DE1798178B2 - Verfahren und vorrichtung zum messen der staerke bzw. dicke einer schlammschicht unter wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Stärke bzw. Dicke (B) einer Schlammschicht unter Wasser.

Verschiedentlich besteht die Notwendigkeit der Bestimmung der Stärke einer Schlammschicht auf einem Gewässerboden. So muß beispielsweise von Zeit zu Zeit in Flüssen und Häfen das Ausmaß der Schlammabsetzung gemessen werden. Insbesondere ist es jedoch beim Bau eines Tunnels unter einem Flußbett, wobei einzelne Tunnelabschnitte in eine quer zur Strömungsrichtung im Flußbett gebaggerte Rinne abgesenkt werden, von großer Wichtigkeit, zumindest auf einige Zentimeter genau zu wissen, wieviel Schlamm in der Zeitspanne zwischen dem Ausbaggern der Rinne und dem Absenken der Tunnelabschnitte von der Strömung in die Rinne gespült wurde.

Es ist bekannt, die Stärke einer Schlammschicht mit Hilfe eines Echolots zu messen. Dieses Verfahren ist jedoch nicht zuverlässig, weil das Ansprechverhalten des Echolots beim Vorhandensein einer Schlammschicht nur schwer zu interpretieren ist. Daher ist man vielfach gezwungen, neben diesem Verfahren auf Taucher zurückzugreifen; diese können zwar qualitativ das Vorhandensein von Schlamm, nicht jedoch quantitativ mit hinreichender Genauigkeit die Stärke einer Schlammschicht feststellen.

Der Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zugrunde, welche ohne Einsatz von Tauchern mit geringem Aufwand eine zuverlässige genaue quantitative Bestimmung der Stärke einer Schlammschicht auf einer Gewässersohie ermöglichen.

Zu diesem Zweck ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß man zwei in einem vorgegebenen festen vertikalen Abstand übereinander gehaltene Druckaufnehmer in solcher Weise auf den Gewässerboden, dessen Schlammbedeckung gemessen werden soll, herabläßt, daß der erste, untere Druckaufnehmer in die Schlammschicht ein- und durch diese hindurchdringt, während der zweite obere, als Tiefenmesser dienende Druckaufnehmer im Wasser oberhalb der Schlammschicht verbleibt, daß die Ausgangsgrößen der beiden Druckaufnehmer während des Absenk- und Eindringvorgangs laufend aufgezeichnet werden und hieraus die Stärke bzw. Dicke der Schlammschicht ermittelt wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich durch einen mittels eines biegsamen Elements, beispielsweise eines Seils, mit einer auf einem Schiff angeordneten Hebevorrichtung verbundenen Träger, der an seinem unteren Ende den ersten Druckaufnehmer zum Durchdringen der Schlammschicht und an einer um einen vorgegebenen Abstand über dem ersten Druckaufnehmer gelegenen Stelle den über der Schlammschicht verbleibenden zweiten Druckaufnehmer zur Tiefenmessung trägt, sowie durch Mittel zur laufenden Aufzeichnung der Ausgangsgrößen der beiden Druckaufnehmer.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß zur laufenden Aufzeichnung der Ausgangsgrößen der beiden Druckaufnehmer ein ΛΎ-Koordinatenschreiber vorgesehen ist, dessen Eingänge mit den Druckaufnehmern verbunden sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dient der untere Druckaufnehmer gewissermaßen als Sonde, welche beim Absenkvorgang aufeinanderfolgend das Eindringen in die Schlammschicht und das Erreichen der darunterliegenden festeren (Sand-)Bodenschicht anzeigt; in Verbindung mit der gleichzeitigen laufenden Tiefenmessung mit dem in konstantem Abstand über dem ersten angeordneten zweiten Druckaufnehmer kann aus diesen Meßwerten die gesuchte Dicke der Schlammschicht mit guter Genauigkeit ermittelt werden.

Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand einer Zeichnung erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine weiterentwickelte Vorrichtung,

Fig. 3 eine im Zuge der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgenommene graphische Aufzeichnung.

Fig.4 eine abgewandelte Ausführung einer Einzelheit einer derartigen Vorrichtung.

