Työ raportti 99-56 Monitulppauslaitteistojen asentaminen kairanreikiin Loviisan Hästholmenilla Aimo Hiironen Lokakuu 1999 POSIVA OY Mikonkatu 15 A, FIN-00100 HELSINKI, FINLAND Tel. +358-9-2280 30 Fax +358-9-2280 3719
Työ r a p o r t t i 9 9-56 Monitulppauslaitteistojen asentaminen kairanreikiin Loviisan Hästholmenilla Aimo Hiironen Lokakuu 1999
TEKIJÄ ORGANISAATIOT: Posiva Oy Torikatu 4 44100 ÄÄNEKOSKI Työraportti 99-56 MONITOLPPALAITTEISTOJEN ASENTAMINEN KAIRANREIKIIN LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA TEKIJÄ:,4_...:?----J-- Aimo Hiironen Posiva Oy TARKASTAJA: ( --~~~~ Heikki Hinkkanen Posiv~Oy ~ ~
Työ raportti 99-56 Monitulppauslaitteistojen asentaminen kairanreikiin Loviisan Hästholmenilla Aimo Hiironen Posiva Oy Lokakuu 1999 Pasivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia.
MONITULPPALAITTEISTOJEN ASENTAMINEN KAIRANREIKIIN LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA 1999 TIIVISTEL MÄ Teollisuuden Voima Oy:n (TVO) ja Fortum Oy:n perustama yhtiö Posiva Oy huolehtii käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksesta ja sitä varten tehtävästä tutkimus- ja kehitystyöstä. Posiva jatkaa TVO:n aloittamaa tutkimusohjelmaa yksityiskohtaisilla sijoituspaikkatutkimuksilla, jotka päättyvät vuonna 2000. Romuvaaran, Kivetyn ja Olkiluodon tutkimusten rinnalla Posiva aloitti vuoden 1997 alusta käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen aluevalintaan tähtäävät kallioperätutkimukset Hästholmenilla. Tutkimusalueelle on kairattu tutkimusohjelman mukaisesti yhdeksän syvää kairanreikää kallionäytekairausmenetelmällä, joiden syvyydet vaihtelevat n. 700-1000 m:n välillä. Osa rei'istä tulpattiin hydraulisen painekorkeuden mittaamista ja KR2:ssa ja KR3:ssa tehtävien koepumppausten seurantamittauksia varten. Reikiin asennettiin Posivan ja raumalaisen Lapela Oy:n yhteistyönä kehittämä monitulppalaitteisto, jolla pystytään eristämään reiästä seitsemän pohjaveden hydraulisen painekorkeuden mittausvyöhykettä. Lisäksi voidaan asentaa ns. sokeita välejä, joista ei mitata painekorkeutta, vaan niillä estetään pystyvirtaukset reikää pitkin. Tulppalaitteisto koostuu satjasta vedellä ja kaasulla paisutettavia kumitulppia ja niitä yhdistävistä nailonletkuista ja kannatintangoista. Tulpat pullistetaan reiän seinämää vasten johtamalla niihin nailonputkea (halk. 8/6 mm) pitkin vettä käsipuropulla maanpinnalta käsin. Kun tulppajätjestelmä on paineistettu liitetään siihen tarvittaessa paineilmapullo takaamaan paineen pysyminen. Tulppien läpi johdetaan laajennettuun yläosaan jokaisesta mittausvälistä nailonputket (halk. 8/6 mm), jotka laajennusosassa yhdistetään esim. halk. 28/23 mm nailonputkiin. Isompi nailonputki mahdollistaa hydraulisen painekorkeuden mittaamisen joko automaattisilla pinnankorkeusmittalaitteilla tai manuaalisesti sähköluodilla. Kairanrei'issä tehtyjen tutkimusten perusteella on määritetty paisutettavien tulppien sijoitussyvyydet Kullekin reiälle on tehty oma tulppaussuunnitelma, joka sisältää yksityiskohtaiset tiedot asennettavien tulppien ja tankojen lukumäärästä ja siitä kuinka paljon letkua tarvitaan. Hästholmenilla monitulppalaitt~iston asennustyöt aloitettiin kesäkuussa 1999 KR4:lta. Reiät tulpattiin Kuhmon ja Aänekosken paikallistoimistojen henkilökunnan voimin. Aputyövoima ostettiin Suomen Malmi Oy:ltä (SMOy). Viimeiseksi tulpattiin kairanreikä KR3, joka valmistui syyskuussa 1999. Tässä raportissa on kuvattu Hästholmenin syvien kairanreikien KRl, KR2, KR3, KR4, KR5 ja KR6 tulppausten yhteydessä reikiin asennettu tulppauskalusto ja niiden sijainti rei'issä, asennustyön aikataulu ja tehty asennustyö. Raportissa on esitetty myös kairanreikiin KR2 ja KR3 asennetut koepumppauskalustot. A vainsanat: monitulppalaitteisto, painekorkeuden mittaus
INSTALLATION OF MULTI-PACKER SYSTEMS INTO BOREHOLES AT HÄSTHOLMEN IN 1999 ABSTRACT Teollisuuden Voima Oy (TVO) initiated in the spring 1997 site investigations for the final disposal of spent fuel at Hästholmen. From the beginning of 1996 Posiva Oy, jointly owned by Teollisuuden Voima Oy (TVO) and Imatran Voima Oy (IVO) has continued the research and development programme started by TV 0. The site selection will take place in the year 2000. At the Hästholmen site altogether 9 deep boreholes have been coredrilled. The depth of the boreholes varies between 700-1000 metres. Part of the boreholes were fumished with multipacker system for monitoring purposes during the test pumpings in boreholes KR2 and KR3. The multipacker system is developed in co-operation between Posiva and Lapela Oy from Rauma town. Hydraulic head can be measured in seven measuring sections. Additional packers, so-called blind sections, can be installed into the system in order to prevent vertical groundwater flow in the borehole. The multipacker equipment consists of inflatable rubber-coated packers connected by extension