一种压气储能洞室的施工方法【技术领域】，尤其是一种采用了橡胶或塑料的高分子材料层和钢纤维钢筋混凝土作为密封系统的压气储能洞室的施工方法。[0002]压气储能是一种利用压缩空气作为介质来储存能量和发电的技术。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，再把高压空气放出，并与少量的气体燃料混合在气轮机燃烧室中燃烧而迅速膨胀做功，进而带动发电机发电。作为压缩空气储能电站主要组成部分的地下储气构造物是压气储能电站选址的决定因素，也是保障其运行性能和可靠性的技术关键。人工开挖的硬岩洞室便是地下储气构造物的一种，其建设的关键技术是压气储能洞室的密封技术。[0003]中国国 家专利局于2005年12月14日公开的申请号为200410022747.3，发明名称《利用废弃矿井的压缩空气蓄能发电站》的发明，公开了一种利用废弃矿井封闭后作为压缩空气贮存洞室，实现压缩空气蓄能发电的能源转换系统。其特征之一是:矿井口的封闭是采用耐压封闭结构，封闭体要达到足够的厚度。其对压气储能洞室密封措施未做介绍。2009年8月26日公开的申请号为200810033803.1，发明名称《一种利用矿井进行压缩空气蓄能的方法》的发明，公开了一种利用矿井进行压缩空气蓄能的方法，将由具有隔气性能材料制成的气袋放置于矿井里，气袋的形状与矿井内壁的形状相同，气袋以相同形状对应固定在矿井内壁里。气袋材料主要是橡胶，其外层是由具有防弹防割功能的纺织材料组成的，气袋上按经纬状分布安装高强度缆绳，气袋还要具有防水功能，具有保温层。该发明对气袋的性能要求极高。另外，矿井空间巨大，该技术需要使用相同大小的气袋，可行性不大。
[0004]本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种能有效解决压缩空气的密封问题，且经济适用，简便易行的高分子材料与钢筋混凝土组成的压气储能洞室的施工方法。[0005]为实现上述发明目的，本发明采用技术方案如下:[0006]一种压气储能洞室的施工方法，包括以下步骤:
[0007]步骤I在围岩强度为1-2级的岩石层中开挖洞室，并预留洞室开口作为气体进出Π ；
[0008]步骤2在步骤一的洞室内壁上浇筑钢筋混凝土层，且所述钢筋混凝土层的裂缝宽度不超过0.2mm ；
[0009]步骤3将橡胶或塑料制成的高分子材料层通过热熔衬垫热熔粘附在上一步骤所形成的洞室内壁上。
[0010]进一步地,在所述步骤2和步骤3之间还包括:[0011]步骤21在所述钢筋混凝土层上进行水泥砂浆找平，形成水泥砂浆找平层。
[0012]进一步地，所述步骤21和步骤3之间还包括:
[0013]步骤22在所述水泥砂浆找平层上铺设一层无妨土工布层，用水泥钉依次穿过热熔衬垫、无纺土工布层、水泥砂浆找平层，且使水泥钉一端深埋在钢筋混凝土层中，实现对无纺土工布层的固定。
[0014]进一步地,还包括:
[0015]步骤4在洞室开口出安置钢筋笼，并将进口管和出口管安置在钢筋笼内，钢筋笼位于洞室内侧的一端通过热熔衬垫气密连 接高分子材料层,将进口管、出口管和钢筋笼位于洞室内侧的一端之间的空隙进行气密密封，然后向钢筋笼内浇筑钢筋混凝土。
[0016]进一步地，还包括:
[0017]步骤5在浇筑完混凝土的钢筋笼外侧浇筑素混凝土，形成素混凝土封堵体，所述进口管和出口管穿过素混凝土封堵体并伸出地面。
[0018]进一步地，所述钢筋混凝土为钢纤维钢筋混凝土，所述钢纤维钢筋混凝土中，钢纤维的长度为20-60mm，直径为0.3-0.9mm，长径比为30-80，且钢纤维钢筋混凝土中添加的钢纤维体积率不小于0.35%。
[0019]进一步地，所述高分子材料层由多块高分子材料板热熔衔接而成。
[0020]进一步地，所述高分子材料板热熔衔接的结合部位不小于100mm，且粘结剥离强度不小于高分子材料板拉伸强度的80%。
[0021]进一步地，所述热熔衬垫在洞室内壁的拱顶每平米设置3-4个，在洞室内壁的边墙每平米设置2-3个，且呈梅花形布置。
[0022]所述高分子材料为丁基橡胶。
