NO162457B

NO162457B - GAS OR FLUID STORAGE SYSTEM IN A MOUNTAIN ROOM.

Info

Publication number: NO162457B
Application number: NO870787A
Authority: NO
Inventors: Torbjoern Hahn
Original assignee: Torbjoern Hahn
Priority date: 1985-07-03
Filing date: 1987-02-26
Publication date: 1989-09-25
Also published as: NO870787L; NO162457C; NO870787D0

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system for lagring av væske eller gass i et rom i fjell, omfattende en betongkledning anbrakt like ved fjellet og et avtettende lag som vender mot rommet. The present invention relates to a system for storing liquid or gas in a room in a mountain, comprising a concrete lining placed close to the mountain and a sealing layer facing the room.

Finsk utlegningsskrift 67.427 vedrører en stiv betong-platekonstruksjon for lagring av væske eller gass i fjell. Konstruksjonen omfatter et antall elementdeler av armert betong, som er dimensjonert for trykket i lagerrommet. Trykket overføres til det omgivende fjell via ringformede forbindelseselementer ar armert betong, som er stivt festet til fjellet og som løper langs lagerrommets periferi. Mellom forbindelseselementene, element-delene og fjellet er det anordnet drenerende, ikke-kraftover-førende og adskilte grussjikt. Betongen er foret med en mantel av ikke-bøyelig stålplate. Denne betong-platekonstruksjon inngår utelukkende i lagerrommets vegger, ikke i dets tak eller gulv, som har en annen konstruksjon. Et sjikt som omslutter betongen fullstendig og er trykkoverførende, foreligger således ikke. Konstruksjonen er heller ikke utstyrt med ekspansjonsbolter som er bevegelig anordnet i aksial retning i borehuller. Finnish design document 67,427 relates to a rigid concrete slab construction for storing liquid or gas in rock. The construction includes a number of element parts of reinforced concrete, which are dimensioned for the pressure in the storage room. The pressure is transferred to the surrounding rock via ring-shaped connecting elements of reinforced concrete, which are rigidly attached to the rock and which run along the periphery of the storage room. Between the connecting elements, the element parts and the rock, a draining, non-power-transmitting and separated gravel layer is arranged. The concrete is lined with a mantle of non-flexible steel plate. This concrete slab construction is included exclusively in the storage room's walls, not in its roof or floor, which have a different construction. A layer that completely encloses the concrete and is pressure-transmitting does not therefore exist. The construction is also not equipped with expansion bolts which are movably arranged in the axial direction in boreholes.

Betong-platekonstruksjonen kan ved indre belastning derfor ikke overføre større trykk uten at betongen trekker i forbindelsen med forbindelseselementene. The concrete slab construction cannot therefore transmit greater pressure under internal load without the concrete pulling in the connection with the connecting elements.

Betong-platekonstruksjonen ifølge det finske utlegningsskrift må derfor dimensjoneres for det indre trykk, noe som ikke er situasjonen med den foreliggende oppfinnelse, idet sand- eller gruslaget her ikke har en kraftoverførende funksjon. Med den foreliggende oppfinnelse oppnås en jevn kraftoverføring ved å utnytte materialets deformasjonsegenskaper. The concrete slab construction according to the Finnish design document must therefore be dimensioned for the internal pressure, which is not the situation with the present invention, as the sand or gravel layer here does not have a power-transmitting function. With the present invention, a uniform power transfer is achieved by utilizing the material's deformation properties.

DE-off.skrift 27 53 881 angir hvordan en platekledning på grunn av f.eks. temperaturpåkjenninger skal kunne bevege seg i alle retninger og oppnå en spenningsutjevning i platen. Derved regner man ikke med plastisering av platen. Dens innfestningsan-ordning avviker fra den foreliggende oppfinnelse, hvor platen ligger trygt mot betongen og bevegelsen i platen blir helt tvangsmessig styrt av begelsen i betongen. Kombinasjonen kraft-overføring og dreneringsfunksjon er heller ikke angitt i off.skriftet, og heller ikke boltens virkemåte. DE-off.skrift 27 53 881 states how a plate cladding due to e.g. temperature stresses must be able to move in all directions and achieve stress equalization in the plate. Thereby, plasticizing of the plate is not expected. Its attachment arrangement deviates from the present invention, where the plate rests securely against the concrete and the movement in the plate is completely forcibly controlled by the bevel in the concrete. The combination of power transmission and drainage function is also not specified in the official document, nor is the bolt's mode of operation.

