DE3424248C2

DE3424248C2 -

Info

Publication number: DE3424248C2
Application number: DE19843424248
Authority: DE
Inventors: Franz Gloetzl; Rainer 7512 Rheinstetten De Gloetzl
Original assignee: GLOETZL GESELLSCHAFT fur BAUMESSTECHNIK MBH 7512 RHEINSTETTEN DE
Current assignee: GLOETZL GESELLSCHAFT fur BAUMESSTECHNIK MBH 7512 RHEINSTETTEN DE
Priority date: 1984-06-30
Filing date: 1984-06-30
Publication date: 1993-01-28
Also published as: DE3424248A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrlochsonde zum Messen und Überwachen von Spannungen in der Fels- und Bodenmechanik, die aus einem in Beton eingelagerten und mit Hydraulik flüssigkeit gefüllten flachen Druckkissen und einem mit diesem über eine Leitung verbundenen Druckmeßgerät be steht, das bei Auftreten von Spannungen am Einbauort eine Druckänderung anzeigt.The invention relates to a borehole probe for measuring and Monitoring of stresses in rock and soil mechanics, that of a stored in concrete and with hydraulics liquid-filled flat pressure pads and one with this be connected via a line pressure meter stands, that when tension occurs at the installation site Indicates pressure change.

Druckkissen des vorgenannten Aufbaus, die auch als Ventil geber bezeichnet werden, werden im Bauwesen zur Messung von Versetzungen, Verschiebungen oder sonstigen Spannungen im Untergrund von Großbauwerken, wie Damm- und Tunnel bauten, eingesetzt. Es handelt sich letztlich um Druckmeß geräte, die zumeist als Kompensationsmeßgeräte betrieben werden. Auch als Kraftmeßgeräte werden sie z. B. bei Ankern im Bauwesen eingesetzt (DE-OS 24 39 782).Pressure cushion of the aforementioned construction, which is also used as a valve in the construction industry for measurement of dislocations, shifts or other tensions in the underground of large structures such as dams and tunnels built, used. It is ultimately a pressure measurement devices, mostly operated as compensation measuring devices will. Also as force gauges, they are used e.g. B. with anchors used in construction (DE-OS 24 39 782).

Mit den bekannten Bohrlochsonden lassen sich nur orientierte Spannungen oder je nach Richtung der Spannung und Anordnung der Sonde nur Bruchteile der maßgeblichen Spannung auf nehmen. Als Hydraulikflüssigkeit kann Öl oder Quecksilber verwendet werden. Solche Bohrlochsonden arbeiten im sog. "harten Einschluß" (hard conclusion), wobei der Elastizi tätsmodul des Sondenkörpers größer sein muß als der des umgebenden Materials.With the well-known borehole probes, only oriented ones can be found Tensions or depending on the direction of tension and arrangement the probe only has a fraction of the relevant voltage to take. Oil or mercury can be used as hydraulic fluid be used. Such borehole probes work in the so-called "hard inclusion" (hard conclusion), the Elastizi The modulus of the probe body must be greater than that of the surrounding material.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsge mäße Bohrlochsonde dahingehend zu verbessern, daß am Ein bauort die Hauptspannung nach Größe und Richtung ermittelt werden kann.The invention has for its object the genus to improve the borehole probe in such a way that at the on the main stress is determined by size and direction can be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens zwei Druckkissen mit entsprechenden Anschluß leitungen winkelversetzt zueinander in einem Betonkörper eingelagert sind.This object is achieved in that at least two pressure pads with appropriate connection cables offset at an angle to each other in a concrete body are stored.