rods. Pressure is conducted to the inflatable packers from a control unit situated on the ground, causing its rubber coating to expand and press against the sides of the borehole. The hydraulic head is brought closer to the ground surface for measurement purposes by means of nylon pipes ( diam. 8/6 mm) and ducts in the packers. ln the upper part of the boreholes with a larger diameter the nylon pipes are connected to pipes with greater diameter (28/23 mm in boreholes with a larger diameter upper part) pipes. The bigger tube enabled measuring of hydraulic head in the measuring sections either automatically of manually. The depth at which the packers are placed is determined on the basis of the loggings made in the borehole. Before installation a detailed pian including the number of extension rods, packers etc. was prepared for each borehole. Installation of the multipacker system was started at Hästholmen in the borehole KR4 in June 1999. The installation of the packers into the boreholes was carried out by Posiva Oy with Suomen Malmi Oy. The last borehole KR6 was finished in September 1999. The equipment installed into the boreholes KR1, KR2, KR3, KR4, KR5 and KR6, the position of the equipment in the borehole, the installation work procedure and the time of installations in this report. The report contains also description of the test pumping equipment installed into boreholes KR2 and KR3. Keywords: multi-packer system, hydraulic head monitoring
1 SISÄLLYSLUETTELO Tiivistel mä Abstract 1 JOHDANTO.............................................................. 2 2 LAITTEISTO............................................................. 3 2.1 Valmistelutyöt...................................................... 3 2.2 Tulppauksessa tarvittavat työvälineet............................... 3 2.3 Laitteiston yleiskuvaus............................................. 4 2.4 Reikiin asennettu tulppalaitteisto................................... 4 3 TYÖN SUORITUS....................................................... 5 3.1 Asennustyön yleiskuvaus........................................... 5 3.2 Asennustyön suoritus.............................................. 5 3.3 Reikiin asennetut mittaus- ja paineistusputket........................ 5 3.4 Kannatusvaijeri.................................................... 6 3.5 Mittaus- ja paineistusputkien liittäminen.............................. 6 3.6 Tulppajärjestelmän täyttö (paineistus)............................... 6 3.7 Mittausputkien täyttäminen.......................................... 6 3.8 Murtoventtiilillä varustettu tulppa.................................... 6 3.9 Kairanreikä KR1 7 3.10 Kairanreikä KR2 3.11 Kairanreikä KR3 3.12 Kairanreikä KR4 3.13 Kairanreikä KR5 3.14 Kairanreikä KR6 7 7 8 9 9 4 KOEPUMPPAUSLAITTEISTO............................................ 10 5 YHTEENVETO........................................................... 11 6 KIRJALLISUUSVIITTEET................................................. 12 KUVAT 1-8.................................................................. 13-20
2 1 JOHDANTO Posiva Oy aloitti 1997 alusta käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen aluevalintaan tähtäävät kallioperätutkimukset Loviisan Hästholmenilla. Loppusijoitustutkimuksia suoritetaan Hästholmenin lisäksi Kivetyssä, Romuvaarassa ja Olkiluodossa. Posiva Oy huolehtii käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksesta ja sitä varten tehtävästä tutkimus- ja kehitystyöstä. Tutkimusten tarkoituksena on selvittää alueiden soveltuvuutta korkea-aktiivisen käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitustilojen rakentamispaikaksi. Tutkimustuloksilla on keskeinen osa loppusijoituslaitoksen turvallisuutta ja teknisiä ratkaisuja suunniteltaessa. Jatkotutkimuksia tehdään aikataulussa, joka mahdollistaa loppusijoituspaikan valinnan vuoden 2000 loppuun mennessä. Tutkimusalueelle on kolmen vuoden aikana kairattu Pasivan toimesta yhdeksän syvää kairanreikää kallionäytekairausmenetelmällä. Hästholmenilla suoritettiin syvien kairanreikien tulppaustyö, jonka pääasiallisena tarkoituksena oli kairanrei'issä KR2 ja KR3 suoritettavien pumppauskokeiden vaikutusten havainnointi eri syvyyksiltä, paisutettavin kumitulpin eristetyistä vyöhykkeistä. Reikien KR2, KR3, KR4, KR5 ja KR6 kairauksissa on sovellettu laajennetun yläosan menetelmää. Reikien yläosat on porattu n. 40 m:n pituudelta uppoporaustekniikalla. Niihin on asennettu 140/130 mm suojaputket (kuva 1). Kairanreiän KR1 yläosan suojaputki 64/57 lävistää VLJ-luolan ajotunnelin syvyydellä 37,25-41,62 m. Tässä raportissa on kuvattu Hästholmenin syvien kairanreikien KR1-KR6 tulppausten yhteydessä reikiin asennettu tulppauskalusto ja niiden sijainti rei' issä, asennustyön aikataulu ja tehty asennustyö. Raportissa on esitetty myös kairanreikiin KR1 ja KR3 asennetut koepumppauskalustot.
