下载文档原格式
黄岛LPG地下储库工程注浆施工方案编制：审核：批准：中铁隧道集团有限公司黄岛LPG地下储库工程项目经理部2007年1月1日黄岛LPG地下储库工程注浆施工方案注浆是控制黄岛LPG地下储库工程洞库渗漏水的关键工序，良好的注浆效果可以减少开挖期间的渗漏水，控制洞室壁面的渗水量，有利于保持洞库必要的水位线，有利于封闭裂隙而减少储存的气体逃逸。
在洞室开挖过程中遇到突然涌水时，也需采用注浆技术进行堵水。
洞室注浆施工方案如下：一、注浆工艺本工程地下洞室开挖过程中注浆类型可能有渗漏控制注浆、孔隙填充注浆、接触注浆、固结注浆、残余注浆等。
其中渗漏控制注浆是为确保安全施工和减少洞室渗水量以保持水位稳定，是注浆工作中的“重中之重”；孔隙填充注浆是为了用浆液填充洞室附近局部的断层、较大的节理裂隙以及岩石与喷混凝土之间的缝隙；接触注浆，用以密闭封塞或其他特殊部位；固结注浆主要对破碎围岩进行固结，以提高围岩的整体性；残余注浆是对残余渗漏部位进行注浆，进一步减少开孔对水文地质流态模式的影响。
渗漏控制注浆分预注浆和后注浆两种操作类型，预注浆分探孔注浆和扇形注浆。
后注浆是对工作面以后部分残余渗透或为进一步减小开孔对水文地质流态模式的影响而进行的附加注浆。
判断预注浆的标准程序见图：《预注浆判断标准程序图》；注浆施工工艺见图：《注浆施工工艺框图》和《注浆施工工艺图》。
注浆所用浆液，根据具体需要分为单液注浆和双液注浆。
单液注浆所用的浆材是以水泥为主，添加一定的附加剂（如稳定剂等）与水泥混合配制成的浆液，主要用于预注浆；双液注浆所用的水泥浆和水玻璃按一定的比例混合而配制的浆液，主要用于封堵较大的涌水或跑浆严重的围岩浅层封闭注浆。
浆液配合比：水泥浆是含一定稳定剂的稳定浆液，水灰比一般为5～0.5。
水泥-水玻璃双液浆体积比（C/S ）为1:0.4～1:1。
其中，水泥浆液的水灰比（W/C ）为1～0.6，水玻璃浓度为35Be 。
在注浆过程中，浆液的配合比要根据地下水的流量及水压、注浆阶段、注浆压力、岩体的渗水性、岩性及涌漏水量的特点、胶凝时间要求待因素来确定和调整。
黄岛国家石油储备地下水封洞库工程创优策划与实施案例黄岛国家石油储备基地有限责任公司一、工程概况1、工程基本信息（1）黄岛国家石油储备地下水封洞库工程（以下简称黄岛洞库）是国家石油储备二期工程之一，是国内第一个大型地下水封石洞油库工程。
工程分为地下和地上两个单项工程。
地上工程主要包括：变配电、自控、消防、油气回收、制氮、污水处理设施等单元；地下工程主要包括9个储油主洞室、5条水幕巷道、6个操作竖井及施工巷道、通风巷道等。
工程于2010年11月18日开工，2014年3月26日进行中间交接，2015年5月26日一次投运成功，2017年4月27日通过项目竣工验收。
项目批复投资概算214,425万元，竣工决算198,682万元。
（2）工程管理模式 作为中国施工企业管理协会第三批全过程质量控制试点单位，以创国家优质工程金奖为目标，采用建设项目部负责的E+P+C+监理+第三方技术监测（服务）的管理模式，融工程建设、科技创新、推广应用为一体，建立全覆盖的全过程质量控制管理体系。
石油化工工程质量监督总站行使工程质量监督，工程监理单位实施全过程监理核查控制，施工单位严格自控，第三方技术监测（服务）实施地质预测预报、安全监测、反馈分析。
（3）工程创新体系大型地下水封洞库工程在我国尚属首次，没有成熟的技术和经验可供借鉴，许多关键技术均有待于系统、深入地研发，中国石化成立攻关组，明确以项目驱动创新，以实际应用为目的，以参建单位为创新主体，产学研相结合的创新指导思想，制定自主创新计划，建立自主创新体系，确定项目管理创新、节理裂隙岩体渗流特性及其对洞库水封性影响、大型密集洞室群围岩稳定性综合判识系统开发与应用、地下水封洞库动态设计辅助数字平台系统开发与应用、大型洞库液下泵国产化研发、平行多层布置大型密集洞室群施工期通风技术开发与应用、大型地下水封石洞油库动态设计方法创新、大型地下水封洞库勘察技术方法创新，大型地下水封石洞油库施工技术创新等12个攻关地下洞库三维鸟瞰图辅助生产区鸟瞰地下洞库三维鸟瞰课题，分别从管理创新、技术创新、方法创新、理论创新入手，开展课题攻关, 切实解决建设难题，确保工程质量。
地下水封储油洞库项目排水系统设计
地下水封存油库项目排水系统设计需要考虑以下几个因素：
1. 排水方式：可以采用重力排水、机械排水或泵站排水等方式，根据具体情况选择适合的排水方式。
2. 排水管道：选择合适的排水管道材料和规格，确保其具有足够的抗压、抗腐蚀能力，并且布置合理，保证排水的顺畅。
3. 排水口设计：安装排水口或井口，在合适的位置设置泄洪口，以便将排出的水导入合适的排水渠或水源。
4. 排水量计算：根据地下水位、油库容量等因素，计算出油库项目的排水量，确保排水系统能够有效处理排出的水。
