EP0105967A1

EP0105967A1 - Method and apparatus for the investigation of the structure and permeability of soil and rock formations

Info

Publication number: EP0105967A1
Application number: EP82109653A
Authority: EP
Inventors: Werner Prof. Dr. Ernst
Original assignee: Kohlensaure-Werke Rud Buse & Co GmbH
Current assignee: Heidelberger Bauchemie GmbH
Priority date: 1982-10-19
Filing date: 1982-10-19
Publication date: 1984-04-25
Also published as: CA1203401A; AU2028483A; AU570221B2; US4537062A; EP0105967B1; ATE20366T1; DE3271679D1

Abstract

Es wird ein Verfahren geschaffen, mit dessen Hilfe Struktur und Durchlässigkeit von Erd- und Gesteinsbereichen untersucht werden können. Das Verfahren besteht darin, dass ein Messgas in den Untersuchungsbereich eingeleitet und das Messgas nach Durchdringen des Untersuchungsbereiches an mehreren Stellen wieder aufgefangen und gemessen wird, wobei dann aus den Messdaten der verschiedenen Messstellen auf die Struktur und die Durchlässigkeit des Untersuchungsbereiches geschlossen werden kann. Das Verfahren ist insbesondere zur Überprüfung von Dämmen und zur Ortung von unterirdischen Hohlräumen und tektonischen Störungen geeignet. Ausserdem werden Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens offenbart.A method is created with the help of which the structure and permeability of earth and rock areas can be examined. The method consists in introducing a measuring gas into the examination area and, after penetrating the examination area, collecting and measuring the measuring gas again at several points, it then being possible to draw conclusions about the structure and permeability of the examination area from the measurement data of the different measuring points. The method is particularly suitable for checking dams and for locating underground cavities and tectonic disturbances. In addition, devices for performing the method are disclosed.

Description

Die Erfindung betrifft die Untersuchung der Struktur und Durchlässigkeit von Erd- und Gesteinsbereichen und schafft Verfahren und Vorrichtungen zum Durchführen solcher Untersuchungen.The invention relates to the study of the structure and permeability of earth and rock areas and creates methods and devices for performing such studies.

Durch Versuche über die horizontale Ausbreitung von Erdgasen in Leitungsgräben ist es bekannt, daß die Länge der Ausbreitungszone in der Grabenachse von der Durchlässigkeit und Feuchte der Boden- oder Erdschichten abhängig ist. Weiterhin ist es aus der DE-OS 2 705 584 bekannt, daß auch die flächenhafte Ausdehnung von unter Druck eingepreßten Gasen von der Dichte und Feuchte der Böden abhängig ist. Diese Erkenntnisse werden auch bereits für ein Verfahren zur Dichtigkeitskontrolle erdverlegter Rohölleitungen genützt.Experiments on the horizontal spread of natural gases in trenches have shown that the length of the spreading zone in the trench axis depends on the permeability and moisture of the soil or layers of soil. Furthermore, it is known from DE-OS 2 705 584 that the areal expansion of gases injected under pressure is dependent on the density and moisture of the soil. These findings are also already being used for a method for checking the tightness of underground oil pipelines.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, auf der Grundlage des Diffundierens von Gasen durch Erde und Gestein ein Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, mit deren Hilfe es gelingt, die Struktur- und Durchlässigkeitsverhältnisse in Erd-und Gesteinsbereichen zu untersuchen, natürliche oder künstliche Dämme auf Durchsickerungswege und Festigkeitsverhalten zu überprüfen, zum Verhindern von Aus- und Umspülungen hergestellter Sperrschichten zu kontrollieren, unterirdische Hohlräume zu orten, tektonische Gefüge festzustellen und andere Störungen im Untergrundgefüge und im Gefüge von Aufschüttungen zu erkennen, und zwar auf wirtschaftliche und zugleich unschädliche Weise.It is the object of the present invention to create a method and devices on the basis of the diffusion of gases through earth and rock, with the aid of which it is possible to examine the structural and permeability conditions in earth and rock areas, natural or artificial dams Check seepage paths and strength behavior, check the barrier layers produced to prevent rinsing and flushing, locate underground cavities, determine tectonic structures and detect other faults in the subsurface structure and in the structure of fillings, in an economical and at the same time harmless manner.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Hauptanspruch gekennzeichnet. Erfindungsgemäß werden also durch die zu untersuchenden Bereiche oder Schichten Meßgase hindurchgeleitet und anschließend an verschiedenen Meßstellen aufgefangen, wobei dann durch Vergleich der an den rasterartig verteilten Meßstellen erhaltenen Meßdaten eine Art von Röntgenbild gewonnen wird, das Aufschluß über die Struktur und die Durchlässigkeit der untersuchten Objekte gibt und Störungen, etwa Risse oder Hohlräume, einwandfrei erkennen läßt. Dabei ist das Verfahren vergleichsweise kostensparend durchzuführen und erbringt insbesondere bei Verwendung von Kohlendioxid als Meßgas keine nachteiligen Folgen für das Untersuchungsobjekt.The solution to this problem is characterized in the main claim. According to the invention, measurement gases are thus passed through the areas or layers to be examined and then collected at various measurement points, the comparison then being made in a grid-like manner distributed measuring points obtained a kind of X-ray image is obtained, which provides information about the structure and permeability of the objects being examined and faults, such as cracks or cavities, can be recognized perfectly. The method can be carried out comparatively economically and, particularly when carbon dioxide is used as the measurement gas, has no adverse consequences for the object under examination.

In den Ansprüchen 2 -11 sind besondere Ausgestaltungen des Verfahrens für verschiedene Anwendungszwecke gekennzeichnet. In den Ansprüchen 12 - 17 schließlich sind Vorrichtungen angegeben, welche eine besonders zweckmäßige Durchführung des Erfindungsverfahrens gewährleisten.In the claims 2-11 special configurations of the method for different application purposes are characterized. Finally, claims 12-17 specify devices which ensure a particularly expedient implementation of the inventive method.

Einzelheiten des Verfahrens und der Vorrichtungen werden nachfolgend anhand bestimmter Anwendungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1, 1A, 2, 2A,2Bein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung auf die Überprüzweites fun^g eines Dammes,
Fig. 3 ein^/Ausführungsbeispiel der Untersuchung eines und ^3A Damm-Untergrunds und einer Überprüfung einer dem Damm vorgelagerten Sperrschicht, und
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Ortung eines unterirdischen Hohlraums und der Feststellung tektonischer Verwerfungen.

Details of the method and the devices are explained in more detail below on the basis of specific application examples in conjunction with the drawing. Show on the drawing:

1, 1A, 2, 2A, 2B, a first embodiment of the invention in application to the check ^g funz a dam,
3 shows an ^/ exemplary embodiment of the investigation of a and ^3A dam subsoil and a check of a barrier layer upstream of the dam, and
Fig. 4 shows an embodiment of the location of an underground cavity and the detection of tectonic faults.

Als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend die Kontrolle der Durchlässigkeits- und Setzungsverhältnisse eines Dammes erläutert. Dabei sollen vor Beschreibung der Meß- und Kontrollvorrichtung anhand der Fig. 1 und 2 zunächst die allgemeinen Grundlagen und das Verfahren erläutert werden.As a first embodiment of the invention, the control of the permeability and settlement conditions of a dam is explained below. Before the description of the measuring and control device with reference to FIGS. 1 and 2, the general principles and the method are first to be explained.

Wie bereits eingangs erwähnt wurde, ist es durch Versuche über die horizontale Ausbreitung von Erdgasen in Leitungsgräben bekannt, daß die Länge der Ausbreitungszone in der Grabenachse von der Durchlässigkeit und Feuchte der Boden-oder Erdschichten abhängig ist. Ferner ist von Einpressversuchen mit Gasen für die Zwecke der Pflanzenbegasung bekannt, daß auch die flächenhafte Ausdehnung von unter Druck eingepreßten Gasen von der Dichte und Feuchte der Böden abhängt: Mit der Erfindung wird nun ein Verfahren für die Kontrolle der Durchlässigkeits- und Setzungsverhältnisse von eingespülten oder von künstlich geschütteten Erd- und Steindämmen geschaffen, wobei es sich um Dämme von Talsperren, um Seitendämme von Flüssen und Kanälen und um Deiche zur Abwehr von Hochwasser und Sturmfluten handeln kann.As mentioned earlier, it is through experimentation It is known about the horizontal spread of natural gases in pipe trenches that the length of the spreading zone in the trench axis depends on the permeability and moisture of the soil or soil layers. It is also known from press-in tests with gases for the purposes of plant fumigation that the areal expansion of pressurized gases also depends on the density and moisture of the soil: the invention now provides a method for checking the permeability and settlement conditions of flushed in or created by artificially poured earth and stone dams, which can be dams of dams, side dams of rivers and canals and dikes to ward off floods and storm surges.

