地下储油洞库水幕系统设计及连通性测试方法研究

与应用

地下储油洞库水幕系统设计及连通性测试方法研究

崔光耀\\ 王明胜2，吴波3

(1.北方工业大学土木工程学院，北京1〇〇144;2.中铁隧道局集团有限公司，广东广州511458;3.广西大学土木建筑工程学院，广西南宁530004)

摘要：依托某地下储油洞库工程，对水幕系统设计及连通性测试方法进行研究。研究结果表明：水幕孔布置 方式与岩体结构面密切相关，本工程以动态设计为理念，采用混合布置方案，水平和垂直水幕孔初步设计间距 分别为10 m和20 m;结合工程特点，确定了影响水幕孔施工质量的主要因素:设备选型、钻机速度、钻孔定位 等；系统介绍了水幕孔现场注水回落试验、分区有效性试验和全面水力试验方法，根据水幕孔连通性的判别准 贝IJ，对标段水幕孔连通性进行了评价与动态设计。研究成果可为类似工程建设提供参考。关键词：地下储油洞库;水幕系统设计;连通性；测试方法

DOI：10. 13219/j. gjgyat. 2018. 03. 019

中图分类号：TE972. 2 文献标识码：A 文章编号= 1672-3953(2018)03-0075-05

随着我国经济持续、高速发展，能源需求不断攀 升，特别是对石油的需求日益增大。为保障国家能 源供应的安全、稳定，在硬岩地层中建设地下水封石 油储库势在必行。

根据国家战略规划，我国在21世纪上半叶将建 成上百座地下水封石油储库。水幕系统设计及连通 性测试技术是影响地下水封石油储库建设成败的关 键[1_2]。国内外专家学者对地下水封石油储库的水 幕系统设计及连通性测试方法进行了部分研究，主 要有:通过水幕水封性能模型试验，研究了油储压力 和水幕压力的关系[3];依托汕头丙烷地下储库工程，对水幕的作用进行了研究[4];依托黄岛地下水封石 油储库工程，对水幕系统设计及连通性测试方法进 行了研究，并评价了水幕的水封效果[5_6 ];研究了地 下水封石油储库水幕系统连通性综合判定的原则，并提出了改善水封效果的措施[7]等。我国地下水封 石油储库建设刚刚起步，水幕系统设计及连通性测 试方法仍处于经验积累阶段，国外在此方面均进行 了专有技术保护。本文依托某地下储油洞库工程，对水幕系统设计及连通性测试方法进行研究。研究 成果可为类似工程设计提供参考。

m3。地下工程主要包括：建造4组储油洞罐（每组

洞罐由2条断面及长度均相同的储油洞库通过连接 洞库相连而构成），每组洞罐容积约为75万m3;设 有4座03 m进油竖井，4座06 m出油竖井;在洞库 上方设置水幕系统;设有2条施工洞库。

地下土建工程:施工范围包括本标段储库南侧

4条储油洞库，南侧施工洞库，水幕巷道4条，连接 巷道，进、出油竖井各2座及所施工范围内的密封塞 的土建施工。如图1所示。

图1 地下储油洞库三维模型

1.2 工程地质

场区表层为残积土层，其下基岩为中粗粒花岗 岩，中间穿插辉绿岩、角闪闪长玢岩、细晶岩等岩脉。

1

1.1

地下储油洞库概况

工程概况

2

水幕系统设计

水幕系统由注水巷道和注水孔构成，根据注水

本工程为地下水封储油洞库，设计库容300万

收稿日期：2018-02-06

基金项目：国家自然科学基金（51408008,51478277)

第一作者简介：崔光耀（1983—），男，博士，副教授，主要从事隧 道与地下工程方面的教学与研究工作。cya〇456@163. com

孔排列方向不同，可分为水平水幕和垂直水幕两种。

水平水幕孔轴向为东西向，基于人工水幕系统 设计原则，选取水幕孔轴向为南北向时更为有利。 在东西方向，水幕超出储油洞库约20 m;南北方向， 最南和最北侧的水幕巷道外壁超出储油洞库外壁

75

国防交通工程与技术2018 年 5 月 16,（03)

•成果与应用•地下储油洞库水幕系统设计及连通性测试方法研究崔光耀等

2.5

20 m。垂直水幕在东西方向超出储油洞库端部20

m，上端为水幕巷道底标高，下端超出储油洞库底面

验收

10 m，即下端标高为一90 m。储油洞罐之间以及库 区外缘设置垂直水幕系统，其位于东西向水幕巷道 的中心线上，将各储油洞罐独立的隔离开来。单个 水幕孔长度在55〜65 m之间，水平水幕孔总长度 为27 864 m，垂直水幕孔总长度为8 473. 8 m。水 幕孔施工时均先按20 m间距进行施工，然后根据 水文地质以及水力试验情况，最终确定水幕孔间距， 实现动态化设计。

