Wo im Gotthard-Basistunnel ETH drinsteckt

?Untertagebau wird seit fast 100 Jahren auf hohem Niveau an der ETH gelehrt.? Das sagt Georg Anagnostou, Professor f¨¹r Untertagebau. ?Ohne unsere Absolventen h?tte dieses Projekt nicht realisiert werden k?nnen.? Sein Vorg?nger Kalman Kov¨¢ri war von 1990 bis zu seiner Emeritierung im Jahr 2002 Vorsitzender der Arbeitsgruppe Bautechnik-Basistunnel. Diese beurteilte einerseits ¨¹bergeordnete planerische Fragestellungen, wie etwa die Linienf¨¹hrung oder die Wahl der optimalen Tunnel- und R?hrensysteme, andererseits auch bautechnische Schl¨¹sselfragen.

Schwimmendes Gebirge durchstossen

Eine solche Schl¨¹sselfrage stellte sich in der fr¨¹hen Planungsphase in der Piora-Mulde auf der S¨¹dseite des Gotthards. Diese St?rzone war wegen ihrer geologischen Beschaffenheit von den Experten gef¨¹rchtet und sorgte jahrelang f¨¹r Schlagzeilen: Es konnte n?mlich nicht ausgeschlossen werden, dass der zuckerk?rnige Dolomit an der Gebirgsoberfl?che bis auf Tunnelniveau reicht. Das h?tte bedeutet, dass der Tunnel ¨¹ber 30 bis 50 Meter so genanntes schwimmendes Gebirge h?tte durchstossen m¨¹ssen lockeres Gestein, das unter einem hohen Wasserdruck steht. Diese Gefahr veranlasste die Wissenschaftler der ETH zu umfangreichen tunnelstatischen Berechnungen. ?Die Untersuchungen zeigten, welche Bedeutung etwa Ausbauwiderstand, Druckfestigkeit und Dicke des Injektionsk?rpers f¨¹r die ?berwindung von schwimmendem Gebirge haben?, h?lt Anagnostou fest.

Beim Tavetscher Zwischenmassiv im Nordosten untersuchten die ETH-Wissenschaftler die Verformbarkeit des Gebirges und lieferten die wissenschaftlichen Grundlagen, welche Bauverz?gerungen verhindern halfen. ?Druckhaftes Gebirge kann Tunnelbohrmaschinen blockieren. Das f¨¹hrt zu grossen Bauverz?gerungen?, erkl?rt Anagnostou. Dass solche Verz?gerungen viel Geld kosten, liegt auf der Hand. Insofern sind die Erkenntnisse aus dem Gotthard-Basistunnel ¨C dem weltweit l?ngsten Eisenbahntunnel ¨C nicht zuletzt auch von grosser ?konomischer Bedeutung f¨¹r den Tunnelbau international.

Gotthard treibt Forschung voran

?Die Arbeiten am Gotthard haben uns in vielerlei Hinsicht extrem wichtige Impulse f¨¹r die Forschung gegeben, die im Tunnelbau weltweit Anwendung finden, beispielsweise in der T¨¹rkei oder den USA.? Die Erkenntnisse, die in diesem Jahrhundertprojekt gewonnen wurden, haben aber noch viel weitreichendere Folgen: Sie finden in Dissertationen Niederschlag und fliessen in die Lehre ein, wo k¨¹nftige Tunnelbauer ihr Know-how erwerben.

Auf 0,001 Grad genau

Auch Forschende des Instituts f¨¹r Geod?sie und Photogrammmetrie haben mit ihren Arbeiten am Gotthard wesentlich zur erfolgreichen Realisierung des Tunnels beigetragen. Spezialisten f¨¹r die Tunnelvermessung lieferten wissenschaftliche Grundlagen f¨¹r die Planung und Projektierung des Alpentunnels. Die schwierigen Verh?ltnisse im Gotthardmassiv stellten die Geomatiker vor grosse Herausforderungen, welche mit Hilfe der Professoren Alessandro Carosio, bis zu seiner Emeritierung 2008 als Geod?sie-Experte f¨¹r die AlpTransit Gottthard AG t?tig, und ETH-Professor Alain Geiger bew?ltigt wurden: F¨¹r die Grundlagenplanung an der Oberfl?che k?nnen sich die Geomatiker per GPS orientieren. Im Berg k?nnen sie daf¨¹r keine Signale empfangen. Deshalb wird die Richtung dort mit einem sogenannten Vermessungskreisel festgelegt, mit dem man die Richtung gegen¨¹ber der geografischen Nordrichtung auf 0,001 Grad genau messen kann. Das ist gerade genau genug f¨¹r den Vortrieb langer Tunnel. Um diese Genauigkeit zu erreichen und auch um die Portale in der H?he ausreichend genau miteinander zu verbinden, m¨¹ssen die Einfl¨¹sse von Schwereanomalien und Lotabweichungen auf die Messungen korrigiert werden. Lokal gesehen sind sie insbesondere eine Folge der unterschiedlichen Dichte der Gesteine im Berg sowie der Topographie. Das erforderliche Modell (Geoid) des Erdschwerefeldes konnte nur mit Hilfe der Expertise und mit Hilfe von speziell entwickelten Messger?ten der ETH Z¨¹rich bestimmt werden.

Meisterleistung der Ingenieurskunst

Auch methodisch leisteten die Forscher Pionierarbeit: Bei Sedrun kam neben dem oben erw?hnten Vermessungskreisel weltweit erstmals zus?tzlich inertiale Messtechnik f¨¹r die Richtungsbestimmung im Tunnel zum Einsatz. Der ETH-Professor Hilmar Ingensand hatte diese gemeinsam mit seinen Kollegen von der TU M¨¹nchen entwickelt. Mit den zus?tzlichen Messdaten stellten die Vermessungsfachleute sicher, dass der am Fuss des 800 Meter tiefen Schachts begonnene Vortrieb in der richtigen Richtung erfolgt. Diese Forschungsanstrengungen zahlten sich aus: Beim finalen Durchschlag des Tunnels betrug die Abweichung lediglich acht Zentimeter seitlich und einen Zentimeter in der H?he. Eine Meisterleistung der Ingenieurskunst. Und, wie Carosio betont, ?die verantwortlichen Vermessungsingenieure waren ohne Ausnahme Absolventen der ETH.?