DE3821823A1

DE3821823A1 - Method for determining the air permeability of water-conducting soils, and a system and devices for carrying it out

Info

Publication number: DE3821823A1
Application number: DE19883821823
Authority: DE
Inventors: Stephan Dr Ing Semprich; Joerg Dipl Ing Hogrefe
Original assignee: Bilfinger und Berger Bau AG
Current assignee: Bilfinger SE
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1990-01-04

Abstract

Method for determining the air permeability of water-conducting soils, in which by injecting specific amounts of air per unit of time at one or more spatially distributed points and at the greatest depth of the spatial and three-dimensional region of the soil formation to be investigated, the flow of air inside this spatial and three-dimensional region is determined by subsequent measurement of the ascertainable air and air pressures inside the circumferences of the injection points at measuring points which are arranged staggered in terms of depth and space.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Luftdurchlässigkeit von wasserführenden Böden. Seit den Anfängen des Tunnelbaues wird Druckluft als Bauhilfsmaßnahme zur Fernhaltung des Grundwassers eingesetzt. Der Vortrieb von unterirdischen Strecken oder Tunnels, beispielsweise die Un tertunnelung von Flußläufen, wurde bei lockeren oder bündi gen Böden in der Regel im Schildvortriebsverfahren durchge führt, wobei mit Luftüberdrücken von etwa 1 bar bis höch stens 3 bar gearbeitet wurde.The invention relates to a method for determination the air permeability of water-bearing floors. Since the At the beginning of tunnel construction, compressed air is used as a construction aid used to keep the groundwater away. The advance of underground routes or tunnels, such as the Un Tunnelling of river courses, was with loose or bundi Soils are generally excavated using the shield tunneling method leads, with air pressures from about 1 bar to maximum was worked at least 3 bar.

Auch bei der in neuerer Zeit sich durchsetzenden Spritzbe ton-Bauweise ist die Verdrängung des Grundwassers erforder lich. Mit dem Einsatz von Druckluft treten auf Grund der Durchlässigkeit des Untergrundes Luftverluste auf. Für die Planung des Luftbedarfs ist daher die Kenntnis des Wasser durchlässigkeitsgrades des umgebenden Lockergesteins bedeut sam. Dabei hat man erkannt, daß im Bereich der Ortsbrust, wo die Spritzbetonschale fehlt, die Luft durch den Grundwasser spiegel hindurch nach oben in die oberen Schichten gelangt und schließlich ins Freie entweicht. Ferner ist davon auszu gehen, daß die Spritzbetonschale nicht luftdicht ist. Durch irgendwelche Risse, sonstigen Porositäten oder Undichtigkei ten des Spritzbetons tritt ebenfalls Luft aus und dringt durch die Schichten nach oben ins Freie.Even with the recently established spray gun clay construction requires the displacement of the groundwater Lich. With the use of compressed air occur due to the Permeability of the surface air loss. For the Planning the air requirement is therefore knowledge of the water permeability of the surrounding loose rock means sam. It has been recognized that in the area of the working face, where the shotcrete shell is missing, the air through the groundwater reaches the upper layers through the mirror and eventually escapes outdoors. It must also be assumed go that the shotcrete shell is not airtight. By any cracks, other porosities or leaks Air escapes and penetrates through the shotcrete through the layers upwards into the open.

In den letzten Jahren hat man zur Ermittlung des Luftbedarfs in diesen Fällen auf Laborversuche zurückgegriffen, wie diese vor bereits vor Jahrzehnten für die damaligen Schild vortriebe entwickelt worden waren. Aus diesen gefundenen La borwerten wurde dann empirisch der voraussichtliche Luftbe darf errechnet. Auch in neuester Zeit wurden im Zusammenhang mit Tunnelbauvorhaben an der Universität in Graz neue Serien von Laborversuchen dieser Art durchgeführt.In recent years one has to determine the air requirement in these cases, laboratory tests are used, such as this decades ago for the then shield drives had been developed. From these found La The expected airborne value was then empirically calculated may be calculated. Even in recent times have been related new series with tunnel construction projects at the University of Graz carried out by laboratory tests of this type.

Diese Ergebnisse solcher Laborversuche lassen jedoch nur in sehr beschränktem Maße Rückschlüsse auf die tatsächlichen Verhältnisse bezüglich der Luftdurchlässigkeit der zu beur teilenden Bodenformationen zu, denen die Proben entnommen werden. Dies ist in erster Linie darauf zurückzuführen, daß das entnommene Lockergestein oder der Boden keinesfalls mehr in seinem Ursprungszustand verbleibt, wenn er in den Probezy linder eingesetzt worden ist. Dichte und Beschaffenheit sind auf jeden Fall verändert. Aus diesem Grunde und auch wegen der Inhomogenitäten der Bodenformationen können die Ergeb nisse solcher Laborversuche zutreffende Aufschlüsse nicht ergeben.However, these results from such laboratory tests only allow for very limited conclusions on the actual Ratios regarding the air permeability of the dividing soil formations from which the samples are taken will. This is primarily due to the fact that the removed rock or soil no longer remains in its original state when it is in the Probezy linder has been used. Density and texture are definitely changed. For this reason and also because of the inhomogeneities of the soil formations can result such laboratory tests do not provide relevant information surrender.