3 2 LAITTEISTO 2.1 Valmistelutyöt Tulppauslaitteiston asennuksen ensimmäisessä vaiheessa reikä luodattiin avoimuuden toteamiseksi sähkökäyttöisellä vaijerivinssillä. Luotina käytettiin halkaisijaltaan reiän halkaisijan suhteen 3 mm pienempää ja pituudeltaan puolitoista metristä putken pätkää ( dummy sondia), joka laskettiin vinssillä kulloinkin reikään asennettavan tulppalaitteiston vaatimaan syvyyteen ja nostettiin pois. Tulppalaitteisto oli tarkastettu ja koeponnistettu Äänekosken paikallistoimiston varastotiloissa. Tulppien koeponnistus suoritettiin vesialtaassa, jolloin pienimmätkin vuodot pystyttiin paikallistamaan. Tulppien kannatintankojen kierteet tarkastettiin ja puhdistettiin kierretyökaluilla. Tarvittaessa vaihdettiin uusi kierrepää. Asennustyössä käytettiin kolmijalkaa, jonka yhteen jalkaan on kiinnitetty sähkökäyttöinen vaijerivinssi. Kolmijalka pystytettiin reiän päälle, jonka jälkeen reiän läheisyyteen pystytettiin letkujen ohjaukseen käytettävä pienempi kolmijalka. Reiän välittömään läheisyyteen levitettiin suojapressu,jonka päälle asetettiin tulppauksessa tarvittavat välitangot ja tulpat järjestykseen tulppaussuunnitelman mukaisesti siten, että ne voitiin ottaa suoraan järjestelmällisesti pressun päältä sekaannusten välttämiseksi. Omilta kelailtaan juoksevat paineistus-ja mittausletkut asetettiin valmiiksi oikeille paikoille pukki en varaan ja pujotettiin kukin letku omille paikoilleen värien mukaan pienemmän kolmijalan ohjainpyörien kautta sekaannuksen välttämiseksi. Jokaisella mitattavalla välillä on oma värimerkintä. Koeponnistetut tulpat tarkistettiin silmämääräisesti vielä ennen reikään asentamista. Tarkistuksella pyrittiin varmistamaan tulppakumin ja siinä olevien läpivientien kunto. 2.2 Tulppauksessa tarvittavat työvälineet Tulppalaitteiden asennustyössä käytettiin seuraavia työkaluja: isompi kolmijalka (yhteen jalkaan asennettu sähkökäyttöinen vaijerivinssi) pienempi kolmijalka letkujen ohjausta varten tulpat ja välitangot (tulppausohjeen mukaan) 2 kpl kiintoavaimia (21 mm:n avainväli) välitankojen kiinnikiertämiseen puristettavia letkuliitoksia varten pihdit ja liitosholkit kulloinkin käytettävän letkukoon mukaan lukituspukki putki- tai lukkopihdit tangon lukitsemiseksi lukituspukkia vasten hyvälaatuista kangasvahvisteista teippiä (ilmastointiteippi) painemittareita painekorkeuden mittaamiseksi (yli paine)
;---------------------- -- 4 2.3 Laitteiston yleiskuvaus Tulppalaitteisto koostuu sarjasta vedellä ja kaasulla paisutettavia kumitulppia ja niitä yhdistävistä nailonputkistaja kannatintangoista. Tulpat pullistetaan reiän seinämää vasten johtamalla niihin nailonputkea (halk. 8/6 mm) pitkin vettä käsipumpulla maanpinnalta käsin. Kun tulppajärjestelmä on paineistettu, liitetään siihen tarvittaessa paineilmapullo takaamaan paineen pysyminen. Tulppien läpi johdetaan laajennettuun yläosaan jokaisesta mittausvälistä nailonputki (halk. 8/6 mm), jotka laajennusosassa yhdistetään isompiin esim. halk. 28/23 mm nailonputkiin. Isompi nailonputki mahdollistaa hydraulisen painekorkeuden mittaamisen joko paineanturilla tai manuaalisesti sähköluodilla. Kairanrei'issä tehtyjen tutkimusten perusteella määritettiin paisutettavien tulppien sijoitussyvyydet Tutkimusten perusteella kullekin reiälle laadittiin oma tulppaussuunnitelma, joka piti sisällään yksityiskohtaiset tiedot asennettavien tulppienja tankojen lukumäärästä sekä tulppien syvyyksistä. 2.4 Reikiin asennettu tulppalaitteisto Reikiin asennettu tulppalaitteisto on kuvattu taulukossa 2-1. Taulukko 2-1. Hästholmenin kairanreikiin asennettu tulppalaitteisto. Reikä Tulppien määrä läpivienneittäin (kpl) Tankojen lkm. tankolajeittain 0 1 2 3 4 5 6 7 3,4 m 5,0 m KRl 0 2 2 2 2 2 2 2 14 152 KR2 0 2 2 2 2 2 2 2 14 173 KR3 1 2 2 2 2 2 2 2 15 108 KR4 1 2 2 2 2 2 2 2 15 156 KR5 1 2 2 2 2 2 2 2 15 130 KR6 1 2 2 2 2 2 2 2 15 66 Yhteensä 4 12 12 12 12 12 12 12 88 785 Mittapisteet (mittausvyöhykkeet) on numeroitu alkaen reiän pohjalta. Mittapisteiden erottamiseksi toisistaan niille on annettu reikäkohtainen nelimerkkinen tunnus, esim. HH11. Kirjaimet ilmoittavat tutkimusalueen, seuraava numero ilmoittaa reiän ja viimeinen numero ilmoittaa mittausvälin. HH = Hästholmen 1 = kairanreikä KR 1 1 = mittausväli 1