I GB-patent 1.574.367 bygger metoden på prefabrikerte be-tongelementer i avstand til fjellet. Noen kraftoverføring mot fjellet foreligger ikke. Det indre trykk i rommet balanseres ved å utøve vanntrykket i mellomrommet mellom betong og fjell. Denne løsning bygger således ikke på fjellet som trykkopptakende medium, men på at vanntrykket skal balansere trykket i rommet, men med en tett konstruksjon mellom vann og det lagrede produkt. In GB patent 1,574,367, the method is based on prefabricated concrete elements at a distance from the mountain. There is no power transfer towards the mountain. The internal pressure in the room is balanced by exerting water pressure in the space between concrete and rock. This solution is therefore not based on the rock as a pressure-absorbing medium, but on the water pressure to balance the pressure in the room, but with a tight construction between the water and the stored product.

SE-patentskrift 179.958 vedrører i likhet med ovennevnte finske utlegningsskrift en stiv betong-platekonstruksjon for lagring av væske eller gass i fjell. Konstruksjonen omfatter et antall konvekse veggelementer av betong, som er dimensjonert for trykket i lagerrommet. Trykket overføres til det omgivende fjell via betongsøyler, som er stivt forbundet med fjellet. Mellom veggelementene og fjellet er det en luftspalte. Betongen kan være foret med en kledning av ikke-bøyelig plate, plast eller annet materiale. Denne betong-platekonstruksjon inngår utelukkende i lagerrommets vegger, ikke i dets tak eller gulv. Et lag av singel eller tilsvarende som omslutter betongen, drenerer og er trykk-overf ørende finnes således ikke. Av den grunn mangler kontinuerlig kraftoverføring, dvs. over hele platen. Konstruksjonen opp-viser heller ikke ekspansjonsbolter som er bevegelig anordnet i aksial retning i borehuller. Dessuten mangler duktil (etter-givende) kledning. SE patent document 179,958, like the above-mentioned Finnish interpretation document, relates to a rigid concrete slab construction for storing liquid or gas in rock. The construction includes a number of convex wall elements made of concrete, which are sized for the pressure in the storage room. The pressure is transferred to the surrounding rock via concrete columns, which are rigidly connected to the rock. There is an air gap between the wall elements and the rock. The concrete can be lined with a cladding of non-flexible plate, plastic or other material. This concrete slab construction is included exclusively in the storage room's walls, not in its ceiling or floor. A layer of shingle or similar that encloses the concrete, drains and is pressure resistant is therefore not available. For that reason, there is a lack of continuous power transmission, i.e. over the entire plate. The construction also does not have expansion bolts which are movably arranged in the axial direction in boreholes. Also, ductile (yielding) cladding is missing.

SE-patentskrift 98.936 vedrører en fremgangsmåte til bygging i fjell av innsprengte cisterner i form av sylindrer av platemateriale og med vertikal akse og med fylling av betong eller lignende mellom cisterneveggen. Sylinderveggen bygges helt innenfra cisternen og sammensveises med begynnelse nedenfra. Under oppbyggingen av sylinderen fylles den tappevis med vann for å funksjonere som en form for betongen som støpes i mellomrommet mellom fjellet og den ferdige del av sylinderen. Materialet i sylinderveggen må således være stiv og forholdsvis tykk plate og kan ikke bestå av bøyelig tynnplate. SE patent 98,936 relates to a method for building blasted-in cisterns in rocks in the form of cylinders made of sheet material and with a vertical axis and with filling of concrete or the like between the cistern wall. The cylinder wall is built completely from the inside of the cistern and welded together starting from below. During the construction of the cylinder, it is filled drop by drop with water to function as a mold for the concrete that is cast in the space between the rock and the finished part of the cylinder. The material in the cylinder wall must therefore be a rigid and relatively thick plate and cannot consist of flexible thin plate.

