Geophysik im Wasser- und Tiefbau

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1 68. Deutsche Brunnenbauertage BAW-Baugrundkolloquium 26. bis 28. April 2017 Bau-ABC Rostrup / Bad Zwischenahn Lucien Halleux G-tec SA 8 rue des Alouettes, B 4041 Milmort (Belgien) Seite 1

2 Inhalt Einführung Erkundung von Unterwasserhindernissen in Unter- und Auβenelbe Das Projekt Fächerecholot Side Scan Sonar Seismik Magnetometrie Baggerbarkeiterkundung im Fels Karst- und Hohlraumdetektion Tagesbruchrisiko bei Altbergbau Paleokarst Vorfelderkundung im tiefen Tunnelbau Offshore Kampfmittelerkundung und Räumung Schluβfolgerung Seite 2

3 Einführung Definition Anwendungsbereiche Öl- und Gas Exploration. Geothermie Rohstofferkundung Grundwasser- und Umwelterkundung Bauwesen Archaelogie Es werden einige Beispiele aus dem Wasser-, Tunnel- und Tiefbau kurz vorgestellt. Seite 3

4 Erkundung von Unterwasserhindernissen in Unter- und Auβenelbe Das Projekt Untersuchung von 31 Unterwasserhindernissen als vorbereitende Maßnahme der Fahrrinnenanpassung in der Elbe Auftraggeber: Wasser- und Schifffahrtsamt Cuxhaven Auftragnehmer : Fa. G-tec SA und Fa. melchior+wittpohl Seite 4

5 Erkundung von Unterwasserhindernissen in Unter- und Auβenelbe Suchgebiet und Anordnung der Messungen Seite 5

6 Erkundung von Unterwasserhindernissen in Unter- und Auβenelbe Erstellung einer bathymetrischen Karte: Fächerecholot Definition 3D Ansicht des Suchgebietes Detail Seite 6

7 Erkundung von Unterwasserhindernissen in Unter- und Auβenelbe Bild der Gewässersohle: Side Scan Sonar Das Side Scan Sonar Bild zeigt kleinere Gegenstände die mit dem Fächerecholot nicht sichtbar sind. Seite 7

8 Erkundung von Unterwasserhindernissen in Unter- und Auβenelbe Sediment Überdeckung: Seismik (Sub Bottom Profiler) Beipspiel eines Boomerprofils. Geologische Strukturen und gröβere Wrackteile sind sichtbar Prinzip Seite 8

9 Erkundung von Unterwasserhindernissen in Unter- und Auβenelbe Ortung der Hindernisse: Magnetometrie (Prinzip) Definition Seite 9

10 Erkundung von Unterwasserhindernissen in Unter- und Auβenelbe Ortung der Hindernisse: Magnetometrie (Apparatur) Seite 10

11 Erkundung von Unterwasserhindernissen in Unter- und Auβenelbe Ortung der Hindernisse: Karte des Magnetfeldes Karte des magnetischen Gradientes mit niedriger Empfindlichkeit. Der Umfang des Wracks ist deutlich sichtbar. Seite 11

12 Erkundung von Unterwasserhindernissen in Unter- und Auβenelbe Ortung der Hindernisse: Karte des Magnetfeldes Karte des magnetischen Gradientes mit hoher Empfindlichkeit. Kleinere Gegenstände werden sichtbar. Die starke Anomalie des Wracks maskiert aber ein Teil des Suchgebietes. Seite 12

13 Erkundung von Unterwasserhindernissen in Unterund Auβenelbe Ortung der Hindernisse: Zusammenführung der Ergebnisse Seite 13

14 Offshore Baggerbarkeiterkundung im Fels Ein wichtiges Thema seitdem grosse CSD s (Cutter Suction Dredger, Pumpenbagger mit Schneidekopf) im Fels einsatzfähig sind. Die Refraktionsseismik wird seit einem halben Jahrhundert zur Bestimmung der Ausreissbarkeit (rippability) auf Land benutzt. Sie wird nun auch im Wasserbau zur Bestimmung der Baggerbarkeit von Fels eingesetzt. Seite 14

15 Offshore Baggerbarkeiterkundung im Fels Hochaulösende Reflektionsseismik ist effizient um die Tiefenlage der Felsoberkante zu bestimmen, gibt aber keine Information über die Festigkeit. Die Refraktionsseismik gibt dagegen Information über die Felseigenschaften aus der seismischen Geschwindigkeit. Die Auflösung ist aber geringer Seite 15

16 Karst- und Hohlraumdetektion Einleitung Wichtiges Thema für Trassenerkundung Die konventionellen geotechnische Verfahren geben sehr lokale Information. Es gibt eine Vielfalt an geophysikalischen Verfahren die eine flächendeckende Information geben. Jedes Verfahren hat aber auch wichtige Einschränkungen. Eine Kombination von Geophysik, Bohrungen und Bohrlochmessungen entspricht dem heutigen Stand der Technik. Seite 16

17 Karst- und Hohlraumdetektion Tagesbruchrisiko bei oberflächenahem Altbergbau Gravimetrische Messung überhalb eines ehemaligen Kammer und Pfeiler Abbaus Seite 17

18 Karst- und Hohlraumdetektion Paleokarst Gröβere, mit Lehm gefüllte Verkarstungen können mit der Geo-elektrik detektiert werden. Seite 18

19 Karst- und Hohlraumdetektion Vorfelderkundung im Tunnelbau Prinzip des Bohrlochradars in einer horizontalen Bohrung (hier im Salzbergbau) Bohrlochradarmessung im Tunnelbau. Deutliche Reflektionen deuten auf mögliche Verkarstungen Seite 19

20 Offshore Kampfmittelerkundung Anwendungen: Offshore Windenergie, Hafenbau, Fahrrinnen Anpassung, Im vergleich mit größeren Hindernissen muss der Abstand zwischen Sensor und Hinderniss so klein wie möglich sein: Nähe am Meeresboden Abstand zwischen Profilen Seite 20

21 Offshore Kampfmittelräumung Schnelle Überprüfung der Treffer bis auf Wassertiefen von 100 m oder mehr mittels Dynamisch Positioniertem Bohrschiffes ROV mit Magnetometer Airlift mit Magnetometer, Akustik- und Videotechnik Greifer Seite 21

22 Schluβfolgerung Geophysikalische Verfahren haben im Wasser- und Tiefbau viele Möglichkeiten aber auch wichtige Einschränkungen Bodenerkundung ist ein komplexes Thema Vielfalt der konventionellen und der geophysikalischen Verfahren Vielfalt der Anwendungsbereiche Die Folgen einer unzureichenden oder mangelhaften Bodenerkundung können gravierend sein (Sicherheit, Funktionsfähigkeit, Kosten, Zeitplan). Bodenerkundung kann (sollte) als selbständiger Fachbereich betrachtet werden. Bodenerkundung als industrieller Prozess: Entwurf einer Kampagne Durchführung von Feld- und Labortests Datenverarbeitung Interpretation und Integration aller Ergebnisse Qualität muss während dem gesamten Prozess gewährleistet werden Seite 22

23 Dankwort Das Wasser- und Schifffahrtsamt Cuxhaven hat uns freundlicherweise die Nutzung von den geophysikalischen Ergebnissen auf der Elbe gestattet. Seite 23