptes Mélange Ausstellbucht V Stahleinbau HEB 200 IV / SiSto, Anhydrit vermutet vermutet Querschlag Nr. 17 V / Tunnel, (fallender Vortrieb) hydrit vorhanden vereinzelt An- stark verschupptes nein Tabelle: Übersicht Randbedingungen der verschiedenen Problem -Zonen Mélange Stahleinbau, TBM 4 / 5 Deutsche Bauweise 03.04.2014, Folie 4
Sohlgewölbe Überblick geologische Untersuchungen 2013 - Sandkalke - Phyllite - / Rauhwacke - Dolomit SB 6 SB 5 2 000 3 000 4 000 Sondierbohrungen SB 1-6 SB 7-9 SB 2-4 (TM 2075) 1 000 SB 3 SB 4 SB 2 SB 2-4 I II TM 2.0 2.1 2.5 2.6 03.04.2014, Folie 5
(Flysch: Sandkalk-, alkschiefer, Phyllite) (akirit; primär im Flysch) (Mélange: Dolomit, / Anhydrit, Quarzit) Beton Übersichtsfotos von B aus 3 typischen Lithologien SB 6 (1 3 m) SB 6 (9 12 m) SB 9 (1 4 m) 03.04.2014, Folie 6
Ausgewählte Fotos aus Flysch und Mélange a) alkschiefer mit Phyllithaut in Schieferung; Quarz-, Calcit-Adern quer dazu; b) zerscherte alkschiefer/ Phyllite; c) Dolomit, brecciös; d) akirit a) b) c) d) 03.04.2014, Folie 7
(Flysch; keine Proben) Zone I: Probenahme; Ergebnis -, Anhydrit-Vorkommen aus DS SB 1 (TM 2045) 0.0 Mst.: 1:100 0.52 2.1 3.0 5.3 7.0 10.0 13.0 0.52 0.6 0.9 2.1 1.7 3.0 3.0 Probe: P1/1 P1/2 P1/4 P1/3 SB 3 SB 2 SB 4 (TM 2075) 0.0 Mst.: 1:100 0.53 2.1 2.0 3.2 3.5 4.0 4.6 6.1 7.1 8.0 8.6 10.5 11.3 13.0 0.53 0.6 0.9 1.2 0.3 0.5 0.8 1.5 1.0 0.9 0.6 1.9 0.8 3.0 Probe: P2/1 P2/2 P2/3 P2/7 P2/8-9 P2/10 P2/4 P2/5 P2/6 SB 5 (TM 2098) 0.0 Mst.: 1:100 0.8 2.3 3.0 3.4 8.4 10.6 13.0 0.8 2.3 0.7 0.4 5.4 2.2 2.4 Probe: P5/1 P5/2 P5/3 P5/6 P5/4 P5/5 P5/7 P5/9 P5/8 P5/10 P5/12 P5/11 SB 6 (TM 2145) 0.0 Mst.: 1:100 0.6 1.3 4.0 4.8 6.2 12.2 12.5 13.0 0.6 0.7 2.7 0.4 1.4 6.0 0.3 0.5 Legende: Anhydrit : akirit 03.04.2014, Folie 8
Zone II: Ergebnis Bohrungen SB 7-9 SB 7 (TM 2445) 0.0 0.53 Mst.: 1:100 0.53 1.35 0.7 1.8 0.4 0.0 Mst.: 1:100 0.5 0.8 SB 8 (TM 2493) 0.5 0.3 1.9 1.1 SB 9 (TM 2525) 0.0 Mst.: 1:100 0.8 0.8 1.4 0.6 3.0 4.0 4.4 1.2 1.0 0.4 3.5 1.6 4.2 2.8 6.0 1.8 7.2 2.8 7.8 1.8 8.5 9.0 1.3 0.5 13.0 4.0 13.0 9.5 13.0 2.4 03.04.2014, Folie 9
Ausgewählte Fotos von Dolomit,, Anhydrit Anhydrit/ -Adern sprengen das Gestein (Rissöffnungen nach Austritt aus Doppelkernrohr?; SB 9)? Anhydrit? 03.04.2014, Folie 10
Ausgewählte Fotos von Dolomit,, Anhydrit a) lagen in Schieferung S (mit Fingernagel rizbar; Pfeil); b) nadeln gebildet in offenen lüften; c) offene Scherklüfte schief zur Schieferung (SB 5). b) c) b a) 03.04.2014, Folie 11
