【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及地下工程領(lǐng)域。更具體地說，本專利技術(shù)涉及一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法。
技術(shù)介紹
1、隨著壓縮空氣儲能技術(shù)的不斷成熟，儲氣庫的設(shè)計成為了壓氣儲能電站建設(shè)的關(guān)鍵，其中地下人工洞室因具有儲存規(guī)模大、選址靈活和對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點，越來越受到研究及設(shè)計人員的關(guān)注。
2、交通、水利行業(yè)的地下硐室常采用混凝土作為內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮圍巖的作用承擔外部荷載。而對于壓氣儲能硐室，不僅需要承受施工期和運營期的外部圍巖壓力和水壓力，還需要考慮運營階段因循環(huán)充放氣作用在襯砌內(nèi)部的氣體高壓荷載，故受力機制與常規(guī)地下人工內(nèi)襯硐室不同。
3、地下儲氣硐室可采用密封鋼襯-混凝土襯砌的結(jié)構(gòu)形式。為滿足經(jīng)濟性的要求，理想的承載和密封體系為：鋼襯起密封作用，其厚度滿足構(gòu)造要求即可；混凝土襯砌負責承擔硐室施工期和檢修期荷載，同時傳遞運營期的內(nèi)壓荷載；運營期內(nèi)壓荷載主要由圍巖承擔。實際上，運營期壓縮空氣產(chǎn)生的內(nèi)壓往往較高，一般大于10mpa甚至能達到20mpa，混凝土襯砌必定會發(fā)生拉伸破壞而導(dǎo)致傳遞荷載和承載的能力減弱甚至失效。既有的資料沒有考慮圍巖、結(jié)構(gòu)、密封層變形協(xié)調(diào)問題，導(dǎo)致高壓下多層結(jié)構(gòu)變形不協(xié)調(diào)后應(yīng)力集中引起破壞。因此，高內(nèi)壓作用下的壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須要考慮地下洞室在不同階段的受力和損傷特性，針對性選擇材料及設(shè)計各層構(gòu)造，使各層變形協(xié)調(diào)，保證洞室結(jié)構(gòu)滿足每個階段的安全性要求。目前還沒有形成統(tǒng)一的壓氣儲能地下洞室結(jié)構(gòu)設(shè)計標準和方法，這成為了阻礙壓氣儲能行業(yè)發(fā)展的最大瓶頸之一，亟需找到解決方法
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法，適用于壓氣儲能地下儲氣庫硐室結(jié)構(gòu)設(shè)計，該支護結(jié)構(gòu)通過簡化結(jié)構(gòu)，分解各層功能，針對性選擇材料及設(shè)計各層構(gòu)造，使各層變形協(xié)調(diào)，可充分利用圍巖的承載能力，同時保證洞室的密封性。相較于現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)沒有設(shè)置二次襯砌和較厚的鋼襯，經(jīng)濟性大大提高。
2、為了實現(xiàn)根據(jù)本專利技術(shù)的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)，包括錨桿圍巖承載拱、噴射混凝土層和密封鋼襯，所述噴射混凝土層和所述密封鋼襯之間填充有耐高溫高彈模填充層。
3、進一步，所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)中，所述耐高溫高彈模填充層由瀝青填充而成。
4、進一步，所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)中，所述錨桿圍巖承載拱采用中空注漿錨桿，所述中空注漿錨桿內(nèi)由無收縮環(huán)氧砂漿填充料填充。
5、本專利技術(shù)還提供一種上述壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，包括以下步驟：
6、s1、獲取所述支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)，確定隧道施工期安全系數(shù)控制值kcd、檢修期安全系數(shù)控制值kpd、地震工況安全系數(shù)控制值ked；
7、s2、擬定所述支護結(jié)構(gòu)的支護參數(shù)和材料參數(shù)；
8、s3、根據(jù)s2中擬定的支護參數(shù)和材料參數(shù)計算支護機構(gòu)在施工期的安全系數(shù)kc：
9、若kc≤kcd，返回s2，重新擬定所述支護結(jié)構(gòu)的支護參數(shù)；
10、若kc>kcd；進入s4；
11、s4、計算所述支護結(jié)構(gòu)在運營期的最大變形情況，以及加卸載作用下的密封鋼襯的最大拉應(yīng)變值ε0：
12、若ε0≥εy，則需要在密封鋼襯上的鋼板之間設(shè)置環(huán)向伸縮接頭，以使得密封鋼襯的鋼板之間的位置變化滿足所述支護結(jié)構(gòu)在運營期的最大變形情況；
13、若ε0<εy；進入s4；
14、其中，εy為密封鋼襯的鋼材極限應(yīng)變；
15、s5、根據(jù)s4中計算得到的所述支護結(jié)構(gòu)在運營期的最大變形情況，計算所述支護機構(gòu)在檢修期的安全系數(shù)kp：
16、若kp≤kpd，返回s2，重新擬定所述支護結(jié)構(gòu)的支護參數(shù)；
17、若kp>kpd；進入s4；
18、s6、計算所述支護結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全系數(shù)ke：
19、若ke≤ked，返回s2；
20、若ke>ked，則完成設(shè)計，并以當前的支護參數(shù)和材料參數(shù)作為所述支護結(jié)構(gòu)的支護參數(shù)和材料參數(shù)。
21、進一步，所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法中，s3中kc的計算方法包括以下步驟：
22、s3.1、根據(jù)s2中擬定所述支護結(jié)構(gòu)的支護參數(shù)和材料參數(shù)，分別建立所述錨桿圍巖承載拱和噴射混凝土層的載荷結(jié)構(gòu)模型，并分別計算得到所述錨桿圍巖承載拱的安全系數(shù)k11和所述噴射混凝土層的安全系數(shù)k21；
23、s3.2、計算kc：
24、kc＝k11+k21?????????????????????????????????????????(1)。
