DE102007010856B4 - Verfahren und Einrichtung zum Nachweis der Dichtheit - Google Patents

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Abstract

Einrichtung für die Prüfung und für den Nachweis der Dichtheit in Kontaktzonen (2) zwischen dem Wirtsgestein eines anstehenden Gebirges (3) und dem Ausbaumaterial eines Untertage – Verschlussbauwerkes (1), dadurch gekennzeichnet, dass
– entweder punktförmige Messkammern (5) und/oder
– ringförmige Messkammern (9)
in radialer Anordnung im Verschlussbauwerk (1) angeordnet sind, die
– mit dem Bereich zwischen dem Verschlussbauwerk (1) und dem anstehenden Gebirge (3) in Messkontakt stehen und
– über Zuleitungen (6) mit einer Bezugsquelle (20) für ein fließfähiges Prüfmedium und
– mit einer Rechnerstation (22; 23) verbunden sind,
wobei das fließfähige Prüfmedium unter Druck in den Bereich zwischen dem Verschlussbauwerk (1) und dem Gebirge (3) einfließt und
wobei die Rechnerstation (22; 23) aus dem Volumenstrom des Prüfmediums und/oder aus dem Druckabfall des Prüfdruckes mittels eines Strömungsmodells die Permeabilität Dichtheit in der Kontaktzone (2) bestimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Nachweis der Dichtheit in Kontaktbereichen zwischen dem Wirtsgestein eines anstehenden Gebirges und dem Ausbaumaterial eines Verschlussbauwerk in bergmännisch aufgefahrenen Hohlräumen.
  • Bei der Errichtung von Bauwerken zur Abdichtung von Strecken und Tunneln in Bergwerken stellt der Kontaktbereich zwischen dem Baukörper des Verschlussbauwerkes und dem angrenzenden Wirtsgestein eine besondere Schwachstelle dar. Der Nachweis der Dichtheit des direkten Kontaktbereiches, und insbesondere des angrenzenden aufgelockerten und geschädigten Nahfeldes im Gebirge – aufgelockerte Zone um die Hohlraum- und Tunnelauffahrungen, ist zur Gewährleistung der Funktion des gesamten Verschlussbauwerkes und anderweitiger Untertagebauwerke von großer Wichtigkeit.
  • Insbesondere bei schwierigen geologischen Verhältnissen z. B. in Form von geringmächtigen Schichten mit stark unterschiedlichen geomechanischen Eigenschaften (Toneinlagen, Anhydritbänder, Kieseritschnüren z. B. im Steinsalz) und bei horizontalem bzw. schwach geneigtem Hohlraumverlauf ist ein Nachweis der Dichtheit des Grenzbereiches zwischen dem querschnittsdichtenden Bauwerk und dem Gebirge zur Gewährleistung der Funktionsfähigkeit der gesamten Konstruktion unabdingbar. Dieser Nachweis muss erfolgen, da es schon bei sehr kleinen örtlich begrenzten Wegsamkeiten im Kontaktbereich zwischen dem Ausbaumaterial eines Verschlussbauwerk und dem Wirtsgestein des anstehenden Gebirges zu erheblichen, nicht akzeptierbaren Umströmungen der Dichtung kommen kann.
  • Es ist bereits allgemein bekannt, dass mit Hilfe von Volumenstrom- und/oder Druckabfallmessungen die Dichtheit resp. die Permeabilität eines Körpers ermittelt werden kann. Derartige Verfahren wurde daher schon zur Lösung unterschiedlichster Aufgaben erfolgreich eingesetzt.
  • So wird beispielsweise zur Bestimmung der Durchlässigkeit (Permeabilität) eines durch eine Bohrung aufgeschlossenen Bodenkörpers nach DE 43 19 976 A1 , der Bodenkörper mit dem Druck eines geeigneten Prüfmediums beaufschlagt und aus der eintretenden Druckänderung die Permeabilität bestimmt. In einer weiter verbesserten Ausführungsvariante dieses Verfahrens wird zwischen dem Bodenkörper und einem definierten Volumen plötzlich ein Druckausgleich erzeugt und über dessen Verlauf die Durchlässigkeit des Bodenkörpers bestimmt.