2.1

设备选型

当钻孔施工后，进行洗孔作业，由技术员测斜，

做电视成像，分析区域岩石结构，水幕孔选取20%的 孔进行偏差测量，偏差测量采用测斜仪进行测量，水 幕孔均要求倾斜度不超过2%，孔长偏差不应大于 1%。在孔长的3个4分点和孔底进行读数，即每孔 读数4次。超出公差的孔，对此孔采用水泥封孔，并 在附近再开孔替代。选取10%的孔进行电视成像。 若该孔符合要求，验收合格后，进行下一步工作。

3

水幕连通性测试方法

为测试水幕孔之间的连通性，需要进行单孔注

考虑洞内开挖运输和钻孔同时作业，操作空间 不足，经多方面性能比选，最终垂直水幕孔采用

GBZ-130地质钻机进行钻孔，水平水幕孔采用

ZDY150Q全液压坑道钻机进行钻孔。

2.2

施工准备

水试验和分区有效性试验。单孔注水试验主要测试 水幕初始静水压力，分区有效性试验主要测试水幕 孔间连通性。试验设备主要有：流量计、橡胶栓塞、

压力表等，如图2所示。

水幕巷道开挖初始段落后平整底板，水平孔和垂 直孔定位，并将水、电、风接通，调试钻机。开孔倾角 采用罗盘确定，方位角采用全站仪两点定位法确定。

2.3

钻孔

采用孔径大一级钻具开孔。在开孔钻进30 cm 左右并安装装置后，采用01〇〇 mm冲击钻头继续钻 进，钻进工程中每10 m观测出水情况，出水量较大 及时采用栓塞封孔，防止地下水大量排出影响水位。 开始钻进时，适当控制钻速，使初期成孔竖直、圆顺，

防止孔位偏心、孔口坍塌。钻进过程中，每进尺3〜 6 m，检查外孔直径和竖直度；每间隔固定时间，将 冲击器拔出孔底一定距离进行清孔。提高冲击钻头 的使用寿命和保持高效率的钻进，取决于轴压和转 速的适当配合。

2.4

3.1

图2

现场连通性测试系统

单孔注水试验

水幕孔成孔后5 d内，应进行水幕孔注人一回 落试验，主要步骤：

(1) 测试水幕孔孔内静压。

(2) 注人期。注人压力为静压十0.5 MPa，当 压力稳定后，持续充水15 min，之后每隔1 min测读 1次流量，最终流量即为压人耗水量。(3) 回落观测。压水试验结束后，观测压水管 压力消散情况，观测频率见表1所示。

表1

时间段/min

1〜2〜

27

水平钻孔的防斜方法

水平水幕孔要求近水平，稍微向下倾斜2%。 在钻进过程中，因钻具和钻杆的自重，钻孔会自然往

下倾斜，所以开孔倾角要上仰1〜2°;钻具在回转过 程中，因离心力的作用，使钻孔往旋转方向（即往右） 倾斜，所以开孔方位角应往左偏1〜2°;连接冲击器 的钻杆必须是粗径钻杆，减少环状间隙，可有效防止 孔斜;冲击回转钻进应采用低钻压、低转速;单位时 间钻进进尺变慢时，不应采用加大钻压去解决，而应 分析原因采取对应的办法解决，否则易造成孔斜;单 位时间钻进进尺变快时，应控制进尺速度，不能过 快，否则易造成孔斜。

国防交通工程与技术

76

观测频率

观测时间间隔/min

0. 250. 5125

7〜3030 〜60 〜

6080

(4)在水幕孔中注水至压力达到施工前的天然 静压。

2018 年 5 月 16,（03)

•成果与应用•地下储油洞库水幕系统设计及连通性测试方法研究崔光耀等

3.4

(1)

(5)计算平均渗透系数。计算公式如下：

q = Q/L • p

试验效果分析

水幕孔连通性分析流程如图3所示。结合观测 数据分析，结果表明本标段需要增加水幕孔204个， 具体分布见图4所示，数目见表2所示。

式中：g为孔段的透水率(Lu); L为孔段长度（m);

Q为注水量（L/min);》为注水压力（MPa)。

3.2

分区有效性试验

单孔注水试验后，开展分区有效性试验。有效 性试验用来评价水幕系统的水力效率，根据试验结 果判断是否需要加密钻孔提升水幕系统效率。有效 性试验主要分为三个阶段：

(1)

静压力分布观测阶段。试验前，关闭所有水

幕孔阀门，记录每个水幕孔的静水压力，同时记录地 表水文监测孔的水位和地下压力计孔的压力。每隔

12 h记录一次，直至所有水幕孔压力稳定。

(2)

