本發(fā)明涉及地下能源存儲(chǔ)，具體涉及一種地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)及其施工方法。

背景技術(shù)：

1、抽水蓄能技術(shù)成熟，但受地理?xiàng)l件和生態(tài)環(huán)保的嚴(yán)格限制，而壓縮空氣儲(chǔ)能在選址上更加靈活，地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)生態(tài)擾動(dòng)小。?而壓縮空氣儲(chǔ)能就是一種常用的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)以高壓空氣為媒介來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中能量的存儲(chǔ)和釋放，通過對(duì)能量存儲(chǔ)和釋放的合理調(diào)控就可以將風(fēng)電、光伏電這些間歇性能源轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、可控的優(yōu)質(zhì)能源。其中，地下洞室作為高壓空氣的存儲(chǔ)容器，在壓氣儲(chǔ)能電站的運(yùn)行過程中具有重要作用，而其建設(shè)的關(guān)鍵問題就是地下洞室的密封性問題以及高內(nèi)壓環(huán)境下洞室的襯砌結(jié)構(gòu)的抗拉裂問題。

2、公開號(hào)為“cn104018717a”、名稱為“一種壓氣儲(chǔ)能洞室的施工方法”的中國發(fā)明專利發(fā)明，公開了一種利用鋼纖維鋼筋混凝土作襯砌，內(nèi)部施加高分子材料做密封層的壓氣儲(chǔ)能洞室的施工方法，該方法雖然施加了襯砌，但是高分子材料是通過相互拼接形成的密封結(jié)構(gòu)，空氣泄漏率較大。公開號(hào)為“cn113513696a”、名稱為“整體式橡膠囊密封的壓氣儲(chǔ)能內(nèi)襯洞室”的中國發(fā)明專利，公開了一種整體式橡膠囊密封的壓氣儲(chǔ)能內(nèi)襯洞室，洞室支護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土襯砌，并采用一整塊橡膠囊作為密封層，且密封層體積稍大于洞室體積。該方法避免了密封層在儲(chǔ)氣過程中被拉裂的風(fēng)險(xiǎn)，但鋼筋混凝土襯砌在高內(nèi)壓環(huán)境下仍然有受拉破壞的風(fēng)險(xiǎn)，且襯砌受拉開裂后會(huì)破壞柔性密封材料。因此，上述襯砌結(jié)構(gòu)所能承受的內(nèi)壓很低，襯砌結(jié)構(gòu)抗裂性能差，不適用于圍巖條件較差的環(huán)境，且洞室的額定儲(chǔ)氣壓力較低，適用范圍相對(duì)有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有的高內(nèi)氣壓洞室襯砌結(jié)構(gòu)的抗裂設(shè)計(jì)問題，克服現(xiàn)有地下洞室在高內(nèi)壓儲(chǔ)氣時(shí)，混凝土襯砌受拉造成破壞的情況，本發(fā)明提出一種適用于更高儲(chǔ)氣壓力、可行性更好、風(fēng)險(xiǎn)和成本更低的地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)及其施工方法。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

3、地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)，包含襯砌，用于在圍巖內(nèi)合圍形成洞室，襯砌為分體式結(jié)構(gòu)，沿圓周方向上配置為多個(gè)，且相鄰的襯砌之間預(yù)留有變形縫，用于填充可伸縮結(jié)構(gòu)，使得相鄰襯砌之間通過可伸縮結(jié)構(gòu)連接；還包含若干組u型鋼拱架，u型鋼拱架設(shè)置在襯砌的外側(cè)，每組u型鋼拱架均和襯砌相對(duì)設(shè)置，使得相鄰u型鋼拱架之間設(shè)置的u型鋼接頭和相鄰襯砌之間的變形縫分布在洞室的同一周向方位上，且u型鋼接頭配置為可伸縮的。

4、本申請(qǐng)中，通過將襯砌設(shè)置為分體式結(jié)構(gòu)，且相鄰襯砌之間設(shè)置變形縫，且通過可伸縮結(jié)構(gòu)連接，使得洞室內(nèi)壓增大時(shí)，襯砌將不會(huì)受到或很少受到拉力，受拉變形主要由可伸縮結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)，很大程度避免了襯砌受拉破壞，從而提高洞室的安全性與耐久性；且與變形縫對(duì)應(yīng)的，初期支護(hù)u型鋼拱架的可伸縮u型鋼接頭使襯砌結(jié)構(gòu)的變形得到進(jìn)一步釋放，減小襯砌結(jié)構(gòu)所受壓力，進(jìn)一步提升洞室安全性。