[0023]采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
[0024]本发明所得到的高分子材料与钢筋混凝土组成的压气储能洞室，通过高分子材料密封层对洞室进行密封，钢纤维混凝土传递洞室压力，通过增加钢纤维增强混凝土抗拉和抗疲劳性能，两部分共同作用，对洞室的密封提供了保障，简便易行，经济适用。
[0025]下面结合附图对本发明的



[0026]图1是本发明施工完成的压气储能洞室结构示意图；
[0027]图2为图1中压气储能洞室内壁结构的剖视图；
[0028]图3为本发明一实施例的剖视图。
[0029]其中:1钢筋混凝土层，2高分子材料层，3水泥砂浆找平层，4无纺土工布层，5水泥钉，6热熔衬垫，7进口管，8出口管，9围岩，10封堵体，11喷射混凝土，12垫片。
【具体实施方式】
[0030]如图1和图2所示，本发明提供了一种压气储能洞室的施工方法，该压气储能洞室可以实现IOMPa高压气体的密封储存，具体包括以下步骤:
[0031]步骤I在围岩强度为1-2级的岩石层中开挖洞室，并预留洞室开口作为气体进出Π ；[0032]步骤2在步骤一的洞室内壁上浇筑钢筋混凝土层1，且所述钢筋混凝土层I的裂缝宽度不超过0.2mm ；
[0033]步骤3将橡胶或塑料制成的高分子材料层2通过热熔衬垫6热熔粘附在上一步骤所形成的洞室内壁上。
[0034]通过上述步骤得到的压气储能洞室，将洞室开挖在围岩9强度为1-2级的岩石层中，且利用了钢筋混凝土的高强度，和裂缝宽度不超过0.2_的限裂设计，使得该洞室的抗拉性能和抗疲劳性能很高，采用橡胶和塑料制成的高分子材料层2实现气密密封，有效防止洞室内高压气体发生泄漏，保证洞室在IOMPa高压空气载荷作用下维持稳定，且对热空气的老化性能良好，不易老化。该施工方法简单易行，经济成本低，具有很大的市场应用前
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[0035]作为本发明一种优选的实施例，在上述的施工方法基础上，在钢筋混凝土层I和高分子材料密封层2之间加设水泥砂浆找平层3，通过水泥砂浆对钢筋混凝土层I表面进行找平，更有利于高分子材料层2的热熔粘接，施工时，水泥砂浆找平层3做好后，在找平层上热熔连接多个热熔衬垫6，热熔衬垫6的另一面也进行热熔，从而将高分子材料层2热熔粘结水泥砂浆找平层3上。设置水泥砂浆找平层3后，高分子材料层2铺设的更加平整，避免了由于钢筋混凝土层I 表面凹凸不平所引起高分子材料层2表面受压不匀，而导致的洞室气密性降低。
[0036]作为本发明一种优选的实施例，可以在所述水泥砂浆找平层3上先铺设一层无妨土工布层4，用水泥钉5依次穿过热熔衬垫6、无纺土工布层4、水泥砂浆找平层3，且使水泥钉5 —端深埋在钢筋混凝土层I中，实现对无纺土工布层4的固定，然后将高分子材料层2通过热熔衬垫6热熔粘结在无纺土工布层4上。还可以在水泥钉5与热熔衬垫6的连接处设置一个垫片12，一方面可以保护热熔衬垫6，另一方面可以避免水泥钉5的末端穿透热熔衬垫6，起不到应有的固定作用，无纺土工布的表面比起水泥砂浆找平层3更加细密平整，同时通过水泥钉5将热熔衬垫6、无纺土工布层4 一起固定在钢筋混凝土层I上，使热熔衬垫6与钢筋混凝土层I之间连接更加牢固，从而使高分子材料层2粘结也更加牢固稳定，更能满足压气储能洞室内的高压环境以及压力变化环境要求。
[0037]作为本发明一种优选的实施例，压气储能洞室的进出口设计可采用以下方法，在洞室开口出安置钢筋笼(图中未示出)，并将进口管7和出口管8安置在钢筋笼内，钢筋笼位于洞室内侧的一端通过热熔衬垫6气密连接高分子材料层2，将进口管7、出口管8和钢筋笼位于洞室内侧的一端之间的空隙进行气密密封，然后向钢筋笼内浇筑钢筋混凝土。这种施工方法得到的压气储能洞室进出口，气密性最大程度的得到了保证，而在钢筋笼内浇筑钢筋混凝土，也保证了进出口处的承压能力。具体地，钢筋笼位于内壁一侧通过热熔垫衬连接高分子材料层，使钢筋笼与洞室内壁的高分子材料层之间气密连接，位于钢筋笼内的进口管和出口管和钢筋笼位于洞室内侧的一端可以也通过热熔衬垫进行气密熔接，实现了压气储能洞室内壁出管道口之外的所有部分均完成气密密封，且气密密封连接紧密。具体操作中，热熔衬垫可采用与高分子材料层相同的材料，熔接气密性能更好。在进出口管周围的钢筋笼内浇筑钢筋混凝土，保证进出口的承压强度，需要指出的是，进出口管周围的钢筋笼内浇筑的钢筋混凝土限裂设计的裂缝宽度，也应不大于0.2_。
