王其寬 張 彬 王漢勛 李玉濤 胡振法 郎保華

(①中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083，中國(guó))(②安徽省皖北煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司含山恒泰非金屬材料分公司，馬鞍山 238171，中國(guó))

0 引 言

傳統(tǒng)意義上的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(Compressed Air Energy Storage，以下簡(jiǎn)稱CAES)大多采用地面壓力儲(chǔ)氣裝置，或利用地下天然洞穴、廢棄礦洞貯存高壓氣體。但其儲(chǔ)氣規(guī)模和壓力環(huán)境易受特定地質(zhì)條件的限制，且循環(huán)效率較低，無(wú)法滿足建設(shè)較大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能電站的需求(劉金超等，2014；梅生偉等，2016)。然而，內(nèi)襯式巖洞(Lined Rock Cavern，以下簡(jiǎn)稱LRC)高壓儲(chǔ)氣庫(kù)在選址方面具有更強(qiáng)的靈活性，能夠承受更高的內(nèi)壓力，有效克服了上述缺陷，為建設(shè)壓縮空氣儲(chǔ)能電站提供了極佳的解決方案。

目前，世界范圍內(nèi)只有兩座壓縮空氣儲(chǔ)能電站進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行,一座是德國(guó)Huntorf電站，其運(yùn)行效率為42%；另一座是美國(guó)阿拉巴馬州的McIntosh電站，其運(yùn)行效率為54%。然而，這兩座儲(chǔ)庫(kù)卻常因儲(chǔ)氣室壓力變化引起的變工況問(wèn)題使得系統(tǒng)處在不穩(wěn)定的工作狀態(tài)之中(陳海生等，2013；張建軍等，2018)。自1997年以來(lái)，美國(guó)能源部聯(lián)邦能源技術(shù)中心委托Sofregaz US Inc.(1999)對(duì)利用內(nèi)襯式巖洞儲(chǔ)存天然氣的商業(yè)化潛力進(jìn)行了相關(guān)研究，證明了內(nèi)襯式巖洞儲(chǔ)氣庫(kù)在儲(chǔ)存效率和利用效率方面的優(yōu)越性；日本從2004～2007年間進(jìn)行了名為“ANGAS(Advanced Natural Gas Storage)”的項(xiàng)目，研究了內(nèi)襯式巖洞儲(chǔ)存高壓天然氣的工作性能，并證實(shí)了其先進(jìn)性(Okuno et al.，2009)。隨著此類工程實(shí)踐的逐漸發(fā)展，在巖洞內(nèi)施作襯砌以儲(chǔ)存高壓氣體的技術(shù)也開(kāi)始陸續(xù)應(yīng)用于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究和建設(shè)當(dāng)中。

提供高內(nèi)壓氣體儲(chǔ)存空間的地下洞穴是壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵，因此針對(duì)地下高壓儲(chǔ)氣洞室穩(wěn)定性的研究尤為重要。國(guó)內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者主要通過(guò)數(shù)值模擬方法從內(nèi)壓環(huán)境、采氣工況、襯砌性能等不同方面對(duì)地下高壓儲(chǔ)氣庫(kù)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析和研究。Zimmels et al.(2002)通過(guò)改變壓力環(huán)境和洞室間距等參數(shù)來(lái)定性比較了內(nèi)襯式CAES隧道的塑性區(qū)分布和拉伸破壞情況；Perazzelli et al.(2016)通過(guò)評(píng)價(jià)巖體的變形破壞和襯砌的完整性，研究了各種巖土條件下淺埋LRC隧道或豎井布設(shè)的可行性；Carranza-Torres et al.(2017)利用FLAC軟件，基于強(qiáng)度折減法研究了不同尺度和深度下收縮腔和膨脹腔的安全系數(shù); Hyung-Mok(2014)基于Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則和地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)分析了不同巖體條件下，高壓氣體地下儲(chǔ)存洞穴的地面隆起問(wèn)題。賈超等(2011)通過(guò)建立強(qiáng)度功能函數(shù)進(jìn)行可靠度計(jì)算，研究了金壇鹽巖地下儲(chǔ)氣庫(kù)隨機(jī)因素影響下，不同內(nèi)壓環(huán)境下的腔體可靠指標(biāo)變化規(guī)律；陳衛(wèi)忠等(2006)利用ABAQUS有限元軟件分析了某廢棄鹽巖溶腔儲(chǔ)氣庫(kù)中圍巖的蠕變變形規(guī)律和損傷區(qū)范圍; 夏才初等(2014)采用ABAQUS有限元軟件分析了高內(nèi)氣壓下壓氣儲(chǔ)能洞室圍巖的塑性區(qū)分布和洞周應(yīng)變，從而優(yōu)化了洞室形態(tài)。以上研究多以天然洞穴、單個(gè)洞室或者單個(gè)影響參數(shù)為研究對(duì)象，且主要偏重于定性評(píng)價(jià)，對(duì)于如何根據(jù)特定的地質(zhì)條件，在保證圍巖穩(wěn)定性的前提下，設(shè)計(jì)出能夠滿足固定儲(chǔ)氣容量的洞室群布局參數(shù)等問(wèn)題，仍需要進(jìn)一步開(kāi)展深入研究。

