淺談地下水封洞庫(kù)水封系統(tǒng)

淺談地下水封洞庫(kù)水封系統(tǒng)根據(jù)地下水封洞庫(kù)的原理，以洞庫(kù)的水封性實(shí)現(xiàn)條件入手，分別探討了天然地下水及人工水幕的建設(shè)過(guò)程，并強(qiáng)調(diào)了要注意的問(wèn)題。標(biāo)簽：水封水幕天然地下水0引言目前由于國(guó)家油氣儲(chǔ)備已上升到戰(zhàn)略高度，相對(duì)地上儲(chǔ)備，地下儲(chǔ)備洞庫(kù)投資省，維護(hù)費(fèi)用低，目前已開(kāi)始在國(guó)內(nèi)大量采用。國(guó)外地下儲(chǔ)氣洞庫(kù)起步較早，根據(jù)地下儲(chǔ)存地質(zhì)環(huán)境的不同，主要有四種不同類(lèi)型：地下砂巖含水層儲(chǔ)備、油氣田儲(chǔ)備功能性推薦規(guī)范、鹽巖巖穴儲(chǔ)備功能性、地下開(kāi)挖石洞儲(chǔ)備。而以黃島為首的大型地下儲(chǔ)油洞庫(kù)為地下開(kāi)挖石洞油庫(kù)，其相對(duì)于地下的溶鹽洞穴，尤其是那些地層中不含有鹽礦或者含有的鹽礦不具備溶解開(kāi)采特性時(shí)，是非?？扇〉?。1地下水封洞庫(kù)的原理地下水封儲(chǔ)油庫(kù)是通過(guò)人工在地下巖石中開(kāi)挖形成的，其密封是通過(guò)地下水往洞內(nèi)滲透實(shí)現(xiàn)的，地下洞庫(kù)必須建在穩(wěn)定的地下水位線以下，洞的埋深與所儲(chǔ)存的介質(zhì)壓力有關(guān)，以保證洞庫(kù)周?chē)牡叵滤畨毫Υ笥诙磧?nèi)儲(chǔ)存介質(zhì)的壓力；為保證強(qiáng)度地下水封儲(chǔ)氣洞庫(kù)一般修建在巖性較好的巖體中。洞室開(kāi)挖前，地下水通過(guò)節(jié)理裂隙滲透到巖層的深部并完全充滿巖層空隙，洞室開(kāi)挖形成后，周?chē)鷰r石中的裂隙水就向被挖空的洞室流動(dòng)，并充滿洞室。在洞室中注入石油后，洞室周?chē)鷷?huì)存在一定油、水壓力差，因而在任一相同水準(zhǔn)上，地下靜水力都大于洞內(nèi)油壓，這樣，洞內(nèi)石油就儲(chǔ)存在這個(gè)封閉的壓力場(chǎng)中。在水壓力的作用下，巖體中的裂隙水不斷地流入洞室中，而石油卻不能從裂隙中泄漏。流入洞內(nèi)的水沿洞壁匯集到洞底部形成水墊層，由于油比水輕、油水不相混，石油始終漂浮在洞室底部的水墊層上。通過(guò)油水介面檢測(cè)儀監(jiān)視其液位，待達(dá)到一定高度時(shí)，用裝在洞內(nèi)的潛液泵將水排出洞外。2地下水封實(shí)現(xiàn)條件地下水封洞庫(kù)水幕系統(tǒng)的布置原則：目前山東青島、煙臺(tái)、湛江、惠州，遼寧錦州等地已經(jīng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的施工階段，而這幾個(gè)洞庫(kù)的選址都是近海地段，相對(duì)于目前新加坡、韓國(guó)等在海底建設(shè)的洞庫(kù)，近海洞庫(kù)天然水力條件較差，人工水幕系統(tǒng)作為補(bǔ)充是必不可少的。水幕系統(tǒng)作為人工補(bǔ)水措施，主要由水幕廊道和水幕孔組成，其范圍要覆蓋整個(gè)地下洞庫(kù)并且相對(duì)庫(kù)區(qū)的邊界要做出一定程度的延伸，目前國(guó)內(nèi)的洞庫(kù)以黃島，湛江為例，水幕也孔布置超出洞庫(kù)邊界10米。水幕系統(tǒng)的埋深主要由主洞室頂板的高度及地質(zhì)條件來(lái)控制。為了保證人工補(bǔ)水的有效性及適量性，一般會(huì)控制在主洞室頂板上方20～30米之間，兩方面原因：1.距離過(guò)高會(huì)導(dǎo)致人工地下水不能有效補(bǔ)給到儲(chǔ)油洞室水力控制邊界范圍內(nèi)，效率低，造成浪費(fèi)2.