Systemet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at et dreneringslag av singel eller tilsvarende materiale er anbrakt mellom fjellet og betongkledningen og omslutter betongkledningen kontinuerlig og er innrettet til å overføre trykk fra rommet til fjellet, at dreneringskanaler er anbrakt i dreneringslaget, at The system according to the invention is characterized by the fact that a drainage layer of single or similar material is placed between the rock and the concrete lining and continuously surrounds the concrete lining and is designed to transfer pressure from the room to the rock, that drainage channels are placed in the drainage layer, that

det avtettende lag består av flere innbyrdes forbundete, bøye-lige tynnplater som er bevegelige i forhold til betongen og at betongkledningen er bevegelig anordnet i fjellet og festet til dette med ekspansjonsbolter som rager gjennom dreneringslaget og hvis ene ende er bevegelig anordnet i borehull i fjellet på en slik måte at de kan beveges aksialt mot fjellet når betongkledningen utsettes for belastninger fra gassen eller væsken i rommet. the sealing layer consists of several interconnected, flexible thin plates that are movable in relation to the concrete and that the concrete cladding is movably arranged in the rock and attached to this with expansion bolts that protrude through the drainage layer and one end of which is movably arranged in boreholes in the rock on such a way that they can be moved axially towards the rock when the concrete cladding is exposed to loads from the gas or liquid in the room.

Ved å anvende et avtettende lag hvor trykket fra det lagrede produkt i rommet opptas av omgivende fjell eller jordvolu-mer, muliggjøres lagring av f.eks. gass eller luft med overtrykk i vesentlig mindre dybde under bakken enn et uinnkledd rom hvor vanntrykket i fjell eller jord skal være større enn gass- eller væsketrykket fra det lagrede produkt i rommet. Gasstrykket eller væsketrykket balanseres ifølge den foreliggende oppfinnelse av vekten av det jord- eller fjellvolum som aktiviseres ved brudd, eller utelukkende av det litostatiske trykk. By using a sealing layer where the pressure from the stored product in the room is taken up by surrounding mountains or soil volumes, storage of e.g. gas or air with excess pressure at a significantly lower depth underground than an unlined room where the water pressure in the rock or soil must be greater than the gas or liquid pressure from the stored product in the room. According to the present invention, the gas pressure or liquid pressure is balanced by the weight of the soil or rock volume which is activated by fracture, or exclusively by the lithostatic pressure.

Et naturgasslager med 80 bar overtrykk kan ved denne metode anbringes med en fjelldekning på 70-80 meter mot 800 meter når rommet ikke er innkledd. Kledningen skal også tåle den situasjon hvor vanntrykket i det omgivende fjell- eller jordvolum er større enn trykket i rommet. Denne belastningssituasjon opptrer f.eks. ved petroleumslagring under grunnvannsnivået, eller ved gasslagring når lageret er tømt. A natural gas storage with 80 bar overpressure can be placed using this method with a mountain coverage of 70-80 meters compared to 800 meters when the room is not lined. The cladding must also withstand the situation where the water pressure in the surrounding rock or soil volume is greater than the pressure in the room. This load situation occurs e.g. in the case of petroleum storage below the groundwater level, or in the case of gas storage when the storage has been emptied.

For ikke å behøve å dimensjonere for ytre vanntrykk, og samtidig kunne utnytte trykkopptaking i fjellet for det indre trykk er konstruksjonen oppfunnet. Fig. 1 viser et tverrsnitt av et rom ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et forstørret detalj snitt av veggkonstruk-sjonen med forankringselementet. Fig. 3 viser et forstørret detaljsnitt av overgangen vegg-gulv med drensrør samt spesiell konstruksjon for drenering av vann mellom plate- og dreneringslag. Fig. 4 viser en forstørret detalj sett inne fra rommet. Fig. 5 viser en detalj av sammenføringen av tetningsfunksjonen samt festing av denne til et platebånd i betongoverflaten. In order not to need to dimension for external water pressure, and at the same time to be able to utilize pressure absorption in the rock for the internal pressure, the construction was invented. Fig. 1 shows a cross-section of a room according to the invention. Fig. 2 shows an enlarged detail section of the wall construction with the anchoring element. Fig. 3 shows an enlarged detail section of the wall-floor transition with drainage pipe as well as special construction for draining water between slab and drainage layers. Fig. 4 shows an enlarged detail seen from inside the room. Fig. 5 shows a detail of the assembly of the sealing function and its attachment to a sheet band in the concrete surface.

Konstruksjonen består foruten av fjell 1 eller jord også av ei dreneringslag 2, som er anbrakt mot fjellet og hvorfra vann pumpes bort for at det ikke skal dannes trykk utenfra mot en kledning 3, 4. Dreneringslaget skal også ha den funksjon at det ved en viss deformasjon overfører trykket til omgivende volumer. Dreneringslaget kan bestå av naturmateriale, f.eks. sand, grus (singel). In addition to rock 1 or soil, the construction also consists of a drainage layer 2, which is placed against the rock and from which water is pumped away so that there is no pressure from the outside against a cladding 3, 4. The drainage layer must also have the function that at a certain deformation transfers the pressure to surrounding volumes. The drainage layer can consist of natural material, e.g. sand, gravel (single).

