地下水封石油洞库施工期监控量测与稳定性分析

现场监控量测是确保大型地下工程建造和运营安全的重要手段。地下水封石油洞库在中国刚刚起步,不但缺少监测方案设计原则、实施方法等方面的规范标准,还缺少对相关监测数据分析方面的研究。以国内首个正在实施的大型地下水封石油洞库建设项目为依托,首先介绍了适用于大型地下水封石油洞库的监测原则与实施方法,该原则和方法充分考虑工程特征、地质情况和经济适用性;其次介绍了洞库监测结果:洞室大部分监测断面的洞周围岩收敛变形、拱顶沉降、内部位移和围岩松动圈分别处于4~8 mm、3~6 mm、4~8 mm和0.9~1.8 m区间范围内,锚杆应力和接触应力值大部分控制在50 MPa和0.5 MPa以内;而后分析了监测数据:1黄岛地下水封石油洞库围岩变形和支护受力较小、岩体稳定性良好、设计支护方案合理;2综合全面的监控量测结果可准确地反映地下水封石油洞库稳定性特征;3监测数据显示地下水封石油洞库稳定性表现出显著的时空演化特征。该研究可为中国地下水封石油洞库监测技术和稳定性评价研究提供重要依据。     

地下交通洞施工技术对湛江水封洞库施工的借鉴

1湛江地下水封洞库工程概况 湛江地下水封洞库地下部分为原油洞罐及其配套设施，包括原油洞罐（10个主洞室）、竖井（10个）、水封墙、水幕系统（8条水幕巷道）、施工巷道（3条主施工巷道、15条连接巷道）、监测设施（运行安全监测和储油水封控制监测1等。其中占工程主体的基本都是地下巷道及洞库的施工。由于溧阳抽水蓄能电站地下交通洞在施工原理上与地下水封洞库巷道与洞库基本相似，因此分析与了解其施工技术与结构原理，对湛江地下水封洞库的建设具有重大的指导和借鉴意义。     

考虑流固耦合的地下储油洞库稳定性研究

应力场与渗流场耦合是影响水封式地下储油洞库群稳定性的重要因素之一。洞库群的开挖导致形成区域地下水降落漏斗,因此储库水封系统必须保证稳定的地下水位。以“黄岛地下水封洞库工程”的设计方案为模型,基于流固耦合分析理论,采用有限差分软件Flac3D进行数值模拟,主要分析了饱和水状态下,渗流场对洞库周围围岩应力、位移变形和孔隙水压力的影响,并确定合理的水封方案和最优的水封巷道高度。文中所得结论对实际地下洞库群的设计施工具有一定的参考价值。     

砂岩区水封洞库高性能钢纤维喷射混凝土试验研究

水封洞库作为国家战略能源储备的重要方式之一,其建设的安全可靠性尤为重要。针对砂岩地区地下水封洞库围岩结构的特殊性,研制了一种适用于砂岩区地下水封洞库的高性能钢纤维喷射混凝土,经过室内力学测试、现场喷射试验,并对比分析了该混凝土与C20普通喷射混凝土衬砌在各开挖时段的应力分布情况。结果表明,该高性能钢纤维喷射混凝土具有良好的综合性能,其抗压、抗折和黏接强度等均满足水封洞库围岩支护的稳定性等各项要求。     

砂岩区水封洞库高性能钢纤维喷射混凝土试验研究北大核心

水封洞库作为国家战略能源储备的重要方式之一,其建设的安全可靠性尤为重要。针对砂岩地区地下水封洞库围岩结构的特殊性,研制了一种适用于砂岩区地下水封洞库的高性能钢纤维喷射混凝土,经过室内力学测试、现场喷射试验,并对比分析了该混凝土与C20普通喷射混凝土衬砌在各开挖时段的应力分布情况。结果表明,该高性能钢纤维喷射混凝土具有良好的综合性能,其抗压、抗折和黏接强度等均满足水封洞库围岩支护的稳定性等各项要求。     

海岛地下水封洞库围岩稳定性及水封可靠性研究

为提高我国的石油储备量及海岛资源利用率,在海岛环境建造地下水封油库成为了一种新的思路。海岛环境相比于内陆具有更好的水力条件,且可作为港口,便于油品运输。以某海岛地下水封油库为依托,基于流固耦合理论,采用有限元数值模拟方法对海岛环境建造地下水封洞库的围岩稳定性和水封可靠性进行研究。结果表明:在海岛环境建造地下水封洞库围岩的应力和位移均较小,可以满足围岩稳定性要求;在不设置水幕系统情况下,开挖地下洞库会在洞库上方形成明显的降落漏斗,部分洞库顶部甚至发生疏干现象,无法满足水封可靠性要求;在设置水幕系统后,地下洞库上方可形成较大厚度的地下水覆盖层,可以满足水封可靠性要求。该成果对在海岛环境下建造地下水封洞库的研究具有借鉴意义。     

