地下石油儲備庫不良地質洞段處理辦法

宋 萌 宋 鑫

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

地下水封儲油洞庫是目前國內外石油戰略儲備的一種重要方式，石油戰略儲備在保障國民經濟快速發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%是國際規定的最高警戒線。2010年，我國國內產油量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國，石油消費量為2.5億t，占全世界石油消費量的7%，圖1是對我國石油需求量的一個展示，并預測2020年我國石油需求量將達到4億t以上。

圖1 我國石油需求量及預測

中國作為一個石油消費大國，石油對外依存度超過50%，建立國家石油戰略儲備是非常必要的。我國于20世紀70年代開始研究建造地下水封儲油洞庫，直到20世紀末21世紀初，由于大量進口液化石油氣這種儲存方式才在我國東南沿海地區得到應用[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驗。建立戰略石油儲備庫一般遵循的原則是:1)儲備費用最低;2)安全可靠程度最高;3)地質條件最合適;4)儲存和分配石油的運輸條件最方便[3]。

1 地下石油儲備庫運行原理

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，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形成洞底的水墊層，根據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”。“固定水墊法”就是讓洞底的水始終保持在一個固定高度，當洞底的水位超出固定時就按自動控制信號將水抽出。因此，不管洞內油品多少，其下面的水墊層始終保持不變。“變動水墊法”洞底水位視洞內油品多少而定，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，在工程地質勘查選擇庫址時一定要嚴格避開不良地質，但是在洞庫的施工過程中常常會遇到局部的不良地質體，在處理不良洞庫建設過程中的不良地質體方面主要還是借鑒鐵道部和水利部的經驗來處理。

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洞段處理方法。

根據調查及所收集資料，工程近場區無滑坡、泥石流等不良地質現象。場區山體穩定性條件較好。本區地形起伏不大，最大高差30 m。在緩丘中間常發育厚層全風化土，成為當地取砂源地，并有數個規模較大的采砂坑。其間分布的沖溝主要發育在全風化土中，走向與區域節理一致，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，仍在發育中;另一種是寬緩的沖溝，底部已種植農作物或覆蓋植被，洪流下切作用趨緩。這兩種分別發育在緩丘的上部和邊緣。一般溝深在8 m以內。

地表巖土體穩定性一般。因為全風化土直露地表，抗風化和沖刷能力差，但由于在地下水位以上干燥而呈直立陡崖。在節理密集帶、輝綠巖脈發育帶和斷層破碎帶，巖土體穩定性較差，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。

由于花崗巖球狀風化、囊狀風化發育，在全風化層中孤石出現的可能性較大，直徑1 m～5 m不等。由于花崗巖差異風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化和完整巖體交替出現。在開挖過程中應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)與較大地址構造交叉，需采取特殊施工、支護措施才能保證圍巖穩定的洞段;2)通過高地應力區出現巖爆的洞庫段;3)通過有害氣體賦存區的洞庫段;4)通過喀斯特洞庫發育區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補給區，出現較大涌水的洞庫段。

2.3 工程建設可能出現不良地質體及應對辦法

1)巖爆危險。巖爆是在巖洞掘進過程中由開挖誘發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現象[5]。巖爆發生時可聽到圍巖內部發出清脆的爆裂聲，巖體發生猛烈的脆性失穩破壞，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重破壞，它直接威脅施工人員、設備的安全，影響工程進度。

適合建地下水封洞庫的地質環境條件為巖體完整、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害的可能性。在洞庫施工開挖過程中加強監測，并制定出完整的防止巖爆危險的措施以及應急救援預案，保證人員安全。

2)塌方風險。在施工過程中一些不良的地質條件發育地段(如斷層，破碎帶，花崗巖深部風化，軟弱層等)和水平構造應力作用，可能會造成圍巖局部巖體失穩。小則引起掉塊，坍塌，大則引起塌方，導致財產損失和人員傷亡事故，因此需要盡量注意排除導致塌方的各種因素，盡可能避免塌方的發生。

豎井施工過程中，因直徑有限，施工空間狹小，在實行爆破開挖過程中，如管理失誤或施工方法不當，易造成落石砸傷人員，毀壞設備。在施工過程中應提前預測地質情況，以免發生意外，豎井內巖石坍塌，砸傷施工人員。

3)涌水風險。庫區巖體中存在巖脈侵入、裂隙發育的地段常形成帶狀裂隙含水系統，開挖時易產生涌水，造成財產損失和人員傷亡事故，為了減少涌水風險，必須進行超前預報工作，及時采取措施，確保施工安全，把風險降到最小。

4)圍巖穩定風險。爆破對圍巖穩定性、周圍環境產生一定影響。如果施工方法不當，或幾個洞室同時爆破施工，使圍巖松動圈擴大，造成圍巖失穩，危及安全。應進行爆破監測，分析最優爆破參數，指導施工。

5)破碎帶、節理密集帶等不良地質洞庫段。遇水易泥化、崩解、膨脹、軟化的不良地質洞庫段，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、節理密集帶等不良地質洞庫段。設計級別可提高一級(最高不超過1級)，并應加強襯砌的防滲、止水措施，必要時進行專門設計。

對一些在水內滲時易產生較大變形和滲透失穩的較特殊地質洞庫段，考慮到地質參數不易準確確定，一旦出現事故可能造成難以處理的后果，從安全角度考慮，設計級別可提高一級。

應根據地質條件和襯砌形式做好回填灌漿、固結灌漿設計，防水排水設計，施工縫和結構縫的止水設計，以及與施工監測設計相結合的安全監測設計。

實踐經驗說明不良地質洞庫段處理好，地下洞庫就基本成功一半。正常洞庫段設計、施工是精益求精的問題，而不良地質洞庫段是關系到地下洞庫實施能否成功的問題。

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

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

[3] 伊 文.國際石油儲備建設經驗探討[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，2006(4):19-21.