Sammanfattning  (Scroll down for an English summary)

Syfte med denna undersökning var att verifiera Real Time Grouting Control (RTGC)-metod i fält. Idé var att hitta lämpliga bergsprickor i fält, injektera de och mäta bruksspridning i tid. Samtidigt beräknar man också spridningen enligt RTGC-metoden. Skillnaden mellan den beräknade och uppmäta spridningen ger en indikation om noggrannheten av RTGCM. Osäkerheten finns i beräkningsmodellen men också i bestämningen av parametrarna som används i modellen. Därför är det viktigt att ta hänsyn till noggrannheten i bestämningen av parametrarna också.

Mätnoggrannhet av flöde och injekterad brukvolym har diskuterats eftersom de har stor påverkan på brukspridning. Det förväntades relativt låga flöden och volymer så en plexiglas cylinder har tagits fram som brukbehållare för att kontrollera mätningen av flöde uppmäta med injekteringsriggen. Det visades att vid låga flöden flödesmätningen med injekteringsriggen är inte tillräckligt noggrann. För transmissivitetsmätningar i Äspölaboratoriet användes SKBs High water injection controller (HWIC) utrustning. Det är en special tillverkad utrustning för noggrannare transmissivitetsmätningar som kan mäta flöden ner till 2 ml/min.

Nacka gruvan och Äspölaboratoriet var platser där fältförsök har genomförts. Dessa anläggningar kan vara mera lämpliga för fältförsök jämfört med tunnlar som är i produktion relaterad till produktionsstörningar men en del problem fanns också i dessa anläggningar vid sökandet av sprickor. I Nacka gruvan var antal plaster med sprickor ganska begränsad på grund av gamla borrhål från tester av borriggar. Problem med Äspölaboratoriet var relaterade till att hitta platser som är inte tidigare injekterade, sprutade med betong och som inte ligger för djupt. Till slut valdes fem platser med sprickor i tunnelväggen i Nacka gruvan och fem plaster i Äspölaboratoriet. Man har borrat ett borrhål per plats med mål att träffa dessa valda sprickor cirka 5 m från tunnelvägen och testa om de är konduktiva dvs. prolongerar och leder vatten hela vägen från borrhålet till tunnelväggen. Bilder av försöksplatserna, borrkärnor och borrhållen tagna med borrhålkamera samt resultat från transmissivitetsmätningar visas i bilagor.

Transmissivitetsmätningar av borrhål är gjorda på 1 m långa sektioner. Anledningen för val av en relativt kort testsektion är att antal sprickor per sektion blir mindre.  Det innebär att man kan noggrannare bestämma b från parameter . Sammanlagt har man testat 34 sektioner i Nacka gruvan och 31 sektion i Äspölaboratoriet.

Transmissivitetsmätningar i Nacka visade väldigt små flöden, runt 0.1 till 0.2 l/min vilket motsvarar en bhyd mellan25 och 31 µm. Medelvärde av den fysiska sprickvidden är principiellt samma. Det betyder att dessa sprickor inte kan injekteras lätt med cementbruk. Dessutom kunde man inte observera vattenutflöde från sprickorna på tunnelväggarna under transmissivitetsmätningar. Man vet inte vart dessa små vattenflöden tog väggen och då är det svårt att borra observationsborrhål för att följa spridning av bruk.

Transmissivitetsmätningar av 31 sektion i Äspölaboratoriet visade i princip samma resultat. Bara vid tester av tre sektioner uppmättes flöden av någorlunda betydande storlek. I BH9 sektion 5 uppmättes flöde av 0.8 l/min vilket motsvarar bhyd av50 µm eller medelvärde av den fysiska sprickvidden av 50 till 60 µm. Det är en relativt små spricka för injektering med cementbaserat bruk. Problemet var också att man inte kunde se vart vattnet tog väggen. Vattenflöde kunde inte observeras på tunnelväggen från den förväntade sprickan. Pga. det och en liten fysisk sprickvidd var sektion inte lämplig för injekteringstest. 

I BH12 sektion 3 och 4 uppmättes flöde av cirka 0.35 l/min vilket motsvarar en bhyd av37 µm och ger en medelvärde av den fysiska sprickvidden av cirka 40 till 45 µm. Dessa sprickor är också relativt små för injektering med cementbaserade bruk. Dessutom i BH12 sektion 3 kunde man inte heller observera vart vatten tog väggen. I BH12 sektion 4 kunde man observerade vattenflöde komma till tunnelvägen med den observerade vattenflöde kom inte från den valda sprickan utan den kom från en spricka 1 m ovanför borrhålmynningen. Att bestämma flödesvägar från borrhålsektionen till denna spricka i tunnel väggen är väldigt osäkert vilket bidrar till stora osäkerheter av eventuell jämförelse mellan den uppmät spridningen i tiden med den beräknade enligt RTGCM. Det skulle vara svårt också att borra observationsborrhål och följa den eventuella spridningen av bruket. Dessutom var det en väldigt små spricka. Baserad på alt detta bedömdes sprickan som olämplig för injekteringstest.

