李玉濤， 張 彬, *， 石 磊， 彭振華， 李俊彥

(1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)工程技術(shù)學(xué)院， 北京 100083； 2. 中海油石化工程有限公司， 山東 青島 266061)

0 引言

我國適宜建造地下水封洞庫的場地是有限的[1]，對已建洞庫進行擴建既可以充分利用有限的場地，還可以減少重新選址所需要進行的地質(zhì)勘察等工作。對大型地下水封洞庫進行擴建，能與已建洞庫共用地面配套設(shè)施，能顯著降低建設(shè)與運營成本。但是，在大型地下水封油庫的分期建設(shè)過程中，新建地下水封油庫可能會對已建相鄰洞庫的滲流場產(chǎn)生一定程度的影響[2-3]，甚至可能導(dǎo)致已建油庫發(fā)生油氣外泄等安全事故。因此，新建地下水封洞庫對已建相鄰洞庫安全性的影響具有重要的研究價值，但目前國內(nèi)外對該問題的研究甚少。

水封可靠性是決定地下洞庫安全性的重要因素之一[4-5]，地下水位是評價水封可靠性的重要指標(biāo)。為滿足地下洞庫的水封可靠性，需在地下洞庫上方有一定厚度的穩(wěn)定地下水覆蓋層[6]。在地下水封油庫開挖及運營期間，僅靠庫址區(qū)的天然地下水往往不能滿足水封條件，常需要設(shè)置人工水幕系統(tǒng)[7-9]，不同的水幕系統(tǒng)布置形式和布置參數(shù)會對水封可靠性產(chǎn)生較大的影響。Dai等[10]通過數(shù)值模擬方法對水平水幕的功效進行了分析，并研究了水平水幕孔的布置寬度、注水壓力、直徑以及高程等參數(shù)對地下洞庫水封可靠性的影響程度；Shi等[11]通過分析現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，對涌水量、水幕系統(tǒng)注水壓力及庫址區(qū)地下水位3個因素進行相關(guān)性研究得出，水平水幕的功效受庫址區(qū)降雨量以及圍巖質(zhì)量等因素的影響。

相比于傳統(tǒng)的水平水幕系統(tǒng)，垂直水幕孔更易于布設(shè)，且在相鄰地下洞庫之間設(shè)置垂直水幕還可以起到隔絕相鄰洞室之間油品互竄(即串油)的作用。Park等[12]通過研究平澤LPG洞庫，提出了采用水平水幕和垂直水幕相結(jié)合的方法來滿足地下洞庫的水封可靠性，垂直水幕在補給地下水位的同時，主要用于防止相鄰洞庫之間的串油；Gao等[13]通過對LPG洞庫水封可靠性的研究得出，在庫址區(qū)的關(guān)鍵區(qū)域，相比于單一地增大水平水幕孔的密度，采用垂直水幕可以更加有效地提高水封可靠性；Li等[14]通過對海島環(huán)境下建造地下水封油庫滲流場的研究得出，垂直水幕不僅可以保證地下洞庫的水封可靠性，還具有防止相鄰洞庫間串油的作用。對于大型地下水封洞庫分期建設(shè)工程，在兩期洞庫之間設(shè)置垂直水幕以減小兩期洞庫的安全間距，從而實現(xiàn)充分利用場地和降低成本的目的。這一思路是新穎的，且具有研究意義。

本文基于某大型地下水封油庫擴建工程，通過有限元數(shù)值模擬方法，以兩期洞庫間距、擬建洞庫軸線方向和擬建洞庫埋深3個因素為變量，開展涵蓋整個洞室尺度的擴建洞庫布局方式研究。研究成果可為今后開展類似地下水封洞庫擴建工程時，擴建洞庫布局方式的設(shè)計提供參考依據(jù)。

