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HDD-Brunnen - eine pr├╝fenswerte Alternative

In der Schweiz werden Bohrungen in den meisten F├Ąllen vertikal ausgef├╝hrt und f├╝r unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Zum Beispiel f├╝r die Erkundung des Untergrundes und f├╝r die Erschliessung und Nutzung von Grundwasser. Besonders f├╝r zweites ist ein Paradigmenwechsel von der Vertikalen in die Horizontale eine pr├╝fenswerte Alternative.

HDD-Brunnen (HDD = horizontal directional drilling)
Die Horizontalbohrtechnik wird in der Schweiz beim grabenlosen Verlegen von Leitungen (HDD-Bohrungen) eingesetzt. Ebenfalls bekannt sind Horizontalfilterbrunnen, bei denen mehrere horizontale Filterstr├Ąnge aus einem grosskalibrigen Schachtbauwerk einen Grundwasserleiter erschliessen. Im Gegensatz zu konventionellen HDD-Bohrungen, verf├╝gt ein HDD-Brunnen ├╝ber eine Filterstrecke und wird ohne Schachtbauwerk verlaufsgesteuert von der Oberfl├Ąche her in den Grundwasserleiter gebohrt.

Die HDD-Technologie ist insbesondere auf dem amerikanischen Kontinent stark verbreitet. In Europa erlebte sie in den 90er-Jahren einen ersten Boom. Neben dem grabenlosen Leitungsbau wurden damals auch HDD-Brunnen gebohrt und zur Entw├Ąsserung von Tagebauten, bei Altlastensanierungen und zur Grundwassergewinnung eingesetzt. Zwischenzeitlich hat sich die Technologie weiterentwickelt, konnte sich aber in der Schweiz mit Ausnahme vom grabenlosen Leitungsbau nicht etablieren.


Wieso eigentlich?
Dieser Frage gingen wir von GEOTEST AG im Rahmen eines internen Innovationsprogramms nach. Wir kn├╝pften Kontakte und f├╝hrten Diskussionen mit Fachspezialisten. Die Bereitschaft sich mit uns auszutauschen war gross und wurde auch dadurch erleichtert, dass Besprechungen einfach als Videokonferenzen organisiert werden konnten ÔÇô wenigstens eine positive Auswirkung der Corona-Pandemie.
In den Gespr├Ąchen stellte sich heraus, dass die Technologie heute soweit ist, dass es f├╝r Lockergesteine (Kiese, Ger├Âlle und Bl├Âcke) und Festgesteine (m├╝rbe und harte) erprobte Bohrwerkzeuge und -verfahren gibt. Besonders herausfordernd bei HDD-Brunnen ist jedoch die Verwendung der richtigen Bohrsp├╝lung. Sie muss nicht nur den Bohrfortschritt und die Bohrlochstabilit├Ąt gew├Ąhrleisten, sondern auch das umgebende Gestein m├Âglichst wenig beeintr├Ąchtigen (Stichwort: Filterkuchen). Heutzutage werden deshalb f├╝r HDD-Brunnen nicht mehr Bohrsp├╝lungen auf Bentonitbasis, sondern Polymersp├╝lungen eingesetzt, die aus Sicht des Gew├Ąsserschutzes unbedenklich sind. Neben der Bohrsp├╝lung ist die Wahl geeigneter Filterrohre wichtig. Die Rohre m├╝ssen f├╝r einen Einzug in ein mehr oder weniger horizontal verlaufendes Bohrloch mit vorgegebenen Kr├╝mmungsradien geeignet sein. Geeignete Filterrohrtypen sind auf dem Markt erh├Ąltlich und in vielen Projekten im Ausland erprobt.

Nach diesen Erkenntninssen stellt sich f├╝r uns die Frage nach dem wieso nicht mehr. Vielmehr muss sie lauten: Wo k├Ânnen HDD-Brunnen in der Schweiz eingesetzt werden und welche Vorteile weisen sie gegen├╝ber vertikalen Filterbrunnen auf?


