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。     

GFRP锚杆用于地下水封储油洞库支护可行性分析

地下水封储油洞库技术是当前被广泛采用的一种储存原油的技术,但其洞库内壁岩层的整体稳定性一直是制约其发展的难题。钢筋锚杆可用于洞库内壁岩层支护,但是钢筋锚杆的腐蚀性使其具有一定的局限性,非金属材料锚杆用于地下水封储油洞库支护亟待研究发展。针对这一问题,从地下储油洞库内壁岩体稳定性、GFRP锚杆特性等方面展开讨论,对GFRP锚杆用于地下水封储油洞库支护可行性进行分析。     

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。     

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。     

地下水封石油洞库施工风险评估与控制

以我国首个大型水封石洞油库为背景,评估了地下水封石油洞库施工风险,分析总结了施工风险评估方法和控制理论,并将其运用在洞库施工过程中,证明了该风险控制体系在工程实践中的有效性。     

地下石油洞库水封性评价方法体系及应用

水封性评价是地下水封石油洞库建设的关键科学问题。围绕地下石油洞库水封性评价,提出了地下水封石油洞库水封性评价的水文地质概念模型,总结了水封性评价中地下水、岩体性质与地质环境和洞库工程特征3个方面基础数据,分析了三者之间关系;分析了经验法、数值分析法和试验法三大类评价方法的特点和对应的适用范围,提出了评价方法"三适应"选用原则:评价方法与建设阶段、评价目标和参数要求相适应,提出了水封性评价流程,分析了不同评价阶段所应采用评价方法和重点的评价内容;以具体工程为背景,介绍了评价方法体系的应用情况,并着重介绍了经验法、裂隙网络法和现场试验法在水封性评价中的使用情况。研究成果对提高地下水封石油洞库水封性评价水平具有重要参考价值。     

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。     

基于G-FAHP的深基坑施工风险评价

深基坑工程具有施工技术难度大、施工环境复杂、较强的环境效应等特点,且面临着各种不确定性风险因素,是一项综合性很强的系统工程,因此对深基坑施工风险进行科学有效的评估显得尤为重要。本文从系统的角度对影响深基坑施工的风险因素进行收集和划分,建立了深基坑施工风险评价指标体系;并将模糊层次分析法与灰色系统理论结合应用,构建了综合考虑各种风险因素的模糊和灰色不确定性的G-FANP评价模型。最终通过实证分析,得到各指标的风险排序,验证了该方法的可行性。     

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。     

瞬变电磁法在地下储油洞库水幕质量检测中的应用

地下水封储油洞库水幕形成的质量是工程建设的关键,但是现阶段的检测方法均不能直观判断洞库整体水幕的形成质量,且都具有一定的盲目性。文中主要通过对储油洞库的水幕巷道两个测段进行水幕质量检测,对充水前后的视电阻率等值线图加以分析,来判断水幕的形成质量。分析结果表明:利用瞬变电磁对低电阻体(含水体)的高敏感性,对水幕形成(水幕孔充水)前后洞库水幕区岩体内的裂隙以及节理等构造的含水情况进行检测,并加以对比分析,可以直观地判断水幕的形成质量。     

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。     

Design and operation problems related to water curtain system for underground water-sealed oil storage caverns

The underground water-sealed storage technique is critically important and generally accepted for the national energy strategy in China.Although several small underground water-sealed oil storage caverns have been built in China since the 1970 s,there is still a lack of experience for large-volume underground storage in complicated geological conditions.The current design concept of water curtain system and the technical instruction for system operation have limitations in maintaining the stability of surrounding rock mass during the construction of the main storage caverns,as well as the long-term stability.Although several large-scale underground oil storage projects are under construction at present in China,the design concepts and construction methods,especially for the water curtain system,are mainly based on the ideal porosity medium flow theory and the experiences gained from the similar projects overseas.The storage projects currently constructed in China have the specific features such as huge scale,large depth,multiple-level arrangement,high seepage pressure,complicated geological conditions,and high in situ stresses,which are the challenging issues for the stability of the storage caverns.Based on years' experiences obtained from the first large-scale(millions of cubic meters) underground water-sealed oil storage project in China,some design and operation problems related to water curtain system during project construction are discussed.The drawbacks and merits of the water curtain system are also presented.As an example,the conventional concept of "filling joints with water" is widely used in many cases,as a basic concept for the design of the water curtain system,but it is immature.In this paper,the advantages and disadvantages of the conventional concept are pointed out,with respect to the long-term stability as well as the safety of construction of storage caverns.Finally,new concepts and principles for design and construction of the underground water-sealed oil storage caverns are proposed.     