1 工程背景

1.1 工程概況

某大型地下水封油庫在分期建設(shè)過程中，已建洞庫的規(guī)模為500×104m3，由5組100×104m3的洞罐組成，每組洞罐分為2個主洞室，單個洞室的儲油規(guī)模為50×104m3。地下儲油洞室的斷面形狀為馬蹄形，洞頂標(biāo)高為-30 m，洞室寬度為20 m，高度為30 m，洞室軸線長度為930 m，在已建地下儲油洞庫上方25 m位置處設(shè)置水平水幕。通過對庫址區(qū)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料的分析可知，庫址區(qū)地質(zhì)條件優(yōu)越，適宜對已建地下洞庫進行擴建，擴建工程位于已建洞庫北側(cè)，擴建洞庫規(guī)模為300×104m3，由3組100×104m3的洞罐組成，每組洞罐由2個主洞室組成，單個洞室的尺寸與已建洞庫一致。在擬建洞庫開挖前，需在洞庫上方25 m位置處設(shè)置水平水幕。

1.2 地質(zhì)條件

1.2.1 工程地質(zhì)條件

庫址區(qū)的巖性(見圖1)主要為第四系全新統(tǒng)萬頃沙組(Qω)的砂質(zhì)黏性土和燕山期晚侏羅系(J)的侵入花崗巖，侵入巖按生成的先后順序分為石牌嶺單元(J3S)和觀音廟單元(J3G)。根據(jù)鉆探揭露情況，從地表向下按巖石風(fēng)化程度共劃分4個風(fēng)化帶，依次為全風(fēng)化巖帶、強風(fēng)化巖帶、中風(fēng)化巖帶和微風(fēng)化巖帶。已建與擬建地下儲油洞庫的主洞室主要處于微風(fēng)化的花崗巖體中。

圖1 工程地質(zhì)圖

1.2.2 水文地質(zhì)條件

庫址區(qū)降雨充沛，年平均降雨量約為2 200 mm，月平均降雨量分布不均勻，主要集中在4—9月。根據(jù)巖土體的性質(zhì)，庫址區(qū)地下水類型可分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水2大類。庫址區(qū)地下水埋深(見圖2)為-5～-27 m，平均地下水位埋深為-15 m，地下水主要以風(fēng)化基巖裂隙水為主，水位埋藏深度變化大；山間谷地及山前沖積平原地段地下水以孔隙水為主，水位埋藏較淺。通過對庫址區(qū)部分勘察鉆孔進行綜合提水試驗和分段注水試驗，計算得到庫址區(qū)巖體的滲透系數(shù)分布(見圖3)。巖體滲透系數(shù)基本為10-7～10-9m/s的數(shù)量級，并且隨埋深的增大而減小?；◢弾r滲透系數(shù)擬合曲線方程如圖3所示[15-16]。

圖2 庫址區(qū)地下水位

圖3 滲透系數(shù)散點圖及擬合曲線

Fig. 3 Scatter plot and curve fitting of coefficient of hydraulic conductivity

2 垂直水幕作用原理及布設(shè)參數(shù)

2.1 垂直水幕作用原理

目前已建的地下水封洞庫對垂直水幕的應(yīng)用相對較少，且在設(shè)置垂直水幕系統(tǒng)的案例中，垂直水幕大多用以防止相鄰洞庫之間的串油。垂直水幕(見圖4)布置在儲油洞室一側(cè)，通過對垂直水幕頂部施加一定的注水壓力，在主洞室外部形成具有一定壓力的“水墻”。垂直水幕的內(nèi)壁壓力為孔頂注水壓力加上不同高度上的靜水壓力，儲油洞庫的洞壁壓力為洞室頂部氮氣和油氣混合物的恒定壓力加上不同高度上油(水)的自重壓力。通過對比2種情況的壓力曲線可知，垂直水幕壓力值大于相同標(biāo)高處的洞壁壓力值，即可以防止油品穿過水幕滲漏到垂直水幕另一側(cè)的洞室。

2.2 垂直水幕布置方式及參數(shù)選取

根據(jù)《地下水封石洞油庫設(shè)計規(guī)范》[6]可知，垂直水幕孔的孔深應(yīng)超出洞室底面10 m。庫址區(qū)已建地下水封油庫的主洞室埋深為30 m(見圖5)，水幕巷道底部標(biāo)高為-5 m，即距主洞室頂部25 m，因此在兩期洞庫之間設(shè)置垂直水幕系統(tǒng)時，水幕在垂直方向上布置于水幕巷道底部和主洞室底部超深10 m之間。垂直水幕孔在水平方向上成排布置，相鄰水幕孔間距取值為10 m，水幕孔直徑為0.1 m。

