Jahrzehntelang galt der st. Gotthard-Tunnel der Schweizerischen Bundesbahnen zwischen Göschenen und Airolo mit seinem Scheitelpunkt in 1154,5 m Höhe als kühnstes Ingenieurbauwerk in den Alpen. Anfang der 1980er Jahre, also etwa 100 Jahre nach seiner Eröffnung, dürfte der Tunnel zumindest für den Fernverkehr nicht mehr benötigt werden; denn dann sollen die schweren Reise-und Güterzüge mit einerGeschwindigkeit von 200 km/h durch den noch leistungsfähigeren St. Gotthard-Basistunnel brausen. Dieses neue Bauwerk wird das st. Gotthard-Massiv zwischen Amsteg (südlich des Vierwaldstätter Sees) und Giornico im Tessin in nur 500 m Seehöhe unterfahren und mit 45 km Länge dreimal länger als der ältere Tunnel werden.

Es liegt auf der Hand, daß derartige Bauvorhaben genaueste geologische Vorarbeiten erfordern, was bei dem komplizierten Aufbau gefalteter Gebirge stets schwierige Unterfangen sind. Es wäre geradezu widernatürlich, gäbe es dabei über gewisse geologische Probleme nicht mehrere, voneinander abweichende Auffassungen, wobei jede einzelne Deutung auf die Bauplanung Einfluß haben kann (bei unserem Projekt z. B. auf die Festlegung von Teilstücken der Tunnelachse). Hier Entscheidungshilfen zu geben, ist auch eine der vielen Aufgaben der angewandten Geophysik. Um es kurz zu umreißen: Eine in das St. GotthardMassiveingefaltete triassische Rauwacke ist verwitterungsanfälliger als die angrenzenden Gneise und Schiefer und darum morphologisch als 800 bis 1000 m breite Mulde ausgebildet. über diese Mulde wird ein Teil des Gebirgsstocks entwässert, was bei der teilweise verkarsteten und Kavernen enthaltenden Rauhwacke zur Wasserführung in die Tiefe (also zum Tunnel) beitragen könnte. Aber noch gefährlicher ist eine andere Eigenschaft dieser Triasgesteine : sie neigen bei plötzlicher Druckentlastung zum " Fließen ". Beim Vortrieb des Tunnels könnten die scheinbar festen Gesteine, sollten sie angefahren und dabei vom Druck des 1600 m überlagernden Gebirges entlastet werden, technisch kaum zu lösende Schwierigkeiten mit sich bringen.

Über die Lagerung dieses Triaskörpers gibt es aber noch keine Klarheit. Daher lautete die Frage an die Geophysik: Zieht die steilstehende Trias in ihrer vollen über Tage aufgeschlossenen Breite in die Tiefe? Wenn nein, wo und wie läßt sie sich zur Tiefe hin abgrenzen?

Zusammen mit dem Auftraggeber wurden drei Modellvorsteilungen entwickelt, in die alle Kenntnisse über die Geologie des Gebietes eingebaut waren. -Zwei Modelle nahmen gewissermaßen die extremsten Lösungen an, das dritte Modell lag etwa in der Mitte dieser beiden. Die Messungen wurden dann so angelegt, daß sie alle drei Modellfälle gleichermaßen erfassen sollten.

Günstig war dabei die Vorarbeit der PRAKLA-SEISMOS-Sondermeßgruppe, die vor ein paar Jahren die in 2100 m Höhe angesetzte und etwa 1600 m tiefe Bohrung Gana Bubeira vermessen und erste Versuche zur seismischen Aufklärung der Lagerung der Trias duchgeführt hatte; im Heft 29 der PRAKLA-SEISMOSRundschau wurde unter dem Titel "Unsere höchste Bohrlochmessung" vom damaligen Einsatz berichtet. Die neuen Messungen waren eine sinnvolle Fortführung und Ergänzung der älteren.

For decades the Swiss Railway's st. Gotthard tunnel between Göschenen and Airolo with its vertex at a height of 1154.5 m has been considered the boldest engineering work in the Alps. Early in the 1980's, i. e. about 100 years after its opening, long distance traffic, at least, may no longer need to use this tunnel. Heavy passenger and freight trains will then speed at 200 km/h through the more efficient St. Gotthard base tunnel. This new construction will be driven below the st. Gotthard massif between Amsteg (south of the Vierwald stätter See) and Giornico in Tessin, only 500 m. a. s.l., and with a length of 45 km will be three times as long as the older tunnel.

