Työ r a p o r t t i 9 9-50 Syväkairaus OL -KR 11 Eurajoen Olkiluodossa vuonna 1999 Tauno Rautio Elokuu 1999 POSIVA OY Mikonkatu 15 A, FIN-001 00 HELSINKI, FINLAND Tel. +358-9-2280 30 Fax +358-9-2280 3719
TEKIJÄ ORGANISAATIO: SUOMEN MALMI OY PL 10 Juvan teollisuuskatu 16-18 02921 ESPOO TILAAJA: POSIVA OY Mikonkatu 15 A 00100 HELSINKI TILAAJAN YHDYSHENKILÖ : -cd2-- DI Heikki Hinkkanen Posiva Oy URAKOITSIJAN YHDYSHENKILÖ : FM Tauno Rautio Smoy RAPORTTI: TYÖRAPORTTI 99-50 SYV ÄKAIRAUS OL-KR11 EURAJOEN OLKILUODOSSA VUONNA 1999 TEKIJÄ: '\- Tauno Rautio Geologi, Smoy TARKASTAJA: )_ f_l\. \ Pekka Mikkola Toimitusjohtaja, Smoy
...--------------------------------- -- Työ r a p o r t t i 9 9-5 0 Syväkairaus OL -KR 11 Eurajoen Olkiluodossa vuonna 1999 Tauno Rautio Suomen Malmi Oy Elokuu 1999 Pasivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.
Työ raportti 99-50 Syväkairaus Ol-KR 11 Eurajoen Olkiluodossa vuonna 1999 Tauno Rautio Elokuu 1999
SYVÄKAIRAUS OL-KRll EURAJOEN OLKILUODOSSA VUONNA 1999 TIIVISTELMÄ Eurajoen Olkiluoto on yksi yksityiskohtaisiin paikkatutkimuksiin valituista neljästä alueesta. Tutkien avulla selvitetään kallioperäominaisuuksia tähdäten käytetyn polttoaineen loppusijoittamisen Suomen kallioperään. Lopullinen sijoituspaikka valitaan vuonna 2000. Yksityiskohtaisiin paikkatutkimuksiin liittyen Suomen Malmi Oy (Smoy) kairasi toukoheinäkuussa 1999 1002,11 m:n pituisen kairanreiän Eurajoen Olkiluodossa. Reiän halkaisija on 56 mm ja tunnus on OL-KR11. Kairauksen aikana suoritettiin tarkkailumittauksia lisäinformaation saamiseksi kallio-olosuhteista. Mittauksia olivat veden sähkönjohtokyvyn ja huuhteluveden paineen mittaukset ja huuhteluveden/palautuvan veden määrän mittaus. Työn aikana käytettiin uraniinilla merkittyä huuhteluvettä noin 393 m 3 Työn aikana vettä palautui reiästä määrämittarin kautta noin 307m 3 Työn lopuksi reikä huuhdeltiin pumppaamallanoin 11 m 3 vettä reiän pohjalta. Reiän taipuma mitattiin Reflex-Maxibor ja Boremac D2 -mittareilla ja kaltevuus erikseen PP-kaltevuusmittarilla. Maxibor-mittauksen kaltevuuksia on korjattu PP-kaltevuusmittauksen perusteella. Korjatun Maxibor-mittauksen mukaan taipuma on 996 m:n syvyydessä oikealle 79,3 mja ylöspäin 128,3 m. Kallionäytteistä määritettiin yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus, kimmomoduli ja Poissonin luku. Yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus oli keskimäärin noin 130 MPa, kimmomoduli oli keskimäärin noin 43 GPaja Poissonin luku 0,25. Kivilajeina esiintyivät kiillegneissimigmatiitti, graniitti ja tonaliitti. Rakoilusta täytteiset raot ovat hallitsevia rikkanaisissa vyöhykkeissä ja tiiviit muualla. Kallion rakoluku on keskimäärin 1,47 kpl/m ja RQD-luku 96,9 %. Rikkonaisia, tiheärakoisia osuuksia lävistettiin 11 kpl. Rikkanaisista osuuksista ruhjerakenteisia on yhteensä 1,24 m ja murrosrakenteisia yhteensä 15,93 m. Yhteensä rikkanaisten osuuksien määrä on 1,8 % reiän kokonaisnäytemäärästä Viipaloitumista on havaittu vain 0,41 m:n matkalla. Avain sanat: kairaus, kairanreikä, kiillegneissimigmatiitti, graniitti, tonaliitti, rako, tarkkailumittaukset, muodonmuutosominaisuudet, sivusuuntamittaus
CORE DRILLING OF DEEP BOREHOLE OL-KRll AT OLKILUOTO IN EURAJOKI ABSTRACT Olkiluoto in Eurajoki is one of the four sites, which were selected for the detailed site investigations. The aim of these investigations is to study the bedrock properties for final disposal of spent nuclear waste. The final disposal site will he ehosen in the year 2000. As a part of the investigation programme Suomen Malmi Oy (Smoy) core drilled a 1002.11 m deep borehole with a diameter of 56 mm in May-July 1999 at Olkiluoto. The identification number ofthe borehole is OL-KR11. A set of control measurements and sampling of the flushing water were carried out during the drilling. Both the volume and the conductivity ofthe flushing water and the returning water were recorded as well as the pressure of the flushing water. The objective of these measurements was to obtain more information from bedrock and groundwater. Uranine was used as a label agentin the flushing water. The volume ofthe used flushing water was about 393m 3 and the measured volume ofthe returning water was about 307m 3 At the end ofthe work the borehole was flushed by pumping about 11m 3 ofwater from the bottom ofthe borehole. The deviation of the borehole was measured with the deviation instruments Boremac D2 and Reflex Maxibor and the inclination separately with the PP -inclination instrument. The inclinations of the Maxibor measurement have been corrected based on the inclinations ofthe PP -measurement. The results ofthe corrected Maxibor measurement indicate that the borehole deviates 79.3 m to the right and 128.3 m up at the holedepth of996 m. Uniaxial compressive strengt Young's modulus and Poisson's ratio were measured from the core samples. The average uniaxial compressive strength is about 130 MPa, the average Young's modulus is 43 GPa and the average Poisson's ratio is 0.25. The main rock types are migmatitic micagneiss, granite and tonalite. Filled fractures are dominating in broken zones and tight fractures are elsewhere. The average fracture frequency is 1.47 pcs/m and the average RQD is 96.9 %. The borehole penetrated 11 broken zones. The totallength of the broken zones is 17.17 m, which is 1. 8 % of the total core length. The length of core discing found in core is only 0.41 m. Keywords: core drilling, borehole, micagneiss, granite, tonalite, fracture, control measurements, elastic parameters, deviation measurements
SYVÄKAIRAUS OL-KR11 EURAJOEN OLKILUODOSSA VUONNA 1999 1 TIIVISTELMÄ ABSTRACT SISÄLLYSLUETTELO 1 1. JOHDANTO 1.1 Yleistä 1.2 Työn tavoite.3 3 3 2. TYÖN KUVAUS 2.1 Kallionäytekairaus 2.2 Näytteiden suuntaus 2.3 Reiän tukeminen 2.4 Huuhteluvesi-ja merkkiainejärjestelyt 2.5 Tarkkailumittaukset 2.6 Taipumamittaukset 2. 7 Huuhtelupumppaus 2.8 Näytteiden rakennusgeologinen raportointi 2.9 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritys 5 5 6 7 8 8 9 10 11 16 3. REIÄN TEKNISET TIEDOT 3.1 Reiän sijainti ja taipuma 3.2 Reiän yläosan rakenne 18 18 19 4. RAKENNUSGEOLOGIA 4.1 Kairauksen vaikutus näytteisiin 4.2 Kivilaatu 4.3 Rakoilu 4.4 Näytteen viipaloituminen 4.5 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet 20 20 20 23 25 26 5. TARKKAILUMITTAUSTULOKSET 5.1 Huuhteluveden sähkönjohtokyky 5.2 Huuhteluveden ja paluuveden määrä 5.3 Huuhteluveden paine 5.4 Pohjaveden pinta reiässä 5.5 Kivijauhon määrä 5.6 Huuhteluveden ja paluuveden merkkiainepitoisuus 28 28 29 30 30 31 31 6. YHTEENVETO 32
