FI81650B

FI81650B - Method of producing a rock chamber or tunnel

Info

Publication number: FI81650B
Application number: FI880161A
Authority: FI
Inventors: Esa Moersky; Risto Penttinen
Original assignee: Neste Oy
Priority date: 1988-01-14
Filing date: 1988-01-14
Publication date: 1990-07-31
Also published as: FI81650C; FI880161A; FI880161A0

Abstract

The invention relates to a rock chamber or tunnel 10, which rock chamber 10 is intended for products which are to be stored in a cold state, such as liquefied petroleum gas, natural gas or other equivalent products, and a method of producing the same. The inner surface 11 of the rock chamber 10 consists of an ice shell of the desired thickness which is made by the rock chamber 10 being filled with water and pressurized, and the inner surface 11 which consists of the ice shell of the rock chamber being formed by cooling by means of a cooling system 16 and, if appropriate, a metal net 17.

Description

81 650 ^ Menetelmä kalliosäillön tai tunnelin valmistamiseksi Förfarande för framställnlng av bergebehillare eller tunnel 581 650 ^ Method of making a rock reservoir or tunnel Förfarande för framställnlng av bergebehillare eller tunnel 5

Keksinnön kohteena on menetelmä kalllosäiliÖn tai tunnelin valmistamiseksi, joka kalliosäiliö on tarkoitettu kylminä varastoitaville tuotteille, kuten nestekaasu, maakaasu tai muut vastaavat tuotteet, ja jonka kalliosäillön sisäpinta muodostuu halutun paksuisesta jääkuoresta.The invention relates to a method of manufacturing a rock tank or tunnel, which rock tank is intended for products to be stored cold, such as liquefied petroleum gas, natural gas or other similar products, and the inner surface of the rock tank consists of an ice shell of the desired thickness.

1010

Kallioon louhittuja luolia käytetään tunnetusti erilaisten nesteiden ja kaasujen varastointiin ilman pinnoitusta. Näissä tapauksissa varastoitavat tuotteet ovat veteen sekolttumattomia ja vettä kevyempiä. Nesteiden ja kaasujen pysyvyys varastossa perustuu kallioluolaa ympäröivän veden 15 korkeampaan paineeseen kuin varastoitavalla tuotteella on. Tämä aiheuttaa kuitenkin sen, että varastoon virtaa pohjavettä. Toisaalta, jos varastoitavan nesteen tai kaasun varastointlpaine on korkea, joudutaan luolat kaivamaan kohtuuttoman syvälle, joka aiheuttaa suuria kustannuksia.Caves excavated in the rock are known to be used to store various liquids and gases without coating. In these cases, the products to be stored are immiscible with water and lighter than water. The stability of liquids and gases in storage is based on the higher pressure of the water surrounding the rock cave 15 than the product to be stored. However, this causes groundwater to flow into the storage. On the other hand, if the storage pressure of the liquid or gas to be stored is high, the caves have to be excavated unreasonably deep, which causes high costs.

2020

Tekniikan tason osalta viitataan Euroopan patenttihakemukseen n:o 79101881.5 (julkaisunumero 0007413), jossa louhittua kalliopintaa vasten on ensimmäinen betonikerros ja seinämärakenteen sisäpintaa vasten on toinen betonikerros. Näiden betonikerrosten välissä on suojakerros 25 sekä tiivis kalvo. Tällaisen seinämärakenteen epäkohtana on se, että kalvon läpi ei voida suorittaa ankkurointia. Lisäksi vuotovesi kerääntyy ensimmäisen bentonikerroksen ja kalvon väliin.With regard to the prior art, reference is made to European Patent Application No. 79101881.5 (Publication No. 0007413), in which there is a first concrete layer against the excavated rock surface and a second concrete layer against the inner surface of the wall structure. Between these concrete layers there is a protective layer 25 and a tight film. The disadvantage of such a wall structure is that anchoring cannot be performed through the membrane. In addition, leakage water accumulates between the first bentonite layer and the membrane.

