Projekt 06016/01

Verfahren zur Untersuchung oberflächennaher Schichten unter Altlasten und Deponien

Projektträger

Geo-Meßtechnik
Birkenweg 20
31162 Bad SalzdetfurthZielsetzung und Anlass des Vorhabens Die zurzeit verwendeten Verfahren gestatten es nicht, Schichten unterschiedlicher Eigenschaften im Untergrund mit Hilfe der Seismik mit ausreichender Genauigkeit zu erkennen und zu kartieren. Der Grund daf√ľr ist unter anderem das Fehlens geeigneter seismischer Quellen, die umweltvertr√§glich eingesetzt werden k√∂nnen. Gegenstand der Entwicklung war daher der Bau verschiedener Ausf√ľhrungs-formen von seismischen Quellen f√ľr den Einsatz in Flachbohrungen. (Ausf√ľhrungen f√ľr 36 mm Rammkernsonden und 50 mm Bohrgest√§nge) und Erprobung dieser Quellen unter verschieden geologischen Bedingungen in Lockergestein. Ziel des Projektes war es, ein seismisches Verfahren zum Einsatz zu bringen, um mit dessen Hilfe zuverl√§ssigere Aussagen √ľber stratigraphische und lithologische Eigenschaften des Untergrundes in der Umgebung von Deponien machen zu k√∂nnen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklung der Quelle erfolgte in zwei Schritten. Im ersten Schritt wurden anhand einer 36-mm-Version die grunds√§tzlichen Probleme der Beanspruchung der seismischen Quelle bei dem Einsatz im Bohrloch gekl√§rt. In Versuchsreihen mit geeigneten Hochspannungs-Isolierstoffen wurde die elektrische und thermische Beanspruchung unter Kontrolle untersucht. Ferner wurde durch verschiedene konstruktive Ma√ünahmen die durch den Bohr- und Rammvorgang verursachte mechanische Beanspruchung reduziert, so da√ü sich bei verschiedenartigen Belastungszyklen eine m√∂glichst hohe Standzeit ergab. Die Standzeit konnte in Langzeituntersuchungen in einer Versuchsbohrung nachge-wiesen werden. In einem zweiten Schritt wurden die mit der 36-mm-Version gewonnen Erfahrungen auf eine Version mit 50 mm Gest√§ngedurchmesser √ľbertragen. Auch die dabei erzielte L√∂sung wurde in Langzeituntersuchungen auf ihre Standzeit hin untersucht. Beide Ausf√ľhrungen wurden in Feldversuchen in verschiedenen Me√ügebieten im Raum Hildesheim auf ihre praktische Anwendbarkeit hin erprobt. Im Hinblick auf die kommerzielle Verwendung des Verfahrens beschr√§nkte sich diese Erprobung nicht auf den Nachweis der erzielten technischen Eigenschaften. In allen Gebieten wurden nach M√∂glichkeit auch seismische Registrierungen vorgenommen, so da√ü eine erste geologische Interpretation m√∂glich war. Eine abschlie√üende Messung wurde auf der Seismischen Meile im Gebiet der Deponie Sch√∂neiche/Gallun durchgef√ľhrt. Die Messungen wurden in Zusammenarbeit der Firma Geo-Infometric, Hildesheim durchgef√ľhrt. An der Auswertung wa-ren die Hochschulen Clausthal und Potsdam beteiligt. Ergebnisse und Diskussion Das Entwicklungsziel, ein Verfahren zur Kartierung oberfl√§chennaher Schichten mit akustischen Signalen unter Verwendung einer neuartigen Quelle bis zur Marktreife zu entwickeln, konnte in den we-sentlichen Punkten erreicht werden. Die Anpassung und der Einbau der Quelle wurde mit R√ľcksicht auf die kommerzielle Verwertbarkeit zun√§chst nur auf die 36 mm Rammsonde und den 50 mm Bohrmei√üel beschr√§nkt. Auf eine tomographische Bearbeitung der Me√üdaten im Feld mu√üte aus finanziellen Gr√ľnden zun√§chst verzichtet werden. Der Erfolg seismischer Me√üverfahren ist bestimmt durch die Eindringtiefe in den Untergrund und durch das r√§umliche Aufl√∂sungsverm√∂gen. Beide Gr√∂√üen stehen in engem Zusammenhang zueinander. Daneben spielen St√∂rsignale eine ma√ügebende Rolle. Mit dem hier verwendeten Verfahren gelingt es, systembedingte St√∂rsignale wie Rohrwellen und Oberfl√§chenwellen niedrig zu halten. Das Aufl√∂sungsverm√∂gen ist durch den Spektralgehalt der Signale bestimmt. Daher