DE10216105C1

DE10216105C1 - Verfahren zur Abdichtung von untertägigen Hohlräumen gegen Gase und Flüssigkeiten im Salzgebirge

Info

Publication number: DE10216105C1
Application number: DE2002116105
Authority: DE
Inventors: Udo Fluechter; Heinrich Pettenpohl; Karl-Hermann Huelsmann; Harald Schorn
Original assignee: Deutsche Montan Technologie GmbH
Current assignee: DMT GmbH and Co KG
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2022-04-13

Abstract

Verfahren zur Abdichtung von untertägigen Hohlräumen gegen Gase und Flüssigkeiten im Salzgebirge, bei dem in einem Streckenabschnitt zwei den Streckenabschnitt abdichtende Dammkörper eingebaut werden, in dem Streckenabschnitt zwischen den Dammkörpern Bitumen oder Asphalt eingebracht wird und der Streckenabschnitt derart gefüllt wird, dass die Verfüllung durch Konvergenz des Gebirges planmäßig unter Druck gerät.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abdichtung von untertägigen Hohlräumen gegen Gase und Flüssigkeiten im Salzgebirge, bei dem in einem Streckenabschnitt ein Raum zwischen zwei Dammkörpern mit Bitumen oder Asphalt gefüllt und die Füllung unter Druck gehalten wird.

Es sind zahlreiche Versuche unternommen worden, dichte Dämme in einem Salzgebirge zu errichten. Bisher gibt es jedoch keinen Damm im Salzgebirge, der auf Dauer und ohne Wartung als dicht angesehen werden kann. Die bisherigen Dammbaukonstruktionen, ins besondere für den Einschluss radioaktiven Materials in Endlagern, sind hinsichtlich ihrer Funktionstüchtigkeit nicht nachweisbar und hinsichtlich ihrer Konzeption so kompliziert, dass ihre Ausführung ein extrem hohes Maß an Qualitätssicherung erfordert. Außerdem stellen kleine Ausführungsfehler die Integrität des gesamten Bauwerkes in Frage.

Aus der DE 34 27 978 C1 ist ein Verfahren zum Abdichten von Dammbauwerken in untertä gigen Strecken, insbesondere im Salzgebirge bekannt, bei dem in einen Raum zwischen zwei Dammkörpern ein flüssiges Dichtmittel, beispielsweise Bitumen oder Asphalt gefüllt und unter Überdruck gegenüber dem Druck eines Belastungsmediums gehalten wird. Der Hohlraum weist einen Druckschacht auf, in dem das Dichtmittel bis zu einer bestimmten Höhe ansteht. Dadurch entsteht ein Überdruck, der sich aus dem hydrostatischen Druck der Dichtmittelsäule ergibt. Über eine Verbindungsbohrung ist der Druckschacht oberhalb des Dichtmittelpegels mit der für das Belastungsmedium vorgesehenen Strecke nach dem Prin zip der kommunizierenden Röhren verbunden.

Bei dieser Ausführungsform muss oberhalb des Raumes ein Druckschacht angelegt wer den, was sehr aufwendig ist.

In der DD 135 103 wird ein Verfahren zum Abdichten von untertägigen Hohlräumen gegen Gase und Flüssigkeiten offenbart, bei dem in einem Streckenabschnitt, zwei dem Strecken schnitt abdichtende Dammkörper eingebaut werden und in dem Dammzwischenraum ein Puffermedium, bestehend aus Altöl, durch eine Druckbeaufschlagungsrohrleitung unter Druck gehalten wird.

Bei dieser Ausführungsform ist es von Nachteil, dass eine Pumpe mit Druckbeaufschla gungsrohrleitung vorgesehen werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Salzgebirge eine dauerhafte Abdichtung von untertägigen Hohlräumen gegen Gase und Flüssigkeiten bereit zu stellen, die ohne War tung auf Dauer als dicht angesehen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen erfolgen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf der Grundidee, eine konvergenzinduzierte Bitumendruckzelle zu erzeugen, die Hohlraumquerschnitte unter Tage dauerhaft gegen Flüssigkeiten und Gase derart abdichtet, dass die Konvergenz des Gebirges in der Bitumendruckzelle einen hy draulischen Druckzustand bewirkt, der durch die angrenzenden Dammkörper planmäßig und dauerhaft aufrecht erhalten wird.

Die Erfindung besteht aus zwei Dammkörpern, die einen mit Bitumen bzw. Asphalt ge füllten Abschnitt einschließen. In einem ausreichend undurchlässigen Gebirge (wie z. B. Salzgebirge, Tongebirge, u. a.) werden die Dammkörper und die Füllung in Folge des Auf lagerdrucks und des plastischen Verhaltens des Gebirges unter der ständigen Einwirkung der Konvergenz eingespannt. Die Dichtwirkung setzt ein, sobald die Volumenverringerung durch die Konvergenz so groß ist, dass verbliebene offene Hohlräume und Wegigkeiten vom Bitumen ausgefüllt sind und dieses unter Druck gerät. Die Konvergenz wirkt so lange, bis ein statischer Gleichgewichtszustand im Gebirge erreicht ist und alle Verformungen zum Stillstand gekommen sind. Bei geringerer Konvergenz kann die Länge der Bitumen druckzelle vergrößert werden, um das Volumen der Bitumendruckzelle zu erhöhen.