圖4 垂直水幕水封原理圖

(a) 三維視圖

(b) 剖面圖

3 新建地下水封洞庫布局方式研究

3.1 幾何模型

本文以某大型地下水封油庫分期建設(shè)工程為依托，采用有限元軟件COMSOL Multiphysics建立三維數(shù)值模型(見圖6(a)),COMSOL以一般偏微分方程或方程組為基礎(chǔ)，憑借高效的計算性能可實現(xiàn)高度精確的數(shù)值仿真。模型尺寸為2 500 m×2 500 m×470 m，以已建洞庫軸線方向為X軸方向，XY平面為水平面，Z軸為豎直方向。已建洞庫由10個互相平行但間距不同的主洞室組成，擬建洞庫由6個互相平行的主洞室組成，已建洞庫的1號主洞室與擬建洞庫的Ⅰ號主洞室相鄰，兩期洞庫上方一定高度處均設(shè)置有水平水幕系統(tǒng)。設(shè)置垂直水幕模型中，垂直水幕布置在擬建與已建洞庫相鄰洞室連線的中點位置處。模型網(wǎng)格剖分如圖6(b)所示(網(wǎng)格對應(yīng)模型參數(shù)如下： 兩期洞庫間距為200 m，擬建洞庫軸線方向為0°，擬建洞庫埋深為30 m)。

(a) 三維數(shù)值模型

(b) 網(wǎng)格剖分

3.2 控制方程

庫址區(qū)巖體巖性以花崗巖為主，巖體完整性好，巖體滲透各向異性對地下洞庫圍巖的變形無影響，對圍巖應(yīng)力場的影響作用較小，可以忽略不計，故建立三維均質(zhì)模型[16]。均勻介質(zhì)模型的地下水滲流服從Darcy定律，即以孔隙水壓力表示的Darcy公式[17]如式(1)所示。

(1)

式中:vi為地下水滲流速度,m/s；γw為水的重度, N/m3；k為巖石的滲透系數(shù),m/s；p為孔隙水壓力,Pa；z為垂直坐標(biāo),m；xi為沿x方向的距離,m。

將以上方程結(jié)合質(zhì)量守恒和有效應(yīng)力原理，控制方程如式(2)所示。

(2)

式中：Sα為巖石儲水系數(shù)；t為時間,s；Qs為源匯項,m3；φ為孔隙度；u為滲流速度，m/s。

3.3 邊界條件及參數(shù)選取

數(shù)值模型模擬工況是已建洞庫為運營工況，擬建洞庫為開挖工況，即已建洞庫的邊界條件按照儲油狀態(tài)設(shè)置為壓力邊界；擬建洞庫未儲油，設(shè)置為0壓力邊界。根據(jù)庫址區(qū)水位觀測孔的數(shù)據(jù)，以平均地下水位埋深作為模型初始條件，以平均地下水位埋深作為模型初始條件，即模型初始地下水位標(biāo)高為模型上表面的標(biāo)高減去平均地下水位埋深值。三維數(shù)值模型不考慮降雨補給，頂部為自由邊界，模型底部滲透性較弱，故設(shè)置為無通量邊界。模型四周邊界設(shè)置為無通量邊界。水平水幕設(shè)置為壓力邊界，壓力值為0.3 MPa，垂直水幕設(shè)置為壓力邊界，壓力值為0.3+ρ水gh，h為距垂直水幕頂部的豎向距離。擬建洞庫的布局方式研究通過改變兩期洞庫間距、擬建洞庫的軸線方向(擬建洞庫以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)移動后的擬建洞庫中心點與已建洞庫中心點具有相同的X坐標(biāo))和擬建洞庫埋深3個因素來實現(xiàn)。模型計算參數(shù)取值見表1。主洞室布置圖見圖7。

