一种地下储气库及其混凝土分缝自适应回弹增压密封装置的制作方法

本发明涉及一种地下储气库及其混凝土分缝自适应回弹增压密封装置，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装置，尤其是针对压力频繁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（钢板、橡胶板或塑料板）作为密封层的材料，密封层后的衬砌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7.0-10.0mpa，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；混凝土裂缝的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，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，地下储气库除了安装连续整体密封层之外，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等有机材料，其抗老化能力弱，其耐久性较差，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，常规混凝土衬砌分缝密封结构安装和更换难度大，周期长，影响工程快速投入生产运行。

技术实现要素：

为克服地下储气库混凝土衬砌分缝在交替开合状态下分缝结构有机填充材料和密封板长期使用后弹性丧失导致的密封性失效问题，同时加快地下储气库混凝土衬砌分缝的安装速度，本发明旨在提供一种地下储气库及其混凝土分缝自适应回弹增压密封装置，该密封装置可以解决（地下储库）衬砌分缝密封处理结构长期密封效能不足以及安装更换慢等问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种混凝土分缝自适应回弹增压密封装置，包括设置在混凝土衬砌分缝缝口处的凹槽，中部内凹并设置在凹槽内、且两端部伸出凹槽外并卡固在混凝土衬砌上的密封板；

所述密封板作为一级防渗结构，该密封板与凹槽壁面之间填充有作为二级防渗结构的充填料，优选所述充填料为膨胀性黏土；

所述凹槽设有多组弹簧，该弹簧用于紧压所述密封板，使得所述充填料紧压所述混凝土衬砌分缝的缝口处。

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，显著提升了混凝土分缝自适应回弹增压密封装置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：

根据本发明的优选实施例，所述凹槽内宽外窄，且在凹槽的左右两侧各设有一个位于混凝土衬砌上的卡槽，所述密封板的中部向凹槽内凹进且与所述凹槽的形状匹配，所述密封板的两端部伸出凹槽后经过二次折弯后并插入固定在所述卡槽内。进一步地，在其中一个优选的实施例中，所述密封板为对称结构，该密封板具有：

-位于中部的第一密封面，该第一密封面与凹槽槽底贴合；

-位于第一密封面左右两侧的第二密封面，该第二密封面与凹槽槽壁贴合；

-位于第二密封面外侧的第三密封面，该第三密封面与混凝土衬砌贴合；以及

-位于第三密封面外侧的第四密封面，该第四密封面插入所述卡槽内；

两个所述第二密封面呈八字形设置，且所述第一密封面与凹槽槽底之间、第二密封面与凹槽槽壁之间、第三密封面与混凝土衬砌之间均填充有所述充填料，所述卡槽内也填充有所述充填料。

为了保证密封板始终紧压所述充填料，进而使得充填料密封所述衬砌分缝，所述弹簧分为第一压缩弹簧和第二压缩弹簧，该第一压缩弹簧相对第二压缩弹簧垂直设置，且横向设置的第一压缩弹簧的两端紧压在所述密封板上，所述第一压缩弹簧外套装有套筒，纵向设置的第二压缩弹簧的一端紧压在所述套筒的外壁上，另一端紧压在所述密封板上。

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。由此，通过三级防渗结构，彻底避免气体沿着衬砌分缝渗漏。

优选地，所述凹槽外宽内窄，且外宽为80-140mm，内宽为100-150mm，凹槽的槽深为80-100mm。

从整体上看，所述密封板整体呈几字形。密封板为对称结构。密封板最好为钢板。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种地下储气库，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；其特征在于，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混凝土分缝自适应回弹增压密封装置。

优选地，多块混凝土衬砌合围形成筒状结构，所述混凝土分缝自适应回弹增压密封装置周向分布在所述筒状结构的内壁面的混凝土衬砌分缝处。

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.本发明提出的混凝土衬砌分缝密封结构材料全部采用无机金属或非金属材料，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）耐久性不足的缺点。