5 3 TYÖN SUORITUS 3.1 Asennustyön yleiskuvaus Alimpaan tulppaan (tulpassa on ns. murtoventtiili) kierrettiin alimmainen kannatintanko, nostettiin ylös vinssillä, ohjattiin reikään ja laskettiin alemmaksi sopivalle korkeudelle, jotta voitiin liittää paineistusletku ja ensimmäinen mittausletku tulppajärjestelmään kiinni. Kun letkuliitokset oli tehty, teipattiin letkut säännöllisin välein kiinni tankoon (periaatteessa joka toisessa teippauksessa ensimmäinen kierros teippiä pyöräytettiin pelkästään tangon ympärille ja senjälkeen letkut kiinnitettiin teippiä katkomatta tankoon kiinni. Tällä tavalla varmistettiin, että letkut eivät päässeet luistamaan laitteistoa liikuteltaessa). Sopiva teippausväli oli noin 2 m ja etenkin kannatintankojen kierreliitoskohdat Uuden kannatintangon liittämiseksi lukittiin reikään laskettu tankoletka ensin pihtien avulla lukituspukin varaan, sähkövinssin vaijeri irrotettiin letkasta ja uusi tanko kiinnitettiin vaijeriin. Tämän jälkeen tanko nostettiin ylös ja kierrettiin kiinni letkaan. Lukituspihdit aukaistiin ja koko letkaa nostettiin hieman ylöspäin, jotta lukituspukki voitiin siirtää sivuun teippauksen ajaksi. Tällä tavalla jatkettiin, kunnes kaikki ko. tulppavälin tangot oli käytetty. Seuraavaksi reikään asennettavaan tulppaan kiinnitettiin kannatintanko ja tulppa tankoineen nostettiin vinssillä ylös ja liitettiin tulppajärjestelmään. Tällä tavoin jatkettiin, kunnes saavutettiin taso, joka valmiissa tulppajärjestelmässä vastasi 36 metrin syvyyttä. Reiästä riippuen oltiin ns. laajalla osalla. Tästä eteenpäin mittausletkuihin asennettiin laajennusputket sovitinliitoksella esim. 8/6 mm:n putkesta 28/23 mm:n putkeen ja merkittiin kustakin mitattavasta välistä jatkuvat isommat putket riittävän hyvin erivärisin mittausvälikohtaisin teippimerkinnöin. Kannatintangot korvattiin halkaisijaltaan 12 mm:n vaijerilla,joka kiinnitettiin sovitinkappaleella ylempään kannatintankoon. Kannatintankojen korvaaminen vaijerilla laajalla osalla edesauttoi sitä, että 28/23 mm:n letkut tulivat suorana ylös asti. Tämä auttoi mahdollista vesinäytteenottoa "hoikalla pumpulla". Kun liitokset oli tehty, laskettiin tulppaletkaa vaijerin varassa alaspäin teipaten isoja putkia n. puolen metrin välein vaijeriin kiinni, kunnes koko letka oli oikealla syvyydellä. Vielä varmistettiin, että mittausvälikohtaiset merkinnät erivärisillä teipeillä olivat riittävän selvästi näkyvissä. Tämän jälkeen tulppaletka asetettiin vaijerista kannatukseen vaakatankoon reiän suulle. 3.2 Asennustyön suoritus Asennustyö suoritettiin Äänekosken ja Kuhmon paikallistoimiston henkilökunnan voimin. Aputyövoima ostettiin Suomen Malmi Oy:ltä (SMOy). 3.3 Reikiin asennetut mittaus- ja paineistusputket Tulppaustyössä käytettiin osittain (noin puolet tarvittavasta määrästä) vanhoja, muilla tutkimuspaikkakunnilla tulppauksessa käytettyjä nailonputkia, jotka liitettiin ja koeponnis-