近年來(lái)，通過(guò)對(duì)某硬石膏礦區(qū)進(jìn)行的研究表明，硬石膏巖體內(nèi)地下能源儲(chǔ)庫(kù)具有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性(Wang et al.，2018，2020；Zhang et al.，2019，2020)。本文基于此礦區(qū)的地質(zhì)資料，建立數(shù)值模型，對(duì)內(nèi)襯式儲(chǔ)氣庫(kù)群在穩(wěn)定高壓作用下的布局參數(shù)設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性進(jìn)行探索性研究。本文數(shù)值模擬中僅考慮豎向的自重應(yīng)力，同時(shí)考慮在洞室內(nèi)表面施作高強(qiáng)、致密混凝土襯砌對(duì)洞室進(jìn)行密封，設(shè)計(jì)單個(gè)洞室的容積為5×104im3，洞內(nèi)工作氣壓為10 MPa。儲(chǔ)氣庫(kù)群由并行排列的雙洞室組成，洞室形狀類似煤氣罐狀，即拱頂和底部呈半球形，中間圓柱體連接拱頂和底部。論文基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，應(yīng)用ABAQUS大型有限元軟件分析研究洞室在不同布局參數(shù)(埋深、洞距、洞徑)組合下的穩(wěn)定性，為內(nèi)襯式高壓儲(chǔ)氣庫(kù)群的設(shè)計(jì)與施工提供參考依據(jù)。

1 儲(chǔ)氣庫(kù)群區(qū)工程地質(zhì)條件

擬選的內(nèi)襯式高壓儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)址位于安徽省含山縣，境內(nèi)區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)情況如圖1所示，從圖中可以看出庫(kù)址區(qū)處在一個(gè)長(zhǎng)條形地塹式斷塊構(gòu)造之中，區(qū)屬寬緩向斜，褶皺弱發(fā)育，地層產(chǎn)狀變化不大，區(qū)內(nèi)斷層較少，活動(dòng)性較弱，構(gòu)造屬簡(jiǎn)單類型。硬石膏巖體區(qū)上覆層為由灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r組成的雜色礫巖，僅含少量的砂巖和硬石膏礫石，控制厚度大于188.6 m，本次建模取該層厚度為200 m。表層為第四系沖積、洪積層，主要成分為砂質(zhì)黏土，控制厚度11.1～43.07 m，本次建模取該層厚度為40 m?？紤]到整個(gè)洞室群處于無(wú)水環(huán)境中，抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，屬低地震烈度區(qū)，因此數(shù)值模擬將不考慮水壓力和地震動(dòng)力等因素影響。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)圖

