岩土工程勘察在地下水封洞库工程中的主导作用

梁佳佳 孙 炜

北京东方新星勘察设计有限公司 北京 100070

地下水封洞库是在稳定地下水位以下一定深度的岩体中开挖地下洞室，利用油、气与水不相容的特点，采用地下水的水封作用，密封、储存石油与液化气的油气储库。地下水封洞库的建造多采用大跨度、高边墙、不衬砌的地下洞室，并且为满足洞室密封性需要，洞室须长期处于动态的地下水环境下运行。目前，国内多个企业已经建成或正在建设地下水封式原油、LPG 或丙烷洞库。特别是随着国家战略石油储备工程的大力推进，国家在各地布局了多座原油地下水封洞库。

因存储原理的特殊性，地下水封洞库勘察与常规石油化工勘察差别较大，且在工程建设过程中起到主导作用。

1 地下水封洞库勘察

地下水封洞库勘察是一项专门的勘察技术，主要分四个勘察阶段，即预可研阶段勘察、可研阶段勘察、初步设计阶段勘察、施工图设计及施工阶段勘察。

1.1 预可研阶段勘察

预可研阶段勘察先通过资料搜集与分析、地质调查与测绘初步确定库址比选方案；再通过大范围的工程物探，确定重点库址；最后在重点库址有针对性的布设少量钻孔（1—3 个）进行验证，根据勘察结果择优推荐库址。其中如何筛选出重点比选库址，是本阶段勘察工作的重点。

1.2 可研阶段勘察

可研阶段勘察在预可研阶段选定的库址场地上进行，初步查明库址的工程地质和水文地质条件，为最终确定库址和库区布置进行地质论证，为项目立项服务。首先通过大比例尺的地质调查与测绘和加密的工程物探，来初步查明库址场地的地质条件；再在地质调查与测绘和工程物探成果的基础上，针对性地布设工程钻探，并进行钻孔原位试验和室内试验等工作，初步查明库址场地的工程地质和水文地质条件。在此基础上，进行相应的工程地质和水文地质分析与评价。

1.3 初步设计阶段勘察

初步设计阶段勘察在可研阶段选定的场地上进行，基本查明库址的工程地质和水文地质条件，进行库区布置的地质论证。本阶段勘察需要查明具体洞库布置位置的地质条件，主要是通过地质异常处的大比例尺地质调查与测绘、沿所有洞室轴线的工程物探、各个洞库特殊位置的钻孔，结合钻孔内的大量原位测试和室内试验等来完成勘察工作。在此基础上，对洞库地下工程部署进行优化，对洞库工程地质和水文地质问题进行分析评价。

1.4 施工图设计及施工阶段勘察

施工图设计及施工阶段勘察在初步设计阶段勘察的基础上，结合初步设计资料，检验前期勘察的地质资料与结论，补充论证专门性工程地质问题，并提出优化设计方案的建议。本阶段主要为洞室开挖、支护服务，在充分分析和掌握前期勘察成果的基础上，对所有洞段提供全过程、全方位地质服务，并进行水幕系统建设，为洞库运营提供技术支持。

2 地下水封洞库勘察特殊性

2.1 技术要求

地下水封洞库工程的特殊性决定了其对洞库勘察的要求较高。首先，地下水封洞库工程对场地工程地质条件、水文地质条件要求较高；其次，地下水封洞库开挖洞室截面较大，且内部一般不进行衬砌支护，洞室稳定性主要依靠岩体自稳能力；另外，由于地下水封洞库储存原理的特殊性，既要求保持稳定的设计地下水位，又要求洞室内较小的涌水量。这些特殊性和关键点均是对场地工程地质条件和水文地质条件的要求，也就是对洞库勘察工作的要求。同时，每个地下水封洞库工程场地地质条件千差万别，不同项目具有单一性，洞库又深埋地下岩体内，勘察工作开展困难大。加之目前国地下水封洞库工程建设尚处于新兴阶段，尚无非常成熟的勘察规范，这就对地下水封洞库勘察提出了非常高的要求。

