張欣然 韓 磊 馬純杰

(1.壽光市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 濰坊 261000；2.山東景城建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，山東 濰坊 261000； 3.濰坊市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 濰坊 261000)

0 引言

石油是使國民經(jīng)濟(jì)能夠順利發(fā)展的戰(zhàn)略性資源。隨著當(dāng)前社會(huì)迅猛發(fā)展，國家對于原油產(chǎn)品的消耗量日益增加，我國對原油產(chǎn)品進(jìn)口依賴程度較高，目前國家石油原油凈進(jìn)口量已經(jīng)超過國內(nèi)原油消耗總量的50%，當(dāng)前國際沖突加劇，能源短缺問題或?qū)⒊蔀橹萍s國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵所在。石油原油的儲(chǔ)備一直是國家重大發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，早在20世紀(jì)末，國內(nèi)一些行業(yè)專家建議建立國家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備體系，這一建議得到了高度重視，地下儲(chǔ)油洞庫技術(shù)也正式發(fā)展開來[1]。經(jīng)過多年研究發(fā)展，地下水封儲(chǔ)油洞庫技術(shù)已逐漸踏上正軌，目前國內(nèi)已有多所大型地下儲(chǔ)油洞庫投入使用。

地下水封儲(chǔ)油洞庫洞體設(shè)計(jì)、施工的關(guān)鍵問題即洞體內(nèi)壁巖體穩(wěn)定性問題[2]。鋼筋錨桿對于地下水封儲(chǔ)油洞庫內(nèi)壁巖層的穩(wěn)定性具有一定支護(hù)作用，但是其極易銹蝕、重量大等特點(diǎn)使其支護(hù)作用具有極大局限性，非金屬材料GFRP錨桿或可成為地下水封儲(chǔ)油洞庫內(nèi)壁巖層支護(hù)的新手段。但是當(dāng)前GFRP錨桿用于地下水封儲(chǔ)油洞庫的研究尚未開展，亦無相關(guān)行業(yè)規(guī)范支撐。本文從地下水封儲(chǔ)油洞庫內(nèi)壁巖體穩(wěn)定性、GFRP錨桿特性等方面進(jìn)行討論，研究GFRP錨桿用于地下水封儲(chǔ)油洞庫內(nèi)壁支護(hù)的可行性。

1 地下水封儲(chǔ)油洞庫內(nèi)壁巖層穩(wěn)定性研究

1.1 地下水封儲(chǔ)油洞庫簡介

地下水封儲(chǔ)油洞庫是以地表之下一定深度處的天然巖體為載體，開鑿一定形狀、尺寸的洞體作為原油儲(chǔ)存空間，洞體以外巖體縫隙中的地下水或者是人工設(shè)置的水幕墻堵封住油氣外泄途徑，視為“水封”，因水油兩種介質(zhì)不相溶，且地下水壓高于油壓，可保證油氣封存完好。洞庫開挖時(shí)在其內(nèi)預(yù)先設(shè)置進(jìn)油、抽油、抽水管道，此整體結(jié)構(gòu)即為地下水封儲(chǔ)油洞庫，其密封原理圖如圖1所示。

1.2 地下水封儲(chǔ)油洞庫內(nèi)壁巖體穩(wěn)定性研究

根據(jù)對實(shí)際地下水封儲(chǔ)油洞庫研究發(fā)現(xiàn)，洞庫的整體穩(wěn)定性由巖體強(qiáng)度及其變形特征、洞庫周邊巖體應(yīng)力集中狀況兩大要素控制，其核心問題仍為洞庫巖石完整性。由于開挖洞庫尺寸一般較大，開挖后洞庫內(nèi)裸露的巖層在長期服役過程中可能會(huì)有巖體發(fā)生位移的問題，為降低這一影響，對于較大尺寸洞庫開挖一般采取分段開挖的方式，在分段開挖的同時(shí)，對洞庫內(nèi)巖層進(jìn)行的支、護(hù)等一系列措施，可有效降低巖體整體穩(wěn)定性的影響。所謂支是指用鋼筋錨桿將洞庫內(nèi)壁巖層穩(wěn)住，控制巖體的位移；所謂護(hù)是指用鋼筋錨桿讓巖體整體受力，提高其承載能力，但是鋼筋錨桿自身的局限性制約著其對地下儲(chǔ)油洞庫支護(hù)的發(fā)展。

