一种地下储气库的制作方法

本技术涉及地下能源储存，具体涉及一种地下储气库。

背景技术：

1、在传统岩土以及水工地下工程中，为抵抗内水压和外地/水压同时具有防渗功能而建设的地下核心结构，往往采用钢筋混凝土衬砌或者及钢衬作为主要工程屏障。而在压气储能浅埋地下工程中，外压不变，内压媒介从水变成了压缩空气，并且压力随时间周期性改变，同时，衬砌表面完整性难以长期保持，气体容易通过衬砌表面泄露到周围岩体内，洞室储能减少，因此，压气储能浅埋地下工程对防渗等级和承载力的要求更高。

2、中国实用新型专利cn203867252u公开了一种高分子材料与钢筋混凝土组成的压气储能洞室，通过橡胶和塑料制成的高分子材料密封层对洞室进行密封,钢筋混凝土传递洞室压力，进一步地,选取钢纤维钢筋混凝土来增强混凝土的抗拉与抗疲劳性能。中国发明专利cn113513696b公开了一种整体式橡胶囊密封的压气储能内衬洞室，包括压气储能内衬洞室、整体式橡胶囊和排水沟，该发明通过可变形的整体式橡胶囊对洞室密封，充气膨胀时，整体式橡胶囊紧贴洞室衬砌壁面，完成密封，放气回缩时，整体式橡胶囊脱离洞室衬砌壁面，渗入的地下水通过排水沟排出洞外。

3、鉴于对气体渗漏的要求，考虑到浅埋压气储能地下储气库的高气压，本领域技术人员不断进行多方面的尝试与改进，但仍难以同时满足高要求的防渗性与承载力。上述专利cn203867252u中，高分子材料密封层由多块高分子材料板拼接而成，空气泄漏率较大，此外，由于密封层与钢筋混凝土紧贴，在压气放气过程容易造成密封层的磨损，影响密封性。发明专利cn113513696b中整体式橡胶囊为分段式橡胶囊熔接而成，且材料轻薄，仅起密封作用，无法承载压力，存在被内部气压与外部渗入地下水水压撕裂的风险。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本实用新型提供一种满足高防（气液）渗性、强承载力的地下储气库。

2、为实现上述发明目的，本实用新型的技术方案如下：

3、一种地下储气库，包括在岩体上开设的储气腔，所述储气腔的内壁从内至外依次设置有最内层、第二层、第三层、第四层、最外层共五层屏障结构；

4、所述最内层由弹性材料制成；所述第二层由钢衬制成；所述第三层由聚酯塑料制成；所述第四层由钢筋混凝土制成；所述最外层由集料-膨润土混合物制成。

5、如此，使用弹性材料作为最内层，其主要通过自身大变形能力以避免在循环高气压作用下发生开裂，从而防止高压气体渗出，即使有气体发生小范围渗出，亦可借助其自身的变形特性减小渗出量，成为阻止高压气体渗出的第一道主要屏障，同时可以吸收压缩能，很好地将压力传递给第二层；第二层由钢衬制成，具有较高的屈服强度与防渗功能，是阻止高压气体渗出的第二道保安屏障；第三层由聚酯塑料制成，其外附在第二层外部，与最内层、第二层协同受力工作，限制最内层产生过大的变形，减少气体渗出，同时协助第二层高效传递内压外压，缓解第二层的内部应力集中效应，亦能避免钢衬外层与外侧环境（钢筋混凝土块和渗入地下水）直接接触产生磨损和腐蚀；第四层使用钢筋混凝土作为主要承压材料，接收内部压力并将其传递到最外层；最外层由集料-膨润土混合物制成，兼具屏障密封功能以及高承载力，且吸水后膨胀对内部结构产生包裹力，同时因其结构特性，可以在高压气体渗出后起到缓阻气体劈裂渗透、消能减震的作用，降低气体外泄及外泄气体对自然屏障的影响，是防止气体渗出的最后屏障。

6、进一步地，所述第四层由弧形钢筋混凝土预制块拼接而成。

7、进一步地，相邻钢筋混凝土预制块之间设置有钢筋混凝土块拼接缝，所述钢筋混凝土块拼接缝内填充软体材料。

8、工程材料的软硬程度一般用杨氏模量加以表征，通常以109 pa（1gpa）为界，将杨氏模量在该量级以下的视为软体材料，软体材料一般由大分子或基团组成，具有柔软性、复杂性、弱影响引发强响应的特征。