Die Dichtigkeit eines Dammes gegenüber Sickerwasserzutritt ist ein entscheidendes Sicherheitsmerkmal bezüglich Ausspülungen und ungleichen Setzungen, wobei erhöhte Wasserdurchlässigkeit vorwiegend durch Strukturänderungen und Riß- und Bruchbildungen verursacht werden, die in letzter Konsequenz einen Dammbruch nach sich ziehen können. Dabei ereignen sich Strukturänderungen und Deformationen insbesondere im oberen Bereich vielfach geschichteter, hoher Erddämme, wo es bei ungleichmäßiger Bauausführung zu unterschiedlichen Setzungen zwischen den einzelnen Erdschichten kommen kann. Rißbildungen erfolgen besonders parallel zur Dammachse und quer oder diagonal dazu. Dabei kommt den quer oder diagonal verlaufenden Rißsystemen, die meist nahezu senkrecht zum Dammkörper einfallen, eine besondere Bedeutung zu, weil sie Wege für eine konzentrierte Durchsickerung bilden, was zu einer Erosion der Deckschichten und des Dichtungskerns des Dammes führen kann. Besonders schwerwiegend ist die Entstehung von horizontalen Rissen im Dichtungskern. Derartige Risse sind von der Oberfläche her nicht zu erkennen und stellen die Hauptursache für intensive Durchsickerungen und damit für Dammbrüche dar.The tightness of a dam against seepage water access is a crucial safety feature with regard to flushing out and uneven settling, whereby increased water permeability is mainly caused by structural changes and cracking and fracturing, which can ultimately result in a dam break. Structural changes and deformations occur, particularly in the upper area of multi-layered, high earth dams, where there may be different settlements between the individual layers of the earth if the construction is uneven. Cracks occur particularly parallel to the perineum axis and transversely or diagonally to it. The transverse or diagonal crack systems, which mostly fall almost perpendicular to the dam body, are of particular importance because they form paths for concentrated seepage, which can lead to erosion of the cover layers and the sealing core of the dam. The formation of horizontal cracks in the sealing core is particularly serious. Such cracks are not recognizable from the surface and are the main cause of intensive seepage and thus dam dams.

Die erwähnten Gefahren des Auftretens von Deformationen und Rißbildungen erfordern sorgfältige Kontrollen der Dämme. Zur überwachung der Dämme gibt es bisher für die Zeit während und nach der eigentlichen Bauphase verschiedene Methoden. Zu den bekanntesten Methoden zählen die Messungen der vertikalen und horizontalen Bewegungen im Damminneren mit Hilfe von Inklinometern, Strainmessern, Piezometern und Druckgebern. Alle bisher bekannten Methoden und bautechnischen Maßnahmen haben jedoch den Nachteil, daß sie finanziell aufwendig sind und nur örtlich begrenzte Dammelemente erfassen können.The dangers of the occurrence of deformations mentioned and cracking require careful inspection of the dams. To date, there are various methods for monitoring the dams during and after the actual construction phase. The best known methods include measuring the vertical and horizontal movements inside the dam with the help of inclinometers, strain gauges, piezometers and pressure transmitters. However, all previously known methods and constructional measures have the disadvantage that they are financially complex and can only capture locally limited dam elements.

Demgegenüber wird nun mit der Erfindung ein weitgehend sicheres und wenig aufwendiges Kontrollverfahren geschaffen. Das Verfahren beruht auf der Feststellung und Messung der Strömungswege von injizierten Gasen. Bekanntlich vermögen Gase durch kleinste Porenquerschnitte und Porenverbindungskanäle zu diffundieren, wenn ein Druckgefälle gegeben ist. Nun besitzen Dämme infolge bautechnischer Verdichtungen oder besonderer setzungstechnischer Maßnahmen normalerweise nur eine sehr geringe horizontale Durchlässigkeit für Flüssigkeiten und Gase, horizontal durchlaufende Risse der oben beschriebenen Art vergrößern jedoch das Gefüge desIn contrast, a largely safe and less complex control method is now created with the invention. The method is based on the determination and measurement of the flow paths of injected gases. As is known, gases are able to diffuse through the smallest pore cross-sections and pore connection channels if there is a pressure drop. Now dams usually have only a very low horizontal permeability for liquids and gases due to structural compaction or special settlement measures, but horizontal cracks of the type described above enlarge the structure of the

Dammkörpers und ermöglichen damit einen wesentlich erhöhten Gasdurchgang. Wird nun gemäß der Erfindung Meßgas unter geringst notwendigem Druck in den Damm eingeleitet, dann erhält man ein horizontal ausgerichtetes Strömungsbild und kann einen erheblichen Teil der eingeleiteten Gase auf der Gegenseite des Dammes wieder auffangen und messen. Die Konzentrationen der dort ankommenden Gase und die Zeit, die sie zum Durchströmen des Dammquerschnittes benötigen, stellen Maßangaben für die Durchlässigkeit des Dammes dar. Durch die Anordnung einer Vielzahl von Meßpunkten läßt sich somit eine "Abbildung" des Damm-Innengefüges erzielen, die exakte Auskünfte über Störungen, beispielsweise horizontale Risse ergibt. Es ist dabei auch möglich, dammachsenparallele, mehr oder weniger senkrecht zum natürlichen Untergrund verlaufende Risse, wie sie etwa bei gestörten Setzungsverhältnissen Böschungsabbrüchen, Abscherungen und Grundbrüchen entstehen können, festzustellen. In einem solchen Fall folgen nämlich die injizierten Gase nur anfänglich einem horizontal vorgezeichneten Strömungsweg und gehen dann in das senkrecht gerichtete Gefüge über, was durch Gasmessungen an der Dammoberseite feststellbar ist.Dam body and thus allow a significantly increased gas passage. If, according to the invention, measuring gas is introduced into the dam under the lowest necessary pressure, a horizontally oriented flow pattern is obtained and a considerable part of the gases introduced can be collected and measured again on the opposite side of the dam. The concentrations of the gases arriving there and the time it takes to flow through the cross-section of the dam represent dimensions for the permeability of the dam. By arranging a large number of measuring points, an "image" of the inner structure of the dam can be obtained, which provides exact information about disturbances, such as horizontal cracks. It is also possible to have cracks parallel to the axis of the dam, more or less perpendicular to the natural subsoil, such as those with disturbed settlement conditions Slope demolitions, shearings and ground breaks can occur. In such a case, the injected gases only initially follow a horizontally predetermined flow path and then merge into the vertically oriented structure, which can be determined by gas measurements on the top of the dam.

Das Verfahren nach der Erfindung beruht also darauf, daß unter Druck in den Dammkörper eingeleitete Gase sich entlang der normalen oder gestörten Sedimentstrukturen ausbreiten und im Normalfall einem dem elektrischen Potential vergleichbaren Strömungsbild folgen. Bei einer erheblichen Dichtigkeit der Dämme gelangt nur ein kleiner Teil der injizierten Gase nach erhblicher, in der Größenordnung von Stunden liegender Verzögerung auf der der Injektionsseite gegenüberliegenden Dammseite an. Bei vorhandenen horizontalen Durchlässigkeiten aufgrund von Rißbildungen jedoch erhöht sich die Menge der auf der anderen Seite ankommenden Gase bei gleichzeitiger Verminderung der Diffusionszeit.' Dieses Strömungsbild der injizierten Gase ändert sich jedoch bei Vorhandensein mehr oder weniger vertikal zur Dammhöhe verlaufender Risse, die parallel, diagonal oder senkrecht zur Dammachse gerichtet sein können. Die Gasausbreitung erfolgt dann bevorzugt in diesen Rissen, wodurch ein größerer Gasanteil in Richtung zur Dammkrone abwandert. Auch dort sind die Konzentrationen und die Zeit der ankommenden Gase ein direktes Maß für den Ort, die Größe und die Durchlässigkeit der Störstellen.The method according to the invention is therefore based on the fact that gases introduced into the dam body under pressure spread along the normal or disturbed sediment structures and normally follow a flow pattern comparable to the electrical potential. If the dams are considerably watertight, only a small part of the injected gases will reach the dam side opposite the injection side after a considerable delay of the order of hours. In the case of horizontal permeability due to crack formation, however, the amount of gases arriving on the other side increases while the diffusion time is reduced. This flow pattern of the injected gases changes, however, in the presence of cracks which are more or less vertical to the dam height and which can be parallel, diagonal or perpendicular to the dam axis. The gas propagation then preferably takes place in these cracks, as a result of which a larger proportion of gas migrates in the direction of the dam crown. Here, too, the concentrations and the time of the incoming gases are a direct measure of the location, size and permeability of the defects.