It is obvious that this kind of construction work requires the most accurate geological preparation, and this is always difficult in complex folded mountains. It would be rather unnatural if there were not several mutually conflicting interpretations, in which each individual explanation can influence the construction plan, in our project for example, the positioning of parts of the tunnel axis. One of the tasks of applied geophysics here is to make such decisions easier. To cut a long story short: the interfolded Triassic Rauhwacke in the St. Gotthard massif is more susceptible to weathering than the adjacent gneiss and slate, and therefore forms a morphological basin 800-1000 m broad. Part of the massif drains into this basin, and in the parts of the Rauhwacke with caves and karst structures this could lead to deep-Ievel discharge into the tunnel. However, a further property of this Triassic rock formation is still more dangerous. It tends to "flow" under sudden release of pressure. The apparently firm rock could create almost technically insuperable problems during construction of the tunnel if it were opened up and released from the pressure of 1600 m overburden. However, the stratification of this Trias has not yet been clarified.

1. Seismische Durchschallungsmessungen auf ein in die erwähnte Bohrung in wechselnde Tiefen eingehängtes Bohrloch-Versenkgeophon von mehreren bis zu 5,1 km entfernten Schußpunkten aus.
2. Seismische Durchschallungen aus der Tiefbohrung mit Torpedolagen in wechselnder Tiefe auf ein 24 Geophongruppen umfassendes, etwa 4,5 km langes, rechtwinklig zum generellen Schichtstreichen angelegtes Profil und auf 2 je 12 Geophongruppen umfassende, etwa 600 und 1100 m lange Querprofile.
3. Refraktionsseismik längs der Triasmulde über eine Länge von 6,5 km.
4. Seismische Geschwindigkeitsmessungen in allen petrographischen Schichten, die bei den Durchschallungsmessungen durchschallt wurden, sofern deren Geschwindigkeiten nicht schon aus der älteren Messung bekannt waren.

Gemessen wurde mit zwei Digitalapparaturen des Typs DFS 11 von Texas Instruments mit zusammen 48 Spuren und der tragbaren Apparatur, Typ CBA, für Bohrlochmessungen, einer PRAKLA-SEISMOS-Eigenentwicklung. Auch das verwendete Bohrloch-Versenkgeophon, Typ BGL mit 50 mm Durchmesser und Druck-und Bewegungsempfängern, ist eine Entwicklung von PRAKLA-SEISMOS. Die übrige Truppausrüstung entsprach mehr oder weniger der Standardausrüstung seismischer Trupps, war jedoch den Bedürfnissen dieses außergewöhnlichen Einsatzes angepaßt.

Das Meßgebiet liegt in der Nähe des Luckmanier Passes, zwischen Disentis im vorderen Rheintal (Graubünden) und Biasca im Tessin in einer Höhe von 1700 bis 2350 m; der größte Teil der Messungen erfolgte oberhalb der Baumgrenze. Der in diesem Jahr besonders schöne Herbst begünstigte die Arbeiten.

Den schwierigen geologischen Verhältnissen mußte nicht nur die Profilführung, sondern sogar jede einzelne Schuß-und Geophongruppenposition angepaßt werden. Es war notwendig, daß ein Erkundungstrupp (bestehend aus dem Meßtruppleiter, Dipl.-Geol. Bartholdy und dem die Aufbaugruppe anführenden Helfer) anhand der geologischen Karte, persönlicher Kartierung und Entfernungsmessung schon mehrere Tage vor dem Eintreffen des Meßtrupps die einzelnen Positionen festlegten und markierten. Es ist erstaunlich, daß trotz der schwierigen Geologie und der Unübersichtlichkeit des Geländes ziemlich geradlinige Profilführungen mit recht gleichmäßigen Abständen zwischen den Geophonpositionen erzielt werden konnten. Aber: nur ein Schußpunkt, aber keine einzige Geophongruppe waren mit Fahrzeugen erreichbar.

Für den Personen-und Materialtransport im Gebirge stand ein Hubschrauber mit etwa 300 kg Zulademöglichkeit zur Verfügung. Innerhalb von 2,5 Stunden wurde das gesamte Material von der Paßstraße aus in das Arbeitsgebiet geflogen und den ersten Erfordernissen entsprechend an mehrere Depotplätze verteilt. Spriegel und Plane des Transport-LKW wurden als "Meßkabine" für die Bohrlochmessungen und als Materialzelt zum Hauptlager bei der Bohrung geflogen und dort sturmsicher verzurrt. Hut ab vor dem fliegerischen Können des Piloten P. Schmid der HELISWISS, der mit dem Helicopter auf den Millimeter genau die schwere Kabeltrommel mit dem Bohrlochkabel in das Windengestell einhängte. Exakt auch sein Auslegen von Kabeln, obwohl er im Gebirge auf kürzeste Entfernung in geradlinigem Flug sofort Höhe gewinnen mußte, ohne dabei die Kabel zu spannen; auf den halben Meter genau sein Abwurf der Kabelenden!