表1 模型參數(shù)取值表

3.4 數(shù)值模型驗證

在已建洞庫開挖過程中，統(tǒng)計地下儲油洞庫的總涌水量。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知[3]，已建洞庫開挖后的穩(wěn)定涌水量約為1 700 m3/d。通過調(diào)整滲流參數(shù)和邊界條件，對已建洞庫開挖后的數(shù)值模型進行校正。通過校準(zhǔn)的數(shù)值模型，研究了擬建洞庫開挖對已建洞庫的影響。因此，使用該數(shù)值模型來研究水封可靠性是合理的。

圖7 主洞室布置圖

3.5 結(jié)果與分析

3.5.1 兩期洞庫間距對滲流場的影響

3.5.1.1 地下水位

在擬建地下洞庫軸線方向(0°)和埋深(30 m)一定的情況下，兩期洞庫間距為50、100、150、200、250、300 m時，分別對有、無垂直水幕系統(tǒng)情況進行數(shù)值模擬。在X=1 200 m位置處作豎直剖面，對已建洞庫1號主洞室和擬建洞庫Ⅰ號主洞室上方的地下水位進行統(tǒng)計可知(見圖8)： 1)在不設(shè)置垂直水幕情況下，隨兩期洞庫間距的逐漸增大，已建洞庫與擬建洞庫上方的地下水位標(biāo)高均在不斷增加，即兩期洞庫的水封可靠性均逐漸增高，且已建洞庫上方地下水位的增大速率大于擬建洞庫，即已建洞庫對間距變化的反應(yīng)更為敏感；2)在兩期洞庫之間設(shè)置垂直水幕系統(tǒng)后，隨間距的逐漸增大，已建洞庫上方的地下水位逐漸增大，即水封可靠性越來越高，擬建洞庫上方的地下水位逐漸減小，即水封可靠性越來越低。擬建洞庫上方地下水位下降這一現(xiàn)象是由兩期洞庫間距增大和垂直水幕位置共同造成的。垂直水幕布置在兩期洞庫中間位置，隨兩期洞庫間距的增大，垂直水幕距兩期洞庫的距離也逐漸增大，垂直水幕的補給作用逐漸減小，擬建洞庫上方地下水位呈下降趨勢；與之相反，隨兩期洞庫間距的逐漸增大，兩期洞庫的相互影響逐漸減弱，擬建洞庫上方地下水位有上升趨勢。在垂直水幕起到的作用大于兩期洞庫間距所產(chǎn)生影響的情況下，擬建洞庫上方的地下水位呈現(xiàn)出與無垂直水幕情況相反的變化趨勢。

相比于無垂直水幕情況，在間距為50 m時，垂直水幕對地下水位的影響較大。隨著間距的逐漸增大，垂直水幕所起到的作用也逐漸減弱。當(dāng)間距大于300 m時，垂直水幕對洞庫上方地下水位的變化已無影響。

圖8 不同洞庫間距下地下水位變化曲線

Fig. 8 Groundwater level under different distances between two caverns

3.5.1.2 涌水量

在數(shù)值模擬中，涌水量通過對地下洞庫表面的地下水滲流速度進行積分求得。無垂直水幕和有垂直水幕條件下，不同兩期洞庫間距對應(yīng)的地下水滲流速度云圖如圖9和圖10所示。由圖9可知： 圍巖中的地下水滲流速度在水平水幕底部位置處最大，隨著兩期洞庫間距的增大，主洞室表面的地下水滲流速度變化較小，6種間距下地下洞庫表面的最大滲流速度分別為6.24×10-8、6.53×10-8、6.29×10-8、6.26×10-8、6.22×10-8、6.16×10-8m/s。由圖10可知： 圍巖中的地下水滲流速度整體增大，最大滲流速度出現(xiàn)在垂直水幕孔的底部位置，且隨著兩期洞庫間距的增大，圍巖中的最大滲流速度逐漸減小，6種間距下地下洞庫表面的最大滲流速度分別為14.83×10-8、7.33×10-8、8.61×10-8、6.87×10-8、7.28×10-8、6.90×10-8m/s。

(a) 50 m

(b) 100 m

(c) 150 m

(d) 200 m

(e) 250 m (f) 300 m

圖9無垂直水幕不同間距下滲流速度變化云圖(單位： ×10-8m/s)

