FI81651B - Bergsgrotta eller tunnel. - Google Patents

Description

81 651 5

Kallioluola tai tunneli Bergsgrotta eller tunnel

Keksinnön kohteena on kallioluola tai tunneli, jonka seinärakenteen sisäpinta on tiivis pinnoite ja jonka taustan muodostaa ilmaaläpäisevä huokoinen betonikerros, jonka kallioluolan ympärillä ylläpidetään ilmanpainetta, jonka suuruus on suurempi kuin pohjaveden paine, pohja-10 veden työntämiseksi luolasta poispäin kallioperään, jolloin luolan ympärille muodostuu pohjavedetön vyöhyke.

Keksinnön tarkoituksena on ratkaista ne ongelmat, jotka liittyvät maakaasun varastoimiseen nestemäisenä alhaisessa lämpötilassa 15 (-80°C - -170°C) ja korkeassa paineessa (50 bar - 1 bar).

Tarvittaessa suuria varastoja (yli 100000 m3) olisi edullisinta nes-teyttää kaasu, joka voi tapahtua -80°C lämpötilassa ja 50 bar paineessa. Laskemalla lämpötila -162°C vastaisi paine yhden ilmakehän painetta.

20

Maakaasuvarastöiksi sopivia ratkaisuja on esitetty mm. seuraavissa julkaisuissa: FI-patentti no 69503 mukainen ratkaisu mahdollistaa maakaasun varas -25 toimisen kaasumaisena korkeassa paineessa (n. 150 bar) ja +-0 - +6°C lämpötilassa. Vaikka maakaasu voidaan näin puristaa n. 1:200 osaan normaalikaasun tilavuudesta, olisi nestemäisessä muodossa varastoitava kaasutilavuus huomattavasti edullisempi.

30 FI-patentissa no 750565 on esitetty pinnoitettu kalliosäiliöratkaisu jäähdytetylle (-160°C) maakaasulle. Tässä ratkaisussa on jouduttu kallion jäätymisen aiheuttamat ongelmat ratkaisemaan hyvin kalliilla ja vaikeasti toteutettavalla kalliomassan muovi-injektoinnilla ja kalliomassan lämmittämisellä kuumalla vedellä. Tämä johtaisi suurissa 35 varastoissa kohtuuttomiin käyttökustannuksiin.

Ulf E Lindblom, Hagconsult AB, Göteborg, Ruotsi on esittänyt Pipe Line Industry -aikakauslehdessä maaliskuussa 1978 kirjoitetussa artikkelissa 2 81651 menetelmän pinnoittamattoman kallioluolan käytöstä maakaasun kylmävarastona. Tämä ratkaisu edellyttää kuitenkin varaston sijoittamisen varsin syvälle, yli 500 m - 1000 m syvyyteen, maanpinnan alle sekä erittäin kalliiden injektointitunnelien rakentamista.

5

Toisaalta artikkelissa mainitaan mm. 1960 New Yerseyssä, USA:ssa rakennettu pinnoittamaton kalliosäiliö (Carlstadt), jonka käyttötarkoitusta jouduttiin muuttamaan kallion jäätymishalkeamien vuoksi.

10 Jäähdytetyissä kallioluolissa on se tunnettu ongelma, että kallion raoissa virtaava pohjavesi laajenee jäätyessään. Toisaalta kun jäähdyttämistä jatketaan, supistuu kallio niin, että ensin jäätyneet raot avautuvat ja mahdollistavat siten kaasun ja jäätymättömän nesteen tunkeutumisen kallion rakoihin.

15

Keksinnön tarkoituksena onkin poistaa jäätyvän veden aiheuttama ongelma. Keksintö on tunnettu siitä, että pohjaveden työntämiseksi luolasta poispäin ilmanpainetta ylläpidetään huokoisessa betonikerroksessa.

Tällä tavalla aikaansaadaan luolan ympärille vyöhyke, jossa ei voi 20 tapahtua haitallista pohjaveden jäätymistä kallion raoissa.

Jatkettaessa luolan jäähdyttämistä, kylmärintama etenee ohi kuivatetun vyöhykkeen, jäädyttäen myös kallion raoissa olevan pohjaveden. Jäätyminen aiheuttaa luonnollisesti puristusjännitysten lisääntymistä kallios-25 sa, mutta kun luolaan on riittävästi matkaa (yli 10 m) kestää kallio j äätymisen.