  • Aus dem Bau nachträglich vorgespannter Betonauskleidungen im Druckstollenbau sind ferner Verfahren bekannt, nach denen zuerst der Felsstoß bzw. Gebirgsstoß zur Verhinderung der Haftung des Betonausbaues am Gebirge mit Trennmitteln angesprüht oder mit einer Kunststofffolie verkleidet wird. Anschließend werden meist ringförmig verlegte Injektionsleitungen auf den Fels bzw. auf den Spritzbeton aufgebracht. Diese Injektionsleitungen besitzen gleichmäßig verteilte Manschettenventile, über welche das flüssige Injektionsgut sich in die künstlich geschaffenen Kontaktfugen ausbreiten kann. Zur Verbesserung der Druckwirkung in der Anfangsphase und zum besseren Aufreisen des Ringspaltes wird eine rund 20 cm breite Folienhülle über die Injektionsleitung geschoben. Die Injektion erfolgt somit gezielt in die Kontaktfuge, die durch den Injektionsdruck zusätzlich geöffnet wird. Nach Beendigung der Injektion härtet der Zement aus, so dass der innere Betonausbaudruck vorgespannt bleibt – AT 265 980 und AT 284 014 , Stein, D; Niederehe, W.: „Instandhaltung von Kanalisationen”, 2. Auflage, 1992 Ernst und Sohn, Verlag für Ar chitektur und Technische Wissenschaften, Seeber/Enke.: „Druckstollen und Druckschächte”, Enke im Georg Thieme Verlag Stuttgart New York 1992.
  • Die Anwendung dieser Verfahren für den Nachweis der Dichtheit/Permeabilität im Kontaktbereich zwischen dem Verschlussbauwerk und dem anstehenden Gebirge erfordert eine Vielzahl von Bohrungen, die in Längsachse des Bauwerkes verlaufen. Die Bohrungen sind nach Fertigstellung des Bauwerkes einzubringen und müssen nach der Messung wieder hochqualitativ verschlossen werden, da jedes Bohrloch die Kontaktfuge bzw. den Kontaktbereich punktförmig anschneidet.
  • Ähnliche Probleme treten bei Anwendung des Verfahrens nach DE 102 08 768 A1 zur Überprüfung der Dichtheit von hydraulischen Sperren in ausgebauten Bohrungen auf. Auch bei diesem Verfahren müssten eine Vielzahl von Bohrungen, die in Längsachse des Bauwerkes verlaufen, eingebracht und nach Abschluss der Messungen wieder hochqualitativ verschlossen werden, wobei die Statik des Verschlussbauwerkes durch die Perforationen der Bohrungen in nachteiliger Weise beeinflusst wird.
  • Zum Schutz des Grundwassers sind bei der Errichtung von Deponien umfangreiche Dichtungsmaßnahmen zutreffen, die das Eindringen von kontaminiertem Oberflächenwasser in die unter der Deponie befindliche Bodenschichten verhindern. Die Wirksamkeit dieser Maßnahmen ist während des Betreibens der Deponien und in darüber hinausgehende Zeiträume ständig zu überwachen und zu kontrollieren – DE 41 34 380 A1 , DE 43 17 537 A1 , DE 699 16 020 T2 und DE 195 14 067 A1 . Der Gegenstand der vorgeschlagenen Lösungen beziehen sich auf die Detektion des zu überwachenden Fluides in einer Prüfinstallation und nicht auf Messverfahren mit denen die Dichtheit/Permeabilität im Kontaktbereich zwischen einem Bauwerk und den angrenzenden geologischen Strukturen ermittelt und nachgewiesen werden kann.
  • Aus DE 198 59 377 A1 ist eine Vorrichtung zur Materialprüfung und Überwachung der Formstabilität von mehrteilig aufgebauten festen Körpern, insbesondere der Radreifen/Räder von Hochgeschwindigkeitszügen bekannt, nach der symmetrisch zur Radachse vier mit Drucksensoren ausgestattete Druckkammer im Radreifen vorgesehenen und über Kanäle miteinander verbunden sind. Die Druckkammern und die Kanäle sind unter Druck mit einem Gas oder einer Flüssigkeit schlüssig ge füllt. Sinkt infolge von Haarrissen im Material oder durch Materialverschleiß der Druck in den Druckkammern wird durch den Druckabfall eine Signaleinrichtung ausgelöst und auf den Materialfehler hingewiesen. Eine sachgemäße Übertragung und Anwendung dieser Lösung für den Nachweis der Dichtheit in Kontaktbereichen zwischen dem Wirtsgestein eines anstehenden Gebirges und dem Ausbaumaterial eines Verschlussbauwerk ist aufgrund der unterschiedlichen Voraussetzungen und Bedingungen für die Durchführung von Messungen nicht möglich.
