Large Hadron Collider, CERN

Damit der Teilchenbeschleuniger des CERN auch im neuen Jahrzehnt zur Entschlüsselung der Geheimnisse des Universums beitragen kann, werden derzeit in Meyrin (CH) und Cessy (FR) umfangreiche Ausbauarbeiten durchgeführt. Für die elektrischen und kryotechnischen Anlagen sind an beiden Standorten je über 500 m Tunnel sowie mehrere Oberflächenanlagen geplant. Die neuen Servicegalerien, wofür annährend 100.000 m3 Gestein ausgebrochen wurden, liegen knapp 10 m über dem bestehenden Tunnel des LHC und werden über jeweils zwei Zugangspunkte sowie mehrere Kernbohrungen für technische Leitungen mit dem LHC verbunden.

Komplexer Bauablauf

Die Bauarbeiten finden während eines geplanten, zweijährigen Wartungsintervalls des Beschleunigers statt, da Erschütterungen während des Betriebs des LHC die Experimente beeinträchtigen könnten. Entsprechend groß ist der Zeitdruck für das Baustellenteam, da der Teilchenbeschleuniger per Anfang 2021 wieder in Betrieb gehen soll. Die Marti Tunnel AG – spezialisiert auf den konventionellen und mechanisierten Vortrieb – baute für den 300 m langen Hauptstollen einen eigenen Stahlschalwagen. Für das Schalen der Querschläge, Anschlussbauten und Treppenschächte zählen die Tunnelspezialisten von Marti Tunnel auf das Knowhow von Doka. Die hohe Komplexität der verschiedenen Bauten, die Wiederverwendbarkeit und Abstimmung der Schalungselemente aufeinander und der komplexe Bauablauf erforderte das Zusammenspiel und die umfassende Erfahrung und das Wissen der Doka- Tunnelexperten, sodass dem Kunden für jedes Bauwerk zeitnah eine überzeugende Lösung offeriert werden konnte.

Keine klassische Tunnelbaustelle

Wo bei einer klassischen Tunnelbaustelle in der Regel die Geologie die größte Unbekannte darstellt, stellen sich dem Baustellenteam beim CERN ganz andere Probleme. Dies bestätigt auch Bauführerin Natalie Schweizer: „Das ist keine normale Tunnelbaustelle. Eine besondere Herausforderung besteht in der Koordination und Planung der einzelnen Bauabschnitte, dem Bauablauf und damit verbunden von Material, Maschinen und Personal“. Während in einem Stollen bereits armiert wird, wird zur gleichen Zeit 200 m weiter noch der Fels ausgebrochen. Und wo üblicherweise auf beiden Seiten des Tunnels ein Zugang besteht, existiert dieser beim CERN in Form eines 60 m tiefen Schachtes mit einem Durchmesser von 12 m. Durch dieses Nadelöhr müssen neben dem ausgebrochenen Material und den knapp 17.800 m3 Ortbeton auch die Tunnelschalwagen transportiert werden.

Doka entwickelte die Gewölbeschalung für die vier jeweils 50-70 m langen Querschläge, wobei neben konventionellen Schalungsmethoden auch drei Schalwagen zum Einsatz kommen. Der größte dieser SL-1 Tunnelschalwagen hat eine Länge von 10 m und einen Durchmesser von 6,30 m. Im Gegensatz zu einer konventionellen Tunnelbaustelle musste der Schalwagen in Längsrichtung teilbar sein, um überhaupt an seinen Bestimmungsort gelangen zu können. Die Doka-Ingenieure planten deshalb vier 2,5 m breite Scheiben mit zusätzlichen Anbauten zur Befestigung am Kran. Element für Element wird mit dem 50 t Portalkran durch den Schacht in die Tiefe gehoben, ehe sie im Stollen mit Baggern an den Einsatzort verschoben und fertig zusammengebaut werden können. Ein nervenaufreibendes und zeitintensives Unterfangen angesichts der beengten Platzverhältnisse und der begrenzten Krankapazität. Der Zusammenbau vor Ort und die Platzierung im Tunnel erfolgen unter Anleitung und mit Unterstützung durch den Doka-Richtmeister. Da der Schalwagen nicht wie üblich in nur eine Richtung verschoben werden muss, verwenden die Doka-Ingenieure die Anschraubradsätze vom Doka Abstützbock. Mit diesen können die vier Elemente im Tunnel präzise verfahren werden. Die Anschraubradsätze werden anschließend im Tunnel wieder entfernt und der Schalwagen auf seine eigenen Schwerlastrollen abgelassen. Das Heben und Senken des Schalwagens ist auf Wunsch des Kunden hydraulisch ausgeführt, da ein Arbeiten mit der Handpumpe unter den beengten Platzverhältnissen sehr umständlich gewesen wäre.

