宋 萌 宋 鑫

(1.中國石油天然氣管道局管道技術(shù)研發(fā)工場(chǎng)，河北廊坊 065000; 2.中油管道建設(shè)工程有限公司，河北廊坊 065000)

地下水封儲(chǔ)油洞庫是目前國內(nèi)外石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備的一種重要方式，石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備在保障國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中占有不可替代的重要作用[1]。2009年我國石油的對(duì)外依存度超過50%，預(yù)計(jì)2015年我國的石油對(duì)外依存度將超過60%，對(duì)外依存度為60%是國際規(guī)定的最高警戒線。2010年，我國國內(nèi)產(chǎn)油量2億t，早在2002年，我國就已成為僅次于美國的世界第二大石油消費(fèi)國，石油消費(fèi)量為2.5億t，占全世界石油消費(fèi)量的7%，圖1是對(duì)我國石油需求量的一個(gè)展示，并預(yù)測(cè)2020年我國石油需求量將達(dá)到4億t以上。

圖1 我國石油需求量及預(yù)測(cè)

中國作為一個(gè)石油消費(fèi)大國，石油對(duì)外依存度超過50%，建立國家石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備是非常必要的。我國于20世紀(jì)70年代開始研究建造地下水封儲(chǔ)油洞庫，直到20世紀(jì)末21世紀(jì)初，由于大量進(jìn)口液化石油氣這種儲(chǔ)存方式才在我國東南沿海地區(qū)得到應(yīng)用[2]。目前我國在地下水封儲(chǔ)油洞庫建造方面也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。建立戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備庫一般遵循的原則是:1)儲(chǔ)備費(fèi)用最低;2)安全可靠程度最高;3)地質(zhì)條件最合適;4)儲(chǔ)存和分配石油的運(yùn)輸條件最方便[3]。

1 地下石油儲(chǔ)備庫運(yùn)行原理

地下水封洞庫，簡(jiǎn)而言之就是利用地下水的靜壓力抵擋住石油外滲的壓力。因?yàn)槭筒蝗苡谒钥梢院芎玫乇桓綦x在這個(gè)密封著的壓力空間內(nèi)，形成一種很有特色的“水包油”的儲(chǔ)存方式。地下水不斷的滲入到洞室內(nèi)形成洞底的水墊層，根據(jù)水墊層的處理方式可以將儲(chǔ)油洞室分為兩類:“固定水墊法”和“變動(dòng)水墊法”?！肮潭ㄋ畨|法”就是讓洞底的水始終保持在一個(gè)固定高度，當(dāng)洞底的水位超出固定時(shí)就按自動(dòng)控制信號(hào)將水抽出。因此，不管洞內(nèi)油品多少，其下面的水墊層始終保持不變?！白儎?dòng)水墊法”洞底水位視洞內(nèi)油品多少而定，用人工泵的方法抽出或注入一定量的水，使洞內(nèi)油和水的體積始終充滿整個(gè)洞庫。油多則水少，水多則油少。

2 不良地質(zhì)洞段

2.1 工程地址條件

由于地下儲(chǔ)油洞庫的特殊性，在工程地質(zhì)勘查選擇庫址時(shí)一定要嚴(yán)格避開不良地質(zhì)，但是在洞庫的施工過程中常常會(huì)遇到局部的不良地質(zhì)體，在處理不良洞庫建設(shè)過程中的不良地質(zhì)體方面主要還是借鑒鐵道部和水利部的經(jīng)驗(yàn)來處理。

下面我們以某在建地下儲(chǔ)油洞庫工程為例，簡(jiǎn)單的分析一下儲(chǔ)油庫不良地質(zhì)洞段處理方法。

根據(jù)調(diào)查及所收集資料，工程近場(chǎng)區(qū)無滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。場(chǎng)區(qū)山體穩(wěn)定性條件較好。本區(qū)地形起伏不大，最大高差30 m。在緩丘中間常發(fā)育厚層全風(fēng)化土，成為當(dāng)?shù)厝∩霸吹?，并有?shù)個(gè)規(guī)模較大的采砂坑。其間分布的沖溝主要發(fā)育在全風(fēng)化土中，走向與區(qū)域節(jié)理一致，大致呈NE，NW和SN向。溝地分為兩種，一種是狹窄的洪溝，主要是暴雨沖刷形成，仍在發(fā)育中;另一種是寬緩的沖溝，底部已種植農(nóng)作物或覆蓋植被，洪流下切作用趨緩。這兩種分別發(fā)育在緩丘的上部和邊緣。一般溝深在8 m以內(nèi)。

地表巖土體穩(wěn)定性一般。因?yàn)槿L(fēng)化土直露地表，抗風(fēng)化和沖刷能力差，但由于在地下水位以上干燥而呈直立陡崖。在節(jié)理密集帶、輝綠巖脈發(fā)育帶和斷層破碎帶，巖土體穩(wěn)定性較差，可能形成局部坍塌。尤其是沿緩傾的輝綠巖床，易形成順向單面坡。

由于花崗巖球狀風(fēng)化、囊狀風(fēng)化發(fā)育，在全風(fēng)化層中孤石出現(xiàn)的可能性較大，直徑1 m～5 m不等。由于花崗巖差異風(fēng)化作用造成完整基巖面起伏不定，沿開挖巷道軸線可能遇到全風(fēng)化和完整巖體交替出現(xiàn)。在開挖過程中應(yīng)注意以上兩種因素造成的不利影響。

2.2 常見的不良地址洞段

常見的不良地址洞段主要包括以下幾方面[4]:

1)與較大地址構(gòu)造交叉，需采取特殊施工、支護(hù)措施才能保證圍巖穩(wěn)定的洞段;2)通過高地應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)巖爆的洞庫段;3)通過有害氣體賦存區(qū)的洞庫段;4)通過喀斯特洞庫發(fā)育區(qū)或地下暗河的洞庫段;5)通過土層、砂層、流沙層、滑坡堆積層、塑性流變巖、高膨脹性巖層的洞庫段;6)位于高壓力地下水或地表水強(qiáng)補(bǔ)給區(qū)，出現(xiàn)較大涌水的洞庫段。

2.3 工程建設(shè)可能出現(xiàn)不良地質(zhì)體及應(yīng)對(duì)辦法

1)巖爆危險(xiǎn)。巖爆是在巖洞掘進(jìn)過程中由開挖誘發(fā)的開挖空間周圍巖體的突然破壞，伴隨有受壓巖石彈性能的突然釋放，是一種巖石破裂失穩(wěn)現(xiàn)象[5]。巖爆發(fā)生時(shí)可聽到圍巖內(nèi)部發(fā)出清脆的爆裂聲，巖體發(fā)生猛烈的脆性失穩(wěn)破壞，破壞后的巖塊猛烈地彈射出來，往往會(huì)造成開挖工作面的嚴(yán)重破壞，它直接威脅施工人員、設(shè)備的安全，影響工程進(jìn)度。

適合建地下水封洞庫的地質(zhì)環(huán)境條件為巖體完整、少斷裂、弱透水，這種圍巖條件也是巖爆產(chǎn)生的有利的巖性條件，所以地下儲(chǔ)油庫在施工開挖過程中存在遭遇巖爆災(zāi)害的可能性。在洞庫施工開挖過程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，并制定出完整的防止巖爆危險(xiǎn)的措施以及應(yīng)急救援預(yù)案，保證人員安全。

2)塌方風(fēng)險(xiǎn)。在施工過程中一些不良的地質(zhì)條件發(fā)育地段(如斷層，破碎帶，花崗巖深部風(fēng)化，軟弱層等)和水平構(gòu)造應(yīng)力作用，可能會(huì)造成圍巖局部巖體失穩(wěn)。小則引起掉塊，坍塌，大則引起塌方，導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡事故，因此需要盡量注意排除導(dǎo)致塌方的各種因素，盡可能避免塌方的發(fā)生。

豎井施工過程中，因直徑有限，施工空間狹小，在實(shí)行爆破開挖過程中，如管理失誤或施工方法不當(dāng)，易造成落石砸傷人員，毀壞設(shè)備。在施工過程中應(yīng)提前預(yù)測(cè)地質(zhì)情況，以免發(fā)生意外，豎井內(nèi)巖石坍塌，砸傷施工人員。

3)涌水風(fēng)險(xiǎn)。庫區(qū)巖體中存在巖脈侵入、裂隙發(fā)育的地段常形成帶狀裂隙含水系統(tǒng)，開挖時(shí)易產(chǎn)生涌水，造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡事故，為了減少涌水風(fēng)險(xiǎn)，必須進(jìn)行超前預(yù)報(bào)工作，及時(shí)采取措施，確保施工安全，把風(fēng)險(xiǎn)降到最小。

4)圍巖穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)。爆破對(duì)圍巖穩(wěn)定性、周圍環(huán)境產(chǎn)生一定影響。如果施工方法不當(dāng)，或幾個(gè)洞室同時(shí)爆破施工，使圍巖松動(dòng)圈擴(kuò)大，造成圍巖失穩(wěn)，危及安全。應(yīng)進(jìn)行爆破監(jiān)測(cè)，分析最優(yōu)爆破參數(shù)，指導(dǎo)施工。

5)破碎帶、節(jié)理密集帶等不良地質(zhì)洞庫段。遇水易泥化、崩解、膨脹、軟化的不良地質(zhì)洞庫段，或在滲流作用下易于蝕變、滲透變形的較大斷層、卸荷帶、破碎帶、節(jié)理密集帶等不良地質(zhì)洞庫段。設(shè)計(jì)級(jí)別可提高一級(jí)(最高不超過1級(jí))，并應(yīng)加強(qiáng)襯砌的防滲、止水措施，必要時(shí)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。

對(duì)一些在水內(nèi)滲時(shí)易產(chǎn)生較大變形和滲透失穩(wěn)的較特殊地質(zhì)洞庫段，考慮到地質(zhì)參數(shù)不易準(zhǔn)確確定，一旦出現(xiàn)事故可能造成難以處理的后果，從安全角度考慮，設(shè)計(jì)級(jí)別可提高一級(jí)。

應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和襯砌形式做好回填灌漿、固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)，防水排水設(shè)計(jì)，施工縫和結(jié)構(gòu)縫的止水設(shè)計(jì)，以及與施工監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)相結(jié)合的安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)說明不良地質(zhì)洞庫段處理好，地下洞庫就基本成功一半。正常洞庫段設(shè)計(jì)、施工是精益求精的問題，而不良地質(zhì)洞庫段是關(guān)系到地下洞庫實(shí)施能否成功的問題。

[1] 王芝銀.大型地下儲(chǔ)油洞粘彈性穩(wěn)定性分析[J].巖土力學(xué)，2005(11):33.

[2] 段亞剛.地下水封儲(chǔ)油庫的應(yīng)用與發(fā)展[J].山西建筑，2007，33(36):92-93.

[3] 伊 文.國際石油儲(chǔ)備建設(shè)經(jīng)驗(yàn)探討[J].中國石油和化工，2003(3):45-46.

[4] 王國秉.水工隧洞的滲漏與綜合治理[J].山西水利科技，2004(4):71-72.

[5] 李永剛.控制巷道巖爆的爆破卸壓法[J].采礦技術(shù)，2006(4):19-21.