5. 排水处理：考虑地下水中可能含有的油污染物，选用合适的排水处理方法，例如油水分离器、化学处理、生物处理等，确保排水水质符合相关环保标准。
请注意，以上仅为一般性指导，具体的项目排水系统设计需要根据实际情况进行具体设计和论证，以确保设计方案的合理性和安全性。
地下水封石油洞库施工期通风方案初探作者：刘更宏，赵晓来源：《科技视界》 2015年第27期刘更宏1赵晓2（1.海工英派尔工程有限公司，山东青岛266100；2.中国安能建设总公司，中国北京100055）【摘要】结合工程案例，探讨地下水封石油洞库施工通风方案的确立，并给出了地下洞库各巷道和洞室的通风量计算方法，给出了通风管道的材料选用方法。
【关键词】地下水封石油洞库；施工期；施工巷道；水幕巷道；主洞室0引言近年来，为了消除国民经济发展的瓶颈，减小国家能源战略的风险，我国加大了能源储备领域的投资建设，兴建了一批国家原油储备库。
我国的国家原油储备库主要分两类：地上原油储备库（由大型原油储罐群构成，油库容量不小于120万m3）；地下水封石油洞库（由地下石制洞窟群构成，油库容量不小于100万m3）。
在我国地上原油储备库已建了许多，设计、施工等各方面技术措施已较为成熟，不再赘述。
地下水封石油洞库在我国刚刚起步建设，包括设计在内的各方面技术措施，仍处于探索阶段，存在许多技术盲点。
本文就以笔者参与设计的黄岛国家地下水封石油洞库的经验，浅谈一下地下水封石油洞库在施工期间的通风问题。
1问题提出地下水封石油洞库常建在地质为一类或二类品质岩石为基准的石体山脉下，建设过程中，需要开挖地下施工巷道、地下水幕巷道、地下主洞室。
有时，为了减少工程费用、降低施工难度、加快施工进度，需要设置工艺操作巷道、通风巷道等。
在开外这些巷道过程中，由于火药爆炸而产生大量的粉尘气体及炮烟；在爆破后约40~60分钟，开始进运渣车辆和装载机，这些车辆在运行时也会产生大量汽车尾气。
要消除地下洞室的烟气和汽车尾气，就得制订合理的通风方案和确定通风量。
下面结合笔者参与设计的黄岛国家地下水封石油洞库的案例，进行探讨。
1.1地下施工巷道通风施工巷道为地下水封洞库的最主要的运输通道，也是最先要开挖的通道。
由于刚开始施工巷道与其它巷道没有贯通，施工巷道的通风只能采用压入式通风方式，即采用高压送风机，将库外的新鲜空气送至地下施工巷道内的工作区域。
地下水封石油洞库水幕系统施工技术摘要：石油是现代工业的“血液”，是一个国家的经济命脉，石油供给的稳定对于经济发展和社会稳定都有着不可估量的作用。
为了保证石油稳定供给，需要建立石油战略储备库。
相比于地上的储备库，地下储备库具有安全性高、使用寿命长、可躲避常规武器袭击等优点，而地下水封石油洞库作为地下储备库的一种，除了具有以上优点，还具有区域适应性强、库存规模大、占地面积小和易扩建等优点，已成为国内外石油储备库建设的首要选择。
关键词：地下水封；石油洞库；水幕系统；施工技术；分析引言：目前大型地下岩洞储油库主要采用水封洞库的形式，即采用地下水压力将储存介质封闭在储存空间中，为保持储油洞室上部有稳定的地下水位，控制储油洞室周围的地下水流和水压，保证储库的水封效果，在储油洞室上部设置水幕系统。
1.水幕水文试验及水幕孔施工研究现状随着国家战略石油储备的大力建设，国内目前已经建设完成和正在建设的地下石油储备库已经有相当的数量，伴随着这些项目，很多学者发表了一些地下水封石油洞库水幕系统方面的论文。
例如，邵再良重介绍在勘察中的注水－消散试验的方法和步骤；李树忱详细分析了水幕系统连通性评价方法和判别准则；赵显山介绍了降水头试验、吕荣试验、压力－消散试验在可研勘察期间的应用；周永力详细介绍了水幕孔的施工技术，以及水幕孔施工完毕后采用单孔试验评价水幕孔合理性的方法，还有有效性试验的程序；李印以本水封洞库实例，详细介绍了单孔试验的运用。
以上文献从各个方面都涉及到了单孔试验和有效性试验的应用，但是没有谈及他们之间在地下水封洞库工程中的相关性，也没有谈及施做时间、作用、功效等，更没有谈到地下水封洞库水力试验中很重要的一个试验即全面水力试验。
2.水幕系统施工方案2.1工程特点一是地下水位及渗流控制严格。
为确保地下水封洞库正常运行，水幕系统在主洞室开挖完成前形成，进行全过程充水，在开挖过程中要注意杜绝出现较多的渗漏水，避免地下水位严重下降而影响洞库的气密性，或由于渗漏水量较多而增加洞库投产期排水及水处理的费用。
黄岛地下水封洞库注浆堵水方案及应用研究摘要：为确保地下水封洞库的正常运行，保证水封效果，洞库应在洞室开挖完成后及时进行灌浆堵水处理，以减少对地下水位的影响。
以黄岛地下水封洞库为研究出发点，针对地下水封洞库在前期注浆施工中出现的细微裂隙透水不吸浆、回浆变浓，以及注浆质量检查孔压水试验透水率满足设计要求但仍存在面域渗水超标的施工部位，提出采用超细水泥浆液对渗水点进行浅孔密布后注浆施工，并进行检查孔透水率试验和检查孔注浆封孔。