Auf diese Weise ist es möglich, wechselnde Lastfälle, die beim Dammbau, Tunnelbau oder in Kavernen die Stabilität und Lebensdauer der meist teueren Projekte nachteilig be einflussen, hinsichtlich ihrer Größe und Richtung zu eruieren. Mit der Anordnung von zwei Druckkissen im Winkel versatz werden die Spannungen bzw. Spannungsanteile unter diesen Winkeln gemessen, woraus sich in einer Vielzahl von Fällen die Hauptspannung und ihre Richtung feststellen lassen.In this way it is possible to handle changing load cases stability in dam construction, tunnel construction or in caverns and the lifespan of the usually expensive projects influence, in terms of their size and direction determine. With the arrangement of two pressure pads at an angle The voltages or stress components are offset under measured at these angles, resulting in a variety of Determine the main tension and its direction to let.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Druckkissen rechteckförmig ausgebildet, mit ihrer langen Symmetrieachse in der Bohrlochachse aneinanderge reiht, um diese Achse winkelversetzt und in dieser Stellung miteinander verbunden sind. Dabei reicht es für das Er fassen der wichtigen horizontalen Spannungen aus, wenn zwei Druckkissen zueinander orthogonal stehen und ein drittes Druckkissen zu den beiden anderen unter 45° angeordnet ist.An advantageous development of the invention provides that the pressure pads are rectangular with their long axis of symmetry in the borehole axis rows, angularly offset about this axis and in this position are interconnected. It is enough for the he summarize the important horizontal tensions when two Pressure cushions are orthogonal to each other and a third Pressure pad is arranged at 45 ° to the other two.

Was die gegenseitige Befestigung und den gemeinsamen Einsatz der einzelnen Geber betrifft, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß die Druckkissen in der Mitte der einander zugekehrten schmalen Stirnseiten miteinander verbunden sind.As for mutual attachment and common use of individual donors, it has proven to be appropriate proved that the pressure pads are in the middle of each other facing narrow end faces joined together are.

Um auch vertikale Spannungsanteile messen zu können, kann ein weiteres Druckkissen horizontal bzw. quer zur Bohr lochachse angeordnet sein. Eine weitere Verbesserung er gibt sich dadurch, daß ein weiteres Druckkissen um 45° gegenüber der Bohrlochachse und gegebenenfalls ein drittes dazu um 90° um die Bohrlochachse gedrehtes Druckkissen vor gesehen ist. Dabei weisen diese Druckkissen vorzugsweise kreisförmigen Umriß auf. Sämtliche Druckkissen können in einem einzigen massiven Betonzylinder oder in mehreren gereihten Betonzylindern eingelagert sein. Mit dieser Aus führungsform ist es möglich, jede beliebige Spannung in jeder beliebigen Richtung nach Maximalwert und Hauptrich tung zu erfassen. Bohrlochsonden des erfindungsgemäßen Aufbaus lassen sich auch für die Messung tektonischer Vor gänge in der Lithosphäre, insbesondere in erdbebenge fährdeten Gebieten als Frühwarnsystem einsetzen.In order to be able to measure vertical stress components, too another pressure pad horizontally or transversely to the drill hole axis be arranged. Another improvement he is the fact that another pressure pad by 45 ° opposite the borehole axis and possibly a third For this purpose, the pressure pad is turned through 90 ° around the borehole axis is seen. These pressure pads preferably have circular outline. All pressure pads can be in a single solid concrete cylinder or in several rowed concrete cylinders. With this out it is possible to inject any voltage any direction after maximum value and main line detection. Borehole probes of the invention Construction can also be used for the measurement of tectonic samples corridors in the lithosphere, especially in earthquakes use areas at risk as an early warning system.

In vorteilhafter Ausführung der Erfindung sind die An schlußleitungen über die Randzonen der jeweils benachbarten Druckkissen zu einem Anschlußkopf und von dort zu dem Meß gerät geführt. Durch diese Leitungsführung wird vermieden, daß die Druckaufnahmefläche der Druckkissen durch die Leitungen "abgeschattet" wird. Die Zusammenführung der Leitungen in einem Anschlußkopf ergibt eine einfache Montage am Einbauort.In an advantageous embodiment of the invention, the An final lines over the edge zones of the neighboring Pressure pad to a connection head and from there to the measurement device led. This routing avoids that the pressure receiving area of the pressure pad by the Lines are "shadowed". The merger of the Lines in a connection head result in simple assembly at the installation site.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung Ausführungsbei spiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigtIn the following, with the aid of the drawing games of the invention explained in more detail. It shows

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Bohrlochsonde während der Herstellung; Figure 1 shows the basic structure of the borehole probe according to the invention during manufacture.

