LPG地下水封洞库工程建设技术探讨

郭 得 福

(中铁隧道集团一处有限公司，重庆 264000)

1 概述

1950年，美国第一个建成了LPG地下水封洞库，随后欧洲、日本等国也陆续开始建设LPG地下水封洞库。韩国总结了美国、欧洲、日本等国的建设经验，完善了人工水幕技术，自1983年起的三十多年间，先后建设了库容为29.6万m3，55万m3，42万m3，27万m3，48万m3等的地下水封洞库[1]，成为世界名列前茅的LPG地下水封洞库国家。

在国外技术的基础上，国内从1997年起，先后建成了汕头、珠海、宁波一期、黄岛、烟台一期等5座LPG地下水封洞库，正在建设烟台二期、宁波二期等2座地下水封式洞库。先后建设的7座洞库的相关参数见表1。我公司参与了其中5座洞库的建设。前4座洞库均直接采用了国外技术。在消化吸收国外技术后，从第5座烟台一期洞库开始了国内自主修建。从表1中可见，主洞室的断面越来越大，总库容也越来越大。近些年，国内工程技术人员一直在不断研究学习国外的建设技术。如文献[1]对洞库断面结构设计进行研究；文献[2]对洞库的库址选择进行研究；文献[4]对水幕系统设计初步研究；文献[6]对水幕系统水力试验及水幕孔施工进行研究；文献[10]对洞库密封塞施工技术进行研究。国内工程技术人员多处于消化吸收国外技术阶段，未见到技术提高方面的研究。

表1 国内建设的LPG地下水封洞库参数表

从目前洞库的建设规模看，我国已超过韩国成为世界LPG地下水封洞库储存的大国。由于建设规模的扩大，我国的修建技术在国外的基础上又有一定的提高。本文在参照国外成熟LPG地下水封洞库修建技术的基础上，通过参与多个工程实践，提出了一些国内自主修建时需要注重的技术，为今后国内自主修建洞库提供一些参考。

2 需要注重和提高的技术

2.1 维持天然地下水位非常重要

水幕供水的压力，宜为施工前水幕所处位置的天然静水压力。从洞库内的油品储存要求考虑，计算出的水幕供水压力一般会低于天然静水压力，尤其在地形起伏较大的山区，两者的差值就会较大。

洞库施工期间，如水幕供水压力低于天然静水压力，则主洞开挖过程中揭露的出水点就可能偏少，主洞内注浆堵水的效果也会大打折扣，就会导致运营期洞库内的实际排水量大于竣工验收阶段。

在洞库运营期，长时间的地下水位低于天然水位状态，就可能会出现洞库附近地面植被遭到破坏，在山区地带造成的影响可能更大。在洞库附近形成的地表水漏斗，会使周边的水向洞库区域补充，就有可能补充达不到洞库水封要求的水质。

要做好水幕供水维持天然地下水位[2]，首先要做好施工期用水量的充足供应。临近城市的项目要最好从市政供水获得足够的水量；在山区的项目要从远离库区保护范围外引水获得充足的水量。其次在洞库选址时也要考虑维持天然地下水位的问题。相比山区，地势平坦的库址其气密要求的地下水位与天然地下水位更接近，按照天然地下水位供水的难度增加较小，故选择相对平坦的库址更为有利[3]。地下水位与洞库的关系示意图见图1。

2.2 水幕超前覆盖要严格执行

按照设计、施工规范及建标，水幕超前主洞室开挖面至少保证20 m。但在施工过程中，由于各种耽误，要严格做到水幕超前覆盖，对应的主洞室顶层开挖就有可能暂停，会对主洞室顶层开挖有一定的影响。

水幕超前覆盖，并按照天然水位水压力供水，可以及早发现开挖面前方出现的渗漏水，以便采取超前注浆的方式堵水(超前注浆堵水总体的效果要优于开挖后注浆)。部分项目由于没有规范的做好水封超前覆盖，导致开挖后的渗漏水点多，采用后注浆堵水效果较差，且工程量较大。

水幕至主洞室顶层的高差一般是20 m，按照围岩主结构面竖向均在45°范围内计算，则水幕超前的距离应为20 m。对于具体的某个项目，水幕超前的具体尺寸，宜根据主结构面的角度计算得出[4]。

