In-situ-Messungen
Die BGR entwickelt spezielle Methoden zur Untersuchung des Gebirges und zur Überwachung von untertägigen Grubenräumen in situ. Die Messergebnisse sind die Grundlage für die Ermittlung und Bewertung der Eigenschaften und des Zustandes des Gebirges sowie der Veränderungen im Gebirge. Sie gehen in die Sicherheitsbewertungen und in die Beweissicherung für den Betrieb einer Untertageanlage mit ein (z. B. Nachweis der Gebrauchstauglichkeit, der Hohlraumstandsicherheit, der Barrierenintegrität). In-situ-Untersuchungen und Überwachungsmessungen finden Anwendung im Rahmen einer Standorterkundung, während des Betriebes untertägiger Anlagen, wie z. B. Bergwerke, Kavernen oder untertägige Depots, oder nach deren Stilllegung.
In-situ-Messungen werden am ursprünglichen Ort oder in der ursprünglichen Umgebung eines zu untersuchenden Objektes durchgeführt. Die BGR wendet mechanische, hydraulische oder geophysikalische Untersuchungsmethoden, insbesondere in Bohrlöchern oder in untertägigen Hohlräumen, an. Ein Vorteil dieser Messungen vor Ort ist die Ermittlung von Kennwerten der Gebirgseigenschaften, möglichst realitätsnah an der natürlichen Zusammensetzung und Struktur. Einflüsse auf die Eigenschaften durch Transport, Lagerung und Probenbearbeitung, wie sie bei Gesteinskernen möglich sind, treten dabei nicht in Erscheinung. Darüber hinaus werden mit den In-situ-Messungen Trennflächen (z. B. Schichtflächen, Klüfte, Risse) oder Besonderheiten im Gebirgsaufbau erfasst, die einen wesentlichen Einfluss auf die Gebirgseigenschaften haben.
Die Hohlräume untertägiger Anlagen werden im Sprengverfahren, mit Teilschnittmaschinen oder im Vollschnittverfahren hergestellt (bergmännisch: Auffahrung). Durch die Auffahrung der Grubenräume werden Spannungsumlagerungen hervorgerufen, die zu einer erhöhten Beanspruchung und zu Verformungen des Gebirges führen. Mit Blick auf die betriebliche Sicherheit sowie zum Schutz der Tagesoberfläche sind diese Veränderungen durch Überwachungsmessungen oder wiederkehrende Messungen zu erfassen und mit sicherheitlichen Grenzwerten zu vergleichen. Mit den Spannungsumlagerungen und Verformungen sind auch Änderungen der hydraulischen Gebirgseigenschaften verbunden. Diese Gebirgsreaktionen auf technische Eingriffe sind abhängig von den Eigenschaften der im Einflussbereich der Grubenräume anstehenden Gesteinsschichten, von Größe und Richtung der Gebirgsspannungen, von den Abmessungen der Grubenräume sowie von den Auffahrmethoden und der Wirkung von Ausbaumitteln bzw. Versatz.
In-situ-Untersuchungen und Überwachungsmessungen sind wesentliche Bestandteile einer Standorterkundung zur Charakterisierung des Wirtsgesteins und einer geologischen Barriere sowie zur Bestimmung der Spannungsbedingungen. Sie geben Auskunft über die Eigenschaften und den Zustand des natürlichen (unverritzten) Gebirges sowie über dessen Veränderungen während einer technischen Maßnahme und während der Betriebsdauer einer untertägigen Anlage. Die Ergebnisse und Erkenntnisse der Untersuchungen sind eine Grundlage für die Sicherheitsbewertungen und gehen in die Beweissicherung für den Betrieb einer Untertageanlage mit ein. Sie lassen ferner eine Abschätzung für die zukünftige Entwicklung vorhandener Grubenräume zu und sind die Basis für die Planung neuer Bereiche oder Hohlräume untertägiger Anlagen. Zusätzlich werden auf Grundlage der in situ ermittelten Messdaten Gebirgsparameter bestimmt, die in numerischen Modellen zur Sicherheitsbewertung eines potentiellen Endlagerbergwerkes Eingang finden. Ergänzend werden die In-situ-Messdaten für die Validierung der numerischen Berechnungsergebnisse herangezogen. Die Untersuchungs- und Ergebnisdichte wird maßgeblich durch den Zweck der untertägigen Anlage (z. B. Gewinnungsbergwerk, untertägige Speicher- oder Betriebsanlage, Bergwerk zur Lagerung von toxischen oder radioaktiven Abfällen) und durch die zu beantwortende Fragestellung bestimmt.
Für die Charakterisierung des Gebirges, zur Bestimmung der Spannungsbedingungen sowie zur Identifikation und Bewertung einer potentiellen Ausbreitung von flüssigen Stoffen im Gebirge oder in Abdichtbauwerken kann die BGR auf unterschiedliche, zum Teil selbst entwickelte In-situ-Messmethoden zurückgreifen. Dabei werden einerseits direkte Methoden, wie die felsmechanischen und felshydraulischen In-situ-Messungen, eingesetzt. Anderseits kommen auch die indirekten Methoden der In-situ-Geophysik zur Anwendung.
- Felsmechanische und felshydraulische In-situ-Messungen
In-situ-Geophysik:
Die In-situ-Untersuchungsmethoden der BGR kommen in verschieden Untertageanlagen und in unterschiedlichen Gebirgsarten zum Einsatz. Zur Bewertung der Standsicherheit untertägiger Anlagen der Streitkräfte und für die Energieerzeugung werden hauptsächlich felsmechanische Untersuchungsmethoden und Überwachungsmethoden geplant und eingesetzt. Im Rahmen von Forschungsarbeiten zur Endlagerung radioaktiver Abfälle erfolgt einerseits die Anpassung der vorhandenen Messmethoden an die speziellen Erfordernisse der nach dem Standortauswahlverfahren zu betrachtenden Wirtsgesteine Salz, Ton und Kristallin. Anderseits werden zur Bearbeitung spezieller Fragestellungen felsmechanische, felshydraulische und geophysikalische Methoden für die In-situ-Untersuchungen entwickelt und getestet. Für diese Forschungsarbeiten beteiligt sich die BGR international an untertägigen Felslaboren. Aber auch an den im Bau befindlichen und aktuell betriebenen Endlagerstandorten kommen die In-situ-Messungen regelmäßig zur Anwendung. Ziel dieser Messungen sind die geologische und geotechnische Erkundung, der Nachweis für Annahmen und anderer Erkenntnisse, die Ermittlung von Kennwerten für numerische Simulationen sowie die Erstellung von Unterlagen im Rahmen von Planfeststellungsverfahren.
Maßgebend für alle In-situ-Untersuchungen sind der Stand von Wissenschaft und Technik. Aber auch die Entwicklung von Untersuchungs- und Messmethoden sowie der zugehörigen Messgeräte wird von der BGR mit Blick auf die zu beantwortenden Fragestellungen kontinuierlich verfolgt. Ergänzend sind Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der BGR in Gremien zur Normung und Standardisierung von In-situ-Untersuchungsmethoden vertreten.