Ingenieurtechnische,geologische und mineralogische Probleme beim Bau einiger Tunnel der Tauernautobahn im Bereich von Werfen (Salzburg, Österreich)

Zusammenfassung Ingenieurtechnische, geologische und mineralogische Probleme beim Bau einiger Tunnel der Tauernautobahn im Bereich von Werfen (Salzburg, Österreich). In den Jahren 1974 bis 1976 wurden im Baulos 6 Werfen der Tauernautobahn (südlich von Salzburg) zwischen den Bau-Kilometern 34,2 und 42,3 insgesamt 3460 lfm Tunnel (Doppelröhren) ausgebrochen. Es sind dies, von N nach S gezählt, der Brentenbergtunnel, der Zetzenbergtunnel und der Helbersbergtunnel. Die Tunnelarbeiten wurden nach der Neuen Österreichischen Tunnelbauweise, überwiegend in konventionellem Sprengbetrieb (streckenweise auch mit Teilschnittfräse) durchgeführt.Im Brentenbergtunnel wurde nach Durchörterung einer im Norden vorgelagerten 60 m langen Hangschuttstrecke Ramsaudolomit durchfahren. Der Zetzenbergtunnel liegt in gut geschichteten Kalken und Dolomiten des Gutensteiner Niveaus. Im Helbersbergtunnel schließlich wurden beim Vortrieb von N nach den ersten 80 m, in denen noch Gutensteiner Kalke und Dolomite anstanden, Gips führende Quarzite, Quarzitschiefer und Sandsteine der Werfener Schichten durchörtert. Die Baugrubensicherung des Voreinschnittes am Nordportal des Brentenbergtunnels sowie Details zur bergmännischen Durchörterung der Hangschuttstrecke im Schutze eines Injektionsschirmes werden ausführlich beschrieben und weiters Sondermaßnahmen in den Gips führenden Strecken des Helbersbergtunnels sowie einige spezielle Beobachtungen zur Nachbrüchigkeit in diesem schwierigen Tunnelabschnitt behandelt.

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Summary Engineering, Geological and Mineralogical Problems With the Construction of Several Tunnels in the Course of the Tauern Highway (Salzburg, Austria). From 1974 to 1976 the Tauern Highway was further extended near Werfen in the federal state of Salzburg (Austria). Therefore a total tunnel length (twin tube tunnels) of 3460 meters was performed in the section from km 34,2 to 42,3. The three twin tube tunnels have been cut mainly through Lower and Middle Triassic members of the Northern Limestone Alps.Thus, the Brentenberg tunnel, 600 meters (eastern tube) and 540 meters (western tube) respectively, is situated in the so called Ramsau dolomite. The Zetzenberg tunnel, 503 m (eastern tube) and 500 m (western tube) respectively long, penetrates Gutenstein limestone and dolomite, whereas the main part of the longest tunnel, the Helbersberg tunnel, 750 m and 740 m respectively, traverses Werfen beds except its northernmost ninety meters in Gutenstein limestones and limey shales.Furthermore, tunneling through sixty meters of loose rock debris in the northern part of Brentenberg caused a lot of trouble. The holing of non-cohesive rock debris by means of the New Austrian Tunneling Method will be dealt with in detail as well as the supporting works for the surface entrances. Excavation site for Brentenberg tunnel portals was supported by a retaining wall of bored piles sunk at 30 to 90 centimeters centre. The bored piles were stabilized by means of anchors of up to 38 meters length. Tunneling through the section of loose rock debris was performed with the aid of injections of cement and bentonite grout at the crown and the side walls. By that means, the over-all property of the initially freely running loose debris could be improved up to rock quality class IV (classification according to Pacher and Rabcewicz).In the Helbersberg tunnel at least, as prognosticated by preliminary geological studies, two sections of gypsiferous rock, about 150 and 200 m respectively long, were encountered. Before taking precautionary measures, rock samples were collected at intervalls of several meters and investigated mainly by X-ray diffractometer therefore. The results showed, that gypsification of most of anhydrite has taken place in the rocks of Helbersberg already. Due to that fact, Thiodur — a sulphate-proof special cement — was used to construct the external supporting elements. Then, the supporting elements of the reinforced inner ring were performed in concrete quality B 400. Moreover, the inner ring had to be isolated completely by means of soft PVC-framework.Owing to a smoothly running teamwork of civil engineers and geologists optimal solution could be achieved for every problem on site.