6 tettiin Olkiluodossa ennen tulppaustyön aloittamista. "Vanhaa" 8/6 mm nailonputkea tarkastettiin n. 9000 m. Lisäksi reikien yläosaan tulevat 28/23 mm nailonputket laitettiin käytetystä tavarasta. Uutta 8/6 mm putkea tilattiin mahdollista vesinäytteenottoa varten KR1 :een ja kaikkiin reikiin tulppajärjestelmän paineistusletkuksi yhteensä 8000 m. 3.4 Kannatusvaijeri Reikien yläosassa (n. 40 m) tangot korvattiin halk. 12 mm:n vaijerilla. Koska vaijereita oli jo käytetty ja lyhennetty muilla tutkimusalueilla, lisättiin yksi ylimääräinen 3,4 m kannatustanko ennen vaijerin kiinnittämistä, jotta vaijerin pituus saatiin varmuudella riittämään. 3.5 Mittaus- ja paineistusputkien liittäminen Mittaus- ja paineistusputkien liittäminen tehtiin puristusliitosmenetelmällä siten, että putken sisäpuolelle asetettiin tukiholkki ja ulkopuolelle puristettava putkiholkki. Liitos puristettiin tiiviiksi kaapelikenkäpihdeillä,jonka leuat oli suunniteltu tätä tarkoitusta varten. 3.6 Tulppajärjestelmän täyttö (paineistus) Tulppajärjestelmää täytettiin vedellä noin 80-100 m:n välein, mutta kuitenkin siten, että tulpat eivä olleet laajennetulla yläosalla. Täyttäminen suoritettiin, jotta liian korkeaksi nouseva hydrostaattinen paine ei vioittaisi putkia. Yleensä tulppajärjestelmää täytettiin silloin, kun oltiin liittämässä uutta tulppaa järjestelmään, huomioiden että tulpat olivat halk. 56 mm:n reikäosuudella. Kun tulppalaitteisto oli kokonaisuudessaan reiässä ja kannatuksessa reiän suulla, järjestelmä paineistettiin painepuropulla 5,5 bariin huomioonottaen maanpinnan ja pohjavedenpinnankorkeuden eron vaikutus. 3. 7 Mittausputkien täyttäminen Koska Hästholmenilla oli aikaisemmissa mittauksissa havaittu suolaisia pohjavesi vyöhykkeitä, täytettiin mittausletkut ennen tulppajärjestelmän paineistamista makealla vedellä. Tällöin kaikkien mittausvälien hydrauliset korkeudet (fresh water head) olivat yksiselitteisiä eli suolaisuudesta johtuvat tiheyden vaihtelut eivät vaikuttaneet mittaustuloksiin. KR2:lla parissa mittausvälissä oli odotettavissa jopa ylipainetta (painekorkeus maanpinnan yläpuolella), joten ko. mittausputkiin asennettiin painemittarit 3.8 Murtoventtiilillä varustettu tulppa Alimmaksi tulpaksi asennettiin murtoventtiilillä varustettu tulppa, jonka käyttötarkoitus tulee paremmin esille laitteiston noston aikana. Ennen nostotyön aloittamista paine tulppien paineistusjärjestelmässä nostetaan suuremmaksi kuin murtoventtiiliin säädetty paineenkesto (säädetty laukeamaan n. 10 barissa). Tällöin paine pullistusjärjestelmässä
7 hellittää ja laitteiston nosto voidaan suorittaa huomattavasti helpommin. Pullistusjärjestelmän "tyhjennys" helpottaa laitteiston nostoa etenkin niissä rei'issä, joissa pohjaveden pinnankorkeus on alhainen. 3.9 Kairanreikä KR1 Tolppalaitteisto asennettiin kairanreikään KR1 heinäkuussa 1999. Tulppaustyössä ei ilmennyt ongelmia. Paineistusjärjestelmään laitettiin vettä n. 39 1. Kairanreiän yläosa lävistää VLJ-luolan ajotunnelin lattian syvyydellä 41,62 m. Yläosa on putkitettu maanpinnalta lähtien ajotunnelin lattiaan 64/57 mm putkella. Tätä putkea voi tarvittaessa nostaa tarkoitusta varten olevalla taljalla (Rautio, T. 1997). Tulppien asennussyvyydet on esitetty kuvassa 2. 3.10 Kairanreikä KR2 Tolppalaitteisto asennettiin kairanreikään KR2 kesäkuussa 1999. Koska reikä olijärjestyksessä toinen, johon tolppalaitteistoa asennettiin KR 4:n jälkeen, tulpat koeponnistettiin uudelleen ennen reikään asennosta. Kaksi tulpista oli viallisia. Ne korvattiin uusilla. Kahdessa mittausvälissä, alimmainen ja toiseksi alimmainen värimerkinnöiltä sininen ja punainen, oli odotettavissa aikaisempien mittaoksien perusteella ylipainetta mittausvälin suolaisuudesta johtuen. Makeavesitäytön jälkeen, ennen tulppien pullistamista, näihin väleihin asennettiin painemittarit painekorkeuden mittaamiseksi. Toiseksi alimmaisen mittavälin ylipaine oli niin pieni, että painemittari korvattiin myöhemmin jatkamalla mittaputkea läpinäkyvällä putkella niin, että painekorkeus voitiin mitata mittanauhalla. Paineistusjärjestelmään laitettiin vettä n. 42 1. Kairanreiän yläosa on porattu uppoporaustekniikalla n. 40 m:n syvyydelle (Niinimäki, R. 1997a). Laajennusosaan asennetuo suojaputken ulko-/sisähalkaisija on 140/130 mm. Tähän tilaan mahtuu kaikista mittausväleistä tulevien muoviletkujen laajennusputkien lisäksi myös vapaan pohjavedenpinnan korkeuden mittausputki (mittausputkien halk. 28/ 23 mm). Tulppien asennussyvyydet on esitetty kuvassa 3. 