2 洞庫(kù)群布局參數(shù)影響優(yōu)化

2.1 洞庫(kù)群的數(shù)值模型

根據(jù)實(shí)際二維情況，規(guī)定沿洞室豎直向上為Y軸正向，洞室橫斷面向右方向?yàn)閄軸正向，模型尺寸為1000im×1000 m，即在X、Y軸方向各取1000 m，屬平面應(yīng)變問(wèn)題。模型邊界范圍超出洞室開(kāi)挖區(qū)底部及兩側(cè)5倍洞徑，避免邊界效應(yīng)影響，洞室對(duì)稱布置。

模型采用Quad單元形狀進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格最大尺寸為10im，洞室附近為3～5im，以便進(jìn)行加密和過(guò)渡，如圖2所示。因研究區(qū)域所在的構(gòu)造應(yīng)力水平相對(duì)較低，計(jì)算過(guò)程僅考慮巖石自重。進(jìn)行初始應(yīng)力計(jì)算時(shí)，模型除上表面為自由邊界，不受任何約束之外，其余邊界均取法向位移約束。分3個(gè)步驟進(jìn)行計(jì)算，即初始地應(yīng)力平衡、洞室開(kāi)挖、施加襯砌和10 MPa內(nèi)壓，最終獲取計(jì)算結(jié)果。

圖2 內(nèi)襯式洞庫(kù)群有限元網(wǎng)格示意圖

2.2 物理力學(xué)參數(shù)

由于硬石膏圍巖完整性好，結(jié)構(gòu)面發(fā)育較少且?guī)r性單一，故將圍巖材料假定為理想彈塑性材料，服從Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則。

依據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告和室內(nèi)試驗(yàn)，參照相關(guān)規(guī)范(中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)組，2014)最終判定圍巖級(jí)別為Ⅱ級(jí)，混凝土襯砌材料設(shè)定為彈性材料(夏才初等，2014)，具體參數(shù)如表1所示。其中襯砌的物理力學(xué)參數(shù)依照規(guī)范(中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)組，2014，2016)進(jìn)行取值，襯砌厚度取50 cm。

表1 材料物理力學(xué)參數(shù)

2.3 正交數(shù)值試驗(yàn)

在滿足洞室穩(wěn)定性的前提下，分別選取不同數(shù)值的洞室群布局參數(shù)，根據(jù)數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果確定最優(yōu)布局參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)洞室群布局參數(shù)的優(yōu)化。本文采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法(李玉濤等，2019)，可以實(shí)現(xiàn)多因素多水平的優(yōu)化組合，以此獲得最佳的洞室群布局參數(shù)。其中：布局參數(shù)主要涉及洞室的埋深、洞室內(nèi)徑和洞室間距。洞室的埋深選取經(jīng)典埋深300～400 m，高徑比的增大往往引起地下洞室邊墻塑性區(qū)的發(fā)育，考慮到內(nèi)襯式高壓儲(chǔ)氣庫(kù)的拱頂為關(guān)鍵位置(夏才初等，2014)，故洞室內(nèi)徑在保證單個(gè)洞室容量為5×104m3的基礎(chǔ)上，即洞室截面尺寸不變，滿足高徑比在1(本文為1.2)～2之間遞減，保證洞室穩(wěn)定性?？紤]到左右洞室內(nèi)壁承受極高的內(nèi)壓力，洞室間距(左右洞室內(nèi)側(cè)邊墻之間的水平距離)取值大于2倍洞室內(nèi)徑。正交試驗(yàn)中各布局參數(shù)取值如表2所示。

表2 布局參數(shù)取值

依據(jù)表2中的因素?cái)?shù)(3)和水平數(shù)(5)，本文選用標(biāo)準(zhǔn)正交表L25(56)中的前3列構(gòu)造正交試驗(yàn)方案，確定試驗(yàn)次數(shù)為25次，具體試驗(yàn)方案見(jiàn)表3。