Die Dammkörper dienen als Widerlager für die Bitumen- bzw. Asphaltfüllung und müssen gegen diese ausreichend undurchlässig sein. Sie können mit geeigneter Formgebung, z. B. Kegelstumpfform, und aus beständigen Stoffen entsprechend den statischen Anforderungen mit den erforderlichen Festigkeits- und Verformungseigenschaften in der Regel mit hyd raulisch erhärtenden, zementgebundenen Mineralstoffen errichtet werden.

Die Dammkörper widerstehen dem Gebirgsdruck und dementsprechend dem durch die Konvergenz ansteigenden Flüssigkeitsdruck des Bitumens bzw. Asphalts. Der Druck kann maximal den teufenabhängigen petrographischen Druck erreichen. Solange die Konver genz wirkt, d. h., das Volumen der Bitumendruckzelle sich zu verringern sucht, dringt das Bitumen in Durchlässigkeiten (z. B. im Gebirge) ein und verringert somit die Wegigkeiten.

Dieser Spannungsgrad bleibt bestehen, solange ausreichend Flüssigkeit vorhanden ist und das Konvergenzvolumen größer als der Flüssigkeitsverlust in die oben genannten Durch lässigkeiten ist. Nach Erreichen des statischen Gleichgewichts bleibt der erreichte End druck erhalten.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Volumen der Bitumendruckzelle zum Teil durch inerte für Bitumen durchlässige Baustoffe oder Mineralgemenge, wie z. B. Quarzkies oder Basaltschotter aufgefüllt werden, um Bitumen einzusparen. Dabei sollte nur in begrenztem Maße Feinkorn zugemischt werden, um eine zu große Viskosität zu vermeiden, die die Eindringtiefe des Bitumens unzweckmäßig einschränken würde. Dies ist auch bei der Verwendung von Asphalt zu beachten.

Beim Einsatz von hydraulisch erhärtenden Baustoffen für die Dammkörper wird das Schwindvolumen als Funktion der Feuchteabgabe des Baustoffs unmittelbar nach Eingabe des Baustoffs größer sein als das Konvergenzvolumen.

Dem kann begegnet werden, indem durch Zementinjektionen im Bereich der Dammkörper eine Vorspannung aufgebracht wird, durch die das bereits aufgetretene Schwindvolumen aufgefüllt wird und eine Einspannung in das Gebirge herbeigeführt wird.

In den größeren Dammkörpern vorgelagerten offenen Streckenabschnitten kann loses Salz für die zusätzliche Sättigung der später eindringenden Lauge (bergmännischer Ausdruck für Salzlösungen) geschüttet werden.

Die Erfindung zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:

- einfache Bauweise
- Wartungsfreiheit
- normale, d. h. keine besonderen Anforderungen an die Qualität der Ausführung
- selbstdichtend - Wegsamkeiten schließend
- Energie für die Dichtungsfunktion wird aus der Gebirgskonvergenz bezogen und bleibt auch nach Erreichen eines Gleichgewichtszustandes im Gebirge erhalten
- Funktionstüchtigkeit kann von Anfang an erreicht werden und wird durch Nutzung der Konvergenz auf Dauer gesichert.

Die Ausführung als Kegelstumpf bzw. Doppelkegelstumpf hat den Vorteil, dass die größe ren Querschnitte zur Bitumendruckzelle und nach außen gegen möglichen Laugenandrang abdichten. Wenn aus statischen Gründen beide Kegel unabhängig voneinander verformbar sein müssen, wird zwischen den beiden Kegelstümpfen eine Fuge angeordnet, die im Be darfsfall mit einer Korrosionssperre (Ton, Bitumen, Asphalt) ausgeführt werden kann. Auf der Innenseite wird der sich durch Konvergenz aufbauende Druck des Bitumens aufge nommen. Die Korrosion der Außenflächen durch Laugeeinwirkung wird durch eine ausrei chend lange Salz- oder Salzbetonfüllung der vorgelagerten Strecke verhindert. Die Länge der Salz- oder Salzbetonfüllung, die mit dem Streckenmantel einen engen Verbund ein geht, wird von der Dauer bestimmt, die erforderlich ist, bis die Lauge an den Dammkörper vordringt.

