DE1798178C3

DE1798178C3 - Method and device for measuring the thickness of a layer of mud under water

Info

Publication number: DE1798178C3
Application number: DE19681798178
Authority: DE
Inventors: Jan de Dipl.-Ing Amsterdam; Veen Romke -van der Prof. Dip\.-lng. Dr Jutphaas; Koning (Niederlande)
Original assignee: N.V. Nestum II, Den Haag (Niederlande)
Priority date: 1967-09-28
Filing date: 1968-09-04
Publication date: 1977-12-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Stärke bzw. Dicke (B) einer Schlammschicht unter Wasser.The invention relates to a method and a device for measuring the strength or thickness (B) of a layer of mud under water.

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.On various occasions there is a need to determine the thickness of a layer of mud a body of water. For example, from time to time in rivers and harbors the extent of the Sludge settling can be measured, but it is particularly important when building a tunnel under a river bed individual tunnel sections in a channel dredged transversely to the direction of flow in the river bed It is very important to know, at least to a few centimeters, how much mud in the period between the dredging of the channel and the lowering of the tunnel sections from the Current was washed into the gutter.

Es ist bekannt, die Stärke einer Schlarnmschicht mit Hilfe eines Echolots zu messen. Dieses Verfahren ist jedoch nicht zuverlässig, weil das Ansprechverhalten des Echolots beim Vorhandensein einer Schlarnmschicht 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.It is known to have the strength of a muddy layer Using an echo sounder to measure. However, this method is not reliable because of the responsiveness of the echo sounder is difficult to interpret in the presence of a layer of mud. Hence one is often forced to resort to divers in addition to this procedure; these can be qualitative the presence of sludge, but not quantitatively with sufficient accuracy the strength of a Determine the mud layer.

Der Erfindung üegt daher als Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zugrunde, welche ohne Einsatz von Tauchern mit geringem Aufwand eine zuverlässige genaue quamitaiive Bestimmung der Stärke einer Schlammschicht auf einer Gewässersohle ermöglichen.The object of the invention is therefore to create a method and a device which enable a reliable, accurate quantitative determination of the thickness of a mud layer on a water bed without the use of divers with little effort.

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.For this purpose, it is provided in a method of the type mentioned according to the invention, that there are two pressure transducers held one above the other at a predetermined fixed vertical distance in such a way on the bottom of the water, the mud cover of which is to be measured, lowers so that the first, lower pressure transducer penetrates into the sludge layer and through it, while the second upper pressure transducer, serving as a depth gauge, is in the water above the mud layer what remains is that the output variables of the two pressure transducers during the lowering and penetration process continuously recorded and from this the strength or thickness of the sludge layer is determined.

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 der. über der Schlammschicht verbleibenden zweiten Druckaufnehmer zur Tiefenmessung trägt, sowie durch Mittel zur laufenden Aufzeichnung der Ausgangsgrößen der beiden Druckaufnehmer. The device for performing the method according to the invention is characterized by a by means of a flexible element, for example a rope, with one arranged on a ship Lifting device connected carrier, which at its lower end to the first pressure transducer Penetrating the sludge layer and at a predetermined distance above the first pressure transducer located point of. second pressure transducer remaining above the sludge layer for Depth measurement carries, as well as means for the continuous recording of the output variables of the two pressure transducers.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß zur laufenden Aufzeichnung der Ausgangsgrößen der beiden Druckaufnehmer ein A"V-Koordinatenschreiber vorgesehen ist, dessen Eingänge mit den Druckaufnehmern verbunden sind.According to a preferred embodiment it is provided that for the ongoing recording of the output variables of the two pressure transducers an A "V-coordinate recorder is provided, the inputs of which are connected to the pressure transducers.