Fig. 9 Nephograms of groundwater seepage velocity under different distances between two caverns and without vertical water curtain system (unit: ×10-8m/s)

(a) 50 m

(b) 100 m

(c) 150 m

(d) 200 m

(e) 250 m

(f) 300 m

圖10有垂直水幕不同間距下滲流速度變化云圖(單位： ×10-8m/s)

Fig. 10 Nephograms of groundwater seepage velocity under different distances between two caverns and with vertical water curtain system (unit: ×10-8m/s)

通過對兩期洞庫的涌水量進行分析可知(見圖11)： 1)在不設(shè)置垂直水幕情況下，隨著兩期洞庫間距的逐漸增大，地下洞庫涌水量均呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，即兩期洞庫間距較近時，圍巖中的地下水快速流向地下洞庫，兩期洞庫相互影響作用較大；當(dāng)兩期洞庫間距增大時，已建洞庫與擬建洞庫之間的相互影響逐漸減弱，地下洞庫的涌水量均逐漸增大。2)在兩期洞庫之間設(shè)置垂直水幕系統(tǒng)后，隨兩期洞庫間距的逐漸增大，垂直水幕距1號和Ⅰ號主洞室的距離也逐漸增加，垂直水幕對兩期洞庫的補給作用逐漸減弱，兩期洞庫的涌水量均呈現(xiàn)出減小趨勢;且間距達到300 m時，兩期洞庫的涌水量仍明顯大于未設(shè)置垂直水幕情況，即垂直水幕使地下洞庫的涌水量明顯增大，且垂直水幕對涌水量的影響隨兩期洞庫間距的增大而減小。

圖11 不同洞庫間距下涌水量變化曲線

Fig. 11 Water inflow under different distances between two caverns

3.5.2 擬建洞庫軸線方向?qū)B流場的影響

3.5.2.1 地下水位

在擬建洞庫埋深(30 m)一定的情況下，擬建洞庫軸線方向角為0°、30°、60°、90°、120°、150°時，分別對有、無垂直水幕系統(tǒng)情況進行數(shù)值模擬。在X=1 200 m位置處作豎直剖面(見圖6(a))，分別對剖面上的孔隙水壓力以及地下水位線進行分析。不設(shè)置垂直水幕情況下(見圖12)： 1)擬建洞庫平行于已建洞庫布置時(方向角為0°)，擬建洞庫上方地下水位下降，未形成明顯的降落漏斗；2)擬建洞庫軸線方向角為30°時，擬建洞庫Ⅲ號和Ⅵ號洞室上方產(chǎn)生了小規(guī)模的降落漏斗；3)擬建洞庫軸線方向角為60°時，擬建洞庫Ⅳ號洞室左上方的降落漏斗距主洞室頂部的距離較小，即水封可靠性較低，擬建洞庫Ⅴ號洞室與主洞室頂部相交，即形成了疏干區(qū)，無法滿足水封可靠性要求；4)擬建

洞庫軸線方向角為90°時，擬建洞庫右上方形成了3處明顯的降落漏斗，其中2處與主洞室頂部相交，即發(fā)生疏干現(xiàn)象，無法滿足水封可靠性要求；5)擬建洞庫軸線方向角為120°時，擬建洞庫Ⅲ號、Ⅴ號和Ⅵ號洞室上方有大規(guī)模的降落漏斗，但均未形成疏干區(qū)；6)擬建洞庫軸線方向角為150°時，僅在擬建洞庫Ⅵ號洞室上方形成了明顯的降落漏斗，其水封可靠性優(yōu)于擬建洞庫方向角為120°的工況。

在設(shè)置垂直水幕系統(tǒng)后(見圖13)： 1)擬建洞庫左側(cè)的地下水位相較于不設(shè)置垂直水幕工況呈現(xiàn)出回升的趨勢，但擬建洞庫右側(cè)位置處的地下水位相較于無垂直水幕工況變化較?。?)不同擬建洞庫軸線方向下，擬建洞庫上方的降落漏斗及疏干情況與無垂直水幕工況基本一致，即在改變擬建洞庫軸線方向的情況下，設(shè)置垂直水幕對擬建洞庫水封可靠性的影響較小。