2 GFRP錨桿特性研究

2.1 GFRP錨桿材料組成

GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)是玻璃纖維增強(qiáng)塑料的簡稱，是由樹脂和玻璃纖維合成的一種無機(jī)新型非金屬材料。GFRP錨桿是由GFRP材料加工而成的錨桿，根據(jù)其摻合料中樹脂及玻璃纖維含量的不同，其強(qiáng)度也隨之產(chǎn)生變化。一般來說，玻璃纖維含量越高，其強(qiáng)度也越大，但是其最終擠壓成型的難度也越大，因此工程上一般根據(jù)其具體的需要來調(diào)整樹脂和玻璃纖維的比例，以生產(chǎn)出最優(yōu)的GFRP錨桿，圖2為工程常用GFRP錨桿實(shí)物圖。

2.2 GFRP錨桿相比傳統(tǒng)錨桿的優(yōu)點(diǎn)

GFRP錨桿因其自身組成材料特性使其具有傳統(tǒng)金屬錨桿所不具備的優(yōu)勢。GFRP錨桿為無機(jī)材料組成，其比重較之金屬類錨桿要輕的多，使其具有使用方便、便于運(yùn)輸、節(jié)約運(yùn)輸成本等優(yōu)勢；GFRP錨桿彈性模量、膨脹系數(shù)與混凝土類似，與混凝土的變形相協(xié)調(diào)能夠使錨桿及錨固體協(xié)調(diào)工作；GFRP錨桿具有良好的抗腐蝕性，能夠極大提高錨固結(jié)構(gòu)耐久性。

GFRP錨桿因其抗腐蝕、強(qiáng)度高、重量輕等特點(diǎn)被廣泛用于隧道、地鐵等地下結(jié)構(gòu)物的防護(hù)工程中。

2.3 GFRP錨桿用于地下水封儲(chǔ)油洞庫的可行性

地下水封儲(chǔ)油洞庫內(nèi)壁巖體的穩(wěn)定性可以在洞體開挖過程中通過使用鋼筋錨桿錨固的方式加以提高，但是鋼筋錨桿支護(hù)作用的局限性很大，GFRP錨桿相比于鋼筋錨桿其特性可以很好的彌補(bǔ)鋼筋錨桿的缺點(diǎn)。鋼筋錨桿在地下水封條件下難免會(huì)處于潮濕狀態(tài)，長此以往鋼筋會(huì)逐步銹蝕，其支護(hù)效果大為降低，GFRP錨桿為非金屬材料可以忽略潮濕環(huán)境所造成的影響；鋼筋錨桿重量較大，在進(jìn)行洞體頂部巖體錨固支護(hù)時(shí)其自身重量是一個(gè)必須要考慮的因素，鋼筋太重會(huì)對頂部巖體產(chǎn)生向下的拉力，影響頂部巖體的穩(wěn)定；選擇直徑較細(xì)的鋼筋其重量減輕但其強(qiáng)度降低，支護(hù)效果也會(huì)受到影響，相比來說，GFRP錨桿的強(qiáng)度比同等截面的普通鋼筋強(qiáng)度要高，但其重量卻遠(yuǎn)低于鋼筋錨桿，可以代替鋼筋錨桿對地下儲(chǔ)油洞庫進(jìn)行支護(hù)。

當(dāng)前對于GFRP錨桿用于施工的相關(guān)規(guī)范還未落實(shí)，地下水封儲(chǔ)油洞庫施工的發(fā)展還未完善，GFRP錨桿用于地下水封儲(chǔ)油洞庫的研究尚處于空白狀態(tài)，僅有的一些研究大多停留在數(shù)值模擬分析方面，對于將GFRP錨桿用于地下水封儲(chǔ)油洞庫進(jìn)行支護(hù)的研究亟待開展。

3 結(jié)語

地下水封儲(chǔ)油洞庫的發(fā)展建設(shè)是國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要一步，通過對地下水封儲(chǔ)油洞庫儲(chǔ)油原理、內(nèi)壁巖體穩(wěn)定性及GFRP錨桿特性進(jìn)行研究分析發(fā)現(xiàn)GFRP錨桿可以用于地下水封儲(chǔ)油洞庫的支護(hù)，且其應(yīng)用前景相當(dāng)廣泛。