Ergebnis: Tunneldeformationen wo Anhydrit und akirit auftritt Legende: akirit Anhydrit 10% Anteil aus DS SB 6 1 0% 1 0% 3 0% <5 % SB 5 1 0% <5 % SB 2 SB 1 S(lBinks3) SB 4 20% 50-60% (r echts ) 10% 30-50% 4050% 20-30% 50% 4060% <5% 03.04.2014, Folie 12
Zone I: orrelation Bohrbefund zu Deformationen 3 0% 1 0% 1 0% 1 0% SB 2 <5 % <5 % (rechts) (links) Legende: akirit Anhydrit 10% Anteil aus DS SB 4 3 S(B links) (rec hts) 4060% <5% 03.04.2014, Folie 13
Zone II: orrelation Bohrbefund zu Deformationen Legende: akirit Anhydrit 10% Anteil aus DS SB 7 SB 8 SB 9 20-30% 10% 2040% 70% 03.04.2014, Folie 14
Vergipsung entlang Anhydrit orngrenzen in Anhydrit Lagen (d = mm cm) Dolomit; Bild von Anhydrit Lage mit Anhydrit einzelnen körnern; orngefüge ist randlich angelöst (Anteil Ahy/ in 1 mm DS: 20/ <5 %; TM 2098, Probe 5/1) 0.8 mm mm / Anhydrit; (Bild Mitte mit Zusatzlinse) Detailaufnahme "Aufsprengung" Anhydrit orngefüge durch bildung (hellblau) ( Anteil Ahy/ in DS: 30/ 50 %; TM 2098; Probe P5/6; 4 m unter Tunnelsohle) Ahy Dolomit; Vergipsung entlang der orngrenzen von Anyhdrit ist weit fortgeschritten ( Skelettanhydrit ) 1 mm (Anteil Ahy/ in DS: < 5/ < 10 %; TM 2075, Probe P4/8; 2.6 m unter Tunnel-sohle) 03.04.2014, Folie 15
Aufreissen des Anhydrit-, Phyllit-Gefüges durch Fasergipsbildung / Sandkalkschiefer; Aufsprengung des Anhydrit Mineralkorns infolge bildung Lage S Anhydrit Ahy 1 mm mm 1 mm Sericit ( Anteil Ahy/ in DS: <5/ 60 %; TM 2075; Probe P2/4; 10 m unter Tunnelsohle) Anhydrit/ Phyllit; Gefügezerlegung im Phyllit durch Lösen von Anhydrit in Adern entlang der Schieferung S... (Anteil Ahy/ in DS: <30/ 20 %; TM 2525, Probe P9/7; 2.2 m unter Tunnelsohle) Anhydrit/ Phyllit;... und Aufreissen Sericit des Gefüges entlang S durch Bildung S 1 mm Ahy (Anteil Ahy/ in DS: <30/ 20 %; TM 2525, Probe P9/7; 2.2 m unter Tunnelsohle) 03.04.2014, Folie 16
Anhydrit in Ader quer zu S od. in Dolomit wird gelöst und/oder vergipst Dolomit/ Anhydrit/ Phyllit; "alte" Anhy- Anyhdrit Ader Anhydrit Anhydrit S 1 mm drit Ader zu S mit ornbildung in S, vergipst entlang dem Ader Rand (Anteil Ahy/ in DS: <30/ 10 %; TM 2075, Probe P4/6; 10 m unter Tunnelsohle) Dolomit Dolomit/ ; Anhydrit in Dolomit Adern wird gelöst; kristallisiert an Aderwänden und in feinen Adern Anyhdrit Ader 1 mm (Anteil Ahy/ in DS: <5/ 40 %; TM 2075, Probe P2/7; 8.4 m unter Tunnelsohle) / Sandkalk- Lage Lage S schiefer; vollständige Vergipsung in Lagen mit verformung des gefüges in S Lage 1 mm ( Anteil Ahy/ in DS: <5/ 60 %; TM 2075; Probe P2/4; 10 m unter Tunnelsohle) 03.04.2014, Folie 17
