DE69736200T2

DE69736200T2 - Vor-ort-konstruktion eines schutzbehälters unter einem radioaktiven oder gefahrstofflager

Info

Publication number: DE69736200T2
Application number: DE69736200T
Authority: DE
Inventors: Jr. Ernest E. Sugar Land Carter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-12-06
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2017-12-06
Also published as: US5890840A; US20020009331A1; ATE330719T1; JP2008291639A; DE69736200D1; EP1015141A4; US6860936B2; US5879110A; US20030205174A1; CA2273897C; US6280521B1; CA2273897A1; US5905184A; WO1998024566A1; EP1015141B1; US6569235B2; EP1015141A1; JP2002512554A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Vorrichtungen und Verfahren zur Vor-Ort-Herstellung von unterirdischen Sicherheitsbehältersperrschichten zum Eingrenzen gefährlicher in der Erde vergrabener Gefahrstoffmaterialien, und insbesondere auf ein Verfahren zur Konstruktion eines Gewölbes, um derart gefährliche Materialien derartig einzukapseln, dass Verunreinigungen nicht in die Luft oder umgebende oder darunter liegende Schichten freigesetzt werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf Mittel zur Überwachung der durchgängigen Integrität des Gewölbes über viele Jahre und auf Mittel zum Reparieren beliebiger Brüche, welche im Laufe der Zeit auftreten können.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den frühen Tagen des Nuklearzeitalters wurde kontaminierter Schutt und nicht erfasster schwach radioaktiver Abfall in flachen Gräben vergraben. Andere Abfallmaterialien wurden in unterirdischen Speicherbehältern abgelegt. Diese Einlagerungsbereiche werden jetzt als ein für die Umwelt inakzeptables Risiko darstellend betrachtet. Ausgraben und Entfernen dieser Abfälle ist möglicherweise gefährlich und sehr teuer. Die Sorge ist, dass ein Ausgraben derartiger Lager radioaktive Verschmutzungen in die Luft freisetzen könnte, was einen wesentlichen Schaden für Personal und nahe Anwohner darstellen würde. Es wurden etliche Lösungen zum Abgrenzen dieser Gebiete vorgeschlagen. Einige dieser Lösungen weisen schräg gebohrtes Injektionsmittelstrahlen, Erdreicheinfrierung, Erdreichaustrocknung, Tunnelbau und chemische Injektionsmitteldurchdringung auf. Andere lehren vertikales Bohren und hydraulische Rissbildung als ein Mittel des Ausbildens einer Bodensperrschicht.
Die US-Patente 4,230,368 und 4,491,369 von Cleary und anderen haben das Konzept des Versetzens von Erdreichblöcken, welche die Verunreinigungen enthalten, offenbart. Dies wird durch Anfertigen eines engen vertikalen Grabens um den Umfang des Erdreichs und Ausbilden eines horizontalen Bruches unter dem Lager durch Einspritzen einer Flüssigkeit unter Druck ausgeführt. Der horizontale Bruch teilt den vertikalen Umfangsgraben. Eine Abdichtung wird entlang der Oberflächenbereiche des vertikalen Umfangsgrabens erzeugt, weil fortgesetztes Einspritzen einer unter Druck stehenden Flüssigkeit in den horizontalen Riss bewirkt, dass der Erdreichblock innerhalb des Umfangs nach oben gehoben wird.
Die eingespritzte Flüssigkeit kann ferner ein Dichtmittel werden, um eine Sperrschicht herzustellen, welche den Block wie ein Fundament umgibt. Das US-Patent 4,230,368 von Cleary offenbart, dass die Dichte der Flüssigkeit einen Einfluss auf ein Reduzieren des Drucks, welcher zum Versetzen des Blocks gebraucht wird, darstellt, aber zieht nicht eine Verwendung von Flüssigkeitsdichten größer als die, welche mit vor Ort ausgegrabenen Erdreichmaterialien in einem Lehmschlamm erreichbar sind, in Betracht. Diese ist definitionsgemäß geringer dicht als Erdreich. Eine Gelfestigkeit der Flüssigkeit wird als das Hauptmittel der Abdichtung der Umfangsöffnung genannt. Derartige Verfahren bewirken sowohl den anfänglichen Bruch als auch eine Versetzung nach oben durch einen ansteigenden hydrostatischen Druck auf den Boden des Blocks.
Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass ein hydrostatischer Druck bewirken wird, dass sich Brüche entlang der Ebene geringster Hauptbelastungen ausbreiten. Es ist nicht möglich, die endgültige Lage und Grenzen derartiger Brüche in einer radioaktiven Abfalldeponie zu überprüfen. Die Dicke und Durchgängigkeit derartiger Brüche kann nicht überprüft werden. Aufgrund der Möglichkeit von unkontrollierten Brüchen in und jenseits des kontaminierten Materials wurde dieses Verfahren nicht verwendet, um irgendeine Art von Behälterstruktur in radioaktiven Abfalldeponien herzustellen.
Die vorhergehende Erfindung US-Patent 5,542,782 des Erfinders beschreibt ein Mittel zum Schneiden von vertikalen und horizontalen Sperrschichten mit Hochdruckstrahlen von Injektionsmittelschlamm und lehrt die Vorteile der Konstruktion derartiger Sperrschichten aus Injektionsmittelmaterialien, welche von einer Dichte gleich oder größer als der der Decklage sind. Diese Referenz lehrt ferner, dass die Dicke einer horizontalen Injektionsmittelsperrschicht durch Einführen eines Injektionsmittelschlamms, welcher ausreichend dicht ist, um zu Nettoaufwärtskräften auf das Erdreich zu führen, welche die Bodenoberfläche nach oben bewegen, erhöht werden kann, jedoch sind wenige Details des Verfahrens oder der Vorrichtung, um dies auszuführen, beschrieben.
Die DE-A-3439858 stellt einen weiteren wichtigen Stand der Technik dar.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung einer dicken horizontalen Sperrschicht durch schwimmende Blockversetzung gerichtet. Die vorliegende Erfindung stellt neue Mittel zum Schneiden des Erdreichs mit einer Drahtsäge bereit und beschreibt genau eine praktische Vorrichtung zum Einführen einer Blockversetzungsflüssigkeit in mehrere Schnitte unter einem großen Gebiet von mehreren Morgen Land. Der Erfindungsgegenstand stellt ferner ein verbessertes Mittel zum Schneiden einer dünnen horizontalen Sperrschicht mit einer Hochdruckstrahlvorrichtung bereit, welche zur Anwendung von chemischen Injektionsmitteln geeigneter ist, und verbesserte Mittel zum Verbinden benachbarter Schnitte mit vorherigen und Beheben von Anlagenbrüchen bereitstellt.
Die vorliegende Erfindung kann, wie durch den beigefügten Anspruch 1 definiert, eine Kombination von Graben, horizontal gerichtetem Bohren, Diamantdrahtseilsteinbruchsägeverfahren oder Hochdruckstrahlen verwenden, um eine dünne Lücke unter und um einen Erdreichblock zu schneiden, welcher die Verunreinigung enthält. Wenn dieser „Schnitt" ausgebildet ist, wird er mit einem hochdichten, niedrigviskosen flüssigen Injektionsmittel gefüllt. Dieser dünne Kanal dieser dichten Flüssigkeit erstreckt sich zurück zu der Oberfläche und übt so einen Druck gegen das Erdreich aus. Diese proprietäre Flüssigkeit ist so schwer, dass das Erdreich und das Gestein buchstäblich auf einer dünnen Schicht der Flüssigkeit schwimmt. Dies hält den Schnitt offen und verhindert, dass das Gewicht des Erdreichblocks die Flüssigkeit unter ihm herausdrückt. Nachdem der Block vollständig von der Erde freigeschnitten wurde wird zusätzlich dichte Flüssigkeit in den Schnitt gepumpt und gegossen. Diese zusätzliche Flüssigkeit übt eine Auftriebskraft auf den Block aus und bewirkt, dass er sich aus der Erde erhebt. Die dichte Flüssigkeit ist ausgestaltet, um langsam über einen Zeitraum von Wochen auszuhärten, um eine undurchlässige Sperrschicht auszubilden. Eine Verwendung des Drucks der dichten Injektionsmittelflüssigkeit anstatt zu versuchen die Flüssigkeit unter Druck zu setzen, um den Block zu stützen, ist eine subtile aber wichtige Neuerung. Es vermeidet die Schwierigkeiten des Abdichtens des vertikalen Umfangsgrabens und verhindert ferner eine unkontrollierte Rissbildung des Injektionsmittels in dem Abfalleinlagerungsgebiet. Wenn irgendetwas von der Injektionsmittelflüssigkeit einen Riss in dem aktiven Abfallbereich finden sollte, wird es nicht mehr ausführen, als diesen zu füllen. Es kann nicht zu der Oberfläche hoch spritzen und Fontänen aus kontaminierter Flüssigkeit ausbilden, was es ausführen könnte, wenn es unter Druck wäre. Während das Injektionsmittel unter dem Block flüssig ist, kann eine undurchlässige Schutzschicht, wie zum Beispiel HDPE (eine hochdichte Polyethylenextrusion), unter den schwimmenden Block gezogen werden.
Nachdem die „befestigungsgrabenähnliche" Sperrschicht um den Erdreichblock ausgehärtet ist, wird eine durch Schwerkraft verankerte luftdichte Abdeckungsstruktur darauf gebaut. Die HDPE-Schicht unter dem Block kann mit der HDPE-Schicht in der Abdeckung schmelzgeklebt werden um ein sehr hohes Maß von Sicherheitsbehälterunversehrtheit zu erreichen. Drucksensoren für passive Erdreichgase unter der Abdeckung und ähnliche Sensoren in dem Boden außerhalb der Abdeckung überwachen die Luftdruckänderungen innerhalb der Struktur als eine Funktion der normalen atmosphärischen Druckänderungen aufgrund des Wetters. Diese Daten ermöglichen eine passive Überwachung der Unversehrtheit von nicht nur der horizontalen Sperrschicht, sondern auch der gesamten Sicherheitsbehälterstruktur. Feuchtigkeits-, Geräusch- und chemische Pegelfühler können als Leck- und Leckstellenanzeiger passiv überwacht werden. Reparieren eines Schadens ist ferner durch Fluten der Struktur mit flüssigem Injektionsmittel möglich.
Ferner kann eine Drahtsäge mit geschmolzenem Paraffininjektionsmittel verwendet werden, um eine dünne Sperrschicht von näherungsweise der Dicke des Stahlseils auszubilden. Dieses Verfahren hält eine fließende Versorgung von geschmolzenem Paraffin in den Zugrohren bereit, welches durch Löcher in dem Rohr benachbart zu dem Bereich, der geschnitten wird, ausgestoßen wird. Das Stahlseil trägt dieses geschmolzene Paraffin in den Schnitt und zurück zu der Oberfläche. Das Paraffin ist mit Zusätzen verändert, die bewirken, dass es in dichtes Erdreich eindringt und eine Sperrschicht, welche erheblich dicker als der Schnitt ist, ausbildet. Rasches Kühlen des Injektionsmittels, wenn der Schnitt fortschreitet, verhindert übermäßiges Absinken. Eine unbegrenzte Anzahl von Ersatzstrahlrohren oder Drahtsägeseilen könnten in die Schneidposition durch das Stahlkabel oder die geheizten „Zugrohre", welche in den ursprünglich gerichtet gebohrten Löchern sind, gezogen werden. Dies können wieder einen Weg durch den vorhergehenden Schnitt schmelzen.
Verbesserungen gegenüber dem vorhergehend offenbarten Verfahren des Erfinders des Ausbildens einer Sperrschicht durch Hochdruckstrahlen aus einer langen gebohrten Leitung sind auch beschrieben. Das neue Verfahren bildet einen sehr dünnen Schnitt unter Verwendung eines chemischen Injektionsmittels, wie zum Beispiel geschmolzenem Paraffin oder geschmolzenem Polyethylen niedriger Dichte, welches durch ein kettenliniengebogenes Rohr bei hohem Druck und hoher Geschwindigkeit fließt, während das Rohr selbst durch gerichtet gebohrte Löcher hin und her bewegt wird, um den Schnitt vorwärts zu bewegen, aus. Löcher oder gehärtete Anschlüsse in der der Vorwärtsrichtung gegenü berliegenden Oberfläche des Rohrs stoßen die geheizte Flüssigkeit in das Erdreich mit hoher kinetischen Energie aus, was bewirkt, dass das Erdreich ausgewaschen wird und im Wesentlichen von dem geschmolzenen Paraffin ersetzt wird. Das Rohr ist ferner geeignet, ein abreibendes Schneiden durchzuführen. Eine unbegrenzte Anzahl von Ersatzstrahlrohren oder Drahtsägeseilen können durch die geheizten „Zugrohre", welche in den ursprünglich gerichtet gebohrten Löchern sind, in Schneidposition gezogen werden.
Eine weitere Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik ist die Verwendung des zuvor erwähnten geschmolzenen Paraffins, welches mit herkömmlichen Injektionsmittelstrahlvorrichtungen angewendet wird. Das bevorzugte geschmolzene Paraffin weist einen Schmelzpunkt zwischen 49°C und 82°C (120° und 180°F) auf und ist durch das Hinzufügen eines Tensids verändert, welches dem geschmolzene Paraffin ermöglicht, Erdreiche, welche bereits wassernass oder feucht sind, sowie trockene Erdreiche, welche eine sehr geringe Durchlässigkeit für Wasser aufweisen, zu durchdringen. Das Paraffin kann ferner durch ein Polyethylenhomopolymer niedriger Dichte ersetzt werden oder damit gemischt werden.
