Geologische Schichten entstehen durch die Ablagerung von Sedimenten und deren Verfestigung unter Druck über viele Jahre. Generell gilt: Je älter die Schichten, desto härter und stabiler sind sie. Die Schichten direkt unter dem Meeresboden bestehen oft aus frisch abgelagertem Sand, der noch nicht zu Gestein erstarrt ist. Die Schichten rund um den japanischen Archipel sind relativ jung, und die Region ist vulkanischer und seismischer Aktivität ausgesetzt, was ihre Komplexität zusätzlich erhöht.
Aus früheren geologischen Untersuchungen lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen:
1) Die Festlegung der Streckenspezifikationen ist Voraussetzung für die Streckenauswahl. Mögliche Fahrzeuge für den Tunnelbetrieb sind Autos, Züge und Tunnelbohrmaschinen. Die Streckenspezifikationen variieren je nach Situation. 2)
Die Fahrt mit einem Auto durch einen extrem langen Tunnel wirft ergonomische Bedenken für den Fahrer auf. Zudem befinden sich Tunnelbohrmaschinen erst in der Testphase, und es wird voraussichtlich noch einige Zeit dauern, bis sie im praktischen Einsatz verwendet werden.
Daher haben wir uns in dieser Phase entschieden, die Streckenspezifikationen für den realistischsten Shinkansen-Tunnel zu verwenden.
Im Einzelnen:
1) Die maximale Steigung beträgt 20/1000 (ein Höhenunterschied von 20 m auf 1000 m) und
2) der minimale Kurvenradius beträgt 5000 m –
dies ist ausreichend, um einen Straßentunnel zu ermöglichen.
Die größte Herausforderung bei der Routenplanung für den Japan-Korea-Tunnel ist eine große Verwerfung mit einem tiefen Gefälle im westlichen Kanal der Tsushima-Straße und das dortige Vorkommen von unkonsolidierten, jungen Sedimentschichten. Um diese geologische Formation zu berücksichtigen, werden zwei Routen in Betracht gezogen.
Die erste Route würde durch das Grundgestein unterhalb der unkonsolidierten Sedimentschichten verlaufen. Der Bau wäre relativ sicher, der Tunnel würde jedoch beträchtliche Tiefen durchqueren, was eine entsprechend große Gesamtlänge zur Folge hätte. Der Bau könnte mithilfe von Gebirgsvortriebstechniken erfolgen, wobei – wie beim Seikan-Tunnel – Wasserinjektionen zur Abdichtung des Gesteins eingesetzt werden. Die zweite Route würde ebenfalls durch unkonsolidierte Schichten verlaufen und das Schildvortriebsverfahren nutzen. In diesem Fall wäre der Tunnel flacher und somit kürzer. Schildvortrieb unter hohem Wasserdruck in Tiefen von über 150 Metern ist jedoch beispiellos und birgt zahlreiche technische Herausforderungen. In beiden Fällen
dürften Gebirgsvortriebstechniken, die das Durchbrechen des Grundgesteins beinhalten, für den Abschnitt von Kyushu nach Iki realisierbar sein. Das Problem besteht darin, die jüngeren Sedimentschichten im Ost- und Westkanal der Tsushima-Straße zu durchqueren. Abhängig von ihren Eigenschaften sind zwei Ausbruchsmethoden möglich.
Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen geologischen Gegebenheiten wird derzeit die oben dargestellte Tunnelroute vorgeschlagen. Dies ist eine geologische Karte von Kyushu zur Insel Geoje in Südkorea. Route C, die direkt in Busan enden würde, ist extrem lang. Im Folgenden konzentriere ich mich auf den geologischen Überblick der Route zur Insel Geoje. Die
Region Kyushu beherbergt die tertiäre Schicht des Karatsu-Kohlefelds, deren Oberfläche von Basaltlava bedeckt ist und über die weitere Intrusivgesteine sichtbar sind. Magnetische Untersuchungen des Iki-Kanals ergaben zahlreiche magmatische Intrusionen. Iki besteht aus der tertiären Iki-Gruppe, die ebenfalls von Basaltlava bedeckt ist. Zwischen
Iki und Tsushima liegt im Ostkanal das Riff Shichirigasone, und in der Umgebung werden magmatische Gesteine vermutet. Die allgemeine Geologie ist auf der Iki-Seite durch die Katsumoto-Gruppe und auf der Tsushima-Seite durch die Taishu-Gruppe geprägt. Zwischen diesen beiden Gruppen befindet sich jedoch eine Schicht neuer Sedimente, deren Umgehung den Bau eines sehr tiefen Tunnels erfordern würde.
