地下水封石洞油库的泄漏风险及相应对策

张汝鸿 冯红民

〔1 中国石化燃料油销售有限公司 北京 100029；2 中国石化股份公司工程部 北京 100728〕

地下水封石洞油库的泄漏风险及相应对策

张汝鸿1冯红民2

〔1 中国石化燃料油销售有限公司 北京 100029；2 中国石化股份公司工程部 北京 100728〕

在简要介绍地下水封石洞油库和水幕系统的概念及特点的基础上，结合某地下水封石洞油库的实际情况，基于水位监测数据，通过对不同条件下出现的如水封失效、独立裂隙，进油管布置不合理和水位监测数据异常等主要风险的分析，提出了防止介质泄漏的相应对策，指出水封失效是介质泄漏的主要因素，在施工中加强水位监测、及时分析异常数据，采取适当措施是预防水封失效的主要手段。为相关单位做好地下水封石洞油库的防泄漏工作提供了借鉴。

地下水封石洞油库泄漏风险分析对策

社会和经济的发展需要稳定安全的能源供给。国家石油储备的建立是实现能源稳定安全供给的有效途径。地下水封石洞油库具有安全性高、成本低、环保等优点，已经成为我国战略石油储备的一种重要方式[1]。

1 地下水封石洞油库和水幕系统

地下水封石洞油库(以下简称洞库)是在稳定的地下水位以下的岩体中开挖出来的,用于储存原油、汽油、柴油等介质的地下空间系统。密封是通过地下水往洞内渗透实现的，而储存介质的压力与洞的埋深有关，即由洞库周围地下水和洞内储存介质之间的压力差来保证介质不泄漏[2-3]。

水幕系统是保持洞库水封压力的人工设施，一般包括水幕巷道、水幕孔、注水井等。按洞库密封原理，在具有稳定的地下水补给、能确保水封压力的情况下，可不设计水幕系统。洞库周边一般设有监测孔，以监测地下水位、压力、水质等，确保水封有效。但是，即便设计有水幕系统，在某些情况下也会存在介质泄漏的风险。在实际工程中，分析监测数据、监测数据与有关变量之间的关系，及时发现问题并采取相关措施是避免介质泄漏的重要手段[5-7]。然而在实际工程中，由于各种因素的影响，洞库介质也有泄漏风险，给工程质量和安全带来巨大隐患。本文通过典型洞库的风险分析，提出了应对介质泄漏风险的对策，将有效避免洞库介质的泄漏，保障工程质量和安全。同时，通过分析实际工程中的典型案例，基于现场监测数据，对洞库介质泄漏的原因进行分析，并以相应的工程措施应对，为在地下水封洞库建设中防止介质泄漏提供了具有指导意义的经验和方法。

2 水封洞库介质的泄漏风险及对策

介质泄漏是洞库运行的最大风险，水封失效、独立裂隙、进油管布置不当等都是介质泄漏的因素，其中水封失效是主要因素，而水位监测是水封能否有效的重要指标，即通过分析监测水位数据，可判断水封是否有效，是否存在介质泄漏风险。

2.1 水封失效

(1)不设水幕系统的水封洞库，因地下水位下降、水封失效而导致的介质泄漏。

可采取的对策有：①长期监控地下水位，并分析与库区降水的关系(可在库区建立雨量观测站)；②发现水位下降趋势后，结合气候情况，尽快决定是否采取人工干涉措施(如引入其它水源、从注水孔注水等)；③预测水位到达下限的时间，及时做出介质调运安排。

(2)设水幕系统的水封洞库，因水幕系统覆盖范围有限或有效性差，部分洞室和区域的水封压力下降，导致介质泄漏。

可采取的对策有：①及早建立水位观测孔，并完善监测数据采样制度和数据库；②及时分析各

监测孔水位与相邻巷道或洞室的开挖进度、水幕注水量以及与注水压力之间的关系，及时分析所发现的问题并采取针对性措施;③重视水幕有效性试验，除全孔长试验外，对水幕孔尚应考虑选择性地开展分段有效性试验，确保水幕孔之间的连通，如发现水幕有效性差，应采取加密水幕孔、岩层改造等措施；④若发现水幕系统覆盖范围有限，应采取加长水幕孔、增设地面注水孔等措施。在施工过程中对水位数据进行监控分析，及时发现异常数据，分析原因、判断风险并采取措施，可有效避免泄漏风险。

2.2 独立裂隙

(1)洞室围岩裂隙发育的不确定性以及岩土工程勘察未明的独立节理裂隙带的存在等，可能导致介质泄漏。

可采取的对策有：①提高岩土工程勘察水平，采用工程物探等技术尽可能查明工程所在区域的节理裂隙带；②加强施工勘察，对发现的未揭露节理裂隙带采取注浆封堵措施；③重视水封洞库最外侧洞壁节理裂隙的注浆封堵工作，适当提高注浆压力、长度及范围。