Englantilaisessa patentissa 1 574 367 on esitetty kalliosäillön seinämä-30 rakenne, jonka sisäpinta on pinnoite. Seinämärakenne on muodostettu rakenteellisista betonielementeistä, joihin teräspinnoite on valettu kiinni. Ratkaisu vaatii sen, että elementin ja louhitun kalliopinnan välissä on oltava tyhjää tilaa vuotovettä varten. Epäkohtana tässä tunnetussa seinämärakenteessa on se, että rakenne on erittäin kallis. Suuren sisä-35 paineen kestävyys vaatii paksun teräslevyn käyttämistä, mikä nostaa seinämärakenteen hintaa. Lisäksi epäkohtana on alttius korroosiovaurioille, koska ankkurointielimet on viety tyhjän tilan läpi.British Patent 1,574,367 discloses a wall-30 structure for a rock reservoir with a coating on the inner surface. The wall structure is formed of structural concrete elements to which a steel coating is cast. The solution requires that there be an empty space for the leaking water between the element and the excavated rock surface. The disadvantage of this known wall structure is that the structure is very expensive. The resistance to high internal pressure requires the use of a thick steel plate, which increases the cost of the wall structure. A further disadvantage is the susceptibility to corrosion damage because the anchoring members have been passed through the empty space.

2 81650 1 Tunnettua on kallioseinämän pinnoittaminen ruiskubetonilla ja tällaisen pinnoitteen tiivistäminen muovipinnoitteilla. Tunnettujen menetelmien menestyksellisen käytön esteenä on kuitenkin ollut se, että pohjavesi tunkeutuu ruiskubetoniverhouksen läpi ja estää pinnoituksen tarttumisen 5 sekä irrottaa pinnoitteen käytön aikana. Tätä on pyritty eliminoimaan ruiskubetoniverhouksen taakse rakennetuilla salaojilla, joiden tarkoituksena on johtaa haitallinen vuotovesi viemäriin. Koska vesi liikkuu vain kallion raoissa ja rakoja on usein varsin tiheässä, tarvittaisiin salaojia niin paljon, ettei betoniverhoukselle saataisi tarvittavaa 10 kiinnitystä kallioon.2 81650 1 It is known to coat a rock wall with shotcrete and to seal such a coating with plastic coatings. However, the successful use of the known methods has been hampered by the fact that the groundwater penetrates through the shotcrete cladding and prevents the coating from sticking 5 as well as removing the coating during use. Efforts have been made to eliminate this by means of drains built behind the shotcrete cladding, which are intended to lead to harmful leakage water into the sewer. Since the water only moves in the cracks of the rock and the cracks are often quite dense, drains would be needed so much that the necessary 10 attachment to the rock for the concrete cladding would not be obtained.

FI-patentissa 69 503 on esitetty kalliosäiliö tai tunneli, jossa louhitun kalliopinnan ja raudoitetun vesitiiviin ruiskubetonikerroksen välissä on pohjaveden johtokerroksena toimiva vettä hyvin läpäisevä ruisku-15 betonikerros.FI patent 69,503 discloses a rock reservoir or tunnel in which between the excavated rock surface and the reinforced waterproof shotcrete layer there is a water-permeable sprayer-15 concrete layer acting as a groundwater conductive layer.

FI-patentin 69 503 mukainen ratkaisu kohdistuu ensisijaisesti pohjaveden aiheuttamien haittojen eliminoimiseen ja täten tiiviin pinnoitteen tekemisen ja sen pysyvyyden alustassaan mahdollistamiseen. Toisaalta rat-20 kaisu mahdollistaa louhinnan jälkeen epätasaisen kalliopinnan tasoittaminen siten, että paksuhkojen lujitemuovipinnoitteiden tekeminen on mahdollista.The solution according to FI patent 69 503 is primarily aimed at eliminating the disadvantages caused by groundwater and thus enabling the application of a dense coating and its stability in its substrate. On the other hand, the rat-20 strip allows the uneven rock surface to be leveled after excavation, so that it is possible to make thick reinforced plastic coatings.

US-patentissa 3,205,665 on esitetty ratkaisu, missä jääkerros muodoste-25 taan suihkuttamalla. Jäähdytysputkiston käyttö jään muodostamiseen on sinänsä tunnettua tekniikkaa ja tällainen ratkaisu on esitetty esim. US-patentissa 3,283,511.U.S. Patent 3,205,665 discloses a solution in which an ice layer is formed by spraying. The use of cooling piping to form ice is a technique known per se and such a solution is disclosed in e.g. U.S. Patent 3,283,511.

Keksinnön päämääränä on aikaansaada kalliosäiliö tai tunneli, joka so-30 veltuu erityisen hyvin kylminä varastoitaville tuotteille, kuten esim. nestekaasu, maakaasu tai muut vastaavat tuotteet.The object of the invention is to provide a rock reservoir or tunnel which is particularly well suited for products to be stored cold, such as, for example, liquefied petroleum gas, natural gas or other similar products.

Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että kalliosäiliö täytetään vedellä ja paineistetaan täytettävän veden avulla, ja että kallio-35 säiliön jääkuoresta muodostuva sisäpinta muodostuu jäähdyttämällä jäähdytysputkiston ja edullisesti metalliverkon varaan.The method according to the invention is characterized in that the rock tank is filled with water and pressurized by means of the water to be filled, and that the inner surface of the rock-35 tank ice shell is formed by cooling on cooling piping and preferably a metal mesh.

3 81650 ^ Keksinnön mukainen kalliosäiliö soveltuu erityisen hyvin kylminä varastoitaville tuotteille, kuten esim. nestekaasu ja maakaasu. Kun kallio-säiliön pohjalle, seinämille ja kattoon on muodostettu halutun paksuisen jääkuoren muodostama sisäpinta, kylmänä varastoitava tuote pitää 5 jääkuoren jatkuvasti jäässä, jonka johdosta jääkuoren säilyminen on taattu tarvitsematta jatkuvaa jäähdyttämistä.3,81650 ^ The rock tank according to the invention is particularly well suited for products to be stored cold, such as, for example, liquefied petroleum gas and natural gas. Once the bottom surface, walls and ceiling of the rock tank have been formed with an inner surface formed by an ice shell of the desired thickness, the product to be stored cold keeps the ice shell continuously on ice, as a result of which the ice shell is guaranteed without constant cooling.

Paineistaminen jäähdytyksen aikana aikaansaa sen, että kalliosäiliötä ympäröivä kallio kyllästyy vedellä eikä kallioon jää tyhjiä huokosia.Pressurization during cooling ensures that the rock surrounding the rock reservoir is saturated with water and no empty pores are left in the rock.

10 Muodostunut jääkerros ulottuu siten syvemmälle kallion sisään. Vesi-täyttö sinänsä antaa sen edun, että kalliosäiliöstä saadaan samalla poistetuksi ilma, mikä eliminoi räjähdysvaaran.10 The ice layer thus formed extends deeper into the rock. The water filling in itself has the advantage of removing air from the rock tank at the same time, which eliminates the risk of explosion.

Keksintöä selitetään yksityiskohtisesti viittaamalla oheisen piirustuk-15 sen kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen edulliseen suoritusmuotoon, johon keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitus yksinomaan rajoittaa.The invention will be explained in detail with reference to a preferred embodiment of the invention shown in the figures of the accompanying drawing, to which, however, the invention is not intended to be exclusively limited.

Kuvio 1 esittää kaaviomaisena poikkileikkauksena keksinnön mukaisen säiliön erästä edullista suoritusmuotoa.Figure 1 shows a schematic cross-section of a preferred embodiment of a container according to the invention.

2020

Kuvio 2 esittää kuvion 1 yksityiskohtaa A suuremmassa mittakaavassa.Figure 2 shows detail A of Figure 1 on a larger scale.

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa suoritusmuodossa kalliosäiliötä tai tunnelia on merkitty yleisesti viitenumerolla 10. Louhittua kalliopintaa on ku-25 viossa 1 merkitty viitenumerolla 14. Kuviossa 1 on viitenumerolla 15 merkitty kalliopultteja, joiden avulla kalliosäiliön tai tunnelin 10 seinämät on vahvistettu sinänsä tunnetulla tavalla. Tuotteiden sisään-ja ulospumppausta varten tarkoitettuja putkistoja ja laitteita ei ole esitetty kuviossa 1.In the embodiment according to Figures 1 and 2, the rock reservoir or tunnel is generally indicated by reference numeral 10. The excavated rock surface is denoted by reference numeral 14 in Figure 1. In Figure 1, reference numeral 15 denotes rock bolts by means of reinforcing the walls of the rock reservoir or tunnel 10. Piping and equipment for pumping in and out of the products are not shown in Figure 1.

3030

Kuvion 2 mukaisesti keksinnön mukaisen kalliosäiliön 10 sisäpinta muodostuu halutun paksuisesta jääkuoresta 11. Jääkuoren 11 paksuus on edullisesti välillä 0,5-1,5 m.According to Figure 2, the inner surface of the rock tank 10 according to the invention consists of an ice shell 11 of the desired thickness. The thickness of the ice shell 11 is preferably between 0.5 and 1.5 m.

35 Keksinnön mukainen kalliosäiliö on edullista valmistaa seuraavasti.The rock container according to the invention is preferably manufactured as follows.

Kalliosäiliön 10 pohjaan, seinämille ja kattoon rakennetaan kalliopulttien 15 varaan jäähdytysputkisto 16 ja edullisesti metalliverkko 17.On the bottom, walls and ceiling of the rock tank 10, a cooling piping 16 and preferably a metal mesh 17 is built on the rock bolts 15.