9、进一步地，所述软体材料为低密度聚乙烯。

10、第四层由弧形钢筋混凝土预制块拼接而成，钢筋混凝土预制块的内侧面和外侧面为弦长不同的弧形面，内侧面与第三层相贴合，外侧面与最外层相贴合，内侧面弦长小于外侧面弦长，整体为外宽内窄的结构。施工时相邻预制块之间预留拼接缝，使相邻的钢筋混凝土预制块间存在剖面为内宽外窄的倒“t”形的腔室。腔室内填充软体材料，在内部压力作用下，填充的软体材料能和钢筋混凝土预制块一起协调变形、运动，避免应力过度集中，使得受力更加均匀，可以降低第四层的开裂，同时提高施工速度。

11、可选地，所述集料-膨润土混合物选用现有材料，如混合型缓冲回填材料膨胀特性研究（崔素丽. 兰州大学,2012.）中所述的碎石-膨润土混合物或者砂-膨润土混合物。

12、膨润土具有优越的吸附性、膨胀自愈性以及极低的渗透性被确认为我国理想的地下工程缓冲回填材料，然而纯膨润土存在热传导性能低和可施工性能差两个难以克服的弊端，在膨润土中添加一定量的集料，既能满足力学强度、热传导性能和防渗阻隔能力，又能优化回填设计与施工性能；集料-膨润土混合物混合较差或膨润土含量低时，膨润土在压载颗粒之间的孔隙中分布不均匀，当膨润土含量大于50 wt %时，集料彼此分离，使得膨润土可以填满所有的空隙，混合物结构基本达到均匀，产生较大膨胀力。本实用新型中，最外层的集料-膨润土混合物会吸收地下水从而膨胀产生较大的膨胀力，从而紧固内部结构，弥补压气储能浅埋地下储气库外压不能抵抗内压的不足，同时能防止外水进入内部结构。

13、可选地，为保证受力膨胀均匀，最外层可以采用集料-膨润土预制块拼接方式进行施工。

14、进一步地，所述储气腔的直径为300~500cm，所述最内层的厚度为20-50cm，所述第二层的厚度为1-2cm，所述第三层厚度为3-7cm，所述第四层的厚度为40-60cm，所述钢筋混凝土块拼接缝的宽度为2-4cm，所述最外层的厚度为80-120cm。

15、进一步地，所述最内层通过热熔技术热熔连接在所述第二层的内侧面，所述第三层通过热熔技术热熔连接在第二层的外侧面。

16、进一步地，所述最内层的材料为合成橡胶。

17、进一步地，所述第二层的材料为普通钢或高强度钢。

18、进一步地，所述第三层材料为聚乙烯塑料，优选为中密度聚乙烯。

19、本实用新型包括以下核心技术：一是在常规的混凝土衬砌外，补充有一道缓冲材料屏障层，所选材料为具有极低的渗透性、极高的膨胀自愈性能、较高的吸附性和高的力学强度的集料-膨润土混合物，兼具防渗、承压性能。二是多层屏障的协同作用，按照功能的结合紧密程度可分为内部人工屏障（最内层、第二层、第三层）和外部人工屏障（第四层、最外层），内部人工屏障通过热熔技术熔接贴合而成，是典型的“软-硬-软”结构，具有下述特点：（1）在充气升压时，受力较为明显，可以充分利用弹性材料大变形与钢衬与聚酯塑料之间紧密贴合的特征，使得中间的钢衬始终保持受力均匀的同时降低聚酯塑料的滑移，充分发挥其高模量高强度的材料特性，更好地承担内压；（2）在放气泄压时，由于聚酯塑料可以与外部的钢筋混凝土始终保持接触并变形协调，使得此结构的回弹速度不致于过快，实现受力均匀；（3）在高压气体突破最内层后，钢衬作为第二道屏障能够起到更强的防渗效果，且由于最内层弹性材料的整体结构完整性较高，第二层仍可以最大限度的保持受力均匀；外部人工屏障是本实用新型的主要承压结构，第四层采用预制块拼接，拼接缝内填充低密度聚乙烯优化承压能力，提高稳定性；最外层吸收地下水，一方面产生膨胀力紧固结构，平衡储气库内外压力，另一方面，能防止地下水渗入内部结构，减轻钢筋锈蚀、混凝土的冻融循环或硫酸盐腐蚀作用，维持结构的稳定。

20、与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果有：

21、1、本实用新型的地下储气库具有多层结构屏障，刚柔防渗材料各取所长，可最大限度地阻止气体渗出；

22、2、充分利用橡胶、钢衬、钢筋混凝土、聚酯塑料、膨润土等材料的工程力学性能，多层屏障各司其职、联合抵抗内外压力，提高整体结构的承载力；

23、3、第四层使用钢筋混凝土预制块拼装，快速施工，大范围限制开裂；

24、4、最外层起到紧固增稳、防渗等功能，形成稳定的内部空间；

25、5、本实用新型的工程材料常见易得，经济适用，施工简易，可行性强。