2.本发明的密封结构采用异型不锈钢金属密封板内置压缩弹簧实现异型不锈钢金属密封板的自适应回弹增压效果，克服了常规u型不锈钢金属密封板长期使用后弹性不足的缺点。

3.本发明的密封结构布置在结构体外，可以方便更换安装而不损害原有结构（一般止水止气结构的均布置在结构层内）。

4.本发明的密封结构设计合理，结构简单，施工速度快、操作方便。

5.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是本发明一个实施例的结构原理图；

图2是图1中衬砌分缝防渗结构示意图；

图3是本发明的密封板的结构示意图。

在图中

1-衬砌分缝填充；2-衬砌分缝；3-整体密封层；4-混凝土衬砌；5-找平混凝土；6-储气库围岩；7-密封板；8-第一压缩弹簧；9-套筒；10-第二压缩弹簧；11-膨胀性黏土；12-卡槽；13-吸湿膨胀性黏土棒；14-凹槽；711-第一密封面；712-第二密封面；713-第三密封面；714-第四密封面。

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混凝土衬砌分缝快速安装密封装置，如图2和3所示，包括设置在混凝土衬砌分缝2缝口处的凹槽14，中部71内凹并设置在凹槽14内、且两端部伸出凹槽14外并卡固在混凝土衬砌4上的密封板7。所述密封板7作为一级防渗结构，该密封板7与凹槽14壁面之间填充有作为二级防渗结构的充填料，充填料最好是膨胀性黏土11。

如图2所示，所述凹槽14设有多组弹簧，该弹簧用于紧压所述密封板7，使得所述充填料紧压所述混凝土衬砌分缝2的缝口处。所述弹簧分为第一压缩弹簧8和第二压缩弹簧10，该第一压缩弹簧8相对第二压缩弹簧10垂直设置，且横向设置的第一压缩弹簧8的两端紧压在所述密封板7上，所述第一压缩弹簧8外套装有套筒9，纵向设置的第二压缩弹簧10的一端紧压在所述套筒9的外壁上，另一端紧压在所述密封板7上。

如图3所示，所述密封板7为对称结构，该密封板7具有位于中部71的第一密封面711、位于第一密封面711左右两侧的第二密封面712、位于第二密封面712外侧的第三密封面713、以及位于第三密封面713外侧的第四密封面714；其中第一密封面711与凹槽14槽底贴合，第二密封面12与凹槽14槽壁贴合，第三密封面713与混凝土衬砌4贴合，第四密封面714插入所述卡槽12内。整体来看，两个所述第二密封面712呈八字形设置，且所述第一密封面711与凹槽14槽底之间、第二密封面712与凹槽14槽壁之间、第三密封面713与混凝土衬砌4之间均填充有所述充填料，所述卡槽12内也填充有所述充填料。

如图2所示，在混凝土衬砌面向储气库一侧设置凹槽14，凹槽14内宽外窄，凹槽14外宽80-140mm，内宽100-150mm，凹槽14深80-100mm。凹槽14内安装防气渗的密封板7，该密封板为异型不锈钢金属板，整体呈几字型。凹槽14与异型不锈钢金属密封板之间充填有具有低渗透性的膨胀性黏土11，密封板7两侧端设置直角弯钩，直角弯钩埋置在衬砌内小型预制卡槽12内。异型不锈钢金属密封板在储气库内气体的压力作用下，挤压异型不锈钢金属密封板与混凝土衬砌4之间的膨胀性黏土，使得黏土填充料被压密，从而实现混凝土分缝2的密封功能。异型不锈钢金属密封板7中安装纵向和横向二组压缩弹簧（第一压缩弹簧8和第二压缩弹簧10），其作用是利用安全过程中储存在弹簧中的压缩能提高异型不锈钢金属密封板7的u型部分的回弹增压性能，确保异型不锈钢金属密封板7与混凝土衬砌4之间保持紧密接触，防止在储气库高压状态下混凝土分缝2张开引起的凹槽14间距增大，导致的密封结构接触不严而产生的气体渗透。

为提高密封效果的可靠性，混凝土分片衬砌分缝2内部安装吸湿膨胀性黏土棒13，利用其吸湿膨胀低渗性能进一步组织气体沿衬砌分缝2渗漏。

止水密封板7的厚度一般为3mm，宽度＞300mm，长度一般加工成3米长或者6米长。

一种地下储气库，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；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。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上述混凝土分缝自适应回弹增压密封装置。多块混凝土衬砌4合围形成筒状结构，所述混凝土分缝自适应回弹增压密封装置周向分布在所述筒状结构的内壁面的混凝土衬砌分缝2处。

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。