2.2 工程作用

常规工程建设中传统勘察一般只是为设计提供所需的输入条件，而地下水封洞库工程是一项地质工程，工程前期的库址选择、洞库部署、工程地质和水封条件评价；工程建设中的洞室开挖、支护、堵水注浆及水幕建设和地下水控制等均主要取决于洞库场地地质条件，是洞库勘察的成果。因此。地下水封洞库勘察在工程建设的各个阶段均起到关键作用，贯穿地下水封洞库建设的全过程。

2.3 技术、方法和重难点

传统勘察手段特别是普通石油化工勘察主要以钻探为主，而地下水封洞库勘察即使进入详勘阶段钻孔间距也在150～250m。仅靠钻孔无法满足工程建设需求，需要借助各类综合勘察手段特别是物探方法的综合运用，来宏观总体把握场地地质条件，综合进行工程地质、水文地质分析与评价。

地下水封洞库勘察中水文地质勘察是工作的重点，对岩体渗透性特征的勘察工作又是整个洞库水文地质勘察的重点和难点。由于建库岩体一般为弱透水性岩体，一般工程建设对岩体中这一类级别的地下水渗透性研究很少。因此，目前国内尚无针对地下水封洞库勘察中各类水文地质参数试验的成套设备，需要研发和使用专门的设备和技术。

2.4 所需投入

地下水封洞库工程对勘察有着极高的要求，洞库勘察在工程建设中又起着非常重要的作用；同时由于地下水封洞库深埋地下岩体内，勘察工作开展困难；洞库勘察所采用的技术手段、方法和重难点又与一般工程差别较大。这就要求勘察单位长期持续的投入高额经费和大量技术力量开展洞库勘察研究工作。同时，进入施工阶段后勘察工作始终处于洞库开挖掌子面处，作业环境复杂、周期较长，需要勘察单位拥有优秀完善的水封洞库勘察技术团队。

地下水封洞库勘察的这些特殊性，决定了其岩土工程勘察工作并不只是简单的各种勘察手段和方法的堆砌，每项工作的开展均需要根据上一步的工作成果及时调整；各项工作之间相互验证、相互支撑和指导，需要根据每个工程场地不同的地质条件，进行综合分析与评价。

3 地下水封洞库勘察主导性

勘察是设计的眼睛，洞库勘察是地下水封洞库工程建设质量与安全控制、费用控制、进度控制的关键依托点，在地下水封洞库工程中起到主导作用。

3.1 质量安全控制主导性

地下水封洞库主体是洞罐周围的岩体和地下水，洞库勘察质量直接决定了洞罐质量。洞库施工期，洞室开挖支护、堵水注浆、地下水控制是洞库施工的主要工作，这些工作的基础均是地质勘察资料。因此，洞库勘察是地下水封洞库工程建设质量控制的关键点。

地下水封洞库施工过程中，工程安全的基础是地质条件，地质风险的管控是工程建设安全控制的核心，只有提前准确预判各洞室开挖段地质风险，才能有针对性地采取理措施，最大限度地规避施工风险。因此，洞库勘察是地下水封洞库工程建设安全控制的关键点。

3.2 费用控制主导性

在地下水封洞库工程中，地下工程费用是各地下水封洞库工程建设费用差异最大的部分。地下工程费用的基础是地质条件。在项目前期，洞库库址选择和地下洞库部署是否合理，造成的后期建设成本差异非常大。进入项目施工阶段，洞库支护量和堵水注浆量是地下水封洞库施工成本差异最大的部分。洞库支护措施的依据就是勘察成果，特别是对于不良地质段，勘察成果准确与否造成的处理费用差异非常巨大，由勘察成果的准确性引起的一处不良地质段的处理费用差异就达数百万到上千万。堵水注浆的依据同样是地质勘察成果，如未科学合理地结合实际地质条件，一个工程的堵水注浆费用就可能会增加上亿元。