试验结果报告表明，本次超细水泥浅孔后注浆试验施工完成情况良好，渗流量及压水试验透水率均明显减少，注浆效果显著。
关键词：水封洞库；超细水泥；浅孔后注浆；降低渗水量1引言石油作为世界各国经济发展的基础能源，由于其不可再生性，决定了在没有发现替代品之前，石油价值具有不可逆转的特性。
由于我国国内石油资源不足，原油产量供需矛盾突出，缺乏健全完善的能源安全预警应急体系及国际公认的石油战略储备和商业储备等一系列因素，我国于2003年正式启动建立石油储备体系。
地下水封洞库具有安全、储藏容量大、经济、环保等优点，因此近几十年得到了长足的发展。
地下水封洞库的原理是利用洞室周边岩体裂隙水压力与洞库中的油压力之差封存洞库中的原油[1-3] 。
我国正加紧在东部沿海地区建造大型地下水封洞库工程，但是对于地下水封洞室的渗水性要求极高。
有效的减少洞室渗流量，不仅可以保证地下渗流场稳定，还可延长工程使用寿命，降低洞库后期运行费用。
本文研究黄岛国家石油储备地下水封洞库在渗水率满足设计要求但仍存在面域渗水超标的施工部位，采用超细水泥浅孔注浆技术[4-6]有效的解决面域渗水问题，且在实际工程中应用较广,并取得了良好的堵水效果和经济效益。
2工程概况2.1洞库区概况黄岛地下水封洞库位于青岛市黄岛区，总占地面积约57.1公顷，包括地下工程和地上辅助设施两部分，设计石油储备库容300×104m3。
地下工程主要由主洞室群、竖井、水幕系统及施工巷道等组成，主洞室群分成3组，每组3个洞室，共9个洞室，每组洞室之间由施工巷道连通。
浅谈地下水封洞库水封系统根据地下水封洞库的原理，以洞库的水封性实现条件入手，分别探讨了天然地下水及人工水幕的建设过程，并强调了要注意的问题。
标签：水封水幕天然地下水0引言目前由于国家油气储备已上升到战略高度，相对地上储备，地下储备洞库投资省，维护费用低，目前已开始在国内大量采用。
国外地下储气洞库起步较早，根据地下储存地质环境的不同，主要有四种不同类型：地下砂岩含水层储备、油气田储备功能性推荐规范、盐岩岩穴储备功能性、地下开挖石洞储备。
而以黄岛为首的大型地下储油洞库为地下开挖石洞油库，其相对于地下的溶盐洞穴，尤其是那些地层中不含有盐矿或者含有的盐矿不具备溶解开采特性时，是非常可取的。
1地下水封洞库的原理地下水封储油库是通过人工在地下岩石中开挖形成的，其密封是通过地下水往洞内渗透实现的，地下洞库必须建在稳定的地下水位线以下，洞的埋深与所储存的介质压力有关，以保证洞库周围的地下水压力大于洞内储存介质的压力；为保证强度地下水封储气洞库一般修建在岩性较好的岩体中。
洞室开挖前，地下水通过节理裂隙渗透到岩层的深部并完全充满岩层空隙，洞室开挖形成后，周围岩石中的裂隙水就向被挖空的洞室流动，并充满洞室。
在洞室中注入石油后，洞室周围会存在一定油、水压力差，因而在任一相同水准上，地下静水力都大于洞内油压，这样，洞内石油就储存在这个封闭的压力场中。
在水压力的作用下，岩体中的裂隙水不断地流入洞室中，而石油却不能从裂隙中泄漏。
流入洞内的水沿洞壁汇集到洞底部形成水垫层，由于油比水轻、油水不相混，石油始终漂浮在洞室底部的水垫层上。
通过油水介面检测仪监视其液位，待达到一定高度时，用装在洞内的潜液泵将水排出洞外。
2地下水封实现条件地下水封洞库水幕系统的布置原则：目前山东青岛、烟台、湛江、惠州，辽宁锦州等地已经进入实质性的施工阶段，而这几个洞库的选址都是近海地段，相对于目前新加坡、韩国等在海底建设的洞库，近海洞库天然水力条件较差，人工水幕系统作为补充是必不可少的。
地下水封石油储存洞库水幕孔施工技术探讨摘要：本文在地下水封石油储存洞库工程施工环境的基础上，针对工程水幕系统水幕造孔质量控制困难及水幕孔长等特征，采用“支撑杆+纠偏器”的方法调整钻孔轨迹，保证钻孔精度。
通过对工程水幕钻孔施工技术阐述及应用实例的分析，验证此施工方法的可行性并探讨出影响水幕孔水平造孔精度的因素。
Abstract：This paper based on the construction environment of underground water sealed oil storage caverns，according to the difficult quality control of water curtain system，long water curtain hole and other characteristics，adopts the method of the "support rod and the deviation rectifying device" to adjust the drilling track and ensure the accuracy of the drilling hole. Through the analysis of the construction technology of water curtain drilling elaboration and applicationof examples，this paper verifies the feasibility of this construction method and explores the factors which affect the level of water curtain hole boring precision.