  • In US 4,052,885 wird eine Vorrichtung zur Messung der Permeabilität der Erdoberfläche offenbart. Zur Messung wird die Vorrichtung auf die Erdoberfläche aufgesetzt und mittels eines elastischen Kissens als elastische Dichtung wird die Fuge zwischen der Vorrichtung selbst und der Erdoberfläche hergestellt. Zum Andruck auf die Erdoberfläche ist vorgesehen, dass die gesamte Apparatur ein hohes Gewicht aufweist. Zur Messung wird über die Mitte einer scheibenförmigen Anordnung eine Flüssigkeit aus einer zentralen in das Erdreich gepresst und sensorische Öffnungen, die kreisförmig um die zentrale Drucköffnung positioniert sind, messen den Druck der Flüssigkeit, die von der zentralen Drucköffnung durch das Erdreich der Erdoberfläche in die sensorischen Öffnungen geflossen ist. Infrage kommende Erdoberflächen sind der Boden einer Mine oder einer Grube.
  • Nach der Lehre der EP 0 567 239 A1 wird eine Öffnung einer Messvorrichtung auf ein Präparat aufgesetzt und seitlich abgedichtet. Ein Gas wird beaufschlagt und es wird gemessen, bei welchem Druck oder bei welcher Flussraten sich ein invarianter Druck über die Messzeit einstellt. Die Lehre dieser Druckschrift geht von einem Präparat aus, das in einem Labor vermessen wird.
  • Die deutschen Offenlegungsschrift 2 332 488 lehrt eine Vorrichtung, die ähnlich, wie in US 4,052,885 beschrieben, scheibenförmig mit einer mittig angeordneten Messzelle ausgestaltet ist. Um die Messzelle herum ist eine Ringzelle angeordnet, die zur Messung mit Druck beaufschlagt wird und an der Unterseite ggf. mit Dichtungspasten am Boden gedichtet wird. Der Permeabilitätsversuch wird sodann allein mit der mittigen Kammer durchgeführt.
  • Nach der FR 2 796 721 wird ein tellerförmiger Sensor mit mechanischem Andruck, der über ein Gestänge ausgeübt wird, auf die Oberfläche der zu vermessenden Ge steinsschicht aufgelegt. Die Permeabilitätsmessung wird sodann mit Hilfe einer einzigen Kammer durchgeführt, welche die Gesteinsschicht als eine Wand aufweist.
  • US 20020189325 lehrt, einen berührungslosen Sensor, mit zwei konzentrisch angeordneten Gas-Zu- und Abführungen zur Messung der Permeabilität einzusetzen. Zur Messung wird der zu untersuchende Grund mit einem kurzen Laserimpuls akustisch erregt und die mechanischen Schwingungen des zu untersuchenden Grundes werden gemessen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung für die Prüfung der Dichtigkeit einer Fuge zwischen einem Gebirge und einem Verschlussbauwerk und des an die Fuge unmittelbar angrenzenden Gebirges zur Verfügung zu stellen.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Einrichtung nach den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9.
  • Nach der vorgeschlagenen Lösung sind im Verschlussbauwerk im Bereich der Kontaktfuge zwischen dem Verschlussbauwerk und dem anstehenden Gebirge punkt- und/der ringförmige Messkammern, in Form ringförmig verlegter Rohre, die über die gesamte Umfangslänge des Verschlussbauwerkes verteilt sind, oder eine Ringleitung, die in bestimmten Abständen perforiert ist, angeordnet und über Zuleitungen mit einer Bezugsquelle für ein fließfähiges Prüfmedium, vorzugsweise ein Gas, und mit einer Rechnerstation verbunden. Nach Fertigstellung des Verschlussbauwerkes wird in diese Messkammern ein Prüfmedium unter Druck eingeleitet und an Hand eines Strömungsmodells aus dem Druckabfall des Prüfdruckes und/oder aus der Einpressrate an Prüfmedium die Permeabilität und die Dichtheit in der direkten Kontaktzone zwischen Verschlussbauwerk und Gebirge und/oder im Bereich des aufgelockerten und geschädigten Nahfeldes im Gebirge über numerische Modellansätze unter Annahme verschiedener Randbedingungen bestimmt.
