ZJIŠŤOVÁNÍ ÚNIKŮ VODY Z PŘEHRAD, KONTROLA FUNKČNOSTI TĚSNICÍCH STĚN A KONTROLA ÚSPĚŠNOSTI NÁPRAVNÝCH PRACÍ S VYUŽITÍM KAROTÁŽNÍCH MĚŘENÍ

Transkript

1 ZJIŠŤOVÁNÍ ÚNIKŮ VODY Z PŘEHRAD, KONTROLA FUNKČNOSTI TĚSNICÍCH STĚN A KONTROLA ÚSPĚŠNOSTI NÁPRAVNÝCH PRACÍ S VYUŽITÍM KAROTÁŽNÍCH MĚŘENÍ Svatopluk Kořalka Abstrakt Nová aplikace Karotáže umožňuje řešit úlohy související s detekcí úniků vody z přehrad netěstnostmi v tělesech přehrad samých a puklinami v okolním horninovém masívu. Karotáž je využívána pro kontrolu funkčnosti těsnicích stěn stavebních jam nebo těsnicích hrází podél vodních toků. V první fázi je cílem karotážního měření ve vrtech zjistit tektonické porušení hornin, určit jednotlivé pukliny a ověřit stav jednotlivých těsnicích prvků. Jsou detekována místa, v nichž dochází k prosakování vody nebo podtékání vody pod hrází nebo pod těsnící stěnou. Na základě výsledků karotáže jsou vytipována místa z hlediska úniků vody kritická. Výsledkem je doporučení, kam zaměřit nápravné injektážní práce. V druhé etapě je na základě karotážních měření prováděna kontrola úspěšnosti injektáží v původních (převrtaných) nebo v nově vyvrtaných vrtech. Průběžně se sleduje, jak dochází ke snižování průsaků. Sleduje se rovněž přítomnost injektážní směsi v puklinách nebo v materiálu těsnicích stěn nebo přehradních těles. Abstract DETECTION OF WATER LEAKAGES FROM DAMS, CONTROL OF SEALING WALS AND CONTROLS OF EFFICIENCY OF CORRECTIVE WORKS BY MEANS OF WELL LOGGING. New application of well logging has been used as a modern method for detection of water leakages from dams through bodies of dams and through the fractures in rock massive. Well logging methods are used for control of proper function of sealing walls (foundation) or sealing levees on rivers. The aim of the first stage of well logging is to study of tectonical situation, detection of fractured zones and to study of the actual stage of sealing elements. Sites of leakages through or below sealing and through body of dams are detected. Based of well logging results the most critical places are determined. The result is recommendation where injection works should be directed. Second stage of impermeabilization of dams and sealing walls is control of the quality of grouting by means of well logging in redrilled and in new boreholes. Elimination of leakages has been traced by well logging methods. Also presence of cement in fractures or in sealing walls (or bodies of dams) is controlled by means ow these methods. Klíčová slova Karotáž, rezistivimetrie, magnetická karotáž, hustotní karotáž, metoda ředění, úniky vody, přehrada, těleso hráze, boky přehrady, těsnicí clona, injektáž, vrt. Key words Well logging, fluid resistivity log, magnetic log, density log, method of filtration, weter leakages, dam, body of dam, banks of water reservoir, sealing wall, borehole. Úvod Karotážní měření je geofyzikální metoda pro určování fyzikálních vlastností hornin a kapalin ve vrtech. Karotážní měření zahrnuje řadu metod, které jsou využívány při řešení geologickoprůzkumných úkolů při vyhledávání nerostných surovin, při řešení hydrogeologických zadání, při inženýrsko-geologických průzkumech, při řešení postupu sanací znečištěných území a v celé řadě dalších problémů. Naše společnost se vedle klasických oblastí užití karotáže zaměřila i na specifické problémy staveb. Mezi ně patří i využití karotáže při sledování úniků vody z již postavených přehrad a při kontrole funkčnosti těsnících stěn. Problematika a způsob jejího řešení jsou velmi podobné.