Vorhergehende Erfindungen haben ein Ausbilden undurchlässiger Abdeckungen, vertikaler Sperrschichten und horizontaler Sperrschichten behandelt, aber die vorliegende Erfindung stellt eine vollständig integrierte Lösung bereit, welche eine vollständige Isolation der Deponie von der Umwelt in einer Art und Weise zur Folge hat, welche kontinuierlich und passiv überprüfbar ist. Ein unterirdischer „Block" oder ein unterirdisches Volumen von Erde wird durch die Bodenhöhe an seiner Oberseite und durch einen Boden, bestehend aus einer kastenförmigen oder beckenförmigen dreidimensionalen mathematischen „Oberfläche", welche den Block umgibt und darunter liegt und zu der Bodenhöhe an dem Umfang nach oben steigt definiert, was ein vollständiges und durchgängiges Becken und einen Deckel ausbildet, welche das Volumen der Erde in einem luftdichten und wasserdampfdichten Gewölbe vollständig einschließen, das vor Ort um den Block ausgebildet wird.
Ein flüssiges Injektionsmittel hat eine Viskosität vergleichbar mit einem Motoröl, welche aber von größerer Dichte als der unterirdische „Block" ist, so dass der Block in dem flüssigen Injektionsmittel schwimmen wird, welches nachfolgend zu einem undurchlässigen Sperrschichtmaterial aushärten wird, und wobei das Aushärten dieses Injektionsmittels für einen verlängerten Zeitraum von 6 bis 60 Tagen verzögert ist, während es fort setzt, einen hydrostatischen Druck wirksam zu übertragen. Die Länge der festgesetzten Verzögerung und die Dichte und Undurchlässigkeit dieses Injektionsmittels ist erheblich über der Leistungsfähigkeit des bisherigen Stands der Technik.
Gerichtet gebohrte Löcher durchlaufen die untere Oberfläche des Blocks in näherungsweise parallelen Wegen und steigen an jedem Ende auf Bodenhöhe an und bleiben nahe einer horizontalen Lage gleich. Derartige Löcher werden in einer Art und Weise ausgebildet, welche ein röhrenförmiges Stahlteil oder „Rohr" und ein oder mehrere nicht gekreuzte Stahlseile oder zwei Rohre und mindestens zwei nicht gekreuzte Seile in jedem der Löcher, welche sich von Grundhöhe an dem einen Ende des Blocks zu einer Grundhöhe in dem gegenüberliegenden Ende des Blocks erstrecken, zurücklässt. Ein mechanisches erdschneidendes Mittel besteht aus einer flexiblen Länge eines abreibenden elastischen Teils, wie zum Beispiel ein Stahlseil oder eine Kette, wobei der Kettenlinienabschnitt davon durch einen Fluss von Injektionsmittel von einem oder mehreren Anschlüssen in den benachbarten Rohren, welche in Intervallen synchron mit dem Nettovortrieb der Schneidmittel bewegt werden, gekühlt, gereinigt und geschmiert wird, und welcher selbst mit beiden Enden miteinander verbunden ist und hin und her oder im Umlauf in einer durchgehenden im Wesentlichen horizontalen Schleife zwischen den zwei benachbarten Rohren durch eine stromangetriebene Vorrichtung, welche eine Spannung an den Schneidmitteln gegen die Fläche des Schnitts hält, bewegt wird. Der Stand der Technik hat eine abreibende Drahtsäge in gekrümmt gerichteten gebohrten Löchern nicht verwendet und hat keine Kühlmittelleitungen, welche durch die Löcher mit dem Schnitt fortschreiten, vorweggenommen.
Die anfänglichen Schneidmittel und periodischen Ersatzschneidmittel werden mittels der Seile, welche anfänglich an den Zugrohren angebracht sind, in die Löcher gezogen. Rohre, welche eine oder mehrere Perforationen aufweisen, werden verwendet, um unter Druck stehendes Injektionsmittel zu dem Bogen des Drahtsägenschnittes, welcher ausgebildet wird, zu übertragen. Ein Bewegen eines derartigen Ausstoßpunkts wird durch Bewegen des Rohrs durch den Grund oder durch Bewegen eines kleineren Innenrohrs, welches sich zwischen Spreizpackern entlädt, die über einem oder mehreren Löchern, die dem Bogen nächstgelegen sind, angeordnet sind, ausgeführt.
Ein mit dichtem Injektionsmittel gefüllter umfänglich ausgehobener Graben bedeckt jede Öffnung in die gerichtet gebohrten Löcher derart, dass das Injektionsmittel durch Schwerkraft in diese in die ringförmige Öffnung zwischen dem Zugrohr und dem Loch und in jeden beliebigen engen Schnitt zwischen diesen, welcher durch die Schneidmittel ausgebildet ist, fließen kann. Injektionsmittel kann ferner ausfließen, um Druck zu entlasten. Ein Fluss von den injektionsmittelgefüllten Gräben durch die ringförmige Öffnung zu dem Schneidbereich kann durch unterschiedliche Höhe des Injektionsmittels in dem Graben gefördert werden, oder das Injektionsmittel kann aus dem unter Druck stehenden Injektionsmittelrohr fließen, welches das Loch durchquert und Injektionsmittel an jeder gewünschten Stelle entlang der Länge des Lochs ausstößt. Überschüssiges Injektionsmittel wird die ringförmige Öffnung hinauf zu dem Graben fließen oder wird zum Erhöhen der Dicke der Sperrschicht beitragen.
Der Schnitt durch das Erdreich entlang der unteren Oberfläche des Blocks wird mit einer Schicht von Injektionsmittel derart gefüllt, dass das Decklagengewicht von dem Auftrieb des Injektionsmittels gestützt wird, und derart, dass die Dicke des Schnitts durch Hinzufügen zusätzlichen Injektionsmittels zu der Ausgrabung erhöht werden kann. Die Erhebungserhöhung des Blocks kann durch Ändern der Höhe des Injektionsmittels in dem Graben oder durch Ändern der Injektionsmitteldichte gesteuert werden. Rückhaltende Mittel, wie zum Beispiel Stahlseile oder Ketten, werden zwischen Verankerungen an dem Block und Verankerungen außerhalb des Umfangsgrabens angebracht, welche dazu dienen, den schwimmenden Block in der Mitte der Ausgrabung, aus welcher der Block angehoben wurde, zu halten, und um die Höhenlagenerhöhung eines gegebenen Abschnitts des Blocks zu begrenzen.
Während der Block auf der Schicht des dichten Injektionsmittels frei schwimmt wird eine undurchlässige Schicht, wie zum Beispiel eine Polyethylenextrusion hoher Dichte (HDPE), welche mittels Heizschmelzen zusammengenäht, wie nach dem Stand der Technik bekannt, mittels Ketten oder anderer flexibler Verbindungen an zwei oder mehr der Zugrohre derart angebracht, dass die undurchlässige Schicht durch die Schicht des flüssigen Injektionsmittels unter den schwimmenden Block durch Ziehen der Rohre von dem gegenüberliegenden Ende gezogen werden kann, bis sich die Schicht an allen Seiten über den injektionsmittelgefüllten Umfangsgraben hinaus erstreckt. Die Schicht ist vorzugsweise mittels Heizschmelzen vernäht, um breit und lang genug zu sein, um dem gesamten Block und der äußeren Böschung zu Grunde zu liegen. Den äußersten Abschnitten der Schicht ist es erlaubt, sich in gewellten Falten zu falten, um Unterschiede in der Länge des Weges unter dem Block auszugleichen. Gebiete, welche zu groß sind, um in einem Stück bewegt zu werden, können als ungedichtete Streifen mit einer umfangreichen Überdeckung zwischen den Streifen in den Graben gelegt werden. Getrennte Streifen dieses Materials können mit einer verschiebbaren mechanischen Verriegelung ausgestattet sein, wie sie in dem Stand der Technik für vertikale Schichten bekannt sind, wie zum Beispiel das GSE Gundwall^® Interlock, oder Curtain Wall^®, welches von GSE in Houston, Texas hergestellt wird, so dass eine Schicht verschiebbar an benachbarten Schichten angebracht werden kann, was einer Schicht ermöglicht, an einen Ort gezogen zu werden und mit seinen Nachbarn abgedichtet zu werden. Eine Abdichtungsverbindung kann später in diese Verbindung von den Enden eingespritzt werden.
Dann wird eine luftdichte oberirdische Abdeckung hergestellt und mit der gehärteten Oberfläche des Umfangsgrabens und ferner vorzugsweise mit der undurchlässigen Schicht abgedichtet. Dies stellt ein luftdichtes Behältergewölbe über, unter und um den Block fertig. Die obere Abdeckung kann eine Schicht einer undurchlässigen HDPE-Schicht aufweisen, welche mittels einer Heizschmelznaht an der unteren Dichtschicht, welche sich von dem Umfangsgraben erhebt, befestigt ist, um eine luftdichte Abdichtung zwischen den beiden Schichten auszubilden. Die Abdeckung ist ausgestattet mit: Luftdruck-, Feuchtigkeits-, Geräusch- und chemischen Sensoren, welche sowohl in dem Erdreich unter der Abdeckung als auch an ihrer äußeren Oberfläche derart angebracht sind, dass Differenzmessungen durchgeführt werden können und auf einer kontinuierlichen Basis aufgezeichnet werden, um den Grad der Isolation zwischen der Umgebung innerhalb der Struktur und der äußeren Umgebung auszuwerten. Eine Standarddatenprotokolliervorrichtung, welche die Daten von den Sensoren aufzeichnet, kann diese periodisch zu einem Computer herunterladen, welcher den Zusammenhang zwischen internen Bedingungen vs. externen Bedingungen als eine Funktion der Zeit, Temperatur und Regenfallbedingungen graphisch darstellt.
Ein Kettenlinienschneidmittel ähnlich zu der Drahtsäge, welches jedoch durch einen hin und her bewegenden Hub, der mit Standardkonstruktionsgeräten wie zum Beispiel Raupenbaggern ausgeführt wird, betrieben werden, können auch verwendet werden, um die Schnitte zwischen den gerichtet gebohrten Löchern anzufertigen. Die Vorrichtung besteht aus einem flexiblen hohlen Rohr von im Wesentlichen einheitlichem Durchmesser, welches sich von der Oberfläche nach unten durch die gerichtet gebohrten Löcher erstreckt, welches in einem Kettenlinienbogen verbunden ist, durch welches Hochdruckflüs sigkeit in einer durchgängigen Schleife in Umlauf gebracht wird, und von welchem zumindest ein Anteil dieser Flüssigkeit die vorderseitige Fläche des Rohrs durch ein oder mehrere Löcher oder „Düsen" verlässt, so dass der Flüssigkeitsstrahl dazu beiträgt, das Erdreich in dem Weg der Vorrichtung zu erodieren und zu durchnässen, und der Flüssigkeit ermöglicht, das gesamte Erdreich zu verdrängen. Die Ausrichtung derartiger Flüssigkeitsstrahlen wird zyklisch geändert, um die Dicke und Gleichförmigkeit des Schnitts durch hin und her gehendes Drehen der beiden Enden des Rohrs, einer gleichen Schrittweite bei jedem Zughub, oder durch andere im Wesentlichen übereinstimmende Mittel zu erhöhen, so dass das gesamte Erdreich in dem Weg des Rohrs durch einen oder mehrere ortsfeste Strahlen beeinflusst werden kann. Die Oberfläche des Kettenlinienrohrs ist abreibend und schneidet mechanisch das Erdreich auf ihrem Weg und erodiert es mit Flüssigkeitsstrahlen. Ein zusätzliches abreibendes Kabel kann mittels der farbkodierten nicht überkreuzenden Kabel an dem Zugrohr in den Schnitt gezogen werden. Dieses Seil kann das Rohr umgehen und eine abreibend schneidende Tätigkeit verrichten und dann von einem beliebigen Ende herausgezogen werden. Das gesamte Schneidrohr kann auch aus dem Boden herausgezogen werden und vorübergehend durch ein abreibendes Seil oder eine abreibende Kette ersetzt werden. Wenn das Rohr beschädigt ist, kann es auch auf die gleiche Art und Weise ersetzt werden. Dies ist eine wichtige Verbesserung gegenüber Strahlschneidverfahren, welche keinen Rückhalt aufweisen, wenn sie auf ein hartes Objekt Stoßen oder wenn die Düsen verstopfen. Wenn das Strahlrohr wesentliche Aufweitungen entlang seiner Länge oder bei den Schlammausstoßpunkten aufweist, kann es nicht aus dem Loch herausgezogen werden, wenn sich ein Problem entwickeln sollte. Diese Fähigkeit, sich von einem strukturellen Fehler, einem Düsenverstopfen oder einer harten Blockierung zu erholen, ist entscheidend für eine wirtschaftliche Verwendung des Verfahrens.