Als Injektionsgas wird insbesondere Kohlendioxid verwendet, welches den Vorteil der leichten Verfügbarkeit, Transportfähigkeit und Meßbarkeit besitzt. Die Gefahr, daß CO₂ mit dem Sickerwasser eine Verbindung (H₂CO₃) eingeht und damit die Löslichkeit von kalkigen und mergenartigen Dammaterialien erhöht, ist infolge der geringen Verweilzeit der Gase im Dammkörper und der geringen Neigung des C0₂, mit Wasser Kohlensäure zu bilden, vernachlässigbar. Selbstverständlich können aber auch andere Gase, beispielsweise Methan, Propan, S0₄ oder aktivierte Gase eingesetzt werden, vorausgesetzt, daß sie keine hohe Reaktionsfähgikeit oder Löslichkeit bezüglich Wasser und Dammaterial aufweisen und einwandfrei meßbar bzw. nachweisbar sind.In particular, carbon dioxide is used as the injection gas, which has the advantage of easy availability, portability and measurability. The risk that CO ₂ with the leachate enters into a compound (H ₂ CO ₃ ) and thus increases the solubility of calcareous and merge-like dam materials is due to the short residence time of the gases in the dam body and the low tendency of C0 ₂ to carbonic acid with water form, negligible. Of course, other gases can also be used for example, methane, propane, S0 ₄ or activated gases are used, provided that they have no high reactivity or solubility with respect to water and dam material and are perfectly measurable or detectable.

Eine Vorrichtung zur Kontrolle eines Dammes gemäß diesem Verfahren ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Dabei ist in Fig. 1 mit 10 ein Damm bezeichnet, auf dessen einer Seite 10a, im allgemeinen der sogenannten Luftseite (Landseite), eine Gas-Injektionseinrichtung vorgesehen ist. Die Gas-Injektionseinrichtung besteht beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer ersten Einheit 11 und einer zweiten Einheit 12. Die Einheit 11 weist einen im wesentlichen rechteckigen Rohrrahmen auf, bestehend aus zwei vertikalen Rohren 13 und vier horizontalen Rohren 14. Die vertikalen Rohre 13 sind an ihren Enden geschlossen. Mit 13a ist ein Gasanschluß bezeichnet. Die horizontalen Rohre 14 münden in die Rohre 13, stehen also mit deren Innenraum in Verbindung und weisen in gleichmäßiger Verteilung öffnungen auf, von denen Plastikschläuche 15 mit Absperrventilen 16 abgehen, an die Injektionsrohre 17 mit Abdichtungskegel 17a angeschlossen sind, wie dies am besten aus Fig. 1A ersichtlich ist. Die weitere Einheit 12 entspricht im wesentlichen der Einheit 11. Es können weitere - nicht gezeichnete - Einheiten vorgesehen sein, die Rollen aufweisen, mit deren Hilfe sie auf der Einheit 11 verschoben werden können, zu welchem Zweck die Oberseiten der Vertikalrohre 13 der Einheit 11 schienenartig ausgebildet sind. Auf diese Weise ergibt sich eine Anordnung in Art einer Ausziehleiter . Selbstverständlich kann die "Ausziehleiter" aus mehreren solchen Einheiten bestehen, je nach Höhe des Dammes.A device for controlling a dam according to this method is shown in FIGS. 1 and 2. 1, a dam is designated in FIG. 1, on one side 10a, generally the so-called air side (land side), a gas injection device is provided. In the exemplary embodiment shown, the gas injection device consists of a first unit 11 and a second unit 12. The unit 11 has an essentially rectangular tubular frame, consisting of two vertical tubes 13 and four horizontal tubes 14. The vertical tubes 13 are at their ends closed. With 13a a gas connection is designated. The horizontal tubes 14 open into the tubes 13, i.e. are connected to the interior thereof and have openings in a uniform distribution, from which plastic tubes 15 with shut-off valves 16 extend, to which injection tubes 17 with a sealing cone 17a are connected, as best shown in FIG 1A can be seen. The further unit 12 corresponds essentially to the unit 11. Further units (not shown) can be provided which have rollers by means of which they can be moved on the unit 11, for which purpose the tops of the vertical tubes 13 of the unit 11 are rail-like are trained. This results in an arrangement in the manner of a pull-out ladder. Of course, the "pull-out ladder" can consist of several such units, depending on the height of the dam.

Bei einer praktischen Ausführungsform weist die Vorrichtung 11 eine Anzahl von sechzehn Injektionsrohren 17 aus Leichtmetall mit einer Länge von 0,5 m auf, die in gleichen Abständen auf die vier Horizontalrohre 14 verteilt sind. Die Vorrichtung 11 weist dabei eine Länge und eine Höhe von jeweils 3 m auf. Durch eine weitere Einheit kann eine Verlängerung der Höhe bis auf 6 m erfolgen. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß es auch möglich ist, einen gesonderten, starren Rahmen vorzusehen, der gegebenenfalls teleskopartig ausziehbar ist, auf welchem Rahmen dann eine oder mehrere Einheiten 11 bzw. 12 rollbar angeordnet sind. Die Verwendung eines gesonderten Rahmens erbringt dabei den Vorteil, daß dieser dann bei Anbringung von Querstegen zugleich als Leiter für die Bedienungspersonen dienen kann.In a practical embodiment, the device 11 has a number of sixteen injection tubes 17 made of light metal with a length of 0.5 m, which are distributed equally between the four horizontal tubes 14. The device 11 has a length and a height of 3 m each. With another unit, a ver the height can be increased to 6 m. It should be pointed out that it is also possible to provide a separate, rigid frame which can optionally be telescopically extended, on which frame one or more units 11 or 12 are then arranged such that they can be rolled. The use of a separate frame provides the advantage that it can also serve as a ladder for the operators when crossbars are attached.

Zum Betrieb der Vorrichtung werden die Injektionsrohre 17 in den Damm eingestoßen oder in vorbereitete Bohrlöcher eingesteckt, wobei die Kegel 17a als Abdichtung dienen. Daraufhin wird unter geringem Druck stehendes Kohlendioxid oder ein anderes Meßgas den Vorrichtungen 11 und 12 zugeführt, und zwar durch Anschluß der Meßgasquelle 18 (Fig. 2B) an den Gasanschluß 13a bzw. einen vergleichbaren Anschluß der Vorrichtung 12. Als Meßgasquelle können ein Tank mit flüssigem Kohlendioxid mit Verdampfer, Kohlensäure-Druckflaschen oder Druckflaschen oder Behälter mit Methan, Propan oder Schwefeldioxid Verwendung finden. Für eine besonders gleichmäßige Zuführung des Gases zu den Injektionsrohren 17 kann es vorteilhaft sein, nicht nur an der bezeichneten Stelle 13a, sondern auch an den Unterseiten der anderen Vertikalrohre 13 einen Gasanschluß vorzusehen.To operate the device, the injection tubes 17 are pushed into the dam or inserted into prepared boreholes, the cones 17a serving as a seal. Then carbon dioxide or another measuring gas under low pressure is supplied to the devices 11 and 12, namely by connecting the measuring gas source 18 (FIG. 2B) to the gas connection 13a or a comparable connection of the device 12. A tank with liquid can be used as the measuring gas source Carbon dioxide with evaporator, carbon dioxide pressure bottles or pressure bottles or containers with methane, propane or sulfur dioxide can be used. For a particularly uniform supply of the gas to the injection pipes 17, it can be advantageous to provide a gas connection not only at the designated point 13a but also on the undersides of the other vertical pipes 13.

