CN115324647A - 一种地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地下能源存储技术领域，特别是涉及一种地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构及其施工方法。本发明通过混凝土分缝将整体浇筑的混凝土衬砌层划分成块，利用接缝处预留的相对可运动量尽可能地释放混凝土的拉应力，减少了因温度荷载导致的混凝土拉伸裂缝的产生；内衬凸起与内衬层连接成整体，内衬凸起形状恰能与混凝土凹槽匹配，降低了内衬层的应力集中现象；内衬凸起卡进混凝土衬砌层形成的自锁结构，可以保证二者在交变荷载作用下的协同变形，避免二者间粘接力的破坏；环氧树脂密封层采用双酚A型环氧树脂基体并复掺5％质量分数的氧化铝以及5％质量分数的氮化硼纳米片，提高了环氧树脂的热传导性和氢气密封能力。

Description

一种地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及地下能源存储技术领域，特别是涉及一种地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构及其施工方法。
背景技术
近年来，太阳能、风能等可再生清洁能源的发展备受关注，采用清洁能源发电代替化石燃料成为减少CO2排放量的主要方式之一，但其存在受环境因素影响的缺点。氢能存储因其高效率、高清洁性，成为最有希望实现净零碳排放的储能方式，也是通过“削谷填峰”实现清洁能源存储利用的有效方式。在大力发展氢气能源的时代背景下，氢能存储在能源存储利用领域具有广阔的应用前景。
内衬式岩洞(Lined Rock Caves，简称LRC)储气系统之所以受到各国的广泛关注，主要是因为其选址较为灵活，且LRC洞室内部不与周围地质环境接触，处于较为纯净的气体混合状态，不存在残留油气成分、湿润黏土、毛细作用等其他地下孔隙结构中的复杂环境，可以保证采出气体较高的纯度。传统LRC系统中的混凝土衬砌层在储放过程中处于交变荷载和热力耦合作用下，极易出现拉伸裂缝，影响混凝土衬砌层的耐久性和长期工作性能。因此，亟需开发一种有效释放混凝土衬砌层拉应力的地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构及其工作方法，提高LRC系统的安全稳定性和运营寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构及其施工方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构，该复合式衬砌密封结构设置于围岩内，包括由内向外依次设置的环氧树脂密封层、内衬层、混凝土衬砌层；所述内衬层和所述混凝土衬砌层的截面均为圆形，所述混凝土衬砌层由若干块结构相同的混凝土砌块构成，相邻两所述混凝土砌块之间形成混凝土分缝；所述混凝土衬砌层靠近所述内衬层的一侧开设有若干个混凝土凹槽，若干个所述混凝土凹槽分别与若干个所述混凝土分缝对应设置；所述内衬层靠近所述混凝土衬砌层的一侧固定连接有若干个内衬凸起，所述内衬凸起与所述混凝土凹槽相适配。
优选的，所述环氧树脂密封层采用双酚A型环氧树脂基体，并复掺有5％质量分数的氧化铝以及5％质量分数的氮化硼纳米片。
优选的，所述内衬层由若干块结构相同的内衬板构成，相邻两所述内衬板之间焊接固定，且任一所述内衬板上均固定连接有一所述内衬凸起。
优选的，所述内衬板和所述内衬凸起的材质为钢。
优选的，所述环氧树脂密封层的涂装厚度为1～2mm；所述内衬层的厚度为5～10cm。
一种地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构的施工方法，具体包括以下步骤：
S1、开挖地下洞室，架设特制的混凝土模板进行混凝土衬砌层的整体浇筑；
