CN117108358A - 一种地下储气洞室复合式排水及气体渗漏监测衬砌系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种地下储气洞室复合式排水及气体渗漏监测衬砌系统，由内向外依次设置有密封层、滑移层、钢纤维混凝土衬砌层、防水层、透水混凝土衬砌层、支护层，支护层紧贴围岩，密封层围成区域构成地下储气洞室；其中钢纤维混凝土衬砌层包括第一衬砌结构和第二衬砌结构，其中第一衬砌结构位于第二衬砌结构上方且第一衬砌结构的厚度小于第二衬砌结构的厚度；透水混凝土衬砌层的下半部分设置有排水管道；透水混凝土衬砌层的上半部分设置有气体渗漏监测管道，气体渗漏监测管道底部与防水层表面接触；通过上述技术方案，本发明能够可以及时排出地下水并能实时监测气体封存能力。
Description
技术领域
本发明涉及地下能源存储技术领域，特别涉及一种地下储气洞室复合式排水及气体渗漏监测衬砌系统。
背景技术
发展可再生能源已成为全球能源转型及实现应对气候变化目标的重大战略举措。在新的历史发展时期，结合压气储能、氢气储能等地下气体能源存储技术消除可再生能源对时间、季节的依赖性，是实现“双碳”目标的重要战略途径。
内衬式岩洞储气库在选址方面具有更强的灵活性，能够承受更高的压力，且洞室内部处于较为纯净的气体混合状态，是较为理想的地下压缩气体存储体系。在内衬式岩洞储气库运营阶段，衬砌结构面临外部地下水压力和内部气体压力的耦合作用，对衬砌结构的耐久性和气体存储的密封性提出了较高的要求。传统内衬式岩洞储气系统衬砌结构由内至外通常包括密封层-混凝土衬砌层-喷射混凝土-围岩，在气水耦合作用下容易发生结构失效，出现水压导致气体密封性能下降的现象，严重影响储气库系统的工作性能。因此，面对地下储气库复杂运营气候条件，亟需研发一种可以及时排出地下水并能实时监测气体封存能力的新型内衬岩洞衬砌结构。
发明内容
为解决上述现有技术中所存在的问题，本发明提供一种地下储气洞室复合式排水及气体渗漏监测衬砌系统，可以及时排出地下水并能实时监测气体封存能力。
为了实现上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：一种地下储气洞室复合式排水及气体渗漏监测衬砌系统，包括：
由内向外依次设置有密封层、滑移层、钢纤维混凝土衬砌层、防水层、透水混凝土衬砌层、支护层，所述支护层紧贴围岩，所述密封层围成区域构成地下储气洞室；
其中所述钢纤维混凝土衬砌层包括第一衬砌结构和第二衬砌结构，其中所述第一衬砌结构位于所述第二衬砌结构上方且第一衬砌结构的厚度小于第二衬砌结构的厚度；
所述透水混凝土衬砌层的下半部分设置有排水管道；
所述透水混凝土衬砌层的上半部分设置有气体渗漏监测管道，所述气体渗漏监测管道底部与所述防水层表面接触。
可选的，所述密封层采用高分子聚合物材料。
可选的，所述滑移层采用沥青材料。
可选的，所述透水混凝土衬砌层采用由粗骨料表面包覆水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构材料。
可选的，所述气体渗漏监测管道的侧壁设置有水位监测传感器，其中所述水位监测传感器用于检测所述水位变化，以实现气体渗漏情况监测。
可选的，所述支护层采用喷射混凝土。
本发明具有如下技术效果：
本发明公布的一种地下储气洞室复合式排水及气体渗漏监测衬砌系统，与现有的内衬式(LRC)岩洞相比，分离了密封结构(密封层、钢纤维混凝土衬砌层)与地下水渗流区域(透水混凝土衬砌层)。其中“凸”字形的混凝土衬砌层将洞周衬砌分为上下两部分，上部为气体渗漏监测区，下部为排水区，避免了地下水压力对洞室密封性的影响，提高了洞室运营年限。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为地下储气洞室复合式排水及气体渗漏监测衬砌系统安装结构示意图；
图2为地下储气洞室复合式排水及气体渗漏监测衬砌系统局部结构示意图；
图3为钢纤维混凝土衬砌层结构示意图；
图4为气体渗漏监测管道中水位与气体示意图；
其中，1-洞室，2-密封层，3-滑移层，4-钢纤维混凝土衬砌层，5-防水层，6-透水混凝土衬砌层，7-支护层，8-围岩，9-排水管道，10-气体渗漏监测管道，11-地下水，12-气体，13-正常情况下的气体渗漏监测管道。
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。
本发明提供了如下技术方案：一种地下储气洞室复合式排水及气体渗漏监测衬砌系统，包括：由内向外依次设置有密封层2、滑移层3、钢纤维混凝土衬砌层4、防水层5、透水混凝土衬砌层6、支护层7，所述支护层7紧贴围岩8，所述密封层2围成区域构成地下储气洞室1；其中所述钢纤维混凝土衬砌层4包括第一衬砌结构和第二衬砌结构，其中所述第一衬砌结构位于所述第二衬砌结构上方且第一衬砌结构的厚度小于第二衬砌结构的厚度；所述透水混凝土衬砌层6的下半部分设置有排水管道9；所述透水混凝土衬砌层6的上半部分设置有气体渗漏监测管道10，所述气体渗漏监测管道10底部与所述防水层5表面接触。