因此，洞库勘察是地下水封洞库建设费用控制的关键点。地下水封洞库的勘察费用约占整个洞库工程总费用的3%～5%，在洞库勘察上适当增加投入会在后期大大减少工程总费用和运营期费用。

3.3 进度控制主导性

地下水封洞库工程建设中，在普通地质段的常规施工进度各项目差别不大，工程建设进度差异大的是不良地质段的处理和堵水注浆工期。一处不良地质段处理不好的话，就会造成数个月的工期延误，而这些不良地质段设计、施工方案的基础和依据就是勘察成果。堵水注浆不但在施工过程中会影响施工进度，而且如果处理不好，在后期可能会占用数个月甚至一年的工期，而堵水注浆同样需要依据洞库施工勘察成果进行设计施工。因此，洞库勘察是地下水封洞库建设进度控制的关键点。

地下水封洞库工程建设是以地质条件为核心的，勘察不只是为设计提供输入条件，而是参与到设计的各个过程中，实施“动态勘察、动态设计”。在设计的龙头作用下，勘察成为地下水封洞库工程建设的主导。“设计为龙头，勘察为主导”是地下水封洞库工程管理的核心。

4 地下水封洞库勘察工程实例

国内大型地下水封洞库建设尚处于新兴阶段，地下水封洞库勘察更是一项新兴的技术，脱胎于传统，自然而然容易受到常规勘察惯性思维的影响与禁锢。

以国内第一座百万立方米级别的液化气地下水封洞库万华化学烟台液化烃地下水封洞库为例。项目建设初期，由于国内对地下水封洞库的建设了解有限，建设单位将洞库勘察视同一般的化工装置勘察，选择了当地勘察技术实力最强的勘察单位开展工作。该单位按照普通石油化工装置勘察的思路和方法，通过钻探开展选址勘察工作，但在投入大量费用和工期的情况下，无法选出适宜的库址。之后，业主又选择具有丰富地下水封洞库勘察经验的单位来重新开展工作，在企业自有土地内选择出了适宜的库址场地。建设过程中，坚持以地质为主体，重视地质勘察工作，在设计的龙头带领下，以勘察为主导，充分利用场地地质条件，顺利地完成了工程建设，取得了良好的经济效益和社会影响。

同在山东半岛的金能集团，丙烷地下水封洞库建设初期，考虑勘察费用问题，仅通过价格选定了勘察单位进行洞库勘察。由于场地地质条件复杂，完成选址勘察后，选择出的库址区围岩较差，地下水出露较大。后经评估，不得不选择具有丰富地下水封洞库勘察经验的单位来重新开展工作，经过在自有场地内重新部署地下工程，将主洞室进行了移位，仅交通巷道穿过原库址。开挖后，交通巷道穿越原库址段时，地下水出水量非常大，占到了总出水量的90%，处理难度较大。到达重新部署的主洞室位置后，地质条件发生明显好转。工程建设过程中，对工程建设影响最大的就是穿越原库址的洞室段，通过对主洞室位置的调整，工程建设完成后，该工程的工期和建设费用均达到国内最好水平。

国内某原油地下水封洞库勘察过程中，按照一般化工装置勘察的常规做法，将一座洞库的勘察分成两部分，由不同的勘察单位来分别完成。而地下水封洞库工程勘察的主要对象是岩体及岩体裂隙中的地下水，岩体和地下水呈空间分布，一座地下水封洞库的工程地质、水文地质条件是一个整体，需要整体分析评价。人为划分为两部分后，由于不同勘察单位的洞库勘察技术实力和对地下水封洞库的认识水平差异较大，造成对同一场地的工程地质、水文地质分析和评价无法统一。而受到专业性强、技术难度大等因素限制，设计方也无法进行评判，造成同一项目中设计方案因区域不同而有较大差别，对后续的设计工作和建设管理造成了非常不利的影响。

综合分析国内多个地下水封洞库工程建设实例表明，在地下水封洞库工程建设中，应重视岩土工程勘察工作，并充分发挥其在工程建设中的主导作用。