JPH07137816A

JPH07137816A - 地下空洞内貯蔵装置

Info

Publication number: JPH07137816A
Application number: JP5308630A
Authority: JP
Inventors: Masao Hayashi; 正夫林; Akio Shimizu; 昭男清水; Hiroyuki Kakiuchi; 弘幸垣内; Tatsuya Kishimoto; 達也岸本
Original assignee: Tokai University; Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Tokai University; Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1993-11-15
Publication date: 1995-05-30

Abstract

(57)【要約】【目的】高圧流体の気密性を簡易な構造によって確保
する。【構成】空洞１０内に設置されたコンクリート製の密
閉タンク２０にはプレストレスがかかるが、コンクリー
ト製のタンクは外側からの圧縮力には極めて堅固である
から、部材厚は薄いもので十分である。空洞１０の頂部
は立坑１４を介して地上に設けた貯水池１６と接続して
いる。従って、空洞１０の内壁とタンク２０の外壁との
間の空隙１２は、水Ｗで満たされ、空隙１２内の水Ｗに
は貯水池１６の水面からの水頭分の圧力が作用する。こ
の状態で、タンク２０内に配管２２から圧縮空気を導入
していくと、タンク２０の壁面には引張方向の応力が増
えていく。しかしながら、この引張方向の応力により、
前記プレストレスが相殺され、タンク２０の壁面の応力
状態は小さくなる。即ち、圧縮空気の貯蔵時の方が、タ
ンク２０の面内応力は小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は高圧流体を地下の空洞
内に貯蔵する装置に関し、特に、圧縮空気、天然ガス、
ＬＰＧおよびＬＮＧ等の高圧流体を地下空洞内に配置し
たタンク内に安全に貯蔵する装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】エネルギー備蓄や供給電力の平準化といっ
た分野において、前記高圧流体を地下空洞内に漏気させ
ることなく貯蔵することが要請されている。従来、地下
の空洞内に原油やＬＰＧ等の流体を貯蔵する方法として
は、空洞内に流れ込もうとする地下水の水圧を利用する
水封方式および気密性の比較的高いライニング方式が知
られている。

【０００３】水封方式は、岩盤を素掘した状態で地下水
位より深いところに空洞を設け、当該空洞の壁面で常に
地下水圧が内部圧力を上回るようにすることによって原
油やＬＰＧ等の流体を封入し貯蔵するものである。

【０００４】ライニング方式は、スチール、コンクリー
ト、ゴム等のライニング材により地下空洞の気密性を確
保し、内部圧力を周辺の地山に負担させるものであり、
岩盤の割れ目状態や地下水理状態によらず、一般的に高
い気密性が得られることから水封方式に比べて信頼性の
点では有利である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記水封方式は、原理
的にも構造的にも単純であり、蒸気圧の比較的低い原油
やＬＰＧの貯蔵方法として実用化されているが、水封の
メカニズムが十分解明されていないため、例えば１０kg
/cm²f を越えるような高圧流体を貯蔵する場合には、岩
盤による気密性を確保するための問題やそれを実証する
大深度での調査方法といった課題が残されている。

【０００６】ライニング方式は水封方式と異なり、内圧
に対する適当な反力が確保されれば周辺岩盤の間隙水圧
の大きさに拘らず空洞の設置深度を浅くできるため、立
坑掘削費が軽減できるメリットもある。反面、貯蔵流体
によるライニング材の伸びの問題や、ライニング材自体
が貯蔵流体圧に抵抗しようとする際のライニング厚さ等
に関する課題が残されている。

【０００７】この発明は上記課題を解決することを目的
とするものであり、簡易な構造によって高圧流体の気密
性を確実に確保することのできる地下空洞内貯蔵装置を
提供するものである。

【０００８】

【発明の構成】この発明の地下空洞内貯蔵装置は、高圧
流体配管が接続され、地下空洞内に配置された密閉タン
クと、該地下空洞に接続され水が満たされた立坑とから
なることを特徴とするものである。

【０００９】この発明において、前記タンクは内圧調整
手段を具えていることもある。該内圧調整手段は、前記
タンクに接続され水が満たされた第２立坑であるものが
好ましい。

【００１０】

【作用】高圧流体の導入前の状態において、密閉タンク
には、貯水池の水面からの水頭分のプレストレスが与え
られている。この状態で、タンク内に配管から高圧流体
を導入していくと、タンクの壁面には引張方向の応力が
増えていく。しかしながら、この引張方向の応力によ
り、前記プレストレスが相殺され、タンクの壁面の応力
状態は小さくなる。