Das Injektionsmittelmaterial kann entweder ein langsam abbindendes dichtes Material sein, welches in der Lage ist die Decklage schwimmend zu stützen, oder kann ein schnell abbindendes oder thermoplastisch abbindendes Material sein, welches abbindet bevor ein großer, nicht unterstützter Abschnitt existiert. Ein zementartiges mit latexpolymer modifiziertes Injektionsmittel mit wenig Wasser, mit Eisenoxidzusätzen und einem Langzeitabbinderetarder wird für schwimmende Sperrschichten bevorzugt. Ein geschmolzenes Injektionsmittelmaterial aus Paraffinwachs oder Polyethylenhomopolymer und Tensidbeimischungen, welche ermöglichen, es mit feuchtem oder nassem Erdreich zu mischen und tiefer in wasserundurchlässige Erdreiche einzudringen, wird für nicht schwimmende Verfahren bevorzugt. Ein Umlaufen des geschmolzenen Injektionsmittels durch die Zugrohre und das Kettenlinienrohr können das Material vom Abbinden während einer Arbeitsverzögerung oder sogar über Nacht bewahren. Paraffinzufuhrleitungen mit verhältnismäßig heißem und verhältnismäßig kaltem aber geschmolzenem Paraffin können durch ein Ventil gemischt werden, um rasch die Temperatur des Materials mit sich ändernden Bodenbedingungen einzustellen. Mischungen aus Paraffin und Polyethylen können auch verwendet werden. Eine aus einer ähnlichen Polyethylen- oder Paraffinmischung hergestellte Abdeckungsschicht kann in der oberen Abdeckung verwendet werden und mit der unteren Sperrschicht mittels Heißschmelzen verbunden werden, um eine vollständig luftdichte Abdichtung aus ähnlichem Material zu erzeugen. Dieses Abdeckungsmaterial kann auf die Oberfläche der Abdeckung als ein flüssiges Material gesprüht und vor Ort gehärtet werden oder es kann eine vorgefertigte Schicht sein.
Die zuvor erwähnten Injektionsmittel weisen wünschenswerte Eigenschaften für eine Blockeinkapselung von vergrabenem niedrigradioaktiven Abfall auf. Die Mischungen aus geschmolzenem Wachs und Tensid bieten eine hervorragende Durchdringung in nicht homogenem Abfall sowie eine gute Verbindung und Einkapselung von organischen Schlämmen. Sie bieten eine wünschenswerte Matrix, um den Abfall zu stabilisieren während er in dem Boden bleibt und verhindern ferner eine Staubabgabe in die Luft während zukünftiger Bereitstellung. Da sie vollständig verbrennbar sind, fügen sie kein zusätzliches Volumen einer endgültigen Abfallmatrix eines Verglasungsschmelzverfahrens hinzu.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und durch Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlich werden, in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Farm von vergrabenen Behältern, die giftige Abfälle enthalten, ist, welche gerichtet gebohrte Löcher, die unter dem Gebiet angeordnet sind, und eine Drahtseilsteinbruchschneidmaschine, welche zwischen benachbarten Löchern schneidet, darstellt.
2 eine Darstellung der Formation einer undurchlässigen Sicherheitsbehältersperrschicht unter der in 1 gezeigten Behälterfarm ist.
3 eine Darstellung einer fertiggestellten Sicherheitsbehältersperrschicht unter der in 1 gezeigten Behälterfarm ist.
4A und 4B verschiedene der Schritte darstellen, welche zum Ausgestalten einer undurchlässigen Sicherheitsbehältersperrschicht unter einer Deponie durchgeführt werden.
5A und 5B die Verwendung von Seilen darstellen, um einen schwimmenden Block, der das Abfallmaterial enthält, mittig in der Ausgrabung zu halten.
6 eine Perspektivansicht des fertiggestellten Behältergewölbes ist, welche das System zum Überwachen der Behälterintegrität darstellt.
7A und 7B die Formation der Sperrschichtbahnen unter Verwendung einer abreibenden Seilsäge, welche durch die Erde schneidet, während geschmolzenes Injektionsmittel durch Zugrohre dem Schneidbereich zugeführt werden, darstellen.
8 eine Darstellung eines alternativen Verfahrens zum Ausbilden einer Sicherheitsbehältersperrschicht unter einem vergrabenen Behälter ist.
9A–F die Schritte zum Herstellen eines Behältergewölbes um eine Deponie darstellen.
10 eine Perspektivansicht der in 9A–F gezeigten Deponie, welche unterschnitten und angehoben wird, ist.
11 eine perspektivische Ansicht eines kleinen Prüfblocks, welcher von Zugkabeln unterschnitten wird, ist.
12A–C den Schritt des Platzierens einer undurchlässigen Mantelschicht in der Injektionsmittelsperrschicht unter dem Block von Erdreich, welches das Abfallmaterial enthält, darstellen.
13 eine Perspektivansicht des Behälterbereichs ist, welche den Schritt des Ziehens einer großen einteiligen Schicht eines undurchlässigen Materials unter den abfallmaterialenthaltenden Erdreichblock, welcher frei in der dichten Injektionsmittelflüssigkeit schwimmt, darstellt.
14 eine Perspektivansicht des Behälterbereichs ist, welche den Schritt des Verriegelns benachbarter undurchlässiger Mantelschichten darstellt.
15A und B eine Draufsicht bzw. Querschnittsansicht sind, welche einen Kettenlinienschneidschritt, welcher in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet ist, um eine undurchlässige Sicherheitsbehältersperrschicht zu schneiden und auszubilden, darstellen.
16 eine Perspektivansicht eines fertiggestellten Behältergewölbes mit einer abgedichteten Abdeckungsstruktur ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bezugnehmend auf 1 wird ein flacher Umfangsgraben 7 um den gesamten Oberflächenumfang des zu isolierenden Blocks ausgegraben. Ein unterirdischer „Block" oder ein unterirdisches Volumen von Erde wird durch die Bodenhöhe an seiner Oberseite und durch einen Boden definiert, welcher eine kastenförmige oder beckenförmige dreidimensionale mathematische „Oberfläche" umfasst, welche unter dem Block liegt und diesen umgibt, und an dem Umfang nach oben auf Grundhöhe ansteigt und ein vollständiges und durchgängiges Becken ausbildet, welches das Volumen der Erde vollständig einschließt.
Eine Maschine 1 für gerichtetes Bohren bohrt dann Reihen von Führungslöchern unter das Gebiet, welche die längliche Form des Beckens definieren. Ein Zugrohr mit zwei oder mehr daran festgebundenen nicht gekreuzten Seilen wird mit dem Bohrrohr verbunden und durch die Führungslöcher gezogen. Nach diesem Vorgang enthält jedes Führungsloch ein Zugrohr und zwei oder mehr farbkodierte Stahlseile. Danach bewegt eine Diamantdrahtsägemaschine 2 ein abreibendes Kabel 3, welches durch verbundene benachbarte Seile ausgebildet ist, durch die Führungslöcher, was einen Pfad zwischen benachbarten Führungslöchern schneidet. Das abreibende Seil 3 schneidet das Erdreich und fördert den Fluss des Injektionsmittels, welches Erdreichpartikel zu der Oberfläche trägt. Zugrohre 3, 5 und 8 bleiben in den Führungslöchern nachdem die Pfade geschnitten sind.
Eine Injektionsmittelfabrik 4 pumpt Injektionsmittel durch eins oder beide des Paars von benachbarten Zugrohren zu dem Bogen des Schnitts und füllt ferner den Graben 7 mit flüssigem Injektionsmittel hoher Dichte. Eine Injektionsmittelplatte 9 wird ausgebildet, wenn ein Zugmittel, wie zum Beispiel eine Planierraupe 10, die Drahtsäge 2 vorantreibt. Der Pegel des Injektionsmittels in dem Graben 7 und seine Dichte wenden eine hydrostatische Kraft auf den Boden des Blocks an.
2 zeigt die Zugrohre 11, welche hier ein Becken definieren. Jedes Zugrohr 11 weist ein oder mehrere beigefügte Stahlseile auf, welche an dem Schneidende verbunden sind und an dem anderen Ende durch eine Drahtsägemaschine 13 gefädelt sind. Die Drahtsägemaschine 13 wird durch eine Planierraupe 12 gezogen. Eine Injektionsmittelfabrik 15 liefert durch den flexiblen Schlauch 14 unter Druck stehendes Injektionsmittel zu dem Oberflächenumfangsgraben 16 und dem einen oder den mehreren der Zugrohre 11. Das Injektionsmittel verlässt die Zugrohre 11 durch Anschlüsse 18. Das Injektionsmittel kühlt und schmiert die Seilsäge 19 und trägt abgeschnittene Stücke zurück zu dem Oberflächenumfangsgraben 16. Der Schnitt 17 wird mit dichtem flüssigen Injektionsmittel gefüllt, welches das Gewicht des Decklagenerdreichs stützt.
Bezug nehmend auf 3, wenn die Injektionsmittelfabrik 21 fortsetzt den Umfangsgraben bis zu einer Höhe 22 unterhalb der Höhe einer äußeren Böschung 24 zu füllen, steigt die Dicke des Schnitts aufgrund des Auftriebs, wenn der Block sich aus dem Grund erhebt. Bestehende Brüche und Risse innerhalb des Blocks werden mit Injektionsmittel gefüllt, aber werden sich sogar in empfindlichen Ebenen nicht erweitern, da die hydrostatischen Kräfte auf den Block ausgeglichen sind. Risse in der Erdaußenseite des Blocks werden auch mit Injektionsmittel gefüllt werden.
4 zeigt eine Maschine 28 zum gerichteten Bohren, welche ein Bohrrohr in dem Grund, welcher die untere Oberfläche des Gewölbes definiert, platziert. Lange „Zugrohre" werden mit mehreren Stahlseilen, welche parallel entlang der Länge des Rohrs verlaufen, gefertigt und an dem Rohr durch vorübergehende Halter, wie zum Beispiel Stahlbänder, an den Enden und einem Abdeckband an dem Mittelpunkt befestigt. Die Seile weisen farbkodierte Enden auf und kreuzen einander nicht. Diese Zugrohre sind an dem Bohrrohr in den Löchern angebracht und werden in Position 31 von einer Planierraupe 29 gezogen, welche an dem ursprünglichen Bohrrohr zieht. Eines der Seile aus jedem benachbarten Rohr 32 wird miteinander verbunden und durch eine Drahtsägemaschine 35 gefädelt. Das Seil kann verwendet werden, um ein besser spezialisiertes Diamantdrahtsägeseil 33 in den Schnitt zu ziehen. Ein Umlauf dieses Seils und eine Zugkraft, welche von der Drahtsägemaschine ausgeübt wird, schneidet einen Kettenlinienschnitt durch die Erde während eine Zufuhr von Injektionsmittel nach unten durch das Zugrohr und Auslassanschlüsse 34 in der Nähe des Schnitts gepumpt werden, um den Schnitt zu kühlen, zu schmieren und abgeschnittene Stücke wegzutragen. Dieses Rohr kann entlang durch den Grund gezogen werden, wenn der Ort des Schnittes fortschreitet. Das Injektionsmittel erhöht schwimmend die Dicke des Schnitts derart, dass eine Kette oder ein anderer Typ eines mechanischen Prüfinstruments durch einen oder mehrere Abschnitte des Schnitts unter dem jetzt schwimmenden Block gezogen werden können, um zu überprüfen, ob die Sperrschicht durchge hend ist. Zusätzliche Längen des Rohrs werden zu dem Ende des Rohrs hinzugefügt, während es unter dem Block gezogen wird, so dass immer ein Rohr immer in Position bleibt. Eine Rolle einer synthetischen undurchlässigen Schicht, zum Beispiel eine Polyethylenextrusionsschicht 27 mit hoher Dichte, wird dann durch das flüssige Injektionsmittel unter den schwimmenden Block gezogen. Dies können ineinandergreifende Schichten sein, welche getrennt eingezogen werden, wie ferner nachfolgend erklärt wird, oder eine große durchgängige Schicht mit zahlreichen Falten sein.
5B zeigt, dass ein Block 38, welcher auf einer Schicht von Injektionsmittel schwimmt, von nicht gleichförmiger Dichte sein kann und aufgrund seiner Größe sich ein wenig elastisch verhalten kann. Stahlseile oder Ketten 36 und 37 können an Verankerungsstützen in dem Block befestigt sein und ihn umgeben, um die gesamte Aufwärtsbewegung des Blocks zu begrenzen sowie eine Zentrierwirkung 41 bereitzustellen, wenn der Block seine volle Höhe erreicht. Injektionsmittel von der Fabrik 42 kann in den Graben 40 an einem Ende des Blocks eingefüllt werden, aber aufgrund der Viskosität und Reibungseffekten anfänglich den Graben an dem anderen Ende 39 nicht füllen, was somit bewirkt, dass ein Ende des Blocks zuerst angehoben wird. Die Flüssigkeitspegel werden sich jedoch nach einem Zeitraum ausgleichen und der Block wird sich ausrichten.
Eine Abdeckungsstruktur wird an der ausgehärteten Injektionsmittelwand 43 mit einem elastischen Material 44 (wie zum Beispiel einem Elastomer oder Wachs) abgedichtet, um ein luftdichtes Gewölbe zu erzeugen, wie in 6 gezeigt. Zusätzlich wird die undurchlässige Polyethylenschicht 53 an eine ähnliche Polyethylenschicht 45 in dieser Abdeckungsstruktur mittels Schmelzen geklebt. Diese obere Schicht wird mit Schichten von Sand, Beton 46, Lehm 47 und Oberboden bedeckt, wie gemäß dem Stand der Technik bekannt. Der Lehm und Sand sind mit herb schmeckenden Zusätzen versetzt, um Pflanzen, Tiere und Insekten vom Graben darin abzuhalten. Luftdruck-, Feuchtigkeits-, Temperatur-, Geräusch- und chemische Sensoren 48, 49, 50 und 51 sind in dem sauberen Umfangserdreich innerhalb des Gewölbes und auch außerhalb des Gewölbes vergraben. Diese Sensoren ermöglichen eine passive Messung der Integrität des Gewölbes über einen Zeitraum. Ferner kann ein Anschluss bereitgestellt werden, um ein Spürgas in die Behälterstruktur einzuführen.