关键词：地下水封石油储存洞库；水幕钻孔；钻孔精度；施工技术Key words：underground water sealed oil storage cavern；water curtain hole；drilling accuracy；construction technique 中图分类号：TE972 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）17-0116-030 引言洞库建设于地下稳定水位线以下一定深度，洞室周围岩石裂隙将油或气包裹起来，并保持洞库地下水的渗透压力和渗透量，以此实现水封功能。
第1章绪论1.1工程背景1.1.1工程概况黄岛国家石油储备库地下水封洞库工程是目前国内首批正在实施的地下原油储备库建设项目。
库址区位于青岛市经济技术开发区（黄岛）新安街办冷家沟社区西北，东距黄岛石油码头13 km，北距黄岛国家地上储备库10 km，南距疏港高速公路（胶南-黄岛）约0.5 km。
储库洞室区呈北偏西方向展布，东西宽600 m，南北长约838 m。
图1.1 黄岛地下水封石油洞库地下工程立体图工程包括地下工程和地上辅助设施两部分，设计库容300×104 m3，设计地下工程主要包括2条施工巷道，9个主洞室，6条竖井及5条水幕巷道，如图1.1所示。
2条施工巷道入口位于洞库南侧，设计标高均为70 m，分别沿洞库东西两侧向北延展，至洞库北端交汇，并沿主洞室方向3个支叉向南延伸至洞库南部，总长度为5819 m，终端设计标高为-30 m，平均坡降约为13.3 %。
施工巷道洞跨为9 m，洞高为8 m。
9个主洞室按南北偏西平行设置，每3个主洞室之间通过四条支洞相连组成一个罐体，共分为3个洞罐组。
主洞室设计底板面标高为-50 m，长度为500～600 m不等，设计洞跨20 m，洞高30 m，截面形状为直墙圆拱形。
主洞室壁与相邻施工巷道壁之间设计间距为25 m，两个主洞室之间设计间距为30 m。
3组洞罐各设置2条竖井（共6条竖井），直径分别为3 m和5 m，设计井口标高为100 m，深度为110 m。
主洞室顶面以上30 m 设置5 条水幕巷道，垂直主洞室方向布置，总长度约2835 m，设计洞跨为5 m，洞高为4.5 m。
工程库址区属频临黄海的低山丘陵区，属低山丘陵地貌。
洞库山体为龙雀山，近东西走向，山脊标高280～350 m，山脊北侧为陡崖，南侧为陡坡，地形坡度一般为35°～55°，山脊南北两侧发育近南北向及北东向冲沟。
洞库主体位于龙雀山南侧，地面平均标高为220 m，最高点位于大顶子，标高为350.9 m，最低点位于ZK012 钻孔处的竖井口位置，标高为97.50 m，相对高差为253.40 m。
某水封式地下储油洞库水幕系统施工\系统测试及供水施工组织设计【摘要】水幕巷道设置在储油洞罐上方25m处，底标高为-32m，断面为6.5m×6m的三心拱直墙型，内设水平和垂直水幕孔，孔长（深）约为60m。
水幕孔较深且充水后的水幕孔在储油洞室施工中起关键作用，如何选择合适的钻孔设备保证孔斜，且采取合理的方法进行水幕孔的单孔试验和有效性试验，使水幕系统在储油洞室的开挖中保持有效性是施工组织设计中的关键。
【关键词】水封式地下储油库水幕孔钻孔试验l.工程概况某地下水封式石油储备库设计库容300×104 m3，拟建4组储油地下洞罐（每组由2条长为934m、断面跨度和高度分别为19m、24m的储油洞室通过连接巷道连接而成），洞型采用三心拱直墙型，洞室底面标高为-80m，顶标高为-56m。
每组洞罐容积约为75×104 m3。
水幕系统设置在储油洞罐上方25m处，底标高为-32m，主要是东西向的水幕巷道5条（每条长度974m）、南北向连接水幕巷道1条（长度为486m），断面均为 6.5m×6m，洞型为直墙三心拱形。
在水幕巷道内设水平和垂直水幕孔，水平水幕孔钻孔位置位于水幕巷道距底面1m高度的边墙上。
垂直水幕孔钻孔位置沿水幕巷道的底面中轴线。
水幕孔直径均为100mm，水幕孔长度约为60m，水平水幕孔间距为10m，垂直水幕孔间距为20m。
主要工程量：水平水幕孔34830m，垂直水幕孔11300m。
2、水幕系统的工作原理储库洞室内石油完全依靠地下水和人工水幕进行密封，防止液化石油气从储库中外泄。