Tsushima besteht größtenteils aus der Taishu-Gruppe mit einem großen Granitkörper im Süden, dessen Umgebung Hornfelsifizierung erfahren hat. Hornfelsifizierung ist der Prozess der Gesteinsverwitterung durch Hitze. Da Granit Wärme speichert, werden auch die angrenzenden Gesteinsschichten erhitzt. Hornfelsiertes Gestein ist extrem hart. Vor der Küste
des westlichen Kanals von Tsushima verläuft eine große Verwerfung parallel zur Küste. Westlich davon bildet sich eine tiefe Senke im Grundgestein, in der sich neue Sedimentschichten ablagern. Diese neuen Sedimentschichten sammeln sich seit dem Pliozän des Tertiärs, vor über zwei Millionen Jahren oder sogar noch früher, bis heute wie Schnee auf dem Meeresboden an. Sie befinden sich noch in der Diagenese und sind noch nicht vollständig verfestigt. Daher wird angenommen, dass sie große Mengen Wasser enthalten und extrem weich sind.
Zwei mögliche Wege, dieses Gebiet zu durchqueren, sind der Einsatz eines Schildvortriebs, um die Sedimentschicht zu durchbrechen, oder der Einsatz von Gebirgsvortriebsmethoden, um das darunterliegende Grundgestein freizulegen. Der tiefste Punkt des Westkanals liegt 150 Meter unter Wasser, ein Tunnel durch das Grundgestein würde 550–600 Meter tief reichen. Man geht davon aus, dass dieses Grundgestein in Richtung Korea auf eine Höhe von etwa 4 Grad abfällt.
Basierend auf diesem allgemeinen geologischen Überblick lassen sich die zu erwartenden Bauprobleme wie folgt zusammenfassen:
Erstens ist in der Kyushu-Region Granit stellenweise zu sandartigen Blöcken verwittert, die bei Grundwasseraufnahme leicht einstürzen könnten. Im Meeresboden des Iki-Kanals und des Ostkanals finden sich magmatische Gesteine, und es besteht die Möglichkeit von plötzlichen Quellausbrüchen.
Die Wasserressourcen in Iki und Tsushima sind begrenzt, und die Bevölkerung ist für den täglichen Bedarf, die Landwirtschaft und die Fischerei auf Grundwasser angewiesen. Daher muss sorgfältig darauf geachtet werden, die Auswirkungen auf die Grundwassernutzung zu minimieren. Darüber hinaus stellt der Umgang mit den unkonsolidierten neuen Sedimentschichten unter dem Meeresboden des Westkanals wohl die größte Herausforderung für das gesamte Tunnelprojekt dar.
Da die bisherigen geologischen Untersuchungen allgemeiner und qualitativer Natur waren, sind im nächsten Schritt spezifische, quantitative Untersuchungen erforderlich, die die Planung, die Budgetierung und die Baumethoden umfassend berücksichtigen. Die zukünftigen Herausforderungen lassen sich daher in vier Bereiche zusammenfassen:
1) Zunächst muss das Verständnis der ingenieurtechnischen Eigenschaften der Geologie entlang der gesamten Trasse, sowohl an Land als auch unter Wasser, vertieft werden.
2) Die hydrogeologischen Bedingungen in den einzelnen Regionen müssen ermittelt werden, um die Grundwasserprobleme in den Landgebieten von Kyushu, Iki und Tsushima zu lösen.
3) Die geologischen und ingenieurtechnischen Eigenschaften der neuen Sedimentschichten im Ost- und Westkanal müssen ermittelt und bewertet werden.
4) Die Verteilung und Struktur der Meeresbodengeologie sowie ihre ingenieurtechnischen Eigenschaften müssen ermittelt und bewertet werden.
Bisher wurden marine akustische Messungen hauptsächlich in der marinen geologischen Forschung eingesetzt. Dies allein reicht jedoch nicht aus, um die physikalischen Eigenschaften der Geologie zu verstehen. Daher ist zukünftig die Durchführung mariner seismischer Messungen vorgesehen.
Hinsichtlich der Landgeologie werden weiterhin stratigraphische Vergleiche der einzelnen Gebiete durchgeführt, um die geologische Struktur zwischen Kyushu, Iki und Tsushima zu klären. Parallel dazu werden hydrogeologische Untersuchungen fortgesetzt. Darüber hinaus werden geotechnische Studien, die der jeweiligen Bauweise entsprechen, sowohl für die Land- als auch für die Meeresbodengebiete durchgeführt.
Die Organisation der Vermessung stellt eine große Herausforderung dar. Es ist notwendig, die Vermessungsstandards zu vereinheitlichen und die bisher an Land und auf See durchgeführten Daten zu strukturieren. Auch die Vereinheitlichung der Vermessung zwischen Japan und Korea ist ein wichtiges Thema. Da sich die Bezugspunkte in Nihonbashi (Tokio, Japan) und Incheon (Korea) befinden, ist ein genaues Verständnis der Beziehungen zwischen diesen beiden Ländern unerlässlich. Aus diesem Grund wird es auch in Zukunft notwendig sein, den Austausch zwischen Japan und Korea weiter zu fördern.
bautechnische Untersuchung des Japan-Korea-Tunnels
Überblick über den Japan-Korea-Tunnel
Projekt