The question geophysics had to solve was therefore: has the steeply dippingTrias got at depth the full width that it has at the surface? If not, where and how is it bounded at depth?

Three models containing all that was known of the geology of the area were developed in collaboration with the client. Two of these models indicated to a certain degree the extreme solutions, the third lay about half way between the other two. The survey was arranged so that it could cover all three model cases. The preparatory work carried out a few years aga by the PRAKLA-SEISMOS Special Survey Group was profitable. The Group had surveyed the 1600 m de:ep wellGana Bubeira at a height of 2100m and had carned out initial tests to clarify seismically the stratification of the Trias. Areport on the work was given in the PRAKLA-SEISMOS Rundschau No. 29 under the title "Unsere höchste Bohrlochmessung". The new survey ~as a significant continuation and completion of the older one.

1. Seismic acoustical transmission surveys from several shotpoints at distances up to 5.1 km on a weil geophone hung at varying depths in the weil mentioned above.
2. Seismic acoustical transmission surveys from the weil with torpedo positions at various depths to a line consisting of 24 geophone groups with a length of 4.5 km perpendicular to the general strike of the beds, and two crossing lines ca. 600 and 1100 m long, each with 12 geophone groups.
3. Seismic refraction survey along the Trias depression over a length of 6.5 km.
4. Seismic velocity survey in all petrographie layers, in which acoustical transmission surveys had been carried out, in so far as the velocities were not already known from the earlier survey.

Surveying was done using two digital DFS II recording units from Texas Instruments with 24 traces each, and a portable unit CBA for weil surveys -an instrument developed by PRAKLA-SEISMOS. The weil geophone (type BGL, 50 mm in diameter, with pr~ssure and velocity receivers) had also been developed by our company. The other equipment corresponded more or less to that of a standard seismic crew, adjusted however to the requirements of this unusual geophysical enterprise.

The survey area lies near the Luckmanier Pass at a height of 1700-2350 m between Disentis in the valley of the Upper Rhine (Graubünden) and Blasca In Tessln. Most of the survey was carried out above the tree line. The work was made more favourable by the especially fine autumn this year.

Not only the line location, but also every single shot and geophone group position had to be specially adapted to the difficult geological conditions. It was necessary that a reconnaissance crew (consisting of party chief Dipl.-Geol. Bartholdy and the chief of the helpers who led the layout group) determined and marked the individual positions with the help of the geological map several days before the survey crew started work. It is amazing that fairly straight lines with rather constant intervals between geophone positions could be marked despite the difficult geology and the complicated terrain. However, only one shotpoint, and not a single geophone group could be reached by vehicle.

For the transport of personnel and equipment in the mountains a helicopter which could be loaded to 300 kg was available. Within two and a half hours all the equipment was flown from the pass road into the survey area and divided among several depots.

Aber trotz der großen Hilfe durch den Helicopter war der Aufbau der Geophonauslagen in dieser ungewohnten Höhe noch anstrengend genug; wegen der Unübersichtlichkeit des Geländes und der Schwierigkeit, sich zu orientieren, mußte mancher Weg doppelt gemacht werden. Und so manche Felsspalte mußte erst ausgekratzt und so bearbeitet werden, daß darin ein Geophon senkrecht aufgestellt und verankert werden konnte. Bei der geringsten Unaufmerksamkeit war die Bündelungsfigur verzerrt oder hatte zu große Höhendifferenzen zwischen den Enden.

Die Meßtechniker mußten sich wieder einmal als Geländefahrer bewähren, um mit den Meßfahrzeugen möglichst nahe an die Geophonauslagen heranzukommen. Niemand hielt es für möglich, daß man bis auf 1000 m an die Profile heranfahren könnte, mancher Autofahrer hätte sich wohl bei der Rückfahrt nurmehr die Hände vor die Augen gehalten. Soldaten des Schweizer Militärs, die mit ihren PUCH-Haflingern im Geländefahren auch nicht gerade zimperlich sind, mußten ihre Meinung über die Fahrkünste der Meßtechniker revidieren. Aber war der Anstieg auf Saumpfaden erst geschafft, ging es auf den Almböde.n doch einigermaßen. Soweit, daß es bei plötzlichem Wetterumschlag und Schneefall kein Zurück mehr gegeben hätte, soweit durften sich die Meßtechniker nicht wagen; trotz allem, ohne Schramme brachten sie ihre Fahrzeuge nach Hannover zurück.