Exkurs CERN

CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) betreibt physikalische Grundlagenforschung und befasst sich mit der Frage, woraus das Universum besteht. Kurz nach dem zweiten Weltkrieg hatten einige visionäre Wissenschaftler die Idee ein Europäisches Atomphysik Labor zu schaffen. 1954 wurde das CERN mit Sitz in Meyrin bei Genf von zwölf Nationen – darunter Deutschland und die Schweiz – gegründet (Österreich trat der Organisation 1959 bei). Mittlerweile ist CERN das größte Teilchenphysiklabor der Welt mit über 2.500 ständigen Mitarbeitern und mehr als 17.500 Personen aus 110 Nationen, die an den Projekten mitarbeiten. Das Budget betrug 2019 rund 1,3 Mrd. Schweizer Franken. Bekannt ist das CERN nicht nur für seine Teilchenbeschleuniger, die Nobelpreise und die zahlreichen wissenschaftlichen Entdeckungen, sondern auch als Geburtsort des World Wide Web. Es entstand 1989 im Rahmen eines Projekts mit dem Ziel Forschungsergebnisse auf einfache Weise mit Kollegen auszutauschen.

Exkurs High Luminosity LHC Projekt – HiLumi

Der Large Hadron Collider des CERN (Europäische Organisation für Kernforschung) zählt zu den größten und komplexesten wissenschaftlichen Maschinen der Welt. Seit 2010 erforschen unweit der deutsch-französischen Grenze über 7.000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 60 Ländern den Aufbau der Materie und die fundamentalen Wechselwirkungen zwischen den Elementarteilchen. Entlang des knapp 27 km langen Beschleunigungsrings, der unter dem Kanton Genf und unter Frankreich verläuft, sind verschiedene Experimente und Detektoren installiert. Die bekanntesten sind ATLAS und CMS mit deren Hilfe 2012 der Nachweis des Higgs- Bosons gelang. Für dessen Entdeckung wurde den CERN-Forschern François Englert und Peter Higgs 2013 der Physik-Nobelpreis verliehen.

Der LHC wurde bereits in der Vergangenheit laufend erweitert und verbessert. Während einer zweijährigen Abschaltung bis zum Frühling 2015 sowie in einem weiteren Wartungsintervall von 2019 bis Anfang 2021 wurde die Kollisionsenergie von ursprünglich 7 TeV auf 13 TeV erhöht. 7 TeV an kinetischer Energie eines Protons entsprechen ca. 99,9999991 % der Lichtgeschwindigkeit. Mit dem geplanten Upgrade soll nun insbesondere die Kollisionsrate (im Fachjargon auch Luminosity) um den Faktor 10 gesteigert werden. Dies ermöglicht noch genauere Messungen neuer Partikel und die Beobachtung von seltenen Vorgängen, die mit den bisherigen Instrumenten nicht aufgelöst werden konnten. Supersymmetrie und die Dunkle Materie sind nur zwei der Mysterien, die die Wissenschaftler mit Hilfe des LHC in nicht allzu ferner Zukunft zu verstehen hoffen.

Quellen: home.cern / wikipedia.com