Fig. 2 zeigt die gegenüberliegende Seite 10b des Dammes 10, im allgemeinen die Wasserseite des Dammes, an welcher die Meßeinrichtung vorgesehen ist. Die Meßeinrichtung besteht aus einer Vielzahl von Meßsonden 20, deren jede gemäß Fig. 2A über einen Schlauch 21 und ein Magnetventil 22 an ein Rohr 23 angeschlossen ist, welches wahlweise mit einer Vakuumpumpe 24 oder mit einem Gas-Meßgerät 25, vorzugsweise für C0₂, verbunden ist. Jede Meßsonde 20 wird, wie aus Fig. 2A ersichtlich ist, durch ein Rohr gebildet, das in seinem vorderen Bereich perforiert ist und in seinem hinteren Bereich einen Abdichtungskegel 20a aufweist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Meßsonden 20 eine Länge von 20 cm auf und jeweils 10 Sonden 20 bilden eine Meßeinheit, wobei die einzelnen Schläuche 21 zu einem Schlauchbündel zusammengefaßt sind. Die Perforationslöcher der Meßsonden 20 sind zweckmäßigerweise spiralig umlaufend angeordnet.Fig. 2 shows the opposite side 10b of the dam 10, generally the water side of the dam, on which the measuring device is provided. The measuring device consists of a plurality of measuring probes 20, each of which is connected according to FIG. 2A via a hose 21 and a solenoid valve 22 to a pipe 23, which is optionally equipped with a vacuum pump 24 or with a gas measuring device 25, preferably for C0 ₂ , connected is. As can be seen from FIG. 2A, each measuring probe 20 is formed by a tube which is perforated in its front region and has a sealing cone 20a in its rear region. In the exemplary embodiment shown, the measuring probes 20 have a length of 20 cm and 10 probes 20 each form a measuring unit, the individual tubes 21 are combined to form a tube bundle. The perforation holes of the measuring probes 20 are expediently arranged in a spiral all around.

Zunächst werden die Meßsonden 20 in die Deck- oder Isolierschicht des Dammes 10 eingedrückt oder eingeschlagen bzw. in vorgefertigte Bohrlöcher eingesetzt. Die Verteilung der Meßsonden 20 soll dabei möglichst gleichmäßig sein; die Anzahl der verwendeten Meßsonden 20 hängt von den jeweiligen Gegebenheiten ab, wobei selbstverständlich die "Auflösung"der resultierenden Abbildung um so besser ist, je dichter die Meßsonden gesteckt sind. Nach dem Einbringen der Meßsonden 20 wird das gesamte Schlauchsystem mit den daran angeschlossenen Sonden mit Luft gespült und anschließend evakuiert. Damit wird der Gaseintritt in die Sonden und der weitere Transport des Meßgases in die Meßvorrichtungen 25 erleichtert. Nach Beginn der Injektionsphase durch die Injektionseinrichtung von Fig. 1 werden die Gasanalysen von den Sonden einzeln abgerufen, d.h. die einzelnen Magnetventile 22 werden der Reihe nach geöffnet und wieder geschlossen. Die Anzeige des Analysenergebnisses erfolgt zweckmäßigerweise digital. Die Meßapparatur ist mit einer - nicht gezeichneten - starken Membranpumpe versehen, die so leistungsstark ist, daß sie das in den Sonden 20 aufgenommene Gas über die Schlauchleitungen bis zu den Meßinstrumenten 25 transportieren kann. Die Messung der Gaskonzentrationen von CO₂, Methan und Propan durch die Meßgeräte 25 erfolgt zweckmäßigerweise nach dem Prinzip der Wärmetönung. Entsprechende Geräte sind auf dem Markt erhältlich. Ebenso gibt es verschiedene andere Meßsysteme für Schwefeldioxid. Die Ausgangssignale der Meßgeräte 25 werdenzweckmäßigerweise einem Anzeigegerät und/oder einem Druckwerk, insbesondere einem solchen mit grafischer Darstellung, zugeführt, womit eine Art Röntgenbild der Dammstrukturen erhalten und die Auswertung erleichtert wird.First, the measuring probes 20 are pressed or hammered into the cover or insulating layer of the dam 10 or inserted into prefabricated boreholes. The distribution of the measuring probes 20 should be as uniform as possible; the number of measuring probes 20 used depends on the particular circumstances, the "resolution" of the resulting image being better, of course, the closer the measuring probes are inserted. After the insertion of the measuring probes 20, the entire hose system with the probes connected to it are flushed with air and then evacuated. This facilitates gas entry into the probes and the further transport of the measurement gas into the measuring devices 25. After the start of the injection phase by the injection device of FIG. 1, the gas analyzes are called up individually by the probes, ie the individual solenoid valves 22 are opened in sequence and closed again. The analysis result is expediently displayed digitally. The measuring apparatus is provided with a strong diaphragm pump (not shown) which is so powerful that it can transport the gas taken up in the probes 20 via the hose lines to the measuring instruments 25. The measurement of the gas concentrations of CO ₂ , methane and propane by the measuring devices 25 is expediently carried out according to the principle of toning. Appropriate devices are available on the market. There are also various other measurement systems for sulfur dioxide. The output signals of the measuring devices 25 are expediently fed to a display device and / or a printing unit, in particular one with a graphic representation, whereby a kind of X-ray image of the dam structures is obtained and the evaluation is facilitated.

Betragen die Meßlängen mehr als 10 m, so können die einzelnen Schlauchlängen bis auf das 7-Fache vergrößert werden. Dadurch ergeben sich insgesamt 70 Meßschläuche, die im unteren Teil zu einem Schlauchbündel zusammengefaßt werden. Bei einer Abpump- und Analysenzeit von je 20 sec. Dauer sind insgesamt etwa 24 min. zur Durchführung sämtlicher Meßvorgänge an einem Schlauchstrang erforderlich. überschreitet die Meßlänge eines Dammes 70m, so kann eine weitere Meßeinheit von 70 m Länge als zweites Meßsystem eingesetzt werden. Bei einer Gas-Injektionsbreite von 3 m auf der Injektionsseite muß die Breite des Meßsondensystems auf der Empfangsseite wegen der Seitenstreuungseffekte des Gases etwa 6 m betragen. Für die Messung eines 6 m breiten Abschnittes sind also insgesamt drei Schlauchsysteme erforderlich, die, wie oben angegeben, bis auf 70 m ausgelegt werden können. Jedes Schlauchsystem erfordert eine Meßapparatur und eine Bedienungsperson.If the measuring lengths are more than 10 m, the individual hose lengths can be increased up to 7 times the. This results in a total of 70 measuring hoses, which are combined in the lower part to form a hose bundle. With a pumping and analysis time of 20 seconds each, a total of about 24 minutes. required to carry out all measurements on a hose strand. If the measuring length of a dam exceeds 70m, another measuring unit 70m long can be used as the second measuring system. With a gas injection width of 3 m on the injection side, the width of the measuring probe system on the receiving side must be about 6 m due to the side scattering effects of the gas. A total of three hose systems are required for the measurement of a 6 m wide section, which, as stated above, can be designed up to 70 m. Every hose system requires a measuring apparatus and an operator.

Bei kleineren Dämmen erniedrigt sich die Zahl der Meßstellen entsprechend. Durch Zusammenschalten der drei Schlauchsysteme für die 6 m breite Meßfront kann mit einer Meßapparatur und mit einer Bedienungsperson gearbeitet werden. Im Falle solcher kleinerer Dämme erfolgt die Seitenverlagerung der Injektions- und Meßsysteme zweckmäßigerweise auf vorgerichteten, horizontal verlegten Leichtmetallschienen.With smaller dams, the number of measuring points is reduced accordingly. By interconnecting the three hose systems for the 6 m wide measuring front, one can work with one measuring apparatus and with one operator. In the case of such smaller dams, the lateral displacement of the injection and measuring systems is expediently carried out on prepared, horizontally laid light metal rails.

Bei einem zweiten, anhand der Fig. 3 und 3A erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nicht der Dammkörper selbst, sondern dessen geologischer Untergrund überprüft. Auch hierbei geht es jedoch um die Erkundung der Durchlässigkeitsverhältnisse, z.B. von porösen Ablagerungen der Talauen, die ein Unterströmen des Dammkörpers und sogar einen hydraulischen Grundbruch hervorrufen können, oder von klüftigem Fels. Dabei kann die Erkundung der Durchlässigkeitsverhältnisse im natürlichen, unbehandelten Damm-Untergrund und darüberhinaus auch in den mit Zement oder anderen Dichtungsmaterialien behandelten Sperrschichten vorgenommen werden.In a second exemplary embodiment of the invention, explained with reference to FIGS. 3 and 3A, it is not the dam body itself that is checked, but rather its geological subsurface. However, this is also about exploring the permeability conditions, e.g. of porous deposits in the floodplains, which can cause the body of the dam to underflow and even cause a hydraulic break, or of rocky rocks. The permeability conditions can be investigated in the natural, untreated dam subsoil and also in the barrier layers treated with cement or other sealing materials.