Die erwähnten älteren Messungen hatten gezeigt, daß Schußladungen in Wasserlöchern doch zu wenig Energie abstrahlen. Deshalb scheute eine Schweizer Bohrfirma keinen Personal-und Materialeinsatz, um die erforderlichen Schußbohrlöcher in der Triasmulde zu bohren. Doch hier schien die Grenze derherkömmlichen Bohrtechnik erreicht zu sein : In der dünnen Luft in 2200 m Höhe erbrachten die Kompressoren nicht mehr die erforderliche Leistung. Ihnen ging im wahrsten Sinne des Wortes die Luft aus. Infolgedessen mußte bei den meisten Schußpunkten wiederum aus Wasserlöchern oder Gebirgsbächen geschossen werden, wobei die Ladungen flächenhaft verteilt und mittels Nitropentaschnur verbunden wurden. Auf diese Weise konnte eine recht gute Energieabstrahlung erzielt werden.

Am "Heliport" an der Paßstraße richtete der Meßtruppleiter seinen " Feldherrenhügel " ein. Von hier aus hatte er über Sprechfunk jederzeit mit allen im Meßgebiet verteilten Arbeitsgruppen des Meßtrupps, aber auch mit dem fliegenden Helicopter Verbindung. Diese Zentrale wurde aus Sicherheitsgünden eingerichtet.

Alles in allem In einem außergewöhnlichen Meßgebiet -ein außergewöhnlicher Einsatz -abseits aller Routine für ein nicht alltägliches Projekt. Aber der Ablauf der Meßarbeiten erfolgte so reibungslos und in der kürzest möglichen Zeit, daß der Auftraggeber das "abseits aller Routine" als "understatement" bezeichnete und des Lobes voll war. Strahlender Sonnenschein, fast südlich blauer Himmel und ungetrübte Fernsicht ringsum auf die Gipfel der Alpen, die teilweise schon im ersten Schnee glänzten, ließen die 10 Tage Hochgebirgseinsatz für jeden zum seltenen Erlebnis werden.

Herrn Prof. Dr. Dal Vesco von der ETH Zürich sei für den freundlichen und lehrreichen Unterricht in Geologie gedankt, den er der Mannschaft während seines Besuches beim Trupp im Gelände erteilte.

Frame and canvas of the transport lorry were flown to the main camp near the weil and made safe against storms for use as a survey cabin and equipment tent.

Hats off to HELISWISS-Pilot P. Schmid's aviation skill with the helicopter. He hung the heavy cable drum with the weil cable precisely into the winch frame, within a millimeter. His laying outof cables amongthe mountains was amazing, although he had oHen to gain height at on ce on short straight flights and doing this without stretching the cable. Despite the great assistance from the helicopter, the laying out of the geophone arrays was exacting enough at this unfamiliar height; due to the broken terrain and the difficulty in orientating oneself manywalks had to be repeated. Many a rock fissure had to be cleaned out and prepared, so that a geophone could be set up perpendicularly and anchored. With the slightest carelessness the geophone pattern was deformed or the ends had too large a height difference between them.

The operators had again to prove their driving ability in order to bring the vehicles as close as possible to the geophone layouts. Nobody thought it possible to drive within 1000 m of the lines, and many a driver simply would have closed his eyes when going downhilI. Swiss soldiers who surely are not particularly hypersensitive with their PUCH-Haflinger cars, had to revise their opinion of the operators' driving skill. But once the climb on the marginal paths was first mastered it was not so difficult on the Alms. But they had not to drive too far, of course, in case a sudden storm or snow made their return impossible. But in spite of all these difficulties the vehicles were brought back to Hannover without a scratch.

The preceding surveys had shown that charges in water holes did not produce enough energy, therefore a Swiss drilling company spared neither personnel nor equipment to drill the necessary shot holes in the Trias depression. However, the limit to traditional drilling techniques seemed to have been reached here: in the thin air at a height of 2200 m the compressors no Ion ger gave the necessary performance, in the most literal sense of the word they choked. Most shotpoints had therefore still to be shot from water holes or mountain brooklets. The charges were divided areally and connected by Nitropenta cord. In this way a good energy emission could be achieved.

At "Heliport" on the pass road the party chief positioned his "Commander Hili ". From here he had radio contact at all times with all the survey groups of the crew throughout the survey area, and also with the helicopter in flight. This headquarters had been established for reasons of safety.

An unfamiliar job in an unfamiliar survey area, very far from routine, and for an unusual project. However, the course of the survey was achieved in a very short time and in such a smooth-running manner that the client, full of praise, described "far from routine" as "understatement". Bright sunshine, almost southern blue skies, clear visibility of all the Alpine peaks around, on some of which the first snow glistened, all these made the 10-day Alpine commission a rare experience for everyone.

We would like to thank Professor Dr. Dal Vesco of ETH Zürich for the kind and instructive talk on geology which he gave to the crew during has visit.