Eine alternative Ausführungsform der in 1 und 2 gezeigten Vorrichtung ist verändert, um eine umlaufende Schleife von geschmolzenem Paraffininjektionsmittel auf zuweisen, wie in 7A gezeigt. Das geschmolzene Paraffininjektionsmittel 55 wird durch eine Pumpe 56 zu einem der Zugrohre 57, zu einem Verbindungsrohr 63 oder Schlauch, zurück durch das andere Zugrohr und durch einen Schlauch zurück zu dem Tanklastwagen in Umlauf gebracht. Löcher oder Düsen 59 in dem Zugrohr spritzen das Injektionsmittel in den Schneidbereich, um den Schnitt zu kühlen und zu schmieren und um abgeschnittene Stücke zurück zu der Oberfläche entlang dem Ring außerhalb der Zugrohre fortzutragen. Das Schneidseil 60 wird durch die Drahtsäge 61 durch den Schnitt gezogen. Die Drahtsäge und die Zugrohre sind an einem Schlitten angebracht, welcher periodisch von einer Planierraupe vorwärts gezogen wird. Das Paraffininjektionsmittel verdrängt das Erdreich und härtet ein Paar Meter hinter dem Schnitt des Sägedrahts bevor die Länge des Schnitts breit genug ist, ein Absenken der Decklage zu ermöglichen. Das Paraffininjektionsmittel ist geeignet einige Inches in das Erdreich einzudringen bevor es härtet und somit kann die endgültige Sperrschicht einige Zentimeter (Inches) dick sein. Paraffinversorgungsleitungen mit relativ heißem und relativ kaltem aber geschmolzenem Paraffin können durch ein einfaches Ventil gemischt werden, um rasch die Temperatur des Materials auf sich ändernde Bodenbedingungen einzustellen.
Sobald die Platten fertiggestellt sind kann der Umfangsgraben mit herkömmlichen Mitteln ausgegraben werden und mit geschmolzenem Injektionsmittel gefüllt werden. Wenn das Paraffininjektionsmittel ausreichend dicht durch Hinzufügen von Eisenoxidpulver hergestellt ist, um eine Auftriebskraft auf den Block bereitzustellen, kann ein Umfangsgraben mit geschmolzenem Injektionsmittel erhalten bleiben, um eine dicke Sperrschicht wie in 3 herzustellen. Die Zugrohre 66 und Kabelanordnung weisen eine Länge 65 auf, welche genug ist, um einen vollständigen Durchgang unter dem Block zu ermöglichen, wobei das Ende noch freigelegt ist.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung platziert eine Maschine 67 zum gerichteten Bohren ein Rohr nach unten in die Erde, welche den Umfang eines verunreinigen Erdreichbereichs unterhalb des Behälters umgibt, und dann zurück zu der Oberfläche, wie in 8 gezeigt. Unter Verwendung eines Schneidmittels ähnlich zu dem in 7 gezeigten wird eine Schicht eines flüssigen Injektionsmittels hoher Dichte von einer Injektionsmittelfabrik 70 in einer Ebene 72 unterhalb des Behälters 71 platziert. Ein Umfangsgraben 68 wird dann um die Behälter auf eine teilweise Tiefe ausgegraben und mit flüssigem Injektionsmittel hoher Dichte gefüllt. Die übrige Tie fe wird mit einem Greif- oder Schienenbagger 69 ausgegraben, was den Bodenblock, welcher den Behälter enthält, freigibt, welcher nach oben schwimmt, wenn das Injektionsmittel in die Ebene unter dem Behälter fließt.
9A–F zeigen eine Querschnittsansicht einer langen schmalen Einlagerungsstätte 73, welche durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung unterschnitten und angehoben wurde, wobei ein einzelnes Paar von Führungslöchern 74 eingesetzt wurde. Zuerst schneidet eine Drahtsäge 75 zwischen gerichtet gebohrten Löchern mit einer dichten Flüssigkeit, um einen horizontalen Schnitt unter einem Einlagerungsgraben auszubilden, wie in 9A gezeigt. Als zweites wird ein vertikaler Umfangsgraben 76 ausgegraben, wie in 9B gezeigt. Danach wird der Umfangsgraben 76 mit dichtem Injektionsmittel 77 gefüllt, wie in 9C gezeigt. Der Erdreichblock 78 wird dann schwimmend und nach oben in seine endgültige Position 79 versetzt, wobei höhere äußere Erdreichböschungsansätze vorhanden sind, wie in 9D und 9E gezeigt. Schließlich wird die luftdichte Abdeckungsstruktur 81 an der unteren Bodensperrschicht befestigt, wie in 9F gezeigt.
In 10 ist eine lange Deponie ähnlich zu der in 9 gezeigten unterschnitten und angehoben. Ein Bagger 83 baggert einen Umfangsgraben auf volle Tiefe. Ein Paar von Löchern wird gebohrt und verschalt, welches ein Ende des Grabens schneidet, und ein Drahtsägeseil wird um den gesamten Block gelegt. Dies könnte auch mit einem anderen Graben durchgeführt werden, aber würde mehr Injektionsmittel erfordern. Der Graben wird dann mit einem dichten flüssigen Injektionsmittel gefüllt. Eine Drahtsägemaschine 82 fertigt einen Schnitt 84 an, welcher durch das Injektionsmittel aus dem Graben gefüllt wird, welches das Gewicht des Blocks schwimmend unterstützt. Wenn der Schnitt fortschreitet hebt sich der Block schwimmend nach oben in seine vollständig schwimmende Position.
In 11 wird ein kleiner Testblock durch das direkte Kabelziehverfahren unterschnitten. Die Planierraupe 89 zieht das Seil 88 durch das Erdreich, während der Graben 87 mit dem dichten flüssigen Injektionsmittel gefüllt ist, welches von der Injektionsmittelfabrik 90 geliefert wird.
12A–C zeigen die Schritte des Abdichtens des Blocks mit einer synthetischen undurchlässigen Schicht. Dies wird wie folgt ausgeführt. Während der Erdreichblock auf einer dicken Schicht eines dichten Injektionsmittels frei schwimmend ist, zieht eine Planierraupe 93 an Zugrohren 92, welche wiederum eine undurchlässige Mantelschicht 91 vollständig unter den Block ziehen, wie in 12A gezeigt. Die undurchlässige Mantelschicht 91 wird unter den Block gezogen bis sie sich über Böschungsansätze an dem Umfang erstreckt, wie in 12B gezeigt. Eine undurchlässige obere Schicht 95 wird an der Bodenschicht überall entlang dem Umfang des Blocks mittels Schmelzen verbunden 96, was ein luftdichtes Behältergewölbe herstellt, wie in 12C gezeigt.
In einer Ausführungsform wird eine große Schicht 99 unter den frei schwimmenden Block von einer oder mehreren Planierraupen 98 gezogen, wie in 13 gezeigt. In dieser Ausführungsform sind die Zugrohre 100 in Abständen an der Schicht elastisch befestigt 103. Den Rändern der Schicht wird ermöglicht, sich zu fälteln 102, um die Längenunterschiede auszugleichen.
In einer weiteren Ausführungsform werden mehrere ineinander greifende Schichten eines undurchlässigen Mantelmaterials 105 unter den frei schwimmenden Block durch Zugrohre 108 gezogen, wie in 14 gezeigt. Die Verriegelung 106 verbindet die Schichten, während sie eine relative Bewegung ermöglichen, wenn die Schichten durch das flüssige Injektionsmittel 104 gezogen werden.
15A–B zeigen eine weitere alternative Ausführungsform des grundlegenden Verfahrens. Diese Ausführungsform stellt ein Kettenlinienschneidverfahren unter Verwendung eines gleichförmigen röhrenförmigen abreibenden Teils 110 und einer umlaufenden unter Druck stehenden Flüssigkeit 55, die auf den Schnitt gerichtet ist, wenn das röhrenförmige Teil um den Bogen des Schnitts durch die Bewegung von zwei hydraulischen Planierraupenbaggern hin und her bewegt werden, dar. Die Enden des röhrenförmigen Teils werden gedreht, um einer einzelnen ortsfesten Düse zu ermöglichen, einen Bogen von mindestens 45° abzutasten, so dass sie im Wesentlichen das gesamte Erdreich auf dem Weg des röhrenförmigen Teils abbauen kann, wie in 15B gezeigt. In dieser Ausführungsform ist das röhrenförmige Teil ein flexibles Hochdruckrohr mit im Wesentlichen gleichmäßigem Durchmesser, welches sich von der Oberfläche nach unten durch die Führungslöcher und verbunden in einem Kettlinienbogen erstreckt. Die Hochdruckflüssigkeit läuft in einer durchgängigen Schleife um und zumindest ein Anteil der Flüssigkeit verlässt die nach vorne gerichtete Fläche des Rohrs durch ein oder mehrere Löcher oder durch eine oder mehrere Düsen derart, dass die Flüssigkeit dazu beiträgt, das Erdreich auf dem Weg der Vorrichtung zu erodieren und anzufeuchten und ermöglicht der Flüssigkeit im Wesent lichen, das gesamte Erdreich zu verdrängen. Die Ausrichtung derartiger Flüssigkeitsdüsen wird durch hin- und herbewegende Drehung der beiden Enden des Rohrs um eine gleiche Schrittgröße bei jedem Zughub oder durch andere Mittel im Wesentlichen derart übereinstimmend, dass das gesamte Erdreich auf dem Weg des Rohrs durch eine oder mehrere ortsfeste Düsen beeinflusst werden kann, zyklisch geändert, um die Dicke und Gleichförmigkeit des Schnitts zu erhöhen.
Eine fertiggestellte Behälterstruktur mit der endgültigen Abdeckung in Position ist in 16 gezeigt.
Weitere Details der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
Eine Maschine 1 zum gerichteten Bohren, wie zum Beispiel die, welche von Eastman Cherrington Co., Houston, Texas verwendet wird, oder Direktschubmaschinenausführungen, wie zum Beispiel die von Charles Machine Works hergestellte, welche nach dem Stand der Technik bekannt ist, wird verwendet, um eine Reihe von näherungsweise (in einer Draufsicht) parallelen Führungslöchern 8 unter dem Gebiet zu bohren. Die Führungslöcher können typischerweise 20 bis 100 Fuß getrennt beabstandet sein und müssen nicht parallel oder äquidistant sein. Sie müssen nur die Geometrie der herzustellenden Sperrschicht definieren. Die Löcher dringen typischerweise innerhalb des Grabens in einem Winkel in den Boden ein, steigen auf die gewünschte Tiefe ab, bleiben gleich und verlaufen im Wesentlichen horizontal, und steigen dann zurück zu dem Graben an dem gegenüberliegenden Ende des Blocks. Steuerung und Überprüfen der Position derartiger Löcher ist nach dem Stand der Technik wohlbekannt. Mehrere derartige Führungslöcher würden in Abständen über die Breite des Gebiets in verschiedenen Tiefen gebohrt werden, um eine längliche deckenförmige Oberfläche nachzuzeichnen, welche im Wesentlichen unterhalb der verunreinigten Gesteins-/Erdreichschicht ist, aber welche an den Seiten und jedem Ende, wo sie sich mit dem Umfangsgraben schneidet, bis nahe der Oberfläche ansteigt. Dieser Umfangsgraben kann mit einem Grabenbagger auf herkömmliche Art und Weise gegraben werden.
Während des Bohrens dieser Führungslöcher kann eine beliebige Bohrflüssigkeit, welche zu der Oberfläche zurückkehrt, verwendet werden, um zu überprüfen, dass die Löcher in nicht verunreinigtem Erdreich angeordnet sind. Wenn eine Verunreinigung gefunden wird, kann das Loch verstopft werden und ein tieferes Führungsloch angebracht wer den. Abschnitte des Lochs in ungeeignetem Erdreich können wahlweise mit einer dünnen Kunststoffhülse 5 verschalt werden.
Nachdem das Bohren fertiggestellt ist, kann ein Paar von Sägeseilen 6 (oder Düsenrohren 110) und ein „Zugohr" 7 in jedes Führungsloch eingeführt werden, wenn das Bohrrohr 8 herausgezogen wird. Diese zwei Seile (oder Rohre) werden an beiden Enden des Stahlrohrs befestigt. Diese Anordnung trägt dazu bei, zu verhindern, dass die Kabel einander kreuzen, und stellt ein Mittel zum laufenden Ersetzen von Seilen oder zum Einspritzen von Injektionsmittel bereit. Die Rohre erstrecken sich nach oben durch den Graben und über einen Erdreichböschungsansatz zu einer horizontalen Position an jedem Ende. Die Stahlrohre sind vorzugsweise 6,1 cm (2–3/8 Inch) Ölquellenrohre mit Gewindeverbindungen, wie sie in dem Stand der Technik bekannt sind. Das Stahlrohr kann ein oder mehrere kleine Löcher aufweisen, welche in Abständen darin gebohrt sind. Das Rohr kann optional verwendet werden, um dichte Flüssigkeit oder superdichtes Injektionsmittel zu Stellen entlang des Führungslochs zu fördern. Ein kleineres Rohr mit einem Spreizpacker kann innerhalb des Zugrohrs bewegt werden, um den Flüssigkeitsfluss zu einer beliebigen gewünschten Stelle entlang dem Rohr zu führen. Vorzugsweise kann die Flüssigkeit auch zu einem beliebigen Punkt geführt werden indem das Rohr derart durch den Boden bewegt wird, dass die Löcher an der gewünschten Stelle sind. Das Rohr kann ferner verwendet werden, um ein zusätzliches Drahtsägeseil in Position zu ziehen, wenn ein Seil im Betrieb bricht. Die Rohre können ferner verwendet werden, um größere oder leistungsfähigere Drahtsägeseile oder Schneidvorrichtungen oder Prüfstäbe durch den Schnitt zu ziehen, nachdem der anfängliche Schnitt fertiggestellt ist.
