【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及壓縮空氣儲能，具體涉及一種地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構及其設計方法。
技術介紹
1、壓縮空氣儲能是一種利用壓縮空氣作為介質來儲存能量和發電的技術，目前普遍采用鹽穴和人工開挖洞室等地下洞室作為儲氣容器。其中，巖石內襯洞室可建設于廣泛分布的硬巖地層中，選址更為自由，其具備大規模推廣的條件。
2、由于地質條件的不確定性以及受限于工程廠址范圍、地質勘察水平、工程規模等諸多因素，儲氣洞室通常難以避免會穿越或相交軟弱夾層、斷層等軟弱結構層。由于軟弱結構層強度低、易變形，對洞室圍巖穩定和密封結構安全構成較大威脅。同時，軟弱結構層在不同洞段的揭露厚度不盡相同，不同厚度軟弱結構層對洞室結構穩定的影響程度也不同。因此，針對不同厚度的軟弱結構層進行合理的結構處理和設計，對確保儲氣庫在運營期的安全穩定至關重要。
3、綜上所述，急需一種地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構及其設計方法以解決現有技術中存在的問題。
技術實現思路
1、本專利技術目的在于提供一種地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構，旨在解決軟弱結構層由于強度低、易變形等特點，對洞室圍巖穩定和密封結構安全構成較大威脅的問題，具體技術方案如下：
2、一種地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構，儲氣庫包括密封鋼板、回填混凝土和圍巖，其中所述回填混凝土設置于密封鋼板和圍巖之間，所述處理結構包括設置于軟弱結構層和回填混凝土之間的置換混凝土以及埋設于置換混凝土內部的加強鋼筋組；所述置換混凝土在儲氣庫徑向方向上的截面為等
3、以上技術方案中優選的，所述上底邊的長度 l3與軟弱結構層的最大厚度相等，所述上底邊的兩個端點分別與軟弱結構層兩側的圍巖相接設置；
4、所述上底邊與下底邊之間的距離 l2與上底邊長度 l3之間滿足：，其中 n為1.5-2.0；
5、所述等腰梯形的腰邊與水平面之間的夾角為 θ為30°－60°。
6、以上技術方案中優選的，所述加強鋼筋組包括沿著等腰梯形高度方向間隔設置的多個拱肋組件；所述拱肋組件包括鋼筋拱肋和箍筋，多個鋼筋拱肋沿著儲氣庫的縱向間隔布置，縱向上間隔布置的多個鋼筋拱肋之間通過箍筋進行串接。
7、以上技術方案中優選的，所述鋼筋拱肋為拱形，其拱頂位于靠近回填混凝土的一側，其拱腳位于靠近軟弱結構層的一側；所述鋼筋拱肋在拱腳處通過錨固段錨固在圍巖中，沿著所述鋼筋拱肋的周向方向間隔設有多個箍筋。
8、本專利技術還提供了一種所述地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構的設計方法，所述設計方法包括校驗當前處理結構的結構穩定安全系數是否合格，具體步驟如下：
9、s1、確定儲氣庫的結構尺寸以及處理結構的擬定尺寸；
10、s2、計算置換混凝土所受到的阻推力、置換混凝土所受到儲氣庫內壓產生的推力以及加強鋼筋組對置換混凝土額外提高的承載力；
11、s3、根據、和計算處理結構的結構穩定安全系數；
12、s4、將結構穩定安全系數與規定的結構穩定安全系數進行比對，若≥則結束校驗，否則調整處理結構的擬定尺寸和/或儲氣庫的結構尺寸后返回步驟s1。
13、以上技術方案中優選的，根據公式（9）計算置換混凝土所受到的阻推力：
14、???????????????（9），
15、根據公式（10）計算置換混凝土所受到儲氣庫內壓產生的推力：
16、?????????????（10），
17、根據公式（11）計算加強鋼筋組對置換混凝土額外提高的承載力：
18、??????（11），
19、其中，為置換混凝土的置換面上受到的正壓力，為置換混凝土的置換面上受到的剪力， θ為置換面與水平向的夾角，為儲氣庫內壓，為圍巖承擔的內壓，為密封鋼板的抗力限值，為密封鋼板的厚度，為密封鋼板的半徑， l1為置換混凝土在儲氣庫徑向方向截面的下底邊長度，為鋼筋拱肋抗壓強度設計值，為鋼筋拱肋抗拉強度設計值，為置換混凝土結構的穩定系數，為置換面上全部鋼筋拱肋的截面面積之和。
20、以上技術方案中優選的，根據公式（6）計算置換混凝土的置換面上受到的正壓力：
21、??????????????（6），
22、根據公式（7）計算置換混凝土的置換面上受到的剪力：
23、??????????????（7），
24、其中， dl為微分單元； l2為置換混凝土的上底邊和下底邊之間的距離；表示作用在置換面上的正應力；表示作用在置換面上的剪應力； θ為置換面與水平向的夾角；為置換混凝土與圍巖的摩擦系數。
25、以上技術方案中優選的，根據公式（4）計算作用在置換面上的正應力：
26、???????（4），
27、根據公式（5）計算作用在置換面上的剪應力：
28、???????????????????????（5），
29、其中，為儲氣庫水平方向地應力；為儲氣庫豎直方向地應力； θ為置換面與水平向的夾角；為置換混凝土與圍巖的摩擦系數；為置換混凝土與圍巖的凝聚力； π為圓周率。
