Die Erschliessung der Lagerzone für den Einlagerungsbetrieb kann durch eine Rampe oder durch einen Schacht erfolgen. Beide haben ihre Vor- und Nachteile. Je nach Gewichtung dieser Aspekte fällt der Entscheid zu Gunsten der einen oder der andern Zugangsvariante aus. Für das Referenzprojekt wurde, insbesondere zur Elimination des Störfalls „Behälterabsturz“, der Schacht zu Gunsten der Rampe zurückgestellt. Ein weiterer wichtiger Grund war die Flexibilität in der Anordnung sowohl der ober- wie unterirdischen Anlagen, weil die Linienführung des Zugangstunnels weitgehend frei gewählt werden kann. (Nagra 2002, Seite 56)
Seit diesem Bericht wurde in den Publikationen der Nagra diese Erschliessung des geologischen Tiefenlagers meist mittels Rampe dargestellt. Aktuell ist das allerdings nicht mehr der Fall, wie z. B. in der Antwort der Nagra auf die TFS-Frage 151, wo in Figur 151-4 ein Zugangsschacht dargestellt ist, im Unterschied zur entsprechenden Darstellung aus dem Entsorgungsprogramm 2016 der Nagra (Nagra 2016, Fig. 3-11).
An einer BFE Veranstaltung zum Thema „Tiefenlager aktuell: Tiefengrundwasser“ vom 26. November 2020 hat die Nagra unter anderem Folgendes festgehalten:
In der Betriebsphase ist mit dem von der Nagra gewählten Abdichtungskonzept bei reiner Schachterschliessung (druckwasserhaltender Abdichtung) keine Wasserzusickerung aus den hangenden Formationen zu erwarten. Das gleiche gilt für einen Tunnel in der Region JO, mit einem Zugangstunnel komplett im Opalinuston gelegen. (Nagra 2020, Folie 10)
Daraus kann geschlossen werden, dass bei einer Rampe, die nicht komplett im Opalinuston liegt, eine Wasserzusickerung zu erwarten ist.
Ausgehend davon wird um die Beantwortung der folgenden Fragen gebeten:
Wie werden die beiden Optionen Schacht/Rampe von der Aufsichtsbehörde beurteilt?
Wie beurteilt die Nagra heute die beiden Optionen?
Wie sieht das von der Nagra gewählte Abdichtungskonzept aus?
Welche konkreten Vor- und Nachteile geben in welcher Konstellation für die eine oder die andere Option den Ausschlag?
Wie sehen die Risikoanalysen der beiden Optionen aus und welches sind die Hauptunterschiede? Welche Rolle spielt die Wasserzusickerung in dieser Risikoanalyse?
Wie unterscheiden sich die Bau- und Betriebskosten von Schacht und Rampe und in welchem Fall ist es zulässig, bei der Wahl von Schacht oder Rampe finanzielle Überlegungen mit zu berücksichtigen?
Referenzen
Nagra (2002): Projekt Opalinuston: Konzept für die Anlage und den Betrieb eines geologischen Tiefenlagers – Entsorgungsnachweis für abgebrannte Brennelemente, verglaste hochaktive sowie langlebige mittelaktive Abfälle. Nagra Technischer Bericht NTB 02-02, Dezember 2002.
Nagra (2016): Entsorgungsprogramm 2016 der Entsorgungspflichtigen. Nagra Technischer Bericht NTB 16-01, Dezember 2016.
Nagra (2020): Tiefenlager aktuell: Tiefengrundwasser. Wie verhindert die Nagra negative Auswirkungen aufs Tiefenwasser infolge Bau und Betrieb der Zugänge nach Untertag. Nagra Präsentation, 26. November 2020.
a) Wie werden die beiden Optionen Schacht/Rampe von der Aufsichtsbehörde beurteilt?