2 7. VIITTEET 8. LIITTEET 8.1 Toteutunut aikataulu 8.2 }Calustoluettelo 8.3 Reiän alkuosan rakenne 8.4 Rapautuneisuusaste 8.5 Nostot 8.6 Suunnatut näytteet 8. 7 Laatikkoluettelo 8. 8 Kivilajikuvaus 8.9 Rakoluettelo 8.10 Katkossumma, rakoluku ja RQD 8.11 Näytehukka ja rikkonaisuus 8.12 Näytteen viipaloituminen 8.13 Huuhteluvesinäytteet 8.14 Paluuvesinäytteet 8.15 Taipumamittaustulokset (Maxibor) 8.16 Taipumamittaustulokset graafisesti (Maxibor) 8.17 Taipumamittaustulokset (Boremac) 8.18 Taipumamittaustulokset graafisesti (Boremac) VALOKUVAT 33 34 35 36 38 39 40 43 45 47 85 105 106 107 110 111 117 120 125 128
3 1. JOHDANTO 1.1 Yleistä Posiva Oy aloitti käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoitukseen liittyvän yksityiskohtaisten sijoituspaikkatutkien toisen vaiheen vuonna 1997 neljällä tutkimusalueelia Kuhmon Romuvaarassa, Äänekosken Kivetyssä, Eurajoen Olkiluodossa ja Loviisan Hästholmenilla. Yksityiskohtaiset paikkatutkimukset 1993-2000 on jaettu kahteen vaiheeseen, joistajälkimmäinen koskee vuosia 1997-2000. Tutkimukset ovat osa vuosien 1983-2000 monivaiheista sijoituspaikkatutkimusohjelmaa. Niiden avulla selvitetään kallioperäominaisuuksia tähdäten käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoittamiseen syvälle Suomen kallioperään. Lopullinen sijoituspaikka valitaan vuonna 2000. Eurajoen Olkiluodon paikkatutkimuksiin liittyen Suomen Malmi Oy (Smoy) kairasi Posiva Oy:n tilauksen 9612/99/HH mukaisesti touko-heinäkuussa 1999 1002,11 m pituisen tutkimusreiän. Kairatun reiän halkaisija on 56 mm, lähtösuunta on 310,0 astetta ja lähtökaltevuus 70,0 astetta. Reikä OL-KR11 sijaitsee noin 400 m päässä Korvensuon altaan itäpäästä koilliseen. Reiän sijaintikartta on kuvassa 1. 1.2 Työn tavoite Kairaustyön tarkoituksena oli kairata noin 1000 m pituinen reikä, jolla selvitetään alueella tavattujen kivilajien ja rikkonaisuusvyöhykkeiden jatkumista sekä kallion laatua. Kaifaustyön lisäksi työhön kuului kairausnäytteiden geologinen raportointi, näytteiden kalliomekaaniset lujuusmääritykset, reiän tekniset mittaukset, kairauksessa käytettävän veden tarkkailumittaukset, reiän huuhtelu ja taipumamittaukset työn lopuksi sekä loppuraportointi. Tässä raportissa käsitellään reiän OL-KR11 kairaukseen liittyviä töitä ja näytetulostusta. Raportissa mainitut syvyystiedot tarkoittavat reikäpituutta maanpinnasta lukien ellei erikseen toisin mainita. Suojaputken suun ja maanpinnan erotus on 0,40 m suojaputken alareunaa pitkin mitattuna. Työn lopussa reiän avoimuus tarkistettiin kairausputkistolla ja reiän todettiin olevan avoin pohjaan saakka.
... : 0 r...... Vl \.!:::::' s -r- Kairanreikien sijainti KKJ1 (Projektio: Gauss-Kruger) Mittakaava: 1: 25 000 18.8.1999 Saanio & Riekkola Oy/ A.Öhberg, H.Malmlund SELITYKSET: Ka1ranre1kä Ja sen maanpintaprojektia 250 500
5 2. TYÖNKUVAUS 2.1 Kallionäytekairaus Maakerroksen paksuus kairauspaikalla reiän suunnassa oli nom kaksi metriä. Maaosuudelle porattiin halkaisijaltaan 1941184 mm:n teräsputki, joka porattiin kallion rikkonaisuuden johdosta 5, 70 m syvyyteen. Tästä jatkettiin 41,77 m:n syvyyteen 165 mm:n teräkoolla. Alkureikä porattiin uppoporauskalustolla 24.5.1999. Porauksenjälkeen reikään asennettiin halkaisijaltaan 140/130 mm suojaputki, joka sementoitiin kallioon. Kone pystytettiin reiälle ja suojaputket ja mammutointiletkut asennettiin reikään 26.5.1999. Kairaustyö aloitettiin seuraavana päivänä. Reiän lopullinen syvyys, 1002,11 m, saavutettiin 3. 7.1999. Toteutunut aikataulu on esitetty liitteessä 8.1. Reiän OL-KR11 kairauksessa käytettiin hydraulitoimista Diamec 1000 -kairauskonetta, jossa syöttö-, nosto-, puomi- ja pyöritysyksiköt ovat vahvistettuja. Reikäkalustona oli T- 56 kalusto, jolloin reiän halkaisija on 56 mm ja näytteen halkaisija on 42 mm. Käytetty kalusto on esitetty liitteessä 8.2. Huuhteluveden ja kivijauhon poistamiseksi käytettiin kairauksen aikana mammutointimenetelmää. Menetelmässä pumpataan ilmakompressorin avulla paineistettua ilmaa letkujen kautta reiän laajempaan yläosaan. Ilmaletkuja asennettiin laajennetun reiän pohjaosaan kaksi ( alapää noin 40 m) ja yksi hieman ylemmäksi ( alapää noin 38m). Kairaus tapahtui keskeytymättömänä kolmivuorotyönä. Työryhmään kentällä kuului kairaaja ja apumies. Työn vastuuhenkilönä oli projektipäällikkö Tauno Rautio. Kentällä vastaavana työnjohtajana toimi Ville Teivaala. Geologisen raportoinnin työmaalla hoiti ja loppuraportin laati geologi Tauno Rautio. Työ kesti ilman aloitus-iiopetustöitä yhteensä 842 h. Keskimääräinen kairausteho oli täten 1, 14 metriä/terämiestunti. Tehoa pudotti reiän stabiloimiseksi tehty avarrus- ja putkitustyö. Kairaustehot on esitetty taulukossa 1 tavanomaista metri/terämiestunti (m/tmh) yksikköä käyttäen.
---------------------------------------------------------- - Taulukko 1. Kairaustehot 6 Syvyysväli, m Teho, m/tmh Huom! 40-100 1,46 Suojaputkien asentaminen 100-200 1,85 200-300 1,85 300-400 1,32 400-500 1,32 500-600 0,68 Reiän stabiloiminen 600-700 0,98 700-800 1,35 800-900 1,19 900-1001 0,75 Sivusuuntamittaukset, suojaputkien poisto Kairauskaluston kuluminen terien, reikäkaluston ja kairakoneen osalta oli keskimääräistä huomattavasti runsaampaa reiän syvyydestä ja kalliolaadusta johtuen. T -56 -terällä kairattiin keskimäärin 26,7 m, kun yleensä T-56 -terällä kairataan keskimäärin 55 m. 2.2 Näytteiden suuntaus Tavoitteena oli suunnata kallionäytettä mahdollisimman paljon erilaisten geologisten tietojen mittaamista varten. Suuntaus suoritettiin kairausputkiston ollessa ylhäällä laskemalla merkintäpiikki vaijerin varassa reikään. Tällöin merkkauspiikki jättää merkin näytteen alaosaan. Kairausta jatkettaessa merkin antama tieto näytteen alapuolesta saatiin ylös ja näyte suunnattiin lähtökaltevuus- ja suunta-asteikkojen avulla tapahtuvaa rakojen ja muiden taso- tai viivamaisten suureiden mittausta varten. Suuntaus suoritettiin 117 kertaa. Suuntausmerkeistä jouduttiin erilaisten syiden takia hylkäämään 43 kpl. Suunnattua näytettä saatiin yhteensä 548,62 m, jolloin kallionäytteestä saatiin 60,8 % suunnattuna. Yhdellä onnistuneella suuntauksena saatiin keskimäärin 7,90 m suunnattua näytettä. Yhtenäisten suunnattujen osuuksien vaihteluväli oli 0,07 m:stä 48,18 m:iin. Tulokset on esitetty liitteessä 8.6. Epäonnistuneet suuntaukset johtuivat useista syistä. Merkittävin syy merkkauksen epäonnistumiseen oli irtokivet, joiden johdosta suuntausmerkki oli epäselvä, virheellinen tai merkkiä ei ollut jäänyt lainkaan. Kairauksen aikana lävistettiin kolme