S2、在浇筑好的混凝土衬砌层上开设混凝土分缝；
S3、预制带内衬凸起的内衬板，将内衬凸起卡入混凝土分缝处的混凝土凹槽中，焊接拼装成整体内衬层；
S4、在内衬层表面涂装环氧树脂密封层；
S5、储放气运行。
一种混凝土模板，该混凝土模板用于混凝土衬砌层的整体浇筑，包括混凝土模板主体，所述混凝土模板主体两侧分别固定设置有混凝土模板加劲肋、分缝凸起，所述混凝土凹槽通过所述分缝凸起浇筑成型，且所述分缝凸起与所述内衬凸起结构相同。
与现有的内衬式岩洞相比，本发明公开了以下技术效果：
1、混凝土分缝将整体浇筑的混凝土衬砌层划分成块，利用接缝处预留的相对可运动量尽可能地释放混凝土的拉应力，减少了因温度荷载导致的混凝土拉伸裂缝的产生。
2、内衬凸起与内衬层连接成整体，内衬凸起形状恰能与混凝土凹槽匹配，降低了内衬层的应力集中现象。
3、内衬凸起卡进混凝土衬砌层形成的自锁结构，可以保证二者在交变荷载作用下的协同变形，避免二者间粘接力的破坏。
4、环氧树脂密封层采用双酚A型环氧树脂基体并复掺5％质量分数的氧化铝以及5％质量分数的氮化硼纳米片，提高了环氧树脂的热传导性和氢气密封能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构的截面示意图；
图2为本发明混凝土模板的结构示意图；
图3为本发明混凝土模板另一视角的结构示意图；
图4为本发明内衬板的结构示意图；
其中，围岩-1；混凝土衬砌层-2；内衬板-3；环氧树脂密封层-4；混凝土分缝-5；内衬凸起-6；混凝土模板主体-7；混凝土模板加劲肋-8；分缝凸起-9。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图4所示，本发明提供一种地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构，该复合式衬砌密封结构设置于围岩1内，包括由内向外依次设置的环氧树脂密封层4、内衬层、混凝土衬砌层2；内衬层和混凝土衬砌层2的截面均为圆形，混凝土衬砌层2由若干块结构相同的混凝土砌块构成，相邻两混凝土砌块之间形成混凝土分缝5；混凝土衬砌层2靠近内衬层的一侧开设有若干个混凝土凹槽，若干个混凝土凹槽分别与若干个混凝土分缝5对应设置；内衬层靠近混凝土衬砌层2的一侧固定连接有若干个内衬凸起6，内衬凸起6与混凝土凹槽相适配。
本发明利用混凝土分缝5处预留的相对可运动量，可释放混凝土的拉应力，减少因温度荷载导致的混凝土拉伸裂缝的产生。此外，由于混凝土分缝5位置混凝土之间出现裂隙间隔，导致层状的内衬板3作用于缝隙上，在高内压作用下极易产生应力集中现象，影响内衬板3使用安全性，因此在层状的内衬板3外侧设置内衬凸起6，并与内衬板3连接成整体，内衬凸起6形状恰能与混凝土凹槽匹配，从而降低应力集中现象。
进一步的，环氧树脂密封层4采用双酚A型环氧树脂基体，并复掺有5％质量分数的氧化铝以及5％质量分数的氮化硼纳米片。
通过向环氧树脂基体中掺入5％质量分数氧化铝，可在环氧树脂基体中有效形成热导通路，将氢气压缩时产生的热能尽快传导至外界，避免高温气体产生的高压强持续作用；5％质量分数的氮化硼纳米片呈片状结构，随机分布于环氧树脂基体中，可有效截断微小的孔隙通路，提高氢气密封能力、减小密封层渗透性。
进一步的，内衬层由若干块结构相同的内衬板3构成，相邻两内衬板3之间焊接固定，且任一内衬板3上均固定连接有一内衬凸起6；内衬板3和内衬凸起6的材质为钢。
通过内衬凸起6的设置，既保证了内衬板3与混凝土之间的紧密贴合，同时消除了接缝处内衬板3的应力集中现象；同时由于钢材与混凝土热膨胀系数的不同，氢气储放过程中的热量变化阶段，二者变形会出现不协调现象，由内衬凸起6卡进混凝土衬砌层2形成的自锁结构，同样可以保证二者协同变形，避免二者间粘接力的破坏。
进一步的，为保证密封效果，环氧树脂密封层4的涂装厚度为1～2mm；所述内衬层的厚度为5～10cm。
