[发明专利]浅埋地下储气洞室工程选址的快速评估方法

说明书

本发明公开了一种浅埋地下储气洞室工程选址的快速评估方法。针对目标浅埋地下储气洞室，根据弹性力学和圆形隧洞围岩抗力理论，计算在储气内压P作用下，围岩提供的径向单位抗力P_rock；基于目标浅埋地下储气洞室的内外压平衡，建立储气库最大运行储气压力P_max的计算公式；基于岩体分级指标与岩体变形参数之间的经验关系，建立浅埋地下储气洞室的最大储气压力的半经验公式。依据本发明，只需开展初步的地质勘察调研工作，以获取拟建区域的岩体分级指标，即可快速定量计算浅埋地下储气洞室的最大容许储气压力，进而合理评定工程场地的“地质可行性”。

技术领域

本发明涉及地下储气库技术领域，具体涉及浅埋地下储气洞室工程选址的快速评估方法。

背景技术

天然气作为一种清洁能源，已在众多的工业和民用领域发挥着重要的作用，但天然气的使用量往往因为季节的不同而表现出明显的峰值，由于在调峰和保证供气安全上具有不可替代的作用，地下储气库的建设受到了越来越多国家的重视。作为存储天然气的一种新兴技术，浅埋地下储气洞室(Lined Rock Cavern)储存从概念提出到工程实践，至今已有二十余年。目前浅埋地下储气洞室在我国得一定的推广和应用，且已被证明可对天然气、氢气、空气(压缩空气能源存储，CAES)等进行安全存储。

浅埋地下储气洞室的埋深一般在100～200m，正常的储气内压可以达到10～30MPa，并且可以进行高频循环运行。浅埋地下储气洞室的洞壁内衬有混凝土衬砌和最内层的全封闭薄钢衬板，其设计理念是“围岩承担全部内压荷载，钢衬只作为气密性结构，混凝土起到传递荷载和分配变形的作用”。在这一方面，浅埋地下储气洞室与高水头的水工隧洞衬砌(含钢衬)设计理念有较大差异，水工隧洞设计一般考虑岩体及结构的联合承载，因此不能直接采用该方法进行浅埋地下储气洞室的设计。由于浅埋地下储气洞室对洞室结构的变形控制要求极高，在工程选址时应重点关注岩体特性，地质条件好的场地可以极大的提高结构的系统稳定性和安全性，大幅降低工程投资；若选址不当，可能会造成工程结构稳定性、安全性不可挽回的影响。

显然，建设浅埋地下储气洞室是一个综合复杂的系统工程，工程选址是进行地下洞室设计的第一步，也是保证工程顺利设计及建设的第一道关卡。目前，业内并未形成浅埋地下储气洞室的设计规范与技术标准，现有技术中尚没有一种成熟的方法对浅埋地下储气洞室的选址进行科学有效的评估。因此，考虑到库址选择会受很多因素制约，如何科学、合理、快速地对目标库址建设浅埋地下储气洞室的地质适宜性进行评价是当前工程中亟待解决的关键问题，可为我国浅埋地下储气洞室的安全高效建设提供技术保证。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种浅埋地下储气洞室工程选址的快速评估方法，只需开展初步的地质勘察调研工作，以获取拟建区域的岩体分级指标，即可快速定量计算浅埋地下储气洞室的最大容许储气压力，评定工程场地的“地质可行性”。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

S1、针对目标浅埋地下储气洞室，根据弹性力学和圆形隧洞围岩抗力理论，计算在储气内压P作用下，围岩提供的径向单位抗力P_rock。

S2、基于目标浅埋地下储气洞室的内外压平衡，建立完全由围岩承载情况下的最大储气压力P_max的计算表达式；

S3、依据目标浅埋地下储气洞室的岩体分级指标与岩体变形参数之间的经验关系，建立不同岩体条件下，浅埋地下储气洞室的最大容许储气压力半经验计算公式；

S4、依据最大容许储气内压半经验计算公式绘制可供直接使用的浅埋地下储气工程建设“地质可行性”分区图谱，进行快速有效的评估。

进一步的，在步骤S1中，将目标浅埋地下储气洞室的岩体视为均匀、连续、各向同性的完全弹性体，对于圆形隧洞，根据弹性理论，围岩弹性抗力系数可按下式估算：