作为一些实施例，所述密封层2采用高分子聚合物材料。
作为一些实施例，所述滑移层3采用沥青材料。
作为一些实施例，所述透水混凝土衬砌层6采用由粗骨料表面包覆水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构材料。
作为一些实施例，所述气体渗漏监测管道10的侧壁设置有水位监测传感器，其中所述水位监测传感器用于检测所述水位变化，以实现气体渗漏情况监测。
作为一些实施例，所述支护层7采用喷射混凝土。
对上述技术方案结合相关附图进行阐述：
如图1-4所示，本发明提供一种地下储气洞室复合式排水及气体渗漏监测衬砌系统，可以及时排出地下水并能实时监测气体封存能力的。
图1为地下储气洞室复合式排水及气体渗漏监测衬砌系统结构示意图，该系统由内到外依次为：密封层2，滑移层3，钢纤维混凝土衬砌层4，防水层5，透水混凝土衬砌层6，支护层7；支护层7紧贴围岩8。其中透水混凝土衬砌层6上半部分设置气体渗漏监测管道10，下半部分设置排水管道9。
如图2所示，密封层2采用高分子聚合物材料，主要起封存洞室内部气体的作用。滑移层3采用沥青材料，用于平衡密封层和混凝土衬砌层之间的不平衡变形，避免密封层应力集中。钢纤维混凝土衬砌层4主要起密封和传递压力荷载的作用，其中钢纤维提高混凝土韧性。防水层5将主要密封结构(钢纤维混凝土衬砌层4和密封层2)与地下水相隔离，避免水压对气体封存能力的影响。透水混凝土衬砌层6的材料是由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构材料，兼具强度的同时可使地下水通过。支护层7采用喷射混凝土，喷射混凝土起着初期支护和提供平滑施工面的作用。
如图3所示，钢纤维混凝土衬砌层4整体呈“凸”形，钢纤维混凝土衬砌层4的内侧圆的圆心水平线钢纤维混凝土衬砌层4分为上下两部分，上半部分和下半部分分别为第一衬砌结构和第二衬砌结构，将上半部分厚度较小，下半部分厚度较大，作为优选的，上半部分厚度约为下半部分厚度的50％，但均满足实际运营阶段的密封能力。由于上半部分厚度小于下半部分，因此气体渗漏将会发生在上半部分，于是在上半部分对应防水层5区域的上表面设置气体渗漏监测管道10用于对洞室密封能力的监测。由于重力作用，洞周地下水在透过透水混凝土衬砌层6的过程中，由于重力作用和防水层5的阻隔作用，会聚集在透水混凝土衬砌层6的底部，因此在底部设置排水管道9，用于将地下水及时排除。
图4为气体渗漏监测管道。管道中由于渗流作用会注满地下水11(如正常情况下的气体渗漏监测管道13所示的情况)，当洞室1内部气体12渗漏时，气压将气体渗漏监测管道10中的地下水压出，导致管道内部地下水位变化。气体渗漏监测管道10的侧壁设置水位监测传感器，通过管道内水位变化监测气体渗漏情况。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种地下储气洞室复合式排水及气体渗漏监测衬砌系统，其特征在于，包括：
由内向外依次设置有密封层(2)、滑移层(3)、钢纤维混凝土衬砌层(4)、防水层(5)、透水混凝土衬砌层(6)、支护层(7)，所述支护层(7)紧贴岩壁(8)，所述密封层(2)围成区域构成地下储气洞室(1)；
其中所述钢纤维混凝土衬砌层(4)包括第一衬砌结构和第二衬砌结构，其中所述第一衬砌结构位于所述第二衬砌结构上方且第一衬砌结构的厚度小于第二衬砌结构的厚度；
所述透水混凝土衬砌层(6)的下半部分设置有排水管道(9)；
所述透水混凝土衬砌层(6)的上半部分设置有气体渗漏监测管道(10)，所述气体渗漏监测管道(10)底部与所述防水层(5)表面接触。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述密封层(2)采用高分子聚合物材料。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述滑移层(3)采用沥青材料。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述透水混凝土衬砌层(6)采用由粗骨料表面包覆水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构材料。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述气体渗漏监测管道(10)的侧壁设置有水位监测传感器，其中所述水位监测传感器用于检测所述水位变化，以实现气体渗漏情况监测。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述支护层(7)采用喷射混凝土。
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