距離過(guò)小，人工補(bǔ)水水力通道短，進(jìn)入洞室內(nèi)涌水量過(guò)大，滲水的處理成本過(guò)高且由于水的大量存在，導(dǎo)致洞室的穩(wěn)定性降低。水幕系統(tǒng)的布置形式有水平的，傾斜及垂直三種形式，其布置形式主要由庫(kù)區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造及優(yōu)勢(shì)節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀來(lái)控制。為了保證人工補(bǔ)水的效率，水幕孔的方向要與優(yōu)勢(shì)節(jié)理面大角度的相交。3地下洞庫(kù)水封性的實(shí)現(xiàn)3.1施工過(guò)程中天然地下水的保證如上述所說(shuō)，地下洞庫(kù)水封系統(tǒng)組成主要為天然地下水，從洞室一般布置看，具有規(guī)模大、洞室多、布置密的特點(diǎn)；儲(chǔ)油主洞室具有“大跨度、高邊墻、不襯砌（或基本不襯砌）”的特點(diǎn)；洞室縱橫、大小相貫、平豎相接，地下空間的采空率較高，這樣以來(lái)伴隨著地下洞庫(kù)的開(kāi)挖，天然地下水力場(chǎng)必然會(huì)受擾動(dòng)，最終會(huì)形成的以洞庫(kù)為中心、一定規(guī)模地下水漏斗，那么如何在建設(shè)過(guò)程中最小程度的減小地下水的損失最成為關(guān)鍵的因素所在?？辈祀A段，主要能過(guò)對(duì)場(chǎng)址進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探、鉆孔勘察、實(shí)驗(yàn)、水質(zhì)分析等方式得到充分的地質(zhì)資料，其目的主要用來(lái)選址、計(jì)算洞室的埋深及覆蓋巖層的厚度、地下水的滲流途徑及形式，查明可能出現(xiàn)的影響儲(chǔ)存不同產(chǎn)品的相鄰洞室獨(dú)立操作的構(gòu)造。而在其中鉆孔勘察是必不可少的，而勘察孔的存在會(huì)導(dǎo)致地下水位局部的下降，為了保證勘察孔的盡量合理利用，首先在水幕系統(tǒng)標(biāo)高以下要對(duì)勘察孔進(jìn)行封堵，以上部分可以做為水位監(jiān)測(cè)孔來(lái)用施工階段，因?yàn)榈叵滤舛磶?kù)地下儲(chǔ)油庫(kù)選址首先必須要滿足巖體的完整性，即應(yīng)選出無(wú)深性斷層和斷裂、裂隙不甚發(fā)育的結(jié)晶巖體，而在這種地質(zhì)條件下天然地下水的存在形式也主要以基巖裂隙水為主。而基巖裂隙水的存在并不像土體滲流介質(zhì)一樣與周?chē)乃?chǎng)有較好的聯(lián)系，其補(bǔ)給的方式也主要以天然降水補(bǔ)給，為了盡量大的保證天然降水的補(bǔ)給量，在地表設(shè)施的施工過(guò)程中要盡量減少地表植被及第四系土的破壞，減少庫(kù)區(qū)地面的裸露面積，防止天然降水以地表徑流的形式流失，從面最大程度的增加蓄水量。地下水封巖洞儲(chǔ)庫(kù)既要滿足長(zhǎng)期穩(wěn)定的設(shè)計(jì)地下水位，并保持可靠而在地下施工的過(guò)程中的靜水壓力，同時(shí)，又需要滿足洞室的涌水量要小，以利于施工和降低運(yùn)營(yíng)成本，為此一定的穩(wěn)定地下水位與較小的涌水量成為地下巖洞儲(chǔ)庫(kù)的矛盾的統(tǒng)一體。由于水封洞庫(kù)的原理是建立在地下水的特性上，因此，在洞庫(kù)的施工工程中如何有效的處理地下水十分重要，對(duì)滲水的治理目前較為常用的方法就是注漿，注漿法是利用壓力將能固化的漿液通過(guò)鉆孔注人巖土孔隙或建筑物的裂隙中，使其物理力學(xué)性能改善的一種方法。注漿法在水利水電工程中多稱為灌漿法。根據(jù)注漿時(shí)間相對(duì)于開(kāi)挖時(shí)間先后，可以分為預(yù)注漿及后注漿。在開(kāi)挖前進(jìn)行注漿為預(yù)注漿，開(kāi)挖后進(jìn)行注漿的為后注漿。