7 rikkonaisuusvyöhykettä, joista vuoti kiviä reikään. Vyöhykkeet olivat syvyyksillä 72,11..72,76 m, 113,79... 118,12 mja 624,82... 626,39 m. Alimman rikkonaisuusvyöhykkeen jälkeen, reiän loppuosaa kairattaessa, reikään tippuneet irtokivet olivat niin isoja, että ne estivät suuntauksen merkkauspiikillä kokonaan. Muutaman kerran suuntaus jouduttiin hylkäämään näytteen kannan hiouduttua ajon aikana, kallion murskautuessa tai haljetessa suuntauksessa, jolloin merkki oli epäselvä tai se oli hävinnyt kokonaan. Lisäksi reikään jäänyt näytekanta on ollut joissain tapauksissa irti merkkausta tehtäessä, jolloin suuntausmerkki on epäluotettava. 2.3 Reiän tukeminen Syvyysväleillä 72,11.. 72,76 mja 113,79... 118,12 m reiässä lävistettiin murrosrakenteisia, osin ruhjerakenteisia rikkonaisuusvyöhykkeitä. Vyöhykkeiden lävistämisen jälkeen niistä vuoti irtokiviä reikään säännöllisesti nostojen ja laskujen yhteydessä estäen osin suuntauksen onnistumisen. Vyöhykkeet arvioitiin myös jatkossa reikämittauslaitteistojen juuttumisriskin kannalta vaarallisiksi. Mittauskelpoisuuden varmistamiseksi kairanreikä olisi ollut mahdollista sementoida, mutta vesien tutkimisen kannalta suotuisammaksi vaihtoehdoksi todettiin reiän tukeminen avartamalla se halk. 66 mm terällä ja sen jälkeen putkittamalla 64/57 -suojaputkilla ruhjeen alapuolelle. Ennen putkittamista kaivoputkeen asennettu suppilo poistettiin kairaamaila 82/67 - maaputkikalustolla (terän halk. 84 mm). Suppiloon tetty 64/57 -suojaputkisto toimi tällöin ohjurina. Maaputki kairattiin noin 0,20 m kallioon. Ohjuriputkina toimineet 64/57 -putket nostettiin pois suppilon kanssa. Maaputki jätettiin alkureiälle tukemaan avarruskairausta. Avarruskairaus tehtiin oikeakätisillä 64/57 -suojaputkilla ja 66/57 avarrusterällä, jossa oli halk. 56,5 mm:n umpiterä ohjurina. Avarrus tehtiin syvyyteen 122,82 m. Tämän jälkeen poistettiin kairaus- ja maaputkistot ja reikään asennettiin vasenkätinen 64/57 -suojaputkisto, jonka alapäässä oli uusi 66/57-terä keskittämässä putkiston alapään keskelle reikää. Putkiliitokset lukittiin hitsaamalla ulkopuolelta toisiinsa. Yläpäähän asennettiin uusi ruostumattomasta teräksestä valmistettu suppilo. Suppilo on alapäästään halk. 84 mm, joten se asettuu tukevasti reikään. Suppilo alapää on syvyydessä 41,72 m. Suppilon rakenne on vastaava kuin reiästä poistetussa suppilossa. Rakenne on esitetty liitteessä 8.3. Suojaputken ja suppilon asennuksen jälkeen suoritettiin mammutointiputkien uudelleen asentaminen.
2.4 Huuhteluvesi-ja merkkiainejärjestelyt 8 Huuhteluvesi reiän OL-KRll kairaukseen pumpattiin Korvensuon tekoaltaasta, jonka itäpäästä rakennettiin vesilinja kairauspaikalle. Huuhteluvesi johdettiin merkkiainesäiliöihin suodattimen läpi mekaanisten epäpuhtauksien suodattamiseksi. Suodattimen läpäisy oli 500 Jlm pienemmille hiukkasille. Merkkiainesäiliöinä käytettiin kahta 3 m 3 lasikuitusäiliötä. Reiän kairauksessa käytettiin ainoastaan merkittyä huuhteluvettä. Merkkiaineena käytettiin uraniinia eli natrium:fluoresiinia. Uraniini on pulverimainen orgaaninen väriaine, joka hajoaa UV -säteilyn vaikutuksesta. Tämän takia merkkiainesäiliöt olivat peitettyinä pressuilla käytön aikana. Merkkiaineen laatu tarkistettiin ennen käyttöönottoa Imatran Voima Oy:n laboratoriossa Vantaalla. Uraniini annostettiin Rauman apteekissa valmiiksi 1,500 g annoksiksi pieniin lasipurkkeihin. Kairauspaikalla aineet liuotettiin yhteen litraan vettä. Liuotettu merkkiaine-erä sekoitettiin hitaasti 3 m 3 merkkiainesäiliöön huuhteluveden pumppauksen alkaessa ja pumppauksen aiheuttaman vedenkierron varmistaessa merkkiaineen sekoittumisen 2.5 Tarkkailumittaukset Kairauksen aikana suoritettiin tarkkailumittauksia ja otettiin näytteitä huuhteluvedestä. Näin pyrittiin saamaan lisäinformaatiota kallio-olosuhteista ja ennakoimaan mahdollisia kairausteknisiä ongelmia. Kairauksessa käytettyjen huuhtelu- ja paluuvesimäärien mittaamisella seurattiin kuinka paljon huuhteluvettä jäi kallioperään. Huuhteluvesimäärän mittaamiseksi oli määrämittari asennettu huuhtelupumpulta tulevaan letkustoon. Paluuvesi mitattiin vedenkeräyslaitteistoon kuuluvan saostusaltaan ulostulopäästä. Vedenpinnan korkeus reiässä mitattiin aina kun kairauksessa oli taukoa yli kaksi tuntia. Huuhteluvedestä otettiin näyte jokaisesta vesisäiliöön tehdystä huuhteluvesierästä. Paluuvedestä otettiin näyte kerran vuorokaudessa. Uraniinin valoarkuudesta johtuen näytteet käärittiin välittömästi ottamisen jälkeen alumiinifolioon. Näytteitä säilytettiin jääkaapissa ennen analysointiin toimittamista. Huuteluvesinäytteet analysoitiin
9 Teollisuuden Voiman Olkiluodon laboratoriossa ja paluuvesinäytteet Imatran Voima Oy:n Vantaan laboratoriossa. Huuhteluvedestä pyrittiin sähkönjohtavuus mittaamaan jokaisesta erästä merkkiaineen sekoittamisen jälkeen. Palautuvasta vedestä otettiin näytteitä kairauksen aikana sähkönjohtavuuden määrittämiseksi. Palautuva vesi sisälsi kivijauhoa, jonka koostumus riippui kivilaadusta. Kivijauhon vaikuttaessa veden sähkönjohtokykyyn, otetut vesinäytteet, määrältään 2...3 dl, suodatettiin 45 J.tm:n suodattimella kivijauhon poistamiseksi. Käsiteltyjen näytteiden johtokyky mitattiin Philipsin johtokykymittarilla PW9529, joka antaa tulokset dimensiona ms/m redusoituna +25 C lämpötilaan. Mittari kalibroitiin ennen käyttöönottoa. Sähkönjohtokyvyn mittaus palautuvasta huuhteluvedestä tehtiin koko kairauksen ajan. Huuhteluveden paine kirjattiin aina ajon alkuvaiheessa tai paineen vaihtuessa. Paineen tarkkailemisella pyrittiin häiriöiden välttämiseen ja anomaalisten vettäjohtavien vyöhykkeiden paikallistamiseen kairauksen aikana. Huuhteluveden paine on suoraan verrannollinen reiästä syrjäytettävän vesipatsaan paineeseen. Ruhjeet aiheuttavat kuitenkin usein vedenvirtausta muuttaen huuhteluveden painetta. Kairanterän kuluminen ja näyteputken tukkeutuminen aiheuttavat myös virtausvastusta, mikä nostaa putkistossa painetta. 2.6 Taipumamittaukset Kairanreiän todellisen sijainnin selvittämiseksi mitattiin reiän pystysuuntainen taipuma ja sivupoikkearna. Mittaukset tehtiin Reflex Maxibor ja Boremac D2 -taipumamittareilla. Lisäksi reiän kaltevuus mitattiin PP-kaltevuusmittarilla erikseen. Maxibor-mittari laskettiin reikään kairausputkiston osana. Boremac D2 -mittari laskettiin reikään vaijerin varassa. Mittaukset tehtiin 3 m:n pistevälein. Lähtöpisteen koordinaatit ja lähtösuunta sidottiin tilaajan osoittamiin kiintopisteisiin. Lähtökaltevuus mitattiin erillisellä kaltevuusmittarilla. Maxibor -mittarilla mittaukset ulotettiin reikäsyvyydelle 996,00 m maanpinnasta mitattuna. Kiinnijuuttumisriskin välttämiseksi Boremac D2 -mittarilla mittaukset ulotettiin reikäsyvyydelle 618,00 m maanpinnasta mitattuna. Boremac-mittarilla mitattiin pystysuunnan kaltevuusarvo heiluri/vastus-periaatteella sähköisesti ja sivusuunnan suuntakulma sähkökompassilla. Tulokset tulostettiin, kuten Maxibor-tuloksetkin, sekä listauksena että graa:fisesti. Boremac-mittausten sivusuuntatarkkuus laitevalmistajan mukaan magneettisesti häiriöttömässä halkaisijaltaan 46 mm:n ja pituudeltaan 1500 m:n reiässä on+/- 1 aste ja kaltevuuskulman tarkkuus 0,1 astetta.