Die sicherheitstechnischen Aspekte der Erschliessung wurden bereits 2012 an einem zweiteiligen Behördenseminar des ENSI diskutiert. Am Behördenseminar nahmen Vertreter und Vertreterinnen von AG SiKa, Beirat Entsorgung, BFE, Basler & Hofmann, EGT/ETHZ, ENSI, KES, KNS und der Nagra teil. In Teil 1 wurden am 18. Juni 2012 Fragen entgegengenommen und seitens Nagra die wichtigsten Fragen zum Thema Zugangsbauwerke und deren Versiegelung diskutiert (ENSI 33/184). In Teil 2 am 5. Juli 2012 wurden ausgewählte Fragen aus dem ersten Teil durch die Bundesgremien dargestellt und insbesondere folgende Themen diskutiert (ENSI 33/192):
Versiegelungskonzept und Auswirkungen auf die Langzeitsicherheit
Stand der Forschung zur Erstellung und zum Langzeitverhalten von Versiegelungsbauwerken
Geologische Gefährdungsbilder von Untertagebauwerken, bautechnische Risikoanalyse für Etappe 2 des Sachplans geologische Tiefenlager (SGT) und ihre Relevanz für die Langzeitsicherheit
Risikoanalyse aus Sicht der KNS
Varianten für die Erschliessungsbauwerke und Diskussion der sicherheitstechnischen Aspekte
Aus den geführten Diskussionen zum Thema Zugangsbauwerke und deren Versiegelung hat das ENSI im Anschluss an das Behördenseminar die folgenden zur Beantwortung der Frage relevanten Schlussfolgerungen gezogen:
Die bautechnische Machbarkeit der Zugangsvarianten Schacht und Rampe (sowie eine Kombination aus beiden) ist grundsätzlich gegeben. Es liegen derzeit keine zwingenden bautechnischen Argumente gegen eine der möglichen Zugangsvarianten vor.
Durch Langzeitexperimente in Felslaboratorien konnte gezeigt werden, dass die für die Langzeitsicherheit eines geologischen Tiefenlagers notwendigen Versiegelungen nach heutigem Kenntnisstand mit vorhandenen Materialien und Techniken grundsätzlich errichtet werden können. Aus nationaler wie internationaler Forschung ergeben sich bisher keine Hinweise, dass die Langzeitsicherheit eines geologischen Tiefenlagers durch die Art der Zugangsbauwerke (Schacht oder Rampe) und deren Versiegelung in Frage gestellt wäre. Die Forschung zu Versiegelungsbauwerken ist nach Ansicht des ENSI aber weiterzuführen und anhand von 1:1 Demonstrationsexperimenten in Felslaboratorien zu verifizieren.
Auf der Basis von Kriteriengruppe 4 „Bautechnische Eignung“ haben die Entsorgungspflichtigen zu zeigen, dass die untertägigen Bauwerke (inkl. Zugangsbauwerke) sicher gebaut, betrieben und verschlossen werden können. Bei dieser Beurteilung muss das Gesamtsystem (Erschliessung des untertägigen Lagerperimeters zum Standortareal) standortspezifisch betrachtet werden.
Durchzuführende Risikoanalysen betreffend Zugangsbauwerke dürfen nicht nur auf die Bauphase (bautechnische Risikoanalyse) beschränkt sein, sondern müssen auch auf die Betriebs- und Nachverschlussphase ausgedehnt werden (ganzheitliche Risikoanalyse).
Das ENSI wird während der weiteren Standortsuche im Sachplanverfahren in jeder Etappe überprüfen und neu bewerten, ob der vorgeschlagene Zugang zum Tiefenlager die Sicherheitsanforderungen erfüllt und ob er sicher verschlossen werden kann. Das ENSI kann sich dabei auch auf die unabhängige Beurteilung der Expertengruppe Geologische Tiefenlagerung (EGT) abstützen.