2 Metodika prací Hlavním úkolem je vysledovat nežádoucí pohyb vody ve vlastních přehradních profilech, v bočních březích přehradních nádrží a u těsnicích stěn vysledovat nežádoucí pohyb skrz těsnicí stěnu nebo její podtékání. V zájmové oblasti je vyvrtána řada průzkumných vrtů většinou v liniích s pravidelným krokem. V těchto vrtech je provedeno karotážní měření vhodně zvolenou metodikou pro ověření litologie, mechanického porušení hornin a technického stavu vrtu (obvykle gama karotáž, elektrokarotáž, kavernometrie, magnetická karotáž, příp. ve složitějších případech u přehrad akustická karotáž). Toto měření slouží i jako srovnávací nulové měření pro kontrolu následných injektážích prací. Důležitou součástí metodiky je sledování pohybu vody v proměřovaném vrtu. Hydrokarotážní měření zahrnují zjištění přírodního proudění vody ve vrtu metodou ředění (chloridem sodným je snížen měrný elektrický odpor vody ve vrtu a je sledováno zvyšování tohoto odporu v závislosti na čase). Touto metodou jsou zjištěna místa přitékání vody do vrtu, ztrátové horizonty, rychlost vertikálního pohybu vody ve vrtu v různých hloubkách, případně horizontální pohyb vody napříč vrtem a jeho rychlost (m/den). Při porušení hydrodynamické rovnováhy ve vrtu čerpáním příp. nálevem jsou potvrzeny propustné polohy zjištěné metodou ředění za přírodních podmínek, případně zjištěny další propustné horizonty, které se za přírodních podmínek ve vrtu neprojevily. Čerpání může být realizováno buď přímo ve sledovaném vrtu nebo u těsnicích stěn ve vrtu, který se nachází na odvrácené straně prověřované stěny. Schéma metodiky měření hydrokarotáže při ověřování vlastností těsnicích stěn (převážně pilotážních) je na následujícím obrázku: Obr. 1 Schema metodiky měření hydrokarotáže u těsnicích stěn (červeně rezistivimetrické křivky) Z obr.1 je patrné, že lze jednoduše rezistivimetrickým měřením metodou čerpání v kontrolních vrtech zjistit místa podtékání těsnicí stěny (pod patou stěny) případně místa, kde stěna netěsní (trhlina v místě vrtu na levé straně mezi prvním a druhým vrtem).

3 Metodika prací je volena podle situace na lokalitě a účelu měření. Na základě karotážních prací jsou vytypována místa, kde dochází k porušení jednotlivých sledovaných prvků, tzn. těsnicích stěn, základových stavebních jam, těles přehrad, propustných poloh ve vlastních konstrukcích přehradních profilů. Rovněž se to týká základových spár přehrad nebo hornin pod jejich patou. U přehrad jsou důležité i úniky bočními břehy přehrad v případě zkrasovělých, místy silně propustných hornin. Tyto údaje slouží stavebním firmám pro zvolení vhodných nápravných opatření. Jejich cílem je zlepšení vlastností jednotlivých prvků tak, aby se úniky nebo průniky vody těmito prvky minimalizovaly. Většinou se používají injektáže vhodnou směsí. Po nápravných opatřeních se provádějí kontrolní měření zaměřené jednak na kvalitu vlastní cementace, a jednak na zjištění celkového snížení průtoku vody injektovaným prostředím. Přítomnost cementové směsi v injektovaném prostředí je detekována metodou magnetické karotáže cementová směs má obvykle vyšší susceptibilitu než okolní hornina (metodu nelze jednoznačně použít při injektáži betonových konstrukcí), Kontrolní měření jsou rozhodující pro určení úspěšnosti nápravných opatření, případně pro doporučení jejich případného opakování. Kontrolní měření se provádějí v nově vyvrtaných vrtech nebo převrtaných vrtech původních, které byly zacementovány. Po kontrolních měřeních jsou tyto vrty opět zacementovány (zainjektovány). Kontrolu kvality injektážních prací je přesnější provádět ve stejných převrtaných vrtech, kde máme k dispozici předcházející měření susceptibilty a lze dobře určit zvýšený obsah cementu hornině. Kontrolu těsnosti prvku z hlediska pohybu vody lze realizovat i v nových vrtech jinde umístěných. Příklady měření prezentujeme na několika následujících obrázcích pro různé typy úloh. Příklady použití karotáže přehrady První dva obrázky jsou z přehrady Algar ve Španělsku, kde jsme sledovali úniky vody zejména pod hrází vlastního tělesa přehrady: Obr.2 Karotážní měření měření v tělese přehrady Algar základní metodika

