Die LBNF Far Site ist für die Unterbringung des gigantischen, hochmodernen Teilchendetektors von DUNE vorgesehen. Der Far Site Detektor befindet sich in der ehemaligen Homestake Goldmine und besteht aus vier massiven Kryostaten (kryogenen Beh?ltern), die in zwei siebenst?ckigen Kavernen untergebracht sind, die sich über die L?nge von zwei Fu?ballfeldern erstrecken.

Als federführender Planer der konventionellen Einrichtungen der LBNF Far Site beaufsichtigt Arup die Planung sowohl der Kryostatkavernen als auch der unterstützenden Einrichtungen, einschlie?lich eines Kontrollraums und einer zentralen Versorgungskaverne für die Kryogen- und Energieverteilung, HLK- und IT-Systeme. Darüber hinaus sind wir federführend bei der Planung der Infrastruktur, die das Argon, die Energie und die IT-/Kommunikationssysteme, die für den Betrieb der Far Site ben?tigt werden, von der Oberfl?che nach unten leitet. Unser Team hat auch eine Reihe von Upgrades an der Oberfl?che entworfen, die für die Durchführung des Projekts erforderlich sind.

Was ist die LBNF?

Die Long Baseline Neutrino Facility (LBNF) wird das Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) beherbergen, ein internationales Vorzeigeexperiment des Fermilab des Energieministeriums, das Physikern helfen wird, die Geheimnisse der Neutrinos, eines der kleinsten und schwer fassbaren subatomaren Teilchen des Universums, zu entschlüsseln.

Trotz seines Namens handelt es sich bei LBNF nicht um eine Anlage, sondern um zwei - LBNF Near Site und LBNF Far Site - die zusammen die für DUNE erforderliche Infrastruktur bereitstellen. LBNF Near Site befindet sich bei Fermilab in Batavia, Illinois, und wird "den weltweit intensivsten Strahl hochenergetischer Neutrinos" liefern, der von dem neuen Proton Improvement Plan-II (PIP-II) Teilchenbeschleuniger angetrieben wird. Dieser Strahl wird 800 Meilen durch die Erde zum LBNF Far Site geschickt, das sich in der Sanford Underground Research Facility (SURF) in Lead, South Dakota, befindet. Wenn der Strahl bei SURF ankommt, wird er von einem DUNE-Detektor aufgefangen, der sich fast eine Meile unter der Oberfl?che befindet.

Tunnelbauerfahrung für den Abbau von 800.000 Tonnen Gestein

Eine der Hauptaufgaben von Arup bei diesem Projekt bestand darin, den besten Ansatz für den Aushub und Abtransport der 800.000 Tonnen Gestein zu finden, die abgebaut werden müssen, um Platz für die drei massiven Kavernen der Far Site zu schaffen. Der Aushub dieser Gesteinsmenge in einer Tiefe von fast einer Meile, der Transport an die Oberfl?che und die anschlie?ende Verbringung an den endgültigen Standort sind ein gewaltiges Unterfangen. Erschwerend kommt hinzu, dass nur eine begrenzte Anzahl von Sch?chten und Tunneln (so genannte "Stollen") zur Verfügung steht, um das Material in die Anlage hinein- und wieder herauszutransportieren, so dass der Bauprozess einem Buddelschiff gleicht. Das Arup-Team nutzte die Erkenntnisse, die es bei der Arbeit an tiefen unterirdischen Tunneln für Bahnprojekte und andere Wissenschafts- und Energieeinrichtungen gewonnen hatte, um die extremen Standortbedingungen am LBNF Far Site zu berücksichtigen und den Aushub und Abtransport so sicher und effizient wie m?glich zu gestalten.

Das Team begann mit Kartierungen, Scans und Bohrungen, um detaillierte Daten über die Standortbedingungen zu sammeln. Anhand dieser Daten wurde dann ein robustes und hochpr?zises 3D-Bodenmodell erstellt, das die Gesteinsbewegungen und das Verhalten des Gesteins w?hrend und nach dem Aushub modellieren kann. Die aus dem Modell gewonnenen Erkenntnisse erm?glichten es unserem Team, ein kompatibles dauerhaftes Bodenstützungssystem zu entwerfen, das stabile Bedingungen über die gesamte Lebensdauer der Anlage gew?hrleistet.

Work underway on the Long Baseline Neutrino Facility
Ausgrabungsarbeiten in der LBNF im Gange

Aushub und Abtransport am LBNF Far Site

Neben der Planung von unterstützenden Infrastruktursystemen, wie z. B. einem Gesteinsf?rdersystem, nutzten wir jede Gelegenheit, Elemente der bestehenden Infrastruktur der Mine wiederzuverwenden, um die Sicherheit zu erh?hen, Zeit und Kosten zu sparen und die allgemeinen Projektziele von Fermilab zu erreichen.

Arup ist stolz darauf, dazu beigetragen zu haben, die Voraussetzungen für den Aushub zu schaffen, der 2021 am LBNF Far Site begann.