CN220319571U - 高压地下储气洞复合衬砌结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高压地下储气洞复合衬砌结构。本实用新型适用于新能源储能的技术领域。本实用新型要解决的技术问题是：提供一种高压地下储气洞复合衬砌结构。本实用新型所采用的技术方案是：一种高压地下储气洞复合衬砌结构，其特征在于，该结构由外向内依次具有：主衬砌层；垫层，其所用的垫层材料能在吸收一定热量后流变性增强；弹性密封层，能将储气洞内高压气体产生的热量传递给所述垫层；能将储气洞内高压气体的压力传递给所述垫层，进而将流变性增强后的垫层材料压入所述主衬砌层内壁的裂缝中。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源储能的技术领域，尤其是涉及一种高压地下储气洞复合衬砌结构。
背景技术
由于太阳能、风能等新能源发电功率与日照、风速等天气密切相关，具有很强的波动性，亟需大规模储能系统来提升新能源消纳能力。
压缩空气储能是一种将电能转化为高压空气的势能来实现储能的技术。建设压缩空气储能电站的关键技术问题之一，就是将高压气体安全经济的储存起来。相比利用盐穴等特殊地质构造来储气，人工地下洞室具有适用范围广和布置灵活等显著特点，具有更大的推广优势。目前在建的人工地下洞室大多采用钢衬，具有较好的承压能力和密封性。但其主要弊端在于：（1）施工工序复杂，需在密闭洞室内进行大量钢板运输、拼装和焊接等工作；（2）使用大量高强钢，材料成本高；（3）钢材的刚度较大，容许弹性变形小，难以与外侧围岩的变形协调，导致无法充分利用围岩的承载潜力。
中国专利公开号CN 104018717A，公开日2014年09月03日，发明创造的名称为一种压气储能洞室的施工方法，该申请案公开了一种压气储能洞室的施工方法，首先在人工开挖洞室内壁上浇筑钢筋混凝土层，然后将丁基橡胶板通过热熔衬垫粘结在混凝土衬砌上。相比传统的钢板加混凝土衬砌，该方法可以降低储气洞衬砌的成本。其不足之处在于：（1）施工工序复杂，丁基橡胶板通过热熔衬垫仍需逐个拼接安装；（2）采用水泥钉固定热熔衬垫，会使得内侧敷设的丁基橡胶板高度不一，热熔衬垫边缘处的丁基橡胶板容易出现应力集中，在循环加压过程中发生破坏；（3）未考虑洞室外水压力的作用，容易在外水作用下导致内部丁基橡胶板脱开。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种高压地下储气洞复合衬砌结构。
本实用新型所采用的技术方案是：一种高压地下储气洞复合衬砌结构，其特征在于，该结构由外向内依次具有：主衬砌层；垫层，其所用的垫层材料能在吸收一定热量后流变性增强；弹性密封层，能将储气洞内高压气体产生的热量传递给所述垫层；能将储气洞内高压气体的压力传递给所述垫层，进而将流变性增强后的垫层材料压入所述主衬砌层内壁的裂缝中。
通过上述技术手段，能够在Ⅱ类及以上围岩有效开设储气洞，并且可以有效解决由于储气洞内部气压过高引起衬砌层内部产生裂缝的问题。
在一些实施例中，所述弹性密封层采用喷涂速凝橡胶沥青。
通过上述技术手段，喷涂速凝橡胶沥青具有高弹性、自密自愈、施工简单的特点，喷涂速凝橡胶沥青形成的涂膜可以包覆衬砌层，喷涂速凝橡胶沥青的高弹性和高伸长率造就了涂膜的自愈功能，能够有效应对由储气洞内部气压引起的衬砌层结构变形问题。
在一些实施例中，所述弹性密封层厚度为1~2cm。
在一些实施例中，所述垫层采用AC-10细粒沥青混凝土浇筑而成。
通过上述技术手段，AC-10细粒沥青混凝土具有结构密实、空隙率小的特点，当主衬砌层因储气洞内部高压产生裂缝时，高压状态下储气洞的温度升高，AC-10细粒沥青混凝土的流变性增强，其细颗粒状态有利于对裂缝进行填充。
