Ermittlung von 3D-Gebirgsspannungszuständen für den Brenner Basistunnel

Im Artikel sind die Ergebnisse von In-situ-Spannungsanalysen im Bereich von drei Erkundungsbohrungen des Brenner Basistunnels vorgestellt. Diese basieren auf den direkten Bestimmungen des kompletten 3D-Gebirgsspannungszustands mit Racos (Rock anisotropy characterisation on rock samples) und der minimalen Spannungskomponente mit hydraulischen Fracs sowie ergänzenden analytischen und numerischen Berechnungen. Im nördlichen Abschnitt wurde eine tektonische Seitenverschiebung mit der größten Spannungskomponente in N-S festgestellt. Im mittleren Tunnelbereich entsprechen die (deutlich von vertikal-horizontal abweichenden) In-situ-Spannungen einem Übergang zwischen tektonischer Abschiebung und Seitenverschiebung mit starker N-S-Kompression. Weiter südlich wurde eine tektonische Aufschiebung mit näherungsweise N-S-wirkender maximaler Spannungskomponente und vertikal-horizontaler Ausrichtung festgestellt. Die Orientierungen aller maximalen horizontalen Spannungsmagnituden entsprechen (übereinstimmend mit der World Stress Map) einem einheitlichen, großräumigen, tektonischen Spannungsfeld mit einer N-S- bis NNW-SSO-Ausrichtung senkrecht zum Alpenbogen. Die festgestellten geringen Unterschiede zwischen den totalen und effektiven In-situ-Belastungen verdeutlichen vernachlässigbare mechanische Porendruckwirkungen in den analysierten Bereichen. Insgesamt zeigt sich (bei akkurater Berücksichtigung der jeweiligen räumlichen Ausrichtungen) eine gute Übereinstimmung der mit unterschiedlichen Verfahren ermittelten In-situ-Spannungen.

Evaluation of 3D in situ stresses for the Brenner Base Tunnel project.
The article present results of in situ stress analyses in the area of three exploration boreholes for the Brenner Base Tunnel. This includes direct determinations of the complete 3D stresses with Racos (Rock anisotropy characterisation on rock samples) and the minimum stress component with hydraulic fracs plus additional analytical and numerical calculations. The determined local stress at the northern part of the tunnel illustrates a strike-slip tectonic state with the maximum stress in N-S orientation. In the central tunnel area, the in situ stresses (markedly different from vertical-horizontal) correspond to a transition between tectonic strike-slip and normal fault conditions with a strong N-S compression. Further to the south, a tectonic reverse fault configuration with an approximately vertical-horizontal stress orientation and N-S aligned maximum component was determined. The orientations of all maximum horizontal stresses correlate to a large-scale tectonic stress field with an N-S to NNW-SSE orientation perpendicular to the Alpine arc (corresponding to the World Stress Map). The small differences between total and effective in situ stresses indicate negligible mechanical pore pressure effects in the analyzed areas. Overall, the in situ stresses determined by different methods show (with accurate consideration of the respective spatial orientations) a good agreement.