Mit Echo im Berg: Sonar für den Tunnelvortrieb

Am gestrigen 11. Juni wurde Dr. Rüdiger Giese und seinem Team vom GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) der „Technologietransferpreis 2008“ von der Technologie Stiftung Brandenburg für ein neues System zur Tunnelvorerkundung ISIS überreicht.

ISIS (Integriertes Seismisches Imaging System) ist ein Verfahren zur Vorerkundung des Gesteins im Tunnel. Die technische Innovation liegt vor allem darin, dass keine Sondierungssprengungen mehr erforderlich sind und dass das System während der laufenden Tunnelbohrarbeiten eingesetzt werden kann. Damit wird der Tunnelbau sicherer, schneller und effizienter.

Tunnelbau ist trotz allen Fortschritts immer noch ein technisch und wirtschaftlich riskantes Unterfangen. Die größten Unwägbarkeiten liegen darin, dass eine genaue Vorerkundung des Gesteins erforderlich ist, in das die Tunnelbohrmaschine hineinbohren will. Zur Erkundung des Gesteins vor der Tunnelbohrmaschine benutzt man üblicherweise seismische Verfahren: man zündet eine kleine Sprengladung und wertet die Ausbreitung der Schallwellen der Explosion aus. Dazu muss die Tunnelbohrmaschine gestoppt und die Bohrarbeit unterbrochen werden – bei Kosten von rd. 100 Mio. Euro für eine solche Maschine ein erheblicher Kostenfaktor.

Hier setzt ISIS an. Es ermöglicht die Vorhersage der geologischen Eigenschaften des Gebirges im Vorfeld und Umfeld einer Tunnelauffahrung, ohne den Baubetrieb nennenswert zu behindern – ähnlich wie beim Ultraschall in der Medizin

„Die Idee besteht darin, die Tunnel-Anker zu verwenden, um damit einen Mess-Aufbau von seismischen Dreikomponenten-Empfängern antennenartig so zu installieren, dass ein hochauflösendes seismisches Abbild des Gebirges während der Auffahrung möglich wird,“ sagt Dr. Rüdiger Giese. „Als Empfänger dienen kleine Erdmikrophone (Geophone) , die in die Spitzen der Felsanker eingesetzt werden. Damit können die unterschiedlichen seismischen Wellen hochempfindlich erfasst werden. Die Daten geben uns Auskunft über Wechsel in den Gesteinen und eventuelle wasserführende Lagen.“

Die Anker werden in metertiefen Bohrlöchern verklebt. Sie können vom Tunnel strahlenförmig ausgehen oder in Vortriebsrichtung gesetzt sein.Die seismischen Impulse werden mit einem pneumatischen Schlaghammer oder eine elektromagnetische Vibrationsquelle erzeugt, wobei die Impulse sich in vorgegebene Richtungen abstrahlen und in Sekundenabständen wiederholen lassen.

Das alles kann während der laufenden Tunnelbohrarbeiten geschehen.

Angewendet wurde das System bereits beim Bau des neuen St.Gotthard-Basistunnels und beim Tunnelbau in Nessies Heimat Loch Ness.

„Wir freuen uns, dass mit der Herrenknecht AG der Weltmarktführer im Tunnelbau als Partner zur Markteinführung des Systems ISIS gewonnen werden konnte. Das ist auch der hervorragenden Arbeit des Teams um Herrn Giese zu verdanken. Ich gratuliere von Herzen zu diesem Preis“, sagte Professor Reinhard Hüttl, der Vorstandsvorsitzende des GFZ zu diesem Anlass.

Das GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) ist als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft das nationale Forschungszentrum für Geowissenschaften in Deutschland.