第1个水动力状态阶段。打开偶数水幕孔

注浆阀，记录所有水幕孔的压力，并记录偶数孔的流 量。在奇数孔内注水，如偶数孔压力上升，说明孔间 渗透性良好;如偶数孔压力基无变化，说明孔间基本 不渗透，需要设加密孔。

(3) 第2个水动力状态阶段。打开奇数水幕孔 注浆阀，并关闭偶数水幕孔注浆阀，记录所有水幕孔 的压力，并记录奇数水幕孔的流量。在偶数孔内注 水，如奇数孔压力上升，说明孔间渗透性良好；如奇 数孔压力基无变化，说明孔间基本不渗透，需要设加 密孔。

垂直水幕孔和水平水幕孔均应进行有效性试 验，试验过程相同。采用区域试验时，区域试验长度 根据水文地质条件选取，一般不小于200 m，区域重 合不小于40 m。本工程选取分区长度约为500 m。

重复上述过程，直至所有孔间渗透性均良好。

3.3

全面水力试验

水幕3水幕4水幕5水幕巷道4/\"

水幕巷道5一

注：—新增水幕孔；

图4 表2

部位

北侧南侧北侧南侧北侧

已有水幕孔

新增水幕孔布置新增水幕孔数量

西侧数量

171918139

图3 水幕孔连通性分析流程

水幕巷道3,

东侧数量

2223292925

小计

3942474234

合计

204

有效性试验结束后，结合水文地质条件综合判 断是否进行全面水力试验。根据目前的设计，暂不 考虑全面水力试验。如有必要，则按照要求进行水 力试验。

测量储油洞罐出水量，评估出水量是否达到设 计要求以及进一步的处理措施，对瞬变流动进行初 步评价。为进行此试验，需进行如下工作：

(1) 拆除巷道内临时供水管道，完成孔口保护措施。(2)

依据洞库围岩体渗透性机理、流固耦合性质及 岩体结构面分布密度、产状，补充设计水幕孔，其间 距为5 m，并重新进行压水、消散试验，直至形成完整水幕墙为止。

4

结论

依据地下水封储油洞库水封机理，以动态设 完成水幕巷道内混凝土密封塞或设其他封 (1)

计为理念，采用混合布置方案，水平水幕孔初步设计 堵措施，在水幕巷道和水幕孔内注水。

间距为10 m，垂直水幕孔初步设计间距为20 m。

(3 )水幕系统注满水后关闭放空管，维持水压力达

(2) 影响水幕孔施工质量的 （上转第45页）

到设计值。在此过程中，需要不间断向水幕系统供水。

国防交通工程与技术

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2018 年 5 月 16,（03)

•实例分析•

DJ180架桥机电气系统常见故障问题分析与解决措施刘军锋

常使用。若整根多芯电缆劳损严重，则需立即将其 更换，以减少故障发生。

(5)电磁阀线圈为封闭结构，其内部线圈的匝数 较为密集且无法打开，修复难度大。用万用表检测 接线柱，若线圈内部为断路状态，现场可用同型号线 圈进行替代。

另外，直流电源是由电子元器件构成的，应当注 意安装使用环境的防雨防潮状况关电源损坏，影响正常使用。

。

一

期及施工单位的经济效益具有直接关系。因此，做 好设备的维护管理、快速修复故障问题显得尤为重 要。作为设备维护人员，应当熟悉并掌握设备的工 作原理，对随机的技术资料，做到领会吃透。另外， 任何一个故障的出现，均不是孤立的事件，这就要求 技术人员判断和解决故障时，不能只看表象，应当按 照其工作原理，梳理脉络，理清问题产生的原因，做 到对症下药，从根本上解决问题。

参考文献

[1] 王良胜.浅谈DJ168型公铁两用架桥机架设铁路T梁施

旦开关电源内

进人水分，通电使用时会烧毁内部电子元件，致使开

4

工技术[ER/OL]. [2017-10-31]. http://www. x2bu. com

结束语

在日常施工作业中，设备的完好率与项目的工

[2] 邯郸中铁桥梁机械有限公司.DJ180架桥机电气控制原

理图[Z].邯郸：邯郸中铁桥梁机械有限公司，2005

An Analysis of and Solutions to the Common Failures of the Mechanical

and Electrical Systems of Type-DJ180 Bridge Erector

LIU Junfeng

(The Mechanical Branch of the 2nd Engineering Co. Ltd. of the 22nd Bureau Group of China Railway,Beijing 100040,China )

Abstract： Type-DJ180 Bridge Erectors for both highways and railways find wide applications in the capital construction of both

highways and railways. Aiming at solving the problems in detecting the electrical failures of and maintaining the equipment, such as those happening often to the power supply system of the main engine? the programmable controller(PLC) system and the hydraulic control system, introduced in the present paper are the phenomena of the failures» the causing principles and solu­tions to them. Special attention is paid to the output failures of the programmable controller and the failures of the power mod­ule? with solutions easy and simple to perform at the site presented. The paper may serve as a useful reference for detecting and overcoming electrical failures of equipment at the site.