Fig. 2 die drei Geber der Bohrlochsonde gemäß Fig. mit ihren Verbindungsleitungen; Fig. 2, the three encoders of the borehole probe in accordance with their connecting lines Fig.

Fig. 3 mehrere "in Reihe" hintereinandergekoppelte betonzylinder; FIG. 3 shows several "in series" consecutively coupled concrete cylinder;

Fig. 4 die Bohrlochsonde gemäß Fig. 1 am Einbauort; Fig. 4, the downhole sonde of Figure 1 at the installation site.

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Bohrloch sonde und Fig. 5 is a modified embodiment of the borehole probe and

Fig. 6 eine schematische Ansicht der Meßanlage für ein Druckkissen. Fig. 6 is a schematic view of the measuring system for a pressure pad.

ln Fig. 1 sind mit gestrichelter Linienführung drei flache, mit Öl oder Quecksilber gefüllte, rechteckförmig ausgebil dete Druckkissen 1, 2 und 3 angedeutet, die in ihrer langen Symmetrieachse aneinandergereiht sind. Die Druckkissen 1 und 2 stehen hierbei zueinander orthogonal, während das Druckkissen 3 demgegenüber unter einem Winkel von 45° an geordnet ist.ln Fig. 1 are flat with dashed lines three, filled with oil or mercury, rectangular ausgebil an end pressure pads 1, 2 and 3 indicated which are aligned in their long axis of symmetry. The pressure pads 1 and 2 are orthogonal to each other, while the pressure pad 3 is arranged at an angle of 45 °.

Die einzelnen Druckkissen sind in der Mitte der einander zugekehrten schmalen Stirnseiten in ihren für die Messung wirkungslosen Randzonen 10 miteinander verbunden, beispiels weise ineinander gesteckt und miteinander verlötet.The individual pressure pads are connected to one another in the middle of the narrow end faces facing one another in their ineffective edge zones 10 for the measurement, for example inserted into one another and soldered to one another.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besitzen die Druckkissen 1 bis 3 in ihrem oberen Mittenbereich - beispielsweise abwech selnd an Vorder- und Rückseite - jeweils eine Öffnung 7 bis 9, an denen die Anschlußleitungen 4 bis 6 angesetzt sind. Während die kurze Leitung 4 des obereren Druckkissens 1 unmittelbar zu einem Anschlußkopf 11 geführt ist, ist die etwas längere Leitung 5 des mittleren Druckkissens 2 entlang der in Fig. 2 linken Randzone des Druckkissens 1 sowie die längste Leitung 6 des untersten Druckkissens 3 zuerst entlang einer Randzone des Druckkissens 2 und dann entlang der noch freien, in Fig. 2 rechten Randzone des Druckkis sens 1 nach oben geführt.As can be seen from FIG. 2, the pressure cushions 1 to 3 each have an opening 7 to 9 in their upper central region - for example alternating on the front and rear - to which the connecting lines 4 to 6 are attached. While the short line 4 of the upper pressure pad 1 is led directly to a connection head 11 , the somewhat longer line 5 of the middle pressure pad 2 is along the left-hand edge zone of the pressure pad 1 in FIG. 2, and the longest line 6 of the bottom pressure pad 3 is first along one Edge zone of the pressure pad 2 and then along the still free, in Fig. 2 right edge zone of the pressure pad sens 1 up.