Im Zusammenhang mit dem Behördenseminar wurden beim Technischen Forum Sicherheit (TFS) die Fragen 68, 76, 79 und 83 zum Thema Zugangsbauwerke eingereicht und von ENSI und Nagra beantwortet. In ihrer Antwort zu TFS-Frage 79 führt die Nagra aus, dass sich zukünftige Beurteilungen von Zugangsbauwerken auf bautechnische Risikoanalysen abstützen werden. Aus Sicht des ENSI (ENSI 33/170) umfasst eine bautechnische Risikoanalyse mindestens folgende Elemente:
Die Einstufung der Eintretenswahrscheinlichkeiten unerwünschter geologischer Ereignisse, resp. Ereignisabläufe (z. B. starker Wassereintritt) und des Schadensausmasses unter Berücksichtigung geplanter Massnahmen. Für den Bau der Zugangsbauwerke und alle für die Langzeitsicherheit relevanten untertägigen Bauwerke sollen deshalb Gefährdungsbilder, Eintretenswahrscheinlichkeiten sowie Massnahmen zu deren Verhinderung, Früherkennung bzw. Beherrschung aufgezeigt werden. Die Auswirkungen der bautechnischen Massnahmen und geotechnischer Ereignisse (z. B. Verbrüche) auf die Langzeitsicherheit sollen systematisch überprüft werden.
Die Risikoanalysen basieren auf standortspezifischen Gefährdungsbildanalysen für die Zugangsbauwerke und alle für die Langzeitsicherheit relevanten untertägigen Bauwerke während Bau und Betrieb, sowie auf einer Beschreibung der Art der möglichen Massnahmen (Ausbruchsverfahren, Sicherungs- und Stützmittel), damit Variantenvergleiche gemacht werden können.
Für die Erfassung des möglichen Schadensausmasses sind die wichtigsten Kategorien von möglichen Auswirkungen auf Arbeitssicherheit, Umwelt, Betriebs- und Langzeitsicherheit aufzuzeigen, und die zu ihrer Beherrschung möglichen Massnahmen sowie deren Wirksamkeit zu beschreiben.
Im Gutachten (ENSI 33/540) zu Etappe 2 SGT kam das ENSI zu folgenden Schlüssen:
«In Etappe 3 SGT sind zusätzliche und vertiefte Untersuchungen bzgl. der bautechnischen Risiken der Zugangsbauwerke vorzunehmen, insbesondere hinsichtlich der Evaluation der Gefährdungen und Gefährdungsrelevanz, der Massnahmen zur Risikoverminderung bzw. Risikobeherrschung und der Risikobewertung (Reduktionsfaktoren). Die sicherheitsrelevanten Bauwerke auf Lagerebene sind in der vertieften bautechnischen Risikoanalyse zu berücksichtigen und insbesondere hinsichtlich der Langzeitsicherheit zu untersuchen und zu bewerten. Diesbezügliche Empfehlungen der Experten des ENSI für Etappe 3 SGT sind in ENSI 33/457 nach beurteilten Themen detailliert aufgeführt. Insbesondere die dort beschriebenen Aspekte sind vertieft zu untersuchen.»
Im Rahmen seiner Beurteilungsarbeiten zu Etappe 2 SGT ist das ENSI zusätzlich der Frage nachgegangen, inwiefern es entlang von Schächten oder Rampen im Zusammenhang von Verkarstungen zu unkontrollierbaren Wassereinbrüchen kommen könnte. Dazu wurde seitens der TU Freiberg ein Expertenbericht erstellt (ENSI 33/604). Im Erfahrungsbereich der Autoren sowie im Rahmen einer Literaturrecherche konnten keine Fälle ermittelt werden, in denen ein Zugangsbauwerk aufgrund einer Karstsituation aufgegeben werden musste. Beim Verdacht auf vorkommende Verkarstungen können eine Reihe von Massnahmen ergriffen werden. Mit den aktuell verfügbaren technischen Möglichkeiten einer umfassenden Erkundung, einer vorrausschauenden Vortriebsweise und einer entsprechenden Auslegung der einzubauenden Ausbauelemente kann eine Vielzahl von Schadensszenarien beherrscht werden.
Im Falle eines zu hohen Risikos mit einer nicht beherrschbaren Situation gilt es, dieses Risiko durch Umtrassierung, Änderung von Vortriebs- oder Ausbautechnologie soweit zu reduzieren, dass dessen Eintrittswahrscheinlichkeit weitestgehend auszuschließen ist. Auch in diesem Expertenbericht wird festgehalten, dass prinzipiell sowohl Rampen als auch Schachtbauwerke als Zugangsbauwerke für geologische Tiefenlager als geeignet zu betrachten sind.