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-JBodenschicht 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. In the method according to the invention, the lower pressure sensor serves as a kind of probe, which successively the penetration into the sludge layer and the reaching of the underlying more solid (showing sand-J soil layer; in connection with the simultaneous running Depth measurement with the second pressure transducer arranged at a constant distance above the first the desired thickness of the sludge layer can be determined with good accuracy from these measured values.

im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispieie anhand einer Zeichnung erläutert; in dieser zeigtin the following the invention is illustrated by exemplary embodiments explained with reference to a drawing; in this shows

Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,1 shows a device according to a preferred embodiment of the invention,

F i g. 2 eine weiterentwickelte Vorrichtung,F i g. 2 a further developed device,

Fig. 3 eine im Zuge der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgenommene graphische Aufzeichnung,Fig. 3 shows in the course of the implementation of the invention Graphic recording made during the process,

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführung einer Einzelheit einer derartigen Vorrichtung.4 shows a modified embodiment of a detail such a device.

Auf einem Schiff 1 befindet sich eine Hebevorrichtung 2, an der mittels eines Seils 3 ein Träger 4 mit einer 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 Druckaufnehmern 7 und 8 ist dabei größer gewählt als ciie zu erwartende größte Stärke B der zu messenden Schlammschicht 9 über der Sandschicht 10.On a ship 1 there is a lifting device 2 on which a support 4 with a stabilizing fin 5 is suspended by means of a rope 3. The carrier 4 weighs 250 kg, for example, and has the shape of a rod 6 at its lower end, which in turn carries a first pressure sensor 7 at its lower end and a second pressure sensor 8 above it. The vertical distance A between the two pressure sensors 7 and 8 is selected to be greater than the expected greatest thickness B of the sludge layer 9 to be measured above the sand layer 10.

Der Druckaufnehmer 7 ist beispielsweise ein Druckaufnehmer an sich bekannter Art, von dem ein mit Dehnstreifchen beklebter Druckstab 11 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 bekanntn 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 4 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 K-Achse eines XK-Koordinatenschreiber 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 starken Anstiegs dieser gebogenen Linie den Eintritt des Aufnehmers in den Sand. Somit ist der Tiefenunterschied B in Fig 3 gleich der Stärke bzw. Dicke der Schlammschicht 9. Die Schlammschicht 9 besteht im dargestellten Beispiel aus mehreren Schichten mit verschiedenen Schlarnmsorten. Der Träger der Druckaufnehmer 7 und 8 kann statt 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 16 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 -YK-Schreiber 15 zugeführt. Der Zylinder 19 ist mittels zwei Schläuchen 26 an eine an Bord, des Schiffs 1 angeordnete öldruckquelle 27 angeschlossen.The pressure transducer 7 is, for example, a pressure transducer of a type known per se, from which a pressure rod 11 glued with stretch strips protrudes displaceably and sealed through the lower wall of a chamber 12; At its free lower end, the pressure rod has a conical or pyramidal tip 13. The pressure transducer 8 is an absolute measuring pressure transducer of a type known per se, which has, for example, a metal membrane 14, the deflection of which is measured as a function of the pressure on the outside of the pressure transducer 8. This pressure transducer 8 thus provides a measure of the depth at which it is located; this depth is around the bekanntn distance A is smaller 7. than the depth of the first pressure transducer for measuring the strength or thickness B of the sludge layer 9, the cable 3 is first slowly gradually slackened until the sensor 7 at a small distance above the sludge layer 9 is located. The rope 3 is then completely loosened so that the carrier 4 now falls freely downwards and the swell of the ship 1 no longer has any influence on the movement of the carrier 4. During the free fall of the carrier 4, the electrical output variables (voltages) of the second and first pressure transducers 8 and 7 are fed to the inputs of the X and K axes of an XK coordinate recorder 15 by means of electrical lines 18 and 17. 3 shows a graph recorded in this way, in which the depth H below the water level is shown in meters and the pressure P of the first pressure transducer in kg / cm ² . The point of transition from a straight line to a curved line indicates the entry of the first sensor into the mud layer 9 and the point of the suddenly very sharp rise of this curved line indicates the entry of the sensor into the sand. Thus, the depth difference B in FIG. 3 is equal to the thickness or thickness of the sludge layer 9. In the example shown, the sludge layer 9 consists of several layers with different types of sludge. The support of the pressure transducers 7 and 8 can also be suspended indirectly from the rope 3 instead of directly (see FIG. 2). The carrier 16 with the first transducer 7 and the second pressure transducer 8 is formed by the piston rod of a hydraulic cylinder unit 19. This hydraulic cylinder unit 19 is suspended by a cardan joint 20 in a frame 21 with three feet 22 which carry weights 23. The frame 21 has a stabilizing fin 24. The whole weighs 1000 kg, for example, and is suspended from the rope 3 of a lifting device 2 arranged on the ship 1. To measure the thickness of a layer of mud 9, the frame 21 is lowered to the ground, with the feet 22 sinking into the layer of mud 9, for example, to an unequal depth. In this position, the first pick-up 7 is still above the layer of sludge 9. The hydraulic cylinder 19 and the carrier 16 assume a vertical position, while the rope 3 is hanging slack. The piston rod 16 is then extended downwards from the retracted position, the first sensor 7 being guided through the layer of sludge 9. The measured values are in turn fed to the -YK recorder 15. The cylinder 19 is connected by means of two hoses 26 to an oil pressure source 27 arranged on board of the ship 1.

