大型地下洞室群施工方案优化及围岩稳定性研究
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摘要
近年来由于国际石油价格不断走高,而且大规模石油短缺或中断的危机时时存在,这对我国的经济发展和国家安全构成了严重威胁,我国必须要有自己完善的石油储备体系来应对石油危机,而水封地下油库则是今后石油储备发展的主要方向。
目前,国外大型地下储油洞库工程比较多,技术发展比较成熟,大多数都属于非衬砌岩石洞室群;我国还没有大型的地下石油洞库工程,大型地下洞室的建设主要集中在水电建设方面,锦州地下石油储备库尚处于预科研阶段。
本文以锦州地下石油储备库为例,针对地下洞室群的布局,根据开挖方法、施工顺序、开挖方式的选择,以及出渣运输、通风行人、围岩稳定、施工机械等因素的影响,由此分析,提出了合理的拱顶开挖方法,顺序开挖与隔层开挖两种单洞整体开挖方法,以及左右洞对称同向开挖和反向开挖两种群洞开挖顺序,以此为基础,对开挖方案进行优化:
1.对拱顶开挖方法的优化主要通过经验类比的方法,以拱部围岩稳定为判别标准,选择预留核心土法进行拱部开挖;
2.单洞整体开挖方法的比选则是考虑降低施工难度、提高施工效率、缩短工期,经过各方面比较,确定采用隔层开挖的方法;
3.群洞开挖顺序是利用FLAC3D对两方案进行数值模拟计算,比较两种方案的围岩变形和受力情况,分析了拱顶下沉、底面中点上升、各断面铅垂方向位移以及最大与最小主应力,两方案的计算结果相差不是很大,由于同向开挖顺序工序比较简单,施工速度较快,所以选择左右洞对称同向开挖顺序。
Recently the oil price has been rising and the large-scale oil shortage or interruption have always existed,which pose threats to economy development and national security of our country,so our oil reserve system must be built.As much as I know,underground water-sealed mined storage caverns is most proper and popular.
Basing on selection of the excavation methods construction sequences and blasting fashions and the influence of spoil disposal ventilation stability of surrounding rock and contraction machinery,the plan is proposed,which includes vault excavation method two excavation methods of single chamber and two construction sequences of chamber group,by giving a example of the distribution of jinzhou underground oil storage cavern.The two excavation methods of single chamber include excavation from up to down and excavation from chosen layers,and also the two construction sequences of chamber group include homodromous excavation and reverse excavation.The results are as follows:
1. Standardized by stability of surrounding rock,reservation core soil is selected to be arch excavation method by analogy.
2.Excavation from chosen layers is selected to be the excavation method of single chamber according to construction difficulties efficiency and the construction period.
3.Two construction sequences of chamber group is numerically simulated by using FLAC3D,and the two groups of vault crown settlement bottom rise and distribution of perpendicular displacement and principal stress of each typical sections are similar.Homodromous excavation is selected to be the more suitable construction sequence of chamber group ,because it is more simple and fast.
目前,国外大型地下储油洞库工程比较多,技术发展比较成熟,大多数都属于非衬砌岩石洞室群;我国还没有大型的地下石油洞库工程,大型地下洞室的建设主要集中在水电建设方面,锦州地下石油储备库尚处于预科研阶段。
本文以锦州地下石油储备库为例,针对地下洞室群的布局,根据开挖方法、施工顺序、开挖方式的选择,以及出渣运输、通风行人、围岩稳定、施工机械等因素的影响,由此分析,提出了合理的拱顶开挖方法,顺序开挖与隔层开挖两种单洞整体开挖方法,以及左右洞对称同向开挖和反向开挖两种群洞开挖顺序,以此为基础,对开挖方案进行优化:
1.对拱顶开挖方法的优化主要通过经验类比的方法,以拱部围岩稳定为判别标准,选择预留核心土法进行拱部开挖;
2.单洞整体开挖方法的比选则是考虑降低施工难度、提高施工效率、缩短工期,经过各方面比较,确定采用隔层开挖的方法;
3.群洞开挖顺序是利用FLAC3D对两方案进行数值模拟计算,比较两种方案的围岩变形和受力情况,分析了拱顶下沉、底面中点上升、各断面铅垂方向位移以及最大与最小主应力,两方案的计算结果相差不是很大,由于同向开挖顺序工序比较简单,施工速度较快,所以选择左右洞对称同向开挖顺序。
Recently the oil price has been rising and the large-scale oil shortage or interruption have always existed,which pose threats to economy development and national security of our country,so our oil reserve system must be built.As much as I know,underground water-sealed mined storage caverns is most proper and popular.