其原理为：储库洞室开挖后不施做衬砌，仅在洞口采用混凝土墙进行封堵，其余部位在洞室上部水幕巷道中钻孔注水形成水幕，使洞室上部围岩地下水保持一定水位和压力，以达到密封目的。
每座储库上方设水幕巷道，水幕巷道边墙两侧和底部布置若干水幕孔。
储库洞室开挖前，通过水幕水平孔进行围岩临时注水补充地下水(注水压力为海平面静水头高度压力，保证地下水位维持一定的水头高度，防止开挖过程中地下水位下降(即需“临时注水”)。
地下水封储油洞施工方案一、项目前期准备项目调研：详细了解地质情况、地下水文条件、环境影响评估等因素，确保项目的可行性。
设计方案确定：根据调研结果，制定合理的设计方案，包括储油洞的尺寸、位置、结构等。
材料采购：根据设计方案，提前采购所需的防水材料、混凝土、油封材料等。
人员组织：组建专业施工团队，包括地质工程师、土木工程师、施工工人等。
二、基础建设施工道路建设：确保施工现场的交通便利，方便施工材料和设备的运输。
施工用水电：保障施工现场的水电供应，确保施工的正常进行。
三、洞库挖掘挖掘方法：根据地质条件选择合适的挖掘方法，如爆破法、机械挖掘等。
挖掘顺序：按照设计方案确定的顺序进行挖掘，确保挖掘的准确性和安全性。
四、防水层施工材料选择：选用高质量的防水材料，确保防水效果。
施工方法：按照防水材料的施工工艺要求进行施工，确保防水层的完整性和密封性。
五、土方回填回填材料：选用符合要求的回填材料，确保回填的密实性和稳定性。
回填方法：按照设计要求进行回填，确保回填的均匀性和密实性。
六、混凝土施工混凝土配比：根据设计要求进行混凝土配比，确保混凝土的质量和强度。
浇筑方法：按照混凝土施工工艺要求进行浇筑，确保混凝土的密实性和均匀性。
七、油封材料施工材料选择：选用质量稳定、性能可靠的油封材料。
施工方法：按照油封材料的施工工艺要求进行施工，确保油封层的完整性和密封性。
八、排水系统施工排水设计：根据地质条件和地下水位设计合理的排水系统。
施工方法：按照设计要求进行排水系统的施工，确保排水畅通无阻。
九、完工验收与维护验收标准：按照设计要求和相关规范进行验收，确保施工质量符合要求。
维护保养：定期对储油洞进行维护保养，确保储油洞的正常使用和安全。
十、安全注意事项严格遵守安全生产规定，确保施工现场的安全。
定期对施工人员进行安全培训，提高安全意识。
加强施工现场的安全管理，确保施工过程的顺利进行。
以上即为地下水封储油洞的施工方案，确保在施工过程中严格遵守各项规定和要求，确保施工质量和安全。
关于黄岛国家石油储备库水封效果评价和控制的几点认识张奇华
【期刊名称】《长江科学院院报》
【年(卷),期】2014(031)008
【摘要】针对地下水封洞库水封效果评价和控制存在的几个问题,首先讨论了有关规范中对洞库围岩渗透性要求和洞库渗水量要求之间存在的矛盾,认为岩体渗透性指标不需如规范那么严格,就可以达到洞库渗水量控制要求.随后,指出了黄岛国家石油储备库工程围岩灌浆效果压水试验检测的评判标准过于宽松,并讨论了制定评判指标需要考虑的因素.最后,通过分析指出水幕系统可以在洞库上方形成稳定的水压力场,是天然地下水不能发挥水封效果时的补充.计算模拟结果表明当天然水位降低到一定程度后,只有水幕系统也能起到水封效果,10 m间距的水幕孔能够形成
180kPa的连续的等水压线,洞库上方能够形成稳定且有一定水力梯度的渗流场.【总页数】5页(P112-116)
【作者】张奇华
【作者单位】长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,武汉430010
【正文语种】中文
【中图分类】TU452;TE88
【相关文献】
1.大型石油储罐基础施工方法实用性研究——以兰州国家石油储备库罐基础施工为例 [J], 杨磊;岳挺
2.地下水封石油储备库洞室间距及数值分析 [J], 胡谋鹏;梁久正
3.黄岛50万 m3地下液化石油气水封洞库库容测量 [J], 吕宏权
4.某地下水封石油洞库渗流场模拟研究及水封效果评价 [J], 梁斌;陈刚;胡成
5.提水试验在含水层渗透系数求取中的应用——以黄岛地下水封石油洞库为例 [J], 周斌;陈刚
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
地下水封石洞油库设置水幕系统必要性研究
王敬奎;吴振营;徐佳;周永力
【期刊名称】《长江科学院院报》
【年(卷),期】2014(031)001
【摘要】水幕系统是地下水封石洞油库(简称“地下水封洞库”)的重要组成部分,它的设置与否将直接影响到地下水封洞库的水封效果.因为水幕系统施工难度大,工期长,工程量大,所以业界对于地下水封石洞油库是否有必要设置水幕没有形成一致意见.结合国内外地下水封石洞油库的工程经验,根据在建某洞库的水文地质及工程地质条件,运用ABAQUS软件进行计算,客观地阐述了设置水幕系统的必要性,可为以后地下水封石洞油库的规划和建设提供可靠的决策支持.
