Projekt 12258 – Avslutat Injektering - styrning och kontroll

Forskning vid KTH. Samfinansiering med Formas/Befo.
Injekteringsforskningen har nu kommit så långt att vi idag kan styra injekteringen i realtid, baserat på mätningar av tryck och flöde. På grund av dess tillgänglighet och relativt låga pris, i förhållande till andra material, används cementbaserade medel ofta vid injektering. De reologiska egenskaperna, såsom viskositet och flytgräns, är viktiga att känna till för de injekteringsmedel som används och de mäts vanligtvis med reometer i laboratorium eller med enkla metoder i fält. Injekteringsmedlens reologiska egenskaper utgör fundamental indata till de modeller som tagits fram för att kunna styra ett injekteringsförlopp. Kontroll av bruksegenskaper sker idag sporadiskt med relativt primitiva metoder, främst för att uppfylla ställda kvalitetskrav. Mätningen utgör ett avbrott och därmed störning i injekterarens arbete och det är svårt att kvalitetssäkra utförandet.


In-line rheology
Injektering används vid undermarksbyggande för att minska inläckaget av vatten till tunnlar och bergrum och för att begränsa sänkningen av grundvattennivåerna runt anläggningen. Befintliga mätmetoder har dock brister beträffande noggrannhet och tillförlitlighet och trots att egenskaperna spelar en stor roll, vid både projektering och utförande, finns det ännu ingen metod med vars hjälp dessa kan mätas kontinuerligt, "in-line", under pågående injektering.
I föreliggande projekt ("In-line rheology of cement grouts", Mashuqur Rahman) har en ny "in-line" metodik använts, med lyckat resultat på mikro-cementbaserade injekteringsmedel, genom att kombinera en kontinuerlig mätning av hastighetsprofiler med ultraljud (UVP) och tryckfall (PD), i ett rörsystem. Studien har haft som uppgift att besvara frågan om det är möjligt att bestämma de reologiska egenskaperna och deras förändring med tiden med denna metod.

UVP+PD metodiken har visat sig kapabel att bestämma de faktiska reologiska parametrarna på cementbaserade injekteringsmedel oberoende av reologiska modeller. Det har även varit möjligt att mäta mycket små flöden (1 liter/minut) med denna metod samt att noggrant bestämma pumpkaraktäristika vid variabelt flöde.
Sammanfattningsvis har UVP+PD visat sig vara en lovande ny metodik för bestämning av cementbaserade injekteringsmedels reologiska egenskaper samt deras förändring med koncentration och tid.

Design approaches
Injektering av bergmassan vid tunneldrivning en viktig aktivitet i drivningscykeln. Stora mängder injektering används också vid tätning av berggrunden i samband med byggandet av dammar grundlagda på berg. Med hänsyn till den tid och kostnad som injekteringen utgör för dessa typer av projekt är det nödvändigt att kunna förbättra och optimera designmetoderna för injektering. Vid en framgångsrik injektering är målet att uppnå den eftersträvade tätningen av sprickorna och samtidigt förhindra rörelser i berget på grund av injekteringstrycket.

Empiriska metoder har utvecklats i syfte att bestämma tillåtna injekteringstryck, lämpliga egenskaper för injekteringsbruk och stoppkriterier. De största osäkerheterna i anslutning till dessa metoder är emellertid kopplade till brukets spridning i sprickan under injekteringen och om sprickan vidgas. I avhandlingen ("Design approaches for grouting of rock fractures - Theory and practice", Jalaleddin Yaghoodi Rafi) beskrivs ett teoretiskt underbyggt angreppsättet som är baserad på en analytisk lösning, vilket möjliggör en uppskattning av inträngningslängden för injekteringsbruket i sprickan i realtid, det vill säga samtidigt med att injekteringen utförs. Vidare kan teorin uppskatta trender för flödet av injekteringsbruket. I samband med utvecklingen av denna teori har gränser för elastisk vidgning av sprickorna och brottgränsen för lyftning av bergmassan tagits fram. Detta möjliggör både identifiering av när uppsprickning påbörjas och uppskattning av sprickans vidgning i realtid. I detta arbete har det teoretiska tillvägagångssättet som kallas för "Real Time Grouting Control Method" validerats genom fallstudier.

Slutredovisningen utgörs av två licentiatavhandlingar, dels "Design approaches for grouting of rock fractures - Theory and practice", Jalaleddin Yaghoodi Rafi, KTH (34 sidor), dels "In-line rheology of cement grouts", Mashuqur Rahman, KTH (27 sidor, 4 vetenskapliga uppsatser och svensk sammanfattning).