Auf einem Schiff 1 befindet aich eine Hebevorrichtung 2, an der mittels eines Seils 3 ein Träger 4 mit einer ,₀ Stabilisierungsflosse 5 aufgehängt ist. Der Träger 4 wiegt beispielsweise 250 kg und besitzt an seinem unteren Ende die Form eines Stabes 6, der seinerseits an seinem unteren Ende einen ersten Druckaufnehmer 7 und oberhalb desselben einen zweiten Druckaufnehmer 8 trägt. Der vertikale Abstand A zwischen den zwei Druckaufnehrnern 7 und 8 ist dabei größer gewählt als die zu erwartende größte Stärke B der zu messenden Schlammschicht 9 über der Sandschicht 10.

Der Druckaufnehmer 7 ist beispielsweise ein Druckaufnehmer an sich bekannter Art, von dem ein mit Dehnstreifchen beklebter Druckstab It verschieblich und abgedichtet durch die untere Wandung einer Kammer 12 ragt; an seinem freien unteren Ende weist der Druckstab eine kegel- oder pyramidenförmige Spitze 13 auf. Der Druckaufnehmer 8 ist ein absolut messender Druckaufnehmer an sich bekannter Art, der beispielsweise eine Metallmembran 14 besitzt, deren von dem Druck an der Außenseite des Druckaufnehmers 8 abhängige Durchbiegung gemessen wird. Dieser Druckaufnehmer 8 liefert somit ein Maß für die Tiefe, in der er sich befindet; diese Tiefe ist um den hekanntn Abstand A kleiner als die Tiefe des ersten Druckaufnehmers 7. Zum Messen der Stärke bzw. Dicke B der Schlammschicht 9 wird das Seil 3 zunächst langsam allmählich gefiert, bis sich der Aufnehmer 7 in einem kleinen Abstand über der Schlammschicht 9 befindet. Sodann wird das Seil 3 vollkommen losgefiert, so daß der Träger < nunmehr frei nach unten fällt und die Dünung des Schiffes 1 keinen Einfluß mehr auf die Bewegung des Trägers 4 hat. Während des freien Falles des Trägers 4 werden die elektrischen Ausgangsgrößen (Spannungen) des zweiten und des ersten Druckaufnehmers 8 und 7 mittels elektrischer Leitungen 18 und 17 den Eingängen der X- und der V-Achse eines XY-Koordinatenschreibers 15 zugeführt. Fig. 3 zeigt eine auf diese Weise registrierte graphische Aufzeichnung, in der die Tiefe H unter dem Wasserspiegel in Metern und der Druck Pdes ersten Druckaufnehmers in kg/cm² dargestellt sind. Die Stelle des Übergangs von einer geraden Linie in eine gebogene Linie zeigt den Eintritt des ersten Aufnehmers in die Schlammschicht 9 an und die Stelle des plötzlich sehr Sterken Anstiegs dieser gebogenen Linie den Eintritt des Aufnehmers in den Sand. Somit ist der Tiefenunterschied ti in ^cig. 3 gleich der Stärke bzw. Dicke der Schlammschicht 9. Die Schlammschicht 9 besteht im dargestellten Beispiel aus mehreren Schichten mit verschiedenen Schiammsorten. Der Träger der Druckaufnehmer 7 und 8 kann stat·, direkt auch mittelbar an dem Seil 3 aufgehängt sein (siehe F i g. 2\ Der Träger 16 mit dem ersten Aufnehmer 7 und dem zweiten Druckaufnehmer 8 ist durch die Kolbenstange eines hydraulischen Zylinderaggregats 19 gebildet. Dieses Hydraulik-Zylinderaggregat 19 ist mit einem Kardangelenk 20 in einem Gestell 21 mit drei Füßen 22 aufgehängt, die Gewichte 23 tragen. Das Gestell 21 besitzt eine Stabilisierungsflosse 24. Das Ganze wiegt beispielsweise 1000 kg und ist am Seil 3 einer auf dem Schiff 1 angeordneten Hebevorrichtung 2 aufgehängt Zum Messen der Stärke einer Schlammschicht 9 wird das Gestell 21 bis auf den Boden abgesenkt, wobei die Füße 22 beispielsweise bis auf ungleiche Tiefe in die Schlammschicht 9 sinken. In dieser Stellung befindet sich der erste Aufnehmer 7 noch über der Schlammschicht 9. Der Hydraulikzylinder 19 und der Träger J6 nehmen dabei eine vertikale Stellung ein, während das Seil 3 schlaff hängt. Dann wird die Kolbenstange 16 aus der eingezogenen Lage nach unten ausgefahren, wobei der erste Aufnehmer 7 durch die Schlammschicht 9 hindurchgeführt wird. Die Meßwerte werden wiederum dem -YF-Schreiber 15 zugeführt. Der Zylinder 19 ist mittels zwei Schläuchen 26 an eine an Bord des Schiffs 1 angeordnete öldruckquelle 27 angeschlossen.