Aus diesen Gegebenheiten leitet sich die Aufgabe der Erfindung dahingehend ab, eine Verfahrensweise sowie An lagen und Vorrichtungen zu deren Durchführung zu finden, durch welche sich genauere Kenntnisse über die Luftdurchläs sigkeit der Bodenformationen in bestimmten Bereichen ermit teln lassen. The task is derived from these facts the invention in terms of a procedure and to to find locations and devices for their implementation, through which more precise knowledge of the air diffusers soil formations in certain areas let

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einem Einpressen von bestimmten Luftmengen pro Zeiteinheit an einer oder mehreren örtlich verteilten Stellen und in der größten Tiefe des örtlichen und räumlichen Bereichs der zu untersuchenden Bodenformation und Ermitteln der Luchtdurch strömung innerhalb dieses örtlichen und räumlichen Bereichs durch Nachmessen der feststellbaren Luftmengen und Luftdrüc ke innerhalb der Umkreise der Einpreßstellen an tiefen- und raumverteilt gestaffelt angeordneten Meßstellen. Diese sind vorzugsweise jeweils einer Einpreßstelle zugeordnet und zwar innerhalb eines durch eine parabolische Rotationskurve um schriebenen Raumes. Weiterhin ist es erfindungsgemäß vor teilhaft, wenn die Meßstellen innerhalb des von der parabo lischen Rotationskurve umschriebenen Raumes auf einer oder mehreren von unten nach oben aufsteigend sich erweiternden Spirale liegen.According to the invention, this object is achieved in one Pressing in certain air volumes per unit of time one or more locations and in the greatest depth of the local and spatial area of the investigating soil formation and determining the Lucht through flow within this local and spatial area by measuring the ascertainable air volume and air pressure ke within the perimeter of the press-fit points at depth and measuring points arranged in a staggered manner. These are preferably each assigned to a press-in point within one by a parabolic rotation curve written space. Furthermore, it is according to the invention partial if the measuring points within the parabo The rotation curve of the circumscribed space on one or several expanding from bottom to top Spiral.

Durch diese räumliche Verteilung der Meßstellen in Bezug auf die diesen zugeordnete Einpreßstelle wird es ermöglicht, das sich einstellende Luftströmungsfeld, die Druckverteilung und die Luftdurchlässigkeit im gesamten Umfeld der Einpreßstelle exakt zu erfassen und etwa gegebene Inhomogenitäten zu er kennen.This spatial distribution of the measuring points in relation to the press-in location assigned to this enables the air flow field, the pressure distribution and the air permeability in the entire environment of the press-in point to be recorded precisely and any given inhomogeneities know.

Zum Einpressen der Luft wird nach der weiteren Erfindung vorgeschlagen, daß ein bis zur Sohle verrohrter Schacht von ca. 1,00 bis 2,5 m Durchmesser abgeteuft und in diesem ein Drucklufteinführungsrohr niedergebracht wird, welches in seinem untersten Bereich oder aber zusätzlich in einem oder mehreren Zwischenbereichen zum Entweichen der Luft als Fil terrohr ausgebildet ist, und daß der jeden Filterrohrteil umgebende Ringhohlraum mit Filterkies gefüllt und nach oben abgedichtet wird, und daß darauf vor dem Ziehen des Bohrroh res der verbleibende Hohlraum mit einem Dämmer aufgefüllt wird.To inject the air is according to the further invention proposed that a shaft cased down to the bottom of 1.00 to 2.5 m in diameter and sunk into it Compressed air introduction pipe is brought down, which in its lowest area or additionally in one or several intermediate areas to escape the air as fil terrohr is formed, and that each filter tube part surrounding ring cavity filled with filter gravel and up is sealed, and that before pulling the drill pipe res the remaining cavity is filled with a twilight becomes.

In Abwandlung hierzu kann es auch vorteilhaft sein, wenn zum Einpressen der Luft ein bis zur Sohle verrohrter Schacht von 1,00 bis 2,5 m Durchmesser abgeteuft und in diesen ein in seinem untersten Bereich als Filterrohr ausgebildetes Druck einführungsrohr niedergebracht und der umgebene Ringhohlraum mit Filterkies gefüllt und nach oben abgedichtet wird und darauf ein zweites in seinem untersten Bereich wiederum als Filterrohr ausgebildetes Drucklufteinführungsrohr bis ober halb der genannten Abdichtungsschicht niedergebracht und im Filterbereich mit Filterkies umschüttet wird, und daß über der obersten Abdichtungsschicht der verbleibende Hohlraum vor dem Ziehen des Bohrrohres mit einem Dämmer aufgefüllt wird, und wobei es ferner auch in besonderen Fällen zweck mäßig sein kann, daß noch weitere Drucklufteinführungsrohre in der verrohrten Schacht niedergebracht werden, deren Filterkies umgebene Filterrohrabschnitte in verschiedenen Tiefen enden.In a modification of this, it can also be advantageous if for Injecting the air into a pipe from 1.00 to 2.5 m in diameter and an in pressure formed in its lowermost area inserted insertion tube and the surrounding ring cavity filled with filter gravel and sealed upwards and then another in its lowest area as Filter tube formed compressed air inlet tube up to the top brought down half of the mentioned sealing layer and in Filter area is covered with filter gravel, and that over the top sealing layer the remaining cavity filled with a twilight before pulling the drill pipe , and it is also useful in special cases can be moderate that even more compressed air introduction pipes are brought down in the cased shaft, the Filter gravel surrounding filter tube sections in different Deep ends.

Die Drucklufteinführungsrohre sind entweder nur an ihrem unteren Ende oder aber auch zusätzlich weiter oberhalb als Filterrohre ausgebildet und mit einer Filterkiesschicht-Um mantelung umgeben, damit die eingepreßte Druckluft nach allen Seiten in den Boden entweichen kann. Um einen größeren Flächenbereich zu untersuchen, werden in der Regel in Ab ständen mehrere Drucklufteinpreßstellen angelegt. The compressed air introduction pipes are either only on theirs lower end or even further above than Filter tubes designed and with a filter gravel layer um surround the jacket so that the compressed air is pressed in can escape into the ground from all sides. For a bigger one The area to be examined is usually described in Ab several compressed air injection points were created.