【总页数】4页(P110-113)
【作者】王敬奎;吴振营;徐佳;周永力
【作者单位】海工英派尔工程有限公司,山东青岛266061;海工英派尔工程有限公司,山东青岛266061;黄岛国家石油储备基地有限责任公司,山东青岛266510;武警水电部队第七支队,武汉430223
【正文语种】中文
【中图分类】TE822
【相关文献】
1.地下水封石洞油库地下水水化学特征研究 [J], 梁建毅;黄安达;郭孔灵;刘广煜
2.地下水封石洞油库对地下水的影响数值模拟分析 [J], 刘青勇;万力;张保祥;曹国
亮;张欣
3.地下水封石洞油库地质灾害危险性评估——以山东某地下水封石洞油库工程为例[J], 陈奇;武强;李俊彦
4.海岛环境下地下水封油库竖直水幕系统水封可靠性研究 [J], 李玉涛;张彬;石磊;彭振华;李俊彦
5.地下水封石洞油库岩爆灾害预测评估——以某地下水封石洞油库实际工程为例[J], 陈奇;李俊彦;张杰坤;王桂海
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
黄岛国家石油储备地下水封洞库工程 主洞室及水幕巷道施工技术要求 项目文件号 S09004D0301 专业文件号 6208003施工组织业主文件号设计阶段 详细设计 第1 页 共 49 页工厂(公司)名称： 黄岛国家石油储备基地有限责任公司项目名称： 黄岛国家石油储备地下水封洞库装置及（或）单元名称：原油洞罐区 4321供施工用 杨 萌 王福初 朱传喜 许 卫 2012.1.9 0供施工用 杨 萌 王福初 朱传喜 许 卫 2011.7.4 修改 说 明 编 制 校 对 审 核 项目经理 日 期 1 1编 制： 杨 萌校 对： 王福初审 核： 朱传喜项目经理： 许 卫业主文件号设计阶段详细设计第 2 页共 49 页目次1 概述 (4)1.1 工程概述 (4)1.2 主洞室及水幕巷道工程概述 (4)1.3 说明 (5)2 开挖施工技术要求 (6)2.1 总则 (6)2.2 施工测量 (7)2.3 主洞室及水幕巷道开挖要求 (8)2.4 钻孔爆破 (9)2.5 爆破安全规定 (10)2.6 开挖石渣的利用与弃置 (10)2.7 地下通风和防尘 (11)2.8 供电和照明 (12)2.9 防、排水处理 (12)2.10 不良工程地质地段施工 (13)2.11 施工期临时监测 (15)2.12 质量检查与验收 (15)3 岩石支护技术要求 (16)3.1 总则 (16)3.2 锚杆施工 (17)3.3 预应力锚索 (20)3.4 喷射混凝土的施工 (24)3.5 钢筋格栅和型钢拱架 (27)3.6 临时(超前)支护 (27)业主文件号设计阶段详细设计第 3 页共 49 页3.7 特殊地质条件下的联合支护施工 (29)3.8 质量检查与验收 (29)4 钻孔与灌浆 (33)4.1 总则 (33)4.2 钻孔 (34)4.3 取样操作 (37)4.4 地下洞室灌浆 (37)4.5 灌浆质量检查和验收 (39)4.6 水幕孔、排水孔作业 (40)5 混凝土工程施工技术要求 (41)5.1 总则 (41)5.2 施工准备 (41)5.3 模板工程 (42)5.4 钢筋工程 (43)5.5 混凝土配合比 (44)5.6 混凝土施工 (45)5.7 养护及表面保护 (46)5.8 质量控制与检查 (47)6 环境保护与水土保持 (47)6.1 承包人应遵循的规范 (47)6.2 承包人的职责 (48)6.3 承包人的环保与水土保持工作内容 (48)6.4 完工验收 (49)7 劳动安全 (49)业主文件号设计阶段详细设计第 4 页共 49 页1 概述1.1 工程概述黄岛国家石油储备基地地下水封洞库工程位于青岛市经济技术开发区(黄岛)辛安街道办冷家沟社区西北，北距黄岛国家石油储备基地地上国家石油储备库约10km，东距黄岛石油码头约13km，南距疏港高速公路(胶南-黄岛)约0.5km，已有城市道路连接青岛市内，对外交通非常方便。
1概述1.1研究背景我国经济的持续增长，能源消耗量的的节节攀升，导致对外石油的依存度居高不下。
在当前复杂的国际政治、经济、军事形势下，国家战略石油储备已成为各国能源安全的最重要一环。
为确保我国能源安全，维护国民经济健康发展，急需建立充足的国家石油战略储备库。
地下水封洞库以其库容大、占地少、安全环保的特点，成为国内外油气储存的一个重要手段和技术发展方向。
地下水封石洞油库是在稳定的地下水位线以下，在岩体中开挖洞室，利用水幕使洞壁岩体裂隙充满水，使地下水位在较高的位置，达到利用稳定地下水的水封作用储存洞室内石油的目的。
因此，地下水封洞库的密封性问题是工程成败的关键所在[1]。
当年平均降雨量欠丰、地质条件复杂、水位不稳定或洞库埋深不够时，必须采用人工水幕以保证稳定的地下水位，从而降低因自然水位下降而导致的洞库上部地下水盖层缺失，并致使油气泄漏的风险。