  • In Abhängigkeit davon, ob die Dichtheit/Permeabilität im Bereich der Fuge zwischen Verschlussbauwerk und Gebirge oder die Dichtheit/Permeabilität des aufgelockerten und geschädigten Nahfeldes im Bereich der Kontaktzone ermittelt werden soll, wird das Prüfmedium in Richtung der Längsachse des Verschlussbauwerkes oder radial zur Längsachse des Verschlussbauwerkes in Richtung des anstehenden Gebirges eingepresst.
  • Um die Dichtheit/Permeabilität im Bereich der Fuge zwischen Verschlussbauwerk und Gebirge zu bestimmen, münden die Messkammern, in Form einzelner, verteilt angeordneter Rohre, in die Kontaktzone aus und bilden punktförmige Messkammern mit einer in der Längsachse des Verschlussbauwerkes liegenden Messrichtung. Durch die Anordnung einzelner Messkammern im Bereich der Kontaktfuge ist eine zielgerichtete Druck- bzw. Volumenstrombeaufschlagung zur Dichtheitsprüfung möglich, wobei durch die Messungen im Bereich der Kontaktfuge insbesondere das Anbindeverhalten des verwendeten Baustoffs an die Gebirgskontur ermittelt und bestimmt werden kann.
  • Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist in die Kontaktzone eine Bohrung eingebracht und in diese Bohrung ein Rohr eingeführt. Der in die Bohrung befindliche Abschnitt des Rohres ist perforiert, wobei die Perforationen so angeordnet sind, dass die Messrichtung beispielsweise auf die Kontaktzone in Richtung der Längsachse des zwischen dem Verschlussbauwerk und der Kontaktzone orientiert ist.
  • Anstelle der Rohre, die in das Verschlussbauwerkes eingebunden sind und einzelne punktförmige Messkammern bilden, kann in die Fuge zwischen dem Verschlussbauwerk und der Kontaktzone eine ringförmige Messkammer angeordnet werden. Die ringförmige Messkammer besteht aus einer perforierten Ringleitung, die teilweise in das Verschlussbauwerk eingebunden ist. Die Perforationen dieser Ringleitung sind wiederum so ausgebildet und angeordnet, dass die Messstrahlen den Bereich der Fuge zwischen dem Verschlussbauwerk und der Kontaktzone erfassen, um beispielsweise vorrangig die Fugendurchlässigkeit zu bestimmen und/oder sind auf das geschädigte Nahfeld der Kontaktzone gerichtet, um vorrangig die Gebirgsdurchlässigkeit in Richtung des anstehenden Gebirges oder in Richtung des Verschlussbauwerkes zu bestimmen. Mit den Messungen im Bereich der Kontaktzone werden vorrangig die charakteristischen Eigenschaften des aufgelockerten und geschädigten Nahfeldes ermittelt, um daraus gegebenenfalls Maßnahmen zur Vergütung/Verfestigung dieser Zonen abzuleiten.
  • In Kombination beider Ausführungsvarianten können sowohl einzelne Rohre, die einzelne, punktförmige Messkammern bilden, als auch eine perforierte Ringleitung im Verschlussbauwerk bzw. im geschädigten Nahfeld der Kontaktzone angeordnet werden.
  • Um die Prüfreichweite der Messeinrichtung zu erweiten, ist es von Vorteil, in die Kontaktzone einen Schlitz einzubringen und in diesen Schlitz eine perforierte Ringleitung zu verlegen. Analog zu der Ausführungsvariante mit den in die Kontaktzone eingebrachten Bohrungen und den in diese Bohrung hineingeführten Rohre, deren Rohrenden perforiert sind, kann mit dieser Anordnung vorrangig die Durchlässigkeit der Kontaktzone in Richtung des anstehenden Gebirges und Richtung des Verschlussbauwerkes bestimmt werden.
