LiPAD im Einsatz
Präzision im Permafrost: Messtechnik für extreme Bedingungen
Auf fast 3.000 Metern Höhe verändert sich der Boden unter der Bergstation des Piz Nair, dem berühmten Hausberg von St. Moritz. Durch das Abschmelzen des Permafrosts in Folge der Klimaerwärmung verliert der Boden unter dem Fundament langsam an Stabilität. Was über Jahrzehnte als dauerhaft gefroren galt, beginnt sich mit steigenden Temperaturen aufzulösen. Für die bestehende Infrastruktur entsteht damit eine neue ingenieurtechnische Herausforderung: Wie lässt sich Stabilität in einem Untergrund gewährleisten, der sich kontinuierlich verändert?
Ein Rückbau der Bergstation war keine Option. Stattdessen wurde von der Engadin St. Moritz Mountains AG eine innovative Lösung entwickelt, die bestehende Strukturen erhält und ihre Tragfähigkeit langfristig sichert. Am Piz Nair entstand so ein europaweit einzigartiges Projekt, das zeigt, wie Ingenieurskunst, Präzision und moderne Messtechnik wie das LiPAD®-100 zusammenwirken, um Bauwerke selbst unter extremen Bedingungen dauerhaft stabil zu halten.
Stabilität unter Extrembedingungen
Bergstationen wie am Piz Nair zählen zu den anspruchsvollsten Bauwerken im Hochgebirge. Sie müssen enormen statischen und dynamischen Kräften standhalten: Seil- und Windlasten, Schneemassen, Temperatur- und Frostbelastungen, geotechnischen Spannungen und seismischen Einwirkungen. Ein stabiles Fundament ist dabei die wesentliche Grundlage für einen sicheren Betrieb und der Permafrostboden war bislang dafür die Basis.
Um die Bergstation des ältesten Skigebiets der Welt langfristig zu erhalten, wurde im Sommer 2025 ein innovativer Ansatz zur Stabilisierung des Untergrunds gewählt. Dafür kamen 17 sogenannte Thermosiphons zum Einsatz, rund 45 Meter tief in den Felsen eingebracht, um den Boden künftig gezielt dauerhaft zu kühlen und die Tragfähigkeit zu sichern. Die passiv arbeitenden Systeme leiten Wärme aus dem Erdreich ab und tragen dazu bei, den Permafrost unter der Station langfristig zu erhalten.
Die Technik stammt ursprünglich aus der Ölindustrie in Alaska zur Sicherung von Pipelines. Ein geschlossener CO₂-Kreislauf transportiert Wärme aus tieferen Bodenschichten nach oben, wo sie an die kältere Umgebungsluft abgegeben wird. Durch die Verdampfung und anschließende Kondensation des CO₂ im Inneren der Thermosiphons entsteht eine kontinuierliche Wärmeableitung, die den Untergrund gefroren hält. Die Thermosiphons benötigen keine externe Energiezufuhr, arbeiten vollständig autark und gelten als vielversprechende Methode, um jegliche Bauwerke auch in anderen tauenden Permafrostregionen zu stabilisieren.
Geometrische Präzision als Grundlage
Die Umsetzung des Projekts verlangte hochgenaue Arbeit im Fels. Unter der bestehenden Bergstation mussten die Bohrungen für die Thermosiphons in einem herausfordernden flachen Winkel eingebracht werden, exakt entlang der geplanten Achsen. Schon geringe Abweichungen hätten die Stabilität des Fundaments sowie die bestehenden Einrichtungen im Untergrund beeinträchtigen können, in einem Umfeld, in dem Nachjustierungen kaum möglich und Fehler unverzeihlich sind.
Klassische Vermessungsverfahren stießen hier an ihre Grenzen. Der Transport von Ausrüstung und Vermessungsteams auf 3.000 Meter Höhe wäre aufwändig, wetterabhängig und zeitkritisch gewesen. Gesucht war daher eine präzise, unabhängige Lösung, die sich direkt in den Bohrprozess integrieren lässt und eine selbständige Qualitätskontrolle ermöglicht.
An diesem Punkt kam das LiPAD®-100 zum Einsatz. Es handelt sich um einen kompakten, tragbaren Nordsucher für hochpräzise Ausrichtungsaufgaben wie beispielsweise von Bohrgeräten. Entwickelt wurde es für rauste Umgebungen, in denen herkömmliche Verfahren wie GPS oder Laservermessung an ihre Grenzen stoßen oder nicht zuverlässig funktionieren. Das System basiert auf inertialer Messtechnik und kombiniert faseroptische Drehratensensoren mit einer hochsensiblen Beschleunigungsmesstriade. Dadurch werden der Azimuth und die aktuelle Neigung der Bohrlafette in Echtzeit erfasst, unabhängig von GPS oder externen Referenzen. Die Messdaten stehen kontinuierlich auf dem Display zur Verfügung, um während den laufenden Bauarbeiten jederzeit Korrekturen zu ermöglichen und dienen ebenso zur Nachkontrolle des Bohrergebnisses.