大量的工程实践表明，人工水幕系统在保证地下水封油库的储油安全方面起到了重要作用。
影响人工水幕水封效果的因素，除了水幕系统设计和施工、维护外，洞库岩体的渗透性尤为关键。
岩体渗透性太大，洞内涌水量过高，将大大增加洞库施工风险和水幕运行费用。
因此水封系统渗漏控制成为地下石油储备工程设计、施工与安全运营中的关键技术难题[2]。
我国地下水封洞库建设起步晚，于20世纪70年代在黄岛修建了第一座总库容为15万方的原油地下水封洞库，80年代在浙江象山建成了1座容积4万方的地下成品油库，但均未采用人工水幕。
本世纪初在汕头、宁波建成两座地下液化石油气(LPG)洞库，但其库容较小并带有实验性。
美国、韩国以及北欧国家均大量采用地下石洞作为原油战略储备库。
2003年3月，钱七虎、王思敬、王梦恕、陈肇元、施仲衡和童林旭共六位院士专家，联名向全国人大与全国政协“两会”建议“国家战略石油储备库不应建在地上，而应建在地下”。
国家发改委提出了以地下为主的国家石油储备工程二期、三期规划，各期储量均为2800万吨。
但是由于对人工水幕系统设计参数缺乏系统研究，对地下水封洞库水封条件的认识还不够深入，地下水封洞库裂隙岩体渗漏控制无实际经验可循，地下水封洞库水封效果的评价还未建立适宜标准，这些因素严重制约了我国大型地下水封石洞油库的自主建设，迫切需岩石力学与工程学科与工程地质、水工结构学科开展协同攻关，为国家石油储备二期地下储油库规划工程的建设提供理论与技术支持。
1.2水封石洞油库起源与实践水封理论起源于人们对天然油气藏的认识，自然中的石油和天然气在未开采之前，就是储藏在储油岩内相互沟通的孔隙中，四周被地下水或不透水层包围(图1.2-1)。
由于油比水轻且油水不互溶的原理，从而形成了天然的地下油气藏。
油气藏围岩裂隙中的地下水也就是自然形成的水幕系统。
图 1.2–1 天然石油储藏示意图水封理论的发展很大程度上得益于实践设计和运行经验。
目前已知的应用领域有：煤炭行业、水电站和油气储存等。
将水封理论推到另一个高度的是水封式地下储油和储气洞库的大规模建造。
早在西班牙内战期间，瑞典岩石力学和石油储备之父Dr.Hageman(Tor Henrik Hageman)提出石油产品应该储存在处于水下的混凝土容器中，并于1938年为其想法申请了专利。
他的想法第一次将水作为封存介质引入到地下石油存储，并预示着石油储存“瑞典法”的到来。
1939年瑞典人H.Jansson申请了一项储油专利(图1.2-2)，其取消了之前常用的混凝土钢衬，石油直接存储在位于地下水位以下的不衬砌岩洞中。
这就是后来著名的石油储存“瑞典法”。
图 1.2–2 H.Jansson储油专利[3]图 1.2–3 SENTAB储罐(圆柱形钢混储罐)示意图[3]1948年在Harsbacka由一座废弃的长石矿改造而成的储油厍首次储油，标志着第一次将大量的石油储存在没有腐蚀和泄漏风险的地下非衬砌岩洞中(图1.2-4)。
1949年另一位瑞典人Harald Edholm提出了类似的水封式储油的专利，并于1951年在Stockholm郊外的Saltsiobaden建造了容积为30m3的实验洞库(图1.2-5)。
1951年6月向洞库内注入17.6m3汽油，一直储存到1956年6月。
实验结果表明：没有汽油渗漏到圈岩中，也没有出现汽油挥发泄漏；储存的汽油的品质没有发生任何改变。
图 1.2–4废弃长石矿改造而成的储油库示意图(Harsbacka，1948)[3]图 1.2–5 Harald Edholm建造的实验洞库示意图(Saltsjobaden，1951)[3] 我国于1973年在黄岛修建了国内第一座容积为15万立方米的小型地下水封式储油洞库。
同期我国又在浙江象山建成了第一座地下成品油库，但容积仅为4万立方米，储存0号和32号柴油。
总体上而言，国外在建设地下储油库方面已取得成熟可靠的经验，我国大型地下储油库建设还处于起步阶段，积累的经验不多，但是地下工程(交通隧道、水电及矿山等)的修建技术也已达到国际水平，可为大型地下储油库提供有力支持。
1.3黄岛地下水封洞库工程概况与关键技术难题黄岛国家石油储备地下水封洞库工程是我国首座大型地下原油储备库建设项目，主要由储油洞罐和水幕系统组成。
3组洞罐9个洞室(20m×30m)可储原油300万m3，总长度为5683m，由5条水幕巷道(5m×4.5m)和529个孔径120 mm(单孔长度5.12~105m，总长44435m)水幕孔构成水幕系统，承担洞库水封要求的水量补充、水压平衡和地下水位稳定[4]。
水幕巷道（底板高程5m）与主洞室（拱顶高程-20m）垂直布置，水幕孔（空口高程6m）与主洞室平行，覆盖整个洞库。
黄岛工程平面布置示意见图1.3-1。
洞罐始终处于稳定的地下水位线以下设计深度进行施工和运行，即洞室开挖前，地下水通过围岩节理裂隙等渗透到岩层的深部并完全充满岩层空隙(图1.3-2所示)。
