Injektering i sedimentära och vulkaniska bergarter med

advertisement
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.
Download