【００１１】内圧調整手段を具えたタンクの場合には、
タンク壁面に内外側からかかる液圧を制御することがで
き、液圧が等しければ、タンクの面内応力は発生しな
い。また、両液圧を変化させることにより、タンクの面
内応力を常時、適正範囲の圧縮応力または引張応力に保
つことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面に基づ
いて説明する。図１は圧縮空気を地下空洞内に貯蔵する
装置の概要を示す断面図であり、同図において符号１０
は地下の岩盤８内に設けられたトンネル状または球状の
空洞である。

【００１３】空洞１０の内部にはコンクリート製の密閉
タンク２０を設置する。後述するように、タンク２０に
はプレストレスがかかるが、コンクリート製のタンクは
外側からの圧縮力には極めて堅固であるから、部材厚は
薄いもので十分である。タンク２０は、鋼板製、鉄筋コ
ンクリート製、または鋼板とコンクリートとの複合材料
等、非透気性の材料により、球状に製作するのが好まし
い。

【００１４】符号２２は圧縮空気の配管であり、配管２
２の一端部はタンク２０の壁面を貫通させて内部に開口
している。

【００１５】空洞１０の頂部は立坑１４を介して地上に
設けた貯水池１６と接続している。従って、空洞１０の
内壁とタンク２０の外壁との間の空隙１２は、水Ｗで満
たされ、空隙１２内の水Ｗには貯水池１６の水面からの
水頭分の圧力が作用する。貯水池１６は、渇水期等にお
いて、立坑１４内に満たされた水Ｗの水位の大幅な変動
を防止するために設置したものである。また、立坑１４
には水Ｗが常時満たされ、空洞１０内の空隙１２に所定
の液圧が作用すればよいものであるから、本発明におい
て、立坑１４とは斜坑を含む意味で使用する。

【００１６】空洞１０における立坑１４の取り出し位置
は、図１のように空洞１０の頂部でもよいし、空洞１０
の底部でもよい。

【００１７】タンク２０は水Ｗ中に沈設されているの
で、該タンク２０にはその容積に応じた浮力が働き、浮
き上がり防止手段が必要となることもある。図１に示す
第１実施例では、浮き上がり防止手段としてアンカー２
４によりタンク２０を固定しているが、その他にもタン
ク２０の構成材料を適当に選択することによって、その
自重を浮力以上となるようにしてもよい。

【００１８】次に、この第１実施例の作用を説明する。
圧縮空気の導入前の状態において、コンクリート製のタ
ンク２０には、水頭分のプレストレスが与えられてい
る。この状態で、タンク２０内に配管２２から圧縮空気
を導入していくと、タンク２０の壁面には引張方向の応
力が増えていく。しかしながら、この引張方向の応力に
より、前記プレストレスが相殺され、タンク２０の壁面
の応力状態は小さくなる。即ち、圧縮空気の貯蔵時の方
が、タンク２０の面内応力は小さくなる。

【００１９】次に、図２を参照しつつタンク２０に内圧
調整手段を具えた第２実施例を説明する。図２に示す貯
蔵装置において、タンク２０内の底部には、第２貯水池
３６と接続する第２立坑（斜坑）３４の一端部が開口し
ており、タンク２０内には水ｗが充満されている。従っ
て、タンク２０内の水ｗには第２貯水池３６の水面から
の水頭分の圧力が作用する。第２貯水池３６は前記貯水
池１６より低位置に設けられ、この第２貯水池３６と第
２立坑３４とにより内圧調整手段が構成されている。第
２貯水池３６は、タンク２０内の水ｗの液圧の変動を防
止するために設置したものであり、前記貯水池１６と同
様の役割を果たすものである。

【００２０】この第２実施例では、タンク２０の底部に
コンクリートを打設して、タンク２０の台座２６を構築
し、タンク２０に水Ｗによる浮力が作用しないようにし
て支持している。

【００２１】また、第２実施例では、空隙１２から水が
周辺岩盤８内に漏出するのを防止するために、岩盤８の
内壁とタンク２０の外壁を覆うようにして遮水シート１
８を張っている。その他の部材は第１実施例と同じであ
り、図２において、図１と同じ部材には図１と同じ符号
を付して説明を省略する。