[0038]作为上述实施例的优选，在浇筑完混凝土的钢筋笼外侧浇筑素混凝土，形成素混凝土封堵体10，所述进口管和出口管穿过素混凝土封堵体并伸出地面。进一步保证了进出口处的承压能力。
[0039]作为本发明一种优选的实施例，所述钢筋混凝土为钢纤维钢筋混凝土，所述钢纤维钢筋混凝土中，钢纤维的长度为20-60mm，直径为0.3-0.9mm,长径比为30-80，且钢纤维钢筋混凝土中添加的钢纤维体积率不小于0.35%。钢纤维的添加，使钢筋混凝土的抗拉性能和抗疲劳性能更好，在承受洞室压力时，钢纤维钢筋混凝土产生均匀且细微的裂缝，避免了高分子材料层在高压气体的压力下楔入钢筋混凝土中。
[0040]作为本发明一种优选的实施例，所述高分子材料层由多块高分子材料板热熔衔接而成，所述高分子材料板热熔衔接的结合部位不小于100mm，且粘结剥离强度不小于高分子材料板拉伸强度的80%。安装时，采用熔接器将高分子材料板熔接在热熔衬垫上，且保证二者的粘结剥离强度不小于密封板的抗拉强度，逐块安装高分子材料板。所述热熔衬垫在洞室内壁的拱顶平均3-4个/m2，在洞室内壁的边墙平均2-3个/m2，且呈梅花形布置。最大程度保证高分子材料层与钢筋混凝土层之间衔接的紧密型。
[0041]作为本发明一种优选的实施例，在开挖好洞室后，可以先在开挖好的洞室内壁喷射一层混凝土，形成喷射混凝土 11，然后在浇筑钢筋混凝土层，进一步增加洞室的抗压性倉泛。
[0042]如图3所示，作为本发明一种优选的实施例，压气储能洞室选用圆形设计(圆球状、圆柱状等，优选圆球状)，所述高分子材料优选采用丁基橡胶，高分子材料层的厚度设计为3?15mm,优选为IOmm,钢筋混凝土层的厚度设计为300?1000mm,优选为500mm,水泥钉的长度不小于50_，承压和密封效果最优。
[0043]采用上述的施工方法得到的压气储能洞室，可以有如下结构:该压气储能洞室包括洞室内壁和设置于所述洞室内壁上的气体进出口 ；所述洞室内壁包括钢筋混凝土层和高分子材料层，所述高分子材料层通过热熔衬垫热熔在钢筋混凝土层上；所述钢筋混凝土层裂缝宽度不大于0.2mm，所述高分子材料层为橡胶或塑料。
[0044]在上述结构的基础上，所述钢筋混凝土层与高分子材料层之间还可以设置水泥砂浆找平层，所述水泥砂浆找平层直接涂抹在所述钢筋混凝土层上，所述高分子材料层通过热熔垫衬热熔连接在所述水泥砂浆找平层上。
[0045]进一步优化上述结构，所述洞室内壁还包括无纺布土工层和水泥钉；所述无纺土工布层铺设在所述水泥砂浆找平层和高分子材料层之间，且通过热熔衬垫和水泥钉固定在水泥砂浆找平层上；所述水泥钉依次穿过热熔垫衬、无纺土工布层、水泥砂浆找平层，并深埋在钢筋混凝土层内，所述高分子材料层由多块高分子材料板热熔衔接而成。所述热熔衬垫在洞室内壁的拱顶每平米平均设置3-4个，在洞室内壁的边墙每平米平均设置2-3个，且呈梅花形布置。
[0046]气体进出口的结构如下，所述气体进出口处设置有钢筋笼，所述钢筋笼与洞室内壁相连的一端通过热熔衬垫与洞室内壁的高分子材料层气密连接，所述钢筋笼内设置有进口管和出口管，所述进口管和出口管的管壁与钢筋笼在洞室内壁处气密连接，所述钢筋笼内的进口管和出口管周围浇注钢筋混凝土。
[0047]钢筋混凝土中添加钢纤维，制成钢纤维钢筋混凝土，所述钢纤维钢筋混凝土中钢纤维的长度为20-60mm，直径为0.3-0.9mm，长径比为30-80，且钢纤维钢筋混凝土中添加的钢纤维体积率不小于0.35%。
[0048]上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换,且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。