一种地下岩穴储气库及混凝土衬砌分缝防气渗构造的制作方法

本发明涉及一种地下岩穴储气库及混凝土衬砌分缝防气渗构造，特别是涉及一种用于压缩空气蓄能电站岩穴型地下储气库工程、大规模天然气地下岩穴储气库工程等领域高压气体的密封与防渗漏装置，尤其是针对频繁高低压交变变化的高压压缩气体进行密封的装置。

背景技术：

现有技术条件下，岩穴型地下储气库采用低渗透性或不渗透的材料（3钢板、橡胶板或塑料板）作为密封层的材料，密封层后的衬砌（5）一般采用整体浇筑混凝土作为密封层的传力结构层。压缩空气地下储气库的压力一般高达7.0-10mpa，甚至更高，而天然气地下储气库内的压力则可高达20mpa以上。在巨大的储气库内部压力作用下，储气库的混凝土衬砌出现裂缝是不可避免的；混凝土裂缝产生一方面不利于密封层结构安全的耐久性，另一方面对储气库的整体密封效果也有不利影响。

密封层后混凝土衬砌采用预裂分缝处理的方式（图1），可大幅度降低或消除混凝土衬砌中的拉应力，从而最大程度避免了混凝土衬砌的开裂。为防止高压气体从分缝位置渗漏，地下储气库除了连续整体安装密封层之外，还在分缝处进行了缝间回填处理，目前国内外对混凝土分缝密封处理的回填料一般都采用橡胶或塑料等有机材料，这些材料的优点是短期内回弹性能好，密封性也较好。研究表明，无论是作为密封层，还是作为缝间填充料的橡胶或塑料，易老化、耐久性较差，在储气内气体压力交替变化的工作状态性其回弹性能衰减快，导致衬砌间分缝在张开工作状态的密封性减弱，甚至导致地下储气库密封失效。另一方面，具有良好耐久性的○型金属密封条在长期频繁交变压力作用下，其回填性能在使用后期将出现大幅度降低现象。虽然为增强○型金属密封条的回弹性能，可以采取在○型金属密封条内充填高压气体，但充填高压气体工艺复杂，且漏气风险大。

技术实现要素：

针对现有地下储气库衬砌分缝密封处理结构长期密封效能不足问题，本发明旨在提供一种地下岩穴储气库及混凝土衬砌分缝防气渗构造，该防气渗构造具有自主回弹能力，显著提高了地下储气库衬砌分缝密封性能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种混凝土衬砌分缝防气渗构造，其结构特点是，包括设置在混凝土衬砌分缝的缝口处的凹槽，位于凹槽内作为一级防渗结构的○型的密封条；

所述凹槽的槽口处安装有将所述密封条锁固在凹槽内的盖板，在凹槽壁面、盖板以及密封条外壁面之间填充有作为二级防渗结构的充填料；

所述○型的密封条内设置有第一弹簧和第二弹簧，该第一弹簧相对第二弹簧垂直设置，且第一弹簧和第二弹簧的两端均紧压在所述○型的密封条的内壁上，使得所述○型的密封条的侧壁密封面紧压所述混凝土衬砌分缝的缝口。

由此，通过弹簧保持密封条的密封性能，同时通过弹簧挤压密封条，进一步挤压充填料，从而保证始终处于有效密封的状态。

此外，第一弹簧相对第二弹簧垂直设置可以有效地提高压力交替作用下密封条的回弹能力，延长密封条的使用寿命。

所述密封条优选为○型金属密封条。

本发明消除了混凝土衬砌分缝在交替开合状态下缝间回填材料回弹性能降低甚至消失对分缝结构密封性的不利影响，同时可充分利用预裂缝之间的混凝土的低渗透性作为地下储气库的第二道密封防线，显著提升了混凝土衬砌分缝密封结构的自主回弹密封特性。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

在其中一个优选的实施例中，所述第一弹簧垂直于所述混凝土衬砌分缝设置，所述第二弹簧沿着所述混凝土衬砌分缝设置。

在其中一个优选的实施例中，所述第一弹簧有两根，所述第二弹簧为一根。

在其中一个优选的实施例中，所述○型的密封条整体呈筒状。

在其中一个优选的实施例中，所述盖板左右两端开设有螺栓孔，该盖板通过穿过螺栓孔的螺栓固定在两块混凝土衬砌的结合处。

在其中一个优选的实施例中，为了进一步提高混凝土衬砌分缝的防渗性能，所述混凝土衬砌分缝的内部安装有三级防渗结构；优选所述三级防渗结构为竖向布置的吸湿膨胀型黏土棒。

在其中一个优选的实施例中，所述凹槽宽80-100mm，凹槽深60-80mm；所述密封条的壁厚0.5mm-1mm，外径80-100mm，长度为3m-6m。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种地下岩穴储气库，其包括储气库围岩，紧贴所述储气库围岩内壁面砌筑的多块混凝土衬砌，相邻两块混凝土衬砌之间形成混凝土衬砌分缝；所述相邻两块混凝土衬砌朝向储气区域的一侧的结合处均设有所述的混凝土衬砌分缝防气渗构造。