水封气库巷道连接交叉处稳定性数值模拟研究

对于大断面地下水封气库而言,各个巷道间相互交错位置是洞库稳定性的薄弱环节。以某地下水封洞库工程为例,基于3DEC离散元软件,对地下水封气库巷道交叉连接处进行分析,探明了交叉部位围岩应力分布、变形特征以及支护结构空间变形特征。模拟结果表明:较差围岩工况下交叉巷道连接处不能实现围岩自稳,需加强相关工况的支护措施;交叉巷道开挖潜在危险区多处于巷道拱底、拱顶与巷道交接部位的局部,交叉部位与施工巷道拱肩逐渐形成贯通破坏区,应注意加强支护。     

地下水封石油洞库施工期安全风险评估研究

地下水封石油洞库建设具有投资大、无成熟设计施工规范、不确定因素多等特点,建设过程中存在着一定安全风险,开展地下水封石油洞库施工期安全风险评估研究具有重要意义。针对地下水封石油洞库施工期安全风险,从洞库稳定性与水封性两个方面,开展了洞库施工期安全风险评估研究,结合中国首座大型地下水封石油洞库工程对研究结论进行了验证。研究中,开展了地下水封石油洞库风险因子识别,进行了风险因子重要性和引发功能失效概率调查;采用模糊数学方法获得了风险因子模糊权重集和模糊评价集,得到了风险因子影响程度排序;总结了某地下水封石油洞库建设中典型稳定性和水封性风险事故,分析了事故发生原因,并与上文所得风险因子影响程度进行了对比验证。研究结果不但为提高地下水封石油洞库风险管理水平提供支撑,而且还可丰富地下工程安全风险评估研究内容。     

地下水封石油洞库安全监测技术初探

针对地下水封石油洞库变形场、应力场与渗流场复杂耦合结构及运行特点,列出了其对安全监测技术的特殊要求,并以地下洞室结构安全监测技术的发展历程为主线,从宏观角度提出了地下水封洞库安全监测的研究方法和主要技术路线,有助于推动地下水封洞库施工期和运行期的安全监测技术标准化建设。     

大型地下水封储油洞库施工风险分析与控制

针对某大型地下水封储油洞库规模大、工程施工技术复杂、安全性要求高、不可预见风险因素多的特点,对模糊网络分析法进行了改进,并应用于该洞库施工风险评价。基于指标体系的全面性、可行性、客观性等原则,建立了施工风险两级评价指标体系,并对二级指标进行单因素评价,得到模糊关系矩阵;经过计算进而得到该洞库施工风险的整体风险水平和各个风险因素相对于整体风险的重要度排序,且综合评价结果为较高风险;针对重要度排序高的风险因素,分别提出了具体的风险控制措施。研究成果可为今后国内地下水封储油洞库施工过程中的风险分析与控制提供有益的借鉴和参考。     

粘结型GFRP岩石锚杆作用机理研究

用于岩体工程的玻璃纤维增强塑料（GFRP）螺纹杆锚杆属于粘结型支护结构,阐述了GFRP螺纹杆锚杆与砂浆粘结材料之间的作用机理。以GFRP螺纹杆的荷载一滑移试验曲线为基础,参考钢筋在混凝土中的粘结机理,推导出GFRP锚杆的轴向应力、与砂浆之间的粘结应力和相对滑移解析表达式,为合理选用GFRP锚杆的设计控制参数提供理论依据,     

GFRP锚杆耐久性能试验研究

钢一直是被用作制造锚杆的首选材料,钢锚被广泛用于岩土工程锚固。在实际工程中,发现了钢锚的众多缺陷,其中,腐蚀性导致在由钢锚组成的锚固体系耐久性低。提高钢锚杆结构的耐久性和延长结构的寿命周期是一个迫切的问题。随着GFRP新型材料的研究和GFRP锚杆的推广应用,采用GFRP锚杆替代普通钢筋锚杆是大势所趋。对GFRP锚杆对酸、碱、盐腐蚀的耐腐蚀性展开研究,为实际边坡支护工程提供参考意见。     

地下水封储油洞库群注浆与水封平衡性研究

为达到国际能源组织要求的保有90 d以上石油进口量储备的建议,我国需建立大量地下水封石油储备库,以确保能源安全。目前地下储油洞库的注浆与水幕系统的水封平衡性问题研究还是空白。以锦州地下国储项目为背景,从裂隙岩体宾汉流体流动规律出发,建立裂隙网络pipe管网模型,实现对浆液进行迭代计算从而求得注浆长度;基于注浆强度值概念,提出适用于需要考虑注浆与水封平衡性的地下储油洞库的改进注浆隧道(GIN)能量法,给出GIN包络线各项参数的计算方法;同时,通过裂隙网络中每一条裂隙注浆长度的立方和求出GIN;最后将锦州4个储油洞库根据地质条件分为不同的5个GIN强度值区域进行注浆,避免过高注入压力可能引起的裂隙劈裂和过量浆液的浪费,最后,6个试验点注浆注入孔基本吻合GIN包络线。     