-------------------------- --- 10 Maxibor-mittarissa on 6 m pitkässä putkessa kaksi heijastinrengasta 3 m:n välein. Putken taipuessa reiän mukaisesti, renkaiden keskinäinen sijainti muuttuu. Mittaus suoritetaan kuvaamalla renkaat videokameralla. Koska mittari on valmistettu halkaisijaltaan 46 mm:n kairanrei'ille, oli se asennettu T-56 -kaluston teräputkeen mittauksen ajaksi. Mittauksen jälkeen mittaustulokset purettiin ja tietokoneohjelmalla laskettiin jokaisen pisteen sijaintikoordinaatit käyttäen referenssinä aina edellistä tulosta. Lisäksi tulokset piirrettiin graafiseen muotoon. Laitevalmistajan ilmoittama tyypillinen tarkkuus on halkaisijaltaan 46 mm:n ja pituudeltaan 800 m:n reiässä +/- 1 m Eri menetelmillä havaittiin eroja vuoden 1997 aikana tehdyissä mittauksissa. Tulostusta varten Maxibor-mittaustulokset korjattiin työraportin-98-05 (Laurila 1998) suositusten mukaan. Korjauksessa Maxibor-mittauksen kaltevuus muunnettiin vastaamaan PPkaltevuusmittauksen tulosta. Tämän jälkeen laskettiin Maxibor-mittauksen sijaintitiedot 2. 7 Huuhtelupumppaus Loppusyvyyden saavuttamisen jälkeen reikäseinämät huuhdeltiin merkkiainevedellä kallion raoissa mahdollisesti olevien irtokivien ja kivijauhon pudottamiseksi reiän pohjalle. Huuhtelulaitteena oli toisesta päästään tulpattu kaksoisliitin, jonka kehällä oli 90 asteen välein halkaisijaltaan 5 mm:n reikä. Tällöin vesisuihkut suuntautuivat kohtisuoraan reiän seinämään. Putkistoa laskettiin vesipaineen päällä ollessa hitaasti alaspäin samalla pyörittäen. Huuhteluun käytettiin merkittyä vettä noin 10,8 m 3 Huuhtelun jälkeen reikää puhdistettiin pumppaamaila vettä alu43 -kairausputkiston kautta reiän pohjalta uppopumpulla. Alimmaisena putkistossa oli 9 m reikäputkia. Yläosassa putkisto koostui syvyydelle 38,9 m asti 64/57 -suojaputkista. Suojaputkien sisään laskettiin uppopumppu noin 35 m:n syvyyteen, jolloin pumpattava vesi kiersi reiän pohjan kautta. Pumppaus keskeytettiin muutamia kertoja, jolloin kairausputkistoa liikuteltiin. Liikuttelulla pyrittiin irrottamaan seinämille mahdollisesti tarttunut kivijauho, jolloin se poistuisi veden mukana. Pumppu nostettiin pois reiästä putkiston liikuttelujen aikana. Putkistan liikuttelun jälkeen pumppu laskettiin takaisin ja pumppausta jatkettiin. Huuhtelupumppausta suoritettiin 4.7.1999 klo 13.25 ja 6.7.1999 klo 14.00 välisenä aikana. Putkien liikuttelujen takia tehokas pumppausaika oli tällä välillä noin 45 tuntia. Huuhtelu lopetettiin veden ollessa silmämääräisesti kirkasta eli kun vedessä ei ollut enää havaittavissa kivijauhoa. Huuhtelupumppauksen lopetusvaiheessa veden uranunipitoisuus oli 62 J..lg/1. Pumppaamalla vettä nostettiin reiästä 10,93 m 3 eli keskimäärin 243 Vh.
11 2.8 Näytteiden rakennusgeologinen raportointi Näytteet pakattiin noin metrin pituisiin puisiin laatikoihin välittömästi näyteputken tyhjennyksen jälkeen. Geologi raportoi näytteet kairauspaikalle tuoduissa toimisto tiloissa. Raportointi tapahtui pääasiallisesti rakennusgeologisen kallioluokituksen mukaan (Gardemeister et al. 1976 ja Korhonen et al. 1974). Näytteistä tehtiin seuraavat kuvaukset: rako luettelo, näytehukka ja rikkonaisuus, suunnatut näytteet, katkossumma, rakoluku ja RQD-luku, petrografia, rapautuneisuusaste ja näytteen viipaloituminen ( core discing). Lisäksi kirjattiin nostot ja laatikko luettelo. Rakoluettelossa esitetään rakojen havainnot juoksevina numeroina. Raon sijaintisyvyys on reikäpituuden mukaisesti 1 cm:n tarkkuudella näytteen keskilinjaan mitattuna. Raon keskikohta voi kuitenkin evalla raolla poiketa paljonkin keskilinjasta, jolloin on käytetty soveltuvaa arvoa. Loppusyvyyttä käytetään, kun havainnot esittävät reikäväliä. Rakojen ja muiden geologisten havaintojen sitominen on suoritettu korjattuun reikä- eli näytepituuteen. Tämä tarkoittaa, että esim. näytehukasta ja murtorenkaan luistamisesta aiheutuva virhe on korjattu muuttamalla ns. nostopalikan lukemaa näytelaatikossa. Näytehukan aiheuttaessa paikassa epätarkkuutta, on se erikseen luettelossa mainittu. Raon laatu kuvataan lyhenteillä: av=avom ti =tiivis tä = täytteinen täha = täytteinen haarniskarako tämu = täytteinen mururako täsa = täytteinen savirako. Rakokulma on esitetty asteina näytteen poikkisuunnan suhteen, jolloin siis näytteen pituusakselia vastaan kohtisuora suunta on 90 ja näytteen pituussuunta 0 o. Korjaamaton rakosuunta ilmoittaa raon kaadesuunnan asteina myötäpäivään pohjoissuunnasta. Korjaamaton kaade on asteina vaakatasosta. Vastaavasti korjattu kaadesuunta ja kaade ovat PP-kaltevuusmittauksesta saadun tuloksen perusteella muutetun Maxibor-taipumamittauksen mukaisesti korjatut kaadesuunta ja kaade asteina. Rakotäytteen paksuus on ilmoitettu millimetreinä.