Das ENSI hat im Hinblick auf Etappe 3 SGT seine Vorgaben zur bautechnischen Risikoanalyse in Kap. 4.3 Konzept, Auslegung und Projektierung des geologischen Tiefenlagers in ENSI 33/649 weiter präzisiert: «Für die Projektierung sind standortspezifische Baugrundmodelle mit Längsprofilen und Datenbändern anhand des aktuellen Kenntnisstands zu erstellen. Mögliche Gefährdungen aus dem Baugrund und dem Gebirge (u. a. Niederbrüche und Wassereinbrüche) während Bau und Betrieb sind gemäss den einschlägigen SIA-Normen zu analysieren und zu bewerten. Diese Gefährdungen sind durch geeignete Massnahmen zu beherrschen oder auf ein akzeptierbar kleines Mass zu beschränken. Darauf aufbauend sind standortspezifisch für jedes Lagerprojekt die von der Nagra in Etappe 2 durchgeführten bautechnischen Risikoanalysen zu vertiefen und zu erweitern. Die Ergebnisse dieser Risikoanalyse fliessen in die Bewertung des bautechnischen Kriteriums 4.2 des Sachplans ein. Das gesamte untertägige Lagerbauwerk (Zugangsbauwerke, einschl. Portalbereiche, und Bauwerke auf Lagerebene) ist bei der Analyse zu berücksichtigen.»
Beantwortet von Nagra
Die Frage der Erschliessung zwischen Oberflächenanlage (OFA) und Lagerfelder im Untergrund mittels geneigter Tunnels («Rampe») oder senkrechten Schächten wurde im Nagra Technischen Bericht NTB 10-01 (Nagra 2010, Kap. 5.4) aufgegriffen und in den Jahren 2011 und 2012 seitens Behörden und Nagra sowie im Technischen Forum Sicherheit intensiv diskutiert – insbesondere auch mit Blick auf die in Etappe 2 des Sachplans Geologische Tiefenlager (SGT) gewünschte Flexibilität zur Anordnung der OFA.
Unter anderem mit der TFS-Frage 68 wurde die Haltung des ENSI und der Nagra öffentlich dokumentiert und zu erwartende Vor- und Nachteile von den verschiedenen Zugangsmöglichkeiten von einer OFA zum Tiefenlager wurden in der Antwort auf die TFS-Frage 76 dargelegt.
b) Wie beurteilt die Nagra heute die beiden Optionen?
Beide Optionen sind technisch und sicherheitsbezogen mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen machbar. Bei geeigneter Auslegung kann die erforderliche nukleare Betriebssicherheit wie auch die Langzeitsicherheit mit beiden Zugangsoptionen gewährleistet werden (siehe auch TFS-Frage 68). Für beide Optionen bestehen geeignete Versiegelungskonzepte zur Erfüllung der Anforderungen der Langzeitsicherheit.
Daraus resultiert eine gewisse Flexibilität in der Wahl der Zugangsvariante, die bei der Anordnung der OFA im vom BFE nach Abschluss der Etappe 2 SGT vorgegebenen Planungsperimeter genutzt wurde. Darin wurde das OFA Areal in allen Regionen definiert, sowie im Anschluss auch der Haupterschliessungsbereich (HEB) im Untergrund (Nagra 2019a). Im weiteren Verlauf der Etappe 3 SGT werden nun auch für jede Region die benötigten Zugangsbauwerke in Abhängigkeit von OFA und HEB konzeptuell betrachtet.
Für die Vorschläge zur Konkretisierung der Oberflächeninfrastruktur (Nagra 2019b, 2019c) in der Etappe 3 SGT wurde die Haupterschliessung für die Standortregion Jura Ost (JO) mittels Tunnel gewählt, da der OFA-Standort «JO-3+» nicht über dem HEB liegt und somit neben der vertikalen auch eine horizontale Distanz überwunden werden muss (Figur 157-1). In den Standortregionen Nördlich Lägern (NL) und Zürich Nord-Ost (ZNO), wo die OFA-Areale räumlich näher oder sogar über dem HEB gelegen sind, wurden Schächte dargestellt. Für die Nebenzugänge sind mehrheitlich Schächte vorgesehen.