Anstelle des in F i g. 1 dargestellten Druckaufnehmers 7 kann ein relativ arbeitender Druckaufnehmer 25 (siehe Fig.4) angewandt werden. Dabei wird über einen Schlauch 28, der sich in zwei Zweigleitungen 29 aufspaltet, Druckwasser 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 V-Achse des XY-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 welcher Tiefe sie in die Sandschicht 10 übergeht.Instead of the in FIG. 1, a relatively working pressure sensor 25 (see FIG. 4) can be used. In this case, pressurized water is supplied from the ship 1 to two outflow orifices 30 and 31 of the relative or differential pressure transducer 25 via a hose 28 which splits into two branch lines 29; the two orifices 30, 31 are arranged at a small distance, for example 5 cm, one above the other on the side of the rod 6 or the piston rod 16. Measuring lines 32 and 33 connect the outflow outlets 30 and 31 to the two sides of a differential pressure meter 34, which in turn is connected via an electrical line 17 to the V-axis of the XY recorder. The differential pressure meter 34 measures the pressure difference between the outflow outlets 30 and 31 and thus the weight of the material column located between these outflow outlets 30 and 31. Since the specific weight of mud is considerably higher than the weight of water and considerably smaller than the weight of sand, it can be determined in this way at what depth the layer of mud 9 begins and at what depth it merges into the layer of sand 10.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

A method for measuring the strength or thickness (B) of a layer of mud under water, characterized in that two pressure sensors (7, 8) held one above the other at a predetermined fixed vertical distance are placed in such a way on the bottom of the water (10), the mud cover ( 9) is to be measured, so that the first, lower pressure transducer (7) penetrates the sludge layer (9) and penetrates it, while the second, upper pressure transducer (8) serving as a depth gauge remains in the water above the sludge layer, that the output variables of the two pressure transducers are continuously recorded during the lowering and penetration process and from this the strength or thickness (B) of the sludge layer is determined.

2. Device for measuring the strength or thickness (B) of a mud layer under water, according to the method according to claim 1, characterized by a device arranged on a ship (1) by means of a flexible element (3), for example a rope Lifting device (2) connected carrier (4, Fig. 1; 16, Fig. 2), which at its lower end the first pressure transducer (7, Fig. 1 and 2; 25, Fig. 4) to penetrate the sludge layer (9) and at a point located a predetermined distance (A) above the first pressure sensor (7) carries the second pressure sensor (8) remaining above the sludge layer (9) for depth measurement, as well as through the middle! for the continuous recording of the output variables of the two pressure transducers.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the carrier (16. F i g. 2) through the one of two axially relatively mutually displaceable elements (16, 19) of a lifting device is formed, the other element (19) is gimbaled to a frame (21) with the flexible element (3) is connected.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that for ongoing recording an XK coordinate recorder (15) is provided for the output variables of the two pressure sensors, whose inputs are connected to the pressure sensors (7, 8).

5. Device according to one or more of claims 2 to 4, characterized in that the first pressure sensor a differential pressure meter (25, Fig. 4) with two vertically offset outflow outlets (30, 31) at the lower end of the carrier (16).

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