Zum Messen der Luftmengen und Luftdrücke ist vorgesehen, daß räumlich verteilte verrohrte Meßbohrungen von ca. 8 bis 20 cm Durchmesser niedergebracht und in diese Meßrohre mit Öffnungen in deren unteren Bereich eingesetzt werden, und daß vor dem Ziehen der Bohrrohre deren untere Bereiche mit Filterkies umfüllt, nach oben abgedichtet der Rest der Boh rung verfüllt und oben luftdicht abgeschlossen und jeweils mit einem Druckaufnehmer versehen werden.To measure the air quantities and air pressures it is provided that spatially distributed piped measuring bores from approx. 8 to Brought down 20 cm in diameter and into these measuring tubes Openings are used in the lower area, and that before pulling the drill pipes with their lower areas Refilled filter gravel, sealed off the rest of the Boh filling and sealed airtight at the top and each be provided with a pressure sensor.

Ein wesentlicher Verfahrensschritt sieht vor, daß der zuge führte Luftdruck solange erhöht wird, bis der Grundwasser spiegel in den Bereich der Filterkiesschicht der tiefstgele genen Meßstelle zurückweicht, so daß die weiter zugeführte Luft über deren Meßrohr entweicht. Eine zusätzliche Verfah rensvariante besteht darin, daß mehrere Messungen mit Luft drücken zwischen 1,1 und 3,0 bar mit unterschiedlich großen über eine Zeitdauer bis zu 30 Stunden konstanten Luftein preßmengen pro Zeiteinheit durchgeführt und nach Beendigung der Lufteinpressung für jede Messung die Zeitdauer bis zum Anstieg des Grundwasserspiegels in die Meßrohre und den Ein tritt des Luft-Grundwasser-Gleichgewichtszustandes gemessen wird. Um die tatsächlichen Luftverluste zu ermitteln, wird ferner vorgeschlagen, daß der Grundwasserspiegel durch die eingepreßte Druckluft solange nach unten gedrückt wird, bis er unter den Bereich der Sohle der untersten Filterkiesschichten der Meßstellen absinkt, so daß reine Luftentwei chung stattfindet und die Luftmengenzufuhr so geregelt wird, daß sie mit dem eintretenden Luftverlust in ein stationäres Verhältnis eintritt, woraus sich der Luftverlust und somit der Luftbedarf ergibt. An essential procedural step provides that the supplied led air pressure is increased until the groundwater mirror in the area of the filter gravel layer of the deepest gel genes back measuring point, so that the further supplied Air escapes through the measuring tube. An additional procedure The alternative is that several measurements with air pressures between 1.1 and 3.0 bar with different sizes constant air flow for up to 30 hours Press quantities carried out per unit of time and after completion the air injection for each measurement the time until Rise in the water table in the measuring tubes and the one occurs the air-groundwater equilibrium state measured becomes. In order to determine the actual air losses, further suggested that the water table by the compressed air is pressed down until he under the area of the bottom of the bottom filter gravel layers of the measuring points drops so that pure air chung takes place and the air supply is regulated so that with the entering air loss into a stationary Ratio occurs, resulting in air loss and thus the air requirement results.

Bei besonders luftdurchlässigen Bodenformationen ist es mög lich, durch gezielte Injektionen in dem vom projektierten Tunnel zu durchfahrenden unterirdischen Raum die Luftdurch lässigkeit herabzusetzen. Um diese Möglichkeit zu untersu chen, ist nach einem weiteren Verfahrensvorschlag vorgese hen, daß vor dem Abteufen wenigstens eines von einer Mehr zahl von Schächten mit Drucklufteinführungsrohren in einem unterirdischen Bereich unterhalb des Grundwasserspiegels ein zylinderförmiger Raum von etwa 4 bis 10 m Durchmesser und 4 bis 10 m Höhe mittels der Feststoff-Einpreßtechnik injiziert und in den oder die entstandenen Injektionskörper der oder die Schächte und die Meßbohrungen niedergebracht werden, und daß der Luftverlust des injizierten unterirdischen Raumes mit dem des nichtinjizierten Bereichs verglichen wird.It is possible with particularly air-permeable soil formations Lich, through targeted injections in the of the projected Tunnel to be passed through the underground space to reduce casualness. To investigate this possibility Chen, is proposed after a further proposed process hen that before sinking at least one of a more Number of shafts with compressed air inlet pipes in one underground area below the water table cylindrical space of about 4 to 10 m in diameter and 4 injected to a height of 10 m using the solid injection technique and in or the resulting injection body of the or the shafts and the measuring holes are brought down, and that the air loss of the injected underground space is compared with that of the uninjected area.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Anlage zur Durch führung der vorgenannten Verfahrensweisen. Dies besteht aus wenigstens einer an einer Einpreßstelle in dem zu untersu chenden unterirdischen Raum angeordnete, über Leitungen, Re gel- und Absperrventile und Druck- und Durchflußaufzeich nungsgeräte sowie Windkessel an eine Kompressorstation ange schlossene Lufteinpreßvorrichtung und eine Anzahl von an den örtlich und räumlich verteilten Meßstellen angeordneten Luftmeßvorrichtungen, deren Druckaufnehmer mittels Leitungen an ein Luftmengenmeß- und Aufzeichnungsgerät und an ein Luftdruckmeß- und Aufzeichnungsgerät angeschlossen sind.Another object of the invention is a system for through implementing the aforementioned procedures. This consists of at least one at an injection point in the to be examined appropriate underground space, arranged via lines, Re gel and shut-off valves and pressure and flow recording devices and wind boilers to a compressor station closed air injection device and a number of to the arranged locally and spatially distributed measuring points Air measuring devices, the pressure sensors of which by means of lines to an air volume measuring and recording device and to Air pressure measuring and recording device are connected.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind anhand der in der Zeichnung dargestellten und im folgenden be schriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.Further features and details of the invention are based on the be shown in the drawing and below described embodiments explained in more detail.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Tunnelvortrieb, Fig. 1 a partial section through a tunnel advance,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine Anlage zur Durchfüh rung des Verfahrens, Fig. 2 is a partial section through a plant for imple out the method,

Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine Druckluftzuführungs vorrichtung, Figure 3 device. A partial section through a compressed air supply,

Fig. 4 einen weiteren Teilschnitt durch eine Anlage. Fig. 4 shows a further partial section through a system.

Die Darstellung gem. Fig. 1 zeigt einen Tunnelvortrieb 1 im Spritzbetonverfahren. Die Spritzbetonschale ist mit 3 be zeichnet. Der Grundwasserspiegel 5 ist im Bereich der unge sicherten Ortsbrust 2, wie durch die Pfeile und bei 6 ange deutet, durch die Druckluft innerhalb eines unterirdischen Raumes R von der Form eines parabolischen Rotationskörpers verdrängt, der im Oberflächenbereich 7 nahezu eine kreis förmige Entweichungsfläche 8 bildet. Auch infolge Porosität, Rissen, oder dgl. Undichtigkeiten der Spritzbetonschale wie bei 4 angedeutet, kann die Druckluft entweichen.The representation acc. Fig. 1 shows a tunnel boring 1 in the shotcrete method. The shotcrete shell is marked with 3 be. The groundwater level 5 is in the area of the unsecured face 2 , as indicated by the arrows and at 6 , displaced by the compressed air within an underground space R from the shape of a parabolic body of revolution, which in the surface area 7 forms almost a circular escape surface 8 . The compressed air can also escape as a result of porosity, cracks or the like. Leaks in the shotcrete shell, as indicated at 4 .

Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist anhand eines Verfahrensbeispiels in Fig. 2 dargestellt. Unter einer An schüttung 13 von ca. 5 m Mächtigkeit folgen in einer Tiefen lage bis zu 13 m sandige und gründsandige Grobschluffe und Schluffe in verschiedenen Schichten, teils mit organischen Beimischungen sowie kiesigen, sandigen und tonigen Nebenan teilen und im unteren Bereich schluffiger und sandiger Kies. Unter dieser Schicht 12 liegt eine Mergelschicht 11 von halbfester bis fester Konsistenz und von einzelnen gesteins harten Bänken durchzogen. Der Grundwasserspiegel ist mit 5 gekennzeichnet. Die sandigen Schluff- und Grobschluffschich ten mit Wasserdurchlässigkeitsbeiwerten von k _w =1×10^-5 m/s bis 1×10^-7 m/s bedingen eine geringe Durchlässigkeit des Bodens, wobei der Wert von k _w =5×10^-6 verhältnismäßig repräsentativ sein dürfte.A system for carrying out the method is shown in FIG. 2 using a method example. Under a fill 13 of approx. 5 m thickness follow in a depth of up to 13 m sandy and deep sandy coarse silt and silt in different layers, partly with organic admixtures as well as gravelly, sandy and clayey neighboring parts and in the lower area silty and sandy gravel . Under this layer 12 is a marl layer 11 of semi-solid to solid consistency and crisscrossed by individual rock hard banks. The groundwater table is marked with 5 . The sandy silt and coarse silt layers with water permeability coefficients of k _w = 1 × 10 ^-5 m / s to 1 × 10 ^-7 m / s require a low permeability of the soil, the value of k _w = 5 × 10 ^{-6 being} proportional should be representative.

Die Drucklufteinpreßvorrichtung 9 reicht bis zur Tiefe der Einpreßstelle 19 innerhalb des mit R bezeichneten unterirdi schen Druckluft-Einpreßraumes, der im wesentlichen die Form eines parabolischen Rotationskörpers hat. Die Luftmeßvor richtungen 10 reichen in die Tiefe 17 der jeweiligen Meß stellen 20.The compressed air injection device 9 extends to the depth of the injection point 19 within the subterranean compressed air injection space denoted by R , which essentially has the shape of a parabolic rotating body. The Luftmeßvor devices 10 extend into the depth 17 of the respective measuring 20th

Die Lufteinpreßvorrichtung 9 in Fig. 2 ist in den Schichten 14 und 16 mit zwei übereinanderliegenden Filterrohren 23 und Filterkiesschichten 24 ausgerüstet, die im Tiefenbereich 15 durch Dichtungen 25 voneinander getrennt sind. Durch die Leitung 54 ist sie über den Windkessel 57 mit der Kompres sorstation 58 verbunden. In die Leitung 54 sind Regel- und Absperrventile 55 und ein Druck- und Durchflußaufzeichnungs gerät 56 eingeschaltet.The air injection device 9 in FIG. 2 is equipped in layers 14 and 16 with two filter tubes 23 and filter gravel layers 24 lying one above the other, which are separated from one another in the depth region 15 by seals 25 . Through line 54 , it is connected via the air boiler 57 to the compressor station 58 . In the line 54 control and shut-off valves 55 and a pressure and flow recording device 56 are turned on.