Eine Diamantdrahtseilsteinbruchsäge, wie zum Beispiel die Pellegrini TDD 100 G, Verona, Italien, welche zum Gewinnen von Granitblöcken gefertigt wurde, wird an einem Ende der gerichtet gebohrten Führungslöcher angeordnet. Diese Maschinen sind seit vielen Jahren im Einsatz. Die Diamantdrahtsäge ist im Wesentlichen ein Stahlseil mit abreibenden Materialien, welche daran in Abständen befestigt sind. Die Drahtsägemaschine ist eine große motorisch betriebene Seillaufrolle, welche Spannung auf dem Seil hält und eine fortlaufende Schleife des Seils durch den Schnitt wie eine Bandsäge zieht. Das Diamantdrahtsägestahlseil aus dem ersten Loch ist in einer Schleife zurück durch das zweite Loch mit der Drahtsägemaschine verbunden und zu einem fortlaufenden Seil verbunden. Das Verfahren des Verbindens von Stahlseilen kann ein Verfahren des Wiederverwebens aufwei sen, welches im Handwerk bekannt ist. Die Seilmaschine bewirkt, dass das Seil in einer fortlaufenden Schleife durch die Löcher bewegt wird, und bringt Spannung auf das Seil, um einen Weg zwischen den ersten zwei Führungslöchern zu schneiden. Abreibende Diamantabschnitte an dem Seil führen das Schneiden in Gestein durch und Schneiden ferner Erdreich. Bei Anwendungen, wo Gestein nicht erwartet wird, kann das abreibende Seil auf schnelles Erdreich schneiden optimiert sein. Ein übliches Stahlseil von Flugsystemgüte kann auch ohne abreibende Mittel verwendet werden, um durch weiches Erdreich zu schneiden. In dieser Beschreibung werden die Begriffe Seilsäge, Seil, Diamantdrahtsäge, Diamantdrahtseilsteinbruchsäge und Drahtsäge austauschbar verwendet, um ein mechanisches Schneidmittel zu bezeichnen. Die Schneidflüssigkeit kann optional einen lehmauflösenden Zusatz wie zum Beispiel Natriumlignosulphonat oder Salz enthalten, um den Lehm davon abzuhalten, an dem Seil zu kleben. Ein Hochdruckflüssigkeitsstrahl oder mechanische Bürsten können angeordnet sein, um das Seil kontinuierlich zu reinigen, wenn es aus dem Boden kommt.
Der flache Umfangsgaben an jedem Ende der Führungslöcher wird mit einer speziellen Schneidflüssigkeit oder einem Injektionsmittel gefüllt, welches eine Dichte größer als die mittlere Dichte des Deponieerdreichs und eine geringe Viskosität aufweist. Eine Schneidflüssigkeit wird durch den Schnitt geleitet, um die Späne zu entfernen und das Seil zu kühlen und zu schmieren. Die Schneidflüssigkeit ist vorzugsweise ausreichend dicht, um die Decklage zu stützen und den Schnitt vor einem Absinken zu schützen und um ferner auch eine wesentliche Nettoauftriebskraft bereitzustellen. Diese Flüssigkeit kann aus einem gelierten Wasser kombiniert mit einem gepulverten Eisenoxid, um seine Dichte zu erhöhen, gefertigt werden oder es kann ein dichtes eisenoxidmodifiziertes Zementinjektionsmittel mit einem Abbindeverzögerer sein. Die Flüssigkeit kann in die Führungslöcher eingeführt werden, indem es in die Zugrohre in den Führungslöchern des Bereichs des Schnitts nach unten gepumpt wird. An dieser Stelle verlässt die Flüssigkeit das Zugrohr durch kleine Löcher und fließt zurück zu der Oberfläche wobei eine hydrostatische Fallhöhe auf den Bereich des Schnitts einwirkt. Wenn sich das Drahtsägeseil bewegt leitet es diese Flüssigkeit von der Eingangsseite des Schnitts zu der Ausgangsseite und zurück zu der Grabenoberfläche. Das Drahtsägeseil trägt ferner diese Flüssigkeit in den Schnitt, wo es Späne aufsammelt und dann zu der Grabenoberfläche mit dem zurückkehrenden Seil zurückkehrt. Die verwendete Flüssigkeit kann von dem Ausgangsbereich des Grabens auf gesammelt werden und aufgefrischt werden, bevor sie zurück in den Graben geführt wird. Die Dichte der Flüssigkeit und die hydrostatische Füllhöhe von den Oberflächengräben stellen eine ausgleichende Kraft bereit, welche verhindert, dass das Decklagenerdreich in den Schnitt fällt, welchen die Drahtsäge anfertigt. Die Flüssigkeit ist ausgestaltet, um bis zu einem sehr beschränkten Grad in durchlässiges Erdreich und Gestein zu fließen, während ein Filterkuchen ausgebildet wird, gegen welchen die hydrostatische Kraft wirken kann und die Decklage stützen kann. Das Prinzip ist vergleichbar zu dem einer tiefen horizontalen Ölbohrung, welche durch ungeeignete Sande gebohrt wird.
Wenn das Erdreich und Gestein sehr grob ist, kann das Seil während eines einzelnen Schnitts mehrere Male gewechselt werden. Gebrochene Seile können durch Ziehen einer neuen Gruppe von Seilen durch das Paar von Löchern mit dem Stahlzugrohr, welches in dem Loch übrig ist, ersetzt werden. Nachdem der erste Drahtsägenschnitt fertiggestellt ist, kann der nächste Schnitt beginnen. Jeder Schnitt weist seine eigenen Seile auf, damit, wenn mehrere Drahtsägemaschinen verfügbar sind, viele Schnitte zur gleichen Zeit fertiggestellt werden können. Mit dem Seil wird versucht, durch das meiste Gestein und Geröll im Erdreich zu schneiden. Hartes Gestein in weicherem Erdreich kann von dem Seil heraufgedrückt oder heruntergedrückt werden. In beiden Fällen wird die dichte Flüssigkeit die, wie auch immer erzeugte, Lücke füllen. Für Anwendungen im großen Maßstab können Seile mit größerem Durchmesser verwendet werden, um längere und breitere Schnitte anzufertigen.
Nachdem anfängliche Schnitte in einem vorgegebenen Bereich ausgebildet wurden, kann zusätzliches Injektionsmittel zu dem Graben hinzugefügt werden und durch die Rohre eingespeist werden. Der Pegel der Injektionsmittelflüssigkeit in dem Graben wird allmählich erhöht, was bewirkt, dass mehr Injektionsmittelflüssigkeit in den Schnitt fließt und die oberen Erdreichschichten schwimmend anhebt, während die Dicke des Schnitts sich langsam und gleichförmig erhöht. Das Konzept ist wie ein Zum-Schwimmen-Bringen eines Schiffes aus einem Trockendock. Ein Hinzufügen von Injektionsmittel wird fortgesetzt, bis der Erdreichblock sich um näherungsweise 0,9 m (näherungsweise 3 Fuß) gehoben hat. Siehe 2A. An dieser Stelle beträgt die Sperrschichtdicke ebenfalls näherungsweise 0,9 m (näherungsweise 3 Fuß). Die Stahlrohre, welche in den Spuren der Führungslöcher liegen, können jetzt verwendet werden, um einen Kettentypprüfstab oder eine hochdichte Polyethylenextrusionsfolie (HDPE) unter den schwimmenden Block zu ziehen, siehe 5. Eine große Folienbahn aus HDPE kann durch Vor-Ort-Schmelzverklebetechniken hergestellt werden und unter das gesamte Gebiet in einer Bewegung gezogen werden. Ein Verstärkungsgewebe einer Verbundstofffaser kann ferner auf diese Art und Weise angebracht werden, um die Festigkeit des zementbasierten Injektionsmittels zu erhöhen. Spannungsstützseile oder nicht zerstörende Prüfvorrichtungen können auch auf die gleiche Art und Weise installiert werden.
Böschungsansätze aus Erde können um den äußeren Umfang des Grabens aufgebaut werden, um höhere Injektionsmittelpegel zu ermöglichen, um das Anheben des Blocks zu erhöhen, oder um ein Anheben eines Gebiets mit einer strukturierten Oberfläche oder schweren Objekten zu ermöglichen. Verankerte Seile können verwendet werden, um eine Kraft bereitzustellen, um den schwimmenden Block in der geometrischen Mitte des Flüssigkeitsdurchmessers zu halten, siehe 6.
INJEKTIONSMITTELMERKMALE UND ZUSAMMENSETZUNG
Das urheberrechtlich geschützte Injektionsmittel wird für einige Wochen flüssig bleiben und dann zu einem Gestein mit physikalischen und chemischen Eigenschaften ähnlich einer keramischen Kachel aushärten. Eigenschaften dieser Flüssigkeit sind auf den Bereich zugeschnitten und sind ausreichend „filterkuchenbildend", dass die Flüssigkeit nicht übermäßig in Erdreich oder Gestein eindringt. Es wurde gezeigt, dass die Permeabilität des bevorzugten Injektionsmittels näherungsweise 10^–8 cm pro Sekunde sein sollte. Eine Druckbelastbarkeit nach sechs Monaten ist größer als 34,5 10⁶ Pa (5000 psi). Dieses Injektionsmittel weist nahezu keine Schrumpfung auf und ist höchst undurchlässig. Es ist sowohl für feuchte als auch wüstentrockene Bedingungen geeignet. Als eine Flüssigkeit weist das Injektionsmittel eine Marsh-Trichterviskosität kleiner als 120 Sekunden und typischerweise kleiner als 70 Sekunden auf. Das Injektionsmittel ist anorganisch und widerstandsfähig gegenüber Nitratsalzmigation. Eine nicht aushärtende Variante des Injektionsmittels ist auch zur Verwendung als Schneidflüssigkeit bei dem Drahtsägebetrieb erhältlich. Diese dichte Schneidflüssigkeit wird auch aushärten, wenn sie mit der aushärtenden Variante vermischt wird.
Das spezielle superdichte Injektionsmittel ist vorzugsweise aus einem Typ K oder anderem nicht expandierenden Zement zusammengesetzt, um die Möglichkeit von Spannungsrissen zu minimieren, welches mit Wasser zu einer anfänglichen Dichte von 1438 bis 2396 kg/m³ (12 bis 20 Pfund pro Gallone) gemischt wird. Ein hochdichter Zusatzstoff, wie zum Beispiel Barit, Messing- oder Kupferpulver, Uranerz oder Stahlsand, aber vorzugsweise Eisenoxidpulver (Hämatit), wie es gemäß dem Stand der Technik von Ölquellenzement und Bohrflüssigkeiten bekannt ist, wird hinzugefügt, um die endgültige Dichte auf 2396 bis 3595 kg/m³ (20 bis 30 Pfund pro Gallone) zu erhöhen. Eine viskositätreduzierende Beimischung wie zum Beispiel verdichtetes Polynaphtalensulfonat, aber vorzugsweise ein salztolerantes, in hohem wasserreduzierendes Mittel, wie zum Beispiel Halliburton CFR-3, erhältlich von Halliburton Services in Houston, Texas, wird in Konzentrationen von 0,5 bis 2% hinzugefügt. Eine härtungsverzögernde Beimischung, basierend auf Lignosulfonaten, Boraten oder Glukonsäuren, welche gemäß dem Stand der Technik bekannt sind, aber vorzugsweise eine organische Phosphorsäure, wie zum Beispiel Aminotrimethylenphosphorsäure, welche von Monsanto Chemical als ein Kesselsteinverhinderungszusatz hergestellt wird. Andere bevorzugte Zusätze weisen Fumed Silica, Epoxydharze und Butadinstyrollatexemulsionen auf. Die obige Injektionsmittelrezeptur, welche richtig dosiert ist, wird eine nicht absetzende wässrige Masse ausbilden, welche für einige Wochen flüssig bleiben wird und eine Viskosität vergleichbar mit Buttermilch aufweist. Nach mehreren Wochen wird die wässrige Masse aushärten. Nach einem Härten über mehrere Monate wird es eine hohe Druckbelastbarkeit ausbilden.
Ein Beispiel eines derartiges Schlamms ist wie nachfolgend beschrieben: 90 bis 110 Teile Wasser (Gewichtsanteile), 150 Teile Typ-K-Zement, 300 bis 400 Teile gepulvertes Hämatit (Eisenoxid), 20 bis 40 Teile Fumed Silica, 25 bis 35 Teile Latexemulsion, 30 bis 60 Teile CFR-3 und 0,2 bis 0,8 Teile anorganische Phosphorsäure. Dieses Injektionsmittel weist einen sehr geringen Wasserinhalt auf und erzeugt ein endgültiges Produkt, welches in sehr trockenen Umgebunden Bestand haben kann.
Ein alternativer Schlamm kann verwendet werden, wenn die Merkmale des Bereichs ein flexibles Sperrschichtmaterial erfordern. Dieser Schlamm wäre ähnlich zu dem obigen Schlamm, aber der Zementinhalt würde auf 50 Teile Zement reduziert werden und das Wasser durch einen 6 bis 8% vorhydrierten Bentonitschlamm, welcher mit 1% Natriumlignosulfonat anstatt dem anderen Abbindeverzögerer verändert ist, ersetzt werden. Dieser Formel bildet ein dichtes tonähnliches Injektionsmittel aus, welches eine Fließbarkeit ähnlich zu natürlichem Ton aufweist.