  • In Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die in einem Schlitz in der Kontaktzone verlegte, perforierte Ringleitung in Segmente unterteilt und jedes Segment mit der Bezugsquelle für das Prüfmedium verbunden und an die Rechnerstation angeschlossen. Mit dieser Einrichtung lässt sich auf relativ einfache Weise die Permeabilität der Fuge zwischen Verschlussbauwerk und Kontaktzone und der Kontaktzone selbst innerhalb bestimmter Prüfsektoren bestimmen.
  • Die Perforationen der Ringleitung und der Endabschnitte der Rohre sind mit speziellen Manschetten abgedeckt, die das Eindringen fremder Medien in die Messkammern verhindern. Die Manschetten besitzen eine unterschiedliche Materialhärte bzw. Eigensteifigkeit, so dass sie bei unterschiedlich hohen Innendrücken öffnen. Mit Hilfe der unterschiedlichen Eigensteifigkeit der Manschetten und der unterschiedlichen Druckbeaufschlagung ist ebenfalls eine Bestimmung der Permeabilität innerhalb bestimmter Prüfsektoren möglich.
  • Die in Längsachse des Verschlussbauwerkes verlegten Zuleitungen für das Prüfmedium zu den Messkammer sind vorzugsweise so angeordnet und ausgebildet, dass sie nach Anschluss der Messprozesse auf bekannte Weise überbohrt und diese Bohrungen anschließend dicht verschlossen werden können.
  • Auf der Basis des Volumenstromes und/oder des Druckabfalls können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung exakte Messungen zur Bestimmung der Permeabilität in den für eine Umströmung besonders gefährdeten Bereichen des geschädigten Nahfeldes der Kontaktzone und der Fuge zwischen Verschlussbauwerk und Kontaktzone resp. dem anstehenden Gebirge durchgeführt werden.
  • Durch die segmentförmige Ausbildung und Anordnung der ringförmigen Messkammern, durch die unterschiedlichen hydraulischen Widerstände der Manschetten, mit denen die Perforationen, und die Rohrenden abgedeckt werden und durch die gezielte Anordnung von Messkammern in besonders zu untersuchende Bereiche können auch Aussagen zur Dichtheit von ausgewählten Bereichen der Kontaktzone und der Fuge zwischen dem Verschlussbauwerk und dem Gebirge getroffen werden.
  • Im Unterschied zu Überwachungs- und Prüfeinrichtungen von Maschinen- und Fahrzeugteilen bzw. Rohren- und Schachtbauwerken liegt ein Schwerpunkt der erfindungsgemäßen Lösung auf die Auswertung der Messergebnisse im Hinblick auf den anstehenden und komplex aufgebauten Gebirgskörper. Die Auswertung erfolgt erfindungsgemäß über numerische Modellansätze unter Annahme verschiedener Randbedingungen, wobei der komplexe Gebirgskörper als Grenzbereich in die Auswertung einbezogen wird. Im Gegensatz hierzu erfolgt im Maschinen- bzw. Ingenieurbau auf der Grundlage von Druckabfall- oder Volumenstrommessungen ausschließlich eine Prüfung von künstlich hergestellten Teilen bzw. Konstruktionen.
  • Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
  • 1 die Anordnung einer ringförmigen und punktförmiger Messkammern in der unmittelbaren Kontaktzone/Fuge zwischen dem Verschlussbauwerk und dem anstehenden Gebirge,
  • 2 den Schnitt A-A aus 1 durch die punktförmige Messkammer in der direkten Kontaktzone/Fuge zwischen dem Verschlussbauwerk und Gebirge,
  • 3 eine Frontansicht auf die punktförmige Messkammer gemäß Schnitt B-B in 1, die in die direkten Kontaktzone/Fuge ausmündet,
  • 4 die Anordnung einer ringförmige Messkammer in der direkten Kontaktzone/Fuge zwischen Verschlussbauwerk und Fuge entsprechend dem Längsschnitt C-C in 1,
  • 5 den Querschnitt durch die ringförmige Messkammer in der direkten Kontaktzone/Fuge zwischen Verschlussbauwerk und Gebirge nach Schnitt D-D in 1,
  • 6 die Anordnung einer ringförmigen Messkammer in einem umlaufenden Schlitz und die Anordnung einer punktförmigen Messkammer in einer Bohrung die jeweils in die Kontaktzone eingebracht worden sind,
  • 7 den Schnitt E-E durch die punktförmige Messkammer entsprechend der Anordnung und Ausbildung nach 6,
  • 8 den Schnitt F-F durch die Anordnung und Ausbildung der ringförmige Messkammer nach 6,
  • 9 die schematische Darstellung einer in Segmente unterteilten ringförmigen Messkammer, die in einem umlaufenden Schlitz in der Kontaktzone angeordnet ist,
  • 10 Messapparatur zur Messwerterfassung
  • Wie aus 1 ersichtlich, wurde in einem bergmännischen aufgefahrenen Hohlraum eine Verschlussbauwerk 1 in Form eines Dammes errichtet, um den Hohlraum 7, der beispielsweise als Lagerstätte genutzt werden soll, vom übrigen Teil des Hohlraumes zu trennen bzw. gegenüber diesem Teil abzudichten. Für die Sicherung und Gewährleistung der vollen Funktionsfähigkeit des Verschlussbauwerkes 1, sind genaue Kenntnisse über die Dichtheit/Permeabilität in den häufig undichten Bereich der Fuge 27 zwischen dem Verschlussbauwerk 1 und der Kontaktzone 2 des anstehenden Gebirges 3, insbesondere des aufgelockerten und geschädigten Nahfeldes der Kontaktzone 2 unerlässlich.
  • Um die Dichtheit/Permeabilität in diesen gefährdeten Bereich in situ ermitteln und bestimmen zu können, sind im Verschlussbauwerk 1 punktförmige Messkammern 5, die über den Umfang des Verschlussbauwerkes 1 verteilt angeordnet sind, und/oder ringförmige Messkammern 9 vorgesehen, die jeweils mit einem fließfähigen Prüfmedium beaufschlagt werden können. Die Messkammern 5 werden durch Rohre 4, die im Bereich der Fuge 27 zwischen dem Verschlussbauwerk 1 und der Kontaktzone 2 in die Kontaktzone 2 ausmünden – 1, 2 und 3 – oder durch eine perforierte Ringleitung 10 gebildet, die im Bereich der Fuge 27 in das Verschlussbauwerk 1 eingebunden ist – 1, 4 und 5. Die Perforationen 26 der Ringleitung 10 und die Rohre 4, die über Zuleitungen 6 mit einer Bezugsquelle 20 für das Prüfmedium und mit einer Rechnerstation 22, 2310 verbunden sind, sind so eingebracht und angeordnet, das sich die Messstrahlen 21 in Richtung der Längsachse des Verschlussbauwerkes 1 auf den Fugenbereich zwischen Verschlussbauwerk 1 und Kontaktzone 2 erstrecken.
  • Für die Feststellung der Dichtheit/Permeabilität wird über die Messkammern 4; 9 ein fließfähiges Prüfmedium, vorzugsweise eine Gas, welches in einem Gasbehälter 20 bereitgestellt wird, verpresst und mittels Volumenstromzähler 18 die Einpressrate und mittels Druckaufnehmer 16 die Druckentwicklung in Abhängigkeit von der Zeit gemessen – 10. Die Messwerte werden in einem Datenrecorder 22 protokolliert und einem Rechner 23 zugeleitet. Auf der Grundlage eines speziellen Strömungsmodells wird dann aus diesen Messwerten die Permeabilität der Kontaktfuge 27 ermittelt.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, mit der insbesondere der Messbereich der Messeinrichtung erweitert wird und die Dichtheit/Permeabilität in der Kontaktzone 2 festgestellt werden kann, ist in den 6, 7 und 8 dargestellt. Wie aus 6 ersichtlich, ist die ringförmige Messkammer 9, die durch die perforierte Ringleitung 10 gebildet wird, in einem Schlitz 12 installiert, der in die Kontaktzone 2 eingebracht worden ist, während für die punktförmige Messkammer 5 eine Bohrungen 11 in der Kontaktzone 2 vorgesehen und in diese Bohrung ein perforierter Rohrabschnitte 25 des Rohres 5 hineingeführt ist, die die punktförmige Messkammer 5 bildet. Die Perforationen 26 der Rohrabschnitte 25 und der Ringleitung 10 sind so ausgebildet und angeordnet, dass sich die Messstrahlen 21 in Richtung der Längsachse des Verschlussbauwerkes 1 auf die aufgelockerte Kontaktzone 2 erstrecken.