3.5.2.2 涌水量

根據(jù)圖7可知，擬建洞庫旋轉(zhuǎn)一定角度后(0°～90°)，受模型界限的影響，擬建洞庫左側(cè)距已建洞庫的距離也相應(yīng)減小，即垂直水幕距兩期洞庫的間距也逐漸減小。通過對兩期洞庫涌水量數(shù)據(jù)的分析可知(見圖14)： 1)在不設(shè)置垂直水幕情況下，旋轉(zhuǎn)擬建洞庫，兩期洞庫的涌水量變化均較小，即擬建洞庫的旋轉(zhuǎn)不會對涌水量產(chǎn)生較大的影響；2)在設(shè)置垂直水幕后，旋轉(zhuǎn)擬建洞庫，擬建洞庫的涌水量仍趨于穩(wěn)定，但已建洞庫的涌水量呈現(xiàn)較大幅度的增加，這一現(xiàn)象是因為已建洞庫與垂直水幕相鄰的有效面積大于擬建洞庫，即垂直水幕導(dǎo)致地下洞庫涌水量增大的程度受有效相鄰面積的影響。

(a) 0°

(b) 30°

(c) 60°

(d) 90°

(e) 120°

(f) 150°

圖12無垂直水幕不同軸線方向下地下水位線及孔隙水壓力云圖(單位： MPa)

Fig. 12 Groundwater levels and nephograms of water pressure under different axis directions and without vertical water curtain system (unit: MPa)

(a) 0°

(b) 30°

(c) 60°

(d) 90°

(e) 120°

(f) 150°

圖13有垂直水幕不同軸線方向下地下水位線及孔隙水壓力變化云圖(單位： MPa)

Fig. 13 Groundwater levels and nephograms of water pressure under different axis directions and with vertical water curtain system (unit: MPa)

圖14 不同擬建洞庫軸線方向下涌水量變化曲線

Fig. 14 Water inflow under different axis directions of proposed cavern

3.5.3 擬建洞庫埋深對滲流場的影響

3.5.3.1 地下水位

在兩期洞庫間距(200 m)和擬建地下洞庫軸線方向(0°)一定的情況下，擬建洞庫埋深為10、20、30、40、50、60 m時，分別對有、無垂直水幕系統(tǒng)情況進行數(shù)值模擬。對X=1 200 m豎直剖面上的孔隙水壓力及地下水位線進行分析可知： 1)不設(shè)置垂直水幕情況下(見圖15)，擬建洞庫埋深為10 m時，Ⅴ號洞庫右上方形成了明顯的降落漏斗，隨主洞室埋深的增加，已建洞庫的水封可靠性無明顯變化，擬建洞庫上方的地下水位距主洞室頂部的距離逐漸增大，降落漏斗逐漸減小，即擬建洞庫的水封可靠性逐漸增加；2)在設(shè)置垂直水幕系統(tǒng)后(見圖16)，因垂直水幕的影響范圍有限，Ⅴ號洞庫上方的地下水位并未得到有效補給，擬建洞庫整體的水封可靠性與無水幕條件相比，未發(fā)生明顯改變。

在X=1 200 m的豎直剖面上，對已建洞庫1號主洞室和擬建洞庫Ⅰ號主洞室上方的地下水位進行統(tǒng)計可知(見圖17)： 1)在不設(shè)置垂直水幕情況下，隨擬建洞庫埋深的逐漸增加，兩期洞庫上方的地下水位標(biāo)高均逐漸減小，但擬建洞庫上方的穩(wěn)定地下水覆蓋層厚度逐漸增加，即隨著擬建洞庫埋深的增加，已建洞庫的水封可靠性逐漸降低，擬建洞庫的水封可靠性逐漸增高。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是，隨著擬建洞庫埋深的逐漸增加，擬建洞庫圍巖中的孔隙水壓力逐漸增大，地下水向擬建洞庫的滲流增強，地下水位下降的更多，因此已建洞庫的水封可靠性逐漸降低，但地下水位下降的幅度小于擬建洞庫埋深的改變量，故擬建洞庫的水封可靠性逐漸增高。2)在設(shè)置垂直水幕系統(tǒng)后，隨著擬建洞庫埋深的逐漸增加，兩期洞庫的地下水位均趨于穩(wěn)定，即在擬建洞庫埋深變化的情況下，設(shè)置垂直水幕系統(tǒng)可以有效地弱化擬建洞庫埋深對水封可靠性的影響。

