地下水封石油洞库水幕系统施工技术

地下水封石油洞库水幕系统施工技术

发表时间：2019-06-19T09:40:47.950Z 来源：《基层建设》2019年第8期作者：魏伟徐西刚李金龙

[导读] 摘要：石油是现代工业的“血液”，是一个国家的经济命脉，石油供给的稳定对于经济发展和社会稳定都有着不可估量的作用。为了保证石油稳定供给，需要建立石油战略储备库。

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摘要：石油是现代工业的“血液”，是一个国家的经济命脉，石油供给的稳定对于经济发展和社会稳定都有着不可估量的作用。为了保证石油稳定供给，需要建立石油战略储备库。相比于地上的储备库，地下储备库具有安全性高、使用寿命长、可躲避常规武器袭击等优点，而地下水封石油洞库作为地下储备库的一种，除了具有以上优点，还具有区域适应性强、库存规模大、占地面积小和易扩建等优点，已成为国内外石油储备库建设的首要选择。

关键词：地下水封；石油洞库；水幕系统；施工技术；分析

引言：目前大型地下岩洞储油库主要采用水封洞库的形式，即采用地下水压力将储存介质封闭在储存空间中，为保持储油洞室上部有稳定的地下水位，控制储油洞室周围的地下水流和水压，保证储库的水封效果，在储油洞室上部设置水幕系统。

1.水幕水文试验及水幕孔施工研究现状

随着国家战略石油储备的大力建设，国内目前已经建设完成和正在建设的地下石油储备库已经有相当的数量，伴随着这些项目，很多学者发表了一些地下水封石油洞库水幕系统方面的论文。例如，邵再良重介绍在勘察中的注水－消散试验的方法和步骤；李树忱详细分析了水幕系统连通性评价方法和判别准则；赵显山介绍了降水头试验、吕荣试验、压力－消散试验在可研勘察期间的应用；周永力详细介绍了水幕孔的施工技术，以及水幕孔施工完毕后采用单孔试验评价水幕孔合理性的方法，还有有效性试验的程序；李印以本水封洞库实例，详细介绍了单孔试验的运用。以上文献从各个方面都涉及到了单孔试验和有效性试验的应用，但是没有谈及他们之间在地下水封洞库工程中的相关性，也没有谈及施做时间、作用、功效等，更没有谈到地下水封洞库水力试验中很重要的一个试验即全面水力试验。

2.水幕系统施工方案

2.1工程特点

一是地下水位及渗流控制严格。为确保地下水封洞库正常运行，水幕系统在主洞室开挖完成前形成，进行全过程充水，在开挖过程中要注意杜绝出现较多的渗漏水，避免地下水位严重下降而影响洞库的气密性，或由于渗漏水量较多而增加洞库投产期排水及水处理的费用。二是施工作业空间受限，水幕孔钻孔精度要求高，水幕系统施工难度大。水幕巷道开挖断面较小，开挖施工进度总体较慢。对同一段水幕巷道，必须在该段全部开挖完成后才能进行水幕钻孔，水幕超前主洞室覆盖难度较大。水幕钻孔孔深较大，钻孔过程中钻机钻杆受重力作用下沉较多，且地下洞库库区存在部分与之小角度相交结构面断层等不良地质结构，水幕孔钻孔的精度及偏差不易控制。

2.2施工方案

水幕巷道单个开挖作业面配置一台多功能台架、１２把手风钻，采用人工手风钻钻孔、多功能作业台架辅助人工装药、全断面光爆的施工措施进行开挖施工；出渣作业采用１台侧卸式装载机配合１辆２５ｔ自卸汽车进行；锚杆采用人工手风钻钻孔，作业台架辅助安装；喷砼采用湿喷混凝土机械手作业。水幕钻孔采用小型坑道钻机钻孔，洞外安设高风压空压机提供动力，钻机配置取芯钻具和孔内成像仪。为了加快施工进度，尽早建立水幕运营系统，为主洞库开挖提供水幕覆盖，水幕巷道断面（宽×高）5.0ｍ×4.5ｍ变更为（宽×高）7.0ｍ×6.0ｍ，常规设备可入洞进行施工，提高了工程进度；水幕开挖与钻孔覆盖可根据施工进度进行分区、协调进行，即先开挖巷道的一部分，然后进行水幕钻孔覆盖，多工序交叉或同时作业。水幕系统供水采用自来水直接供应，在１洞施工巷道口附近建立供水水池。水幕孔孔口安装压力表、流量表、截止阀和逆止阀等，用以监测注水压力、注水量和防止孔内水倒流。水幕建成后，要及时对水幕进行监测及各种水试验，以指导主洞库的开挖。