Genomförda transmissivitetsmätningar samt undersökningar av sprickor med kärnborrning och borrhålkamera visar att sprickor inte är så konduktiva som man har förväntat. Även om sprickor syns i tunnelvägen och fins i berget är majoriteten av de inte konduktiva i en lokal skala.

Summary

Aim of this study was to verify Real Time Grouting Control (RTGC) method in the field. Idea was to find suitable rock fractures in field, grout them and measure spread in time. In the same time, we have also to calculate the spread according to RTGC method. The difference between the calculated and measured spread give us an indication of the accuracy of RTGCM. The uncertainty exists in the calculation model but also in the determination of the parameters used in the model. Therefore it is important to take into account the accuracy of the determination of the parameters as well.

Accuracy of measurements of flow and grouted volume has been discussed because they have a large impact on spread. Relatively low flows and volumes were expected, so a grout container in plexiglass has been produced to control the flow measured with grouting rig. It was shown that at low flow, the flow measurement with grouting rig is not sufficiently accurate. For transmissivity measurements in Äspö HRL, SKB’s High water injection controller (HWIC) equipment was used. It is special equipment produced for accurate transmissivity measurements. It can measure flow down to 2 ml / min.

Nacka mine and Äspö HRL were places where field tests have been conducted. These facilities are more suitable for field tests compared to the tunnels in production due to disturbances, but in these facilities we had also some problems during the searching of the suitable fractures. In Nacka mine the number of places with cracks was quite limited because of old drill holes from the testing of drill rigs. Problems with the Äspö HRL were related to finding places that are not previously grouted, sprayed with shotcrete and that is not too deep. At the end, five places with fractures in the tunnel walls were chosen in Nacka mine and five in the Äspö HRL. One borehole per site were drilled with the goal to cross these selected fractures about 5 m from tunnel wall and test if they are conductive i.e. lead water from the borehole to the tunnel wall. Images of test sites, drill cores and borehole taken with borehole camera as well as results from the transmissivity measurements are shown in the appendices.

Transmissivity measurements of boreholes are performed on 1 m long sections. The reason for the choice of a relatively short test section is that the number of fractures per section will be smaller. This means that accuracy of determination of fracture aperture b from the parameter will be higher. Altogether 34 sections in Nacka mine and section 31 in the Äspö HRL have been tested.

The transmissivity measurements in Nacka showed very small flows, around 0.1 to 0.2 l / min. This corresponds to a bhyd between 25 and 31 µm. Mean value of the physical aperture for low values of bhyd is principally the same. These fractures cannot be easily injected whiteout filtration with cement-based grout. Moreover, the water outflow from the fractures in the tunnel walls was not observed during the transmissivity measurements. In case of grouting test it will be very difficult to drill observation boreholes to monitor the spread of grout.

The transmissivity measurements of 31 sections in Äspö HRL showed principally the same results. Only in three sections the measured water flow was of some substantial size. In BH9 section 5 the measured flow was 0.8 l / min corresponding to a bhyd of 50 µm or the mean physical aperture of 50 to 60 µm. It is also a relatively small fracture for grouting with cement-based grout. The water flow was neither observed at the tunnel wall from the expected fracture. Because of it and a small physical fracture it was judged that this section was not suitable for grouting test.

In BH12 section 3 and 4 the measured flows were about 0.35 l / min corresponding to a bhyd of 37 µm and a mean physical aperture of about 40-45 µm. These fractures are also small for grouting with cement-based grout. Furthermore, in BH12 section 3, water outflow at the tunnel wall was neither observed. In BH12 section 4 water outflow was observed but not from the selected fracture. The outflow was observed from a crack 1 m above the borehole. To determine the flow paths from this borehole section to the tunnel wall is very uncertain. This would contribute to a large uncertainty in eventual comparison between measured spread in time with calculated according RTGCM. It would be also difficult to drill observation bore holes and monitor the possible spread of the grout. In addition, the fracture is very small. Based on all this information these fracture was also judged as inappropriate for grouting test.

The performed transmissivity measurements and examination of fractures with core drilling and borehole camera showed that the cracks are not conductive as we had expected. Even if fractures are visible at the tunnel wall and exist in the rock the majority of them are not conductive in a local scale.