3.11 Kairanreikä KR3 Tolppalaitteisto asennettiin kairanreikään KR3 syyskuussa 1999. Paineistusjärjestelmään laitettiin vettä n. 34 1.
8 Kairanreiän yläosa on porattu uppoporaustekniikalla n. 40 m:n syvyydelle (Niinimäki, R. 1997b). Laajennusosaan asennetuo suojaputken ulko-/sisähalkaisija on 140/130 mm. Tähän tilaan mahtuu kaikista mittausväleistä tulevien muoviletkujen laajennusputkien lisäksi myös vapaan pohjavedenpinnan korkeuden mittausputki ( mittausputkien halk. 28/ 23 mm). Reikä on kairattu jatkamalla vanhaa IV On Y7 -reikää 203 m:n syvyydeltä eteenpäin. Reiän halkaisija 40 m:stä 203 m:iin on 66 mm ja uusi jatkettu osuus on halkaisijaltaan 56 mm. Reiän tulppauksessa oli alkuun hieman hankaluuksia. Tulppaustyössä käytettiin KR2:lta paistettuja tulppia. Murtoventtiilin testauksen jälkeen aloitettiin kaluston laskeminen reikään. Kun kalustoa oli laskettu alaspäin n. 100m ja ruvettiin täyttämään paineistusjärjestelmää, havaittiin järjestelmässä vuoto. Laitteisto nostettiin ylös ja havaittiin, että alimmassa tulpassa oli pieni reikä. Tulppa vaihdettiin toiseen ja kalustoa alettiin laskea uudelleen alaspäin, kunnes saavutettiin kohta, jossa reikä kapenee 66 mm:stä 56 mm:iin. Tällöin alimmainen tulppa ei lähtenyt menemään pienempään reikään. Reiässä oleva vapaa pohjavedenpinta on n. 15,5 metrissä ja tämä herätti epäilyn, että paine tulpilla on liian suuri (pohjavedenpinnan ja maanpinnan välinen korkeusero pullistusjärjestelmässä aiheuttaa tulpille ylipainetta ja riittää pullistamaan tulpat halkaisijaltaan 53 mm:stä 67 mm:n vahvuisiksi). Tämän vuoksi imettiin paineistusjärjestelmästä vettä pois imupumpulla. Koska imupumpulla ei saatu järjestelmästä riittävästi vettä pois ja laitteisto takerteli hieman liikuteltaessa, nostettiin laitteisto hiljalleen ylös. Tarkasteltaessa syytä paineen kertymiseen tulpille, huomattiin toiseksi alimmaisessa tulpassa paineistusletkun puristuneen litteäksi, eli kyseessä oli todennäköisesti ilmalukon aiheuttama tulppien pullistuminen. Tällöin paine ei päässyt purkautumaan tulpilta ulkoisen paineen puristaessa letkua kasaan. Tulppa vaihdettiin toiseen ja ennen reikään laskua täytettiin kaksi alinta tulppaa vedellä ja ne ilmattiin huolellisesti. Tulppaustyön edetessä tulppausjärjestelmään lisättiin vettä vain sen verran, että veden pinta saatiin pysymään koko tulppauksen ajan vähän pohjavedenpinnan alapuolella. Laitteiston alaslaskussa ei ilmennyt enää uusia ongelmia. Tulppien asennussyvyydet on esitetty kuvassa 4. 3.12 Kairanreikä KR4 Tulppalaitteisto asennettiin reikään kesäkuussa 1999. Laitteiston ollessa määräsyvyydessä tulppien paineistus ei onnistunut, koska paineistusjärjestelmässä oli vuoto. Koska paineistuspuolella käytettiin uutta letkua, oletettiin vuodon olevan puristusliitoksissa tai tulpissa. Tulppalaitteisto nostettiin ylös heinäkuussa ja tulpat koeponnistettiin uudelleen. Kaksi tulpista osoittautui viallisiksi. Laitteisto laskettiin takaisin reikään ehyin tulpin ja paineistettiin uudestaan. Tämän jälkeen paineet pysyivät tulpilla. Paineistusjärjestelmään laitettiin vettä n. 40 1. Kairanreiän yläosa on porattu uppoporaustekniikalla n. 40 m:n syvyydelle (Niinimäki, R. 1997c). Laajennusosaan asennetuo suojaputken ulko-/sisähalkaisija on 1401130 mm.
