Einflüsse des Wassers im Untertagebau

Ziele der hydrogeolog. PrognoseBeweissicherung bzw. Schutz genutzter QuellenAbschätzen der EinzugsgebieteWassermengen bzw. Wassererschwernisse beim VortriebBemessung der Tunnel-AuskleidungDimensionierung Tunnelneigung, Wassergraben undAbleitungVerhinderung von Wasserverlusten bei WasserstollenBei Endlager-Untersuchungen: Evtl.SchadstofftransportMöglicher Einfluss auf andere Bauwerke

Hydrologische ParameterNiederschlag, Verteilung über das JahrSchneedecke (Dauer, Ablation)Starkregen (Intensität, Anteil, Verteilung)ReliefBewuchs, EvapotranspirationSchuttbedeckung, BodenbildungFelsdurchlässigkeit

n. MailletTrockenwetter-Auslaufkurve

TrockenwetterabflussLfd.Nr.Abschnitt Datum Datum Uhrzeit Qo Qt Qo - Qt aQox - Qtx Qo Qt (hh:mm) [l/s] [l/s] Tage [d]1 Qo1 - Qt1 03.06.1992 02.07.1992 12.00 130 111 29 0,00542 Qo3 - Qt3 09.07.1992 31.08.1992 12.00 100 74 53 0,00573 Qo3 - Qt3 20.12.1992 08.03.1993 12.00 79 55 78 0,0046Gesamt: 130 55 160 0,0054TrockenwetterabflußStubbachquelle (Karwendel)Summe Basisabfluß Qs [Mio m3]: 2,089Abflußfähige Restmenge M [Mio m3]: 0,884

Wienfluss bei Hietzing bei Hochwasser… und bei Niederwasser

Hydrogeolog. Modellierung1) GEOLOGISCHE PARAMETERGesteinsverteilungTrennflächeneigenschaftenÖffnungsweiten, Kluft-HohlraumvolumenGrad und Bereich der Verwitterung, VerkarstungVerfüllung der TrennflächenKommunikation der TF-Systeme2) HYDROGEOLOGISCHE PARAMETEREinzugsgebiete (hydrologisch, orographisch)Bergwasserspiegel-HöheEinsickerungsratenBenetztes FelsvolumenKluft-Hohlraumvolumen

Prognose StollenzuflussBergwasserdruckKlufthäufigkeit und –öffnungStollendruchmesserVortriebsgeschwindigkeit (Überlagerung der Spitzen)Ausfließende Menge bis BeharrungBeharrungswassermenge (Erneuerung)

Klufthohlräume v. Locker-GesteinenLockergesteine: PorenwasserFestgesteine (Fels): Kluft- , z.T.auch Porenwasser (Sandsteine,Konglomerat…)Tone: trotz hohen Poren-Vol.wasserdicht!!Größte Nutzung: Sand-Kiesgemische

Klufthohlräume v. Fest-GesteinenTentschert, 1980

Hungerquelle:Charakteristik:SZ: period. trockenTemp.: mit JahreszeitenRegeneinfl.: hochCharakteristik:SZ: hochTemp.: tw. mitJahreszeitenRegeneinfl.: hoch

Quelltypena) Schichtquelleb) Verwerfungsquellec) Schuttquelle (Folgequelle)d) Karstquellee) Artesische Quelle (Brunnen)f) Schichtstau-Quelleg) Verengungs-Quelleh) VerengungsquellePunktiert: jeweils Aquifer (Wasserspeicher, z.B. klüftigesFestgestein oder porenreiches Lockergestein)Strichliert: Wasserstauer (z.B. glimmerreicheMetamorphite wie Phyllit, Glimmerschiefer, odertonreiche Sedimentgesteine wie Tonstein, Mergel)#n. Henningsen 1987

Heissel 1993Rumerstollen („RUMER-Quelle“):Trinkwasserstollen im KalkRumerstollen Grotte an GrenzeHött. Brekzie / Reichenhaller Sch.

KW Sellrain-Silz

Horror-Szenarien

Kluftwasser aus GranitÜbertritt Kluftwasserin TalgrundwasserFluor im Grundwasser:Vor: Sp…Nach: bis 1 mg/l

Q StollenStollenwaasser-Ganglinie SilzGanglinie

Schwarzbodenqu.Q [l/s]hN [mm/d]Σ Schnee [cm]LF [µS/cm]T [° C]

Wiener Hochquell-LeitungenBehälter WienRosenhügel2. HQL1.HQLRohrnetz 3000 km, 100.000 HausanschlüsseTagesverbrauch 390.000 m³, max. 580.T. 97 % aus Quellen,Nur 2 % müssen gepumpt werden.Kraftwerke an Leitung erzeugen 85 % mehr als sie verbrauchen.Waldbesitz der Stadt wien: 32.000 ha (3/4 der Fläche Wien)Schutz- u. Schongebiete 900 km² (doppelte Fläche Wiens !!)1. Leitung: 1870-73, 3 a Bauzeit, 90 + späterer Ausbau auf 120 km, 16 Mio GuldenFliesszeit: 36 h, 180.000 m³/d aus erster Leitung,2. Leitung: 210.000 m³/d, 800 Mio l in den Hochbehältern. 170 km gravitativ.