  • Neben der integralen Messung der Durchlässigkeit/Permeabilität im gesamten Bereich der Fuge 27 und der Kontaktzone 2 mit Hilfe der Messkammern 5 und 9 und den Messanordnungen nach 1 und 6, ist aber auch eine Messung der Durchlässigkeit im Bereich einzelner Prüfsektoren 13 möglich. Die Messungen im Bereich einzelner Sektoren 13 wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn nur bestimmte Teilbereiche, wie beispielsweise an den Hohlraumstößen oder nur der Firstbereich gesondert zu untersuchen sind. Eine solche Messeinrichtung ist in 9 dargestellt. Diese Messeinrichtung kann natürlich auch für Messungen eingesetzt werden, die den gesamten Querschnitt des Fugenbereiches oder der Kontaktzone erfassen. Für die Messung in einzelnen Prüfsektoren 13 sind die perforierte Ringleitung 10 in Ringkammersegmente 14 unterteilt und die einzelnen Ringkammersegmente 14 über separate Zugangsleitungen 15 an die Rechnerstation 22; 23 und an die Bezugsquelle 17, 18, 19, 20 für das Prüfmedium angeschlossen.
  • Die Öffnungen der Rohre 4, die in die Kontaktzone 2 oder in die Fuge 27 zwischen Verschlussbauwerk 1 und Kontaktzone 2 ausmünden sowie die Perforationen 26 in den Rohrabschnitten 25 und der Ringleitung 10 sind mit einer dehnbaren Manschette 8 abgedeckt, die das Eindringen fremder Medien, wie beispielsweise Baustoff des Verschlussbauwerkes 1, in die Messkammern 5 und 9 verhindern. Die Manschetten 8 öffnen bei entsprechender Druckbeaufschlagung durch den Prüfdruck und stellen so die Verbindung zum zu prüfenden Kontaktbereich herstellt. Bevorzugt können Manschetten 8 mit unterschiedlicher Härte bzw. Eigenstabilität eingesetzt werden, die bei unterschiedlichen Drücken öffnen. Auf diese, relativ einfach Weise kann ebenfalls eine Prüfung der Dichtheit/Permeabilität in einzelnen Prüfsektoren 13 vorgenommen werden.
  • Die Prüfeinrichtungen nach 1, 6 und 9 werden vor Einbau des Verschlussbauwerkes 1 an den entsprechenden Positionen im Bereich der zwischen dem Verschlussbauwerk 1 und dem Gebirge 3 und/oder in der Kontaktzone 2 installiert. Mit der Errichtung des Verschlussbauwerkes 1 werden die Prüfeinrichtungen fest in die Struktur des Bauwerkes 1 eingeschlossen. Nach Durchführung der Messkampagnen können die Zugangsleitungen 6, 15 mit geeigneten Verfahren überbohrt und in die entstandenen Bohrungen Baustoff des Verschlussbauwerkes 1 verpresst werden. Durch die nachträgliche Verpressung von Baustoff in diese Bereiche entsteht ein weitgehend homogener Körper des Verschlussbauwerkes 1.