Innenfor dreneringslaget 2 støpes det en betongkledning 3 som er kraftoverførende og funksjonerer som underlag for et avtettende lag 4, som kan være en membran (f.eks. av rustfri tynnplate). Betongen armeres mot sprekkdannelse for å fordele sprekker som ved deformasjon opptrer når betongen trykkes mot dreneringslaget 2 og fjellet 1. Betongen forankres i borehuller i fjellet ved hjelp av bolter 5. Boltene må kunne bevege seg i borehullene mot fjellet ved utøvelse av gass- eller væsketrykk i rommet for at stopping av betongen ikke skal opptre rundt boltene 5, som er av typen ekspansjonsbolt. Within the drainage layer 2, a concrete cladding 3 is cast which is power-transmitting and functions as a base for a sealing layer 4, which can be a membrane (e.g. made of stainless steel sheet). The concrete is reinforced against cracking in order to distribute cracks that occur during deformation when the concrete is pressed against the drainage layer 2 and the rock 1. The concrete is anchored in boreholes in the rock using bolts 5. The bolts must be able to move in the boreholes towards the rock by applying gas or liquid pressure in the room so that stopping of the concrete will not occur around the bolts 5, which are of the expansion bolt type.

Ved at trykkoverføring til fjellet kan foregå via betongen 3 og dreneringslaget 2 og det ytre vanntrykk samtidig fjernes ved hjelp av det kontinuerlige dreneringslag 2, behøver det avtettende lag dimensjoneres for dette trykk. As pressure transfer to the rock can take place via the concrete 3 and the drainage layer 2 and the external water pressure is simultaneously removed with the help of the continuous drainage layer 2, the sealing layer needs to be dimensioned for this pressure.

Platen vil på grunn av deformasjonen strekkes litt. Ved at den er tynn vil platen ved ujevnheter og sprekker i betongen plastisere, noe som eliminerer bøyespenninger som for aktuelle deformasjoner vil opptre i tykkere og stivere plater. Due to the deformation, the plate will stretch a little. As it is thin, the plate will plasticize in the event of irregularities and cracks in the concrete, which eliminates bending stresses which, for relevant deformations, will occur in thicker and stiffer plates.

Ved å anvende en tynn plate kan sveisingen utføres ved en automatisk sømmetode (se fig. 5) som er en kjent metode og som anvendes f.eks. ved takbelegging. By using a thin plate, the welding can be carried out by an automatic seam method (see fig. 5) which is a known method and which is used e.g. when roofing.

Platene, som leveres i ruller, falses i en spesiell bukke-maskin og sveises sammen med sømsveis mot en ca. 0,5 mm tykk L-formet fals 12 som punktsveises 11 mot et platebånd 10, som er The plates, which are delivered in rolls, are folded in a special bending machine and welded together with a seam weld against an approx. 0.5 mm thick L-shaped seam 12 which is spot welded 11 to a sheet band 10, which is

. anbrakt i betongoverflaten. . placed in the concrete surface.

I dette tilfelle har den oppbøyde fals 12 en tidligere ikke utnyttet funksjon ved at sveisen ikke vil bli utsatt for strekk-påkjenninger når platen ved falsen trykkes sammen ved trykk fra gassen eller væsken i rommet. In this case, the bent seam 12 has a previously unused function in that the weld will not be exposed to tensile stresses when the plate at the seam is pressed together by pressure from the gas or liquid in the room.

Ved å anvende en så tynn plate (ca. 0,4 mm) kan det be-nyttes en automatisk sveisemetode, og det forenklede monterings-arbeid gir en kostnad av i størrelsesorden en tredjedel i forhold til å anvende en konvensjonell sveisemetode. By using such a thin plate (approx. 0.4 mm) an automatic welding method can be used, and the simplified assembly work results in a cost of around one third compared to using a conventional welding method.

Idet betongen tillates å sprekke kan sprekkene fylles med vann. Dersom vanntrykket skulle overstige det indre trykk i rommet vil platen løftes litt fra betongen og vannet renne ned mellom platen 4 og betongkledningen 3, hvorved trykket faller. As the concrete is allowed to crack, the cracks can be filled with water. If the water pressure were to exceed the internal pressure in the room, the plate would be lifted slightly from the concrete and the water would flow down between the plate 4 and the concrete lining 3, whereby the pressure would drop.