Ein weiteres alternatives Injektionsmittel kann durch Hinzufügen von gepulvertem Hämatit oder eines Zementinjektionsmittelschlamms, welcher Hämatit enthält, zu einem Epoxydharzinjektionsmittel gefertigt werden. Das bevorzugte Epoxydharz wäre CARBRAY 100, welches von Carter Technologies, Sugar land, Texas vertrieben wird. Dieses Epoxydharz weist eine sehr geringe Viskosität auf und kann mit Wasser oder Bentonitschlamm verdünnt werden. Das Material härtet zu einem gummiartigen Produkt, welches in einer Vielfalt feuchter Umgebungen beständig ist. Dieses Epoxydharz kann ferner mit trockenem Bentonit und gepulvertem Hämatit gemischt werden, um ein kostengünstigeres, aber immer noch flexibles Produkt auszubilden.
Ein weiteres verwendbares Injektionsmittelmaterial ist geschmolzenes Paraffin oder geschmolzenes Polyethylen geringer Dichte. Diese Materialien schmelzen bei Temperaturen unterhalb des Siedepunkts von Wasser und können somit in Arbeitsbereichen mit verhältnismäßig einfachen Aufräumarbeiten angewendet werden. Sie können beide mit Tensiden modifiziert werden, damit sie das Erdreich besser durchfeuchten, sogar wenn das Erdreich bereits feucht ist.
LUFTDICHTE BAROMETRISCHE ABDECKUNG, FÜR ALLE VERFAHREN
Nachdem die unter Grund liegenden Abschnitte des Sperrschichtgewölbes durch eines der Verfahren fertiggestellt sind, kann eine Abdeckung oberhalb des Grunds hergestellt werden und später mit Erdreich bedeckt werden. Diese Abdeckung besteht aus herkömmlichem Beton, Lehm und einer HDPE-Konstruktion, ist aber ausgestaltet, um luftdicht zu sein, und kann mit passiven Luftdrucksensoren an ihrer inneren und äußeren Oberfläche ausgestattet sein. Diese Sensoren ermöglichen, Luftdruckdifferenzen zwischen dem Gewölbe und der Umgebung zu überwachen und aufzuzeichnen. Trockene Erdreiche sind relativ durchlässig für Luftdruck. Ein Bruch in dem Gewölbe ermöglicht, dass sich ein äußerer Luftdruck langsam in dem Gewölbe angleicht. Diese Abdeckung ist mit Drucksensoren ausgestattet, welche einen äußeren atmosphärischen Druck, einen äußeren Erdreichgasdruck und einen inneren Erdreichgasdruck unter der Abdeckung überwachen. Durch Vergleichen dieser drei Drücke über der Zeit kann die Integrität der Sperrschicht überprüft werden. Manuell betätigte Belüftungsrohre können ein periodisches Belüften eines beliebigen Druckes, welcher sich in der Struktur aufgrund der Gaserzeugung durch den Inhalt ansammelt, ermöglichen. Spürgase können eingeleitet werden, um eine Rissdetektion, -lokalisierung und -reparatur zu unterstützen. Siehe 7. Einleiten einer geringen Menge von Freon oder anderen geeigneten Spürgasen in die Behälterstruktur ermöglichen durch Erdreichgasmessfühler, die um den Umfang herum angeordnet sind, beliebige unter irdische Risse zu detektieren. Einspritzen einer geruchserzeugenden Chemikalie ermöglicht ein regelmäßiges Überwachen durch abgerichtete Hunde. Die Hunde können abgerichtet sein, an der Quelle des Lecks zu graben.
Feuchtigkeitspegel und Geräuschpegel innerhalb gegenüber außerhalb der Sperrschicht können auch verwendet werden, um Undichtigkeiten zu überwachen. Die Feuchtigkeitspegel innerhalb der Sperrschicht sollten sich nicht ändern, wenn sich die äußeren Pegel ändern. Die inneren Feuchtigkeitspegel können durch In-Umlauf-Bringen von trockener Luft durch das Innere der Struktur reduziert werden. Passive Geräuschsensoren innerhalb der Behälterstruktur können einen Spannungsriss des gesteinsähnlichen Sperrschichtenmaterials detektieren, wenn er auftritt. Vier vergrabene akustische Signalgeber außerhalb der Struktur mit abwechselnden Wobbelfrequenzen von 20 bis 60000 Schwingungen pro Sekunde ermöglichen verschiedenen akustischen Sensoren innerhalb und außerhalb der Struktur Informationen aufzunehmen, welche sowohl den Ort als auch die Größe eines Risses anzeigen können. Die Dämpfung von verschiedenen Frequenzen kann die Größe eines Risses anzeigen.
Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung variiert sehr gemäß der Größe und den Umweltbedingungen. Ein Beispiel einer derartigen Konstruktion für eine 91 × 91 m (300 Fuß mal 300 Fuß) Abdeckung in Idaho ist wie nachfolgend beschrieben. Die gehärtete Oberfläche des Umfangsgrabens wird geglättet und ein elastisches Kautschukmaterial wie zum Beispiel Carbray 100 Epoxydharz oder Dichtsilikon wird auf seine Oberfläche geschichtet. Eine Schicht von durchlässigem Sand wird innerhalb des Rands des Umfangsdurchmessers auf 0,9 m (3 Fuß) Tiefe in der Mitte platziert und zu einer Tiefe von 1 Fuß an den Rändern abgeschrägt. Eine hochdichte geotextile Polyethylendeckmantelschicht, welche durch Schmelzverbindungsverfahren hergestellt wurde, wird über dem Gebiet, welches sich über dem Abdichtungsmaterial erstreckt, platziert und mit der unteren Mantelschicht, welche sich aus dem Umfangsgraben heraus erstreckt, mittels Schmelzen verbunden. Eine Geotextilie wird oben auf der oberen HDPE-Mantelschicht mit Spannpfosten angebracht und verstärkend darüber installiert. Eine Sandschicht mit herb schmeckenden Zusätzen wie Pfeffer, Alaun und Borax wird über der Mantelschicht ausgebreitet und ein gering durchlässiger Beton wird darauf gegossen, um ferner Insekten, Pflanzen und Nagetiere abzuschrecken. Eine Lehm- und Erdreichabdeckung wird unter Verwendung der glei chen Zusätze darüber errichtet, um die Betonabdeckung sicher unterhalb der Frosttiefe zu vergraben.
Im Fall eines Bruchs können Anschlüsse in dem fertiggestellten Gewölbe verwendet werden, um geringe Mengen eines Spürgases wie zum Beispiel übliches R-12 Freon oder R-134 oder ähnliche Fluorkohlenwasserstoffe, welche durch das gesamte Gewölbe diffundieren, einzuleiten. Ein Entweichen von sogar Spuren dieses Gases durch die Wand kann von einem kostengünstigen tragbaren Detektor an der Umfangsoberfläche und an der oberen Abdeckung erfasst werden und somit den allgemeinen Bereich des Lecks anzeigen. Eine gerucherzeugende Chemikalie kann auch in das Gewölbe eingeleitet werden. Abgerichtete Hunde können dann verwendet werden, um die Abdeckung und die Umfangsbereiche routinemäßig zu kontrollieren. Es ist wohl bekannt, dass Hunde Konzentrationen von Geruchsstoffen zuverlässiger und in geringeren Konzentration erkennen können, als gegenwärtig erhältliche Messgeräte. Feuchtigkeitspegel können auch verwendet werden, um eine Isolation zu überprüfen. Hohle Rohre, welche in der Wand und dem Boden des Gewölbes platziert werden, während es in dem flüssigen Zustand ist, können verwendet werden, um Radiofrequenz-, elektrische Widerstands- oder akustische Messungen in den Wänden des Gewölbes durchzuführen, um Risse zu lokalisieren, sogar wenn sie keine Undichtigkeit bewirken. Mehrere akustische Signalgeber außerhalb des Gewölbes, die von 20 bis 60000 Schwingungen pro Sekunde wobbeln, die von vergrabenen Sensoren in dem Inneren der Struktur aufgenommen werden, können verwendet werden, um Risse zu lokalisieren. Spannungsrisse erzeugen Geräusche, wenn sie auftreten, und können passiv erfasst werden. Das bevorzugte Injektionsmittelmaterial kann eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, um eine Widerstandserfassung zwischen der Innenseite und der Außenseite der Behälterstruktur zu ermöglichen.
Ein erheblicher Schaden an der Abdeckung des Gewölbes kann durch herkömmliche Mittel, welche eine Epoxydharzrisseinspritzung aufweisen, repariert werden. Ein Schaden an den Seitenwänden kann durch Ausheben eines schmalen Grabens entlang der Wand und Gießen eines neuen Betons vor Ort repariert werden. Herkömmliche chemische Injektionsverfahren können auch verwendet werden. Ein Schaden an dem Boden des Gewölbes kann durch Fluten des Gewölbes mit einem wasserdünnen chemischen Injektionsmittel wie zum Beispiel Natriumsilicat, Polyacrylamid oder Epoxydharz repariert werden.
Es ist ferner möglich, eine vollständig neue Sicherheitsbehältersperrschicht unter einer bestehenden herzustellen.
VARIATIONEN DES VERFAHRENS
VERFAHREN FÜR EINEN EINLAGERUNGSGRABEN, WOBEI ZUERST EIN BODEN HERGESTELLT WIRD
Es gibt eine Menge von Einlagerungsgräben in Idaho, welche näherungsweise 6 m (20 Fuß) breit mal 4,6 m (15 Fuß) tief mal 152 m bis 518 m (500 bis 1700 Fuß) lang sind. Diese Gräben liegen typischerweise parallel und näherungsweise 30 Fuß auseinander. Sie enthalten zufällig ausgekippten, undokumentierten, schwach radioaktiven Abfall. Die Gräben wurden mit einem Bagger hinab bis zu einer Basaltgesteinsschicht gegraben. Diese Basaltgesteinsschicht ist näherungsweise 152 m (500 Fuß) dick, aber ist über der Snake-River-Wasserschicht angeordnet. Das Gestein ist gebrochen und wird nicht als eine langfristige Isolierschicht angesehen.
Gerichtet gebohrte Löchern würden entlang der Bodenaußenlöcher eines Grabens in der gewünschten Tiefe platziert werden. Dies könnte gut in der Basaltgesteinsschicht sein. Diese Führungslöcher würden sich an jedem Ende des Einlagerungsgrabens zurück zu der Oberfläche krümmen. Diamantsteinbruchsägeseile, welche an beiden Enden eines Rohrs angebracht sind, vorzugsweise ein 6,1 cm (2–3/8 Inch) Ölquellenstahlrohr, würden in jedes Loch gezogen werden, wenn das Bohrrohr entfernt wird.
Die Seile von einem Loch zu dem anderen würden an der Oberfläche zu einer durchgehenden Länge verbunden werden und durch die Drahtsägemaschine gefädelt werden. Zwei getrennte angeböschte erhöhte Gruben „A" und „B" würden um jede der Führungslochöffnungen an dem Drahtsägemaschinenende des Einlagerungsgrabens hergestellt werden. Ein einzelner Graben „C" würde hergestellt werden, welcher die beiden Führungslöcher an dem gegenüberliegenden Ende des Einlagerungsgrabens verbindet. Eine dichte Bohrflüssigkeit, welche in die Grube „A" gepumpt wird, fließt durch das Nr. 1 Führungsloch zu dem „C"-Graben und zurück durch das Nr. 2 Führungsloch zu Grube „B". Die Flüssigkeit, welche in Grube „B" ankommt, würde wieder aufbereitet werden und zurück in Grube „A" gegeben werden. Ein Injektionsmittel könnte auch durch die Rohr wie zuvor beschrieben gepumpt werden.
Nachdem dieser kontinuierliche Fluss eingerichtet ist würde die Drahtsägemaschine ein Seil in das Nr. 1 Führungsloch eingeben, während das Seil von dem Nr. 2 Führungs loch gezogen wird. Der Schnitt würde an dem „C"-Graben anfangen und in Richtung der Drahtsägemaschine weitergehen, wenn sich die Maschine entlang ihrer Führungen zurückbewegt. Regelmäßig würde ein neues Drahtsägeseil in das System gespleißt werden. Die Stahlrohre können verwendet werden, um zusätzliche Seile in Position zu ziehen, wenn ein Seil im Betrieb bricht, oder um einen Fluss einer Schneidflüssigkeit zu einem bestimmten Bereich bereitzustellen. Wenn der Schnitt fortschreitet wird der gesamte Einlagerungsgraben unterschnitten und auf einer 1,27 cm (1/2 Inch) dicken Schicht der dichten Schneidflüssigkeit gehalten werden.
Die Eigenschaften und die Stabilität dieser Flüssigkeit sind natürlich entscheidend für das Verfahren. Die Flüssigkeit muss eine Dichte größer als das Erdreich und das Gestein über ihr aufweisen und flüssig genug sein, damit sie fließt und einen hydrostatischen Druck wirksam durch einen 1,27 cm (1/2 Inch) dicken Schnitt überträgt. Ihre Flüssigkeitsausgleicheigenschaften müssen ferner zugeschnitten sein, um kleine Sprünge in dem durchlässigen Gestein zu verstopfen ohne den 1,27 cm (1/2 Inch) dicken Schnitt zu verstopfen. Große vertikale Risse und Sprünge sind ein übliches Merkmal in dem Basaltgestein von Idaho. Wenn die Drahtsäge auf Risse trifft, welche nicht gefüllt werden können, werden ein oder mehrere der Zugrohre verwendet, um eine Natriumsilicatlösung in den Schnitt einzuspritzen. Dieses Material bewirkt, dass das Injektionsmittel sehr rasch viskos wird und große Öffnungen verstopft.