Die Luftmeßvorrichtungen 10 bestehen im wesentlichen aus den zuerst niedergebrachten und später wieder gezogenen Bohrroh ren 45 und in diese eingesetzten (verbleibenden) Meßrohren 46, die im unteren Bereich 47 mit Öffnungen versehen und mit Filterkies umfüllt sind. Der sich nach oben anschließende Bohrungsraum 48 ist verfüllt und mittels einer oberen Ab dichtung 49 luftdicht verschlossen. Auf den oben aus der Ge ländeoberfläche herausragenden Meßrohren 46 sind Druckauf nehmer 50 aufgesetzt, die als Luftdruckpiezometer ausgebil det und über Leitungen 51 mit an Luftmengen- und -druckmeß- und Aufzeichnungsgeräten 52, 53 angeschlossen sind. Mit 18 ist schematisch die Begrenzung des Raumes R bezeichnet, innerhalb dessen sich die aus den Drucklufteinpreßvorrich tungen entweichende Druckluft ausbreitet und nach oben zur Geländeoberfläche abfließt. Innerhalb dieser Begrenzung des Raumes R sind auch die Meßstellen 20 der Luftmeßvorrichtun gen 10 angeordnet.The air measuring devices 10 consist essentially of the first brought down and later drawn Bohrroh ren 45 and inserted into these (remaining) measuring tubes 46 , which are provided with openings in the lower region 47 and are filled with filter gravel. The upwardly adjoining bore space 48 is filled and sealed airtight by means of an upper seal 49 . On the top from the Ge surface of the measuring tubes 46 pressure transducers 50 are attached, which are ausgebil det as air pressure piezometer and connected via lines 51 to air quantity and pressure measuring and recording devices 52, 53 . At 18 , the boundary of the space R is schematically designated, within which the compressed air escaping from the compressed air injection devices spreads and flows upward to the surface of the site. Within this limitation of the space R , the measuring points 20 of the air measuring devices 10 are also arranged.

In Fig. 2 ist links die Verfahrensführung dargestellt, wenn bei stark luftdurchlässigen Bodenformationen entweder bereits vor der Ausführung der ersten Durchlässigkeitsmes sung oder aber nach dieser eine Injektion durchgeführt wird, um die Luftdurchlässigkeit zu verringern. Im Falle des Aus führungsbeispiels war eine Schicht hoher Luftdurchlässigkeit vor Beginn der Untersuchung bekannt. Vor dem Abteufen des Drucklufteinpreßhorizonts ein mit 40 bezeichneter Injek tionskörper hergestellt. Danach wurde in der beschriebenen Weise der Schacht 34 für das Drucklufteinführungsrohr 37 (s. Fig. 4) abgeteuft, wobei der unterste Teil wiederum als Filterrohr 35 ausgebildet und mit Filterkies 36 umgeben ist. Auch hier ist darüber eine Abdichtungsschicht 38 angeordnet, während die darüberliegende Bohrung 39 verfüllt ist.In Fig. 2, the procedure is shown on the left if, in the case of highly air-permeable soil formations, either before the execution of the first permeability measurement or after this an injection is carried out in order to reduce the air permeability. In the case of the exemplary embodiment, a layer of high air permeability was known before the start of the investigation. Before sinking the compressed air injection horizon, an injection body designated 40 was produced. Thereafter, the shaft 34 for the compressed air introduction pipe 37 (see FIG. 4) was sunk in the manner described, the lowermost part in turn being designed as a filter pipe 35 and surrounded by filter gravel 36 . Here too, a sealing layer 38 is arranged, while the overlying bore 39 is filled.

In Fig. 3 ist eine Lufteinpreßvorrichtung 9 im einzelnen dargestellt. Der Schacht 21 war zunächst verrohrt, und das Bohrrohr wurde nach Fertigstellung der Lufteinpreßvorrich tung gezogen, die mit zwei Lufteinführungsrohren 22 und 26 ausgerüstet ist, welche in verschiedenen Tiefen mit unten verschlossenen Filterrohres 23, 27 versehen sind. Diese sind mit jeweils einer Filterkiesschicht 24, 28 umgeben, welche nach oben durch Abdichtungsschichten 25, 29 abgeschlossen sind, so daß die ausgepreßte Luft nicht nach oben abströmen kann, sondern seitlich durch die Filterkiesschichten 24, 28 entweichen muß.In Fig. 3, an air injection device 9 is shown in detail. The shaft 21 was initially piped, and the drill pipe was drawn after completion of the air inlet device, which is equipped with two air inlet pipes 22 and 26 , which are provided at different depths with the filter tube 23, 27 closed at the bottom. These are each surrounded by a filter gravel layer 24, 28 , which are closed at the top by sealing layers 25, 29 , so that the air pressed out cannot flow upwards, but must escape laterally through the filter gravel layers 24, 28 .

An die genannten Schichten schließt sich nach oben eine Dämmschicht 30 an, deren oberer Teil 31 Ton enthaltend und quellend ausgeführt ist; damit wird vermieden, daß aus seit lichen Bereichen Wasser oder Luft eindringen kann.An insulation layer 30 adjoins the above layers, the upper part 31 of which contains clay and is designed to swell; this avoids that water or air can penetrate from union areas.

An die nach oben über dem Gelände herausragenden Stutzen 22, 26, 41 sind die hier nicht näher dargestellten Lufteinpreß leitungen angeschlossen.At the upwardly projecting nozzle 22, 26, 41 , the air injection lines not shown here are connected.

