【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人工硬岩地下储气库，具体地指一种采用tbm施工衬砌-密封一体化的储气库结构及施工方法。
技术介绍
1、压缩空气储能是一种利用压缩空气作为介质来储存富余电能的技术。在用电低谷时，它用风电和电网中多余的电能驱动空气压缩机，把电能转化为压缩空气内能在地下洞室中储存起来，到用电高峰时，释放高压空气，将压缩空气的势能转变为膨胀机的机械功输出，驱动发电机发电。
2、压气储能电站的储气构造物目前主要分为地上结构和地下结构，由于经济和安全的考虑，地下储气方案成为目前的主流。人工开挖的地下密封硐库便是地下储气设施的一种，它具有选址灵活、成本较低、安全可靠等优点。这种地下密封硐库采用的结构型式主要包括：筒仓式和隧道式，其中隧道式因其施工难度低、安全可靠等优点，已经成为当前主要的技术方案。
3、隧道式地下储气库的洞壁结构由内到外依次包括钢衬密封层、混凝土衬砌层和围岩。围岩承载压缩空气产生的大部分内部高压。混凝土衬砌层则用于平整开挖后的岩面，为钢衬提供平滑传力的基础。钢衬密封层是非常关键的一个组成部分，其作用是保护储气库免受气体泄漏的影响，从而确保储气系统的安全性和可靠性。密封层必须具有较高强度，同时具备极强的塑性变形能力，因此压力容器基本上都采用钢材作为密封材料。
4、随着施工技术的进步，全断面隧道掘进机(tbm)施工引入地下隧洞的开挖建设中，其具有开挖进度快，支护效率高，施工安全性好的优势，采用护盾式tbm施工的隧洞配套使用管片支护结构，管片通常为预制钢筋混凝土管片，通过螺栓连接封闭成环，抵抗围岩压
5、对于压缩空气储能电站地下洞库，其不仅需要在施工期保障围岩的开挖稳定，而且在运行期间，储气洞还需要承受较高的内压。现有技术中，采用预制钢筋混凝土管片支护围岩，随后在管片内壁施工钢衬密封层，这种将围岩支护和洞室密封分开施工的方法存在如下问题：第一，分开施工，工序复杂且施工时间较长；第二，预制钢筋混凝土管片在储气库运行期间需要承载高压气体压力，容易发生破坏压碎，但在随后的放气检修期间，隧洞内压由高压(18～20mpa)直接降为0，已经发生破坏的预制钢筋混凝土管片又需要承载围岩压力，使得隧洞安全稳定面临严峻挑战。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足之处，本专利技术提出一种采用tbm施工衬砌-密封一体化的储气库结构及施工方法，将多块钢-砼管片拼接成环状衬砌管片，通过tbm施工环状衬砌管片，作为围岩的支护结构；再将沿储气库轴向布置的相邻环状衬砌管片拼装在一起，焊接相邻钢-砼管片，作为储气库的密封结构；这种施工方法既提高了施工效率，保障结构安全，又实现钢-砼管片一体两用，解决了储气库稳定性和气密性两大问题，实现支护与密封功能的统一。
2、为达到上述目的，本专利技术所设计的一种采用tbm施工衬砌-密封一体化的储气库结构，其特别之处在于：所述储气库结构由外向内依次包括围岩、灌浆层和管片层；所述围岩贴合在储气库外围、且用于承担高压气体的主要荷载；所述灌浆层用于灌注围岩与管片层之间的空隙；所述管片层用于在tbm施工期间作为围岩的支护结构，在焊接以后作为储气库的密封结构，实现支护与密封功能的统一；
3、所述管片层包括沿储气库轴向拼装在一起的多环衬砌管片，每环所述衬砌管片包括呈环形拼装在一起的多块钢-砼管片，每块所述钢-砼管片包括外弧面和内弧面；所述外弧面与内弧面之间填充混凝土；所述外弧面包括环向和纵向交错布置的钢筋加强肋，钢筋加强肋之间充填细石砼；所述内弧面四周边缘为朝向内侧倾斜的坡口，从而使相邻内弧面之间构成v字型焊接坡口；