2.3 超前探孔及超前注浆堵水是减少渗漏水的关键

主洞室顶层开挖前先在开挖面用红外线探水，再针对性的施作超前探水孔，超前探水孔的位置、数量根据红外探水情况进行调整[5]。根据超前探水的情况，进行超前堵水，原则上只要超前探水孔出水，就需要进行超前注浆堵水。注浆孔的数量、位置可根据探孔出水情况分为探孔顶水注浆、局部扇形注浆、全断面帷幕注浆。在注浆后，宜再结合红外探水情况施作超前探孔，在确认探孔内无水时方能进行开挖。

在超前注浆堵水后，开挖后仍可能出现少量的渗漏水，这是需要后注浆补充注浆堵水，由于出水点不多且水量较小，后注浆实施难度较小。

2.4 附加水幕钻孔要尽早施作

主洞室顶层开挖完成后，对所有水幕孔进行整体的效率试验，根据效率试验的结果会补充增加一些水幕孔，这些补充的水幕孔即为附加水幕孔[6]，附加水幕孔均设在低效的水文地质岩体中，这些部位多存在较大的节理。

附加水幕孔供水后，主洞室顶层已开挖段不可避免的会出现渗漏水。有些附加孔通过节理裂隙直接通到主洞室顶层，出现附加孔供水全部直接流入主洞室内的现象。这种现象在几个洞库中均出现过，出现的概率较大。从主洞室顶层开挖完成，到水幕效率试验，再到附加孔的施作及供水，这个时间至少要1.5个月，有时长达几个月。在这个时间内，一般主洞室开始了2层开挖，甚至3层的开挖。每层开挖的高度一般在6 m～10 m之间，两层的高度一般在14 m～20 m间，3层的高度一般在20 m～30 m间，可见附加水幕孔供水的时间越晚，从主洞室内注浆堵水的高度就会加大。

对在开挖后出现的渗漏水，只能采用后注浆方法堵水注浆。采用深钻孔进行注浆的效果一般较好，钻深孔就需要相应的钻机，一般为三臂凿岩台车、自行式浅孔钻机等设备，这些设备都体积较大，重量较重，只能满足在顶层开挖的高度内钻后注浆孔。如进入主洞室2层、3层等高度时，要对顶部的渗漏水进行注浆堵水，就需要搭设作业台架，一般都会影响主洞室的开挖，且台架上只能用轻型的钻机。为不影响主洞室开挖，有些项目在主洞室开挖全部完成后，再搭设作业台架进行注浆，出现注浆钻孔等作业困难，且堵水效果差的问题。

为在顶层或2层高度内进行注浆堵水，附加孔宜尽早供水，相应的水幕效率试验也宜尽早开展。在主洞室开挖一定区域后，可先进行该区域的水幕效率试验。通过分区域的效率试验，可分区域及早施作附加钻孔。

2.5 主洞室开挖要配备先进的机械设备

主洞室开挖的工程量较大，开挖的效率直接影响总工期，开挖方法主要取决于投入的施工设备。在目前机械取代传统人海战术的大背景下，投入国际先进的三臂凿岩台车、喷射混凝土台车、高空作业平台车等设备是钻爆工程安全、高效施工的主流[7]，作为站在国际前沿技术的洞库项目，投入与之地位匹配的专用机械设备，确保项目的安全、质量、进度受控[8]。

2.6 主洞室局部不良岩体的开挖

主洞室总体的围岩结构较好，但局部不可避免的存在一些不良岩体。对于遇到的较大范围的不良岩体，要优化洞库总体的平面布置，如施工巷道绕道、水幕巷道绕道、主洞室一端减短等。但对于主洞室内出现的较小的不良岩体，可以采用预留岩体、变截面、小导洞连通等方案优化原设计。主洞室内遇到不良岩体的处理方法示意图见图2～图4。竖井的位置，要结合地面的条件和地质情况，如与主洞室连接处岩体不良，也宜采用小导洞连通。