In Fig. 3 ist mit 30 ein Damm bezeichnet, in dessen Dichtungskörper 31 ein Kontrollgang 32 parallel zur Damm-Längsachse verläuft. Von diesem Kontrollgang 32 aus werden nun gemäß der Erfindung Injektionsbohrungen 33 in den Damm-Untergrund gebohrt, und zwar vertikal oder schräg verlaufend. Die Bohrlöcher 33 können teilweise oder vollständig verrohrt sein, wobei im letzeren Fall am Bohrlochgrund öffnungen zum Austritt des Injektionsgases in der Rohrwandung vorzusehen sind. Weiterhin ist zumindest eine, für die Aufnahme der Injektionsgase bestimmte Meßbohrung 34 vorgesehen, die vorzugsweise vertikal verläuft und in ihrem oberen Bereich verrohrt ist. Die Injektionsbohrungen 33 und die Meßbohrungen 34 dienen in nachfolgend beschriebener Weise zur Überprüfung des Damm-Untergrunds. Weiterhin ist in Fig. 3 bei 35 eine Sperrschicht, beispielsweise eine Zementinjektion, dargestellt, die an der Wasserseite des Dammes 30 angebracht ist und die gegen Unterspülung schützen soll. Zur überprüfung dieser Sperrschicht 35 dienen eine Injektionsbohrung 36, die teilweise verrohrt ist, sowie auf der Erdoberfläche angebrachte Meßsonden.37. Gemäß Fig. 3A weist eine solche Meßsonde 37 einen Abdichtungskegel 37a auf und ist über eine Schlauchleitung 38 mit Absperrventil 39 an ein - nicht gezeichnetes - Meßgerät angeschlossen. Die Meßsonde 37 ist in eine vorbereitete Bohrung 40 eingesteckt.In Fig. 3, 30 is a dam, in whose you tion body 31 a control passage 32 runs parallel to the longitudinal axis of the dam. From this inspection passage 32, injection bores 33 are now drilled into the dam subsurface according to the invention, namely vertically or at an angle. The boreholes 33 can be partially or completely cased, in the latter case openings at the bottom of the borehole for the injection gas to exit in the pipe wall are to be provided. Furthermore, at least one measuring bore 34 is provided for receiving the injection gases, which preferably extends vertically and is piped in its upper region. The injection bores 33 and the measuring bores 34 are used to check the dam subsoil in the manner described below. Furthermore, a barrier layer, for example a cement injection, is shown at 35 in FIG. 3, which is attached to the water side of the dam 30 and is intended to protect against undermining. An injection bore 36, which is partially piped, and measuring probes 37 on the surface of the earth are used to check this barrier layer 35. 3A, such a measuring probe 37 has a sealing cone 37a and is connected via a hose 38 with a shut-off valve 39 to a measuring device (not shown). The measuring probe 37 is inserted into a prepared bore 40.

Die praktische Durchführung der Überprüfung des Dammuntergrunds erfolgt also mit Hilfe einer oder mehrerer Injektionsbohrungen 33 oder 36, die senkrecht oder schräg bis in eine Tiefe von 100 m in den geologischen Untergrund getrieben werden. Diese Bohrungen 33 können auch nach Beendigung der Bauarbeiten von den Kontrollgängen 32 des Erd- oder Steindammes 30 aus durchgeführt werden. Die in die verrohrten oder unverrohrten Bohrungen 33 unter Druck eingeführten Gase, vorzugsweise Kohlendioxid-Gase oder auch Methan, Propan oder Schwefeldioxid verbreiten sich je nach der Durchlässigkeit der geologischen Schichten mehr oder weniger schnell und weit im Untergrund, zum Teil auch unter Lösung im Grundwasser. Die Ausbreitung dieser Gase in der Tiefe wird durch die Meßbohrungen 34 erfaßt, deren Tiefen im wesentlichen derjenigen der Injektionsbohrungen 33 entsprechen. Die Ausbreitung der injizierten Gase erfolgt jedoch nicht nur horizontal, sondern auch in einem erheblich stärkeren Maße in Richtung zur Erdoberfläche hin. Durch die Anbringung zusätzlicher Flach-Meßbohrungen 37 bis 0,8 m Tiefe ist es möglich, auch an der Oberfläche die Ausbreitung und Geschwindigkeit der Gasverlagerung im Untergrund zu erkennen. Dabei strömt das injizierte Gas in den unverrohrten unteren Teil der Meßbohrlöcher ein, die vorher evakuiert worden sind. Das Gas wird im verrohrten Teil aufgefangen und für die Messung über möglichst kurze Plastikschläuche einem Meßgerät zugeführt, etwa in der Weise, wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist. Von den im Boden vorhandenen bzw. gebildeten Gasen werden die Meßergebnisse dabei erfahrungsgemäß kaum beeinflußt, weil die Konzentrationen der injizierten Gase wesentlich größer sind. Vorzugsweise sind auch zusätzliche Oberflächen-Meßsonden 37 vorgesehen. Im Falle einer Sperrschicht 35 durch Zementinjektionen oder Dichtüngsschleier sind die durch die Injektionsbohrung 36 zugeführten Gase an einer weiteren horizontalen Ausbreitung im Untergrund gehindert und strömen deshalb schon nach kurzer Laufzeit in Richtung zur Erdoberfläche, wo diese Gase dann aufgefangen und gemessen werden können. Nur bei unterbrochener oder unzureichender Dichtigkeit der Sperrschicht 35 wird ein Teil der Gase ungehindert weiterströmen können und dementsprechend erst nach der Sperrschicht 35 zur Oberfläche gelangen. Eine Unterbrechung der Sperrschicht 35 macht sich also dadurch bemerkbar, daß im Unterbrechungsbereich die vor der Sperrschicht 35 befindlichen Meßsonden 37 wesentlich weniger Gas aufnehmen als Meßsonden eines ununterbrochenen, dichten Bereiches der Sperrschicht 35. Selbstverständlich ist es auch möglich, weitere Flach-Meßsonden hinter der Sperrschicht 35 und hinter dem Damm 30 auf der Luftseite aufzustellen, die dann das durch die Sperrschicht 35 hindurchgegangene Gas messen.The inspection of the dam subsoil is therefore carried out in practice with the aid of one or more injection bores 33 or 36 which are driven vertically or obliquely to a depth of 100 m into the geological subsoil. These bores 33 can also be carried out from the inspection passages 32 of the earth or stone dam 30 after completion of the construction work. The gases introduced into the cased or uncased bores 33 under pressure, preferably carbon dioxide gases or also methane, propane or sulfur dioxide, spread more or less quickly and far underground depending on the permeability of the geological layers, partly also in solution in the groundwater. The spread of these gases in depth is detected by the measuring bores 34, the depths of which essentially correspond to those of the injection bores 33. The spread of the injected gases is not only horizontal, but also to a much greater extent towards the surface of the earth. By making additional shallow measuring bores 37 to 0.8 m deep, it is possible to detect the spread and speed of gas displacement in the subsurface, even on the surface. The injected gas flows into the uncased lower part of the measuring boreholes, which were previously evacuated. The gas is collected in the piped part and fed to a measuring device for measurement via the shortest possible plastic hoses, for example in the manner described in the first exemplary embodiment. Experience has shown that the measurement results are hardly influenced by the gases present or formed in the soil, because the concentrations of the injected gases are significantly higher. Additional surface measuring probes 37 are preferably also provided. In the case of a barrier layer 35 by means of cement injections or sealing veils, the gases supplied through the injection bore 36 are prevented from spreading further horizontally in the subsurface and therefore flow after a short period of time towards the surface of the earth, where these gases can then be collected and measured. Only when the barrier layer 35 is interrupted or inadequately tight will a portion of the gases be able to continue flowing unhindered and accordingly only reach the surface after the barrier layer 35. An interruption of the barrier layer 35 is therefore noticeable in the fact that in the interruption area the measuring probes 37 located in front of the barrier layer 35 absorb significantly less gas than measuring probes in an uninterrupted, dense region of the barrier layer 35. Of course, it is also possible to use further flat measuring probes behind the barrier layer 35 and behind the dam 30 on the air side, which then measure the gas that has passed through the barrier layer 35.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem es um die Erkennung und Ortung unterirdischer Hohlräume und tektonischer Störungen des Untergrunds geht, wird nachfolgend anhand der Fig. 4 erläutert. In Fig. 4 ist mit 40 ein unterirdischer Hohlraum bezeichnet, mit 41 eine tektonische Störung. Voncbr Erdoberfläche führt eine Injektionsbohrung 42 vertikal nach unten bis in den Hohlraum 40, und auf der Erdoberfläche ist eine Vielzahl von Flach-Meßsonden 43 angeordnet.A third exemplary embodiment of the invention, which relates to the detection and location of underground cavities and tectonic disturbances of the subsurface, is explained below with reference to FIG. 4. In Fig. 4, 40 is an underground cavity, 41 is a tectonic disturbance. Voncbr earth surface, an injection bore 42 leads vertically down into the cavity 40, and a plurality of flat measuring probes 43 are arranged on the earth surface.

