[发明专利]一种地下水封洞库的洞室群的优化布置方法

说明书

本发明公开了一种地下水封洞库的洞室群的优化布置方法，该方法利用自然界岩土体中固有的天然“拱”的力学作用原理，使用间距调整循环搜索算法计算得到洞室群顶部的竖向变形曲线，再将该竖向变形曲线以X轴为水平轴进行翻转，得到若干条合理拱形曲线；选取洞室群围岩的应力最大且变形最小时对应的最佳合理拱形曲线；最后将各个洞罐的顶部沿最佳合理拱形曲线进行布置，即获得洞室群的最优化布置。采用拱形布置的洞室群，有效提高洞室群围岩的整体稳定性，对节约工程投资和扩大库址的利用率具有积极的技术经济意义，从而具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及石油化工领域，尤其涉及一种地下水封洞库的洞室群的优化布置方法。

背景技术

地下水封洞库存储原油技术是近十年来被我国引进、消化和吸收应用的一门工程技术，它是利用裂隙岩体中地下水的压力大于洞室中的油品渗漏压力的基本原理，达到对油品的防渗水封效果，由于其具有经济合理、安全可靠、土地资源节约、库容规模大储存效率高等特点，成为我国战略原油储备的主要方式。

根据油品品种和储存效率的需要，通常采用2个或2个以上的洞室相互连通，组成放置一种油品品种的1个洞罐，洞罐采用固定水位法储油。为保证各洞室之间的油品能相互连通进出油，必须使洞罐的各个洞室内的储油液位大致相同。因此，目前地下水封洞库多采用洞室容量、断面形状和标高一致的连续平行布置方式，从而形成大型地下平行洞室群的地下结构形式。

在隧道、水利水电等地下结构工程中，地下洞室断面形状对最终围岩的应力和位移状态有重要的影响。目前采用最为广泛的方法是采取经验和工程类比的方法确定断面形状，根据材料力学和结构力学原理，拱形往往具有弯曲应力较小、无应力集中等受力特点，特别是在大跨结构中通常是优选方案，例如圆拱或半圆拱、马蹄形等等，有时洞室高度较大时，则往往多采用直墙圆拱形（顶）等组合断面形式，圆拱又可以根据跨度、围岩等级等因素的不同，而采用单心圆、三心圆、五心圆等构成。隧道、水利水电等地下结构工程在工艺布置上一般较少有多个平行洞室的布置方式要求，往往为单一洞室或至多两三个洞室相邻，但地下水封洞库具有特殊的工艺布置要求，目前主要采用多个洞室平行布置的方式，考虑到库容储存规模，洞室断面多为大跨度高边墙，因而洞室断面的选择则基本以直墙圆拱形（顶）为主。

单一洞室断面采用直墙圆拱形（顶）符合力学原理，但如果多个单一洞室在一个水平标高上平行布置形成洞室群时，这一形式并不不能保证其所构成的洞室群的结构稳定性。洞室平行布置时（布置于同一水平面上）存在一个就关键问题是洞室之间的间距；洞室间距的确定，主要考虑地质条件、埋置深度和施工方式等因素，通过工程类比法并借助于一定的数值分析来确定。间距过大，则连接洞室间的操作巷道和交通巷道的长度增加，同时洞室群平面将扩大，不仅影响投资，也影响库址的选择；间距过小，则洞室相互影响较大，不利于洞室围岩的稳定，施工期和运营期都存在安全隐患，甚至产生整体破坏。目前除了采用工程类比并借助于一定的数值分析这些方法，尚无其它有效方法来合理确定和优化洞室间距。而有效方法应以分析相邻洞室之间的围岩应力状况为出发点，如果各相邻洞室之间的围岩岩墙不出现塑性区重叠并有足够的弹性区（安全储备量）保证其强度和稳定，就得到洞室之间的合理间距，同时洞室群的整体稳定自然也得到保证。

大型地下平行洞室群在整个岩体中形成一个被连续间隔挖空（洞室）而形成的地下空间薄弱层，导致洞室或洞室群围岩局部或整体稳定性的降低。大型地下水封洞库普遍采用洞室平行布置这一方式并形成洞室群，直接导致了洞室间距的合理确定性问题并进而影响到经济和安全等问题。显然，现有技术中这一布置方式中，具有一个显著的缺陷，即未能充分考虑洞室上方稳定岩体对洞室群薄弱层所具有的天然“拱”的作用，使得洞室间距的确定未能真正达到最优化，某种程度上造成了安全隐患，并且未能获得最佳的经济效益。

发明内容

为了解决现有技术中的存在的上述技术问题，本发明旨在利用自然界岩土体中固有的天然“拱”的力学作用原理，应用于大型地下水封洞库的洞室群的布置。