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- Technischer Bericht NTB 81-07Download
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Ziel der Untersuchungen war die Erarbeitung noch fehlender geologischer, hydrogeologischer und felsmechanischer Daten im Hinblick auf die Wahl eines geeigneten Standortes für das an der Grimsel vorgesehene Felslabor der Nagra.
Zu diesem Zweck wurden 6 horizontale Kernbohrungen von je 100 m Länge und 86 mm Durchmesser ausgeführt. Die praktisch ohne Verlust gezogenen Kerne wurden petrographisch und gefügekundlich sowie zum Teil felsmechanisch ausgewertet.
Das Hauptgewicht der Untersuchungen lag auf einer möglichst weitgehenden Erfassung der vorhandenen Diskontinuitäten und Anisotropien, da diese zu einem guten Teil sowohl die hydrogeologischen Verhältnisse des Gebirges als auch dessen Verhalten gegenüber chemischen und physikalischen Einflüssen bestimmen.
Im untersuchten Bereich kommen biotitarme und biotitreiche Granite und Granodiorite vor, welche lokal von Lamprophyren und Apliten durchschlagen werden.
Der weitaus grösste Teil der untersuchten Gebirgspartie besteht aus kompakten, nicht geklüfteten Gesteinen. 478 von 600 Bohrmetern, d.h. durchschnittlich 80 % des durchbohrten Gebirges, weisen keine offenen Klüfte auf. Nur 22 von 600 Bohrmetern (3.6 %) enthalten mehr als 5 Klüfte pro Meter, wobei die offenen Klüfte in den Sondierbohrungen SB 1 und SB 5 gehäufter auftreten. Bei den übrigen Sondierbohrungen sind in 90 % des Gebirges keine offenen Klüfte festzustellen.
An den orientierten Bohrkernen wurden mit Hilfe von graphischen Abwicklungen über 800 Gefügeflächen vermessen und statistisch ausgewertet. Es können 7 Gefügesysteme, 3 Schieferungen und 4 Kluftsysteme, unterschieden werden. 327 Gefügeflächen treten durchtrennt («offen») auf. Zwei Schieferungen sowie zwei Kluftsysteme können grössere Längserstreckungen von gegen 50 – 100 m aufweisen. Höhere Durchtrennungsgrade sind auch in den zum Teil tektonisierten Kontaktzonen der Lamprophyre zu erwarten.
Die vorgefundenen Kluftminerale zeigen eine teilweise gesetzmässige Verteilung auf die einzelnen Gefügesysteme. Aufgrund ihrer gegenseitigen Beziehung und unter Berücksichtigung früherer Untersuchungen im Aarmassiv ist eine genetische Deutung dieser Gefügesysteme möglich.
Bei den Abpressversuchen waren im allgemeinen Drücke von > 10 bar nötig, um Wasser ins Gebirge zu pressen. Die einpressbaren Wassermengen waren durchwegs klein und betrugen bei 30 bar maximal 0.75 l/min pro 5 m Bohrloch.
Aufgrund der Abpressversuche lässt sich für geklüftete Bereiche eine Gebirgsdurchlässigkeit von ca 10-9 bis 10-12 m/s abschätzen. Die an einem Bohrkern ermittelte Gesteinsdurchlässigkeit beträgt 5 × 10-17 m/s.
In allen Sondierbohrungen wurde Bergwasser angetroffen. Die Wassermengen sind jedoch sehr gering; 0.05 bis 0.1 l/min in SB 2 bis SB 6, 3.5 l/min in SB 1.
Die Wässer der Sondierbohrungen sind unterschiedlich, im allgemeinen aber schwach mineralisiert und weisen Temperaturen zwischen 10 und 11.1° C auf.
Tritium-Bestimmungen deuten darauf hin, dass die Bergwässer der Sondierbohrungen SB 2 bis SB 6 älter als 28 Jahre sind. Das Wasser der Sondierbohrung SB 1 scheint geringe Anteile von rezentem Wasser zu enthalten.