Die Fig. 4 zeigt die Lufteinpreßvorrichtung 9 in Verbindung mit dem bereits erwähnten Injektionskörper 40, s. a. Fig. 2. Innerhalb des Schachtes 34 ist das Drucklufteinführungsrohr 37 angeordnet, welches ebenfalls in ein unten geschlossenes Filterrohr 35 ausmündet. Die letzteres umgebende Filterkies schicht 36 ist durch die Abdichtungsschicht 38 nach oben ab gedichtet, an die sich eine Verfüllung bzw. weitere Abdich tung 39 bis zur Geländeoberfläche anschließt. An den hervor ragenden Stutzen 41 des Lufteinpreßrohres 37 ist die nicht dargestellte Lufteinpreßleitung angeschlossen. FIG. 4 shows the air injection device 9 in connection with the injection body 40 already mentioned, see FIG. 2. Inside the shaft 34 is the compressed air introduction pipe 37 , which likewise opens into a filter pipe 35 closed at the bottom. The latter surrounding filter gravel layer 36 is sealed by the sealing layer 38 upwards, to which a backfilling or further sealing device 39 connects to the surface of the site. At the protruding nozzle 41 of the air injection pipe 37 , the air injection line, not shown, is connected.

Im Bereich des durch die parabolische Rotationskurve 18 um schriebenen Raumes R sind die bereits beschriebenen Meßstel len 10 angeordnet, deren Meßrohre in ihrem wirksamen Bereich 47 mit Öffnungen zum Eintreten der Luft versehen sind. Um die Luftausbreitung in den verschiedenen Tiefen zu erfassen, enden die flächenverteilt angeordneten Meßrohre 46 in ver schiedenen Tiefen. Zweckmäßig ist es, wenn die Meßrohre 46 auf einer Spirale liegen, so daß alle Meßrohre von der Drucklufteinpreßvorrichtung 9 unterschiedliche Entfernungen aufweisen, womit die Inhomogenitäten aufgedeckt werden können.In the area of the space R written by the parabolic rotation curve 18 , the measuring points 10 already described are arranged, the measuring tubes of which are provided in their effective area 47 with openings for the entry of air. In order to detect the air propagation in the various depths, the measuring tubes 46 , which are arranged in a distributed manner, end in different depths. It is expedient if the measuring tubes 46 lie on a spiral, so that all measuring tubes are at different distances from the compressed air injection device 9 , with which the inhomogeneities can be detected.

Beim Niederbringen der Bohrung für die Lufteinpreßvorrich tung 9 ist diese unten offen, so daß das Grundwasser eintre ten kann, und zwar bis zum normalen Grundwasserspiegel. Wenn die Bohrung 21 fertiggestellt und die Lufteinpreßvorrichtung 9 mit Luft gefüllt ist, wird der darin stehende Grundwasser spiegel nach unten gedrückt, und zwar solange, bis ein Gleichgewichtszustand herrscht. Bei einem Luftüberdruck von 1 bar weicht somit das Grundwasser um 10,00 m nach unten zurück. Der Druck muß solange erhöht werden, bis der Grund wasserspiegel in den Bereich der Filterkiesschicht absinkt, so daß eine Luftentweichung stattfinden kann, und der Grund wasserspiegel bis zur Sohle der Luftzuführungsvorrichtung 9 abgesenkt wird. Während dieses weiteren Absenkens des Grund wasserspiegels innerhalb der Luftzuführungsvorrichtung 9 tritt bereits etwas Luft nach außen, und es tritt damit ein Luftverlust ein, solange bis die volle Absenkung des Grund wasserspiegels erreicht ist, und damit wird auch der eintre tende Luftverlust stationär.When drilling the hole for the Lufteinpreßvorrich device 9 , this is open at the bottom so that the groundwater can enter th, up to the normal water table. When the bore 21 is completed and the air injection device 9 is filled with air, the groundwater therein is pressed down mirror, and until a state of equilibrium prevails. With an air overpressure of 1 bar, the groundwater backs down by 10.00 m. The pressure must be increased until the bottom water level drops into the area of the filter gravel layer, so that air can escape, and the bottom water level is lowered to the bottom of the air supply device 9 . During this further lowering of the ground water level within the air supply device 9 , some air already comes out, and so there is an air loss until the full lowering of the ground water level is reached, and thus the air loss that occurs becomes stationary.