Basing on selection of the excavation methods construction sequences and blasting fashions and the influence of spoil disposal ventilation stability of surrounding rock and contraction machinery,the plan is proposed,which includes vault excavation method two excavation methods of single chamber and two construction sequences of chamber group,by giving a example of the distribution of jinzhou underground oil storage cavern.The two excavation methods of single chamber include excavation from up to down and excavation from chosen layers,and also the two construction sequences of chamber group include homodromous excavation and reverse excavation.The results are as follows:
1. Standardized by stability of surrounding rock,reservation core soil is selected to be arch excavation method by analogy.
2.Excavation from chosen layers is selected to be the excavation method of single chamber according to construction difficulties efficiency and the construction period.
3.Two construction sequences of chamber group is numerically simulated by using FLAC3D,and the two groups of vault crown settlement bottom rise and distribution of perpendicular displacement and principal stress of each typical sections are similar.Homodromous excavation is selected to be the more suitable construction sequence of chamber group ,because it is more simple and fast.
引文
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[3]杨庆学,郑家祥。大型地下洞室群施工通风动态仿真研究。水电站设计,2003年3月第19卷第1期:36-37。
[4]A.G.Benardos~*,D.C.Kaliampakos.Hydrocarbon storage in unlined rock caverns in Greek limestone.Tunnelling and Underground Space Technology 20(2005)175-182.
[5]Y.N.Lee,.S.P.Yun,D.Y.Kim and H.K.Nam.Design and Construction Aspects of Unlined Oil Stroage Caverns in Rock.FEATURE SECTION:UNDERGROUND SPACE IN SOUTH EAST ASIA 0886-7798(96)00051_8:114-116.
[6]Einar Broch,Arne M.Myrcang and Glsle Stjern.Support of Large Rock Caverns in Norway.TUNNELS AND DEEP SPACE 0886-7798(96)00046-1:56-59.
[7]Chung-In lee~*,Jae-Joon Song.Rock engineering in underground energy storage in Korea.Tunnelling and Underground Space Technology 18(2003)467-483.
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[9]田照远。苍岭特长公路隧道施工通风浅析。科技信息,2006年第12期:53-54。
[10]陈宁青,肖海苑。彩虹岭特长公路隧道施工环境通风方案设计。公路交通技术,2006年第6期:108-110。
[11]张宏,陈小银,高西洋。混合式机械通风在地铁隧道施工中的应用。市政技术,2007年第25卷第2期:116-118。
[12]王波,郝晓琳。梅底2#隧洞施工通风技术。铁道建筑,2000年第6期:19-20。
[13]王梓晗,孙长江,周红,路广平。带有渣仓的斜井出渣系统。水利水电技术,2006年第37卷第4期:35-37。
[14]王瑞萍。地下洞室综合防排水系统施工技术。科技情报开挖与经济,2004年第14卷第11期:399-401。
[15]代刚。富水软岩大断面隧道三台阶法施工技术。施工技术,2006年第26卷:130-132。
[16]苗润前。城市地铁大断面隧道中洞法、双侧壁导坑法施工技术。科技与经济,2006年第2期:98-99。
[17]蒋树屏,黄伦海,胡学兵。超大断面公路隧道的设计与研究。地下空间与工程学报,2005年第1卷第1期:54-56。
[18]尤相增,王全亮,王琳。小浪底地下厂房施工。水利水电工程设计,2001年第20卷第2期:10-12。
[19]刘振霞。正台阶预留核心土法在大断面软弱围岩公路隧道施工中的应用。桥隧工程,2005年第3期:55-57。
[20]张民庆,孙国庆,邹冲,彭峰。圆梁山隧道2#溶洞正洞施工技术。铁道工程学报,2004年第4期:68-69。
[21]吴梦军,黄伦海,刘新荣。特大断面隧道施工方法实验研究。重庆建筑大学学报,2005 年第27卷第5期:57-58。
[22]李为民。正、反台阶法的适用范围讨论。山西建筑,2003年第29卷第2期:160-161。
[23]常民生,赵中宇。超深竖井快速掘进施工新方法。长江科学院院报,2003年第20卷增刊:26-27。
[24]温东北。大断面地下斜井开挖施工技术。林业建设,2003年第3期:23-24。
[25]傅自义,刘吉祥,吴华清。反井钻开挖大倾角斜井导孔的工程实践。水利水电科技进展,2006年第26卷第2期:53-54。
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