在其中一个优选的实施例中，多块混凝土衬砌合围形成筒状结构，所述混凝土衬砌分缝防气渗构造周向分布在所述筒状结构的内壁面处。

为了进一步提高防渗性能，所述混凝土衬砌朝向储气区域一侧通过整体密封层覆盖。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的密封结构材料全部采用无机金属或非金属材料，耐久性强，可以克服常规密封材料采用有机高弹密封材料（橡胶或塑料板等）易老化、耐久性不足的缺点，解决了衬砌分缝密封处理结构长期密封效能不足问题。

2、本发明的密封结构采用○型金属密封条内置压缩弹簧提供回弹动力，增强了○型金属密封条的弹性，可长期保持密封结构所需的初始压力，克服了常规密封条内充气增强易漏气及充气工艺复杂的缺点。

3、本发明的密封结构可通过拆卸重新安装，可更换性强。该装置设计合理，结构简单，操作方便。

4、本发明为推动大规模地下储气库工程密封技术的进步提供了又一技术支撑。

附图说明

图1是本发明所述的混凝土衬砌分缝位置示意图；

图2是本发明所述的衬砌分缝防渗结构示意图。

在图中

1-衬砌分缝填充；2-衬砌分缝；3-整体密封层；4-衬砌混凝土；5-找平混凝土；6-储气库围岩；7-密封条；8-第一弹簧；9-充填料；10-盖板；11-膨胀螺栓；12-螺栓孔；13-吸湿膨胀性黏土棒；14-第二弹簧；15-凹槽。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

一种地下岩穴储气库，如图1所示，包括储气库围岩6，紧贴所述储气库围岩6内壁面砌筑的多块混凝土衬砌4，相邻两块混凝土衬砌4之间形成混凝土衬砌分缝2；多块混凝土衬砌4合围形成筒状结构，所述混凝土衬砌分缝防气渗构造周向分布在所述筒状结构的内壁面处。所述相邻两块混凝土衬砌4朝向储气区域的一侧的结合处均设有混凝土衬砌分缝防气渗构造。为了进一步地提升防渗性能，所述混凝土衬砌4朝向储气区域一侧通过整体密封层3覆盖。

如图2所示，所述混凝土衬砌分缝防气渗构造包括设置在混凝土衬砌分缝2的缝口处的凹槽15，位于凹槽15内的○型的密封条7。所述凹槽15的槽口处安装有将所述密封条7锁固在凹槽15内的盖板10，在凹槽15壁面、盖板10以及密封条7外壁面之间填充有充填料9。所述○型的密封条7内设置有第一弹簧8和第二弹簧14，该第一弹簧8相对第二弹簧14垂直设置，且第一弹簧8和第二弹簧14的两端均紧压在所述○型的密封条7的内壁上，使得所述○型的密封条7的侧壁密封面紧压所述混凝土衬砌分缝2的缝口。为了达到更好的支撑效果，所述第一弹簧8垂直于所述混凝土衬砌分缝2设置，所述第二弹簧14沿着所述混凝土衬砌分缝2设置。在本实施例中，所述第一弹簧8有两根，所述第二弹簧14为一根。

所述盖板10左右两端开设有螺栓孔，该盖板10通过穿过螺栓孔的螺栓11固定在两块混凝土衬砌4的结合处。

所述混凝土衬砌分缝2的内部安装有竖向布置的吸湿膨胀型黏土棒13。当然，也可以安置其他防渗结构，如止水等。

如图2所示，在混凝土衬砌面向储气库储气腔的一侧设置凹槽15，凹槽15宽80-100mm，凹槽15深60-80mm。凹槽15内安装有防气渗的弹性的○型金属密封条7，凹槽15与○型金属密封条7之间充填具有低渗透性的可塑膨胀性黏土作为充填料9，○型金属密封条7外侧设置钢板条密封盖板，通过预紧膨胀螺栓11向○型金属密封条7施加预应力，○型金属密封条7在预应力作用下产生变形，一方面通过挤压与凹槽15的壁面紧密接触，另一方面通过挤压膨胀性填充黏土增加填充黏土料的密实度，从而实现对混凝土衬砌分缝2的密封。本实施例的膨胀螺栓11最好采用的防腐蚀不锈钢螺栓。

为提高压力交替作用下○型金属密封条7的回弹能力，延长○型金属密封条7的使用寿命，在○型金属密封条7内部安装第一弹簧8和第二弹簧14，其中第一弹簧8为横向的2组不锈钢压缩弹簧，第二弹簧14为纵向的2组不锈钢压缩弹簧。○型金属密封条7由金属盖板10提供初始压力，将能量存储在不锈钢压缩弹簧中，为○型金属密封条7回弹提供动力。盖板10上开设两端呈圆弧、中间为矩形的螺栓孔，以容许盖板10和混凝土之间产生小幅度的滑移变形。

为提高密封效果的可靠性，混凝土衬砌分缝2内部安装吸湿膨胀型黏土棒13，利用吸湿膨胀型黏土棒13的吸湿膨胀低渗性能进一步组织气体沿混凝土衬砌分缝2渗漏。本实施例采用的盖板10最好是防腐蚀不锈钢预应力盖板。

所述密封条7整体呈筒状。○型金属密封条7壁厚0.5mm-1mm，外径80-100mm，长度为3m或6m。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。