9 Tähän tilaan mahtuu kaikista mittausväleistä tulevien muoviletkujen laajennusputkien lisäksi myös vapaan pohjavedenpinnankorkeuden mittausputki (mittausputkien halk. 28/ 23 mm). Tulppien asennussyvyydet on esitetty kuvassa 5. 3.13 Kairanreikä KAS Tulppalaitteisto asennettiin kairanreikään KR5 elokuussa 1999. Tulppaustyössä ei ilmennyt ongelmia. Painejärjestelmässä esiintyi muutaman päivän päästä pieni vuoto, joka pystyttiin pitämään hallinnassa lisäämällä järjestelmään vettä tarvittaessa. Paineen lasku ei vaikuttanut tulppien pitävyyteen. Mittausvälien painekorkeudet pysyivät toisistaan erillään. Paineistusjärjestelmään laitettiin vettä n. 37 1. Kairanreiän yläosa on porattu uppoporaustekniikalla n. 40 m:n syvyydelle (Niinimäki, R. 1998a). Laajennusosaan asennetun suojaputken ulko-/sisähalkaisija on 140/130 mm. Tähän tilaan mahtuu kaikista mittausväleistä tulevien muoviletkujen laajennusputkien lisäksi myös vapaan pohjavedenpinnan korkeuden mittausputki ( mittausputkien halk. 28/ 23 mm). Tulppien asennussyvyydet on esitetty kuvassa 6. 3.14 Kairanreikä KR6 Tulppalaitteisto asennettiin kairanreikään KR3 elokuussa 1999. Tulppaustyössä ei ilmennyt ongelmia. Paineistusjärjestelmään laitettiin vettä n. 33 1. Kairanreiän yläosa on porattu uppoporaustekniikalla n. 40 m:n syvyydelle (Niinimäki, R. 1998b). Laajennusosaan asennetun suojaputken ulko-/sisähalkaisija on 1401130 mm. Tähän tilaan mahtuu kaikista mittausväleistä tulevien muoviletkujen laajennusputkien lisäksi myös vapaan pohjavedenpinnan korkeuden mittausputki ( mittausputkien halk. 28/ 23 mm). Tulppien asennussyvyydet on esitetty kuvassa 7.
10 4 KOEPUMPPAUSLAITTEISTO Koepumppauskalusto asennettiin ensin kairanreikään KR3,joka toimi koepumppauksessa pumppausreikänä muiden reikien toimiessa havainnointireikinä. Pumppauksen jälkeen kalusto siirrettiin kairanreikään KR2 ja KR3:een asennettiin tulppauslaitteisto. Koepumppauslaitteiston asennus tilattiin Suomen Malmi Oy:ltä. Kairausputkikalusto asennettiin kairauskoneen avulla reiän pohjaa vasten lepäämään. Kairausputkien liitossaumat tiivistettiin hamppuköydellä. Pumpattava vyöhyke erotettiin reiästä mekaanisilla tulpilla. Reiästä HH-KR2 eristettiin pumppausta varten 220-250 m välillä oleva vyöhyke ja reiästä HH-KR3 270-300 m:n välillä oleva ruhjevyöhyke. Reikien KR2 ja KR3 laajennetuissa yläosissa (halk. 130 mm) kairausputkistoon liitettiin laajennuskappaleena 150 cm pitkä vesisäiliö, jonka sisään asennettiin uppopumppu ja 5 barin paineanturi. Säiliön yläosaan kiinnitettiin suojaputket, joiden läpi johdettiin pumpun ja paineanturin kaapelit, sekä pumpun nousuletku. Kaluston rakenne on esitetty kuvassa 8.