wurde dieser Punkt besonders ber√ľcksichtigt. Sowohl die Art der Quelle als auch die Tatsache, da√ü die Quelle im Bohrloch angekoppelt wird schaffen gute Voraussetzungen daf√ľr, da√ü auch hohe Frequenzen in den Untergrund abgestrahlt werden. Dar√ľber hinaus wurde besondere Sorgfalt bei der Auswahl und der Ankopplung der Geophone an der Erdoberfl√§che aufgewandt. Die Me√üergebnisse zeigen, da√ü Reichweite und Spektralgehalt sehr stark von den √∂rtlichen Bedingungen, wie Festigkeit der Gesteinsmatrix und Porenwassergehalt des Lockergesteins abh√§ngig sind. Als Richtwerte des Spektralgehaltes seismischer Signale ergeben sich Mittenfrequenzen von 400 Hz bis zu Entfernungen von ca. 20 m. Bis zu Entfernungen von ca. 100 m wurden Spektren mit Mittenfrequenzen von 200 Hz erreicht. In Anbetracht der Fortpflanzungsgeschwindigkeit seismischer Wellen im oberfl√§chennahen Bereich ist daher im Teufenbereich bis 50 m mit Wellenl√§ngen von mehr als 1 m zu rechnen. Bei reflexionsseismischen Messungen ist ein derartiges Aufl√∂sungsverm√∂gen ist f√ľr bestimmte Fragestellungen im oberfl√§chennahen Bereich zu gering. Die Entwicklung wurde daher mit Blick auf tomographische Me√üverfahren weiter verfolgt um auf diese Weise ein h√∂heres Aufl√∂sungsverm√∂gen zu erreichen. Eine wesentlich h√∂here Aufl√∂sung ergab sich bei der Messung der Aufzeiten. Hier konnten die Ersteins√§tze der aus der Bohrung an die Erdoberfl√§che gelaufenen Wellen ausgewertet werden. Aufgrund dieser Messungen konnten sehr genaue Geschwindigkeitsbestimmungen vorgenommen werden. Es wurden f√ľr die Charakterisierung von Lockergestein typische Schichtgeschwindigkeiten ermittelt. Mit Hilfe spezieller Geophone wurden neben den Ersteins√§tzen der Kompressionswellen auch die Ersteins√§tze der Scherwellen ausgewertet. Aus den Geschwindigkeiten beider Wellentypen wurde die f√ľr die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften des Bodens wichtige Poisson-Zahl bestimmt. Die im Rahmen des Projektes durchgef√ľhrten Untersuchungen haben gezeigt, da√ü in Verbindung mit dem Abteufen einer Bohrung eine genauere √úberwachung des Bohrvorganges und eine physikalische Bewertung der w√§hrend des Bohrvorganges angetroffenen Schichten m√∂glich ist. Durch die Auswertung der mit der Bohrung verkn√ľpften seismischen Messung sind dar√ľber hinaus Aussagen √ľber Schichtgrenzen im gr√∂√üeren Abstand von der Bohrung m√∂glich. Auf diese Weise gelingt es, in Bereichen sensibler Untergrundstrukturen mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand die Zahl der Bohrungen und damit die Gefahr der Zerst√∂rung von nat√ľrlichen Barrieren im Untergrund zu verringern. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation √úber das F√∂rderungsprojekt wurde an verschiedenen Stellen mit Hinweis auf die Deutsche Bundesstiftung Umwelt m√ľndlich vorgetragen. Schriftliche Ver√∂ffentlichungen wurden bisher nicht vorgenommen. Fazit Die durch das Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, da√ü mit Hilfe der im Rahmen des Projektes entwickelten Techniken mit akustischen Signalen sehr genaue Angaben √ľber oberfl√§chennahe Lockergesteinsschichten gemacht werden k√∂nnen. Die Untersuchungen zeigen jedoch auch, da√ü auf-grund der √úbertragungseigenschaften des Untergrundes f√ľr akustische Signale Grenzen in Reichweite und Aufl√∂sungsverm√∂gen gesetzt sind, die durch die √úbertragungseigenschaften des Untergrundes ge-setzt sind. Der technische und operative Stand des entwickelten Verfahrens gestattet unter gegebenen Umst√§nden einen Einsatz im Zusammenhang mit der Erkundung von Deponiestandorten.

√úbersicht

Telefon

05063/2819

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Bundesland

Niedersachsen

Fördersumme

50.686,41 ‚ā¨

Förderzeitraum

12.10.1994 - 20.02.1997