CN117432445A - 一种适用于高压地下的高稳定性储气洞 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种适用于高压地下的高稳定性储气洞，具体涉及新能源储能技术领域。包括由内到外依次设置的钢衬、二衬和初衬，所述钢衬的内表面为光滑圆筒，所述钢衬和二衬之间连接有周向分布的钢丝，所述钢丝为螺旋状，所述二衬中设有钢筋笼，所述二衬通过混凝土注浆的方式将钢丝和钢丝笼连接在一起，所述初衬中设有钢拱架，所述初衬外周向分布有锚杆。采用本发明技术方案解决了钢衬在压气储能循环的放空阶段稳定性差的问题，在放空阶段，由于钢丝的存在将提供拉力保证钢衬的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及新能源储能技术领域，特别涉及一种适用于高压地下的高稳定性储气洞。
背景技术
为解决风能和太阳能等新能源只能间歇性发电，且功率和能量密度低，发电量的波动与电力需求不匹配，而电网本身只能传输电能而不能储存电能导致大量清洁能源在用电低谷期难以得到有效利用而被舍弃的关键问题，压缩空气储能电站成为我国为有效利用风电和光电等清洁能源而建设配套储能设施的优先选择。其中，储气硐室的气密性很大程度上决定了压缩空气储能电站的运行效率。
例如：中国专利(申请号为CN202110665113.3)公开了整体式橡胶囊密封的压气储能内衬洞室，其充分利用了整体式橡胶囊的良好气密性，相比橡胶密封的寿命不确定性，钢衬则拥有更长寿命以及优良的气密性，且有助于加速钢铁去库存。
又如：中国专利(申请号为CN202310523193.8)公开了一种专门用于高压储气硐室的预制沥青钢衬结构及施工方法，公开了一种利用沥青在钢衬和混凝土间形成填充层的施工工艺，以满足压气储能循环的高压需求。然而常规钢衬结构存在储气库在放空状态下容易出现移动或稳定性不好的问题。
发明内容
本发明意在提供一种适用于高压地下的高稳定性储气洞，解决了钢衬在压气储能循环的放空阶段稳定性差的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种适用于高压地下的高稳定性储气洞，包括由内到外依次设置的钢衬、二衬和初衬，所述钢衬的内表面为光滑圆筒，所述钢衬和二衬之间连接有周向分布的钢丝，所述钢丝为螺旋状，所述二衬中设有钢筋笼，所述二衬通过混凝土注浆的方式将钢丝和钢丝笼连接在一起，所述初衬中设有钢拱架，所述初衬外周向分布有锚杆。
技术方案的原理及效果：
本方案中硐室稳定支护结构、钢丝钢衬、混凝土钢丝结合层。钢丝钢衬为外表面均匀焊接有若干螺旋型钢丝的钢衬。在施做钢丝钢衬完毕后，通过高压注浆的方式，将钢衬外表面的钢丝充分与混凝土结合，形成荷载传递层。当钢衬内部充满高压气体时，荷载会通过钢衬的均匀的传递在注浆混凝土上，然后在传递到衬砌或者围岩等稳定支护结构上，在放空阶段，由于钢丝的存在将提供拉力保证钢衬的稳定性。
进一步的，所述钢丝经过简单旋钮使其呈现出螺旋状,长度L＝kD,k取0.01-0.015。
进一步的，所述钢丝呈轴向分布间距为L1、环向间距L2，单个钢丝能承担的最大拉力应满足F＞0.5ρgπL1L2δ，其中δ为钢衬的厚度，ρ为钢衬的密度。
通过上述设置，可以很好地控制硐室处于放空阶段时，钢衬稳定性差的问题，同时优化施工流程，确保钢衬和二衬紧密接触，钢衬的应力可以有效的传递到二衬，防止钢衬被破坏的情况。
进一步的，所述混凝土注浆层的厚度比钢丝的长度长1-2cm，混凝土强度在C30以上。
进一步的，所述初衬结构的制作方法为：在硐室开挖完成后，先喷一层混凝土，然后根据隧道截面曲率，拼装工字钢拱架并在工字钢拱架喷射混凝土。
通过上述设置，可以很好地控制硐室处于放空阶段时钢衬稳定性差的问题，同时优化施工流程，有助于钢衬和二衬紧密接触。
与现有技术相比，本方案的有益效果：
1、本方案巧妙地利用了螺旋型钢丝的受拉不受压特性，当硐室内处于放空阶段时，钢丝为钢衬提供拉力，从而借助钢丝能很好的固定住钢衬，大幅提升放空阶段钢衬的稳定性；当洞内充满高压气体时，钢丝受拉不受压，钢丝可以和混凝土协同变形，不会引起钢衬表面的应力集中，钢衬通过钢丝混凝土结构层将荷载传递到支护结构，大大降低了钢材的用量，节省造价。
2、本方案采用的钢衬为洞外成型，钢丝仅需简单弯曲，焊接于钢衬外表面，不影响钢衬原有密封性，配合注浆便可形成稳定的钢丝混凝土结构，可行性高。
3、传统钢衬硐室施工中，很难保证钢衬和二衬之间完美贴合，而本方案采用先做钢筋笼、钢丝钢衬后混凝土注浆形成二衬符合结构，保证了混凝土和钢衬的紧密贴合。
附图说明
图1是本发明一种适用于高压地下的高稳定性储气洞的典型断面示意图；