2.7 密封塞优化与检验

密封塞是洞库最关键的结构物，是洞库密封成败的关键。密封塞为钢筋混凝土结构。封塞施工前应进行岩体稳定性分析，并对外部荷载及封塞厚度合理性进行论证。封塞施作的具体位置，要根据地质素描等地质资料确定，要选择岩体完整、前后无明显渗漏水、避开贯穿封塞的岩体结构面。封塞键槽按照原设计开挖后，要根据开挖的实际形状及岩体结构面情况，优化键槽的开挖形状，并根据实际的开挖形状优化封塞的结构尺寸等参数。某项目密封塞设计与实际开挖轮廓线对比见图5。

密封塞前后的渗漏水点、密集的结构面等部位，要进行注浆封堵或固结。在密封塞施作后，仍要进行顶部的回填注浆、周边接触注浆等[9]。在密封塞全部完成往施工巷道注水时，要不间断的观测水位情况，发现施工巷道内的水位、主洞室内水位异常时，要停止注水并采取措施，这是密封塞密封性的重要检测手段。

2.8 水幕巷道设计要为水幕供水管线快速拆除创造条件

在LPG洞库中，水幕供水管线的拆除时间一般不超过48 h[10]，这是对水幕密封效果的保证措施之一。但是在国储石油洞库中，由于水幕孔的数量较多，要做到48 h内拆除难度较大。在水幕巷道设计时，宜考虑后续供水管线拆除的问题。可将整个水幕系统分区域设计，每个区域的入口处均高于内部巷道约1.5 m以上，如此可实现每个区域独立注水，确保在一个区域内能做到管线拆除及注水淹没水幕孔的时间不超过48 h。为加快管线拆除的速度，使机械设备能进入水幕巷道辅助拆除，宜对水幕巷道底板进行处理，为节约投资和加快处理进度，宜用洗净的块石铺垫处理，达到车辆通行能力即可。

2.9 主洞室分层开挖的高度要有利于堵水注浆

主洞室第一层(顶层)开挖后，方能进行水幕效率试验，根据水幕效率试验的结果施作附加水幕钻孔。附加水幕孔供水后，主洞室内一般都会出现新的渗漏水点，有时渗漏水水量较大，必须采用注浆堵水。注浆堵水需要钻机等设备，如此时开挖的高度过大，就需要搭设作业平台，搭设作业平台费时、费力；如在14 m左右，可以采用凿岩台车+高空平台车就能作业，无需搭设作业平台。所以，建议主洞室第一层+第二层的开挖总高度控制在14 m左右。

3 结语

LPG地下水封洞库建设在国内尚处于起步阶段，国内的技术人员多在研究消化国外的技术。随着国内LPG地下水封洞库工程的建设规模超过国外，完全照搬国外的技术已不再适应，需要我们通过参与工程建设总结、分析出需要注重和提高的技术。本文为作者从实践中总结出的，较国外建设技术需要注重和提高的技术，观点难免偏颇，请大家批评指正。

参考文献:

[1] 夏喜林.LPG地下水封岩洞储库断面设计与研究[D].青岛：石油大学(华东)硕士论文，2003.

[2] 彭正华,李俊彦.地下水封洞库的库址选择研究[J].油气储运，2008，27(1):60-62.

[3] SY/T 0610—2008,地下水封洞库岩土工程勘察规范[S].

[4] 辛继勇,许 卫.某地下水封洞库工程水幕系统设计初步研究[J].长沙理工大学学报(自然科学版)，2014,11(4):77-82.

[5] 吕乔森,陈建平.红外探水技术在岩溶隧道施工中的应用[J].现代隧道技术，2010,47(4):45-50.

[6] 胡谋鹏,陈雪见.地下水封石油洞库水幕系统水力试验及水幕孔施工[J].探矿工程(岩土掘进工程)，2016，43(1)：81-84.

[7] 洪开荣.大型地下水封洞库修建技术[M].北京：中国铁道出版社，2013.

[8] 韩前丰.三臂凿岩台车在地下水封洞库工程中的应用及经济分析[J].城市建设理论研究，2014(4)：26-28.

[9] 孙海江,周永力.浅谈某地下水封石油洞库密封塞施工技术[J].四川水力发电，2016,35(4):20-23.

[10] 法国GEOSTOCK，LPG地下水封洞库地下通用规范[S].