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

本次試驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)選取左側(cè)洞室右邊墻的中點(diǎn)的水平位移Dk1(本文中表現(xiàn)為邊墻在該點(diǎn)附近向外擠入量最大)，左側(cè)洞室頂點(diǎn)的豎向位移Dk2(本文中表現(xiàn)為頂部在該點(diǎn)附近抬升量最大)和塑性區(qū)面積Sp(本文中表現(xiàn)為洞室周圍所有的塑性區(qū)面積之和，等效塑性應(yīng)變?nèi)≈荡笥?×10-5，包括受拉破壞區(qū)面積)(王芝銀等，2006；宋琨等，2011)，試驗(yàn)結(jié)果列于表3。

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

直觀分析法是對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析的重要方法，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的均值和極差的大小可以對(duì)各個(gè)因素的重要性進(jìn)行排序，而正交試驗(yàn)的最佳組合方案即為各個(gè)因素最優(yōu)水平的組合。本文采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)為圍巖的位移和塑性區(qū)面積，當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的均值較小時(shí)，其對(duì)應(yīng)的是較優(yōu)的水平值，當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的極差較大時(shí)，其對(duì)應(yīng)的是較重要的影響因素，本次試驗(yàn)的直觀分析結(jié)果見(jiàn)表4、表5和表6。

表6 評(píng)價(jià)指標(biāo)Sp的直觀分析結(jié)果

從表4可以看出，洞室間距對(duì)邊墻的水平位移影響最大，洞徑的影響最小，重要性排序依次為：洞距、埋深、洞徑。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)Dk1的對(duì)比結(jié)果得出，最佳埋深為400 m，最佳洞徑為42 m，最佳洞距為60 m。

表4 評(píng)價(jià)指標(biāo)Dk1的直觀分析結(jié)果

從表5可以看出，洞室埋深對(duì)拱頂?shù)呢Q向位移影響最大，洞徑的影響最小，重要性排序依次為：埋深、洞距、洞徑。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)Dk2的對(duì)比結(jié)果得出，最佳埋深為400 m，最佳洞徑為42 m，最佳洞距為100 m。

表5 評(píng)價(jià)指標(biāo)Dk2的直觀分析結(jié)果

從表6可以看出，洞室埋深對(duì)圍巖塑性區(qū)的影響最大，洞徑的影響最小，重要性排序依次為：埋深、洞距、洞徑。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)Sp的對(duì)比結(jié)果得出，最佳埋深為400 m，最佳洞徑為42 m，最佳洞距為100 m。

綜合以上對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)中關(guān)鍵點(diǎn)位移和塑性區(qū)面積的直觀分析可知，埋深對(duì)拱頂位移和塑性區(qū)面積影響最大，而洞室間距對(duì)水平位移影響最大，洞徑影響最小。將每個(gè)因素的最佳水平進(jìn)行組合，最終確定理論上洞室布局的最優(yōu)方案為：埋深為400 m、內(nèi)徑為42 m，間距為60～100 m。

3 洞室間距對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響

在洞室埋深和內(nèi)徑確定的情況下，通過(guò)對(duì)洞室間距進(jìn)行相關(guān)的單因素試驗(yàn)，研究洞室間距對(duì)圍巖變形和穩(wěn)定性的影響，從而確定最佳的洞室間距。因此以洞室埋深為400 m、內(nèi)徑為42 m、間距分別為60 m、70 m、80 m、90 m和100 m進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)，其中對(duì)左洞兩側(cè)邊墻中點(diǎn)及上下角點(diǎn)、頂部和底部中點(diǎn)等關(guān)鍵點(diǎn)的總位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共計(jì)8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)具體位置見(jiàn)圖3，其結(jié)果如圖4所示。

圖3 數(shù)值試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖4 不同洞距下位移和塑性區(qū)面積變化曲線

通過(guò)圖4可以看出，洞室間距對(duì)洞室圍巖的變形影響較小，襯砌對(duì)洞室穩(wěn)定性的增強(qiáng)效果體現(xiàn)明顯，其中靠近內(nèi)部一側(cè)邊墻，即右邊墻(G1、G2、G3)的位移呈增大趨勢(shì)，分析原因可能是間距增大之后，洞內(nèi)高壓力對(duì)左右洞室開(kāi)挖之后徑向應(yīng)力卸載效應(yīng)的補(bǔ)償減弱，從而使得儲(chǔ)氣庫(kù)群間的相互作用受到削弱(Martin et al.，2009)。遠(yuǎn)離一側(cè)，即左邊墻(G5、G6、G7)的位移呈減小趨勢(shì)。頂部(G4)和底部(G8)均產(chǎn)生抬升和隆起，且隨間距的增大而減小，底部隆起量是頂部抬升量的2倍左右。在洞室間距為60～100 m范圍內(nèi)，圍巖均未出現(xiàn)塑性區(qū)。