4 Obr.3 Karotážní měření v tělese přehrady Algar - hydrokarotáž Na obr.2 je prezentována poměrně široká použitá karotážní metodika včetně akustické karotáže. Na obr.3 jsou znázorněny výsledky hydrokarotáže (nálevu - 4. a 8.sloupec) a určení významné propustné polohy. Tato poloha v hloubce cca m byla následně injektována. Propustnost podloží přehradní hráze bylo zkoumáno řadou vrtů a po jejich proměření karotáží byly určeny preferenční cesty podtékání přehrady (obr. 4) Obr.4 Schéma podtékání přehradní hráze přehrady Algar

5 Obr.5 Přehrada Algar při povodních a úniky vody podtékáním v levé části Další příklad je z přehrady Guiamets v Katalánsku, kde voda z přehrady unikala převážně bočními břehy přehrady v silně zkrasovělých dolomitech. S krokem cca 5 m byly podél obou břehů přehrady vyhloubeny injektážní vrty, všechny byly proměřeny karotáží a zjištěn stav úniků vody.vrty byly injektovány, opětovně převrtány a karotáží ověřena úspěšnost injektáží. Tento proces se opakoval až 4x, kdy byla hornina ověřena jako nepropustná. Na obr.6 je znázorněn přírůstek cementové směsi v horninách pomocí měření susceptibility a schematické znázornění existence cementu ve vrtech. V prezentovaném vrtu byl průtok vrtu před injektáží l/den, po první injektáži l/d a po druhé již jen pouze 500 l/den. Nápravná opatření na této přehradě byla velmi úspěšná a po jejich ukončení se podařilo přehradu naplnit zcela vodou (hladina stoupla o 18 m). Předtím se nepodařilo přehradu vůbec naplnit.

6 Obr.6 Příklad zvyšující se kvality injektáže na bocích přehrady Guiamets v Katalánsku

7 Příklady použití karotáže těsnicí stěny Těsnicí stěny jsou budovány jako ochrana stávajících nebo nově budovaných staveb v blízkosti řek nebo vodních nádrží v silně propustném prostředí (štěrkopísky). Podobná stěna byla prověřována v Kolíně nad Rýnem. Těsnicí stěna měla isolovat čističku odpadních vod, která byla vybudována cca 100m od řeky. Do čističky pronikala voda z řeky a úkolem karotážního měření bylo zjistit, zda stěna propouští vodu, nebo zda ji podtéká a jak hluboko pod patou stěny. Výsledky provedených karotážních měření jsou na následujícím obrázku. Obr.7 Karotážní měření ve vrtu v blízkosti těsnicí stěny do hloubky cca 13 m pod její konec Karotážní měření potvrdilo dobrou kvalitu těsnicí stěny. Voda proudí horizontálně těsně pod stěnou a zároveň směrem ke dnu vrtu. Při čerpání na druhé straně stěny z jiného vrtu se potvrdilo, že voda proudí ze dna vrtu k patě stěny a podtéká jí. Příklady použití karotáže stavební jámy Do stavebních jam, kde jsou budovány základy a podzemní podlaží staveb, často prosakuje podzemní voda. Toto riziko se silně zvyšuje v blízkosti řek, příp. jiných vodních nádrží. Pro zamezení průsaků vod do jam se běžně budují převážně pilotové těsnicí stěny, které zamezí průsaků vod do jam nebo je sníží natolik, že lze vodu z jam průběžně odčerpávat a pokračovat ve stavbách. Tento problém byl řešen při zakládání stavby River Park v Bratislavě umístěné těsně vedle Dunaje nebo na staveništi CBC Bratislava. Podobný problém byl řešen i na staveništi na Petrském náměstí v Praze. Průsaky artézských vod do stavebních jam byly řešeny při stavbách malých vodních elektráren v Kopistech a v Roudnici nad Labem. Následující příklady jsou z karotážního měření na stavbě River Park Bratislava.