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Résumé Problèmes techniques, géologiques et minéralogiques résultant de la construction de l'autoroute du Tauern dans la région de Werfen (Salzbourg, Autriche). Dans la section 6 Werfen de l'autoroute du Tauern, au sud de Salzbourg, on a construit pendant les années 1974–1976, entre les kms 34,2 et 42,3, des tunnels à deux tubes dont la longueur s'élève à 3460 mètres en total. Ce sont, énumérés selon la direction nord-sud: le tunnel Brentenberg, le tunnel Zetzenberg et le tunnel Helbersberg. Les travaux ont été effectués selon la Nouvelle Méthode Autrichienne de Construction de Tunnels, en grande partie par attaque conventionnelle à l'explosif, partiellement à l'aide de fraiseuse.Après le percement d'une section à éboulis instable d'une longueur de 60 mètres, on a traversé dans le tunnel Brentenberg de la dolomie Ramsau. Le tunnel Zetzenberg est situé dans des strates stables de calcaire et de dolomie du niveau de Gutenstein. Dans le tunnel Helbersberg, il a fallu percer d'abord, sur une distance de 80 mètres, du calcaire de Gutenstein et des dolomies, ensuite du quartzite gypseux ou schisteux et du grès des couches de Werfen.Le travail présenté décrit les consolidations de la fouille pour l'excavation à ciel ouvert débouché nord du tunnel Brentenberg et des détails concernant le percement minier de l'éboulis après installation, en tant que dispositif de sécurité, d'un écran d'injection. Il y est question aussi de mesures additionnelles prises le long des sections gypsifères du tunnel Helbersberg ainsi que d'observations particulières concernant l'écroulement dans ce passage difficile.

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Mit 16 Abbildungen     

Earthquake strong motion simulated by stress drop models

Shallow strike slip earthquakes on vertical faults are modelled as two-dimensional antiplane strain ruptures in a uniformly prestressed homogeneous halfspace. Behind the rupture front, which is specified, the stress drops to a lower value. The elastodynamic boundary value problem is solved with a finite difference method. Several cases are studied, which include symmetric and one-directional rupture propagation, surface faulting, multiple events, variable rupture velocity, sticking and rebreaking of the fault plane. The time function of displacement, velocity and acceleration are interpreted as signals generated by events in the focus, namely starting, stopping and breaking through the surface of the rupture. The model explains peak velocity and peak acceleration in the near field of M5.5–6 earthquakes; which are typically about 0.2 m/s and 5 m/s² at 10 km epicentral distance, if the rupture velocity is close to the shear wave velocity. Sticking of the fault does not alter the accelerograms significantly, but it increases the seismic moment in simple events and decreases it in multiple events.Contribution No. 226, Geophysical Institute, University of Karlsruhe.     

Structure and dynamics of the stratosphere and mesosphere revealed by VHF radar investigations

Powerful VHF radars are capable of almost continuously monitoring the threedimensional velocity vector and the distribution of turbulence in the middle atmosphere, i.e. the stratosphere and mesosphere. Methods of radar investigations of the middle atmosphere are outlined and the basic parameters, mean and fluctuating velocities as well as reflectivity and persistency of atmospheric structures, are defined. Results of radar investigations are described which show that the tropopause level as well as a criterion on the stability of the lower stratosphere can be deduced. Besides mean wind velocities, VHF radars can measure instantaneous velocities due to acoustic gravity waves. The interaction of gravity waves with the background wind is discussed, and it is shown that cumulus convection is an effective source of gravity waves in the lower stratosphere. The vertical microstructure of the stratosphere, manifesting itself in thin stratified sheets in which temperature steps occur, is investigated by applying knowledge from investigations of the oceanic thermocline. Possible origins, like shear generation and lateral convection of the microstructure of the stratosphere, are discussed. Observations of gravity waves in the mesosphere are reviewed and their connection with turbulence structures is pointed out. Finally, some open questions which could be answered by further VHF radar investigations are summarized.     

Arsenopyrite and sphalerite as T-P indicators in sulfide ores from northern Sweden

The compositions of arsenopyrite and sphalerite from five Swedish metamorphosed Cu, Zn-sulfide deposits are related to T and P, according to the methods described by Kretschmar and Scott (1976) and Scott (1973). The As/S ratio of arsenopyrite indicates an equilibrium temperature around 400°C for all the deposits studied, whereas the sphalerite barometer shows pressures between 5 and 7 kb. The mineral assemblages of the bedrocks indicate a similar temperature but a lower pressure. A constant fs2 is probably only effective over distances of millimetres or a few centimetres in the samples studied. The fs2 has always been lower in the surrounding rocks than in the ores as indicated by a higher As/S in arsenopyrite, more FeS in sphalerites and the absence of pyrite.     