5、在一些實(shí)施例中，包含密封單元，密封單元分布在襯砌內(nèi)壁，用于對(duì)洞室進(jìn)行密封；密封單元分為第一密封件和第二密封件，第一密封件用于對(duì)每個(gè)單獨(dú)襯砌的內(nèi)壁進(jìn)行密封，第二密封件用于對(duì)相鄰襯砌之間的連接處內(nèi)側(cè)進(jìn)行密封。

6、在一些實(shí)施例中，第一密封件兩端分別固定在相鄰襯砌上；第二密封件為涂刷在襯砌內(nèi)壁的密封層。

7、在一些實(shí)施例中，在第一密封件和襯砌之間設(shè)置有擋板，擋板一端固定在其中一個(gè)襯砌上，且對(duì)變形縫進(jìn)行遮擋，以避免第一密封件被擠壓至變形縫內(nèi)。

8、在一些實(shí)施例中，還包含混凝土層和滑動(dòng)層，混凝土層和滑動(dòng)層設(shè)置在u型鋼拱架和襯砌之間，且混凝土層接觸u型鋼拱架，滑動(dòng)層接觸襯砌；滑動(dòng)層由減摩降阻的材料制成。

9、在一些實(shí)施例中，可伸縮結(jié)構(gòu)包含橡膠墊，相鄰的襯砌之間通過橡膠墊連接，使得洞室內(nèi)壓變化時(shí)，相鄰襯砌之間的距離發(fā)生變化。

10、在一些實(shí)施例中，襯砌兩端靠近端部區(qū)域開設(shè)有凹槽，還包含高強(qiáng)螺栓和彈性墊圈，高強(qiáng)螺栓通過凹槽連接相鄰的兩個(gè)襯砌，且高強(qiáng)螺栓頭部連接處設(shè)置彈性墊圈，使得地下洞室內(nèi)壓變化時(shí)，橡膠墊變形，彈性墊圈也發(fā)生形變，相鄰襯砌之間的距離發(fā)生變化。

11、在一些實(shí)施例中，凹槽與凹槽所靠近的襯砌端部之間布設(shè)有鋼筋網(wǎng)。

12、本發(fā)明還提供一種用于如上任一實(shí)施例所述的地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)的施工方法，包含以下步驟：

13、s1、安裝支護(hù)u型鋼拱架形成環(huán)形區(qū)域，相鄰u型鋼拱架之間通過可伸縮的u型鋼接頭連接；

14、s2、在u型鋼拱架形成的環(huán)形區(qū)域內(nèi)澆筑襯砌，襯砌分塊澆筑，且與u型鋼接頭位置對(duì)應(yīng)的，襯砌之間預(yù)留變形縫，并在變形縫內(nèi)填充可伸縮結(jié)構(gòu)。

15、在一些實(shí)施例中，包含以下步驟：

16、s1、安裝支護(hù)u型鋼拱架形成環(huán)形區(qū)域，相鄰u型鋼拱架之間通過可伸縮的u型鋼接頭連接；s11、對(duì)u型鋼拱架安裝后的圍巖內(nèi)壁噴射混凝土，形成混凝土層，噴射過程中注意保護(hù)u型鋼接頭不被混凝土覆蓋；s12、待混凝土層干硬后，用水泥砂漿將表面抹勻，并在表面涂刷減摩降阻的材料，形成滑動(dòng)層；

17、s2、在滑動(dòng)層內(nèi)澆筑襯砌，襯砌分塊澆筑，且與u型鋼接頭位置對(duì)應(yīng)的，襯砌之間預(yù)留變形縫，并在變形縫內(nèi)填充可伸縮結(jié)構(gòu)，澆筑時(shí)在襯砌靠近變形縫處，預(yù)留有凹槽，凹槽內(nèi)預(yù)留螺栓孔；

18、s3、在襯砌內(nèi)壁涂刷一層密封材料，形成第二密封件，將擋板一端固定在襯砌上，并對(duì)變形縫形成遮擋效果；

19、s4、在相鄰襯砌的端部固定設(shè)置第一密封件。

20、本發(fā)明的有益效果是：

21、通過將襯砌設(shè)置為分體式結(jié)構(gòu)，且相鄰襯砌之間設(shè)置變形縫，且通過可伸縮結(jié)構(gòu)連接，使得洞室內(nèi)壓增大時(shí)，襯砌將不會(huì)受到或很少受到拉力，受拉變形主要由可伸縮結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)，很大程度避免了襯砌受拉破壞，從而提高洞室的安全性與耐久性；且與變形縫對(duì)應(yīng)的，初期支護(hù)u型鋼拱架的可伸縮u型鋼接頭使襯砌結(jié)構(gòu)的變形得到進(jìn)一步釋放，減小襯砌結(jié)構(gòu)所受壓力，進(jìn)一步提升洞室安全性。

