Geologisch-hydrogeologische Einflussfaktoren bei der Trassenwahl von Tunnelbauwerken am Beispiel der binationalen Andentunnel

Abstract

Anhand des Beispieles zweier Basistunnel-Bauvorhaben in den Anden zwischen Chile und Argentinien wird die geologisch-hydrogeologische Planung in zwei unterschiedlichen Projektsphasen vorgestellt. Darauf aufbauend und unter Einbeziehung von Erkenntnissen von Projekten in den Alpen, im Himalaya sowie anderer Bauvorhaben in den Anden werden konkrete Empfehlungen für die hydrogeologische Planung von tiefliegenden Tunnelvorhaben dargestellt. Auf Basis von Kartierungen und – bei einem der Vorhaben – von Erkundungsbohrungen werden für beide Vorhaben je ein geologisches und ein hydrogeologisches Modell ausgearbeitet. Das geologische Modell ist in Form einer regionalgeologischen Beschreibung, einer Definition von Gesteins- und Gebirgsarten, einer geologischen Karte und eines Längenschnitts entlang des geplanten Bauwerks dargestellt. Das hydrogeologische Modell besteht aus einem ausformulierten Konzeptmodell und einer hydrogeologischen Prognose. Die Projekte sind der Agua Negra Tunnel, ein 13,9 km langer Autobahntunnel auf einer durchschnittlichen Seehöhe von 3.850 m zwischen den Provinzen Coquimbo und San Juan, sowie der Basistunnel des Corredor Bioceánico Aconcagua, ein 52 km langer Eisenbahntunnel auf durchschnittlich 2.050 m Seehöhe zwischen den Provinzen Valparaíso und Mendoza. Die Trassenwahl der Basistunnel erfolgt auf Grundlage geologisch-hydrogeologischer Einflussfaktoren und ist – in Anlehnung an die jeweilige Projektsphase – bei einem der Projekte, Agua Negra Tunnel, bereits abgeschlossen, bei dem Zweiten – Corredor Bioceánico Aconcagua – noch offen. Für beide Projekte sind konkrete Empfehlungen aus geologisch-hydrogeologischer Sicht für die jeweils nächste Projektsphase dargelegt. Beim Agua Negra Tunnel ist dies die Anlage eines etwa 4,6 km langen Erkundungsstollens auf der chilenischen Seite vor Beginn der Aushubarbeiten der Haupttunnelröhren, beim Corredor Bioceánico Aconcagua die Durchführung eines Erkundungsprogramms als Basis für die finale Trassenwahl. Über die konkreten Empfehlungen für die zwei Vorhaben hinaus werden Besonderheiten langer und tiefliegender Tunnel, sowie von Untertage-Bauvorhaben in den Anden allgemein ausgearbeitet. Der Planungsprozess in Bezug auf die Hydrogeologie wird in Form von konkreten Handlungsempfehlungen dargelegt und für sechs spezielle Fragestellungen (Karst, hydraulisch bedingte Setzungen, wasserlösliche Gesteine, Wassernutzungen bzw. ökologisch sensible Gebiete, Geothermie und Einzugsgebiete) in Form von Flussdiagrammen aufbereitet. Wesentliche Erkenntnisse betreffen die praktische Abwicklung von Projekten vergleichbarer Natur. Die Auswirkungen eines Tunnelvortriebs auf das hydrogeologische Geschehen sind von ähnlich hoher Bedeutung wie die Auswirkungen von Wasserzutritten auf das Vortriebsgeschehen. Eine Erkundungskampagne führt dann zum Erfolg, wenn die Erkundungsziele definiert sind, allen Beteiligten mitgeteilt werden und Redundanzen und Alternativen eingeplant sind. Es zeigt sich, dass mit der Anwendung von Isotopenmethoden bei tiefliegenden Tunnelvorhaben hydrogeologische Fragen unterschiedlichster Natur erfolgreich zu beantworten sind.

On basis of two base tunnels in the Andeans, between Chile and Argentina, the geological and hydrogeological design is presented in different project stages. Together with experience from projects in the Himalayas, in the Alps and other projects in the Andeans, recommendations for geological and hydrogeological design of deep tunnels are postulated. The geological and a hydrogeological model is worked out on base of field mapping and – for one of the projects – core drillings. The geological model is depicted with regional geological description, definition of rock and rock mass types, a geological map and longitudinal section along the alignment. The hydrogeological model consists of a written conceptual model and a hydrogeological prediction. The projects are the Agua Negra tunnel, a 13.9 km motorway tunnel at an average elevation of 3850 m between the provinces of Coquimbo and San Juan and the base tunnel of the Corredor Bioceánico Aconcagua, a 52 km long railway tunnel at an average elevation of 2050 m between the provinces of Valparaíso and Mendoza. The selection of the alignment is subject to geological and hydrogeological conditions and is terminated for one of the projects, the Agua Negra tunnel, while for the second project, the Corredor Bioceánico Aconcagua, still not defined. For both projects are given definite recommendations for the corresponding next project stage. In the case of the Agua Negra Tunnel, the recommendation consists of the development of a 4.6 km exploration tunnel from Chilean portal before starting the excavation of main tunnels. For the Corredor Bioceánico Aconcagua the realization of an investigation program as basis for a final decision of the alignment is recommended. Apart from the recommendations of the two projects peculiarities of deep tunnels and of underground works in the Andeans are worked out. The design procedure for hydrogeological subjects is described on basis of well determined questions (Karst, surface settlements, dissoluble rock types, water use respectively ecologically sensible areas, geothermic and catchment areas) in flow charts. Substantial findings concern the development of similar projects. The impact of an underground work on the hydrogeological regime can be of high relevance such as the implications on the progress during the excavation works. The probability of the success of an excavation program rises with well-defined targets, information of all involved persons and design of redundant methods. The given examples prove that at deep tunnel projects complex hydrogeological questions can be resolved with isotope methods.