Anstelle des in F i g. 1 dargestellten Druckaufnehmers 7 kann ein relativ arbeitender Druckaufnehmer 25 (siehe F i g. 4) angewandt werden. Dabei wird über einen Schlauch 28, der sich in zwei Zweigleitungen 29 aufspaltet, Druckwassei vom Schiff 1 aus zu zwei Ausströmmündungen 30 und 31 des relativen oder Differenz-Druckaufnehmers 25 zugeführt; die beiden Mündungen 30, 31 sind in einem kleinen Abstand, beispielsweise 5 cm, übereinander an der Seite des Stabes 6 oder der Kolbenstange 16 angeordnet. Meßleitungen 32 und 33 verbinden die Ausströmmündungen 30 und 31 mit den beiden Seiten eines Differenzdruckmessers 34, der wiederum über eine elektrische Leitung 17 an die K-Achse des ^y-Schreibers angeschlossen ist. Der Differenzdruckmesser 34 mißt den Druckunterschied zwischen den Ausströmmündungen 30 und 31 und somit das Gewicht der sich zwischen diesen Ausströmmündungen 30 und 31 befindlichen Materialsäule. Da das spezifische Gewicht von Schlamm erheblich höher als das Gewicht von Wasser und erheblich kleiner als das Gewicht von Sand ist, kann auf diese Weise festgestellt werden, in welcher Tiefe die Schlammschicht 9 beginnt und in weicher Tiefe sie in die Sandschicht 10 übergeht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

17 S878 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen der Stärke bzw. Dicke (B)einer Schlammschicht unter Wasser, dadurch > gekennzeichnet, daß man zwei in einem vorgegebenen festen vertikalen Abstand übereinander gehaltene Druckaufnehmer (7,8) in solcherWeise auf den Gewässerboden (10), dessen Schlammbedeckung (9) gemessen werden soll, herabläßt, daß der erste, untere Druckaufnehmer (7) in die Schlammschicht (9) ein- und durch diese hindurchdringt, während der zweite, obere, ais Tiefenmesser dienende Druckaufnehmer (8) im Wasser oberhalb der Schlammschicht verbleibt, daß die Ausgangsgrö- ι s Oen der beiden Druckaufnehmer während des Absenk- und Eindringvorgangs laufend aufgezeichnet werden und hieraus die Stärke bzw. Dicke (B) der Schlammschicht ermittelt wird.

2. Vorrichtung zum Messen der Stärke bzw. Dicke (B) einer Schlammschicht unter Wasser, nach dem Verfahren gem. Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mittels eines biegsamen Elements (3), beispielsweise eines Seils, mit einer auf einem Schiff (1) angeordneten Hebevorrichtung (2) verbundenen Träger(4, Fig. 1; 16, Fig. 2), der an seinem unteren Ende den ersten Druckaufnehmer (7, F i g. 1 u. 2; 25, Fig.4) zum Durchdringen der Schlammschicht (9) und an einer um einen vorgegebenen Abstand (A) über dem ersten Druckaufnehmer (7) gelegenen Stelle den über der Schlammschicht (9) verbleibenden zweiten Druckaufnehmer (8) zur Tiefenmessung trägt, sowie durch Mittel zur laufenden Aufzeichnung der Ausgangsgrößen der beiden Druckaufnehmer.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (16, F i g. 2) durch das eine von zwei achsial relativ gegeneinander verschieblichen Elemente (16, 19) einer Hubvorrichtung gebildet ist, deren anderes Element (19) kardanisch an einem Gestell (21) gelagert ist, das mit dem biegsamen Element (3) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur laufenden Aufzeichnung der Ausgangsgrößen der beiden Druckaufnehmer ein ΛΎ-Koordinatenschreiber (15) vorgesehen ist, dessen Eingänge mit den Druckaufnehmern (7, 8) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druckaufnehmer ein Differenzdruckmesser (25, Fig.4) mit zwei höhenversetzten Ausströmmündungen (30, 31) am unteren Ende des Trägers (16) ist.