(2)水垫层不能及时建立，或水垫层建立时间短、覆盖范围内独立裂隙并未完全充满水，因油流冲刷底板，导致介质由洞室底部渗漏扩散。应在建立的水垫层稳定一段时间后(即水垫层覆盖范围内裂隙已充满水)再储油。

2.3 进油管布置

进油管布置不合理，若油流持续对某一位置冲刷，可导致介质由洞室壁部或底部渗漏扩散，且可能危及洞室稳定。应慎重考虑进油管布置，使油流对洞室壁及底部的冲刷力降至最低。

3 洞库水位监测数据及分析

某洞库储油洞室纵轴线按近NW向平行设置，洞室拱顶高程为-20 m、底板高程为-50 m；洞室上方设有水平水幕系统，其中水幕巷道底板高程为5 m，水幕巷道内布置有水幕孔，孔长至少覆盖洞室壁外10 m；洞室周围布置了12个水文观测孔，终孔孔深均超过洞室底板，孔底高程约-60 m。

施工过程中，发现有的水文观测孔水位数据异常，其中观测孔1和2数据较为典型。其背景数据为当时该洞库所有监测孔的平均水位高程为90.77 m，剔除4个异常孔后平均水位高程为112.02 m。

3.1 观测孔1

该孔位于洞室⑨(最东侧洞室)东边墙东68.64 m，最高水位曾达54.17 m，工程实施中，该孔水位缓慢下降，最低降至高程-42.37 m，仅高于洞室底板高程7.63 m。此孔最低水位已不能满足水封要求，在此水位下储油将发生介质泄漏。

经钻孔示踪试验，表明该孔地下水由洞室⑨底板排泄。2013-11-23至2014-01-02该孔水位从-41.86 m单边下降至-42.37 m，在一直稳定注水的情况下，可基本判定水幕未覆盖至此范围。

采取加设水幕孔的措施后，该孔水位恢复至设计水位以上，可保证介质不泄漏。

3.2 观测孔2

该孔距洞室⑧北边墙20.3 m，最高水位曾达240.01 m，工程实施中，该孔水位缓慢下降，最低降至高程10.05 m，仍比洞室底板高60.05 m。2013-11-03至2013-11-09至2013-11-26至2013-12-05该孔水位由10.16 m升至11.66 m、下降至10.05 m、后又升至11.53 m，可基本判定水幕系统覆盖了此范围，但该范围节理裂隙连通性差，水幕虽补充了部分水源，但补水量小于流失量。

由于节理裂隙连通的不确定性，虽不能判定水位下降最终是否影响洞室水封性能，但介质泄漏风险很大。后经采取加密水幕孔、改善水幕孔连通性等措施，该孔水位恢复至设计水位以上，可保证介质不泄漏。

4 结语

洞库介质泄漏涉及工程的设计、施工、投用、监测等诸多因素，其中水封失效是介质泄漏主要因素，在施工中加强水位监测，及时分析异常数据，判断介质泄漏风险并采取适当措施是预防水封失效的主要手段。此外，在工程实施过程中，应持续开展地下水渗流场模拟分析，根据水位监测数据变化情况，结合正演和反演分析，不断修正相关模拟参数，及时预测有关问题并提前采取措施。

[1] 住房和城乡建设部.GB50455—2008地下水封石洞油库设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[2] 钱七虎, 戎晓力. 中国地下工程安全风险管理的现状、问题及相关建议[J]. 岩石力学与工程学报, 2008, 27(4):649-655.

[3] Yiguo XUE,Shucai LI. A new evaluation method for site selection of large underground water-sealed petroleum storage depots[J], Science China Technological Sciences, 2015 ,58(6).

[4] 田昊, 李术才, 王者超,等. 地下水封石洞油库施工期监控量测与稳定性分析[J]. 岩土工程学报, 2015, 37(9):1710-1720.

[5] 马秀媛, 张立, 苏强,等. 大型地下水封石洞油库水幕系统优化设计研究[J]. 岩土力学, 2016, 37(3):776-782.

[6] 王者超, 李术才, 薛翊国,等. 大型地下水封石洞油库围岩完整性、变形和稳定性分析[J]. 山东大学学报工学版, 2011, 41(3):112-117.

[7] 王者超, 李术才, 薛翊国,等. 大型地下水封石洞油库施工过程力学特性研究[J]. 岩土力学, 2013, 34(1):275-282.

2017-06-13。

张汝鸿，男，高级工程师，1990年毕业于太原工业大学机械系流体传动与控制专业，现在中国石化燃料油销售有限公司从事安全、设备及工程方面的技术工作。