Zur Hydrogeologie von Störzonen im östlichen Aar- und Gotthard-Massiv

Zusammenfassung In diesem Artikel werden Methoden beschrieben, die es erlauben, effektive hydraulische Parameter von spröden Störzonen abzuschätzen, die insbesondere für den Tunnelbau und den Gotthard-Basistunnel von grosser Bedeutung sind. Die exemplarisch vorgestellten Methoden umfassen systematische und quantitative Analysen von Bergwasserzuflüssen zu bestehenden Untertagebauten, flächendeckende strukturgeologische Oberflächenkar-tierungen, hydrologische Oberflächenbeobachtungen und grossräumige Fluoreszenztracer-Versuche. Die Beispiele aus dem Gebiet Reusstal-Gotthardpass demonstrieren einen Zusammenhang zwischen der Frequenz und Schüttungsrate von Störungen mit der Störungskinematik. Während im Gebiet des Gotthard-Passes stark vernetzte und hydraulisch durchlässige Störungssysteme mit extensiven Strukturmerkmalen auftreten, finden sich im östlichen Aar-Massiv vor allem parallel angeordnete Störungssysteme mit kompressivem Aufschiebungscharakter und in der Regel geringer Durchlässigkeit. Eine Ausnahme des Durchlässigkeitsverhaltens bilden die südlichsten Störungen am Aar-Massiv Südrand in der Region von Sedrun. In diesem Gebiet wird gezeigt, wie mit relativ einfachen systematischen Oberflächenbeobachtungen (Gerinneanfänge, Verteilung von Quellen) wertvolle Informationen zur Transmissivität einzelner Störungen abgeleitet werden können, die mit unabhängigen Daten aus Bohrungen kompatibel sind. In Kombination mit grossräumigen Tracerversuchen ergibt sich ein kompletter hydraulischer Störzonen-Datensatz, mit welchem eine lokal belastbare Prognose von Tunnelzuflüssen und Oberflächenauswirkungen erarbeitet werden kann. This paper presents methods for the large scale hydraulic characterization of brittle faults and fault zones that are of importance for large underground constructions like the Gotthard-Base-Tunnel. These investigations are based on the analysis of groundwater inflows to existing tunnels, structural field mapping, hydrologic surface observations and large scale tracer tests. Examples from the Reusstal-Gotthard area are presented. Here it can be shown that significant differences exist when we compare the inflow frequency and rate to tunnel sections in the Aar massif with tunnel sections in the Gotthard massif. The higher frequency and flow rate of faults in the Gotthard massif correlates with an extensional faulting pattern in this area which shows distinct differences to the compressional fault pattern in the eastern Aar massif. Detailed observations of the distribution of surface runoff patterns and springs give valuable insight into the flow properties of individual faults. This is shown for a test area in the southern Aar massif to the north of Sedrun. The hydraulic fault zone parameters determined from these surface observations correspond semi-quantitatively to the observations made in boreholes intersecting similar structures. Deep reaching flow along heterogeneous fault zones can be further characterized by natural gradient large scale tracer tests in this area. The combination of these different sources of information leads to a hydraulic data set from which site specific forecasts about tunnel inflows and surface effects of draining tunnels can be made.