Die drei Druckkissen 1 bis 3 sowie die zugehörigen Anschluß leitungen 4 bis 6 werden in dieser montierten Lage und mit eingeschlossener unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit in ein Rohr 12 eingesetzt, das mit Beton gefüllt und einge rüttelt wird. (Fig. 1). Hierbei ist es gemäß dem in Fig. 3 aufgezeigten Ausführungsbeispiel auch denkbar, daß Druck kissen gleicher oder auch unterschiedlicher Winkelstellung auf mehrere Rohre 12 bzw. Betonkörper aufgeteilt sind, die dann in Reihe hintereinandergekoppelt sind. Die Druckkissen werden nach dem Aushärten des Betons nachgespannt und kalibriert.The three pressure pads 1 to 3 and the associated connection lines 4 to 6 are used in this assembled position and with enclosed hydraulic fluid in a tube 12 which is filled with concrete and shaken. ( Fig. 1). Here it is also conceivable, according to the embodiment shown in FIG. 3, that pressure cushions of the same or different angular position are divided into several pipes 12 or concrete bodies, which are then coupled in series. The pressure pads are re-tensioned and calibrated after the concrete has hardened.

In Fig. 4 ist sodann noch der Einsatz einer Bohrlochsonde 13 am Einbauort dargestellt. Mit Hilfe eines Führungsge stänges 14 wurde die Sonde in das Bohrloch 15 eingebracht, das anschließend über eine Injektionsleitung 16 mittels Beton, dem gegebenenfalls ein expandierender Zusatz bei gefügt ist, verfüllt wird. Die Anschlußleitungen 4, 5, 6 sind durch das Führungsgestänge 14 nach oben geführt.In FIG. 4, or the use of a well tool 13 then is illustrated at the installation site. With the help of a guide rod 14 , the probe was introduced into the borehole 15 , which is then filled via an injection line 16 by means of concrete, which may have an expanding additive added to it. The connecting lines 4 , 5 , 6 are guided upwards by the guide linkage 14 .

ln Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform gezeigt, bei der zusätzlich zu den drei in der Bohrlochachse aus gerichteten Druckkissen 1 bis 3, die zur Messung der hori zontalen Spannungen dienen, drei weitere Druckkissen vorge sehen sind, von denen das Druckkissen 18 horizontal, also quer zur Bohrlochachse, ein weiteres Druckkissen 19 um 45° gegenüber der Bohrlochachse und ein drittes, gleich falls unter 45° geneigtes Druckkissen 20 demgegenüber ortho gonal versetzt angeordnet sind. Die Druckkissen 18 bis 20 dienen zur Messung vertikaler Spannungen bzw. Spannungs komponenten. In diesem Fall sind die Druckkissen 1 bis 3 einerseits und die Druckkissen 18 bis 20 andererseits in jeweils einem Betonkörper eingelagert.In Fig. 5 there is shown a modified embodiment, are pre see in addition to the three in the borehole axis directed pressure pad 1 to 3, are used to measure the hori zontal voltages three more pressure pads of which the pressure pad 18 horizontal, so transversely to the borehole axis, a further pressure pad 19 by 45 ° with respect to the borehole axis and a third, equally if pressure pad 20 inclined at 45 ° are arranged orthogonally offset. The pressure pads 18 to 20 are used to measure vertical stresses or stress components. In this case, the pressure pads 1 to 3 on the one hand and the pressure pads 18 to 20 on the other hand are each embedded in a concrete body.