圖5為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形的相對(duì)變化率曲線，即相對(duì)間距為60 m時(shí)位移的變化率。如圖所示，各點(diǎn)的相對(duì)變化率均較小，最大值僅為4.75%，其中左洞兩側(cè)邊墻的位移變化率大致呈線性變化，相對(duì)而言，靠近內(nèi)部一側(cè)(右邊墻G1、G2、G3)的變化趨勢(shì)相比于外部一側(cè)(左邊墻G5、G6、G7)更加顯著，符合右邊墻為受力敏感區(qū)的特征。G4的位移變化率在洞距為70～100 m之間變化較大，這也側(cè)面反映出了拱頂圍巖是變形影響的關(guān)鍵位置，而實(shí)際工程中常會(huì)在拱頂正上方澆筑混凝土塞加以控制，以此達(dá)到限制地面隆起量的目的(Sofregaz US Inc et al.，1999)。G8的位移變化率較為平緩，表明底部圍巖相對(duì)穩(wěn)定。

圖5 不同洞距下監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化率曲線

基于對(duì)洞室圍巖穩(wěn)定性的變形判據(jù)，通過(guò)圖4、圖5的分析，綜合確定洞室的最優(yōu)間距為60 m。最后得到，該內(nèi)襯式高壓儲(chǔ)氣庫(kù)群的理論最優(yōu)布局方案為：埋深為400 m，內(nèi)徑為42 m，間距為60 m。

4 圍巖塑性區(qū)和襯砌主應(yīng)力分布

確定圍巖塑性區(qū)的分布范圍和發(fā)展趨勢(shì)是評(píng)價(jià)洞室圍巖穩(wěn)定性的重要依據(jù)(耿招等，2018；孫琪皓等，2019；周亞?wèn)|等，2019；陳柯竹等，2020)。同時(shí)，為了進(jìn)一步驗(yàn)證和評(píng)價(jià)上述布局方案的合理性，考慮到內(nèi)襯式高壓儲(chǔ)氣洞室的特殊構(gòu)造，除了應(yīng)確定塑性區(qū)的分布情況之外，還需要對(duì)混凝土襯砌的受力情況進(jìn)行分析。由于襯砌在承受巨大壓力的過(guò)程中，極易產(chǎn)生一系列的張拉裂紋(Johansson，2003)，因此本節(jié)重點(diǎn)關(guān)注襯砌的最大主應(yīng)力。

圖6是洞室充氣后的圍巖塑性區(qū)分布圖(此處為更準(zhǔn)確地呈現(xiàn)塑性區(qū)的分布規(guī)律，等效塑性應(yīng)變?nèi)≈荡笥?)。圍巖塑性區(qū)主要零星集中在洞室的拱頂，最大發(fā)育深度約為4 m，分布范圍相對(duì)較小，圍巖具有良好的穩(wěn)定性，但拱頂仍應(yīng)作為后期加固和支護(hù)的重點(diǎn)。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，圍巖塑性區(qū)的范圍隨著洞室埋深的增大而逐漸減小，當(dāng)埋深達(dá)到375 m以下時(shí)，圍巖基本保持穩(wěn)定，未見(jiàn)屈服破壞區(qū)。

圖6 不同埋深下典型內(nèi)襯洞室加壓后的塑性區(qū)分布圖(等效塑性應(yīng)變>0)