Die Luft verläßt dabei in Blasenform zunächst die Filter schicht 24, 28 und dringt nach oben, wobei der Druck abfällt und infolgedessen sich die Luftblasen immer mehr vergrößern, also bei 1 bar bis zu 0,1 bar sich um den Faktor 10 vergrö ßert, so daß also im oberen Bereich immer mehr Luft vor handen ist. Die Ausbreitung der Luftblasen geschieht kreis förmig um die Filterschicht 24, 28, 36 des Lufteinführungs rohres 26, 27 herum, und bildet eine Art parabelförmiges Ge bilde. Diese Formation der Luftausbreitung kann durch die verschiedenen Luftmeßeinrichtungen 10 nun ermittelt werden. Auch in den Meßrohren 46 steht ein Wasserspiegel, und zwar genau in Höhe des Grundwasserspiegels am Anfang. Die von unten in die Meßrohre 46 eindringenden Luftblasen durchwan dern den Wasserspiegelstand innerhalb des Meßrohres und ge langen in den darüberliegenden lufterfüllten Raum, der zu nächst einen Druck gleich Null hat. Durch die Luftblase wird eine gewisse Druckerhöhung in diesem Luftraum mit Druck Null erzeugt. Durch den ansteigenden Luftdruck in dem oberhalb des Wasserspiegels liegenden Luftraum innerhalb des Meßroh res 46 wird der Wasserspiegel nun etwas nach unten abge drängt, und zwar solange, bis ein Gleichgewichtszustand her gestellt ist. Nach Eintritt dieses Gleichgewichtszustandes wird am oberen Ende des Meßrohres gemessen, und es wird ein Luftdruck von höher als Null gemessen, beispielsweise 0,1 bar oder 0,2. Mit der Zeit wird nun der gesamte Wasserstand innerhalb der Meßstellen 20 verdrängt und nach unten abge senkt. Dadurch wird ein Zustand erreicht, daß am unteren Ende der Meßrohre 46 derselbe Druck herrscht, wie er auch mit dem Manometer gemessen wird. Je nach Anzahl der flächen- und räumlichverteilten Meßrohre 46 kann man nun mit größerer und kleinerer Genauigkeit die Druckverteilung im gesamten Umfeld der Lufteinpreßvorrichtung messen, und auch den Luft verlust pro Zeiteinheit.The air first leaves the filter layer 24, 28 in bubble form and penetrates upwards, the pressure falling and as a result the air bubbles increasing more and more, i.e. increasing by a factor of 10 at 1 bar up to 0.1 bar, so that there is more and more air in the upper area. The expansion of the air bubbles occurs in a circle around the filter layer 24, 28, 36 of the air inlet tube 26, 27 , and forms a kind of parabolic Ge form. This formation of air propagation can now be determined by the various air measuring devices 10 . There is also a water level in the measuring tubes 46 , precisely at the level of the groundwater level at the beginning. The air bubbles penetrating from below into the measuring tubes 46 pass through the water level within the measuring tube and reach into the air-filled space above, which at first has a pressure of zero. The air bubble creates a certain pressure increase in this air space with zero pressure. Due to the increasing air pressure in the air space above the water level within the measuring tube res 46 , the water level is now pushed down a little, until an equilibrium state is established. After this equilibrium has occurred, measurements are taken at the upper end of the measuring tube and an air pressure of greater than zero is measured, for example 0.1 bar or 0.2. Over time, the entire water level within the measuring points 20 is now displaced and lowered downwards. A state is thereby achieved that the same pressure prevails at the lower end of the measuring tubes 46 as is also measured with the manometer. Depending on the number of surface and spatially distributed measuring tubes 46 , the pressure distribution in the entire environment of the air injection device can now be measured with greater and lesser accuracy, and also the air loss per unit of time.

Wenn die Meßrohre 46 nun derart verteilt werden, daß deren unterste Meßbereiche 47 außerhalb dieses Raumes R von der Gestalt eines parabolischen Rotationskörpers liegt, dann findet keine Druckänderung statt. Es tritt das Phänomen ein, daß zwei in einem Abstand von nur 1,00 m liegende Meßrohre 46 zwei völlig unterschiedliche Werte ergeben, und zwar einen normalen Druckverlustwert und einen absoluten Null wert, wen eines der Meßrohre außerhalb des Grenzbereiches des Raumes R liegt. Somit kann man den Verlauf dieses Grenz bereiches ziemlich genau bestimmen. If the measuring tubes 46 are now distributed in such a way that their lowermost measuring ranges 47 lie outside this space R in the form of a parabolic rotating body, then there is no change in pressure. The phenomenon occurs that two measuring tubes 46 located at a distance of only 1.00 m give two completely different values, namely a normal pressure loss value and an absolute zero value if one of the measuring tubes lies outside the limit range of the space R. The course of this limit range can thus be determined fairly precisely.

Positions-Zahlen-ListeItem numbers list

1 Tunnelvortrieb
2 Ortsbrust
3 Spritzbetonschale
4 Undichtigkeiten
5 Grundwasserspiegel
6 Verdrängungsraum
7 Oberflächenbereich
8 Entweichungsfläche
9 Lufteinpreßvorrichtung
10 Luftmeßvorrichtungen
11 Mergelschicht
12 Schluffschicht
13 Anschüttung
14 unterer Bereich
15
16 Zwischenbereich
17 Tiefe
18 Rotationskurve, parabolisch
19 Einpreßstelle
20 Meßstellen
21 Schacht
22 Drucklufteinführungsrohr
23 Filterrohr
24 Filterkies
25 Abdichtung nach oben
26 Drucklufteinführungsrohr
27 Filterrohr
28 Filterkies
29 obere Abdichtungsschicht
30 Dämmschicht
31 obere Schicht zu 30
32
33
34 Schacht
35 Filterrohr
36 Filterkies
37 Drucklufteinführungsrohr
38 Abdichtungsschicht
39 Bohrung
40 Injektionskörper
41 Drucklufteinführungsrohr
42
43
44
45 Meßbohrungen, verrohrt
46 Meßrohre mit Öffnungen
47 unterer Bereich
48 Bohrung
49 Abdichtung
50 Druckaufnehmer
51 Leitungen
52 Luftmengenmeß- u. Aufzeichn.
53 Luftdruckmeß- u. Aufzeichn.
54 Leitungen
55 Regel- u. Absperrventile
56 Druck- u. Durchflußaufz. ger.
57 Windkessel
58 Kompressorstation
R Raum 1 tunneling
2 working face
3 shotcrete shell
4 leaks
5 groundwater table
6 Displacement
7 surface area
8 escape area
9 air injection device
10 air measuring devices
11 marl layer
12 silt layer
13 deposit
14 lower area
15
16 intermediate area
17 depth
18 rotation curve, parabolic
19 press-in point
20 measuring points
21 shaft
22 compressed air inlet pipe
23 filter tube
24 filter gravel
25 Sealing upwards
26 compressed air inlet pipe
27 filter tube
28 filter gravel
29 upper sealing layer
30 insulation layer
31 upper layer to 30
32
33
34 shaft
35 filter tube
36 filter gravel
37 Compressed air inlet pipe
38 sealing layer
39 hole
40 injection bodies
41 compressed air inlet pipe
42
43
44
45 measuring bores, piped
46 measuring tubes with openings
47 lower area
48 hole
49 sealing
50 pressure transducers
51 lines
52 air volume measurement and Record
53 air pressure measuring and Record
54 lines
55 rule and Shut-off valves
56 printing and Flow record ger.
57 air boiler
58 compressor station
R space