【００２２】次に、この第２実施例の作用を説明する。
タンク２０の内外には水ｗと水Ｗが夫々充満され、タン
ク２０の壁面には外側からの圧縮力の方が差圧水頭分だ
け余分にかかっているが、第１実施例と比べると、タン
ク２０のプレストレスは低めに設定されている。そこ
で、水ｗで満たされたタンク２０内に配管２２から圧縮
空気を導入していくと、タンク２０内の上部には圧縮空
気が貯留され、この圧縮空気の体積分の水ｗは第２立坑
３４を経て第２貯水池３６に戻される。このとき、タン
ク２０の外側からのプレストレスが相殺される点は、第
１実施例の作用と同様である。

【００２３】第２実施例では、貯水池１６と第２貯水池
３６の高低差を自由に設定したり、あるいは、図示して
ないポンプ等を利用して貯水池１６や第２貯水池３６の
水位を上下させることにより、タンク２０の壁面に内外
側からかかる液圧を制御することができる。液圧が等し
ければ、タンク２０の面内応力は発生しない。また、両
液圧を変化させることにより、タンク２０の面内応力を
常時、適正範囲の圧縮応力または引張応力に保つことが
できる。

【００２４】圧縮空気の貯蔵時と排出時において、タン
ク２０の壁に発生する面内応力は最大でもタンク高さに
等しい水ｗのヘッド差によるものだけであり、タンク２
０の壁面には過大な応力が発生せず、タンク２０の部材
厚を薄くして気密性を確保する上で有利である。

【００２５】次に、図３によりスチール製のタンク２０
を用いた第３実施例を説明する。スチール製のタンク２
０は、前記コンクリート製のタンクと比べてタンク内部
からの引張力に対する抵抗力に優れているので、本実施
例では貯水池１６と第２貯水池３６の高低位置を第２実
施例とは逆に設定している。

【００２６】また、タンク２０の浮上防止手段として、
タンク２０の頂部位置の空隙１２に裏込材２８を介在さ
せて、前記浮力を上部岩盤８により押さえる方法を採用
している。裏込材２８としては、軽石や透水性の高いモ
ルタルコンクリート等を用いるのがよい。裏込材２８
は、タンク２０の浮上を防止するという観点からは、第
３実施例のように頂部だけの施工でもよいし、空隙１２
の全てに設けてもよい。

【００２７】以上、３つの実施例を説明したが、本発明
はこの他にも種々の変形が可能である。例えば、貯蔵す
べき高圧流体の種類や容量、その他の要請によって、タ
ンク２０を空洞１０内に複数個設置することも、あるい
は、タンク２０の内部を適当な壁面で仕切って貯蔵室を
複数とすることも任意である。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係る地下空洞内貯蔵装置は、地
下空洞内に配置した密閉タンクを構成する壁面に予めプ
レストレスを付与しておくことにより、高圧流体の貯蔵
時においてタンクへの応力負担を小さくするものであ
り、軽微な構造の貯蔵タンクであっても確実な気密性を
期待することができる。

【００２９】また、タンクの内圧調整手段を具えた貯蔵
装置は、当該タンクの面内応力を常時、適正範囲の圧縮
応力または引張応力に保つことができるものであり、更
に、タンクの内側と外側に別系統の液体を満たし、異な
った液圧を作用させる内圧調整手段は、最も簡易な構造
となる。

【００３０】なお、本発明の地下空洞内貯蔵装置では、
空洞の内壁面には常に一定の圧力が作用するため、周辺
岩盤に対する安定性も極めて高いという効果も有してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】地下空洞内貯蔵装置の第１実施例を示す断面図
である。

【図２】地下空洞内貯蔵装置の第２実施例を示す断面図
である。

【図３】地下空洞内貯蔵装置の第３実施例を示す断面図
である。

【符号の説明】

１０地下空洞１２空隙１４立坑１６貯水池２０タンク２２圧縮空気の配管２４浮上防止手段としてのアンカー３４第２立坑（斜坑）３６第２貯水池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者垣内弘幸東京都新宿区津久戸町２番１号株式会社熊谷組東京本社内 (72)発明者岸本達也東京都新宿区津久戸町２番１号株式会社熊谷組東京本社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧流体配管が接続され、地下空洞内に
配置された密閉タンクと、該地下空洞に接続され水が満
たされた立坑とからなることを特徴とする地下空洞内貯
蔵装置。
【請求項２】前記タンクが、内圧調整手段を具えてい
ることを特徴とする請求項１記載の地下空洞内貯蔵装
置。
【請求項３】前記内圧調整手段が、前記タンクに接続
され水が満たされた第２立坑であることを特徴とする請
求項２記載の地下空洞内貯蔵装置。