在一些实施例中，所述垫层厚度为10~20cm。
在一些实施例中，所述主衬砌层内部嵌有内外双层配筋，内外双层配筋包括面筋和底筋，所述面筋贴近所述喷射混凝土层内侧，所述底筋贴近所述垫层外侧，且所述面筋与所述锚杆深入所述主衬砌层的部分固定连接。
通过上述技术手段，使用内外双层配筋并对其中接触部分固定连接，起到承受荷载以及传递荷载的作用。
在一些实施例中，所述主衬砌层厚度为60~90cm。
在一些实施例中，所述主衬砌层外围设有初支衬砌，所述初支衬砌外接于围岩内壁，所述初支衬砌用于储气洞开挖后的初期支护。
通过上述技术手段，有利于初期支护及时支撑且加固围岩，使初期支护与围岩共同工作提高围岩稳定性。
在一些实施例中，所述初支衬砌包括锚杆和喷射混凝土层；所述喷射混凝土层采用钢纤维混凝土浇筑；所述锚杆一端深入围岩内部，另一端穿过所述喷射混凝土层，深入所述主衬砌层，且沿围岩内壁间隔布设。
通过上述技术手段，由锚杆和喷射混凝土层构成的初期支护具有一定的抗剪强度。喷射混凝土能够起到支承围岩、填平补强围岩的作用，再通过锚杆和喷射混凝土的联合使用，进一步起到限制围岩变形的自由发展、调整围岩的应力分布的作用，从而锚杆、喷射混凝土层和围岩形成共同作用的体系，防止岩体松动分离。
在一些实施例中，所述喷射混凝土层厚度为8~20cm。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型利用垫层材料在吸收一定热量后流变性增强的特性，通过弹性密封层将储气洞内高压气体产生的热量传递给垫层材料，还能将储气洞内高压气体的压力传递给垫层材料，进而将流变性增强后的垫层材料压入主衬砌层内壁的裂缝中，增强衬砌的抗裂和抗渗性能，提高衬砌的完整性和密封性。
2、本实用新型利用弹性密封层材料具有高弹性和高伸长率的特性，保证弹性密封层涂膜有较好的防渗性，弹性密封层材料的耐温性好保证弹性密封层涂膜不会在储气洞加压升温过程中产生破坏，且施工方式简单。
3、本实用新型主体采用混凝土结构，显著节省钢材用量，降低工程造价。
4、本实用新型在采用混凝土结构的同时取消了钢衬结构，显著减少现场焊接拼装等工作，大大缩短工期，施工速度快。
5、本实用新型采用喷锚支护作为初支衬砌，有利于与外侧围岩的变形协调，有利于有效稳定围岩，有利于充分利用围岩的承载潜力。
附图说明
图1是实施例中的一种高压地下储气洞复合衬砌结构的典型断面图。
图2是实施例中的一种高压地下储气洞复合衬砌结构的局部裂缝示意图。
附图标记说明：1、初支衬砌；2、主衬砌层；3、垫层；4、弹性密封层；5、锚杆；6、喷射混凝土层；7、面筋；8、底筋；9、裂缝。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。
如图1所示，本实用新型实施例为一种高压地下储气洞复合衬砌结构，适用于Ⅱ类及以上围岩开设储气洞，该结构由外向内依次具有：初支衬砌1、主衬砌层2、垫层3、弹性密封层4。
在本实施例中，初支衬砌1主要用于储气洞开挖后的初期支护；主衬砌层2主要用于承受荷载且向外侧围岩传递荷载；垫层3所用的垫层3材料能在吸收一定热量后流变性增强；弹性密封层4能将储气洞内高压气体产生的热量传递给所述垫层3，还能将储气洞内高压气体的压力传递给所述垫层3，进而将流变性增强后的垫层3材料压入所述主衬砌层2内壁的裂缝中。
进一步的，储气洞开挖在II类围岩中，开挖直径为10m，衬后直径为8m；初支衬砌1紧贴开挖围岩面布设，初支衬砌1包括锚杆5和喷射混凝土层6；锚杆5沿开挖后的围岩内壁环向方向上间隔设置，长度为6m，径向深入围岩内壁5.7m；在围岩内壁覆盖喷射混凝土层6，喷射混凝土层6的材料采用钢纤维混凝土，径向厚度为10cm；锚杆5穿过喷射混凝土层6，露出20cm。