In Fig. 6 ist das - an sich bekannte - Meßprinzip der Druck geber, die als Ventilgeber arbeiten, schematisch gezeigt. Das mit einer Hydraulikflüssigkeit vorgespannte Druckkissen 21 steht unter der äußeren Spannung 22, die in Form eines Drucks auf das Kissen einwirkt. Das Druckkissen 21 ist über eine Leitung 23 - entsprechend den Leitungen 4, 5 und 6 der Fig. 2 - an eine Kompensationskammer 24 mit einem Über druckventil 25 angeschlossen. Die Kompensationskammer ist durch einen Kolben, eine Membran oder dergleichen in zwei Räume aufgeteilt, von denen der gegenüberliegende Raum über eine Druckleitung 26 mit einer Pumpe 27 verbunden ist. In der Druckleitung 26 sitzt ein Druckmeßgerät 28. Ferner ist an diesen Raum der Kompensationskammer eine Rückleitung 29 angeschlossen. Die zu messende Spannung am Druckkissen 21 wird über den Kompensationsdruck in der Druckleitung 26 ermittelt. Aus den Meßwerten aller Druckkissen 1 bis 3 bzw. 18 bis 20 lassen sich die Hauptspannung und ihre Richtung feststellen. Anzumerken ist noch, daß für alle Druckkissen eine einzige Kompensationsmeßeinrichtung, auf die die einzelnen Meßstellen nebeneinander aufgeschaltet werden können. Diese Einrichtung befindet sich außerhalb des Bohrlochs.In Fig. 6 the - known per se - measuring principle of the pressure transmitter, which work as a valve transmitter, is shown schematically. The pressure cushion 21 preloaded with a hydraulic fluid is under the external tension 22 , which acts on the cushion in the form of pressure. The pressure pad 21 is connected via a line 23 - corresponding to lines 4 , 5 and 6 of FIG. 2 - to a compensation chamber 24 with a pressure valve 25 . The compensation chamber is divided into two spaces by a piston, a membrane or the like, of which the opposite space is connected to a pump 27 via a pressure line 26 . A pressure measuring device 28 is located in the pressure line 26 . Furthermore, a return line 29 is connected to this space of the compensation chamber. The voltage to be measured on the pressure pad 21 is determined via the compensation pressure in the pressure line 26 . The main stress and its direction can be determined from the measured values of all pressure pads 1 to 3 or 18 to 20 . It should also be noted that for all pressure pads, a single compensation measuring device, to which the individual measuring points can be connected next to one another. This facility is located outside of the borehole.

Claims

1. Borehole probe for measuring and monitoring tensions in rock and soil mechanics, which consists of a flat pressure cushion embedded in concrete and filled with hydraulic fluid and a pressure gauge connected to it via a line, which indicates a pressure change when tensions occur at the installation site , characterized in that at least two pressure cushions ( 1 to 3 ) with corresponding connecting lines ( 4 to 6 ) are embedded at an angle to one another in a concrete body ( 13 ).

2. Borehole probe according to claim 1, characterized in that the pressure pads ( 1 to 3 ) are rectangular in shape, lined up with their long axis of symmetry in the borehole axis, angularly offset about this axis and connected to one another in this position.

3. Borehole probe according to claim 1 or 2, characterized in that three pressure pads are seen before, of which two ( 1 , 2 ) are ortho gonal to each other, while the third pressure pad ( 3 ) is arranged at 45 ° to the other two.

4. Borehole probe according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure pads ( 1 to 3 ) are interconnected in the middle of the narrow end faces facing each other.

5. borehole probe according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one further pressure cushion ( 18 ) is embedded transversely to the borehole axis in the concrete.

6. borehole probe according to claim 5, characterized in that a pressure pad ( 18 ) is arranged hori zontally.

7. borehole probe according to claim 5 or 6, characterized in that a further pressure cushion ( 19 ) by 45 ° with respect to the borehole axis and if necessary a further pressure pad rotated by 90 ° with respect to the borehole axis is provided.

8. borehole probe according to one of claims 5 to 7, characterized in that the pressure pads arranged transversely to the borehole axis ( 18 to 20 ) have a circular outline.

9. Borehole probe according to one of claims 1 to 8, characterized in that the concrete body ( 13 ) surrounding the pressure pad ( 1 to 3 ) has the shape of a solid cylinder.

10. borehole probe according to one of claims 1 to 8, there characterized by that several Concrete bodies are coupled in series.

11. Borehole probe according to one of claims 1 to 4, characterized in that the connection lines ( 4 to 6 ) of the pressure pads ( 1 to 3 ) over the edge zones of the adjacent pressure pads to a connection head ( 11 ) and from there to the pressure measuring device ( 24 to 29 ) are performed.