  • 1
    Damm- oder Verschlussbauwerk
    2
    Kontaktzone
    3
    Gebirge/Wirtsgestein
    4
    Rohr
    5
    punktförmige Messkammer
    6
    Zugangsleitung
    7
    abzudichtender Hohlraum/Tunnel
    8
    Manschette
    9
    ringförmige Messkammer
    10
    Ringleitung
    11
    Bohrloch
    12
    Schlitz
    13
    Prüfsektor
    14
    Ringkammersegment
    15
    Zugangsleitung
    16
    Druckaufnehmer
    17
    Ventil
    18
    Volumenstromzähler
    19
    Ventil
    20
    Gasbehälter
    21
    Messrichtung
    22
    Datenrecorder
    23
    Rechner
    24
    -
    25
    Rohrabschnitt
    26
    Perforation
    27
    Fuge zwischen Damm- oder Verschlussbauwerk und Gebirge/Wirtsgestein

Claims (9)

  1. Einrichtung für die Prüfung und für den Nachweis der Dichtheit in Kontaktzonen (2) zwischen dem Wirtsgestein eines anstehenden Gebirges (3) und dem Ausbaumaterial eines Untertage – Verschlussbauwerkes (1), dadurch gekennzeichnet, dass – entweder punktförmige Messkammern (5) und/oder – ringförmige Messkammern (9) in radialer Anordnung im Verschlussbauwerk (1) angeordnet sind, die – mit dem Bereich zwischen dem Verschlussbauwerk (1) und dem anstehenden Gebirge (3) in Messkontakt stehen und – über Zuleitungen (6) mit einer Bezugsquelle (20) für ein fließfähiges Prüfmedium und – mit einer Rechnerstation (22; 23) verbunden sind, wobei das fließfähige Prüfmedium unter Druck in den Bereich zwischen dem Verschlussbauwerk (1) und dem Gebirge (3) einfließt und wobei die Rechnerstation (22; 23) aus dem Volumenstrom des Prüfmediums und/oder aus dem Druckabfall des Prüfdruckes mittels eines Strömungsmodells die Permeabilität Dichtheit in der Kontaktzone (2) bestimmt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Verschlussbauwerk (1) einzelne Rohre (4), die in die Kontaktzone (2) ausmünden und eine punktförmige Messkammer (5) mit einer auf die Fuge (27) zwischen der Kontaktzone (2) und dem Verschlussbauwerk (1) orientierten Messrichtung (21) bilden, radial angeordnet sind.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kontaktzone (2) Bohrungen (11) eingebracht und die Rohre (4) bis in diese Bohrungen (11) hineingeführt sind, wobei der jeweils in der Bohrung (11) befindliche Rohrabschnitt (25), der die punktförmige Messkammer (5) bildet, so perforiert ist, dass die Messrichtung (21) der Messkammer (5) in Richtung der Längsachse des Verschlussbauwerkes (1) auf die Fuge (27) zwischen der Kontaktzone (2) und dem Verschlussbauwerk (1) und auf das geschädigte Nahfeld der Kontaktzone (2) orientiert ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Bohrungen (11) hineingeführte Rohrabschnitt (25) so perforiert ist, dass die Messrichtung (21) der durch den Rohrabschnitt (25) gebildeten punktförmigen Messkammer (5) auf das anstehende Gebirge (3) gerichtet ist.
  5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Fuge (27) zwischen der Kontaktzone (2) und dem Verschlussbauwerk (1) eine perforierte Ringleitung (10), die eine ringförmige Messkammer (9) bildet, angeordnet ist und die Perforationen (26) der Ringleitung (24) so eingebracht sind, dass ihre Messrichtungen (21) die Fuge (27) und die Kontaktzone (2) erfassen.
  6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kontaktzone (2) ein radial umlaufender Schlitz (12) eingebracht ist und in diesen Schlitz (12) eine perforierte Ringleitung (10), die eine ringförmige Messkammer (9) bildet, verlegt ist, wobei die Perforationen der Ringleitung (10) so angeordnet sind, dass sich die Messrichtung (21) der ringförmigen Messkammer (9) auf das anstehende Gebirge (3) erstreckt.
  7. Einrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den ringförmigen Messkammern (9) punktförmige Messkammern (5) in Form radial verlegter Rohre (4) im Verschlussbauwerk (1) angeordnet sind.
  8. Einrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierte Ringleitung in einzelne Ringkammersegmente (14) unterteilt ist und die einzelnen Ringkammersegmente (14) über separate Zuleitungen (15) an die Bezugsquelle (20) für das Prüfmedium und an die Rechnerstation (22; 23) angeschlossen sind.
  9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationen (26) der Ringkammersegmente (14), der Ringleitung (20) und der Rohrabschnitte (25) durch flexible Manschetten (8) unterschiedlicher Materialhärte abgedeckt sind und diese Abdeckung durch Druckbeaufschlagung mit unterschiedlich hohen Innendrücken aufhebbar ist.
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