进一步的，喷射混凝土层6内壁加衬主衬砌层2，主衬砌层2嵌有内外双层配筋，且内外双层配筋呈环向结构；内外双层配筋包括面筋7和底筋8，面筋7贴近喷射混凝土层6内侧，且面筋7与深入主衬砌层2的部分锚杆5做焊接固定，底筋8远离喷射混凝土层6内侧；主衬砌层2采用立模浇筑方法，沿面筋7和底筋8环向浇筑混凝土，径向厚度为80cm。
进一步的，主衬砌层2内壁加衬垫层3，垫层3采用AC-10细粒沥青混凝土浇筑，厚度为10cm，内侧表面做平整处理。
进一步的，弹性密封层4采用喷涂速凝橡胶沥青，在垫层3的内侧表面上多次喷涂形成弹性密封层4，厚度为2cm。
本实用新型实施例一种高压地下储气洞复合衬砌结构的实施原理为：
如图2所示，在受到储气洞内部气体高压作用时，弹性密封层4的弹性变形能力强，在受压膨胀后会将内部气压全部传递到垫层3和主衬砌层2上；垫层3的弹性模量介于弹性密封层4和主衬砌层2之间，垫层3形成弹性缓冲区，起到过渡作用；主衬砌层2承受荷载后向外侧围岩传递荷载，同时其内表面会出现裂缝9；此时，高压状态下储气洞温度较高，垫层3的流变性增强，在内部压力作用下填充主衬砌层2中所产生的裂缝9，起到胶结作用，大大增强了衬砌的气密性和整体性。
根据计算，本实施例的衬砌结构可以承受10~15MPa级别的内部气压，并保持气密性。
以上均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高压地下储气洞复合衬砌结构，其特征在于，该结构由外向内依次具有：
主衬砌层（2）；
垫层（3），其所用的垫层（3）材料能在吸收一定热量后流变性增强；
弹性密封层（4），能将储气洞内高压气体产生的热量传递给所述垫层（3）；能将储气洞内高压气体的压力传递给所述垫层（3），进而将流变性增强后的垫层（3）材料压入所述主衬砌层（2）内壁的裂缝中。
2.根据权利要求1所述的一种高压地下储气洞复合衬砌结构，其特征在于，所述弹性密封层（4）采用喷涂速凝橡胶沥青。
3.根据权利要求2所述的一种高压地下储气洞复合衬砌结构，其特征在于，所述弹性密封层（4）厚度为1~2cm。
4.根据权利要求1所述的一种高压地下储气洞复合衬砌结构，其特征在于，所述垫层（3）采用AC-10细粒沥青混凝土浇筑而成。
5.根据权利要求4所述的一种高压地下储气洞复合衬砌结构，其特征在于，所述垫层（3）厚度为10~20cm。
6.根据权利要求1所述的一种高压地下储气洞复合衬砌结构，其特征在于，所述主衬砌层（2）厚度为60~90cm。
7.根据权利要求1所述的一种高压地下储气洞复合衬砌结构，其特征在于，所述主衬砌层（2）外围设有初支衬砌（1），所述初支衬砌（1）外接于围岩内壁，所述初支衬砌（1）用于储气洞开挖后的初期支护。
8.根据权利要求7所述的一种高压地下储气洞复合衬砌结构，其特征在于，所述初支衬砌包括锚杆（5）和喷射混凝土层（6）；所述喷射混凝土层（6）采用钢纤维混凝土浇筑；所述锚杆（5）一端深入围岩内部，另一端穿过所述喷射混凝土层（6），深入所述主衬砌层（2），且沿围岩内壁间隔布设。
9.根据权利要求8所述的一种高压地下储气洞复合衬砌结构，其特征在于，所述主衬砌层（2）内部嵌有内外双层配筋，内外双层配筋包括面筋（7）和底筋（8），所述面筋（7）贴近所述喷射混凝土层（6）内侧，所述底筋（8）贴近所述垫层（3）外侧，且所述面筋（7）与所述锚杆（5）深入所述主衬砌层（2）的部分固定连接。
10.根据权利要求9所述的一种高压地下储气洞复合衬砌结构，其特征在于，所述喷射混凝土层（6）厚度为8~20cm。
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