Luftbild Schneeberg

Hydrogeologie Schneeberg

Schneealpenstollen

Wasser in StörungszonenZangerl 2003

Lötschberg-GasterntalAlter Lötschberg-Tunnel:Anfahren wassergefüllte Kiese, EinbruchWasser + Kies, Abschwenken der Trasse

Lötschberg ProfilDie verkarstete und stark geklüftete Zone ist mit „DD„ bezeichnet.Alter Tunnel

Lötschberg Hydrogeol. ModellierungJede Gesteinszone mit typischer DurchlässigkeitKorrellation an vorhandenem Scheitel-Tunnel

Wiener Hochquell-LeitungenBehälter WienRosenhügel2. HQL1.HQLTagesverbrauch 390.000 m³, max. 580.T. 97 % aus Quellen,Waldbesitz der Stadt wien: 32.000 ha (3/4 der Fläche Wien)Schutz- u. Schongebiete 900 km² (doppelte Fläche Wiens !!)1. Leitung: 1870-73, + späterer Ausbau auf 120 km,Fliesszeit: 36 h, 180.000 m³/d2. Leitung: 210.000 m³/d, 170 km gravitativ transportiert800 Mio l in den Hochbehältern.

Karlgraben Siebenquellen

Wap (Lugeon) test

Wasser-Abpressversuch - Auswertung1 Lugeon = 1 l / lfm/ min bei 10 bar undStandard-Bohrloch (Ø ca. 80 mm)Benannt nach M. Lugeon, frz-SchweizerGeologe/Geotechniker

Wasseraufnahme WD zu k f Wertenn. Heitfeld & Koppelberg 1981

Injektion

Karst im TunnelbauTrockene Karsthohlräume v.a. einProblem, wenn unterhalbTunnelsohle (Setzungen !!)Sonst auch Problem für Tunnelstatik –werden daher auch in Firste oderUlme verfüllt.

Karstquelle Walgaustollen 200 l/s

Walgaustollen

StaudammFinstertalh = 150 m

Injektionsschirm FinstertalAusrichtung des Bohrschemas nach den Hauptkluftrichtungen

InjektionUmlenkverluste an Verschneidungenzwischen durchgehenden und nichtdurchgehenden TrennflächenRostige Kluft trifft auf geschlossene Kluft

Injizierte Kluft trifft geschlossene KluftInjektion

Kluft-HohlraumKlufthohlraum:•Kluftmessung•Wasserbilanz•Injektion

WasserchemismusBeimengung Vorkommen Einfl. a. Nutzung Conc (mg/l)Sulfate (SO 4)Schwefelwasserst.(H 2S)Hydr.- Carbonat(HCO 3)Gips, Anhydrit, Pyrit, Shaltige Gesteine,AlaunschieferBitterer Geschmack,laxative Wirkungmit Ca: harter KesselsteinBetonaggr.ess. (Ettringit(300-400(Geschmack)600-1000(abführend)GrenzweTW (mg/l)Betonagg(mg/l)Stahlag.(mg/l)150 > 200 >300s.o. > 1KarbonatlösungSäurenneutralis.Karbonathärte(Kesselstein); CO 2-Gase150-200 - -Sauerstoff (O) Überall > 4Nitrate (N 2O 5) Düngung >30 30 > 50 > 50Natrium (Na) Wie ClWie Cl; hohe Conc:>70(Pflanzen)Blutdruck, mit Ca/Mg20-170 Nahrung 100Magnesium (Mg) Dolomit, Magnesit W.-Härte, Kesselstein 25-50 >100 -Fluorid (F)Tw. Sedimente, Laven, Kl.Mengen gut, gr. MengenO,7-1,5Magmat. Gest.schädl. (Zahnschmelz)1,5 - -Freie Kohlensäure Mineralarme, Ca-armeGeringe Men Geringe(CO 2)Wässer, GaseenMengenEisen (Fe)Wäsche verfärbt sich; Fe: >0,3Böden, GesteineMangen (Mn)Speiseeis, Bier.Mn: > 0.05Öle u. Fette - > 5-10Wasserhärte (° dH Grad deutsche H. - Karbonathärte, Nichtkarbonathärte (z.B: Sulfat) Verkalkung, Versinterung,Geschmack, Wascshmittelverbrauch)