Jotta ilmanpuhalluksessa käytettävää painetta ei tarvitsisi nostaa korkeaksi, rakennetaan varsinaisen varastoluolan alapuolelle pohjaveden 30 keräilyjärjestelmä. Kallion raoissa vaikuttava ilmanpaine pyrkii syrjäyttämään pohjaveden aiheuttaen lopputuloksena ilman virtausta kallion raoissa. Ilman eteneminen pysähtyy luonnollisesti, kun pohjaveden paine kallion raoissa on suurempi kuin ilman paine raoissa.

35 Jos kallioluola sijaitsee lähellä maanpintaa (20 - 30 m:n syvyydellä), pyrkii kallion raoissa oleva pohjavesi kuivumaan luolan yläpuolelta.

3 81651 1 Tässä tapauksessa ilma pääsee purkautumaan maanpinnalle. Jos Kalliomassa on voimakkaasti rakoillutta, voidaan rakoja tukkia injektoimalla niihin sementtiluosta. Jotta riittävä ilmanpaine saataisiin syntymään luolan ympärille, tulisi kalliomassan olla mahdollisimman tiivis.

5

Keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti, viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen edulliseen suoritusmuotoon (johon keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitus yksinomaan rajoittaa).

10 Kuvio 1 esittää kaaviomaisena poikkileikkauksena keksinnön mukaisen luolan erästä edullista suoritusmuotoa.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 yksityiskohtaa A suuremmassa mittakaavassa.

15 Kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa suoritusmuodossa kallioluolaa on merkitty yleisesti viitenumerolla 10. Luolan 10 sisäpintana 11 on tiivispinnoite, tunnettu SF-patentista no 69503.

Kuviossa 2 on esitetty SF-patentista no 69503 tunnettu luolan 10 seinä-20 rakenne 11, jota vastaan on tukikerroksena toimiva raudoitettu vesitiivis ruiskubetonikerros 12. Keksinnön perusoivalluksen mukaisesti louhitun kalliopinnan 14 ja raudoitetun vesitiiviin ruiskubetonikerroksen 12 välissä on ilmaa ja vettä hyvin läpäisevä huokoinen betoni- tai muu vastaava kerros 13. Viitenumerolla 15 on merkitty kerroksessa 13 olevia ilmaputkia, 25 jotka ovat edullisesti muovisia salaojaputkia.

Kuviossa 1 esitetty ilmakompressori 16 puhaltaa ilmaa luolan ympäri asennettuihin ilmaputkiin 15, joista ilmanpaine leviää ympäröivään kallioon rakojen kautta.

30

Ilmanpaine työntää kallion raoissa olevaa pohjavettä luolasta 10 poispäin, muodostaen luolan 10 ympärille pohjavedettömän vyöhykkeen 17. Pohjaveden painetta alennetaan poistamalla pohjavettä esim. tunnelista käsin, kuten kohdassa 18 on esitetty. Kun luolassa 10 varastoitava tuote 19 puristetaan 35 korkeaan paineeseen, voidaan pinnoitteen 11 ja kallion 14 väliin aikaansaada yhtä suuri paine kuin luolassa oleva paine rakenteiden rikkoutumatta.

4 81651 1 Kun tuote 19 jäähdytetään alhaiseen lämpötilaan (esim. -80°C), etenee pakkasrintama (+-0°C) luolaa ympäröivässä kalliossa ohittaen pohjavedet-tömän vyöhykkeen 17 jäädyttäen kauempana pohjaveden kallion raoissa ja muodostaen jäätä 20. Jäätynyt vesi 20 aiheuttaa jännityksiä kallioon, 5 mutta vyöhyke 17 ottaa vastaan luolaan 10 kohdistuvat jäätyneen kallion paineet.

10 15 20 25 30 35

Claims (2)

1. Kallioluola tai tunneli (10), jonka seinärakenteen sisäpinta (11) on tiivis pinnoite ja jonka taustan (13) muodostaa ilmaaläpäisevä huokoinen 5 betonikerros, jonka kallioluolan (10) ympärillä ylläpidetään ilmanpainetta, jonka suuruus on suurempi kuin pohjaveden paine, pohjaveden työntämiseksi luolasta (10) poispäin kallioperään, jolloin luolan (10) ympärille muodostuu pohjavedetön vyöhyke (17), tunnettu siitä, että pohjaveden työntämiseksi luolasta (10) poispäin ilmanpainetta yllä-10 pidetään huokoisessa betonikerroksessa (13).

1 Patenttivaatimukset 5 81 651

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kallioluola, tunnettu siitä, että tarvittavan ilmanpaineen pienentämiseksi kallioluolan (10) alapuolelle on järjestetty pohjaveden painetta alentava kuivatustunneli (18). 15 20 25 30 35