Verfahren zur Ermittlung der Lage von Grundgestein Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Lage und/oder der Qualität eines Felsgrundes oder Grundgesteins unter überdeckenden Erdschichten. Solche Ermittlungen sind bei Tunnel arbeiten, Fundamentierungen u. dgl. von grossem Wert, um einen zweckmässigen Verlauf des Tunnels, die erforderliche Rammtiefe usw. feststellen zu kön nen.
Nach einem bekannten Verfahren bohrt man zu diesem Zweck eine Anzahl Probelöcher durch die Erdschichten hindurch, bis man auf Grundgestein stösst. Um sicher zu sein, dass dieses Gestein wirklich festes Grundgestein ist, d. h. dass man nicht etwa nur auf einen Gesteinsblock gestossen ist, muss man das Bohren in jedem Probeloch ungefähr 3-5 m in das Gestein hinein fortsetzen. Da aber das Bohren in Ge stein nur langsam fortschreitet, ist dieses Verfahren zeitraubend und kostspielig.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, diese Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren zu schaf fen, das eine sicherere und schnellere Ermittlung des Felsgrundes, d. h. des Grundgesteins erlaubt.
Das Verfahren zur Ermittlung der Lage eines von Erdschichten überdeckten Grundgesteins durch Boh ren eines oder mehrerer Probelöcher durch diese Erdschichten hindurch und unter Abhorchen des Vordringens des Bohrers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ankunft des Bohrers im Grundgestein durch Auffangen der dabei im Grundgestein erzeugten Schallwellen festgestellt wird, wobei das Auffangen dieser Wellen mit Hilfe eines Empfängers für Schall wellen bewerkstelligt wird, der in Verbindung mit einem Bezugspunkt im Grundgestein steht und mit einem Verstärker und einer Wiedergabevorrichtung kombiniert ist.
Das durch das Eindringen des Bohrers im Grundgestein erzeugte Bohrgeräusch (pflanzt sich hierbei wellenartig durch das Grundgestein fort und) wird nach Auffangen im Empfänger und Weiterlei tung durch den Verstärker und in die Wiedergabe vorrichtung in dieser wahrgenommen, die Wieder gabe des Bohrgeräusches kann eine akustische oder visuelle sein. Die Bohrtiefe im Probeloch bei Beginn der Wahrnehmung des erwähnten Bohrgeräusches kann dann nachgemessen werden, wodurch man die Lage des Grundgesteins an der Stelle des Probeloches bestimmen kann.
Den Bezugspunkt verlegt man zweckmässiger- weise in ein gesondert in das Gestein gebohrtes Loch, dessen Bohrtiefe so bemessen ist, d. h. wie oben an gegeben etwa 3-5 m beträgt, damit das Erreichen festen Grundgesteins völlig sichergestellt wird. Bei Vorhandensein von Grundgestein über Tag in der Nähe des Untersuchungsplatzes kann der Bezugs- punkt in ein darin angebrachtes. Loch verlegt wer den.
Der Empfänger kann am Bezugspunkt oder an der Erdoberfläche angebracht werden. Im erstge nannten Fall wird er in das Bohrloch hinabgesenkt. Um eine gute Schallübertragung vom Grundgestein zum Empfänger zu erzielen, kann man gegebenenfalls etwas Wasser oder andere geeignete Flüssigkeit ein- giessen, so dass der Empfänger davon bedeckt wird, oder der Empfänger kann auch auf zweckmässige Weise gegen das Grundgestein angedrückt werden. Im Falle des Anbringens des Empfängers an der Erdoberfläche wird z.
B. ein guter Schallkontakt mit dem Grundgestein über eine Bohrstange oder über ein mit Flüssigkeit gefülltes Rohr erhalten, das gegen das Grundgestein anliegt und mit dem Empfänger in Berührung steht. Hierbei muss der Empfänger jedoch gegen störende Geräusche an oder über der Erdober fläche isoliert werden. Eine andere Möglichkeit be- steht in gewissen Fällen darin, dass der Empfänger, z. B. ein Geophon, in Grundgestein über Tag d. h. über der Erdoberfläche anstehendem oder durch Tagebau freigelegtem Grundgestein angebracht wird, wobei der Empfänger gleichfalls gegen die genannten störenden Geräusche isoliert werden muss.
Man kann ausserdem die Zeit messen, die zwi schen dem Aussenden eines Schallimpulses vom Pro beloch und dessen Empfang im Empfänger ver streicht, und erhält hierbei auch einen gewissen An haltspunkt über die Qualität des Grundgesteins. Da einerseits die Entfernung zwischen dem Probeloch und dem Bezugspunkt und andererseits die Ge schwindigkeit, mit der sich Schallwellen normal im festen Grundgestein fortpflanzen, bekannt ist, kann man die Zeit, die verstreichen würde, wenn das Ge stein homogen wäre, berechnen. Abweichungen von diesem Zeitwert zeigen das Vorkommen von z. B.
verwittertem Gestein, Spalten o. dgl. an. Bei einer solchen Qualitätsermittlung verwendet man zweck- mässigerweise mehr als einen Bezugspunkt, wodurch eine grössere Sicherheit des Ergebnisses erzielt wird. Bei Fortsetzung des Probelochbohrens in das Gestein hinein und Aussenden von Schallimpulsen in ver schiedenen Tiefen des Gesteins kann auch ein gewis ser Anhaltspunkt für die Tiefe von etwaigen Verwit terungszonen, Spalten oder Taschen erhalten werden.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit der Zeichnung näher beschrieben.