Anwendungsm├Âglichkeiten f├╝r HDD-Brunnen
Trinkwasserversorgung:
Beim Bau von neuen Grundwasserbrunnen, respektive Ersatzbauten mit F├Ârderleistungen von mehreren 1000 l/min, stellen HDD-Brunnen eine pr├╝fenswerte Alternative dar. Einerseits kann die erforderliche F├Ârderleistung mit einem HDD-Brunnen anstelle von mehreren grosskalibrigen vertikalen Brunnen sichergestellt werden. Potenziellen Schutzzonenkonflikten kann andererseits mit einem geschickten Verlauf des HDD-Brunnens ausgewichen werden. Zu guter Letzt k├Ânnen HDD-Brunnen auch aus wirtschaftlicher Sicht vorteilhaft sein. Ein HDD-Brunnen ersetzt mehrere Vertikalfilterbrunnen:

Geothermie:
In der Schweiz stellt die thermische Grundwasserw├Ąrmenutzung aus flachliegenden (Lockergesteins-)Grundwasserleitern eine etablierte Technologie dar. Die Technologie ist inzwischen so erfolgreich, dass viele Anlagen gebaut wurden und die Grundwasserleiter thermisch stark ausge- oder gar ├╝bernutzt werden. Auch hier stellen HDD-Brunnen eine pr├╝fenswerte Alternative dar:

  1. Die thermische Leistungsf├Ąhigkeit einer solchen Anlage ist gr├Âsser und kann mehr Abnehmer versorgen.
  2. Nutzungskonflikte mit bestehenden Anlagen k├Ânnen durch geschickte Anordnung der HDD-Brunnen minimiert werden.
  3. HDD-Brunnen, insbesondere auch in geringm├Ąchtigen Grundwasserleitern, k├Ânnen beachtliche thermische Leistungen erzielen. Damit k├Ânnen auch sogenannte ┬źGrundwasser-Randbereiche┬╗ interessant f├╝r eine thermische Nutzung werden.

Umwelt:
Bei Sanierungsmassnahmen von grossen Deponien / Altlasten werden h├Ąufig Drainagew├Ąnde gebaut, die aus einer Vielzahl von vertikalen Drainagebrunnen bestehen. Lassen es die Platzverh├Ąltnisse zu, sind solche Massnahme umsetzbar. W├Ąre es aber nicht auch denkbar, anstellen einer Drainagewand einen horizontalen HDD-Brunnen einzusetzen? Oder wie w├Ąre es im Bereich von in-situ Sanierungen (┬źPump and Treat┬╗), wo horizontale HDD-Brunnen eine gegen├╝ber vertikalen Brunnen effektivere Sanierung zul├Ąsst? In beiden F├Ąllen stellen HDD-Brunnen eine pr├╝fenswerte Alternative dar.

Massenbewegungen:
Bei Rutschungen kommen den Wasserwegsamkeiten, gepaart mit hohen Porenwasserdr├╝cken bei der Sanierung, h├Ąufig eine entscheidende Rolle zu. Zwecks Verminderung der treibenden Kr├Ąfte, werden dann Eingriffe in Form von Entw├Ąsserungsbohrungen oder gar bergm├Ąnnisch aufgefahrenen Drainagestollen in den Hang- und Felswasserhaushalt vorgenommen. Auch hier k├Ânnen HDD-Brunnen eine pr├╝fenswerte Sanierungsvariante darstellen. Zu kl├Ąren sind insbesondere die Wirtschaftlichkeit und die Effektivit├Ąt gegen├╝ber den etablierten Entw├Ąsserungsmethoden.

Fazit
Aus unserer Sicht stellen HDD-Brunnen definitiv eine interessante Alternative dar. Es ist an der Zeit, dass HDD-Brunnen auch in der Schweiz zum Einsatz kommen. Wenn Sie auch dieser Meinung sind, dann freut es uns, Sie bei der Planung Ihres HDD-Projektes zu unterst├╝tzen.

Tobias Brehm
Projektleiter Rohstoffgeologie, Geothermie & Grundwasser
Tobias Brehm ist Geologe und arbeitet seit 2020 als Projektleiter f├╝r GEOTEST AG am Standort M├╝nchenstein.
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