預(yù)注漿在因?yàn)槲撮_(kāi)挖之前時(shí)行，有較大的蓋重，因此注漿壓力較大。適用范圍上主要是已探明的前方有富水構(gòu)造更糟，水量較大，水壓較高。后注漿主要是對(duì)已揭露巖面而進(jìn)行的注漿，針對(duì)性較強(qiáng)，但相對(duì)于預(yù)注漿來(lái)說(shuō)，壓力相對(duì)較小。對(duì)于地下水封洞庫(kù)來(lái)說(shuō)，由其工程特點(diǎn)可以了解到，其巖石的完整性較好，因此注漿的目的主要為防滲、堵水，但是為了充分保持地下水最大程度上不被擾動(dòng)，避免地下水的散失，作為事前控制，預(yù)注漿優(yōu)先。具體施工過(guò)程為，每一輪開(kāi)挖前，尤其是頂層的開(kāi)挖，超前探孔先行，對(duì)探孔內(nèi)滲水水量達(dá)到一定范圍的掌子面進(jìn)行預(yù)注漿。當(dāng)然后注漿作為事后控制也是必不可少的。建立預(yù)報(bào)系統(tǒng)。在洞室的開(kāi)挖過(guò)程中，要建立預(yù)報(bào)系統(tǒng)，定期的對(duì)定下水位進(jìn)行觀測(cè)，控制地下水向洞內(nèi)的滲流，預(yù)防富水構(gòu)造失水以及在施工期間地下水位急劇下降。一方面以洞庫(kù)的水力控制邊界鉆水文觀測(cè)孔，也可以結(jié)合詳細(xì)勘察孔，周期不大于3天。3.2施工中人工水幕補(bǔ)水的保證人工補(bǔ)水作為天然地下水的補(bǔ)充，其核心問(wèn)題在于水幕孔的間距。目前國(guó)內(nèi)外主要以10米為基準(zhǔn)距離，是否加孔取決于水力試驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析。試驗(yàn)分兩步：第一步：水幕孔注水-回落試驗(yàn)：以一定的壓力注水，穩(wěn)定后停止，過(guò)程中觀測(cè)水壓力、流量及時(shí)間的關(guān)系，其目的分析該區(qū)域內(nèi)各個(gè)水幕孔圍巖滲透性。第二步：水幕孔連通性試驗(yàn)，方法為對(duì)單數(shù)孔進(jìn)行注水，觀看相鄰的雙數(shù)孔的壓力變化情況。如果變化較為敏感證明孔與孔這間連通性較好，反之較差，較差的情況下一般要加孔。人工補(bǔ)水實(shí)現(xiàn)的過(guò)程也是工程重要的部分之一，需要特別注意的是，水幕孔單孔鉆孔過(guò)程中，要在不同的進(jìn)尺進(jìn)行巖芯描述或鉆孔成像，充分掌握水幕孔的地質(zhì)情況。另外，水幕孔之間加孔，要進(jìn)行新一輪的水力試驗(yàn)，直到滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求為止。4總結(jié)國(guó)內(nèi)地下水封洞庫(kù)只是剛起步階段，在理論與實(shí)踐上與國(guó)際上還有一定的差距，目前山東青島、煙臺(tái)的庫(kù)已經(jīng)基本完工，獲得許多寶貴經(jīng)能驗(yàn)，在水封性方面需要注意的幾個(gè)問(wèn)題：（1）打破傳統(tǒng)思維。地下工程的設(shè)計(jì)、施工企業(yè)還是以鐵路、水利等傳統(tǒng)的行業(yè)為主，其在整個(gè)建設(shè)過(guò)程中，關(guān)注的核心問(wèn)題是洞庫(kù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)水封性的實(shí)現(xiàn)性沒(méi)有引起足夠的關(guān)注，組織設(shè)計(jì)也缺乏一定的系統(tǒng)性。在今后工程中，要打破傳統(tǒng)思維，將水封性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性貫穿于整個(gè)建設(shè)過(guò)程中。（2）因地制宜。對(duì)于洞庫(kù)內(nèi)的涌水量，目