Im Bauprojekt in St. Moritz wurde das LiPAD®-100 direkt in den Bohrprozess integriert. Es ermöglichte den Beteiligten, die Ausrichtung der Bohrgeräte während der Arbeit kontinuierlich zu überwachen. „Wir sprechen hier über sehr präzise Bohrungen von bis zu 45 Metern Länge, in herausforderndem Untergrund, auf engstem Raum unter einer bestehenden Infrastruktur und das alles bei laufendem Betrieb“, erklärt Thomas Brunner der Technischer Leiter der Bergbahnen. „Ein exakter Bohrverlauf war entscheidend, damit jedes Thermosiphonrohr genau dort positioniert wird, wo es zur maximal effizienten Kühlwirkung auch vorgesehen war. Das System hat uns dabei eine Genauigkeit ermöglicht, die auf herkömmlichem Weg nicht erreichbar gewesen wäre und die erfolgreiche Umsetzung von innerhalb nur zweieinhalb Monaten garantierte.“
Nach jeder Messung erfolgte eine Dokumentation der Daten, sodass der gesamte Bohrverlauf transparent nachvollziehbar blieb. So konnten selbst minimale Abweichungen erkannt, bewertet und bei Bedarf korrigiert werden. „Mit dem LiPAD®-100 konnten wir die Bohrungen jederzeit eigenständig kontrollieren und dokumentieren“, so Thomas Brunner. „Das spart Zeit, reduziert Abhängigkeiten und schafft Sicherheit, weil jede Abweichung sofort sichtbar war.“
„Gerade in Projekten wie diesem, wo herkömmliche Messmethoden wie GPS keine genaue Option sind, zeigt sich die Stärke eines Systems, das vollkommen autark arbeitet und zugleich höchste Genauigkeit liefert“, ergänzt Erik Bergmüller, Sales & Business Development Manager bei LITEF. „Diese Kombination aus Robustheit und Präzision ist entscheidend, wenn es um Bauprojekte unter extremen Bedingungen mit insbesondere hohen Sicherheitsanforderungen geht.“
Technologie mit Zukunft
Das Baukonzept des weltberühmten Skigebiets von St. Moritz ist in ganz Europa bislang einmalig und gilt als innovatives Leuchtturmprojekt neuer Sicherungsansätze alpiner Infrastruktur. Der Bedarf an vergleichbaren Maßnahmen wird in den kommenden Jahren weiter steigen. Eine Vielzahl an Bauwerken wie Bergstationen, Restaurants, Masten, Leitungen, Gleisen und kritischer Infrastruktur im Alpenraum sind auf Permafrost gegründet, ein Untergrund, der durch steigende Temperaturen unwiederbringlich an Standsicherheit verliert. Damit wächst die Bedeutung innovativer technischer Lösungen, die auf sich verändernde Bodenverhältnisse reagieren und die Lebensdauer der Bauwerke über Jahrzehnte hinaus verlängern können.
Die Installation der Thermosiphons am Piz Nair folgt genau diesem Ansatz. Ziel ist es, die physikalischen Effekte und die langfristige Wirksamkeit des Verfahrens unter realen Bedingungen im alpinen Raum zu beweisen und den sicheren Betrieb der Bergstation um weitere 30 Jahre zu verlängern. Entscheidend war dabei die präzise Umsetzung in kürzester Zeit.
Die gewonnenen Daten fließen auch in die wissenschaftliche und technische Auswertung des Projekts ein. Sie liefern wertvolle Erkenntnisse darüber, wie sich Permafrostveränderungen künftig erfassen und bautechnisch berücksichtigen und kompensieren lassen. Damit leistet das Projekt nicht nur einen Beitrag zur Stabilisierung einer einzelnen Bergstation, sondern auch zur Weiterentwicklung geotechnischer Verfahren im gesamten hochalpinen Raum.
Präzise Messtechnik wie das LiPAD®-100 spielt dabei eine zentrale Rolle. Sie schafft die Voraussetzung, komplexe Bauprozesse auch unter extremen Umweltbedingungen sicher zu planen und umzusetzen. Und sie zeigt, wie sich Innovation im Ingenieurwesen künftig definiert: durch die Verbindung von Erfahrung, innovativer Technologie und messbarer Präzision.