4、每个所述外弧面朝向环形方向延伸有调平板，每个所述调平板与对应灌浆层之间通过调平螺栓连接，从而实现钢-砼管片与对应灌浆层之间的连接固定；每个所述调平板外端朝向储气库径向延伸有拼接板，且拼接板延伸端抵接至对应内弧面，相邻所述拼接板之间通过双头螺栓连接，从而实现相邻所述钢-砼管片之间的连接固定；
5、每个所述钢-砼管片中部预制有内外贯穿的灌浆孔，所述灌浆孔用于灌注填充围岩与钢-砼管片之间的空隙；每个所述钢-砼管片边缘靠近调平板和拼接板位置处预制有内外贯穿的手孔，所述手孔用于安装调平螺栓和双头螺栓。
6、进一步地，所述围岩能够承担10～30mpa的高压荷载以及100～200℃的局部高温；所述灌浆层强度不低于50mpa；所述内弧面采用普通q235碳钢、q355高强钢、不锈钢中的一种或多种进行制作，厚度为4～6mm。
7、更进一步地，所述灌浆层与管片层之间还设置有橡胶密封层。
8、进一步地，相邻所述拼接板之间夹杂有柔性密封材料，所述双头螺栓与两端的螺帽之间分别套设有密封垫圈。
9、本专利技术还设计一种采用tbm施工衬砌-密封一体化的储气库结构的施工方法，适用于上述采用tbm施工衬砌-密封一体化的储气库结构，其特别之处在于，包括如下步骤：
10、s1)根据压缩空气储气库的建洞地质条件、围岩等级确定钢-砼管片的支护抗力要求，确定钢-砼管片形状、环宽、构造，每环衬砌管片中的钢-砼管片分块数量，以及相邻环的衬砌管片之间的拼装方式；
11、s2)采用护盾式tbm开挖压缩空气储气库地下人工洞室，在盾尾拼接第一环的多个钢-砼管片；拼接方式为，将相邻钢-砼管片的拼接板径向端对齐，通过手孔将双头螺栓插入拼接板上的对接孔，在双头螺栓的两头套上密封垫圈，拧紧一端螺帽，随后旋动另一端螺帽，拧紧双头螺栓，实现管片拼接；
12、s3)第一环的多个钢-砼管片完成拼接后，推出盾尾，护盾式tbm采用盾尾注浆方式，通过灌浆孔对围岩与管片层之间的空隙进行灌浆，钢-砼管片在tbm施工期间作为围岩的支护结构；
13、s4)灌浆后通过手孔旋进调平螺栓，控制相邻钢-砼管片的调平板的对接和内弧面的调平，保证相邻内弧面之间的v字型焊接坡口的对准，实现第一环的多个钢-砼管片的一次调平；
14、s5)重复步骤s2)～s4)，完成第二环、第三环，……，以及第n环的多个钢-砼管片的安装和一次调平；
15、s6)隧洞完全打通后，根据围岩变形造成的每环衬砌管片拼接处的错台情况，再次通过手孔旋紧调平螺栓，对每环的相邻钢-砼管片之间、以及相邻环的钢-砼管片之间进行二次调平，保证相邻内弧面之间的v字型焊接坡口的平齐；
16、s7)钢-砼管片二次调平后，再次通过手孔固定双头螺栓中的一端螺帽，随后旋动另一端螺帽，不断张拉双头螺栓，同时监测双头螺栓的张拉应力，达到预定应力后，锁定另一端螺帽；
17、s8)采用混凝土填充灌浆孔和手孔，然后使用平滑的钢衬面密封灌浆孔和手孔，且密封面与内弧面齐平；
18、s9)对相邻内弧面之间构成的、处于平齐状态的v字型焊接坡口进行焊接，钢-砼管片焊接后作为储气库的密封结构。
19、进一步地，s1)中，所述钢-砼管片形状考虑顺直布置洞掘进过程中的纠偏，采用通用型单面楔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种采用TBM施工衬砌-密封一体化的储气库结构，其特征在于：所述储气库结构由外向内依次包括围岩(1)、灌浆层(2)和管片层(3)；所述围岩(1)贴合在储气库外围、且用于承担高压气体的主要荷载；所述灌浆层(2)用于灌注围岩(1)与管片层(3)之间的空隙；所述管片层(3)用于在TBM施工期间作为围岩(1)的支护结构，在焊接以后作为储气库的密封结构，实现支护与密封功能的统一；