当石洞储油库钻爆法开挖形成后，围岩中的裂隙水就向被挖空的洞室流动。
在洞室中注入原油后，原油周围会存在一定的压力差，因而在任一原油油面上，水压力都大于原油油压力，使原油不能从裂隙中漏走。
同时，利用原油比水轻以及油水不相混的性质，流入洞室内的水则沿洞壁汇集到洞底部形成“水垫层”。
水封系统渗漏控制是黄岛“水垫层法”水封储油成败的关键，也是工程建设面临的关键技术难题，主要体现在以下几个方面：(1) 洞库涌水量预测是评价洞库密封性的重要依据，贯穿于洞库设计、施工、运行全生命周期，需结合不同人工水幕设置参数及洞库围岩的渗透特性开展。
但由于结构面发育程度、岩体结构特征不均匀性，总长度5683m的主洞室不同区域渗透性能表现出巨大差异，合理评价裂隙岩体渗透参数是涌水预测的前提。
国内外有关裂隙岩体渗透参数取值的研究成果较多，但由于裂隙发育的不均匀性、随机性，裂隙岩体渗透参数取值问题仍然是该领域的一大难题。
(2) 为了提供水封条件，水幕孔要覆盖整个洞库，孔深均在100m左右，远大于水电工程锚索钻孔，同时要求水幕孔的方位角偏差不大于2°，孔斜向下偏差小于孔深的5%。
在空间狭窄的水幕巷道内进行如此孔深的高精度水平钻孔，采用现有的钻进设备是难以达到的。
(3) 地下水封洞库不同于水电工程地下洞室，不是完全的防水，而是要求“渗而不漏”“渗而稳定”，一方面必须借助地下水压形成对储油的封闭，防止油品外渗；另一方面岩体渗透性太大将导致主洞室内涌水量过高，施工风险大，后期运行成本高，规范规定100万m3主洞库的涌水量不超过100m3/d。
作为我国首个大型水封地下洞库，合理有效地构造洞库渗漏控制系统无相关实际经验可循。
图 1.3–1 黄岛工程平面布置示意图图 1.3–2 黄岛工程地下水封面洞储油库原理示意图1.4主要研究内容与创新点1.4.1主要研究内容(1)水幕系统运行机制分析及洞库涌水量预测通过研究不同注水条件下水幕孔水力作用机制，分析不同注水、不同渗透参数条件下水幕系统渗流场特征，为水幕运行效果评价提供理论支持；开发考虑任意结构裂隙网络的渗流分析模型，建立复杂结构岩体参数综合取值方法，并应用于黄岛工程裂隙岩体渗透系数取值和涌水量预测，对比洞库涌水量计算结果与实际测试结果，验证复杂结构岩体渗透参数综合取值方法合理性。
(2)超长水平钻孔的偏斜控制技术研究研制钻进主动纠偏钻杆定心装置、潜孔钻机监测仪及数显调控系统，建立一整套钻孔偏斜控制方法，提升钻机工作效率和精度，并运用于黄岛工程的水幕孔钻孔施工，通过每个钻孔不同深度偏斜检验、水幕孔注水检验，验证钻孔偏斜控制技术对控制偏斜、形成有效水幕的效果。
(3)水幕条件下地下洞库渗漏综合控制技术研究采用“以防为主，防堵结合”策略，研究最大限度地提高喷锚支护体系自身抗渗性的综合控制渗漏新方法，即利用水封精细爆破创新技术，制定轮廓面爆破方案、爆破参数、起爆网路，实现围岩“成型和保护”，为水封洞库制备防渗基层；研究涨壳式预应力中空锚杆高压注浆工艺，以控制围岩变形和封堵围岩裂隙，进一步改善防渗基层；开发掺矿渣、钢纤维高性能喷射混凝土，在喷射强度不减前提下，大幅提升抗渗性能，为水封洞库添加堵漏附层。
1.4.2创新点(1) 采用水幕孔现场水力学试验研究水幕系统水力学渗透机制，综合水力学试验、三维裂隙网络渗流、双重介质渗流等分析，取得黄岛大型水封石油洞库水幕系统更为准确的渗透参数，解决水封复杂条件石油洞库渗漏预测的关键技术难题。
(2) 提出超长水平钻孔偏斜控制的成套技术。
采用该技术提高了超长水平钻孔的造孔精度，解决人工水幕孔施工中的超长水平钻孔偏斜控制关键技术难题。
(3) 提出大型水封石洞开挖精细爆破防漏技术和涨壳式预应力中空锚杆高压注浆堵漏技术，形成防堵结合的大型水封石洞渗漏控制创新技术，解决人工水幕下洞库渗漏控制关键技术难题，达到石洞油库水幕系统稳定的目的。
2水幕系统运行机制分析及洞库涌水量预测水幕系统在保证地下水封油库的储油安全和保护周围地下水资源方面发挥重要作用。
水幕孔不同注水方式是检验水幕孔有效性、孔间连通性、水幕系统运行状态有效手段。
通过研究不同注水条件下了水幕孔水力作用机制，分析不同注水、不同参数条件下水幕系统渗流场特征，为水幕运行效果评价提供理论支持。
从经济角度考虑，在安全运行的前提下，为节省水幕运行费用，应尽量减少洞室涌水量，故《GB 50455-2008地下水封石洞油库设计规范》中规定：处理后的日涌水量每100万m3库容不宜大于100m3。
地下水封洞库施工期及运行期涌水量合理预测，可为洞库渗漏控制提供依据。
但由于结构面发育程度、岩体结构特征不均匀性，洞库不同区域渗透性能表现出巨大差异，合理评价裂隙岩体渗透参数是涌水预测的前提。
为此，开发考虑任意结构裂隙网络的裂隙渗流分析模型与双重介质渗流分析模型，结合渗透张量分析法，重点研究了黄岛工程裂隙岩体渗透参数。