Unterirdische Hohlräume entstehen durch geologische Prozesse oder durch bergmännische Arbeiten. Bei den geologisch bedingten Hohlräumen handelt es sich um Dolinen und Höhlen. Bergmännisch verursachte Hohlräume sind Brunnen, Bohrungen, Schächte, Stollen und Vorrichtungsstrecken zum Abbau von Rohstoffen. Daneben gibt es noch Hohlräume im Untergrund, die aus militärischen Gründen oder zum Schutz der Zivilbevölkerung angelegt worden sind. Lage und Verlauf dieser Hohlräume sind in vielen Fällen nicht genau bekannt. Das gilt insbesondere für alte Bergwerksanlagen, die markscheiderisch nicht mit der gleichen Genauigkeit wie die heutigen Untertagestrecken vermessen sind. Sie werden nicht selten aus Unkenntnis oder mit ungenügender Sicherheit überbaut, was nachträglich zu Setzungen der darüberliegenden Bodenschichten oder sogar zu Einbrüchen der Bauwerke führen kann.Underground voids are created by geological processes or by mining work. The geologically determined cavities are sinkholes and caves. Mined cavities are wells, boreholes, shafts, tunnels and device lines for the extraction of raw materials. There are also underground cavities that have been created for military reasons or to protect the civilian population. The location and course of these cavities are in many cases not exactly known. This applies in particular to old mines, which are not measured with the same accuracy as today's underground lines. It is not uncommon for them to be built over due to a lack of knowledge or with insufficient security, which can subsequently lead to subsidence of the overlying soil layers or even collapse of the structures.

Das Erfindungsverfahren kann nun dazu eingesetzt werden, solche unterirdischen Hohlräume unbekannter Erstreckung und Ausdehnung zu orten. Unter normalen gebirgsmechanischen Verhältnissen bildet sich oberhalb verstürzter Hohlräume ein Senkungskegel mit gerichteten und aufgeweiteten Gefügestrukturen. Diese Gefüge verlaufen in Richtung zum Hohlkörper und verursachen eine größere Durchlässigkeit zwischen dem unterirdischen Hohlraum und der Erdoberfläche. Die Tatsache, daß sich entlang solcher sekundärer Gefügezonen Gase ausbreiten können, wird nun mit der Erfindung ausgenutzt. Zu diesem Zweck werden durch die Injektionsbohrung 42 Kohlendioxidgas oder andere geeignete Gase in den Hohlraum 40 injiziert. Das unter Druck eingeleitete, zu einem Teil auch in Wasser lösliche Gas breitet sich im Hohlraum 40 seitlich aus, wobei mit zunehmender Drucksteigerung Gase über die aufgelockerten Gefügezonen nach oben diffundieren, wo sie durch die Flach-Meßsonden 43 gemessen werden. Der gasgefüllte Hohlraum 40 paust sich also sozusagen mit Hilfe der Gase an der Erdoberfläche durch. Mit anderen Worten, die Meßsonden 43 im Bereich A von Figur 4 werden also Gas aufnehmen, wohingegen die übrigen Meßsonden 43 gasfrei bleiben. Ausbildung und Anordnung der Flach-Meßsonden 43 entsprechen dabei den Meßsonden 37 der Figur 3A.The method of the invention can now be used to locate such underground cavities of unknown extent and extension. Under normal rock mechanics conditions, a subsidence cone with directed and widened microstructures forms above collapsed cavities. These structures run towards the hollow body and cause a greater permeability between the underground cavity and the surface of the earth. The fact that gases can spread along such secondary structural zones is now exploited with the invention. For this purpose, 42 carbon dioxide gas or other suitable gases are injected into cavity 40. The gas, which is introduced under pressure and partly also soluble in water, spreads out laterally in the cavity 40, and with increasing pressure, gases diffuse upward over the loosened structural zones, where they are measured by the flat measuring probes 43. The gas-filled cavity 40 is thus, so to speak, using the gases on the surface of the earth. In other words, the measuring probes 43 in area A of FIG. 4 will thus take up gas, whereas the remaining measuring probes 43 remain gas-free. The design and arrangement of the flat measuring probes 43 correspond to the measuring probes 37 in FIG. 3A.

Der praktische Weg zur Ortung unterirdischer Hohlräume 40 geht dabei von einer Vorerkundung der natürlichen Bodengasverbreitung oberhalb eines vermuteten Hohlraums aus. Die im Zusammenhang mit der Hohlraumbildung stehende natürliche Gaskonzentrierung gibt im aufgelockerten Gefüge des Gebirges rohe Anhaltswerte über die Erstreckung des Hohlraums und damit einen Anhaltspunkt für den Ansatz einer oder mehrerer Injektionsbohrungen 42. Der zweite Schritt zur genaueren Ortung unterirdischer Hohlräume 40 wird dann mit Hilfe der einen oder mehrerer Bohrungen vorgenommen. Der Landepunkt der Bohrung 42 ist nach Möglichkeit der Hohlraum 40 selbst oder das unmittelbar davon betroffene Gebirge, welches über die aufgelockerten Gefüge mit dem Hohlraum 40 in Verbindung steht. Die Bohrung 42 wird bis knapp oberhalb der Lockerzonen provisorisch verrohrt. über den Kopf der Verrohrung erfolgt unter Druck die Injizierung der Meßgase in den Hohlraum 40. Während und nach der Injizierung werden die Bodengasmessungen zur Ermittlung der Gasgehalte in Gebieten erhöhter Durchlässigkeiten vorgenommen.The practical way of locating underground cavities 40 is based on a preliminary investigation of the natural distribution of soil gas above a suspected cavity. The natural gas concentration associated with the formation of cavities gives raw reference values in the loosened structure of the rock about the extent of the cavity and thus a reference point for the preparation of one or more injection holes 42. The second step for the more precise location of underground cavities 40 is then carried out with the help of one or several holes made. The landing point of the bore 42 is, if possible, the cavity 40 itself or the mountains directly affected by it, which is connected to the cavity 40 via the loosened structure. The bore 42 is provisionally piped to just above the loose zones. The sample gases are injected into the cavity 40 under pressure via the head of the piping. During and after the injection, the bottom gas measurements are carried out to determine the gas contents in areas of increased permeability.

Ein besonderer Vorteil des Erfindungsverfahrens besteht darin, daß insbesondere bei Wahl von Kohlendioxid als Einpreßgas, keine bleibenden und schädlichen Auswirkungen auf Gesteine, Böden und Gebäude hervorgerufen werden, weil der größte Teil des injizierten Gases schnell zur Erdoberfläche abwandert und nur ein sehr kleiner Teil des Gases, etwa 0,1%,im Grundwasser zur Kohlensäurebildung verbraucht wird. Kohlendioxid hat den weiteren Vorteil, daß mit einfachen Meßvorrichtungen schnell und exakt quantitativ nachgewiesen werden kann. Dabei kann das Verfahren für die Ortung von Hohlräumen angewendet werden, die in Tiefen bis zu 200 m und tiefer liegen. Auch die anderen erwähnten Gase haben keine schädlichen Auswirkungen, was mit den hohen Verdünnungsgraden in den Erd- und Gesteinsschichten zusammenhängt.A particular advantage of the method of the invention is that, especially when carbon dioxide is selected as the injection gas, no permanent and harmful effects on rocks, floors and buildings are caused because most of the injected gas migrates quickly to the surface of the earth and only a very small part of the gas, about 0.1%, is consumed in the groundwater for the formation of carbonic acid. Carbon dioxide has the further advantage that it can be detected quickly and precisely quantitatively using simple measuring devices. The method can be used to locate cavities that are at depths of up to 200 m and deeper. The other gases mentioned also have no harmful effects, which is related to the high levels of dilution in the layers of earth and rock.