Untersuchungen an Riesgläsern

Zusammenfassung Untersuchungen und Überlegungen geologischer und mineralogischer Art erbrachten folgende neuen Erkenntnisse über die Entstehung der Flädle, der Suevite und.damit auch des ganzen Rieskessels:Eine niemals mit der Suevitmatrix verschweißte Oberfläche, Bruchstücke im Anstehenden, das rasche Verschwinden der Schlieren und Kristallfragmente, beim Wiederaufschmelzen beweisen neben dem Auftreten von Stishovit und den Hochdruckgläsern die außerordentlich rasche Abkühlung der Flädle. Weitere Anzeichen dafür können aus ihrem Oxydationsverhalten gewonnen werden. Die Flädle waren nach ihrem zum Teil 20 km langen Flug durch die Luft beim Aufprall bereits erkaltet.Lage und Ausbildung des Randwulstes, des schlierenreichen Außensaumes, die Einregelung der Blasen und die Striemung der Oberfläche zeigen, daß die Fluggeschwindigkeiten so groß waren, daß typische Ablationserscheinungen auftraten. Diese sind bis jetzt von vulkanischen Ereignissen unbekannt.Horizontale Einregelung der, Flädle, gleichbleibende Größenverhältnisse sowie überraschend eintöniger Çhemismus der Gläser stellen einzelne Förderschlote sehr stark in Frage. Die ständige Unterlagerung von Bunter Bresche der heutigen Suevitvorkommen ist ein weiteres Anzeichen für eine einstmals mehr oder weniger zusammenhängende Suevitdecke. Die radialen Flugrichtungen deuten auf ein gemeinsames Förderzentrum hin, das mit dem eigentlichen Explosionszentrum zusammenfällt. Die Anwesenheit von Coesit, Stishovit, isotropisiertem Quarz und Feldspat sowie der neu gefundenen Hochdruckgläser sind Beweise dafür, daß die Suevite keiner vulkanischen Nachphase zugeordnet werden können, sondern unmittelbar zur Rieskatastrophe gestellt werden müssen. Die Suevite flogen unmittelbar nach der Bunten Bresche als letztes Produkt der eigentlichen Rieskatastrophe aus dem Explosionszentrum und vervollständigen im Ries das Bild der inversen Lagerung. Die inverse Lagerung ist zwar kein Beweis für die Impact-Theorie, aber dennoch sehr charakteristisch für Meteoritenkrater.Aus dem Fe/FeVerhältnis der Gläser gelang es, Anhaltspunkte über die hohen Schmelztemperaturen während der Rieskatastrophe zu erhalten (1500°). Die Beobachtungen vonEl Goresy ergaben sogar Temperaturen über 1700° C. WieEl Goresy richtig betonte, sind diese bei Vulkanen nicht zu erwarten und als übergeologisch zu betrachten.Zu den bisher bekannten Hochdruckindikatoren wurden die Hochdruckgläser mit erhöhter. Dichte und Lichtbrechung hinzugefügt. Wie Stishovit, Coesit, isotropisierter Quarz und Feldspat konnten auch sie in vulkanischen Gläsern bisher nicht nachgewiesen werden. Das Auftreten dieser Hochdruck-indikatoren ist nach wie vor das stärkste Argument für die Impact-Theorie.Die tektonische Lage des Rieskessels kann nicht als Gegenargument für die Meteoritentheorie angeführt werden, da selbst eine vollkommen intakte Albtafel für die Drucke, wie sie im Ries eindeutig nachgewiesen sind, ein viel zu schwaches Widerlager abgegeben hätte. Außerdem stellt das Fehlen von Tridymit und Cristobalit eine phreatische Sprengung in Frage.

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Mineralogical and geological investigations concerning the glasses of the Ries-Basin, S-Germany, were made in order to clear the question, whether this large circular depression is caused by volcanic explosion or meteorite impact.The Ries-glasses consist, without a doubt, of molten. crystalline basement rocks, which are in S-Germany covered by 600 m of mesozoik sediments. These glasses are embedded in the so called Suevit, an uncommon breccia of molten material, crystalline and sedimentary rocks. This Suevit is considered to be a proof for volcanic events in the Ries-Basin.The Ries-glasses (Riesbombs, Flädle) show typical aerodynamic shapes and influences of ablation, caused by such high flying velocity as is unknown for volcanic bombs.Through field studies and chemical analysis the old theory, that nearly each Suevit-occurrence belongs to a single pipe, seems to be refuted. The genesis of the Suevit is presumably the following: As the last product of the Ries-explosion, the Suevit flew out of the crater and covered., as a more or less coherent veil, the sedimentary Bunte Bresche. What we see today are only remains of this veil. The inverse layering of the sedimentary breccias is an old fact. In this way, the Suevit seems to complete the inverse layering of all Ries-breccias.Melting experiments show, that the Ries basement rocks were heated rapidly and then cooled instantly. The quenching of the Ries-melt has been confirmed by different observations.The monoton chemism of the Ries-glasses from different localities demonstrates, that a homogeneous basement complex was molten, presumably a gneisic one. Through the Fe/Fe. ratio of glasses and crystalline inclusions we get a hint about the temperatures during the Ries-catastrophe (about 1500°C). Ni- and Co-contents arc neither pro nor Contra an impact origin.By remelting the Ries-glasses, real high-presure-glasses were found, which are a further proof for the very high pressures during the Ries-explosion. They arc together with coesite, stishovite, isotropic quartz and felspar the strongest argument for the impact origin.These investigations and some considerations to volcanic arguments lead us to the conclusion, that the Ries-basin was caused by meteorite impact.