Der in den Sondierbohrungen SB 1, SB 3 und SB 5 gemessene hydrostatische Druck lag nach 7 Monaten Beobachtungszeit bei 41 bar, 20 bar und 11 bar.
Die Untersuchungen von Temperatur, Chemismus und hydrostatischem Druck, in die auch 27 Bergwassereintritte im Hauptzugangsstollen einbezogen wurden, lassen vermuten, dass die Wasserzirkulation im Gebirge auf zum Teil voneinander unabhängigen Gefügesystemen erfolgt.
Generell nimmt die Temperatur des Bergwassers im Hauptzugangsstollen gegen Süden ab (Einfluss des Grimselsees und der geringermächtigen Ueberlagerung), die Mineralisierung jedoch zu, wobei eine Kontamination der entnommenen Proben mit Zement nicht auszuschliessen ist.
Beobachtungen des Schüttungsverlaufs des anfallenden Bergwassers und des zögernden Aufbaus des hydrostatischen Druckes in der Sondierbohrung SB 1 lassen vermuten, dass der hintere Teil der Bohrung mit einem Hohlraum von gegen 100 m3 Inhalt in Verbindung stehen könnte.
Die mit dem Akustik-Log gemessenen Geschwindigkeiten der Kompressionswellen im kompakten Gebirge betragen durchschnittlich 5'600 m/s. Sie sind um 70 – 80 % höher als die unter Laborbedingungen an Bohrkernen gemessenen Werte.
Aufgrund der Beziehung zwischen Gesteinsporosität und Geschwindigkeit der Kompressionswellen lassen sich für den untersuchten Gesteinskörper je nach dem Grad seiner Klüftung Porositätswerte von 0 – 5 % ermitteln. In den selten vorkommenden, hydrothermal zersetzten Graniten und Granodioriten dürften die Porositäten bis gegen 10 % betragen.
Der untersuchte Standortraum an der Grimsel entspricht einem für alpine Granite typischen und repräsentativen Gebirgskörper. Er ist sowohl aus geologischer als auch felsmechanischer Sicht für den Bau und Betrieb eines unterirdischen Felslabors geeignet.
Einerseits zeichnet er sich durch eine überschaubare Vielfalt standfester, vorwiegend granitischer Gesteinstypen aus. Andererseits – und dies scheint besonders wichtig – weist der vorgesehene Laborbereich eine mehr oder weniger ausgeprägte Anisotropie auf, welche sich vom Mikrobereich (Einregelung der gesteinsbildenden Mineralien) bis in den Gebirgsbereich (Scherzonen, weit durchtrennende Klüfte und Gänge) erstreckt.
Da auf ausbruchtechnische Probleme wegen der felsmechanisch sehr günstigen Gebirgseigenschaften keine Rücksicht genommen werden muss, kann die endgültige Raumwahl und Auslage des Felslabors voll und ganz von versuchstechnischen Ueberlegungen aus gehen. Dabei werden die heute bekannten geologischen, petrographischen und tektonischen Gegebenheiten entsprechend zu berücksichtigen sein.
Bei der Durchführung und Auswertung des Untersuchungsprogrammes haben folgende Institutionen mitgearbeitet:
Projekt und Bauleitung:
Ingenieur-Unternehmung AG Bern
Sondierbohrungen, Abpressversuche:
SIF-Groutbor SA, Renens
Geophysikalische Messungen und Auswertung:
Prakla-Seismos GmbH, Hannover
Geologische Untersuchungen:
Geotest AG, Zollikofen
Mineralogisch-petrographische Untersuchungen:
Prof. Dr. H.A. Stalder, Bern
Felsmechanische Laboruntersuchungen:
Institut für Boden-, Felsuntersuchungen und Fundationstechnik der ETH Lausanne
Der vorliegende Bericht wurde durch:
W. Müller, Projektleiter Ingenieur-Unternehmung AG Bern und
Dr. H.R. Keusen, Geologe, Geotest AG, Zollikofen
in Zusammenarbeit mit der Nagra verfasst.