Nach Fertigstellung des Bodenschnitts würden die Seitenwandgräben durch herkömmliche Mittel wie zum Beispiel Grabenbagger unter einem Schlamm von dünnflüssigem dichten Injektionsmittel ausgehoben werden. Diese Gräben würden an einem Ende angefangen werden und auf einmal an beiden Seiten nach unten fortgesetzt werden, um einen Graben um den gesamten Umfang herzustellen. Wenn der Seitenwandgraben den Bodenschnitt durchschneidet wird das dichte Injektionsmittel in den Bodenschnitt fließen und eine positive Nettoauftriebskraft in der Größenordnung von 48 bis 239 Pa (1 bis 5 Pfund pro Quadratfuß) bereitstellen, welche nicht groß genug ist, um das Erdreich und Gestein zu scheren, aber genug ist, um es anzuheben, sobald es nicht mehr festgehalten wird. Wenn die Seitenwandschnitte herab der Länge des Einlagerungsgrabens fortgesetzt werden, ermöglicht die Elastizität des Erdreichs und Gesteins, dass der Block aus dem Grund an dem freien Ende herausgehoben wird. Sobald die gesamte Länge des Blocks frei schwimmend ist kann zusätzliches Injektionsmittel hinzugefügt werden, um die Dicke der Injektionsmittelschicht zu erhöhen. Bei sehr langen Gräben kann der Erdreichblock zur gesamten Ausführungserhebung ansteigen, bevor die Bagger das ferne Ende des Gebiets erreichen. Siehe 10.
VERFAHREN FÜR EINEN EINLAGERUNGSGRABEN, WOBEI ZUERST DIE SEITEN ERSTELLT WERDEN
Ein alternatives Verfahren der Herstellung kann in Erdreich oder Gestein verwendet werden, welches rascher geschnitten werden kann. Man erwartet, dass dieses Verfahren in hartem Erdreich verwendbar ist, in welchem ein Graben ohne Stütze offen stehen bleiben wird und welches eine geringe Wahrscheinlichkeit von großen Brüchen oder Fehlstellen aufweist. Bei diesem Verfahren wird der vertikale Umfangsgraben zuerst bis zur vollen Tiefe ausgehoben. Die Drahtsägeeinrichtung wird dann in dem Graben angeordnet, um die Basis des Blocks in einer horizontalen Ebene loszuschneiden. Dies kann durch Anordnung von Kabelrollen in dem Graben oder durch Eindringen in die Basis des einen Endes des Grabens mit gerichtet gebohrten Löchern, durch welche die Kabelsäge gefädelt ist, ausgeführt werden. Der Graben wird mit einem extradichten Injektionsmittel, welches dichter ist, als der Erdreichblock und welches ausgestaltet ist, um während der Dauer der Arbeit flüssig zu bleiben, gefüllt. Wenn das Schneiden beginnt, füllt das extradichte Injektionsmittel den Graben und dringt in die Lücke ein, welche durch die Drahtsäge geschnitten wird, um ein Entfernen von Feststoffen, ein Kühlen und einen Auftrieb für den Block bereitzustellen. Für diese Arbeit können für die Seilsäge in Gestein Diamantschleifmittel erforderlich sein, aber in Erdreich können Stahlseil- oder Stahlkettenschneidelemente verwendet werden. Bei diesem Verfahren füllt das Injektionsmittel den Hohlraum hinter dem Seil, während es schneidet.
Während die Drahtsäge den Block unterschneidet bewirkt eine Auftriebskraft des extradichten Injektionsmittels, dass ein Ende des Blocks, welcher unterschnitten wurde, etwas angehoben wird, wenn das Injektionsmittel in den horizontalen Schnitt fließt. Zusätzliches Injektionsmittel wird zu dem Graben hinzugefügt, um einen ausreichenden Pegel zu halten, um ein geringes aber messbares Ansteigen des freien Endes des Blocks zu bewirken. Nachdem der Unterschneidungsvorgang fertiggestellt ist wird zusätzliches Injektionsmittel zu dem Graben hinzugefügt, um zu bewirken, dass der gesamte Block auf die gewünschte Höhe von 0,46 bis 0,92 m (typischerweise 18 bis 36 Inch) ansteigt. Anbö schungen können um den äußeren Umfang des Grabens hergestellt werden, um eine größere Anhebehöhe zu ermöglichen.
Bei diesem Verfahren müssen die Setzeigenschaften des extradichten Injektionsmittels verzögert werden, bis der Schnitt fertiggestellt ist. Dieses Verfahren benötigt kein gerichtetes Bohren an Standorten, wo tiefe übliche Aushebungen des Umfangsgrabens möglich sind. Dieses Verfahren bildet einen rechteckigen Block anstatt der flach gekrümmten Beckenstruktur aus. Zusätzliche Gefälleaushebungen an jedem Ende können hinzugefügt werden, um ein Einführen eines Kunststoffmantelschichtmaterials zu ermöglichen.
DIREKTES SEILZUGVERFAHREN
Eine besondere Variante dieses Verfahrens ist in sehr weichem Erdreich oder in einem kleinen Teststandort möglich. Ein Graben in einer U-Form, wobei die Enden des U zurück zu der Oberfläche auslaufen, und ein Kreuzgraben in dem Abschnitt der vollen Tiefe werden derart ausgehoben, dass der Abfallbereich umgeben ist. Ein Stahlseil wird in den Boden des Grabens gelegt, wobei sich die Enden von dem Boden des U erstrecken und mit einem Zugmittel zum Beispiel einer großen Planierraupe verbunden sind. Der abgeschrägte Abschnitt des Grabens wird wieder aufgefüllt, um die Seile in Position zu halten. Der übrige Graben wird mit einem Injektionsmittel gefüllt, welches dichter als das Erdreich ist, aber noch flüssig ist. Die Planierraupe zieht das Kabel durch das weiche Erdreich wie eine Käseschneidemaschine und fertigt einen Schnitt an, welcher sofort mit Injektionsmittel gefüllt wird. Dieser Vorgang bildet eine durchgängige Schicht von Injektionsmittel unter dem Erdreichblock aus, welche sich verdickt, wenn das Injektionsmittel den Block nach oben versetzt. Verankerungsseile halten den Erdreichblock mittig in der Ausgrabung. Wenn das Injektionsmittel aushärtet wird es eine nahtlose Grundstruktur ausbilden.
VERTIKALES ZYLINDERBLOCKVERFAHREN
Ein weiteres alternatives Verfahren umfasst ein Ausbilden eines gerichtete gebohrten Lochs, welches in den Grund außerhalb des Abfallbereichumfangs eindringt, auf eine Tiefe absteigt und gleich bleibt, um den Umfang des zu isolierenden Gebiet weitergeht, (es vollständig umkreist) und dann zu der Oberfläche nahe dem Eindringpunkt zurückkehrt. Das Drahtsägeseil wird durch diesen kreisförmigen Pfad gezogen, wenn der Bohrer herausgezogen wird. Wenn die Drahtsäge angezogen wird, schneidet sie unter dem zu isolierenden Bereich. Ein großer kreisförmiger Schnitt wird unter dem Standort ausgebildet. Siehe 8. Der Schnitt wird mit einer dichten Flüssigkeit gefüllt, während er geschnit ten wird, wie bei dem bevorzugten Verfahren. Diese dichte Flüssigkeit füllt den Schnitt und die gerichteten gebohrten Löcher zurück bis zu der Oberfläche, um eine hydrostatische Stütze für den Erdreichblock bereitzustellen. Diese dichte Flüssigkeit kann ein nicht härtendes Material sein, welches für viele Monate vor der nächsten Phase des Projekts vor Ort bleiben kann. Die Flüssigkeit würde ausgestaltet sein, um etwas schwerer oder leichter als das Injektionsmittel zu sein, und würde die Fähigkeit aufweisen, kleine Undichtigkeitspfade oder durchlässige Anordnungen abzudichten.
Nachdem der horizontale Bodenschnitt ausgebildet ist wird herkömmlich ein Umfangsgraben innerhalb der Grenzen des horizontalen kreisförmigen Schnitts und dadurch ausgehoben. Dieser Graben kann rechteckig oder gekrümmt gemäß der Fähigkeit der Aushebungsvorrichtung sein. Dieser Graben kann „trocken" geschnitten werden oder unter einem extradichten Injektionsmittelschlamm ausgehoben werden. Wenn er trocken ausgehoben wird, fließt die dichte Flüssigkeit aus dem horizontalen Schnitt heraus und ermöglicht den Schnitt in der Nähe des Grabens zu schließen. Dies stellt ferner einen optischen Beleg bereit, dass der horizontale Schnitt durchschnitten wurde. Wenn der Graben unter einem extradichten Injektionsmittelschlamm ausgehoben wird, wird der Schlamm den hydrostatischen Druck der dichten Flüssigkeit in dem horizontalen Schnitt ausgleichen oder ihn überwinden und in den horizontalen Schnitt fließen. Optional können beide Verfahren zur gleichen Zeit an gegenüberliegenden Seiten des Blocks verwendet werden. Wenn der schlammgefüllte Umfangsgraben durch den horizontalen Schnitt schneidet wird sein extradichtes Injektionsmittel in den horizontalen Schnitt eindringen und bewirken, dass der Block angehoben wird. Es kann ferner wünschenswert sein, einen prozentualen Anteil der vollen Tiefe mit einem trockenen Graben zu schneiden und dann das Durchschneiden mit dem mit extradichtem Injektionsmittel gefüllten Graben fertig zu stellen.
AUSBILDEN VON SPERRSCHICHTEN MIT GESCHMOLZENEM PARAFFIN
Drahtsägeschnitte können ferner unter Verwendung eines geschmolzenen Paraffins, welches auf die gleiche Art und Weise wie das dichte Injektionsmittel in den Schnitt durch die Zugrohre gepumpt wird, hergestellt werden. Die Zugrohre können Umlaufschleifen aufweisen, um das Paraffin vom Aushärten um die Rohre zu bewahren. Bei diesem Verfahren härtet das Paraffin nur wenige Fuß hinter dem Schneidseil. Der flüssige Bereich ist ein dünner Bogen zwischen den Führungsrohren, typischerweise von 1 bis 3 Inch Dicke. Dies begrenzt die Decklagenspannung auf dem Erdreich derart, dass die Sperrschicht nicht herausgedrückt wird. Diese Injektionsmittel können ferner mit gepulvertem Eisenoxid modifiziert werden, um sie dichter als das Erdreich zu machen, um eine Sperrschicht mit Auftriebskraft zu ermöglichen. Es ist jedoch auch möglich, ein thermoplastisches Material wie Paraffin zu verwenden, um eine dünne Sperrschicht herzustellen, welche auf einer raschen Aushärtung beruht, um ein Absinken zu verhindern. Absinkkräfte werden gesteuert, indem die eine horizontale Abmessung des Schnitts ausreichend schmal gehalten wird, dass die strukturelle Festigkeit der Erdreichdecklage ausreichend ist, um ein Herabstürzen zu verhindern. Ein chemisches Zweikomponenteninjektionsmittel kann ferner in einer ähnlichen Art und Weise angewendet werden, wobei das Zugrohr ein konzentrisches inneres Rohr, welches die zweite Komponente zuliefert, und eine Düse, welche derart ausgebildet ist, um den Fluss von beiden Komponenten aufzunehmen und sie zusammen zu mischen, enthält. Dies kann auch mit zwei getrennten Rohren, welche zusammengebunden sind oder innerhalb einer größeren Rohrs sind, durchgeführt werden. Das Injektionsmittel braucht nur an einer Seite von dem Schnitt, von welchem sich das Kabel einwärts bewegt, eingespritzt werden. Die Bewegung des Seils durch den Grund erzeugt einen Pumpvorgang, welcher bewirkt, dass der größere Anteil des Injektionsmittels der Bewegung des Seils um den Kettenlinienbogen des Schnitts und zurück zu der Grabenoberfläche folgt.