图2是本发明一种适用于高压地下储气洞的钢丝钢衬的局部典型断面示意图；
图3是本发明一种适用于高压地下储气洞的钢丝钢衬的三维示意图；
图4是本发明的一种适用于高压地下储气洞的钢丝钢衬的钢丝三维示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：工字钢拱架1、钢筋笼2、钢丝3、钢衬4、二衬5、初衬6、锚杆7、围岩8。
实施例
如图1至4所示，一种适用于高压地下的高稳定性储气洞，包括由内到外依次设置的钢衬4、二衬5和初衬。钢衬4的内表面为光滑圆筒，可以将内部气压和温度均匀地向外部传递，以及保证降低气流通过的阻力，减少充放气过程中的能量损失。钢衬4在压气储能循环过程不承担荷载，仅提供密封作用。钢衬4和二衬5之间连接有周向分布的钢丝3，钢丝3为螺旋状，钢丝3呈轴向分布间距为L1、环向间距L2，为了使钢丝3在放空情况下能够承担上部钢衬4的重力，单个钢丝3能承担的最大拉力应满足F＞0.5ρgπL1L2δ，其中δ为钢衬4的厚度，ρ为钢衬4的密度。钢丝3的一端焊接在钢衬4的外表面，钢丝3的另一端通过预制挂钩绑扎在二衬5的钢筋笼2上，钢丝3经过简单旋钮使其呈现出螺旋状,长度L＝kD,k取0.01-0.015。二衬5中设有钢筋笼2，二衬5通过混凝土注浆的方式将钢丝3和钢丝3笼连接在一起，混凝土注浆层的厚度比钢丝3的长度长，混凝土强度在C30以上。其中，钢筋笼2提供良好的抗拉性，钢丝3可保证在放空阶段时钢衬4具有良好的稳定性，通过后注浆的方式，将钢衬4和二衬5紧密胶合，解决了传统工艺中钢衬4和混凝土之间贴合不紧的问题。
本实施例中，初衬由工字钢拱架1和混凝土组成，初衬的制作方法：在硐室开挖完成后，先喷一层混凝土，然后根据隧道截面曲率，拼装工字钢拱架1，并在工字钢拱架1上喷射混凝土。为了保证初衬和围岩8组成稳定的支护结构，应完全承担地应力和由于循环充放气造成的内部温度和压力荷载，围岩8需要施作锚杆7。本实施例中，二衬5、初衬、围岩8为具有良好承压能力和防渗水性能的支护结构。
本实施例的施工方法：
S1、在开挖硐室后，将锚杆7打入围岩8，用于增强围岩8的强度，然后根据隧道断面曲率分节弯制工字钢拱架1，并进行拼装，确保工字钢拱架1能很好的贴合硐室壁，钢拱架安装完成后喷射混凝土形成初衬。
S2、待初衬达到强度标准后，安装钢筋笼2，然后将焊接完成的钢丝3和钢衬4分块进行焊接，并通过钢丝3将焊接完成的钢丝3和钢衬4固定在钢筋笼2上，待模板安装完成后即可进行注浆。
S3、注浆完成后，钢筋笼2、钢丝3、钢衬4相互胶结形成二衬5，根据上述步骤S1、S2和S3依次完成每一节，使得钢丝3钢衬4式压气储能硐室施工就完成了。通过此法可以极大的解决传统施作二衬5后，安装钢衬4时由于二衬5和钢衬4误差导致钢衬4很难与二衬5紧密贴合，充放气循环后钢衬4有气体泄漏的风险。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (5)
1.一种适用于高压地下的高稳定性储气洞，其特征在于：包括由内到外依次设置的钢衬(4)、二衬(5)和初衬(6)，所述钢衬(4)的内表面为光滑圆筒，所述钢衬(4)和二衬(5)之间连接有周向分布的钢丝(3)，所述钢丝(3)为螺旋状，所述二衬(5)中设有钢筋笼(2)，所述二衬(5)通过混凝土注浆的方式将钢丝(3)和钢丝笼(2)连接在一起，所述初衬(6)中设有工字钢钢拱架(1)，所述初衬(6)外周向分布有锚杆(7)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高压地下的高稳定性储气洞，其特征在于：所述钢丝(3)经过简单旋钮使其呈现出螺旋状,长度L＝kD,k取0.01-0.015。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高压地下的高稳定性储气洞，其特征在于：所述钢丝(3)呈轴向分布间距为L1、环向间距L2，单个钢丝(3)能承担的最大拉力应满足F＞0.5ρgπL1L2δ，其中δ为钢衬(4)的厚度，ρ为钢衬(4)的密度。
4.根据权利要求1所述的一种适用于高压地下的高稳定性储气洞，其特征在于：所述混凝土注浆层的厚度比钢丝(3)的长度长，混凝土强度在C30以上。
5.根据权利要求4所述的一种适用于高压地下的高稳定性储气洞，其特征在于：所述初衬结构(6)的制作方法为：在硐室开挖完成后，先喷一层混凝土，然后根据隧道截面曲率，拼装工字钢拱架并在工字钢拱架喷射混凝土。
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