Claims

1.Procedure for determining the air permeability of water-bearing soils characterized by the injection of certain amounts of air per unit of time at one or more locally distributed locations and in the greatest depth of the local and spatial area of the soil formation to be investigated and determining the air flow within this local and Spatial range by measuring the detectable air volumes and air pressures within the perimeter of the press-fit points at measuring points arranged in depth and space.

2. The method according to claim 1, characterized by the arrangement of the depth and space arranged, each press-in point ( 19 ) assigned measuring points ( 20 ) within a parabolic rotation curve ( 18 ) circumscribed space (R) .

3. The method according to claim 2, characterized in that the measuring points ( 20 ) within the parabolic rotation curve ( 18 ) approximately circumscribed space (R) on one or more ascending from bottom to top spiral widening.

4. The method according to claim 1, characterized in that for pressing in the air a piped up to the bottom shaft ( 21 ) of about 1.00 to 2.5 m in diameter and in this a compressed air introduction pipe ( 22 ) is brought down, which in its lowermost area ( 14 ) or additionally in one or more intermediate areas ( 16 ) for the escape of air is designed as a filter tube ( 23 ), and that the annular cavity ( 24 ) surrounding each filter tube part ( 23 ) is filled with filter gravel and sealed off at the top ( 25 ), and that thereupon the remaining cavity ( 30 ) is filled with a twilight before pulling the drill pipe ( 21 ).

5. The method according to claim 1, characterized in that for injecting the air a cased shaft to the bottom ( 21 ) of 1.00 to 2.5 m in diameter and in this one in its lowermost region ( 14 ) as a filter tube ( 23rd ) formed through-air introduction pipe ( 22 ) is brought down and the surrounding annular cavity is filled with filter gravel and sealed at the top ( 25 ) and, parallel to this, a second compressed-air introduction pipe ( 26 ), in its lowermost area, is again formed as a filter pipe ( 27 ) up to the first-mentioned sealing layer ( 25 ) never brought and poured in the filter area ( 28 ) with filter gravel, and that above the upper sealing layer ( 29 ) the remaining cavity ( 30 ) is filled with a damper before pulling the drill pipe ( 21 ).

6. The method according to any one of claims 4 or 5, characterized in that still further compressed air introduction pipes are brought down in the piped shaft ( 21 ), the filter pipe sections surrounded with filter gravel end in various depths.

7. The method according to claims 1 to 3, characterized in that for measuring the air volumes and air pressures spatially distributed piped measuring bores ( 45 ) of about 8 to 20 cm in diameter and placed in these measuring tubes ( 46 ) with openings in the lower region ( 47 ) who used, and that before pulling the drill pipes ( 45 ) their lower areas ( 47 ) filled with filter gravel, sealed at the top and the rest of the bore ( 48 ) filled and sealed airtight ( 49 ) and each with one Pressure transducers ( 50 ) are provided.

8. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the supplied air pressure is increased until the groundwater level ( 5 ) in the area of the filter gravel layer of the lowest measuring point ( 20 ) is pressed back and the further supplied air via their measurement pipe escapes.

9. The method according to claims 1 to 3, characterized in that several measurements with air pressures between 1.1 and 3.0 bar with different sizes over a period of time up to 30 hours constant air injection per unit time are carried out and that after the end Air injection for each measurement the time until the groundwater level ( 5 ) rose into the measuring tubes ( 20 ) and the entry of the air-groundwater equilibrium state is measured.

10. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the groundwater level ( 5 ) by the compressed compressed air is pressed down until it drops below the area of the bottom of the bottom filter gravel layers of the measuring points ( 20 ), so that pure air evaporation takes place and the air supply is regulated so that it enters into a steady relationship with the air loss that occurs, resulting in the air loss and thus the air requirement.

11. The method according to one or more of claims 4 to 7, characterized in that before sinking at least one of a plurality of shafts ( 21 ) with compressed air introduction pipes ( 22 ) in a subterranean area below the groundwater level, a cylindrical space of about 4 up to 10 m in diameter and 4 to 10 m in height are injected by means of the solid injection technique and are brought into the injection body (s) ( 40 ) or shafts ( 21 ) and the measuring bores ( 45 ), and that the air loss of the injected underground space (R) is compared to that of the uninjected area.

12. Plant for carrying out the procedures according to claims 1 to 11, characterized by at least one at a press-in point ( 19 ) arranged in the underground space to be examined (R) , via lines ( 54 ), control and shut-off valves ( 55 ) and pressure - And Durchflußauf drawing devices ( 56 ) and wind boiler ( 57 ) to a compressor station ( 58 ) connected air injection device ( 9 ) and a number of at the locally and spatially distributed measuring points ( 20 ) arranged air measuring devices ( 10 ), the pressure transducer ( 50 ) by means of Lines ( 51 ) to an air quantity measuring and recording device ( 52 ) and to an air pressure measuring and recording device ( 53 ) are connected.