Das eben beschriebene Verfahren kann aber auch dazu dienen, tektonische Störungen des Untergrunds zu erkennen. Wenn die normale Lagerung eines Gebirges durch Brüche (Auf- und Abschiebungen, aktive Klüfte) gestört ist, kann es bei künstlichen Massenauflagerungen, etwa der Errichtung von Dämmen und Gebäuden oder durch den Aufstau bei Talsperren zu einer Verstärkung der Bewegungsvorgänge der tektonischen Brüche kommen. Andererseits können solche Brüche auch die Ursache für unkontrollierte Grundwasserströmungen sein.The method just described can also be used to detect tectonic disturbances in the subsurface. If the normal storage of a mountain range is disturbed by fractures (upward and downward movements, active fissures), artificial mass accumulations, such as the construction of dams and buildings or the build-up of dams, can increase the movement processes of the tectonic fractures. On the other hand, such breaks can also be the cause of uncontrolled groundwater flows.

Um nun solche Brüche 41 (Figur 4) zu erkennen und zu orten,werden erfindungsgemäß durch die Injektionsbohrung 42, die von wenigen Metern bis über 100 m tief sein kann, Meßgase unter Druck eingepreßt, welche sich in porösen Schichten des Untergrunds seitlich ausbreiten. Wenn diese Gase in den Bereich einer tektonischen Störung 41 gelangen, dann steigen die Gase über die durchlässige Störungsschicht 41 zur Erdoberfläche auf und werden durch die an der Erdoberfläche befindlichen Meßsonden 43 festgestellt. Die tektonische Störung 41 bildet dabei eine Art Drainage für die künstlich eingeleiteten Gase. Die Messung der Gase erfolgt in gleicher Weise wie bei der Ortung von Hohlräumen. In diesem Fall stellen die Flach-Meßsonden des Bereiches B Gas fest, während die Meßsonden außerhalb dieses Bereiches im wesentlichen gasfrei bleiben.In order to now recognize and locate such fractures 41 (FIG. 4), measurement gases are pressed in under pressure through the injection bore 42, which can be from a few meters to over 100 m deep, which spread laterally in porous layers of the substrate. When these gases reach the area of a tectonic disturbance 41, the gases rise to the surface of the earth via the permeable disturbance layer 41 and are detected by the measuring probes 43 located on the surface of the earth. The tectonic disturbance 41 forms a kind of drainage for the artificially introduced gases. The gases are measured in the same way as when locating cavities. In this case, the flat measuring probes in area B detect gas, while the measuring probes remain essentially gas-free outside this area.

Besondere Anwendungsgebiete dieses Verfahrens sind neben der Erkundung von tektonischen Brüchen und Kluftsystemen im Bereich geplanter Dämme und Wasser-Stauflächen auch Speicher für die sekundäre Gaslagerung im tieferen Untergrund, natürliche Vorkommen von Erdöl und Erdgas, die durch Brüche gestört sind, Halden, Deponien und Schüttungen, deren Durchlässigkeit untersucht werden soll. Weiterhin ist die Erfindung auch anwendbar bei Kunstbauten aus nur teilbereichsweise durchlässigem Material, etwa Betondämmen mit und ohne Eisenbewehrung, die Korrosionsbereiche oder Rißsysteme aufweisen, wobei das Einleiten der Gase an entsprechenden Stellen erfolgt, etwa von bereits bestehenden Kontrollbohrungen und/oder -gängen aus. Sind dabei nur geringe Gasmengen hindurchleitbar, dann eignen sich als Meßgase insbesondere radioaktiv aktivierte Gase, weil hier selbst bei kleinsten Gasmengen exakte Messungen durch entsprechende Detektoren durchgeführt werden können; vorzugsweise wird man dabei Gase wählen, die leicht aktivierbar sind und - aus Gründen der Sicherheit - eine möglichst kurze Halbwertzeit gewährleisten. Ansonsten wird man bei geringen Durchlässigkeiten Gase möglichst geringer Dichte wählen, beispielsweise Helium, also Gase mit großer Durchdringungsfähigkeit.In addition to the exploration of tectonic fractures and fracture systems in the area of planned dams and water storage areas, special areas of application of this method are also storage facilities for secondary gas storage in the deeper underground, natural occurrences of oil and natural gas that are disturbed by fractures, dumps, landfills and dumps, whose permeability should be examined. Furthermore, the invention is also applicable to structures made of only partially permeable material, such as concrete dams with and without iron reinforcement, which have areas of corrosion or cracking systems, the introduction of the gases taking place at appropriate points, for example from existing control bores and / or passageways. If only small amounts of gas can be passed through, then radioactive gases are particularly suitable as measurement gases, because even with the smallest amounts of gas, exact measurements can be carried out using appropriate detectors; preferably one will choose gases that are easy to activate and - for safety reasons - ensure the shortest possible half-life. Otherwise, with low permeability, gases with the lowest possible density will be chosen, for example helium, i.e. gases with great penetration ability.

Selbstverständlich können hier nicht alle Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung erschöpfend aufgezählt werden; sie ist immer dann anwendbar, wenn aus der Gasdurchlässigkeit bestimmter Boden- bzw. Gesteinsbereiche auf das Vorhandensein von Störungen im weitesten Sinn geschlossen werden kann.Of course, not all possible uses of the invention can be exhaustively listed here; it can always be used if the presence of disturbances in the broadest sense can be inferred from the gas permeability of certain soil or rock areas.

Claims

1. Verfahren zum Untersuchen der Struktur und der Durchlässigkeit von Erd- und Gesteinsbereichen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an einer Injektionsstelle ein Meßgas in den Untersuchungsbereich eingeleitet und nach Durchdringen des Untersuchungsbereiches oder eines Teilbereiches desselben an mehreren Meßstellen wieder aufgefangen und gemessen wird, wobei aus der Zeit, die das Meßgas zum Durchdringen des Untersuchungsbereiches benötigt, und aus der Konzentration des aufgefangenen Meßgases die Struktur und die Durchlässigkeit des Untersuchungsbereiches bestimmt werden.1. A method for examining the structure and permeability of earth and rock areas, characterized in that a measuring gas is introduced into the examination area at least at one injection point and, after penetrating the examination area or a partial area thereof, is again collected and measured at several measuring points, whereby from the time it takes for the measuring gas to penetrate the examination area, and the structure and permeability of the examination area are determined from the concentration of the collected measuring gas.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur überprüfung von Erd- und Gesteinsdämmen, insbesondere zur Feststellung und Ortung von Rissen, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgas an der einen Dammseite, insbesondere der Luftseite, an mehreren Stellen in den Dammkörper eingeleitet und auf der gleichen der der gegenüberliegenden Dammseite, insbesondere der Wasserseite, und/oder auf der Dammkrone an Meßstellen wieder aufgefangen wird.2. The method according to claim 1 for checking earth and rock dams, in particular for the detection and location of cracks, characterized in that the measuring gas is introduced at one point on the dam side, in particular the air side, into the dam body at several points and on the same as that of the opposite dam side, in particular the water side, and / or is collected again at measuring points on the dam crown.

3. Verfahren nach Anspruch 1 zur überprüfung von Erd- und Gesteinsdämmen mit Kontrollgängen und/oder Kontrollbohrungen, insbesondere zur Feststellung und Ortung von Rissen, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgas von einem Kontrollgang und/ oder von Kontrollbohrungen aus an mehreren Stellen in den Dammkörper eingeleitet und auf einer Dammseite, insbesondere der Wasserseite, und/oder auf der Dammkrone an Meßstellen wieder aufgefangen wird.3. The method according to claim 1 for checking earth and rock dams with inspection passages and / or inspection holes, in particular for the detection and location of cracks, characterized in that the measuring gas is introduced from a inspection passage and / or inspection holes from the dam body at several points and is collected again at measuring points on a dam side, in particular the water side, and / or on the dam crown.