12 Rakopinnan väri on ilmoitettu ainoastaan raoista, joilla ylipäätään on jokin kivilajin omasta väristä poikkeava väri, ei pelkkä sävy. Merkittävimpiä poikkeavanvärisiä rakoja ovat täytteiset ja avoimet raot. Myös tiiviillä raoilla saattaa olla väri, mutta useimmiten väri on vain hieman poikkeava kiven perusväristä. Täytteiseksi raoksi on luokiteltu myös raot, joilla on selvä väri ja raot ovat kairausnäytteenä edelleen toisissaan. Tällöin on huomio -sarakkeeseen kirjoitettu "" tai "os" merkiks että niiden rakopinnat ovat toisissaan eli ne ovat luonnontilassa vettä johtamattomia. Raot, joissa on omamuotoisia tai osittain omamuotoisia kiteitä, on merkitty kit. -merkinnällä. Työtulostuksen yhteydessä rekisteröitiin myös mahdolliset hajuhavainnot "huomio"-sarakkeeseen. Rakopinnan väri (mineraalit) on kuvattu nelikirjaimisin lyhentein seuraavasti: rusk, vrus, trus (ruskea, vaaleanruskea, tummanruskea) harm, vhar, thar (harmaa, vaaleanharmaa, tummanharmaa) vihr, vvih, tvih (vihreä, vaaleanvihreä, tummanvihreä) puna, vpun, tpun (punainen, vaaleanpunainen, tummanpunainen) Mineraalit on ilmoitettu vain mikäli tunnistaminen on voitu tehdä täysin varmasti. Käytetyt mineraalinimikkeet on ilmoitettu kivilajien petrogra:fisen kuvauksen yhteydessä. Rakopinnan värien sävyt on kuvattu siten, että perusvärin kolmikirjaimisen lyhenteen eteen on liitetty sävyn tunnus yhdellä kirjaimella, esim.: prus (punaruskea) Rakopinnan muoto kuvataan lyhentein: (inen, tasomainen) (epäinen) (eva) Rakopinnan laatu on kuvattu nelikirjaimisin lyhentein. Kolmiportaisella asteikolla on vastaavuus JRC -lukuihin (Barton & Choubey 1977). (ea; JRC 15-10) (puoliea; JRC 7-14) (ä; JRC 0-6)
13 Näytehukka voi aiheutua joko geologisista tekijöistä, usein kallion rapautuneisuudesta ja rikkonaisuudesta tai kairausteknisistä tekijöistä. Näytehukan sijainti, määrä ja syy on paikallistettu raportoitaessa. Mikäli paikkaa ei ole saatu selvitettyä, on merkitty reikäväli, jolla hukka on syntynyt. Näytehukan paikan ollessa epäselvä on mitat toisissa kuvauksissa merkitty "noin" -merkinnällä. Kallion rikkonaisuus on kuvattu näytehukan yhteyteen rakennusgeologisen luokituksen mukaisin termein seuraavasti: Rilll = murrosrakenteinen, tiheärakoinen, rakoluku yli 10 kpl/m RiiV = ruhjerakenteinen RiV = savirakenteinen Katkossumma, rakoluku ja ROD-luku on esitetty reikäpituuden mukaan metrien väleille laskettuna. Katkossumma on kaikkien havaittujen näytekatkeamien lukumäärä ko. metrivälillä. Rakoluku on luonnonrakojen lukumäärä vastaavalla metrivälillä. Katkossumman ollessa rakolukua suurempi on kyseessä näytteenoton yhteydessä tai myöhemmän näytteenkäsittelyn yhteydessä tapahtunut tahallinen tai tahaton näytteen katkeaminen. Rakoluvun ollessa katkossummaa suurempi on näytteessä tiiviitä rakoja, joiden rakopinnat ovat edelleen lujasti toisissaan. RQD-luku esittää yli 10 cm pituisten, luonnonrakojen katkaisemien tai niitä sisältämättömien näytepalojen prosentuaalisen osuuden em. metrivälillä. Luettelo näytteen nostoista esitetään kuten se näytelaatikkoon sijoitettuihin nostopalikoihin on merkitty. Mikäli näytteen mitassa on geologin havaitsemana ero, on nostopalikkaan muutettu oikea syvyys. Näin ollen nosto tarkoittaa nimenomaan näytteen syvyyttä. Reiän syvyys voi olla suurempi esim. murtorenkaan pettäessä, jolloin osa näytteestä voi jäädä reikään ja tulee ylös vasta seuraavan kairauskerran yhteydessä. Nostot on esitetty liitteessä 8.5. Suunnatuista näytteistä kirjataan jokaisen sellaisen noston syvyys, jossa suuntausmerkintä on suoritettu. Samoin merkitään suunnatun näytteen alku- ja loppusyvyydet, sekä suunnatun näyteosuuden pituus. Mikäli merkki on ollut kelvoton tai sitä ei kairaajan tekemästä "SN"-tunnuksella varustetun noston yläpäästä ole löydetty, on tästä tehty merkintä luetteloon.
14 Laatikkoluettelossa esitetään kunkin näytelaatikon sisältämän näytteen alku- ja loppupäiden näytepituudet. Laatikkoluettelo on esitetty liitteessä 8.7. Petrografinen kuvaus perustuu rakennusgeologiseen kallioluokitukseen (Korhonen et al. 1974 ja Gardemeister et al. 1976). Kukin kivilaji on yksilöidysti esitetty kertaalleen ja vain muutosten osalta kuvailtu uudelleen. Raekoko on jaoteltu seuraavasti: tiivis, lasimainen hienorakeinen keskirakeinen earakeinen suurirakeinen <<1mm <1 mm 1... 5 mm 5... 50mm >50 mm Rakenne (osasten järjestyneisyysaste) kuvataan termeillä: massamainen, liuskeinen, seoksinen, M L S Liuskeisuusaste on nelijakoinen: suuntaukseton 0 heikko 1 kohtalainen 2 voimakas 3 Osasten järjestyneisyysasteen ja liuskeisuusasteen kuvauksessa ovat seuraavat muunnokset mahdollisia: MO, Ml, L2, L3, SO, Sl, S2, S3. Mineraalikoostumus on esitetty kvalitatiivisesti, silmämääräisen paljousjärjestyksen mukaan. Mineraaleista käytetään mineraalinimisanaston (Saltikoff 1972) nelikirjaimisia lyhenteitä. Samoja lyhenteitä käytetään myös rakoluettelossa. Tärkeimmät käytetyt lyhenteet ovat seuraavassa: K var = kvartsi Maas = maasälvät eli kalimaasälpäja/tai plagioklaasi Biot = biotiitti Karb = karbonaattimineraalit
15 Talk = talkki Klor = kloriitti Savi = savimineraalit Kiis = kiisumineraalit Ruos = ruoste Fluo = tluoriitti Rapautuneisuusasteesta käytetyt lyhenteet ovat seuraavat: RpO = rapautumaton Rp 1 = vähän rapautunut Rp2 = runsaasti rapautunut Rp3 = täysin rapautunut Mikäli syvyysvälillä on päärapautumisesta poikkeavaa rapautumista, kuten esun. yksittäisten rakojen ympärillä, on syvyysvälin päärapautumisaste esitetty ensin ja poikkeavan rapautumisen rapautumisaste on suluissa. Core discing-ilmiö, eli näytteen viipaloituminen, on esitetty liitteessä 8.12. Viipaloitumisesta on kirjattu reikävälit, joissa sitä on havaittu. Jokaiselle reikävälille on ilmoitettu viipaloituneiden murtumien ja aihioiden lukumäärä, sekä viipaloitumisien välisten etäisyyksien minimi- ja maksimiarvot Jokaisesta murtumasta on kirjattu pinnan muodot seuraavan luokittelun mukaisesti. Näytteen suunta on vasemmalta oikealle. ( ( = yläpuoli kovera ja alapuoli kupera (1 = yläpuoli kovera ja alapuoli inen 1( = yläpuoli inen ja alapuoli kupera )) = yläpuoli kuperaja alapuoli kovera )1 = yläpuoli kuperaja alapuoli inen 1) = yläpuoli inen ja alapuoli kovera II = yläpuoli inen ja alapuoli inen )( = yläpuoli kupera ja alapuoli kupera S = satula A =aihio Lisäksi kukin näytelaatikko värivalokuvattiin sekä kuivana että kasteltuna valokuvaajan toimesta. Valokuvat (kastellut) on esitetty raportin lopussa.