Fast vollständige Vergipsung im Mineralgefüge, in Lagen, in Adern/ Pseudomorphosen von Anhydrit nach im Einzelmineralkorn (grau); vollständige Vergipsung in Lagen mit reliktischen Anhydrit örnern; Adern Anhydrit 1 mm durchtrennt (Anteil Ahy/ in DS: < 20/ 40%; TM 2525; Probe 9/9) / Anhydrit/ Phyllit; penetrativ S 1 mm vergipstes orn- Gefüge zu > 50%, wird von lage durchtrennt (Anteil Ahy/ in DS: 30/ 40 %; TM 2098, Probe P5/5; 4.6 m unter Tunnelsohle) / Phyllit; verdrängt Anhydrit Spaltbarkeit 0.8 mm Anhydrit pseudomorph im gleichen Mineralkorn bei gleicher Spaltbarkeit (Anteil Ahy/ in DS: 20/ 50 %; TM 2098, Probe P5/9; 6.4 m unter Tunnelsohle) 03.04.2014, Folie 18
Probenbehandlung für Lagerung bis Durchführung der Laborversuche (larsichtfolie, Beschriftung, Plastikschlauch/ oder Parafinierung) Alle B ohne / Anhydrit-Verdacht und einer Länge von L > 100 mm SB 2 (TM 2075) B-Längen 2.5 3.7 m Alle B mit / Anhydrit-Verdacht und einer Länge von L > 100 mm 03.04.2014, Folie 19
Erkenntnisse aus den Sondierungen 2013 In allen 3 Deformationszonen gibt es Anhydrit und Wo Anhydrit und direkt unter der Tunnelsohle auftreten, werden die grössten Sohlhebungen festgestellt Bei geringeren Deformationen wurde nur akirit gefunden Es lässt sich keine orrelation einer zunehmenden Vergipsung mit der Nähe zum Tunnel feststellten Die Dünnschliffuntersuchungen zeigen, dass primär in Nähe von Anhydrit gebildet wurde (rezente, grossräumige infiltrationen aus übersättigten Sulfatwässern sind wenig wahrscheinlich) Seit Beginn des Tunnelbaus vor über 10 Jahren ist die Vergipsung überwiegend zu > 70 % erfolgt 03.04.2014, Folie 20
Ursachen-/ Entwicklungs-Analyse Gesteinsquellen im Gotschnatunnel Quellen ausgelöst, wo Anhydrit vorhanden, und wo - Gebirge geschwächt, - und / oder Regelquerschnitt Tunnel erhöht - und/oder Einbausicherung spät oder zu schwach erfolgt ist (?) - (quellfähige Tonminerale fehlen) Anhaltendes Quellen - an allen Stellen, wo Anhydrit-Quellen bisher ausgelöst wurde Ausbleibendes Quellen; wo Anhydrit oder SO4-übersättigtes Wasser fehlt; wo bisher keine nennenswerte Deformationen zugelassen wurden; wo Vergipsung nahezu abgeschlossen ist Bemerkung zum Wasserangebot - dieses ist Untertags über die Zeit stets genügend vorhanden; die Wegsamkeit ist durch die Phyllite begünstig 03.04.2014, Folie 21