Fig.1 ist eine schematische Darstellung der Apparatur, die zur Ermittlung der Lage des Grundge steins verwendet wird, Fig. la, 1b und 1c zeigen verschiedene Möglich keiten der Anbringung des Empfängers am Bezugs punkt.
Fig. 2 stellt eine zur Ermittlung der Gesteinslage und -qualität zweckmässige Apparatur dar.
In Fig. 1 bezeichnet 1 Erdschichten, die das feste Grundgestein 2 überdecken. Mit 3 ist eine Bohrma schine bezeichnet, mit der man das Probeloch soweit bohrt, bis die Bohrstange 4 mit dem Grundgestein in Berührung gekommen ist. Anstatt mit diesem Maschinenbohrer zu bohren, kann man auch eine Sonde, z. B. eine Stahlsonde, herabsenken, wobei diese z. B. mit Hilfe von Schlagwerkzeugen durch die Erdschichten gestossen wird. Der Bezugspunkt liegt im Grundgestein bei 5, wo auch der Empfänger 6 an gebracht ist.
Der Empfänger ist bis zu einem Niveau 7 mit Wasser bedeckt, um eine gute Schallverbindung mit dem Grundgestein zu erzielen. Vermittels einer Leitung 8 ist der Empfänger elektrisch mit einem Verstärker 9 verbunden, welcher seinerseits mit Kopfhörern 10 verbunden ist. Durch Abhorchen des Arbeitsganges mit diesen Hörern 10 stellt man fest, wann die Bohrstange 4 das Grundgestein 2 erreicht hat. Eine andere Möglichkeit besteht in der konti nuierlichen Aufzeichnung der vom Empfänger aufge fangenen Schallwellen durch ein Registrierungsgerät 11.
Wenn die Erdschichten oberhalb des Gesteins so locker sind, dass die Gefahr des Verschüttens des bis zum Bezugspunkt 5 gebohrten Loches besteht, ist es zweckmässig, dieses Bohrloch mit einem durch die Erdschichten hindurchgehenden Futterrohr 12 zu versehen, das gegebenenfalls auch an das Grundge stein 2 angedichtet werden kann, wie bei 13 gezeigt.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 1 a ist der Empfänger 6 an der Erdoberfläche unter einer Schall isolierung 14 angebracht. Eine Bohrstange 15 leitet den Schall vom Bezugspunkt 5 zum Empfänger. In Fig. 1b wird der Schall auf ähnliche Weise vom Be zugspunkt 5 zum Empfänger geleitet, in diesem Fall vermittels eines z. B. mit Wasser gefüllten Rohres 16.
Am unteren Ende des Rohres 16 ist eine elastische Membran 17 gegen das Grundgestein am Bezugs punkt 5 angedrückt, so dass sich die Schallwellen vom Grundgestein in die im Rohr befindliche Was sersäule fortpflanzen. Man kann stattdessen auch das Loch bis zum Niveau 7 mit Flüssigkeit anfüllen, in welchem Fall die Schallwellen sich durch die Flüssig keit in die Membran fortpflanzen. In Fig. 1c ist der Empfänger in der Nähe der Bohrkrone in eine Bohr stange 18 eingebaut,
die zum Bohren des gesondert für den Bezugspunkt gebohrten Loches verwendet wird. Die Bohrstange 18 verbleibt in diesem Sonder bohrloch, während die Probelöcher gebohrt werden und das Eindringen des Probelochbohrers in das Grundgestein in der oben erklärten Weise angezeigt wird, wobei man vorher die Stange 18 an der Erd oberfläche in eine Schallisolierung 14 gebettet hat.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 wer den zwei Bezugspunkte 5 in je einem Sonderbohrloch verwendet. In jedes dieser Löcher ist eine Bohrstange 18 derselben Art wie in Fig. 1c mit je einem einge bauten Empfänger eingesetzt. In diesem Fall sind Empfängerkontakte 19 zur übertragung der Schall wellen vom Grundgestein zu den Empfängern vorge sehen. Die Empfänger sind an je einen Verstärker 9 angeschlossen, und diese Verstärker sind ihrerseits mit einem Zeitmessgerät 20 verbunden.
Bei 21 ist ein Probeloch mit einer darin befindlichen Bohrstange 22 angedeutet. Indem man mit einem mit dem Zeitmess- gerät 20 verbundenen Schlägel 23 o. dgl. auf die Bohrstange 22 schlägt, erzeugt man einen durch das Gestein 2 gehenden Schallimpuls, der vom Empfän ger 6 nach einem vom Gerät 20 registrierten Zeit raum empfangen wird. Man kann stattdessen auch den Impuls auf elektrischem Wege vermittels eines Schallsenders, der in das Bohrloch herabgesenkt wer den kann, erzeugen.