3.水幕钻孔施工

3.1测量定位

采用全站仪按照设计孔口坐标确定水幕孔设计开孔点进行标识，在对应水幕巷道另一侧边墙放出该水幕孔孔位后视点做出标识（便于后期采用全站仪两点定位法进行方位角调整）。

3.2准备工作

选取岩质具有代表性地段作为试验段进行试钻工作。钻孔前做好场地平整、设备检查／检修、设备试运行等工作。通过试钻获取钻孔参数，包括正常钻进钻头向下偏移量、开孔角度及钻孔使用钻速、风压、钻进过程中的纠偏等。

3.3钻机就位

采用机械（装载机）辅助将钻机移动至待施工水幕孔位置，钻机钻头对准已标识水幕孔孔口右下方位置，便于进行偏角与上仰角调整。进行超深水幕孔施工时因钻杆自重与离心力作用、水幕巷道底部凹凸不平时钻机受力易发生偏移，需保证钻机安装时底部稳定。

3.4钻杆角度调整

3.4.1开孔角度设定

在钻进过程中，钻孔因钻杆自重，钻进时孔道会自然向下倾斜，开孔需上仰一定角度。为保证开孔向上偏差不超过允许值（5%），按照理论计算及试钻结果，开孔最大仰角不大于３°。钻具在回转过程中，因离心力的作用，使钻杆向旋转方向（向右）倾斜，结合测斜试验结果，开孔方位角向左偏移２-３°。

3.4.2偏角调整

在采用全站仪两点法控制时，首先采用牵引线将水幕钻孔标识点与对应后视点连接作为钻孔定位校核轴线，然后分别在钻机前部、中部、尾部确定钻机横向中点位置做出标识。牵引线与水幕巷道同宽，为７ｍ，利用三角形特性计算出钻机平面角偏移２-３°时钻机尾部一侧牵引线末端需水平偏移2.5-3.5cm。定位轴线位置确定后开始调整钻机，采用铅垂线分别校核钻机已标示出的３个点位位置，确保定位轴线在钻机上投影与钻机中心重合。

3.4.3钻机前臂安装支撑杆

在超深水幕孔钻孔过程中形成的向下偏差主要由钻孔过深时钻杆自重过大致使钻头下垂导致，在钻孔至一定深度后钻头位置将向下偏

移至设计孔轴线同一高程处，并随着钻孔深度加深继续向下偏移。为在钻孔过程中对向下偏移量进行控制，在钻机前臂安装丝杆式高度可调支撑杆进行支撑、纠偏。

3.4.5上仰角调整

通过调整支撑杆高度调整钻机上仰角度至２-３°。钻机大致对好孔位后，将地质罗盘的—个角面与方向保持一致，先旋转罗盘底部的旋钮直至竖直刻度盘倾角为设计角度，通过调整支撑杆高度使罗盘指针至长形水准器气泡居中，此时的倾角即为钻机设计仰角。

3.5开孔、安装防灭尘与导向装置

采用较大一级钻具低压开孔30cm后安装导向孔口管与防灭尘装置，换用 110mm钻头继续加压钻进至终孔。在此过程中注意必须对开孔进行复测，复测合格后方可继续施工。

总结：通过采用M-80A钻机、中风压空压机，多条水幕—巷道同时作业，有效的完成超深水平水幕—孔施工，提高了超深水幕—孔施工精度，最小误差３％，钻孔成孔质量较高，合格率达100%。

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