2.9 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritys 16 Kiven lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet määritettiin Rock Tester -laitteistolla. Näytteet valittiin kolmenkymmenen metrin välein tai aina pääkivilajin vaihtuessa. Kimmokerroin E, Poissonin luku v ja taivutusvetolujuus Smax (Modulus of Rupture) määritettiin nelipistetaivutuskokeella, jossa uloimmat tuet (L) asetettiin 160 mm etäisyydelle toisistaan ja sisemmät tuet (U) 48 mm etäisyydelle. Koejärjestely on esitetty kuvassa 2. u D L> 3,5D DUU3 L Kuva 2. Nelipistetaivutuskoe Kimmokerroin (E) kuvaa jännityksen suhdetta tapahtuvaan muodonmuutokseen. Tätä kuvataan Hooken lailla (kaava 2.9.1). (j E=- [Pa] (2.9.1) Ea cr = jännitys [Pa] Ea = aksiaalinen muodonmuutos Poissonin luku määritetään radiaalisen muodonmuutoksen suhteena aksiaaliseen muodonmuutokseen (kaava 2.9.2). (2.9.2) Er = radiaalinen muodonmuutos Ea = aksiaalinen muodonmuutos
17 Yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus crc määritettiin epäsuorasti pistekuormituskokeen avulla. Kokeessa noudatettiin ISRM:n ohjeita (ISRM 1981 ja ISRM 1985). Kokeesta saatu pistekuormitusindeksi lsso kerrottiin luvulla 24, jolloin se vastaa yksiaksiaalista puristusmurto lujuutta. Kokeessa näyte asetetaan pistemäisten leukojen väliin ja kuormitusta kasvatetaan, kunnes murtuminen tapahtuu (kuva 3). Pistekuormitusindeksi saadaan laskettua murtoon tarvittavan kuormituksen avulla. Testin tulos tulee hyväksyä ainoastaan, jos murtopinta kulkee molempien kuormituspisteiden kautta. Pistekuormitusluku ls lasketaan kaavalla 2.9.3. (2.9.3) P = murtokuormitus D = näytteen halkaisija Pistekuormitusluku on riippuvainen näytteen halkaisijasta ja se korjataan pistekuormitusindeksiksi lsso kaavojen 2.9.4 ja 2.9.5 avulla. Tulokseen näytteen koolla ei ole vaikutusta. (2.9.4) (2.9.5) 4 D L > 0,5D ' Kuva 3. Pistekuormituskoe
18 3. REIÄN TEKNISET TIEDOT 3.1 Reiän sijainti ja taipuma Reiän OL-KR11 lähtösuunta on 310,0 astetta ja lähtökaltevuus 70,0 astetta. Reikä- eli näytepituuden 0-pisteenä käytettiin maanpintaa. Niinpä kaikki mainitut syvyystiedot tarkoittavat reikäpituutta maanpinnasta lukien ellei erikseen toisin mainita. Reiän lähtöpisteen koordinaatit ovat taulukossa 2. Eri mittausmenetelmillä tehtyjen mittausten tuloksissa havaittujen erojen vuoksi on lopullista tulostusta varten Maxibor-mittauksen kaltevuus korjattu PP-mittauksen kaltevuustulosten perusteella. Tämän jälkeen on laskettu Maxibor-mittauksen mukaiset reiän sijaintitiedot. Maxibor ja Boremac -mittauksen tuloksissa eroa aiheuttivat lisäksi laitteistojen asettumistarkkuudet halkaisijaltaan 56 mm:n reikään sekä vähäiset magneettiset häiriöt, jotka vaikuttivat Boremac -tuloksiin. Maxibor-mittaus on esitetty listauksena liitteessä 8.15 ja projektiopiirroksina liitteessä 8.16. Liitteessä 8.16 sivulla 117 oleva kuva esittää reiän taipumaa sivusuunnassa maanpintatasoon projisoituna. Kuvat sivuilla 118 ja 119 esittävät taipumaa sivu- ja pystysuunnissa projisoituna X- ja Y -akseleiden suunnissa. Boremac-mittaus on esitetty listauksena liitteessä 8.17 ja projektiopiirroksina liitteessä 8.18. Liitteessä 8.18 (s. 125) ylempi kuva esittää reiän taipumaa sivusuunnassa maanpintatasoon projisoituna. D-akseli esittää teoreettista taipumattoman reiän maanpintaprojektiota. Alempi kuva esittää reiän pystysuuntaista taipumaa, kaltevuuden muutosta niin, että akseli Z esittää teoreettista taipumattoman reiän kaltevuutta reiän suuntaiselle leikkaustasolle. Projektioiden mittakaava vaihtelee niin, että reiän pituus esitetään aina samana riippumatta sen todellisesta pituudesta. D-akselin pituus on 1.1 * reiän esityspituus. Liitteessä 8.18 ( s. 126) oleva kuva esittää vastaavaa taipumaa asteina. TH-akseli esittää teoreettista taipumattoman reiän maanpintaprojektiota. Liitteessä 8.18 (s. 127) oleva kuva esittää reiän pystysuuntaista taipumaa metreinä, kaltevuuden muutosta niin, että akseli T esittää teoreettista taipumattoman reiän kaltevuutta reiän suuntaiselle leikkaustasolle. Projektioiden mittakaava vaihtelee niin, että reiän pituus esitetään aina samana riippumatta sen todellisesta pituudesta. Korjattujen Maxibor-mittaustulosten mukaan reikäsyvyydessä 996 m sivusuuntapoikkeamaksi on mitattu 79,3 m oikealle ja pystypoikkeamaksi 128,3 m ylöspäin reiän lähtösuuntaan nähden. Kokonaispoikkeama lähtösuunnasta on 15,1 %.
19 Boremac D2 -taipumamittarilla saatiin reikäsyvyydessä 610 m sivusuuntapoikkeamaksi 26,8 m vasemmalle ja pystypoikkeamaksi 59,0 m ylöspäin reiän lähtösuuntaan nähden. Kokonaispoikkeama lähtösuunnasta on 10,6 %. PP -mittauksen kaltevuuksilla korjatun Maxibor-mittauksen mukaan lasketut koordinaatit valtakunnallisessa XYZ koordinaatistossa syvyydeltä 993 m on esitetty taulukossa 2. Taulukko 2. Reiän OL-KR11 koordinaatit Pisteen sijainti X y z Lähtöpiste, maanpinta 92.633,81 26.754,00 4,18 Lähtöpiste, putken suun keskipiste 92.633,72 26.754,09 4,58 Loppupiste (993 m) 92.989,40 26.453,90-869,60 3.2 Reiän yläosan rakenne Ennen kallionäytekairauksen aloittamista porattiin uppoporauskalustolla alkureikä. Alkureikä aloitettiin poraamalla maakerrosten läpi kallioon 1941184 mm:n maaputki. Maaputki porattiin maanpinnasta lukien 5,70 m syvyyteen. Maakerroksen paksuudeksi arvioitiin noin 2,00 m Sen jälkeen porattiin kallioon halkaisijaltaan 165 mm:n reikä 41,77 m:n syvyyteen. Reikään asennettiin halkaisijaltaan 140/130 mm suojaputki, joka sementoitiin kallioon. Tämän jälkeen maaputki katkaistiin maanpinnan tasoon. Syvyysväli 41,77... 1002,11 m kairattiin T -56 -kalustolla. T -56 -kalustolla kairattu yläosa avarrettiin 66 mm:n teräkoolla ja sen jälkeen putkitettiin 64/57 -suojaputkella välillä 41,72... 122,82 m. Suojaputket lukittiin toisiinsa hitsaamalla. Alapäästään suojaputket keskitettiin reikään 66/57 -terällä. Yläpäästään suojaputket on tetty ruostumattomasta teräksestä valmistettuun äseinämäiseen suppiloon, jonka tarkoituksena on helpottaa reikämittauslaitteiston laskemista reikään. Suppilon (kuva sivu 171) kokonaispituus on 12,8 cm. Varsinaisen suppilo-osuuden pituus on 7,6 cm. Suppilon alapään muodostaa halkaisijaltaan 84/64 mm putki, pituudeltaan 5,2 cm. Suojaputki on varustettu oikeankätisellä kierteellä, johon kairauksen aikana reiän yläosassa olleet 64/57 -suojaputket voitiin ttää. Liitteessä 8.3 on esitetty reiän yläosan ja suppilon rakenne. Työn lopuksi reiän yläpäähän vaiettiin teräsbetonilaatta, pinta-alaltaan 1,0 x 1,0 m 2, maanpinnan yläpuolelle. Betonilaatta ankkuroitiin raudoituksilla 194/184 mm:n suojaputkeen ja maahan. Putken suu suljettiin lukittavalla tulpalla.
20 4. RAKENNUSGEOLOGIA 4.1 Kairauksen vaikutus näytteisiin Näytehukan syntymiseen johtanutta näytteen rikkoutumista ja jauhautumista tapahtui kaikkiaan 1,75 m. Näytehukkaa syntyi sekä kairausteknisistä syistä että rakoilleen kallion jauhautumisen tuloksena. Kairausteknistä näytehukkaa syntyi kahdella eri syvyydellä yhteensä 1,65 m. Ensimmäisellä kerralla näytehukkaa syntyi teräputken tyhjentämisen yhteydessä, tiukkaan teräputkelle juuttuneen näytteen irtaantuessa äkillisesti, jolloin muutama pieni näytekappale joutui hukkaan kairakoneen alle. Toisella kertaa näytehukkaa syntyi 1,60 m kaksoisteräputken laakerin rikkoutuessa yllättäen. Rakoilleesta kalliosta aiheutui näytehukkaa kerran, 0,10 m. Näytehukka on esitetty yhdessä kallion rikkonaisuusasteen kanssa taulukossa liitteessä 8.11. 4.2 Kivilaatu Kairausnäytteet koostuvat tutkimusalueelta jo aiemmin kuvatuista pääkivilajeista, joista käytettiin nimityksiä tonaliitti, kiillegneissimigmatiitti ja graniitti. Lisäksi lävistettiin kvartsi- ja pegmatiittijuonia ja amfiboliittisia kerroksia. Kiillegneissille on tyypillistä eriasteinen migmatoituminen, jolloin siinä voi esiintyä graniittista (pegmatiittista) ainesta paikoin hyvinkin runsaasti. Samoin graniitiksi luokiteltu kivilaji on paikoin suuntautunutta ja gneissiytynyttä sisältäen kiillegneissisiä osuuksia. Tonaliittia esiintyy reiän keskivaiheilla, jossa se vuorottelee kiillegneissin kanssa. Myös tonaliitti on paikoin suuntautunutta. Kivilajit esiintyvät monin paikoin toistensa kanssa limittäin, jolloin niiden lävistykset voivat olla keskimäärin muutamia metrejä. Kivilajit onkin luokiteltu vallitsevan kivilajin mukaan ja siten esim. graniitti usein sisältää kiillegneissiä kapeina lävistyksinä ja päinvastoin. Näytteet ovat pääosin rapautumattomia, vam paikallisesti oli kapeita lievästi tai kohtalaisesti rapautuneita vyöhykkeitä. Yleensä vyöhykkeet ovat vain muutamien kymmenien cm levyisiä, mutta joidenkin tiheärakoisten, rikkonaisten tai myloniittiutuneiden vyöhykkeiden yhteydessä on leveämpiä rapautumisvyöhykkeitä. Kahdessa rakovyöhykkeessä oli myös osuuksia kohtalaisesti rapautunutta kalliota. Kohtalaisesti rapautunutta kalliota oli yhteensä 1,29 m. Lievästi rapautuneita osuuksia oli 12 kappaletta, joiden vahvuus oli yhteensä 25,40 m. Kuitenkin rapautumattomissakin osuuksissa näkyy maasälvissä paikoin lievää samentumista. Liitteessä 8.4 on esitetty kivilajien rapautuneisuusaste.