地下水封石油洞库渗流场-应力场耦合作用研究综述

石油和天然气储备已经被许多国家提到了战略的高度上,地下水封石油洞库作为原油储备的方式之一在中国已经进入实施阶段。本文通过综述国内外地下水封石油洞库渗流场-应力场耦合作用机理研究的现状、研究实际工程中遇到的问题、主要的研究手段、分析研究可能出现的新的技术趋势、并结合国内外地下水封石油洞库研究的成果,简要提出地下水封石油洞库渗流场-应力场耦合作用机理研究的主要方向是渗流场和应力场耦合情况下的洞库稳定性、围岩岩石力学行为特征和岩石的流变损伤。     

基于离散介质流固耦合理论的地下石油洞库水封性和稳定性评价

 以我国首个大型地下水封石油洞库工程为背景,基于离散介质流固耦合理论,开展地下石油洞库水封性和稳定性评价。通过室内岩石三轴试验和结构面剪切–渗流耦合试验,获得岩石的弹性模量、泊松比和结构面的剪切模量、水力开度等参数。根据施工巷道开挖过程中围岩变形和水位变化情况,对围岩参数进行反分析,获得较为可靠的洞库围岩参数。综合上述成果,分析地下石油洞库的水封性和稳定性特征。研究发现,在水幕压力为50 kPa条件下,该地下水封石油洞库稳定水位位于主洞室上方约60 m,且大于洞内储存介质的压力,满足洞库水封条件;洞库各主洞室位移为9～30 mm,达到洞室稳定相关控制标准;分析8#和9#主洞室边墙附近的水平应力、竖向应力、法向应力和切向应力的变化,并将其划分为3个区域,即松动区、扰动区和未扰动区,其中洞室松动区范围约为6 m。研究为大型地下石油洞库水封性和稳定性评价提供理论依据。     

大型地下石油洞库自然水封性应力-渗流耦合分析

根据地质条件,地下水封石油洞库可以选择自然水封或人工水封方式。以中国首个大型地下水封石油洞库为背景,开展了岩石三轴压缩试验和现场水文试验,获得了洞库围岩变形特征和渗透特性,采用应力-渗流耦合理论,分析了该地下石油洞库的自然水封性与稳定性。岩石三轴实验表明,岩体受剪作用下体积变化情况与剪胀性密不可分。现场水文试验表明,洞库渗透系数存在一定的不确定性。通过数值分析得出如下结论：自然水封条件下,洞库水位将不满足水封要求;地下水封洞库实现水封条件的水头受水力梯度和岩体渗透性影响;洞库施工期涌水量与渗透系数存在着分形关系;施工期各洞室拱顶沉降为19～32 mm,水平收敛为16～35 mm。研究成果为中国首个大型地下水封石油洞库工程建设提供了科学依据。     

地下水封储气洞库原理及数值模拟分析

 结合我国第一座地下水封储气洞库工程, 对水封式地下储气洞库的原理及设计作了简单的论述。通过数值模拟方法对地下水封储气洞库从理论上进行了分析探讨。为我国地下储气洞库工程的发展、设计和施工提供了理论依据。     

地下水封石油洞库项目管理方法探讨

依托黄岛国家石油储备地下水封洞库工程,介绍了黄岛地下水封洞库工程的项目管理现状,并对其项目管理方法的创新性进行了研究,对提高水封洞库工程项目管理水平具有重要的意义。     

刍议地下水封洞库施工安全管理问题及改进对策

近年来,随着我国经济全面高速发展,军事、工业等各个领域对于能源的需求量也在日益增长。其中,石油的战略地位尤为重要,因此石油储备体系应运而生。石油储备的发展对国家经济的稳定发展、国家安全的基本保障意义重大。由于石油自给能力不强,石油的对外依存度较高,我国从2000年前后开始研究、建造地下水封石油洞库技术。该技术成熟后,作为安全可靠的储存方式得到了广泛应用。然而,我国目前已建地下水封石油洞库项目很少,尚未形成有效的成套理论体系来指导建设,因此其在建设中的安全管理问题始终是国家和社会所关注的焦点。基于此,立足于地下水封洞库施工安全管理现状,针对其中存在的普遍性问题提出具体的应对措施,旨在推动地下水封洞库安全管理体系的建设。     

两种不同材质抗浮锚杆锚固性能的现场对比试验研究与机理分析

为深入研究中风化花岗岩中以全螺纹GFRP筋材为杆体的全长黏结抗浮锚杆锚固机理及破坏机制,进行了螺纹GFRP抗浮锚杆与螺纹钢抗浮锚杆现场拉拔试验。试验结果表明,GFRP抗浮锚杆的极限抗拔承载力高于钢筋抗浮锚杆;相同荷载水平,相同位置处GFRP锚杆的轴力大于钢筋锚杆,钢筋锚杆轴力沿深度衰减的速率比GFRP锚杆快;GFRP锚杆剪应力峰值点较钢筋锚杆更明显,钢筋锚杆的剪应力比GFRP锚杆发挥早,GFRP锚杆的峰值剪应力比钢筋锚杆大;就砂浆与围岩界面的平均黏结强度而言,GFRP抗浮锚杆高于钢筋抗浮锚杆;GFRP抗浮锚杆以杆体材料剪切破坏为主,而螺纹钢锚杆的破坏是锚固体与围岩界面产生剪切滑移破坏。