Trykket vil være høyest i veggens nedre parti hvor platen også vil løftes først. Dette vann tas hånd om via dreneringsrør 6, som står i forbindelse med dreneringslaget 2. For at den tynne plate 4 skal bære over dreneringsrøret 6 er forbindelsen utformet med et hullbånd 7, se fig. 3 og 4. The pressure will be highest in the lower part of the wall, where the plate will also be lifted first. This water is taken care of via drainage pipe 6, which is connected to the drainage layer 2. In order for the thin plate 4 to carry over the drainage pipe 6, the connection is designed with a perforated band 7, see fig. 3 and 4.

Ved gasslagring kan også dreneringslaget 2 oppta lekkende gass dersom det foregår lekkasje gjennom platen, ved at den ut-lekkende gassens trykk får atmosfærestrykk i dreneringslaget 2. Idet vanntrykk foreligger i fjellet, dersom rommet befinner seg under grunnvannivået, vil gassen ikke ukontrollert vandre ut i fjellet, men kan oppfanges via en sjakt i toppen av rommet og pumpes inn i rommet eller ut i en gassledning. When storing gas, the drainage layer 2 can also absorb leaking gas if there is a leak through the slab, by the pressure of the leaking gas becoming atmospheric pressure in the drainage layer 2. As water pressure exists in the rock, if the room is located below the groundwater level, the gas will not migrate uncontrolled into the mountain, but can be collected via a shaft at the top of the room and pumped into the room or out into a gas line.

Væsker, såsom f.eks. drivstoff for jetmotorer, vil heller ikke vandre ukontrollert ut i fjellet, men oppsamles med dre-neringsvannet. Liquids, such as e.g. fuel for jet engines, will also not migrate uncontrolled into the mountains, but will be collected with the drainage water.

Ved å fremstille kledningen som et avtettende lag oppnås to vesentlige fordeler: 1. Det blir mulig å lagre produkter som det ikke er mulig å lagre mot vann, f.eks. ammoniakk eller.ømfintlige petroleumspro-dukter, såsom drivstoff for jetmotorer og eventuelt blyfri ben-sin, eller produkter hvor grunnvann ikke finnes på rimelig dybde. 2. Ved å utnytte fjellets volum som trykkopptaker blir det mulig å anbringe f.eks. trykksatte gasslagre på et vesentlig grunnere nivå enn dersom man benytter vanntrykket for å hindre at gass eller væske strømmer ut. By preparing the cladding as a sealing layer, two significant advantages are achieved: 1. It becomes possible to store products that cannot be stored against water, e.g. ammonia or delicate petroleum products, such as fuel for jet engines and possibly unleaded petrol, or products where groundwater is not found at a reasonable depth. 2. By utilizing the rock's volume as a pressure recorder, it becomes possible to place e.g. pressurized gas reservoirs at a significantly shallower level than if water pressure is used to prevent gas or liquid from flowing out.

Det finnes et antall systemer for innkleing, men ingen hvor man kombinerer kraftoverføring og kraftborttaking, dvs. sikrer en kontinuerlig drenering i et naturlig materiale, noe som også for-utsetter en konstruksjon som tåler de deformasjoner som opptrer i konstruksjoner ved trykk i rommet, uten at tetningsfunksjonen There are a number of systems for cladding, but none that combine power transmission and power removal, i.e. ensure continuous drainage in a natural material, which also requires a construction that can withstand the deformations that occur in constructions due to pressure in the room, without that the sealing function

(platen) settes på spill. (the disc) is put into play.

Claims

1 System for storing liquid or gas in a room in a rock (1), comprising a concrete lining (3) placed close to the rock and a sealing layer (4) facing the room, characterized in that a drainage layer (2) of shingle or corresponding material is placed between the rock (1) and the concrete lining (3) and encloses the concrete lining (3) continuously and is designed to transfer pressure from the room to the rock, that drainage channels (9) are placed in the drainage layer (2), that the sealing layer (4) is made of several interconnected, flexible thin plates which are movable in relation to the concrete and that the concrete cladding (3) is movably arranged in the rock (1) and attached to this with expansion bolts (5) which protrude through the drainage layer (2) and if one end is movably arranged in boreholes in the rock in such a way that they can be moved axially towards the rock when the concrete lining is exposed to loads from the gas or liquid in the room.

2. System in accordance with claim 1, characterized in that the thin plates (4) are joined to each other by automatic resistance welding (e.g. seam welding) to an L-profile (12) which is spot welded (11) to a steel band (10) which is attached to the surface of the concrete cladding (3).