22、與傳統(tǒng)襯砌相比，本發(fā)明提供的地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)變性能力強(qiáng)，在高內(nèi)壓下，襯砌的變形可以得到分級(jí)釋放，可大幅增加洞室的額定儲(chǔ)氣壓力，同時(shí)降低襯砌的受力，提升圍巖的荷載承載比。因此本發(fā)明提供的地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)適用范圍更廣，在圍巖條件較差的地質(zhì)環(huán)境系具有更好的可行性，其風(fēng)險(xiǎn)和成本更低。

技術(shù)特征：

1.地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)，包含襯砌(1)，用于在圍巖內(nèi)合圍形成洞室，其特征在于，襯砌(1)為分體式結(jié)構(gòu)，沿圓周方向上配置為多個(gè)，且相鄰的襯砌(1)之間預(yù)留有變形縫，用于填充可伸縮結(jié)構(gòu)，使得相鄰襯砌(1)之間通過可伸縮結(jié)構(gòu)連接；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含密封單元，密封單元分布在襯砌(1)內(nèi)壁，用于對(duì)洞室進(jìn)行密封；密封單元分為第一密封件和第二密封件，第一密封件用于對(duì)每個(gè)單獨(dú)襯砌(1)的內(nèi)壁進(jìn)行密封，第二密封件用于對(duì)相鄰襯砌(1)之間的連接處內(nèi)側(cè)進(jìn)行密封。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一密封件兩端分別固定在相鄰襯砌(1)上；第二密封件為涂刷在襯砌(1)內(nèi)壁的密封層。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，在第一密封件和襯砌(1)之間設(shè)置有擋板(10)，擋板(10)一端固定在其中一個(gè)襯砌(1)上，且對(duì)變形縫進(jìn)行遮擋，以避免第一密封件被擠壓至變形縫內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包含混凝土層(13)和滑動(dòng)層(12)，混凝土層(13)和滑動(dòng)層(12)設(shè)置在u型鋼拱架(14)和襯砌(1)之間，且混凝土層(13)接觸u型鋼拱架(14)，滑動(dòng)層(12)接觸襯砌(1)；滑動(dòng)層(12)由減摩降阻的材料制成。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，可伸縮結(jié)構(gòu)包含橡膠墊(7)，相鄰的襯砌(1)之間通過橡膠墊(7)連接，使得洞室內(nèi)壓變化時(shí)，相鄰襯砌(1)之間的距離發(fā)生變化。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，襯砌(1)兩端靠近端部區(qū)域開設(shè)有凹槽(3)，還包含高強(qiáng)螺栓(4)和彈性墊圈(6)，高強(qiáng)螺栓(4)通過凹槽(3)連接相鄰的兩個(gè)襯砌(1)，且高強(qiáng)螺栓(4)頭部連接處設(shè)置彈性墊圈(6)，使得地下洞室內(nèi)壓變化時(shí)，橡膠墊(7)變形，彈性墊圈(6)也發(fā)生形變，相鄰襯砌(1)之間的距離發(fā)生變化。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，凹槽(3)與凹槽(3)所靠近的襯砌(1)端部之間布設(shè)有鋼筋網(wǎng)(11)。

9.用于如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于，包含以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于，包含以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開的是地下能源存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域的一種地下洞室多級(jí)柔性密封結(jié)構(gòu)及其施工方法。襯砌為分體式結(jié)構(gòu)，沿圓周方向上配置為多個(gè)，且相鄰的襯砌之間預(yù)留有變形縫，用于填充可伸縮結(jié)構(gòu)，使得相鄰襯砌之間通過可伸縮結(jié)構(gòu)連接；還包含設(shè)置在襯砌的外側(cè)的U型鋼拱架，相鄰U型鋼拱架之間設(shè)置的U型鋼接頭和相鄰襯砌之間的變形縫分布在洞室的同一周向方位上，且U型鋼接頭配置為可伸縮的。將襯砌設(shè)置為分體式結(jié)構(gòu)，且設(shè)置變形縫，通過可伸縮結(jié)構(gòu)連接，使洞室內(nèi)壓增大時(shí)，襯砌不會(huì)受到或很少受到拉力，很大程度避免了襯砌受拉破壞，以提高洞室的安全性與耐久性；可伸縮U型鋼接頭使襯砌的變形得到進(jìn)一步釋放，減小襯砌所受壓力，進(jìn)一步提升洞室安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：張世殊,張敬,夏才初,徐晨,李曉龍,程麗娟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15