25、進一步，所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法中，s4中環(huán)向伸縮接頭的極限伸長量l應(yīng)滿足：
26、l>πr(ε0-εy1)???????????????????????????(2)
27、其中，r為地下洞室的內(nèi)徑，εy1為達到與圍巖變形相匹配的變形時，接頭兩側(cè)鋼板的應(yīng)變。
28、進一步，所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法中，s4中計算得到的所述支護結(jié)構(gòu)在運營期的最大變形情況至少包括：所述支護結(jié)構(gòu)在運營期工作內(nèi)壓范圍內(nèi)的最大圍巖破損區(qū)的高度h和襯砌破損區(qū)的范圍。
29、進一步，所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法中，s5中kp為所述支護機構(gòu)檢修期的總安全系數(shù)kp1和局部噴層強度安全系數(shù)kp2中的小值：e＝min{kp1,kp2}；
30、其中，kp1的計算方法如下：
31、s5.1、計算所述支護結(jié)構(gòu)在檢修工況下需承擔的最大圍巖破損區(qū)自重荷載q：
32、q＝γh???????????????????????????????(3)
33、其中，γ為圍巖容重；
34、s5.2、根據(jù)所述支護結(jié)構(gòu)在運營期工作內(nèi)壓范圍內(nèi)的襯砌破損區(qū)的面積，確定折減系數(shù)k1，對s2中擬定所述支護結(jié)構(gòu)的支護參數(shù)和材料參數(shù)進行折減；
35、s5.3、根據(jù)s5.2中折減后的支護參數(shù)和材料參數(shù)，分別建立所述錨桿圍巖承載拱和噴射混凝土層的載荷結(jié)構(gòu)模型，并分別計算得到折減后的所述錨桿圍巖承載拱的安全系數(shù)k12和所述噴射混凝土層的安全系數(shù)k22；
36、s5.4、計算kp1：
37、kp1＝k12+k22????????????????????????????????????????(4)
38、其中，kp2的計算方法如下：
39、s5.5、建立所述支護結(jié)構(gòu)錨桿之間局部圍巖穩(wěn)定性計算模型，并通過所述局部圍巖穩(wěn)定性計算模型計算kp2。
40、進一步，所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法中，s5.5包括：
41、s5.5.1、模型建立：選取所述支護結(jié)構(gòu)上局部受力較大區(qū)域，將其簡化為鋼筋鋼纖本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)，包括錨桿圍巖承載拱、噴射混凝土層和密封鋼襯，其特征在于，所述噴射混凝土層和所述密封鋼襯之間填充有耐高溫高彈模填充層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述耐高溫高彈模填充層由瀝青填充而成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述錨桿圍巖承載拱采用中空注漿錨桿，所述中空注漿錨桿內(nèi)由無收縮環(huán)氧砂漿填充料填充。
4.一種如權(quán)利要求1-3任一項所述的壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.權(quán)利要求4所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，S3中KC的計算方法包括以下步驟：
6.如權(quán)利要求4所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，S4中環(huán)向伸縮接頭的極限伸長量L應(yīng)滿足：
7.如權(quán)利要求4所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，S4中計算得到的所述支護結(jié)構(gòu)在運營期的最大變形情況至少包括：所述支護結(jié)構(gòu)在運營期工作內(nèi)壓范圍內(nèi)的最大圍巖破損區(qū)的高度H和
8.如權(quán)利要求7所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，S5中Kp為所述支護機構(gòu)檢修期的總安全系數(shù)Kp1和局部噴層強度安全系數(shù)Kp2中的小值：e＝min{Kp1,Kp2}；
9.如權(quán)利要求8所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，S5.5包括：
10.如權(quán)利要求4所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，S6包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)，包括錨桿圍巖承載拱、噴射混凝土層和密封鋼襯，其特征在于，所述噴射混凝土層和所述密封鋼襯之間填充有耐高溫高彈模填充層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述耐高溫高彈模填充層由瀝青填充而成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述錨桿圍巖承載拱采用中空注漿錨桿，所述中空注漿錨桿內(nèi)由無收縮環(huán)氧砂漿填充料填充。
4.一種如權(quán)利要求1-3任一項所述的壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.權(quán)利要求4所述的一種壓氣儲能地下洞室支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，s3中kc的計算方法包括以下步驟：
6.如權(quán)利要求4所述的一種壓氣儲能地下...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：肖明清，徐晨，管鴻浩，孫文昊，曾元凱，薛光橋，蔣超，秦宇杭，謝壁婷，劉家明，
申請(專利權(quán))人：中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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