1. No category

GeoEngineering Division
INJEKTERINGSDESIGN
APPLICERAT PÅ
Å
PROJEKT HALLANDSÅS
Johan Funehag, Chalmers/Tyrens
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
DESIGN
- BESKRIVNING AV BERGET
-
- Vad skall uppnås
Förutsättningar (släpp stolpen och kom i matchen! Som en
känd Skanska påg sa till mig)
- INJEKTERINGSTEKNIK
-
Tryck, tider
Geometrier
- BRUKSVAL
-
Egenskaper hellre än recept
KONTROLLER
-
förändringar uppdatreingar
förändringar,
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
Hydrogeologi/bergmassa
Fastställ maximalt tillåtet
inflöde
Befintliga data/anläggningskännedom
Geometri/injekteringsmedel/teknik
Gör förundersökningar
Förutsättningar
Bestäm minsta respektive
största hydrauliska sprickvidd
som ska tätas
Beskriv
spricknät/sprickorientering
Beskriv fördelning av
spricktransmissiviteter
Beskriv fördelning av
hydrauliska sprickvidder
Beräkna inflödet utan injektering
Välj injekteringsmedelstyper
Välj skärmgeometri, matcha
injekteringstid och tryck mot
erforderlig inträngningslängd,
beakta risken för erosion
Fullborda designen genom
att specificera kontroller och
åtgärder
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
Ansätt preliminär
skärmgeometri och den
tätade zonens utbredning
GeoEngineering Division
Dimensionerande
sprickvidd, bmin
Inträngningslängd, I
Idim
c- avstånd,
borrhål
∆p
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
Inträngningslängd och vad som styr
Jämvikt vid slut
T k på
Tryck
å bruk,
b k längd,
lä d skjuvspänning
kj
ä i
= Vattentryck,
V tt t
k längd
lä d
Pg
Söker en balans
Sök
b l
i systemet
t
t
Snabbt i början, sedan
saktare och saktare
Pg
g
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
Inträngningslängd och vad som styr
Vatten
- Viskositeten styr hastigheten
- Skjuvgränsen
Skj
ger oss ett tydligt
dli stopp
- Trycket styr hur långt vi kommer
- Tiden
Tid säger
ä
att
tt vii nått
ått tillräckligt
till ä kli t långt
lå t
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
Iterativ process för att nå en “optimering”
Tätad zon
Injekteringstid
Borrhålsavstånd
Val av skärmgeometri och
injekteringsteknik
Praktiska restriktioner
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
Inträngningslängd
Injekteringstryck
j
g y
GeoEngineering Division
Några begrepp
Injekteringshål nr. 1
Sprickvidd
Injekteringen överlappas
Inträngningslängd, I
0,2 mm
~I/2
0,1m
~ I/4
0,05 mm
~ I/8
0,025
0
025
mm
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
Injekteringshål nr. 2
GeoEngineering Division
Vad vill få fram
Berget
- Minsta
Mi t nödvändiga
öd ä di spricka
i k att
tt täta,
tät bdim
IInjekteringsteknik
j kt i
t k ik
- Tryck, ∆p, effektiva injekteringstiden, t
Bruket
- Viskositet,
Viskositet µg, skjuvgräns,
skjuvgräns τ0
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
Den dimensionerande inträngningslängden, Idim
Beräkning av I i den minsta sprickvidden ger då
vissa saker
- Längre inträngningslängd i större sprickor,
men kan vara för lång!
- Svårt att nå fullständig I beroende på
förutsättningar
- Borrhål kan läcka, om än lite, efter
injektering. De mindre sprickvidderna som
inte tätats
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
Räcker det att få det tätt mellan borrhålen
TASS tunneln, Innanför kontur, (Äspö, 2008); nej
Finland, Posiva, Innanför kontur (Olkiluoto, 2011);
nejj
Hallandsås (2010);
(2010) nej
Törnskogstunneln; Ja
Ja, Nygårdstunneln; Ja,
Ja
Sjökullentunnlarna; Ja
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
VAD VILL VI ÅSTADKOMMA
ÅSTADKOMMA, DESIGN
Tätad zon och inläckaget
g till tunneln
Factor ffor reductiion of infloow to
tunn
nel
18
16
Tätad
zon
14
12
10
Faktor 10
8
Faktor 50
Faktor 100
6
4
2
0
0
2
4
6
8
Thickness of the sealed zone
Vi behöver en inträngsningslängd, I
på minst 10 m!
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
10
Inläckaget utan
injektering=250
injektering=250350 l/s (1521m3/min)
GeoEngineering Division
VAD VILL VI ÅSTADKOMMA
ÅSTADKOMMA, DESIGN
Modell: Kontinuum, (“homogen sand”)
Tätad zon 10 m
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
VAD VILL VI ÅSTADKOMMA
ÅSTADKOMMA, DESIGN
Hur får vi inträngningslängden?
100,0
Pene
etration (m)
10,0
1,0
0,1
0
20
40
60
80
100
Injection time (min)
Fracture aperture (mym)
450
80
Minimum penetration
injection time
Detta nås med vissa
egenskaper på bruket (τ0= 3Pa, µ=20 mPas)
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
10 m i 80 µm fås då
- 3,5
3 5 MPa och 55
min
- 4 MPa och 45 min
- 4,5 MPA och 35
min
- Osv. Alltså
“RTGC”
RTGC the hard
way
GeoEngineering Division
70
60
50
40
Pressure
Flow
30
20
10
0
12:50:24
13:19:12
13:48:00
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
14:16:48
14:45:36
15:14:24
GeoEngineering Division
Implementering till stuff
Drill until ∑flow =8l/s or 30 m in
length
Pressure builds
up within 4 m3 ?
Start with Type 1
Yes
OP=4,5 MPa,
35 minutes
OP Overpressure,
OP=Overpressure,
GA=GroutAid
Continue with this base design,
until
il 35 minutes
i
or 7 m3
N
No
Change
g to Type
yp 2,, 10% GA :
OP=4,5 MPa and 30 minutes
Yes
Lower Pressure: OP down 1 MPa
and increase time with 10 minutes
No
Continue with base design
During grouting
Large
grouttake=
can’t keep
pressure nor
time. Sudden
pressure drop
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
Implementering till stuff
Observations after grouting
Boreholes are
flushed out
when removing
packer
No
Keep base design and curing
time
Yes
Regrout borehole with Type
2 following previuos chart
Minimum curing time before removing packers
Type 1 grout: 6 hours
Type 2 grout: 4 hours
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
Kontroller, Observationer, uppdatering
Längre inträngningslängd, I:
1) Öka tryck
2) Öka
Ök injekteringstid
i j kt i
tid
3) Ändra brukegenskaper, mer lättflytande
4) Observera och uppdatera igen
Det här måste göras på plats och under pågående
injektering. Viktigt med kommunikation och
förståelse. En riktig utmaning
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
Borrhålet spolas ur //“Backflow”
Backflow” from borehole/
- Självklara åtgärden, låt packern sitta
kvar länge
Tidspress! TBM inom 3 timmar,
timmar
Långhålsborrningen innan nästa skift
Jämviktsekvation
Förenklade villkor; ingen hänsyn
tagen till härdningen av bruket
Sk
kjuvhållfasthet [[Pa]
Backflow from borehole
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
M håll d Tau0
Mothållande:
T 0 för
fö en viss
i längd
lä d
Pådrivande: vattentrycket över en
viss längd
0
5
10
15
20
25
Längd på borrhål [m]
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
30
35
40