Geschmolzenes Paraffin wird durch ein kettenliniengebogenes Rohr bei hohem Druck und hoher Geschwindigkeit in Umlauf gebracht, während das Rohr selbst durch gerichtet gebohrte Löcher zu dem sich vorwärtsbewegenden Schnitt hin und her bewegt wird. Typische Drücke wären von 1,38 10⁷ bis 6,9 10⁷ Pa (2000 psi bis 10000 psi), welche durch ein federbelastetes Quetschventil in der Umlaufleitung gesteuert werden, welches automatisch den Druck in der Leitung begrenzt. Die Umlaufgeschwindigkeiten sind ausreichend, um zu verhindern, dass sich Partikel absetzen, und um die Temperatur gleichmäßig zu halten. Löcher oder gehärtete Anschlüsse in der vorne gegenüberliegenden Oberfläche des Rohrs stoßen die geheizte Flüssigkeit in das Erdreich mit hoher kinetischer Energie aus, wodurch bewirkt wird, dass das Erdreich erodiert wird und im Wesentlichen durch das geschmolzene Paraffin ersetzt wird. Dies ermöglicht dem Rohr seitlich vorwärts vorzudringen. Diese Anschlüsse oder „Düsen" können durch Verlöten einer Wolfram-Hartmetallspüldüse mit der Oberfläche des Rohrs hergestellt werden. Abschnitte der Oberfläche des Rohrs können mit einem Schleifmittel wie zum Beispiel einem in einer Epoxydharzbeschichtung eingebetteten Wolfram-Hartmetall oder mit einer aufgeschweißten har ten Oberfläche bedeckt sein. Ein geringfügiges Drehen beider Enden des Rohrs nach jedem Zughub ermöglicht einer einzelnen Düse einen breiteren Weg als das Rohr zu schneiden. Ein Beispiel eines derartigen Drehablaufs wäre 0°, +5°, 0°, –5°, 0°, +5°. Durch Drehen des Rohrs in kleinen Schritten ist es möglich, das gesamte Erdreich vor dem Rohr mit einer ortsfesten Düse abzutasten. In vorhergehenden Versuchen mit Erdreichstrahlvorrichtungen hat der Erfinder bemerkt, dass die Breite des Schnitts, welcher von einer einzelnen Düse ausgebildet wird, sich erheblich mit der Art des Erdreichs und Ausströmfaktoren ändert. Wenn die Düsen keinen Schnitt herstellen, welcher mindestens so dick wie der Durchmesser des Rohrs ist, kann die Vorrichtung nur durch mechanisches Abreiben vordringen. Die Enden des Rohrs können automatisch durch einen mechanischen „J-Schlitz"-Mechanismus gedreht werden, wie er bei Ölquellenwerkzeugen für nach unten gerichtete Löcher üblich ist. Der Mechanismus dreht jedes mal das Rohr um einen Schritt, wenn es unter Spannung gesetzt wird und entspannt wird.
Während das Rohr seitlich durch den Grund verläuft dringt das Paraffin in das Erdreich ein und kühlt in einen festen Zustand. Paraffin, welches von der Sperrschicht wegbricht, wird einer raschen Abkühlung unterliegen und aushärten und abdichten. Die Einspritztemperatur und die Abkühlgeschwindigkeit sind derart, dass das Paraffin härtet bevor ein ausreichend großer Flüssigkeitsbereich des Schnitts existiert, um ein Absinken der Decklage zu ermöglichen, um die Sperrschicht herauszuquetschen. Da immer frisches geschmolzenes Paraffin durch das Rohr fließt, wird der unmittelbare Bereich des Schnitts immer geschmolzen bleiben, sogar wenn ein Hin- und Herbewegen aufhört. Wenn das Rohr bricht oder feststeckt kann ein neues Rohr durch Schmelzen eines Weges durch den vorhergegangenen Schnitt in Position gezogen werden. Eine unbegrenzte Anzahl von Ersatzstrahlrohren oder Drahtsägeseilen kann durch die geheizten „Zugrohre", die in den ursprünglich gerichtet gebohrten Löchern sind, in eine Schnittposition gezogen werden. Ferner kann ein abreibendes Drahtsägeseil oder eine abreibende Kette dem Strahlrohr um wenige Fuß vorausgehen, um durch harte Objekte zu schneiden und die Belastung auf dem Rohr zu reduzieren.
Eine weitere Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik ist die Verwendung des oben erwähnten geschmolzenen Paraffins, welches mit einer herkömmlichen Strahlinjektionsmittelvorrichtung verwendet wird. Das bevorzugte geschmolzene Paraffin weist einen Schmelzpunkt zwischen 49°C und 82°C (120° und 180°F) auf und wird durch das Hinzufügen eines Tensids verändert, welches dem geschmolzenen Paraffin ermöglicht, Erdreiche zu durchdringen, welche bereits mit Wasser durchnässt oder feucht sind, sowie trockene Erdreiche, welche eine sehr geringe Permeabilität für Wasser aufweisen. Ein Beispiel eines derartigen Tensids umfasst fluoralphatische Polymerester, wie zum Beispiel Flourad^TM FC-430 hergestellt von der 3M Company in St. Paul, Minnesota. Eine weitere verwendbare Tensidmischung kann aus einer Mischung von 9 Gewichtsanteilen Olsäure, 6 Teilen Alkanolamin und 6 Teilen eines nichtionischen Tensids, wie zum Beispiel Nonylphenolethoxylat, ausgebildet werden. Das Tensid kann zusammen mit einem optionalen öllöslichen Färbemittel zu einem Tanklastwagen mit geschmolzenem Paraffin hinzugefügt werden, welcher direkt die Injektionsmittelstrahlanlage versorgt. Optional kann eine schlecht schmeckende oder schlecht riechende Substanz hinzugefügt werden, um die Widerstandsfähigkeit gegen Nagetier- und Insektenschäden zu erhöhen. Wenn es mit dem Erdreich durch den Injektionsmittelstrahlvorgang vermischt wird, stellt es ein wasserundurchlässiges Produkt her. Heißes Wasser wird durch das System vor dem Paraffin gepumpt, um das Rohr aufzuheizen und ferner um das System danach zu reinigen. Geschmolzenes Polyethylenhomopolymer geringer Dichte, wie zum Beispiel Marcus 4040, welches bei 83°C (181,4°F) schmilzt, kann in ähnlicher Art und Weise wie das Paraffin verwendet werden, um die chemischen Widerstandseigenschaften zu erhöhen. Ferner kann es durch Zusätze von Tensidmischungen verändert werden, um seine Leistungsfähigkeit in feuchten Erdreichen zu verbessern. Ein Beispiel einer nichtionischen Mischung ist 7 Gewichtsanteile ethoxylierter Alkohol, 0,56 Teile Kaliumhydroxid und 0,21 Teile Natriumbisulfid. Eine ionische Mischung kann mit gleichen Gewichtsanteilen von Ölsäure und einem Amin hergestellt werden. Wenn Polyethylen als das hauptsächliche Injektionsmittel verwendet wird, kann der obere HDPE-Mantel direkt mit der Bodensperrschicht schmelzverbunden werden. Ferner kann dieses Material als ein Schmelzklebstoff verwendet werden, um das Paraffin an dem oberen HDPE-Mantel zu befestigen. Die Polyethylenhomopolymere geringer Dichte können mit dem Paraffinwachs bei einer Konzentration von 2 bis 10 Gewichtsprozenten gemischt werden, um ihre Feuchteigenschaften, Undurchdringlichkeit und chemische Widerstandsfähigkeit zu verbessern.
Geschmolzenes Paraffin kann besonders nützlich zur Herstellung von Sperrschichtgewölben in Gesteinen sein, welche große Risse oder Sprünge aufweisen, wie zum Beispiel Basaltgesteinsschichten, welche in Idaho existieren. Wenn das geschmolzene Wachs in einen Sprung eindringt und sich von dem Bereich, wo die Sperrschicht auszubilden ist, entfernt, verliert es Wärme und verfestigt sich schnell. Dies trägt zu einem Abdichten des Sprungs bei. Dieser Ansatz sollte sowohl in wassergesättigten als auch Gebieten über dem Grundwasserspiegel funktionieren.
Der Fachmann, welcher jetzt den Vorteil der vorliegenden Offenbarung besitzt, wird verstehen, dass die vorliegende Erfindung viele Ausgestaltungen und Ausführungsformen annehmen kann. Einige Ausführungsformen wurden beschrieben, um ein Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Diese Ausführungsformen sollen die Erfindung verdeutlichen, jedoch nicht beschränken. Ferner soll die Erfindung alle Veränderungen, Äquivalente und Alternativen abdecken, welche in den Umfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, fallen.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Sicherheitsbehältersperrschicht für eine in einer Bodenformation angeordnete Deponie, umfassend die Schritte: (a) Graben eines Grabens (7) entlang mindestens eines Abschnitts des Umfangs der Bodenformation mit einer für den Boden der Sicherheitsbehältersperrschicht gewünschten Tiefe; (b) Anbringen eines länglichen Schneidteils (3) in dem Graben; (c) Füllen des Grabens mit einem flüssigen Injektionsmittel, welches eine Dichte größer als die durchschnittliche Dichte der Bodenformation aufweist, und welches sich verfestigen kann, um eine Wand der Sicherheitsbehältersperrschicht auszubilden; (d) Schneiden eines unterirdischen Pfades im Wesentlichen in der für den Boden der Sperrschicht gewünschten Tiefe durch Betätigen des länglichen Schneidteils durch den unterirdischen Pfad, um zu bewirken, dass das flüssige Injektionsmittel in den Pfad fließt, um einen Boden der Sicherheitsbehältersperrschicht auszubilden, so dass die Bodenformation auf dem flüssigen Injektionsmittel schwimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das flüssige Injektionsmittel ein geschmolzenes Material ist, welches sich aufgrund von Abkühlen verfestigt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches ferner den Schritt des Platzierens einer synthetischen undurchlässigen Schicht (27) in dem in den unterirdischen Pfad gefüllten Injektionsmittel umfasst, bevor das Injektionsmittel aushärtet, um die Wirkung der Sicherheitsbehältersperrschicht zu verbessern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das längliche Schneidteil mittels Hochdruckflüssigkeitsstrahlen schneidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sperrschicht aus einem undurchlässigen Injektionsmaterial ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das flüssige Injektionsmittel in dem Graben (a) durch die Einwirkung der Schwerkraft in den unterirdischen Pfad fließt und diesen füllt; und/oder (b) eine Flüssigkeit ist, welche zumindest teilweise die unterirdische Formation benachbart zu dem Schnitt durchdringt und diese undurchlässig macht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Graben entlang mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten des zu enthaltenden Gebiets gegraben wird, und wobei das mindestens eine längliche Schneidteil (a) ein Rohr und mindestens ein dehnbares Teil; oder (b) mehrere nicht gekreuzte dehnbare Teile, welche vorübergehend an einem Rohr in der Nähe jeden Endes des Rohrs angebracht sind, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner einen oder mehrere der folgenden Schritte umfasst: (a) gerichtetes Bohren mindestens eines Loches unter dem zu enthaltenden Gebiet; (b) den Schritt des Platzierens mindestens eines länglichen Teils in dem mindestens einen Loch, um ein Schneidwerkzeug durch den Pfad zu ziehen und um Material mit Hilfe des länglichen Schneidteils zu dem Pfad zu liefern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein von dem länglichen Schneidteil umfasstes Schneidwerkzeug sich entlang einer Längsachse hin- und herbewegt; wobei sich das Schneidwerkzeug vorzugsweise ferner um die Längsachse hin- und herbewegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das längliche Schneidteil eines der folgenden Mittel (a) bis (d) aufweist: (a) verbundene dehnbare Teile; (b) ein Stahlseil, welches für abreibendes Schneiden geeignet ist, und wobei die Schleifenbewegung durch eine Drahtseilsteinbruchsägemaschine bereitgestellt wird; (c) eine Kette; (d) eine röhrenförmige Leitung mit mindestens einem Anschluss, welcher einen Strahl einer Hochdruckflüssigkeit ausstößt, um den Pfad zu schneiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in dem Pfad angeordnete flüssige Injektionsmittel eines oder mehrere der folgenden Materialen (a) bis (i) aufweist: (a) ein geschmolzenes Wachs, welches mit einem gepulverten Zusatzstoff, der eine größere Dicht als Wasser aufweist, vermischt ist; (b) ein geschmolzenes flüssiges Injektionsmittel, welches in der Lage ist, unterirdische Materialien, die undurchlässig für Wasser sind, leicht zu durchdringen; (c) ein geschmolzenes Paraffin; (d) ein geschmolzenes Thermoplast, welches chemisch modifiziert ist, um es mit Wasser mischbar und geeignet zum Anfeuchten von Oberflächen und Ankleben an feuchten Oberflächen und zum Durchdringen wasserundurchdringlicher Materialien zu gestalten; (e) ein flüssiges Injektionsmittel, welches in unterirdische Bereiche eindringt, die über und unter dem Pfad angeordnet sind, um zu bewirken, dass die Regionen undurchlässig werden, so dass die Unversehrtheit der ausgeformten Bodenstruktur nicht durch Setzerscheinungen des Pfades beeinträchtigt wird; (f) ein Zusatzstoff, welcher lebende Organismen von einem Eindringen in die Sicherheitsbehälterstruktur abschreckt; (g) ein durchlässiges Material, welches geeignet ist, Behandlungsflüssigkeiten zu dem zu enthaltenden Bereich durchzuleiten; (h) ein durchlässiges Material, welches geeignet ist, durch den Pfad geführtes verunreinigtes Wasser zu behandeln; und/oder (i) ein Injektionsmittel, welches verformbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Aushärten des flüssigen Injektionsmittels um einige Wochen verzögert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das flüssige Injektionsmittel eines oder mehrere der folgenden Bestandteile enthält: (a) einen hochdichten Zusatzstoff, welcher die Dichte des Injektionsmittels auf einen Bereich zwischen 2396 kg/m³ und 3595 kg/m³ (20 bis 30 Pfund pro Gallone) erhöht (b) eine Gruppe von Abbindeverzögerern (c) einen zähflüssigkeitsreduzierenden Zusatz (d) einen oberflächenaktiven Stoff.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner ein Abdecken der Struktur mit einer undurchlässigen Abdeckung, Abdichten der Abdeckung zu der aus der Wand und dem Boden bestehenden Sicherheitscontainersperrschicht, um ein Gewölbe um die Formation herum auszubilden, und Messen der Zustandsunterschiede innerhalb und außerhalb des Gewölbes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine längliche Schneidteil (3) in den Graben durch mehrere unter der Formation angeordnete und den Graben durchschneidende gerichtete gebohrte Löcher eingeführt wird.