地下石油儲備庫不良地質(zhì)洞段處理辦法

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，河北廊坊 065000; 2.中油管道建設(shè)工程有限公司，河北廊坊 065000)

地下水封儲油洞庫是目前國內(nèi)外石油戰(zhàn)略儲備的一種重要方式，石油戰(zhàn)略儲備在保障國民經(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年我國石油的對外依存度超過50%，預(yù)計2015年我國的石油對外依存度將超過60%，對外依存度為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是對我國石油需求量的一個展示，并預(yù)測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

中國作為一個石油消費(fèi)大國，石油對外依存度超過50%，建立國家石油戰(zhàn)略儲備是非常必要的。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油洞庫建造方面也積累了一定的經(jīng)驗。建立戰(zhàn)略石油儲備庫一般遵循的原則是:1)儲備費(fèi)用最低;2)安全可靠程度最高;3)地質(zhì)條件最合適;4)儲存和分配石油的運(yùn)輸條件最方便[3]。

1 地下石油儲備庫運(yùn)行原理

地下水封洞庫，簡而言之就是利用地下水的靜壓力抵擋住石油外滲的壓力。因為石油不溶于水所以可以很好地被隔離在這個密封著的壓力空間內(nèi)，形成一種很有特色的“水包油”的儲存方式。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油洞室分為兩類:“固定水墊法”和“變動水墊法”?！肮潭ㄋ畨|法”就是讓洞底的水始終保持在一個固定高度，當(dāng)洞底的水位超出固定時就按自動控制信號將水抽出。因此，不管洞內(nèi)油品多少，其下面的水墊層始終保持不變?！白儎铀畨|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

由于地下儲油洞庫的特殊性，在工程地質(zhì)勘查選擇庫址時一定要嚴(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)驗來處理。

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

根據(jù)調(diào)查及所收集資料，工程近場區(qū)無滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。場區(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∩霸吹兀⒂袛?shù)個規(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。因為全風(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)對辦法

1)巖爆危險。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，并制定出完整的防止巖爆危險的措施以及應(yīng)急救援預(yù)案，保證人員安全。

2)塌方風(fēng)險。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。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)，開挖時易產(chǎn)生涌水，造成財產(chǎn)損失和人員傷亡事故，為了減少涌水風(fēng)險，必須進(jìn)行超前預(yù)報工作，及時采取措施，確保施工安全，把風(fēng)險降到最小。

4)圍巖穩(wěn)定風(fēng)險。爆破對圍巖穩(wěn)定性、周圍環(huán)境產(chǎn)生一定影響。如果施工方法不當(dāng)，或幾個洞室同時爆破施工，使圍巖松動圈擴(kuò)大，造成圍巖失穩(wěn)，危及安全。應(yīng)進(jìn)行爆破監(jiān)測，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)計級別可提高一級(最高不超過1級)，并應(yīng)加強(qiáng)襯砌的防滲、止水措施，必要時進(jìn)行專門設(shè)計。

對一些在水內(nèi)滲時易產(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)計級別可提高一級。

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，防水排水設(shè)計，施工縫和結(jié)構(gòu)縫的止水設(shè)計，以及與施工監(jiān)測設(shè)計相結(jié)合的安全監(jiān)測設(shè)計。

實(shí)踐經(jīng)驗說明不良地質(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、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.國際石油儲備建設(shè)經(jīng)驗探討[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.