Figur 157-1: Räumliche Anordnung der OFA-Areale an der Oberfläche und der HEB im Untergrund in den drei Standorten Jura Ost (l.), Nördlich Lägern (m.) und Zürich Nord-Ost (r.). Quelle: Nagra 2019c
Der aktuelle Stand der Projektentwicklung hat die Nagra dazu bewogen, vermehrt auch einen Hauptzugang als Schacht darzustellen, wie in genannter Figur 151-4 zur TFS-Frage 151. Die Darstellung nimmt aber keinen Entscheid vorweg, denn insbesondere wo mit Schächten geplant werden kann, lassen sich auch Zugangsrampen realisieren. Im Sinne des stufengerechten, schrittweisen Bewilligungsverfahren gemäss Kernenergiegesetz wird die Auslegung des Hauptzugangs für die Einlagerung erst mit der nuklearen Baubewilligung festgelegt, damit der dannzumalige Stand der Wissenschaft und Technik berücksichtigt werden kann.
c) Wie sieht das von der Nagra gewählte Abdichtungskonzept aus?
Die Nagra verfolgt standortspezifische Abdichtungskonzepte:
Die Zugänge in NL und ZNO führen durch rund 200 m bis 300 m mächtige, wasserführende Gesteinseinheiten im Hangenden des Opalinustons, wodurch Wasserzutritt potenziell möglich ist.
Zugangsschächte werden deshalb als dichte Schächte ausgelegt, gemäss heutigem Stand der Technik in druckwasserhaltender Abdichtung mit einer Stahlpanzerung. Dadurch ist in der Betriebsphase keine Wasserzusickerung mehr zu erwarten. Wassereinbrüche in der Bauphase können mit entsprechenden Bauhilfsmassnahmen wie zum Beispiel dem Gefrierverfahren verhindert werden.
Rampen könnten in diesen Standortgebieten nur teilabgedichtet (sog. Regenschirmabdichtung) in konventionellem Tunnelausbau erstellt werden. Es wäre mit Wasserzusickerung während der Bau- und Betriebsphase zu rechnen, welche handhabbar ist, da in der Bauphase der Fels z.B. mit Injektionen abgedichtet werden könnte. Auch die in der Betriebsphase zu erwartenden Sickerwassermengen wären mit entsprechenden Massnahmen in der Auslegung gut handhabbar.
Die Rampe in JO wird im Opalinuston und somit im dichten Gebirge geführt. Es ist deshalb mit keiner Wasserzusickerung zu rechnen und die Rampe wird (gemäss heutigem Stand der Technik maschinell mit Tübbingring und falls erforderlich mit zusätzlicher Ortbetoninnenschale) ohne separate Abdichtungsmassnahmen ausgelegt. Aufgrund dieser geologischen Situation und der geometrischen Verhältnisse zwischen HEB und OFA wird eine Haupterschliessung via Schacht für JO aus heutiger Sicht nicht in Betracht gezogen.
d) Welche konkreten Vor- und Nachteile geben in welcher Konstellation für die eine oder die andere Option den Ausschlag?
Die Vor- und Nachteile von Schacht und Rampe als Elemente für die Zugänge nach Untertag wurden bereits in der TFS-Frage 76 aufgeführt:
Die wichtigsten Vorteile einer Rampe umfassen
Nutzung Planungsperimeter ergibt Flexibilität für Anordnung der Oberflächenanlage
Flexibilität für Reparatur, Intervention & Rettung
betriebliche Flexibilität
Flexibilität beim Bau, falls ungünstige Bedingungen angetroffen werden. Im Extremfall ist sogar eine Anpassung der Linienführung während des Baus möglich.