21 Kiillegneissimigmatiitti on tyypillinen seoskivilaji, joka koostuu kiillegneissistä ja vaaleasta tai punertavasta graniittisesta (pegmatiittisesta) aineksesta. Kiillegneissimigmatiitissa tavattiin neljä kapeaa lävistystä myloniittisia vyöhykkeitä. Kiillegneissimigmatiitti on raitaista ja yleensä kohtalaisesti liuskettunutta, L2. Liuskeisuussuunta vaihtelee, liuskeisuuden lesuunta oli alussa itäkaakkoon 110... 135 astetta kääntyen vähitellen voimakkaammin kaakkoiseteläiseksi suuntaan 140... 165 astetta. Kaade oli alussa 49... 66 astetta ja paikallisesti jopa 70 astetta. Lopussa se oli loiva, vaihdellen 20... 45 asteen välillä. Raekooltaan kiillegneissimigmatiitti on hienorakeisesta keskirakeiseen. Päämineraaleina siinä ovat kvartsi, maasälvät ja biotiitti. Monin paikoin esiintyy myös kiisuja, grafiittiaja granaatteja. Graniitti on rakeista. Raekooltaan se vaihtelee keskirakeisesta graniitista earakeiseen pegmatiittiin. Rakenteeltaan se on normaalisti massamaista ja suuntautumatonta, MO, mutta siinä on usein heikosti tai jopa kohtalaisesti suuntautunutta osuuksia, Ml... L2, jolloin sitä voisi kutsua graniittigneissiksi. Päämineraaleina ovat maasälvät ja kvarts lisäksi esiintyy paikoin kiilteitä, granaatteja ja turmaliinia. Tonaliitti on myös rakeista. Raekooltaan se on keskirakeista. Rakenteeltaan se on massamaista ja suuntautumatonta tai kiillegneissin kontaktin lähellä heikosti suuntautunutta, MO... 1. Kontakti kiillegneissiin on vaihettuva ja epämääräinen, kivilajien vuorotellessa. Päämineraaleina ovat maasälvät ja kvartsi, lisäksi esiintyy paikoin kiilteitä, granaatteja ja turmaliinia. Kivilajien kuvaus syvyyksittäin on esitetty liitteessä 8.8. Kuvassa 4 on esitetty kivilajit ja rakotiheysjakauma graafisesti.
22 40m loom 200m 300m 400m 600m 100m 800m <(< -. =...:.. <<? -- : \( *( -. ( 1----... ( (... ({ < *.: : ; l -;.. f- --- -... <. (... ::::: 0 0 0 0 lo 0 o 0 o 0 o <4 i i( '2 ( 0 a 0 o 0 o 0... ( l pr_,f)? : : - - 2...? *?... 1 ( 11.... ( (*... l 1 f-.--- *'*-- 1---- 1-. :::: 900m (.. --... :::::: ---- 1000 m (... SELITYS KIVILAJIT [Sill KIILLEGNEISSI RAKOILU TONALIIITI D Harvarakoinen ( < 1 ) c:j. Vähärakoinen ( 1-3 ) - Tiheärakoinen Runsasrakoinen ( 3 10 ) ( > 10 ) Kuva 4. Kivilajit ja rakoilu, kairanreikä OL-KRll.
23 4.3 Rakoilo Rakoilu on pääasiallisesti tiivistä ja täytteistä. Täytteiset raot ovat vallitsevia yleensä tiheä- ja runsasrakoisissa vyöhykkeissä, kun taas tiiviit raot ovat vallitsevampia muualla. Täytteisissä raoissa täytemateriaalina alussa on usein valkoista kaoliinimaista savea, harmaata tai valkoista karbonaattia tai aa kloriittimaista täytettä. Syvemmällä valkoista kaoliinisavea on vähemmän, karbonaattia on edelleen ja niiden lisäksi osa asta on grafiittia. Lisäksi täytteenä on kiisuja, yleensä rikkikiisua, mutta myös muita kiisuja. Useimmissa täytteisissä raoissa on rakotäytettä usein vain ohuelti silauksena rakojen pinnoilla ja rakojen vastakkaiset pinnat ovat hyvin yhtenäiset. Vain yksittäisissä raoissa on rakotäytettä yli millimetri, useimmiten tiheärakoisten, rikkanaisten vyöhykkeiden yhteydessä. Paksuimmillaan täytettä on noin 10 cm. Osa raoista, myös täytteisistä, on näytteessä edelleen -iskostuneena. Yhteensä ainakin osittain -iskostuneita rakoja lävistettiin 263 kpl, joka on noin 19 % kokonaisrakomäärästä. Myös tiiviillä raolla saattaa olla selvä väri, joten tiiviin ja täytteisen raon välillä ei ole selkeää rajaa. Suurimmaksi osaksi värin omaavat raot on niiden hyvinkin ohuen rakotäytteen vuoksi luokiteltu täytteisiksi. Raoista ei havaittu hajuhavaintoja tutkimuksen aikana. Savitäytteisiä rakoja havainnoitiin 15 kpl ja murutäytteisiä 27 kpl. Haarniskapintaisia rakoja lävistettiin 140 kpl. Niiden lisäksi kahdessa rikkonaisuusvyöhykkeessä oli savi- ja murutäytteisiä ja haarniskapintaisia rakoja, mutta näytteen hajoamisen vuoksi niitä ei kyetty yksilöimään. Osalla savi- ja murutäytteisistä raoista on lisäksi haarniskapinta täytteen alla. Muru- ja savitäytteiset raot ovat kaikki yhdessä tiheärakoisissa vyöhykkeessä. Haarniskapintaiset raot esiintyivät isemmin, mutta kuitenkin niistäkin suurin osa niistäkin on rikkonaisissa, tiheärakoisissa vyöhykkeissä ja vain muutamia esiintyy vyöhykkeiden ulkopuolella. Yksityiskohtaiset tiedot raoista ovat liitteessä 8.9. Rakopintojen muoto vaihtelee suuresti. Yleisimmät rakopinnanmuoto on epäinen, rakopinnan ollessa puoliea (JRC-luku 7-14), mutta erilaiset muunnokset ovat yleisiä. Kallion rakoluku on matala, keskimäärin rakoluku on vain 1,47 kpllm. Kallion RQD - luku on keskimäärin 96,9 %. Taulukossa 3 on esitetty keskimääräisen rako- ja RQDluvun vaihtelu syvyysväleittäin. Kuvassa 4 kallion rakoluku ja kivilajit on esitetty graafisesti. Liitteessä 8.10 esitetään rako luku, katkossumma ja RQD-luku.
Taulukko 3. Kallion keskimääräinen rako- ja RQD-luku syvyysväleittäin. 24 Syvyysväli Keskimääräinen rakoluku Syvyysväli Keskimääräinen rakoluku m-m jarqd-luku m-m jarqd-luku kpllm/% kpllm/% 42-132 3,8 189,4 627-697 0,4 199,1 132-300 1,4 198,2 697-699 10,0/67,5 300-306 11,5 141,0 699-741 1,7/97,3 306-413 1,2 198,3 741-888 0,50 199,8 413-422 4,3 194,6 888-962 2,42194,1 422-624 0,7 199,0 962-1002 1,08 199,2 624-627 13,3 139,1 Rakosuunnista tulevat erittäin voimakkaasti esille loivat lähes vaaka-asentoiset raot. Jyrkkäkaateisempia rakosuuntia on liuskeisuuden suunnassa, koillis-lounassuuntainen rakoilu, joka kaade on kaakkoon (kaadesuunta 130... 150 ja kaade 25... 45 ). Koillislounassuunnassa lähellä itä-läntistä suuntaa, on myös jyrkkäkaateista rakoilua, lesuunnan ollessa 150... 170 ja kaateen ollessa 70-85. Kuvassa 5 on esitetty alapalloprojektiona PP-kaltevuusmittarin kaltevuudella muunnetun Maxibor-taipumamittauksen mukaan korjatut rakojen kaadesuunnat/kaateet. Proeent t 1k8yra: 2 4 6 Kuva 5. Rakojen kaadesuunnat/kaateet alapalloprojektiona.