洞室充氣加壓后，不同洞徑下混凝土襯砌的最大拉應(yīng)力值隨埋深的變化關(guān)系如圖7。從圖中可以看出，隨著洞室埋深的增加，混凝土襯砌的最大拉應(yīng)力值逐漸降低，且趨勢(shì)放緩，這與夏才初等(2016)的定量分析結(jié)果非常吻合。同一洞徑下，當(dāng)埋深從300 m增大到400 m時(shí)，襯砌的最大拉應(yīng)力值減小約30%，最小值為8.78 MPa，遠(yuǎn)高于混凝土的抗拉強(qiáng)度1.78 MPa，容易產(chǎn)生裂縫。比較任意一個(gè)埋深下的襯砌最大拉應(yīng)力可以發(fā)現(xiàn)，洞徑越大，即洞室的高徑比越接近于1，洞室截面類似圓形時(shí)，最大拉應(yīng)力值越小，這主要是由于近似圓形斷面的襯砌結(jié)構(gòu)受力更加均勻，應(yīng)力集中現(xiàn)象不明顯，同時(shí)圍巖較高的穩(wěn)定性也起著重要作用(韓現(xiàn)民等，2011；范勇等，2017)。

圖7 不同洞徑下襯砌的最大拉應(yīng)力值隨埋深的變化曲線

圖8是襯砌的最大主應(yīng)力分布圖，圖中顯示襯砌頂部和底部位置，表現(xiàn)為拉應(yīng)力，這也反映了該區(qū)域是張拉裂縫的主要發(fā)育區(qū)，與Okuno et al.(2009)和Jukkrawut et al.(2017)通過(guò)模型試驗(yàn)監(jiān)測(cè)到的裂縫發(fā)育情況十分相似，驗(yàn)證了本文數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。后者通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)裂縫的發(fā)育位置是由原始地層側(cè)壓力系數(shù)的大小決定的，其認(rèn)為當(dāng)側(cè)壓力系數(shù)小于1時(shí)，裂縫主要在洞冠處發(fā)育和延伸，本文設(shè)定的側(cè)壓力系數(shù)為0.5，與其結(jié)果相一致。這一結(jié)果可為后期焊接鋼筋網(wǎng)格的設(shè)計(jì)和布置提供參考，以約束裂縫擴(kuò)展。此外，最大拉應(yīng)力的分布也符合圍巖的破壞區(qū)域，即塑性區(qū)主要在洞室頂部的規(guī)律。

圖8 襯砌的最大主應(yīng)力分布圖(單位：kPa)

5 結(jié) 論

論文以擬利用的某深部硬石膏礦井建造內(nèi)襯式巖洞壓縮空氣儲(chǔ)庫(kù)為背景，結(jié)合擬建儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)址區(qū)及礦體的工程地質(zhì)條件，采用數(shù)值模擬方法，基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和單因素試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)洞庫(kù)群關(guān)鍵點(diǎn)的位移、塑性區(qū)面積、位移變化率等指標(biāo)進(jìn)行定量分析，得出如下結(jié)論：

(1)高內(nèi)壓環(huán)境下，洞室埋深是影響內(nèi)襯式巖洞儲(chǔ)氣庫(kù)圍巖變形和穩(wěn)定的最顯著因素，其次為洞距、洞徑。經(jīng)優(yōu)化分析初步確定了洞庫(kù)群的最優(yōu)布局參數(shù)為：埋深為400 m，內(nèi)徑為42 m，間距為60 m。

(2)洞距的增大使得高內(nèi)壓對(duì)圍巖的啟裂效應(yīng)受到削弱，洞周各關(guān)鍵點(diǎn)的位移變化趨勢(shì)和程度有明顯差異，且內(nèi)側(cè)邊墻和拱頂為變形敏感區(qū)。改變洞距對(duì)圍巖塑性區(qū)的影響不顯著。

(3)因受襯砌的約束作用洞庫(kù)圍巖塑性區(qū)發(fā)育得到明顯抑制，僅見(jiàn)于洞室的頂部，在較大埋深下，未見(jiàn)發(fā)育。襯砌的最大拉應(yīng)力主要分布在頂部和底部，增大埋深或減小高徑比都有助于提高襯砌的穩(wěn)定性。