3.5.3.2 涌水量

通過對兩期洞庫的涌水量大小進行分析可知(見圖18)： 1)在不設(shè)置垂直水幕情況下，隨著擬建洞庫埋深的逐漸增加，已建洞庫的涌水量逐漸減小，擬建洞庫的涌水量逐漸增加，且擬建洞庫涌水量的增加速率大于已建洞庫涌水量的減小速率，即總涌水量逐漸增加，印證了兩期洞庫地下水位隨擬建洞庫埋深增加而逐漸減小的趨勢。2)在設(shè)置垂直水幕系統(tǒng)后，兩期洞庫涌水量的變化趨勢和不設(shè)置垂直水幕情況一致，但洞庫涌水量整體有一定程度的增大。綜合地下水位的變化情況可知，垂直水幕直接對地下水位進行了補給作用，從而造成了隨擬建洞庫埋深的逐漸增大，兩期洞庫的總涌水量也相應(yīng)增大，但地下水位趨于穩(wěn)定的現(xiàn)象。

(a) 10 m

(b) 20 m

(c) 30 m

(d) 40 m

(e) 50 m

(f) 60 m

圖15無垂直水幕不同埋深下地下水位線及孔隙水壓力云圖(單位： MPa)

Fig. 15 Groundwater levels and nephograms of water pressure under different depths and without vertical water curtain system (unit: MPa)

(a) 10 m

(b) 20 m

(c) 30 m

(d) 40 m

(e) 50 m

(f) 60 m

圖16有垂直水幕不同埋深下地下水位線及孔隙水壓力云圖(單位： MPa)

Fig. 16 Groundwater levels and nephograms of water pressure under different depths and with vertical water curtain system (unit: MPa)

圖17 不同擬建洞庫埋深下地下水位變化曲線

Fig. 17 Groundwater levels under different depths of proposed cavern

圖18 不同擬建洞庫埋深下涌水量變化曲線

4 結(jié)論與建議

本文以某大型地下水封油庫的擴建工程為依托，通過分析有、無垂直水幕系統(tǒng)情況下，兩期洞庫間距、擬建洞庫軸線方向和擬建洞庫埋深對庫址區(qū)滲流場的影響，主要結(jié)論如下。

1)當(dāng)兩期洞庫間距較小時，設(shè)置垂直水幕可以有效地減小擬建洞庫對已建洞庫水封可靠性的影響。當(dāng)垂直水幕距地下洞庫間距大于150 m時，水幕系統(tǒng)對主洞室的補給作用可忽略不計。

2)該地區(qū)受地形起伏等因素的影響，擬建洞庫應(yīng)平行于已建洞庫布置(擬建洞庫方向角為0°)，旋轉(zhuǎn)一定角度的布置方式會使兩期洞庫的水封可靠性降低。當(dāng)庫址區(qū)地形起伏較大時，建議將擴建洞庫建造在地勢較高且穩(wěn)定地下水位較高的區(qū)域。

3)隨擬建洞庫埋深的逐漸增加，已建洞庫的水封可靠性呈小幅度減小趨勢，擬建洞庫的水封可靠性逐漸增高；但在兩期洞庫之間設(shè)置垂直水幕后，兩期洞庫的地下水位均趨于穩(wěn)定，水封可靠性受埋深變化的影響較小。

本文探討了垂直水幕以單排形式布置于兩期洞庫中間位置對擬建洞庫布局方式的影響，關(guān)于不同垂直水幕布置形式、垂直水幕參數(shù)、垂直水幕與水平水幕的協(xié)同作用等對地下洞庫水封可靠性、涌水量及擬建洞庫布局方式的影響，尚未進行研究。后續(xù)研究中可對以上因素進行探討，建立更為全面的擴建洞庫布局方式分析方法。