Bauvorgang (der Bau einer Rampe ist grundsätzlich vergleichbar mit dem Bau eines Tunnels)
Flexibilität beim Unterhalt des Bauwerks und der Ausrüstung
Die wichtigsten Vorteile eines Schachts umfassen
einfachere Exploration und Einsatz von Bauhilfsmassnahmen von der Oberfläche
kürzere Strecke durch schwierige Gesteinsschichten
weniger Aushub, kürzere Bauzeit
Diese Beurteilung wird vor der finalen Festlegung der Auslegung des Hauptzugangs mit der nuklearen Baubewilligung für das entsprechenden Standortgebiet und unter Berücksichtigung des dannzumaligen Standes von Wissenschaft und Technik nochmals überprüft.
e) Wie sehen die Risikoanalysen der beiden Optionen aus und welches sind die Hauptunterschiede? Welche Rolle spielt die Wasserzusickerung in dieser Risikoanalyse?
Mit einer standortspezifischen Auslegung lassen sich beide Varianten sicher und mit einem vergleichbaren Risikoprofil realisieren. Dies wurde in der Risikobewertung für Etappe 2 SGT stufengerecht und plausibel dargelegt (Nagra 2014). Die Risikoprofile der Zugangskonfigurationen zeigen keine signifikanten Unterschiede zwischen Standortgebieten bzw. zwischen einzelnen Schacht/Rampe- oder Schacht-Kombinationen, was auch das ENSI in seinem Gutachten zu Etappe 2 SGT (ENSI 33/540) bestätigt hat.
Die in Etappe 2 SGT durchgeführten bautechnischen Risikoanalysen werden in der Etappe 3 SGT entsprechend den Vorgaben des ENSI (ENSI 33/649) vertieft und erweitert. Diese Ergebnisse fliessen in die Bewertung des bautechnischen Kriteriums 4.2 ein.
f) Wie unterscheiden sich die Bau- und Betriebskosten von Schacht und Rampe und in welchem Fall ist es zulässig, bei der Wahl von Schacht oder Rampe finanzielle Überlegungen mit zu berücksichtigen?
Die Kosten für Bau, Betrieb und Verschluss von Schacht und Rampe sind unterschiedlich. Da die Rampe ein viel grösseres Bauvolumen umfasst, ist die Erstellung von Zugangsschächten günstiger. Dies wurde mit der TFS-Frage 83 ausführlich beantwortet.
Oberste Priorität im Sachplanverfahren hat die Sicherheit, der Sicherheit nachgeordnet sind Aspekte der Raumnutzung, Ökologie, Wirtschaft und Gesellschaft (SGT Konzeptteil). Wenn die Sicherheit gegeben ist, können bei der Entscheidung auch Kostengründe berücksichtigt werden.
ENSI 33/604: Expertise zu Erfahrungen mit Karstgefährdungen im Untertagebau – Erstellung einer Expertise zur Erstellbarkeit von Zugangsbauwerken in geologische Tiefenlager durch karstgefährdete Horizonte. ENSI-Expertenbericht, Sachplan geologische Tiefenlager, Etappe 2. Juli 2017.
Nagra (2010): Beurteilung der geologischen Unterlagen für die provisorischen Sicherheitsanalysen in SGT Etappe 2. Klärung der Notwendigkeit ergänzender geologischer Untersuchungen. Nagra Technischer Bericht NTB 10-01.
Nagra (2014): Bautechnische Risikoanalyse zur Realisierung der Zugangsbauwerke. Nagra Arbeitsbericht NAB 14-50.
Nagra (2019a): Platzierung der Haupterschliessungsbereiche (HEB) in den Standortgebieten Jura Ost, Nördlich Lägern und Zürich Nordost. Nagra Arbeitsbericht NAB 19-19.
Nagra (2019b): Vorschläge zur Konkretisierung der Oberflächeninfrastruktur der geologischen Tiefenlager. Teil 1: Einführung und Grundlagen. Nagra Arbeitsbericht NAB 19-08 Teil 1.
Nagra (2019c): Vorschläge zur Konkretisierung der Oberflächeninfrastruktur der geologischen Tiefenlager. Teil 2: Standortspezifische Vorschläge. Nagra Arbeitsbericht NAB 19-08 Teil 2.