30、以上技術方案中優選的，根據公式（12）計算當前處理結構的結構穩定安全系數：
31、????????????????（12）。
32、本專利技術還提供了另一種所述地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構的設計方法，所述設計方法包括確定密封鋼板最經濟厚度，具體步驟如下：
33、a1、確定儲氣庫的洞徑和安全等級，同時確定處理結構的擬定尺寸；
34、a2、根據儲氣庫的洞徑和安全等級確定置換混凝土規定的結構穩定安全系數，同時，計算置換混凝土所受到的阻推力和加強鋼筋組對置換混凝土額外提高的承載力；
35、a3、計算密封鋼板最經濟厚度；
36、????????????????（13），
37、其中，為儲氣庫內壓；為密封鋼板的抗力限值；為密封鋼板的半徑； l1為置換混凝土在儲氣庫徑向方向截面的下底邊長度。
【技術保護點】
1.一種地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構，儲氣庫（10）包括密封鋼板（8）、回填混凝土（9）和圍巖（2），其中所述回填混凝土（9）設置于密封鋼板（8）和圍巖（2）之間，其特征在于，所述處理結構包括設置于軟弱結構層（1）和回填混凝土（9）之間的置換混凝土（3）以及埋設于置換混凝土（3）內部的加強鋼筋組；所述置換混凝土（3）在儲氣庫（10）徑向方向上的截面為等腰梯形，所述等腰梯形的上底邊與軟弱結構層（1）相接設置，其下底邊與回填混凝土（9）相接設置，其兩條腰邊分別與置換混凝土（3）兩側的圍巖（2）相接設置，所述上底邊的長度L3小于所述下底邊的長度L1。
2.根據權利要求1所述的地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構，其特征在于：
3.根據權利要求1所述的地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構，其特征在于，所述加強鋼筋組包括沿著等腰梯形高度方向間隔設置的多個拱肋組件；所述拱肋組件包括鋼筋拱肋（5）和箍筋（6），多個鋼筋拱肋（5）沿著儲氣庫（10）的縱向間隔布置，縱向上間隔布置的多個鋼筋拱肋（5）之間通過箍筋（6）進行串接。
4.根據權利要求3所述的地下高壓儲氣庫
5.一種如權利要求1-4任意一項所述的地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構的設計方法，其特征在于，所述設計方法包括校驗當前處理結構的結構穩定安全系數是否合格，具體步驟如下：
6.根據權利要求5所述的設計方法，其特征在于，根據公式（9）計算置換混凝土所受到的阻推力：
7.根據權利要求6所述的設計方法，其特征在于，根據公式（6）計算置換混凝土的置換面上受到的正壓力：
8.根據權利要求7所述的設計方法，其特征在于，根據公式（4）計算作用在置換面上的正應力：
9.根據權利要求5所述的設計方法，其特征在于，根據公式（12）計算當前處理結構的結構穩定安全系數：
10.一種如權利要求1-4任意一項所述的地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構的設計方法，其特征在于，所述設計方法包括確定密封鋼板最經濟厚度，具體步驟如下：
...【技術特征摘要】
1.一種地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構，儲氣庫（10）包括密封鋼板（8）、回填混凝土（9）和圍巖（2），其中所述回填混凝土（9）設置于密封鋼板（8）和圍巖（2）之間，其特征在于，所述處理結構包括設置于軟弱結構層（1）和回填混凝土（9）之間的置換混凝土（3）以及埋設于置換混凝土（3）內部的加強鋼筋組；所述置換混凝土（3）在儲氣庫（10）徑向方向上的截面為等腰梯形，所述等腰梯形的上底邊與軟弱結構層（1）相接設置，其下底邊與回填混凝土（9）相接設置，其兩條腰邊分別與置換混凝土（3）兩側的圍巖（2）相接設置，所述上底邊的長度l3小于所述下底邊的長度l1。
2.根據權利要求1所述的地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構，其特征在于：
3.根據權利要求1所述的地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構，其特征在于，所述加強鋼筋組包括沿著等腰梯形高度方向間隔設置的多個拱肋組件；所述拱肋組件包括鋼筋拱肋（5）和箍筋（6），多個鋼筋拱肋（5）沿著儲氣庫（10）的縱向間隔布置，縱向上間隔布置的多個鋼筋拱肋（5）之間通過箍筋（6）進行串接。
4.根據權利要求3所述的地下高壓儲氣庫不良地質段處理結構...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李橋梁，鄢軍軍，楊萌，鄭聰聰，白少奮，
申請(專利權)人：中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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