8 Karotážní měření pro zjištění tektoniky a průsaků vod do stavební jámy 250 m 80 m 20 m DUNAJ Obr.8 Přehledná situace na staveništi River Park Bratislava V základní linii podél jámy bylo vyhloubeno 27 průzkumných vrtů, kde bylo provedeno karotážní měření (obr.8). Příklad tohoto základní měření je na obr.9 (vrt V-16), kde byly zjištěny koeficienty filtrace v řádu E-4 m/s. Obr.9 Příklad základního karotážního měření pro zjištění míst průsaků a jejich velikostí a určení porušenosti podložních hornin (granodiorit) v místě těsnicí stěny Po opravné injektáži v místech s největšími průsaky vody do jámy bylo provedeno kontrolní karotážní měření ve 4 vrtech podél těsnicí stěny.

9 Další průzkumné vrty pro ověření tektoniky a hydrodynamického režimu (celkem 6) byly vyhloubeny po injektáži rovněž uvnitř jámy (viz schéma). Vrty byly situovány na základě výsledků karotáže ve vrtech podél stěny. Kontrolní karotážní měření po injektáži prokázala snížení propustnosti v průměru o 1.5 až dva řády na hodnoty řádu E-6 m/s. Opravné injektáží práce řízené pomocí karotážního měření umožnily snížit vydatnosti všech průsaků do jámy na hodnotu 20 l/s. Očekávané snížení vydatnosti při injektáži neřízené karotáží bylo pouze mezi l/s. Karotážní měření tak výrazně zkvalitnila injektáží práce a jejich výsledek. Obr.10 Staveniště s těsnicí pilotovou stěnou Příklady použití karotáže plavební komory a zdvihadla Karotážní měření je možno využít i pro podobnou problematiku při inženýrsko-geologickém průzkumu pro stavbu plavebních komor při splavňování řek nebo pro dodatečnou stavbu zdvihadel lodí na stávajících přehradách. Karotážní měření bylo součástí průzkumných prací pro rekonstrukci zdvihadla na přehradě Orlík a pro stavbu nového zdvihadla na přehradě Slapy. V obou případech bylo hlavním úkolem karotáže vedle upřesnění litologického profilu zjistit stupeň tektonického porušení horniny, zjištění fyzikálních a geomechanických vlastností hornin. Dále mělo ověřit propustné pukliny a jejich vydatnosti a ověřit hydrodynamický režim proudění vody ve vrtech za ustálených přírodních poměrů. Karotážní měření byla doplňována televizní prohlídkou, při které byly detekovány pukliny a určovány jejich sklony a směry. Na přehradě Orlík byly průzkumné vrty situovány ve stávajícím nevyhovujícím zdvihadle (obr.11). Obr.11 Stávající nevyhovující zdvihadlo na přehradě Orlík

10 Pro každý vrt byly výsledky shrnuty do dvou příloh výsledky základního vyhodnocení komplexu metod (litologie, porušení a geomechanika) a hydrogeologických měření.příklady výsledků jsou na níže uvedených obr.12 a 13. betón hornina silno porušená Obr.12 Výsledky karotážních měření základní komplex metod na přehradě Orlík betón stena vrtu bez nerovností betónhornina tektonická porušenosť pohyb vody horizontálne prúdenie 2 m/deň vertikálne prúdi 350 l/deň 90% straty Obr.13 Výsledky karotážních měření hydrokarotáž na přehradě Orlík

11 Na přehradě Slapy se jednalo vlastně o klasický inženýrsko-geologický průzkum v trase budoucího zdvihadla na pravé straně přehrady. Příklad výsledků karotážního měření základního komplexu karotážních metod pro litologii, porušení a geomechaniku je uveden na následujícím obr. 14. Ve všech průzkumných vrtech i na Slapech byly zjišťovány rovněž hydrodynamické poměry ve vrtech, místa ztrát a přítoků podzemní vody, vydatnosti přítoků a sledování celkové propustnosti vrtů. Obr.14 Výsledky základního komplexu karotážních měření při inženýrsko-geologickém průzkumu (Slapy) Závěr Průzkumné práce z posledních několika let prokázaly, že karotážní měření může významně pomoci řešit problémy v oblasti stavebnictví, zejména při řešení úniků vod z přehrad nebo naopak při kontrole těsnicích stěn podél vodních toků a ploch nebo ve stavebních jámách, kdy netěsnými stěnami proniká voda do stavenišť. Řízené a cílené injektáží práce na základě karotážního měření zvyšují značně efektivnost injektážích prací a snižují jejich nákladovost. Autor RNDr.Svatopluk Kořalka, AQUATEST a.s. Praha, divize karotáže, koralka@aquatest.cz