2.根据权利要求1所述的采用TBM施工衬砌-密封一体化的储气库结构，其特征在于：所述围岩(1)能够承担10～30Mpa的高压荷载以及100～200℃的局部高温；所述灌浆层(2)强度不低于50MPa；所述内弧面(3-12)采用普通Q235碳钢、Q355高强钢、不锈钢中的一种或多种进行制作，厚度为4～6mm。
3.根据权利要求2所述的采用TBM施工衬砌-密封一体化的储气库结构，其特征在于：所述灌浆层(2)与管片层(3)之间还设置有橡胶密封层(4)。
4.根据权利要求1所述的采用TBM施工衬砌-密封一体化的储气库结构，其特征在于：相邻所述拼接板(3-4)之间夹杂有柔性密封材料，所
5.一种采用TBM施工衬砌-密封一体化的储气库结构的施工方法，适用于如权利要求1～4任一项所述的采用TBM施工衬砌-密封一体化的储气库结构，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的采用TBM施工衬砌-密封一体化的储气库结构的施工方法，其特征在于：S1)中，所述钢-砼管片(3-1)形状考虑顺直布置洞掘进过程中的纠偏，采用通用型单面楔形管片，所述钢-砼管片(3-1)环宽为1.8m。
7.根据权利要求6所述的采用TBM施工衬砌-密封一体化的储气库结构的施工方法，其特征在于：S1)中，每环所述衬砌管片包括9块钢-砼管片(3-1)，9块钢-砼管片(3-1)分别为1块封顶块，2块邻接块，6块标准块。
8.根据权利要求7所述的采用TBM施工衬砌-密封一体化的储气库结构的施工方法，其特征在于：S1)中，相邻环的衬砌管片之间的拼装方式为错缝拼装。
9.根据权利要求5所述的采用TBM施工衬砌-密封一体化的储气库结构的施工方法，其特征在于：S2)和S7)中，所述双头螺栓(3-5)为短直双头螺栓。
10.根据权利要求5所述的采用TBM施工衬砌-密封一体化的储气库结构的施工方法，其特征在于：S8)中，钢-砼管片(3-1)焊接后作为储气库的密封结构，其焊接强度应满足储气库的工艺运行要求和30年的使用年限，同时，其焊接强度还应满足压力容器设计标准的通用要求。
...【技术特征摘要】
1.一种采用tbm施工衬砌-密封一体化的储气库结构，其特征在于：所述储气库结构由外向内依次包括围岩(1)、灌浆层(2)和管片层(3)；所述围岩(1)贴合在储气库外围、且用于承担高压气体的主要荷载；所述灌浆层(2)用于灌注围岩(1)与管片层(3)之间的空隙；所述管片层(3)用于在tbm施工期间作为围岩(1)的支护结构，在焊接以后作为储气库的密封结构，实现支护与密封功能的统一；
2.根据权利要求1所述的采用tbm施工衬砌-密封一体化的储气库结构，其特征在于：所述围岩(1)能够承担10～30mpa的高压荷载以及100～200℃的局部高温；所述灌浆层(2)强度不低于50mpa；所述内弧面(3-12)采用普通q235碳钢、q355高强钢、不锈钢中的一种或多种进行制作，厚度为4～6mm。
3.根据权利要求2所述的采用tbm施工衬砌-密封一体化的储气库结构，其特征在于：所述灌浆层(2)与管片层(3)之间还设置有橡胶密封层(4)。
4.根据权利要求1所述的采用tbm施工衬砌-密封一体化的储气库结构，其特征在于：相邻所述拼接板(3-4)之间夹杂有柔性密封材料，所述双头螺栓(3-5)与两端的螺帽之间分别套设有密封垫圈。
5.一种采用tbm施工衬砌-密封一体化的储气库结构的施工方法，适用于如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：张国强，张存慧，张茂础，杜晶，帖熠，柳雅敏，李雅诗，朱璨，余义华，刘琪，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
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