SBUF INFORMERAR NR 06:19 Injektering i sedimentära och vulkaniska bergarter med särskild hänsyn till uppkomna deformationer Vid injektering i berg och jord sprider sig injekteringsbruket ibland på ett okontrollerat sätt ut i omgivningen. I rapporten beskrivs en metodik för att begränsa injekteringsbrukets spridning till det område man avser behandla. Vanligen används stopptrycket som kriterium för hur länge injektering ska pågå. Istället bör volymen bruk per omgång begränsas. Det är bättre att injektera en mindre mängd bruk per omgång och låta bruket styvna mellan de olika omgångarna än att hålla på länge och därvid låta stora mängder bruk strömma ut. Section Pressure gauge pG G Injection of grout under pressure z do = 2· ro HG pi = pG + γg⋅HG – pin situ § pG + γg⋅HG – Ȉ Ȗ⋅ǻz po = pi – σin-situ (ro) § pi – Ko⋅Ȉ Ȗ⋅ǻz with Ko⋅= σh/σv Induced stress state prior to fracturing Plan Bakgrund Vid injektering i berg och jord inverkar deformationer på grund av injekteringstrycket i betydande grad på bruksåtgång, brukets spridning och resultatet av injekteringen. Detta förbises ofta såväl vid praktiskt injekteringsarbete som i den forskning som pågår. Syfte Syftet har varit att samla teori, praktiska erfarenheter och projekteringsexempel i en rapport som kan ge ledning vid planering och utförande av injekteringsarbeten i jord och berg. pf Δ σ tm ax = p i ıt(r) Δσ r = − ır(r) Δσ t = r p i ⋅ ro 2 r2 p i ⋅ ro 2 r2 Δσ t − Δσ r 2 σ t ( r ) = Δ σ t ,p i − σ t, in situ ( r ) Δτ r = pi pf Dominant hydraulic fracture – ’action plane’ Figur 1. Initalt spänningstillstånd vid hydrauliskt brott. Genomförande Med stöd från SBUF har arbetet utförts av Luleå Tekniska Universitet. Projektet har omfattat såväl en sammanställning av tidigare erfarenheter som utarbetande av praktiska beräkningsexempel. ofta överskattad. I ett diagram ges ett samband mellan Darcys permeabilitestkoefficient, k [m/s]; ett sprickmönster definierat genom antalet sprickor per meter, n [1/m]; sprickbredd, t [mm]; och relativ sprickvolym vc/V [%]. Resultat Hydraulisk uppspräckning (hydraulic fracturing) För randvillkor i slutna system ges ekvationer och diagram för maximal sprickvidd, δ [mm], och för utsträckningen hos den Projektet har resulterat i en rapport med praktiska råd och metoder. Efter en kort introduktion presenteras typiska egenskaper hos sedimentära bergarter. De exemplifieras med kalkstensformationerna i Malmö-regionen i södra Sverige. Två tillvägagångsätt vid injektering diskuteras, permeationsinjektering (där injekteringstrycket avsiktligt hålls så lågt att det inte ger upphov till deformationer och uppsprickning i berggrunden) och hydraulisk uppspräckning (varvid injekteringstrycket hålles så högt att det ger upphov till utvidgning av befintliga sprickor och vid behov dragbrott i berget närmast injekteringsstället). De deformationer som uppstår vid de två metoderna diskuteras. Permeationsinjektering Permeabiliteten för cementbaserade bruk i jord och berg är SVENSKA BYGGBRANSCHENS UTVECKLINGSFOND The Development Fund of the Swedish Construction Industry injekterade zonen. Ekvationerna och diagrammen ges som funktion av injekteringsvolymen per injekteringsomgång V [m3/omgång] och förhållandet E/po mellan bergets elasticitetsmodul E [MPa] och injekteringstrycket po [MPa]. Två lastfall behandlas: (a) tvådimensionell triangulär belastning med injekteringszonslängden L [m] och (b) koniskt formad belastning med injekteringszonsdiametern D [m]. För randvillkor under förhållanden som medger läckage ut i omgivningen diskuteras risken för bruksspridning utanför den avsedda injekteringszonen. Betydelsen av den av injekteringstrycket orsakade utvidgningen av sprickor och deformationen i omkringliggande bergmassor belyses vidare med praktikfall. Besök: Storgatan 19 Postadress: Box 5501, SE114 85 Stockholm Tel: +46 8 783 81 00, Fax: +46 8 24 97 80 Internet: www.sbuf.se, Email: [email protected] Slutsatser En huvudslutsats är att injekteringstrycket inte utgör ett nöjaktigt stoppkriterium. Eftersom hydrauliskt brott ofta uppstår även då permeationsinjektering avses kan okontrollerad spridning av injekteringsbruket inträffa. Istället bör volymen bruk per omgång begränsas. Det är således ofta bättre att injektera en liten mängd bruk per omgång och låta bruket styvna mellan de olika omgångarna. Genom kontrollen av bruksmängden per injekteringsomgång kan bruksflödet begränsas till det område som avses behandlas varvid risken för skadlig miljöpåverkan i omgivningen minimeras. 70 m + 102.8 + 103.5 Piezometric head + 100 MWL 8m 1.8 á 2.5 m + 92 sand/silt stiff pleistocene clay + ~74 + ~70 pleistocene gravel Figur 2. Exempel på injekteringsarbeten i torrdocka Soil overburden Grouting stages Crushed zone with fine random crack pattern A Zone to be grouted H A Rock of low permeability Section A-A Figur 3. Ingångsdata för beräkningsexempel Ytterligare information Kontaktperson Stig Bernander, Congeo AB, tel 031-87 11 04, e-post: [email protected]. Litteratur: Grouting in Sedimentary and Igneous Rock with Special Reference to Pressure Induced Deformations. (LTU, Technical Report 2004:12, av Stig Bernander, 118 sidor. Rapprten kan laddas ner från http://epubl.ltu.se/14021536/2004/12/index.htm.