[發明專利]一種地下水封洞庫的洞室群的優化布置方法

有效

• 申請號: 201610876098.6
• 申請日: 2016-10-08
• 公開（公告）號: CN106649953B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 何國富
• 申請（專利權）人: 中石化上海工程有限公司;中石化煉化工程（集團）股份有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

本發明公開了一種地下水封洞庫的洞室群的優化布置方法，該方法利用自然界巖土體中固有的天然“拱”的力學作用原理，使用間距調整循環搜索算法計算得到洞室群頂部的豎向變形曲線，再將該豎向變形曲線以X軸為水平軸進行翻轉，得到若干條合理拱形曲線；選取洞室群圍巖的應力最大且變形最小時對應的最佳合理拱形曲線；最后將各個洞罐的頂部沿最佳合理拱形曲線進行布置，即獲得洞室群的最優化布置。采用拱形布置的洞室群，有效提高洞室群圍巖的整體穩定性，對節約工程投資和擴大庫址的利用率具有積極的技術經濟意義，從而具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及石油化工領域，尤其涉及一種地下水封洞庫的洞室群的優化布置方法。

背景技術

地下水封洞庫存儲原油技術是近十年來被我國引進、消化和吸收應用的一門工程技術，它是利用裂隙巖體中地下水的壓力大于洞室中的油品滲漏壓力的基本原理，達到對油品的防滲水封效果，由于其具有經濟合理、安全可靠、土地資源節約、庫容規模大儲存效率高等特點，成為我國戰略原油儲備的主要方式。

根據油品品種和儲存效率的需要，通常采用2個或2個以上的洞室相互連通，組成放置一種油品品種的1個洞罐，洞罐采用固定水位法儲油。為保證各洞室之間的油品能相互連通進出油，必須使洞罐的各個洞室內的儲油液位大致相同。因此，目前地下水封洞庫多采用洞室容量、斷面形狀和標高一致的連續平行布置方式，從而形成大型地下平行洞室群的地下結構形式。

在隧道、水利水電等地下結構工程中，地下洞室斷面形狀對最終圍巖的應力和位移狀態有重要的影響。目前采用最為廣泛的方法是采取經驗和工程類比的方法確定斷面形狀，根據材料力學和結構力學原理，拱形往往具有彎曲應力較小、無應力集中等受力特點，特別是在大跨結構中通常是優選方案，例如圓拱或半圓拱、馬蹄形等等，有時洞室高度較大時，則往往多采用直墻圓拱形（頂）等組合斷面形式，圓拱又可以根據跨度、圍巖等級等因素的不同，而采用單心圓、三心圓、五心圓等構成。隧道、水利水電等地下結構工程在工藝布置上一般較少有多個平行洞室的布置方式要求，往往為單一洞室或至多兩三個洞室相鄰，但地下水封洞庫具有特殊的工藝布置要求，目前主要采用多個洞室平行布置的方式，考慮到庫容儲存規模，洞室斷面多為大跨度高邊墻，因而洞室斷面的選擇則基本以直墻圓拱形（頂）為主。

單一洞室斷面采用直墻圓拱形（頂）符合力學原理，但如果多個單一洞室在一個水平標高上平行布置形成洞室群時，這一形式并不不能保證其所構成的洞室群的結構穩定性。洞室平行布置時（布置于同一水平面上）存在一個就關鍵問題是洞室之間的間距；洞室間距的確定，主要考慮地質條件、埋置深度和施工方式等因素，通過工程類比法并借助于一定的數值分析來確定。間距過大，則連接洞室間的操作巷道和交通巷道的長度增加，同時洞室群平面將擴大，不僅影響投資，也影響庫址的選擇；間距過小，則洞室相互影響較大，不利于洞室圍巖的穩定，施工期和運營期都存在安全隱患，甚至產生整體破壞。目前除了采用工程類比并借助于一定的數值分析這些方法，尚無其它有效方法來合理確定和優化洞室間距。而有效方法應以分析相鄰洞室之間的圍巖應力狀況為出發點，如果各相鄰洞室之間的圍巖巖墻不出現塑性區重疊并有足夠的彈性區（安全儲備量）保證其強度和穩定，就得到洞室之間的合理間距，同時洞室群的整體穩定自然也得到保證。

大型地下平行洞室群在整個巖體中形成一個被連續間隔挖空（洞室）而形成的地下空間薄弱層，導致洞室或洞室群圍巖局部或整體穩定性的降低。大型地下水封洞庫普遍采用洞室平行布置這一方式并形成洞室群，直接導致了洞室間距的合理確定性問題并進而影響到經濟和安全等問題。顯然，現有技術中這一布置方式中，具有一個顯著的缺陷，即未能充分考慮洞室上方穩定巖體對洞室群薄弱層所具有的天然“拱”的作用，使得洞室間距的確定未能真正達到最優化，某種程度上造成了安全隱患，并且未能獲得最佳的經濟效益。

發明內容

為了解決現有技術中的存在的上述技術問題，本發明旨在利用自然界巖土體中固有的天然“拱”的力學作用原理，應用于大型地下水封洞庫的洞室群的布置。