本发明地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构的施工方法，具体包括以下步骤：
S1、开挖地下洞室，架设特制的混凝土模板进行混凝土衬砌层2的整体浇筑；
S2、在浇筑好的混凝土衬砌层2上开设混凝土分缝5；
S3、预制带内衬凸起6的内衬板3，将内衬凸起6卡入混凝土分缝5处的混凝土凹槽中，焊接拼装成整体内衬层；
S4、在内衬层表面涂装环氧树脂密封层4；
S5、储放气运行。
如图2和图3所示的混凝土模板，该混凝土模板用于混凝土衬砌层2的整体浇筑，包括混凝土模板主体7，混凝土模板主体7两侧分别固定设置有混凝土模板加劲肋8、分缝凸起9，混凝土模板主体7和混凝土模板加劲肋8起抵抗混凝土浇筑荷载、提供混凝土浇筑模板的作用，混凝土凹槽通过分缝凸起9浇筑成型，且分缝凸起9与内衬凸起6结构相同。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构，该复合式衬砌密封结构设置于围岩(1)内，其特征在于，包括由内向外依次设置的环氧树脂密封层(4)、内衬层、混凝土衬砌层(2)；所述内衬层和所述混凝土衬砌层(2)的截面均为圆形，所述混凝土衬砌层(2)由若干块结构相同的混凝土砌块构成，相邻两所述混凝土砌块之间形成混凝土分缝(5)；所述混凝土衬砌层(2)靠近所述内衬层的一侧开设有若干个混凝土凹槽，若干个所述混凝土凹槽分别与若干个所述混凝土分缝(5)对应设置；所述内衬层靠近所述混凝土衬砌层(2)的一侧固定连接有若干个内衬凸起(6)，所述内衬凸起(6)与所述混凝土凹槽相适配。
2.根据权利要求1所述的地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构，其特征在于，所述环氧树脂密封层(4)采用双酚A型环氧树脂基体，并复掺有5％质量分数的氧化铝以及5％质量分数的氮化硼纳米片。
3.根据权利要求1所述的地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构，其特征在于，所述内衬层由若干块结构相同的内衬板(3)构成，相邻两所述内衬板(3)之间焊接固定，且任一所述内衬板(3)上均固定连接有一所述内衬凸起(6)。
4.根据权利要求3所述的地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构，其特征在于，所述内衬板(3)和所述内衬凸起(6)的材质为钢。
5.根据权利要求1所述的地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构，其特征在于，所述环氧树脂密封层(4)的涂装厚度为1～2mm；所述内衬层的厚度为5～10cm。
6.一种根据权利要求1所述的地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、开挖地下洞室，架设特制的混凝土模板进行混凝土衬砌层(2)的整体浇筑；
S2、在浇筑好的混凝土衬砌层(2)上开设混凝土分缝(5)；
S3、预制带内衬凸起(6)的内衬板(3)，将内衬凸起(6)卡入混凝土分缝(5)处的混凝土凹槽中，焊接拼装成整体内衬层；
S4、在内衬层表面涂装环氧树脂密封层(4)；
S5、储放气运行。
7.一种混凝土模板，该混凝土模板用于权利要求6所述的地下岩穴储气库复合式衬砌密封结构的施工方法中混凝土衬砌层(2)的整体浇筑，其特征在于，包括混凝土模板主体(7)，所述混凝土模板主体(7)两侧分别固定设置有混凝土模板加劲肋(8)、分缝凸起(9)，所述混凝土凹槽通过所述分缝凸起(9)浇筑成型，且所述分缝凸起(9)与所述内衬凸起(6)结构相同。
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