4 81 650 ^ Metalliverkon 17 tehtävänä on toimia kylmäsiltana, jolloin jäähdyttävä pinta-ala kasvaa.4 81 650 ^ The function of the metal network 17 is to act as a cold bridge, whereby the cooling area increases.

Kalliosäiliö 10 täytetään vedellä ja paineistetaan. Kalliosäiliön 10 5 painetaso pidetään vakiona ja hieman suurempana kuin kalliosäiliötä 10 ympäröivän pohjaveden hydrostaattinen paine. Paineistuksen jälkeen kalliosäiliötä 10 aletaan jäähdyttää jäähdytysputkiston 16 avulla, jolloin tiivis jääkuori 11 muodostuu metalliverkon 17 ja jäähdytysputkiston 16 varaan kalliosäiliön 10 pohjalle, seinämille ja kattoon. Kalliosäi-10 liöön 10 johdetaan vettä, kunnes painetaso ei pyri enää laskemaan. Kalliosäiliön 10 painetaso nostetaan varastoitavan nesteen tai kaasun paineeseen. Jäähdytystä jatketaan, kunnes haluttu jääkerroksen paksuus on saavutettu. Kalliosäiliön 10 painetaso säilytetään varastoitavan kaasun, nesteen tai muun kaasun avulla ja kalliosäiliössä 10 oleva vesi pumpa-15 taan pois, jolloin kalliosäiliö 10 on käyttövalmis.The rock tank 10 is filled with water and pressurized. The pressure level of the rock reservoir 10 5 is kept constant and slightly higher than the hydrostatic pressure of the groundwater surrounding the rock reservoir 10. After pressurization, the rock tank 10 is started to be cooled by means of cooling piping 16, whereby a dense ice shell 11 is formed on the metal network 17 and the cooling piping 16 on the bottom, walls and ceiling of the rock tank 10. Water is introduced into the rock 10 tank 10 until the pressure level no longer tends to drop. The pressure level of the rock tank 10 is raised to the pressure of the liquid or gas to be stored. Cooling is continued until the desired ice layer thickness is reached. The pressure level in the rock reservoir 10 is maintained by the gas, liquid or other gas to be stored and the water in the rock reservoir 10 is pumped out, whereby the rock reservoir 10 is ready for use.

Mikäli kalliosäiliötä 10 ei paineistettaisi, olisi vaarana se, että muodostuva jääkuori 11 voisi repeytyä irti, koska veden virtaussuunta on aina kalliosta 14 kalliosäiliöön 10 päin. Painetason nostamisella var-20 mistetaan se, että jää pyrkii pysymään kalliossa. Kalliosäiliön 10 vesitäyttö aikaansaa samalla sen, että happi poistuu kalliosäiliöstä.If the rock reservoir 10 were not pressurized, there would be a risk that the ice shell 11 formed could tear off, since the direction of water flow is always from the rock 14 to the rock reservoir 10. Raising the pressure level ensures that the ice tends to remain in the rock. At the same time, the water filling of the rock reservoir 10 causes oxygen to escape from the rock reservoir.

Edellä on esitetty ainoastaan keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja ja alan ammattimiehelle on selvää, että niihin voidaan tehdä lukuisia 25 modifikaatioita oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.Only some preferred embodiments of the invention have been described above, and it will be apparent to those skilled in the art that numerous modifications may be made thereto within the scope of the inventive idea set forth in the appended claims.

30 3530 35

Claims

A method of manufacturing a rock container or tunnel (10), said rock container (10) intended for products to be stored 5. cold state, such as liquefied gas, natural gas or other similar products, and wherein the lower surface (11) of the rock container (10) consists of an ice shell of the desired thickness, characterized in that the rock container (10) is filled with water and pressurized with the aid of a liquid to be filled, and that the lower surface (11) consisting of the rock container (10) Ice shells are formed by cooling supported by a cooling pipe system (16) and possibly a metal mesh (17).

1 Patent Claim 6 81650

A method according to claim 1, characterized in that the pressure level on the rock container (10) is kept constant and slightly higher than the hydrostatic pressure on the groundwater surrounding the rock tank (10).

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that, during cooling, water is led into the rock container (10) until the pressure level no longer strives to decrease. 20

Method according to any of claims 1-3, characterized in that the liter of cooling is continued until the desired thickness of the ice shell (11) for the bottom, the walls and the roof of the rock container (10) is reached. 25

Process according to any one of claims 1-4, characterized in that after the cooling is completed, the water in the rock container (10) is pumped away. 30

Method according to any one of claims 1-5, characterized in that the pressure level on the rock container (10) is raised to a pressure corresponding to the pressure on the product to be stored potassium. 35