25 Rikkanaisia osuuksia lävistettiin 11 kpl. Monet osuudet kuuluvat samaan rikkonaisuusvyöhykkeeseen, mutta jos niiden välillä on ehjempää kiviainesta, on ne luettu omiin osuuksiinsa. Osuudet ovat kaikki pääasiallisesti murrosrakenteisia. Kahdessa osuudessa on tosin osuus ruhjerakenteista kalliota. Yhdessä rikkanaisessa osuudessa rakoluku nousee yli kymmenen vain tiiviiden, olevien rakojen takia. Rikkanaisten osuuksien pituudet vaihtelevat välillä 0,19... 4,82 m. Yhteensä rikkanaisia osuuksia on 17,17 m, näistä murrosrakenteisia on 15,93 m ja ruhjerakenteisia 1,24 m. Yhteensä rikkanaisten osuuksien määrä on 1,8 % reiän kokonaisnäytemäärästä. Liitteessä 8.11 on esitetty kallion rikkonaisuusvyöhykkeet. 4.4 Näytteen viipaloitomineo Näytteen viipaloitumista, core discing -ilmiötä, havaittiin vain vähän. Useimmiten, kun sitä esiintyi, viipaloituminen oli vain muutamia yksittäisiä aihiota. Ensimmäisen kerran sitä esiintyi reikäpituudessa 314,69... 314,79 m. Viipaloitumista esiintyi kiillegneissimigmatiitissä ja graniitissa. T onaliitissa sitä ei havaittu. Kuitenkin kiillegneissimigmatiitissä viipaloituminen oli aina kiven vaaleassa graniittisessa leukosomissa. Voimakkainta viipaloituminen oli reikävälillä 600,96... 601,18 m. Muulloin viipaloituminen on satunnaisempaa ja esiintyy pääasiassa aihioina. Varsin usein kyseisessäkin tapauksessa viipaloituminen on lisäksi usein muodoltaan heikosti kehittynyt ja se voi olla vaikeasti erotettavissa mekaanisesta katkoksesta näytteessä. Osa viipaloitumismurtumien pinnoista sisältää pinnanmuodossaan elementtejä useammastakin tyypistä. Viipaloitumisessa on huomioitavaa lisäksi, että se mahdollisesti lisääntyy edelleen Iaatikoiden liikuttelujen aikana. Yhteensä viipaloitumista esiintyi noin 0,41 m matkalla näytteessä. Erityyppisiä viipaloitumismurtumia kirjattiin noin 10 kpl ja aihioita 40 kpl. Liitteessä 8.12 on esitetty näytteen viipaloituminen.
26 4.5 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet Näytteistä määritettiin lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet vähintään 30 m:n välein ja pääkivilajin vaihtuessa. Määrityksiä tehtiin 35 kpl. Kiillegneissistä oli 26 kpl näytteitä, graniitista kuusi kpl ja tonaliitista kolme kpl. Nelipistetaivutuskokeita tehtiin yksi jokaisesta näytteestä, pistekuormituskokeet tehtiin kaksi jokaisesta näytteestä. Hajontaa aiheuttaa kivilajeille suuntautuneisuusasteen vaihtelu ja lisäksi graniitille raekoon vaihtelu. Kivilajien lujuuksissa on hivenen eroa, kiillegneissin ja tonaliitin keskilujuuden ollessa noin 125 MPa, kun se graniitilla oli noin 145 MPa. Kimmokertoimen osalta graniitti oli yli 16 % jäykempää kuin kiillegneissi, joka on sitä voimakkaammin suuntautunut ja lähes 11 % jäykempää kuin tonaliitti. Laboratoriokokeiden tulokset on esitetty taulukossa 4, jossa on myös laskettu lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien keskiarvot kivilajeittain. Puristuslujuus, kimmokerroin ja taivutuslujuus syvyyden funktiona on esitetty kuvassa 6. 40,00 35,00 30,00 'åi' 25,00!. II) :::::1 :::::1 20,00 :2 i II).a 15,00 ; 10,00 5,00 0,00-1-----+---+----+---f-------+---+---+-----+---+----t- 0,00 40,0 140,0 240,0 340,0 440,0 540,0 640,0 740,0 840,0 940,0 1040,0 &fvyys[nj Kuva 6. Puristuslujuus ja kimmokerroin syvyyden funktiona
27 Taulukko 4. Laboratoriokoetulosten yhteenveto Syyyys E V Isso Isso crc1 crc2 Smax Kivilaji m GPa MPa MPa MPa MPa MPa 42,5 40,59 0,25 4,82 4,49 115,60 107,84 9,26 KGN 71,5 51,39 0,23 4,93 4,73 118,27 113,61 15,43 KGN 101,0 40,68 0,30 3,12 2,97 75,00 71,23 9,95 KGN 130,5 40,70 0,29 4,65 5,36 111,61 128,70 10,85 KGN 161,0 55,85 0,27 5,35 5,46 128,47 131,14 18,52 KGN 183,0 44,39 0,22 7,66 8,44 183,95 202,59 13,17 GRAN 208,0 35,38 0,20 4,08 5,43 97,85 130,25 13,97 KGN 238,5 33,04 0,19 4,98 4,98 119,60 119,60 10,60 KGN 268,5 38,42 0,23 6,41 6,91 153,77 165,75 12,43 KGN 297,5 55,40 0,33 5,94 5,27 142,45 126,48 8,89 KGN 308,5 56,52 0,21 7,75 7,19 185,94 172,63 14,98 GRAN 332,7 38,12 0,23 5,51 5,44 132,25 130,47 10,03 KGN 360,0 36,29 0,21 5,51 5,39 132,25 129,36 13,88 TONA 388,0 52,03 0,29 5,52 5,50 132,47 132,02 13,12 TONA 416,0 59,22 0,31 5,88 6,60 141,12 158,43 13,17 KGN 436,0 60,13 0,26 6,91 6,19 165,75 148,67 9,88 KGN 460,5 45,07 0,25 5,11 4,02 122,70 96,52 11,31 TONA 490,5 44,74 0,19 5,64 5,37 135,35 128,92 13,95 KGN 521,0 38,12 0,27 4,78 5,50 114,72 132,02 12,23 GRAN 550,0 32,56 0,23 4,80 4,49 115,16 107,84 9,74 KGN 580,5 47,20 0,36 4,37 3,96 104,95 94,97 13,27 KGN 610,5 41,10 0,32 4,85 5,46 116,49 131,14 12,71 KGN 640,0 33,37 0,20 5,02 5,12 120,49 122,93 8,97 KGN 670,0 38,54 0,25 5,01 5,98 120,26 143,56 11,13 KGN 700,0 22,27 0,22 4,46 3,54 106,95 84,98 10,69 KGN 730,0 46,25 0,23 5,29 5,01 126,92 120,26 13,54 KGN 760,0 54,73 0,31 6,93 5,98 166,42 143,56 7,05 GRAN 790,0 36,10 0,22 4,49 4,47 107,84 107,39 11,60 KGN 820,0 48,33 0,19 4,94 3,59 118,49 86,09 11,85 GRAN 849,5 30,80 0,21 7,63 6,70 183,06 160,87 13,39 KGN 879,5 42,83 0,17 5,12 5,19 122,93 124,48 15,51 KGN 909,0 39,66 0,22 4,51 6,08 108,28 146,00 10,73 KGN 939,0 35,19 0,17 7,99 7,15 191,71 171,52 16,46 KGN 968,0 56,06 0,31 4,44 5,03 106,51 120,71 9,96 GRAN 997,5 36,13 0,25 6,06 5,55 145,34 133,13 16,55 KGN Keskiarvo 43,06 0,25 5,41 129,95 12,25 Keskihaj. /o/o 9,14/21% 0,05120% 1,12/21% 26,85121 % 2,52121 % kaikki Keskiarvo 41,37 0,24 5,30 127,26 12,35 Keskihaj. 1 % 9,16122% 0,05120% 1,02/19% 24,491 19% 2,62121% KGN Keskiarvo 49,69 0,25 6,02 144,47 11,54 Keskihaj. 1 o/o 7,441 15% 0,05121 % 1,54126% 37,00126% 2,75124% GRAN Keskiarvo 44,46 0,25 5,18 124,22 12,77 Keskihaj. 1 % 7,891 18% 0,04116% 0,591 11 % 14,071 11% 1,32/10% TONA Lujuuksille on laskettu yhdistetty keskiarvo