Key words： Type-DJ180 Bridge Erector；electrical failure；programmable controller；detect and maintain

(下接第77瓦）主要因素有设备选型、钻机速度、钻孔

water curtain performance for gas storage in an under­ground cavern [ J ]. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering，2009，1(01) :89-96

[4] 张振刚，谭忠盛，万姜林，等.水封式LPG地下储库渗流

定位等，并提出了施工过程中所应采取的对应措施。

(3 )系统介绍了水幕孔现场注水回落试验、分区有 效性试验和全面水力试验方法，根据水幕孔连通性的判 别准则，对标段水幕孔连通性进行了评价与动态设计。

参考文献

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The Design of the Groundwater Curtaining System for Undei^round Crude Oil

Storage Caverns and a Study of the Inter-Connectivity-Testing Methods

(下转第74页）

国防交通工程与技术452018 年 5 月 16,（03)

•成果与应用•小角度斜交下穿铁路框构桥顶进纠偏施工技术郝建国

改建工程一标段工程和航新路下穿铁路南段u型 槽及框构工程施工中，得到了业主等单位的好评。

参考文献

顶进方向

防护桩与框构桥

_间跨从1.0 m调 整到0.2 m左右。

[1] 李阳.浅析下穿铁路单节大型箱涵顶进施工技术[j].

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[3] 谢富贵，何涛，孙蕊.特长箱涵顶进过程中的三维受

图6防护粧与框构桥间距调整示意图

千斤顶的前端镐头抵在该侧框构桥的外侧面上，开 镐的数量根据偏移大小而定，以对框构桥施加反向 偏转力矩，从而对框构桥进行纠偏，偏移量不宜过

大。此方法原理就是利用千斤顶设备（有3 X 3000

kNX 70%的顶力）主动在两侧对框构桥进行纠偏。

力特性研究[J].公路交通科技（应用技术版），2013(02):

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[5] 王体原.箱涵顶进设备的使用与维修[J].中小企业管理

4

结束语

本技术成功应用于天津市津榆公路芦台立交桥

与科技（下旬刊），2011(05) :253-254

On the Jacking and Deviation-Rectifying Techniques for a Railway

Bridge Obliquely to Cross a Railway at a Small Angle

HAO Jianguo

(Tianjin Railway Construction Co. Ltd. of the 6th Bureau Group of China Railway,Tianjin 300000,China)

Abstract： With the newly-built 2X12. 5 m two-aperture underpass frame bridge of Contracted Section One for the reconstruc­

tion project of the Lutai Flyover of the Jin-Yu Highway as the engineering background? and the frame bridge being jacked ob­liquely to under-cross a railway at a small angle as a practical examples deep force analysis is made of a frame bridge in the course of being jacked» with the number of pickaxe for different footage determined by calculations. Besides，the layout of the protective piles is adjusted，the number of stops is increased，the automatic deviation-rectification is performed，and some other technical measures are also taken,all of which help further improve the control precision of jacking a frame bridge obliquely to cross a railway at a small angle. Thus, the deviation-rectifying technique is successfully applied to engineering practice.

Key words： jacking a frame bridge；deviation-rectifying technique；small-angle oblique crossing；stop；stop the jack

(上接第 45 瓦） CUI Guangyao1, WANG Mingsheng2, WU Bo3

(1. Q)llege of Civil Engineering, North China University of Technology ,Beijing 100144,China?2. Tunnel Bureau Group Q). LtcL of the Railway Building

Corporation of China,Guangzhou 511458，China;3. College of Civil Engineering and Architecture，Guangxi University，Nanning 530004，China)

Abstract： With the project of a underground crude oil storage caverns as the background, the design of the groundwater curtai­

ning system and the methods of testing inter-connectivity are studied in the paper. The results of our research show that the lay­out of water curtain boreholes is closely related to the discontinuity of the rock mass. With the dynamic design as its notion, the project adopts the mixed layout scheme» with the preliminary designed spaces of the boreholes of the horizontal and vertical groundwater curtains being respectively 10 m and 20 m；with the characteristics of the project taken into account, the main fac­ equipment selection，drilling tors that influence the construction quality of the boreholes of the water curtain are determined：

speed，locating boreholes, etc. ； the methods of the drop test of water injection at the water curtain borehole site? the partition validity test and the comprehensive hydraulic test are systematically introduced in the paper. In the light of the judging criteria for the inter-connectivity of water curtain boreholes? the inter-connectivity of the water curtain boreholes are evaluated and dynam­ically designed. The results of our research may serve as a useful reference for the construction of other similar projects.

Key words： underground crude oil storage cavern；design of the groundwater curtaining system；inter-connectivity；test method

国防交通工程与技术

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