11 5 YHTEENVETO Loviisan Hästholmenin tutkimusalueelia kairanreikiin asennettiin monitulppalaitteistot koepumppauksia sekä hydraulisen painekorkeuden mittaamista varten. Asennustyöt aloitettiin kesäkuussa kairanreiästä KR2 ja viimeiseksi tulpattiin syyskuussa kairanreikä KR3. Asennustyö suoritettiin Kuhmon ja Äänekosken paikallistoimistojen henkilöstön ja Suomen Malmi Oy:ltä ostetun aputyövoiman kanssa. Huolimatta tulpille ennakkoon tehdyistä koeponnistuksista oli muutamaan tulppaan mahdollisesti kuljetuksen aikana tullut reikiä. Tämä huomattiin vasta kun KR4:n paineistaminen ei onnistunut. Tämän vuoksi alettiinjärjestelmällisesti testata tulppia ennen seuraavaan reikään KR2:een laskua. Tulpista löytyi muutamia, joissa oli pieni reikä. Viallisten tulppien epäilyn vuoksi KR4:n tulppauslaitteisto nostettiin ylös ja tulpat tarkistettiin. Niistä löytyi pari viallista tulppaa. Tästä johtuen kaikki tulpat testattiin uudelleen ennen reikiin laskua ja vialliset korvattiin uusilla tulpilla.
12 6 KIRJALLISUUSVIITTEET Rautio, T.1997. SyväkairausHH-KR1 LoviisanHästholmenilla. Työraportti 97-10. Posiva Oy, Helsinki. Niinimäki, R. 1997 a. Syväkairaus HH-KR2 Loviisan Hästholmenilla. Työraportti 97-11. Posiva Oy, Helsinki. Niinimäki, R. 1997b. Syväkairaus HH-KR3 Loviisan Hästholmenilla. Työraportti 97-22. Posiva Oy, Helsinki. Niinimäki, R. 1997c. Syväkairaus HH-KR4 Loviisan Hästholmenilla. Työraportti 97-52. Posiva Oy, Helsinki. Niinimäki, R. 1998a. Syväkairaus HH-KR5 Loviisan Hästholmenilla. Työraportti 98-37. Posiva Oy, Helsinki. Niinimäki, R. 1998b. Syväkairaus HH-KR6 Loviisan Hästholmenilla. Työraportti 98-51. Posiva Oy, Helsinki.
neensäädin 1 mittar 13 KUVAl 1 L M A POIKKILEIKKAUS ullistusletku Kuva 1. Periaatekuva tulppausjärjestelmästä.
14 KUVA2 Pumpun nousuletku Virtaamamittari Paineanturi u tettava Kuva 2. Periaatekuva pumppauslaitteistosta.
15 KUVA3 14 0 m (z = 6,55 m, kulma 60,7 ) Vai eri 0-35,3 m Mittapiste Tulppaväli Mittausvyöhyke (Reikäsyvyys) HH 18 14:n yläpuoli 44 m yläpuolelta 13 12 11 10 234 m 6 lä ivientiä 259 m 5 lä ivientiä HH 17 12-13 90-119m HH 16 10-11 235-259 m 9 8 534 m, 4lä ivientiä HH 15 8-9 520-534 m 7 6 609 m, 3 lä ivientiä HH 14 6-7 595-609 m 5 4 HH 13 4-5 655-664 m 3 2 HH 12 2-3 775-784 m 1 Alimmassa tulpassa murtoventtiili HH 11 1 :n alapuoli 865 m alap. Kuva 3. HH-KR 1, tulppaus- ja mittapistekaavio.
16 KUVA4 0 m (z = 3,39 m, kulma 75,0 ) Vai' eri 0-353m Mittapiste Tulppaväli Mittausvyöhyke (Reikäsyvyys) HH28 14:n yläpuoli 89 m yläpuolelta 14 13 12 HH27 12-13 105-149m 11 HH26 10-11 220-229 m 10 9 HH25 8-9 240-249 m 8 3 2 HH22 2-3 790-799 m 1 Alimmassa tulpassa murtoventtiili HH21 1 :n alapuoli 970 m alap. Kuva 4. HH-KR 2, tulppaus- ja mittapistekaavio.
17 KUVA5 15 14 13 12 11 0 m (z -127m- ' ' kulma 69,3 ) Vaiieri 0-36.3 m 70 m. 7 läoivientiä 90 m. 7 läpivientiä 110 m. 6 läpivientiä 125 m, 6 läpivientiä 145 m. 5 läoivientiä Mittapiste Tulppaväli HH38 15 :n yläpuoli HH37 13-14 HH36 11-12 Mittausvyöhyke (Reikäsyvyys) 70 m yläpuolelta 91-110m 126-145m 10 9 8 275 m. 5 läoivientiä 290 m. 4 läoivientiä 300 m 4 läoivientiä HH35 9-10 HH34 7-8 276-290 m 301-370 m 7 6 5 370m. 3 läoivientiä 371.6 m. 3 läoivientiä 410 m, 2 läpivientiä HH33 5-6 371,6-410 m 4 3 505 m. 2 läoivientiä 515 m,! läpivienti HH32 3-4 506-515 m 2 1 640 m. 1 läoivienti 650 m. 0 läoivientiä HH31 1-2 Alimmassa tulpassa murtoventtiili 641-650 m Kuva 5. HH-KR 3, tulppaus- ja mittapistekaavio.