4. Verfahren nach Anspruch 1 zum Untersuchen des Untergrunds von Erd- und Gesteinsdämmen, dadurch gekennzeichnet, daß von der Erdoberfläche, benachbart der einen Dammseite, aus oder von im Damm verlaufenden Kontrollgängen aus vertikale oder schräge Injektionsbohrungen in den Dammgrund gebohrt und in die Injektionsbohrungen dann ein Meßgas eingeleitet wird, und daß von der Erdoberfläche, insbesondere der anderen Dammseite, vorzugsweise der Luftseite, aus in den Erdboden vertikale oder schräge Meßbohrungen zur Aufnahme des den Dammuntergrund durchdringenden Meßgases gebohrt werden.4. The method according to claim 1 for examining the subsoil of earth and rock dams, characterized in that from the surface of the earth, adjacent to one side of the dam, or from inspection passages running in the dam from vertical or oblique injection bores in the dam bottom bored and then a measuring gas is introduced into the injection bores, and that vertical or inclined measuring bores are drilled from the surface of the earth, in particular the other side of the dam, preferably the air side, for receiving the measuring gas penetrating the dam subsurface.

5. Verfahren nach Anspruch 1 zum Orten und Feststellen der Dimensionen unterirdischer Hohlräume, dadurch gekennzeichnet, daß von der Erdoberfläche aus vertikale oder schräg verlaufende Injektionsbohrungen bis in den Bereich des vermuteten Hohlraums, vorzugsweise bis in den Hohlraum hinein, gebohrt und in die Injektionsbohrungen ein Meßgas eingeleitet wird, und daß in der Erdoberfläche im Bereich oberhalb des vermuteten Hohlraums eine Vielzahl von Meßstellen zur Aufnahme des aufsteigenden Meßgases angeordnet wird.5. The method according to claim 1 for locating and determining the dimensions of underground cavities, characterized in that vertical or inclined injection bores from the surface of the earth into the area of the suspected cavity, preferably into the cavity, drilled and in the injection bores a measuring gas is initiated, and that a large number of measuring points for receiving the rising measuring gas is arranged in the surface above the suspected cavity.

6. Verfahren nach Anspruch 1 zum Erkennen tektonischer Untergrundstörungen, insbesondere zum Orten tektonischer Brüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der Erdoberfläche aus Meßbohrungen in den Untergrund gebohrt und in die Meßbohrungen Meßgas eingeleitet wird und daß auf der Erdoberfläche im Bereich oberhalb der vermuteten Störungen bzw. Risse eine Vielzahl von Meßstellen zur Aufnahme des aufsteigenden Meßgases vorgesehen ist.6. The method according to claim 1 for detecting tectonic background disturbances, in particular for locating tectonic fractures, characterized in that measuring holes are drilled from the earth's surface into the subsurface and measuring gas is introduced into the measuring holes and that on the earth's surface in the area above the suspected disturbances or Cracks a plurality of measuring points for receiving the rising measuring gas is provided.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, insbesondere 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrmal wiederholt wird, wobei auf der Grundlage der Meßergebnisse der jeweils vorhergehenden Verfahrensstufe neue Injektionsbohrungen gebohrt werden.7. The method according to any one of claims 1-6, in particular 5 or 6, characterized in that it is repeated a number of times, new injection holes being drilled on the basis of the measurement results of the preceding process step.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektions- und/oder die Meßbohrungen in ihrem jeweiligen Kopfbereich verrohrt und abgedichtet werden.8. The method according to claims 4-7, characterized in that the injection and / or the measuring bores are piped and sealed in their respective head region.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1- 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstellen zu einem Meßfeld mit einer einzigen Erfassungsstation vereinigt werden, an welcher eine Auswertung mittels Datenverarbeitung erfolgt.9. The method according to any one of claims 1- 7, characterized ge indicates that the measuring points are combined to form a measuring field with a single detection station, at which an evaluation takes place by means of data processing.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgas Kohlendioxid, - gasförmige Kohlenwasserstoffe und/oder aktivierte, insbesondere radioaktiv aktivierte Gase verwendet werden.10. The method according to any one of claims 1-9, characterized in that carbon dioxide, - gaseous hydrocarbons and / or activated, in particular radioactively activated gases are used as the measurement gas.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Meßgase verwendet werden, und zwar nacheinander oder an verschiedenen Injektionsstellen.11. The method according to any one of claims 1-9, characterized in that different measuring gases are used, one after the other or at different injection sites.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Injektionseinrichtung (11, 12) aus rahmen- oder leiterartig miteinander verbundenen Rohren (13, 14), wobei an die horizontalen Rohre (14) über Schlauchleitungen (15) rohrförmige Injektionssonden (17) angeschlossen und die vertikalen Rohre (13) mit einer Meßgasquelle verbunden sind und durch eine Meßeinrichtung (20, 21, 22, 23, 25) aus einer Vielzahl von rohrartigen Meßsonden (20), die über Schläuche (21), Magnetventile (22) und ein gemeinsames Sammelrohr (23) an eine Meßvorrichtung (25) angeschlossen sind.12. The device for carrying out the method according to claim 2, characterized by an injection device (11, 12) made of tubes or frames (13, 14) connected to one another in the manner of a frame or ladder, tubular injection probes () being connected to the horizontal tubes (14) via hose lines (15). 17) and the vertical tubes (13) are connected to a sample gas source and by means of a measuring device (20, 21, 22, 23, 25) made up of a plurality of tube-like measuring probes (20) which are connected via hoses (21), solenoid valves (22 ) and a common manifold (23) are connected to a measuring device (25).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Injektionseinrichtungen (11, 12) vorgesehen sind, die vorzugsweise unmittelbar oder über ein Leitergestänge verschiebbar oder ausziehbar miteinander verbunden sind.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that a plurality of injection devices (11, 12) are provided, which are preferably connected to each other directly or via a linkage slidably or extensively.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßeinrichtungen vorgesehen sind, wobei die Meßgeräte (25) an eine gemeinsame Anzeigeelemente und/oder Durckwerke enthaltende Auswertstation angeschlossen sind.14. The apparatus according to claim 12 or 13, characterized in that a plurality of measuring devices are provided, the measuring devices (25) being connected to a common display element and / or pressure station containing evaluation unit.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektions- und/oder Meßsonden (17; 20) an ihrem hinteren Ende Abdichtungskegel (17a; 20a) aufweisen.15. Device according to one of claims 12 - 14, there characterized in that the injection and / or measuring probes (17; 20) have sealing cones (17a; 20a) at their rear ends.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelrohre (23) der Meßeinrichtung zusätzlich an einer Vakuumpumpe (24) anschließbar sind.16. Device according to one of claims 12 - 15, characterized in that the collecting tubes (23) of the measuring device can also be connected to a vacuum pump (24).

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 - 7, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von rohrförmigen Flach-Meßsonden (37, 43) mit Abdichtungskegeln (37a), die in vorgefertigte Oberflächenbohrungen einsteckbar und über Schlauchleitungen mit einer gemeinsamen Meß- und Anzeigestation verbunden sind.17. Device for performing the method according to one of claims 4-7, characterized by a plurality of tubular flat measuring probes (37, 43) with sealing cones (37a) which can be inserted into prefabricated surface bores and via hose lines with a common measuring and display station are connected.

18. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Untersuchung von Kunstbauten aus nur teilbereichsweise gasdurchlässigen Baustoffen, wie Betonbauten mit Korrosionsbereichen und/oder Rißsystemen.18. The method according to claim 1, characterized by its application for the investigation of structures made of gas-permeable building materials, such as concrete structures with corrosion areas and / or crack systems.

1. Verfahren zum Untersuchen der Struktur und der Durchlässigkeit von Erd- und Gesteinsbereichen mittels Gasen, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest an einer Injektionsstelle ein Meßgas in den Untersuchungs- bereich eingeleitet und nach Durchdringen des Untersuchungsbereiches oder eines Teilbereiches desselben an mehreren, flächenhaft verteilten Meßstellen wieder aufgefangen und gemessen wird, wobei aus der Zeit, die das Meßgas zum Durchdringen des Untersuchungsbereiches benötigt, und aus der Konzentration des aufgefangenen Meßgases die Struktur und die Durchlässigkeit des Untersuchungsbereiches bestimmt werden.1. A method for examining the structure and the permeability of earth and rock areas by means of gases, characterized in that a measuring gas is introduced into the examination area at least at one injection point and again after penetrating the examination area or a partial area thereof at several measuring points distributed over a large area is collected and measured, the structure and the permeability of the examination area being determined from the time it takes for the measurement gas to penetrate the examination area and from the concentration of the measurement gas collected.