 w grb hw
2

l
GeoEngineering Division
Fingering/“Backflow”
Fingering/
Backflow” from fracture/
Vattenström motsvarande en gradient på 10 m/m
Inj medel; Myanit
(inert) 2Pa skjuvgräns
Spricka 200-400
Spricka,
200 400 µm
Injekterat
j
till en viss
Längd. Sedan stängs
ventilen
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
Hydraulisk gradient, dh
dr
Jämför med Darcýs lag
 Mått på energiförlusten mellan två punkter delat med avståndet
mellan punkterna
punkterna. Alltså resultatet av ett flöde!
Framför tunnelstuff

dh H  rt
 2
dr
r
Runt tunnel

dh H
 
dr
r
Exempel med tunnelradie 5 m och skinfaktor 2.
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
1
 2H 
  
ln
 rt 
GeoEngineering Division
K detta
Kan
d tt hända?
hä d ? Nja!
Nj !
 Förutsätter att vi har ett flöde (ett ej tätt
berg)
 Flödet letar sig till lägsta trycket (in till
tunneln)
 Värsta tänkbara,
tänkbara en horisontell spricka
in till stuff. Ger också den högsta
gradienten.
gradienten
 Väldigt svårt att mäta och påvisa
Det här jobbar vi vidare med på Chalmers
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
V d har
Vad
h vii sett
tt men ännu
ä
ejj bekräftat
b k äft t
Ett hål har spolats ut
Manschetten drogs efter ca 5 timmar
(vanlig tid)
Egenskaper; 1 Pa (skulle varit 2-3 Pa),
mudbalance 1,56
, (OK),
( ), marchcone 42 sek
(OK)
Felblandning eller urspolning?
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv
GeoEngineering Division
TACK för
fö uppmärksamheten!
äk
h t !
Tack till Trafikverket och
SkanskaVinci som gör det
möjligt
j g att vara med
Johan Funehag 1/12-2011, Workshop H:ås, Förslöv