An der Außenfläche der äußeren Dammkörper kann z. B. aus Ton, Bitumen, Asphalt ein Korrosionsschutz gegen möglicherweise eindringende Lauge angeordnet werden. Falls die Tondichtungen trocken eingebaut werden, z. B. Pellets oder Granulat, die erst beim Lauge zutritt zu quellen beginnen, müssen zur größtmöglichen Verhinderung der Feuchteabgabe aus dem Dammkörper zusätzliche Sperrschichten angeordnet werden.

Die Korrosionssperren werden gegen Ausfließen jeweils nach außen durch Versatzkörper aus Salz oder Salzbeton gestützt und geschützt. Die Versatzkörper haben die Aufgabe, das Austrocknen zu verzögern und gegebenenfalls ein unkontrolliertes Ausbreiten des korrosi onsschützenden Materials unter Laugeeinfluss zu vermeiden. Sie werden durch die andau ernde Konvergenz immer mehr in den Streckenquerschnitt eingespannt und verdichtet, können sich verformen und brauchen nicht gegen den auftretenden Gebirgs- und Laugen druck ausgelegt sein. Wesentlich ist eine ausreichende Beständigkeit des Materials in Ver bindung mit ausreichender Länge und ein guter Anschluss an das in der Strecke anstehende Gebirge.

Die spätere Feuchteabgabe des Dammbaumaterials wird dadurch begrenzt, dass die Aus trocknung an den äußeren Enden der Salz- oder Salzbetonabschnitte beginnt und sich von hier aus langsam zum Kern der Dammkonzeption vorarbeitet. Die danach auftretende Konvergenz kann sich dann direkt auf die Dammkörper auswirken und die weitere Ein spannung in das sich plastisch verformende Gebirge bewirken.

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebe nen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestal tung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Bedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwen dung finden können.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung in der beispielhaft bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Abdichtung dargestellt werden. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Anordnung der erfindungsgemäßen konvergenzindu zierten Bitumendruckzelle,

Fig. 2 eine Ausführungsform mit Dammkörper aus Doppelkegelstümpfen und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform, in der die beiden Doppelkegelstümpfe durch eine Fuge getrennt sind.

Aus der Fig. 1 geht hervor, dass zwischen zwei Dammkörpern 1 und 1', die in einem nicht dargestellten Streckenabschnitt angeordnet sind, eine Bitumendruckzelle 2 vorgese hen ist. Die Dammkörper 1 und 1' werden jeweils an der anderen Seite durch eine Füllung mit Salzbeton 3 und 3' begrenzt.

Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Bitumendruckzelle 2, die durch zwei doppelkegel stumpfförmige Dammkörper 4 und 4' begrenzt ist.

In der Ausführungsform gemäß der Fig. 3 ist zwischen den zwei doppelkegelstumpfför migen Dammkörpern 5 und 5' eine Fuge 6 und 6' vorgesehen. Dadurch können sich die Dammkörper 5, 5' und 6, 6' unter Belastung unabhängig voneinander verformen. In die Fugen 6 und 6' kann als Korrosionsschutz eine Ton-, Bitumen- bzw. Asphaltschicht einge bracht werden. An der Außenfläche der Dammkörper 5 und 5' ist als Korrosionsschutz eine Ton-, Bitumen- bzw. Asphaltdichtung 7 und 7' angeordnet.

Bezugszeichenliste

1

,

1

' Dammkörper

2

Bitumendruckzelle

3

,

3

' Salzbeton

4

,

4

' doppelkegelstumpfförmiger Dammkörper

5

,

5

' doppelkegelstumpfförmiger Dammkörper

6

,

6

' Fuge

7

,

7

' Ton-, Bitumen- bzw. Asphaltdichtung

Claims

1. Verfahren zur Abdichtung von untertägigen Hohlräumen gegen Gase und Flüssig keiten im Salzgebirge, bei dem in einem Streckenabschnitt ein Raum zwischen zwei Dammkörpern mit Bitumen oder Asphalt gefüllt und die Füllung unter Druck gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Streckenabschnitt zwei den Streckenabschnitt abdichtende Dammkörper eingebaut werden, in dem Streckenab schnitt zwischen den Dammkörpern Bitumen oder Asphalt eingebracht wird und dass der Streckenabschnitt derart gefüllt wird, dass die Verfüllung durch Konver genz des Gebirges planmäßig unter Druck gerät.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bitumen inerte Baustoffe eingebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die inerten Baustoffe Quarzkies oder Basaltschotter sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dammkörper als Kegelstümpfe ausgebildet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dammkörper als doppelte Kegelstümpfe ausgebildet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelkegel stümpfe durch eine Fuge getrennt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fuge mit einem korrosionsschützenden Material wie Ton, Bitumen oder Asphalt ausgefüllt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenflä che der äußeren Dammkörper ein Korrosionsschutz aus Ton, Bitumen oder Asphalt angebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zementin jektionen im Bereich der Dammkörper eine Vorspannung erzeugt wird.