寒区沙质地基蒸发塘防渗关键技术研究-中国水利水电科学研究院.pdf

2.3 寒区沙质地基蒸发塘防渗关键技术研究  简要信息 【获奖类型】应用一等奖 【任务来源】内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司 【课题编号】岩0203022012 2011 12 2013 6 【课题起止时间】 年 月～ 年 月 【完成单位】中国水利水电科学研究院 【主要完成人】温彦锋、李维朝、谢定松、蔡 红、严 俊、梁向前、张 磊、 宋建正、田继雪  立项背景 煤制气是通过能源高效转化，将劣质煤转为清洁高效的天然气。它迎合了国 家战略需求，是“富煤”中国破解“少气”窘境的利刃。项目所依托的内蒙古大 唐国际克什克腾旗煤制天然气项目，是我国第一个经国家核准的煤制天然气示范 项目，其生产的天然气可以供应北京及沿线地区，大幅缓解首都“气荒”。 煤制天然气会产生无法处理的高有机物、高含盐废水。而依托项目厂址的上、 下游均为国家自然保护区，生态系统脆弱，水资源短缺，无受纳水体。国家环保 部对该项目环评报告书批复中，要求污水零排放，防止污染周边水体。为了保证 项目实施、保护脆弱环境、满足严格的环保要求，废水不能直接排放到自然环境 中，而是必须通过输送、自然蒸发等措施加以贮放，因此蒸发塘是该煤制天然气 项目必不可少的一部分。 依托项目所在地气候环境特殊，温差大、冬季温度极低，工程建设难度大。 蒸发塘选址区为沙质地基，透水性强，周边缺少可防渗的粘土层，为防止废液渗 入塘周土体造成污染，选择合适的防渗材料、采用合理的防渗结构来代替常规的 以粘土为底层的防渗材料是蒸发塘建设的迫切需要。 上述高标准的防渗要求、特殊的地基条件和恶劣的气候条件，带来很多疑难 问题，主要有沙质岸坡稳定性、防渗结构稳定性、防渗材料耐久性、环境风险可 控性、蒸发塘施工运行等五大类。针对这五大类问题，内蒙古大唐国际克什克腾 煤制天然气有限公司于2011 年委托中国水利水电科学研究院进行了“大唐克旗 21 煤制气蒸发塘防渗关键技术研究”，力图解决克旗蒸发塘设计、施工和运行中存 的一些关键问题，并为今后类似工程提供借鉴。  详细科学技术内容 本项目针对沙质岸坡稳定性、防渗结构稳定性、防渗材料耐久性、环境风险 可控性、蒸发塘施工运行等五大类寒区沙质地基蒸发塘防渗关键技术，综合运用 成果调研、现场试验、室内模型试验和数值分析方法，提出了一套防渗结构设计 理论和分析方法，研究成果可对寒区沙质地基蒸发塘的设计、施工和运行提供指 导。 （1）寒区沙质岸（坝）坡的稳定性研究 采用“过程模拟”的计算方法，系统研究了沙质开挖岸坡和堆石填筑坝坡在 施工、蓄水和结冰三个施工运行阶段过程中的稳定性、应力分布与变形分布演化， 评价了沙质开挖岸坡和堆石填筑坝坡在施工、运行阶段的变形与稳定，提出了沙 质岸（坝）坡的稳定性设计分析方法。 图1 竣工贮废液后的蒸发塘 2 （）防渗结构的稳定性研究 总结分析了不同锚固类型的作用机理及相应锚固稳定性计算方法，确定了锚 固沟的几何特征参数对单宽锚固力的敏感性，最后通过防渗结构拉拔破坏和土体 剪切破坏两种破坏模式的敏感性对比分析，对锚固结构的设计、施工提出了实用 的建议与参考。 在人工防渗结构各材料间界面剪切试验的基础上，研究了不同界面间的强度 特征与应力应变关系，分析了外界条件对材料和防渗结构的影响，指出了克旗蒸 发塘防渗结构中的最软弱界面，为防渗结构在施工、运行中的稳定分析奠定基础。 22 峰值强度点 残余强度点