基于微震监测的地下水封石油洞库施工期围岩稳定性分析

 采用加拿大ESG微震监测系统对锦州某大型地下水封石油洞库局部开挖过程进行实时监测和分析,圈定监测范围内围岩潜在危险区域,再现开挖过程中洞库失稳区域的岩体微破裂萌生、发展和集聚。结果表明：(1) 采用人工定点敲击试验对监测系统定位性能进行测试,确定研究区域岩体整体等效P波波速为5 200 m/s,传感器阵列范围内的震源定位误差小于8 m;(2) 监测区域岩体微破裂呈2个条带状聚集,一条位于水幕巷道6东侧,水幕巷道1和2范围,与水平面呈缓倾角。另一条位于储油洞室1北与1南范围2+40～2+60里程区域内,与该区域辉绿岩脉分布范围一致,说明微震监测系统可以查明判别岩脉等软弱结构面情况。这是由于大断面的储油洞室的强开挖卸荷,高能量的释放导致岩脉的“过度”损伤,从而诱发大量的微破裂。研究结果证明微震监测技术在地下水封石油洞库这种特殊岩体结构中应用的可行性,为后期大规模微震监测系统的构建与实施提供参考依据。     

An excavation method for large vertical cylindrical caverns

Construction of underground storage chambers in rock has traditionally adopted a construction-oriented approach; the cavern design and the method of excavation have been governed by the capabilities of the equipment available. One example is oil storage in unlined horizontal caverns. Today, however, equipment is no longer a limiting factor. The time has come to integrate the construction and operational aspects in the design process. This paper presents a construction concept developed for large vertical rock caverns with a circular or elliptical horizontal cross-section. The method of excavation, called PBM (Pillar Blasting Method), is condensed into a few main operations which are geometrically separated but overlapping in time. PBM is characterized by two main working sites per cavern, and by long-hole bench-drilling, massive blasting rounds, continuous loading and easy ventilation. Recent developments in drilling and blasting techniques are incorporated, such as the water-driven in-the-hole hammer and the electronic ignition system. PBM enables a high rate of excavation and provides a satisfactory working environment with respect to labour safety and human health (a limited exposure to large openings, no exposure to oil mist and to combustion and explosive fumes, etc). Considerable construction cost savings and time savings may thus be achieved compared to conventional methods of excavation for vertical and horizontal caverns of equal storage volume. A preliminary PCT patent (application No PCT/SE95/00324) has been granted. Examples of applications are fresh-water reservoirs, natural gas reservoirs, subsurface hydroelectric pump power plants, and similar objects which require a large underground storage space in preferably unlined rock caverns.     

建设地下盐穴储气库的可行性及关键技术

阐述建设地下盐穴储气库的必要性,分别从地下盐岩矿床的物理、化学特性,盐穴储气库的经济性和环保性,盐穴储气库建设技术的可行性3个方面分析了在盐岩层中建设天然气地下储气库的可行性。介绍了腔体形状控制、套管选材及设计工艺和腔体形状测量等地下盐穴储气库建设中的关键技术。     

基于MCGC 的大型城市地下综合体风险评价研究

大型城市地下综合体的建设开发风险因素多、管控难度大,从全生命周期角度出发构建评价系统和评价模型,对大型地下综合体风险控制有重要意义。在辨识出开发、设计、施工、运营4 个阶段关键风险因素的基础上,建立包括管理、经济、技术和法规等评价内容的风险评价指标体系;利用云重心评价法构建云评价模型,确定指标权重;依据评价标准对广州市南站地下综合体项目进行总体风险评价,确定项目的风险等级。结果表明:广州南站地下综合体项目整体风险偏向严重性,专家评价与实际状况一致,验证了评价体系和模型的有效性,需采取措施降低风险等级。     

大型地下水封储库围岩快速补强灌浆体系

地下水封储库工程对水封条件和水封效果要求较高,在施工期仍需保持高于洞顶的地下水位以保证水封效果。针对国内某大型地下水封储库的地质、结构和施工特殊性而出现的岩体灌浆难题,提出一套完备的技术体系,利用数字平台三维地质展示及破碎带预测提前预知地质情况,结合专用的早强快硬灌浆材料、牵引灌浆工艺,围岩补强一体化灌浆设备及相应检测手段,在工程不良地质区进行有效灌浆,较好地解决了地下水封储库灌浆难题。针对循环灌浆工艺发现基于硫铝酸盐水泥的灌浆材料在不同压力循环下水化放热峰值时间随循环时间的加长而缩短,抗压强度随循环时间的加长而降低。本文研究成果可为大型地下水封储库围岩快速补强灌浆提供重要依据和技术支持。     

Latest technology of underground rock cavern excavation in Japan

Four major projects with large-scale rock underground caverns are discussed in this report; two hydropower stations, one underground oil storage facility and one underground museum in Japan. The technology applied to the construction of these caverns have some unique characteristics and can be applied to various other underground uses for different purposes and applied to larger-scale underground rock caverns with different geological and in situ stress conditions. Generally, construction of an underground cavern is comprised of five major activities: geological investigation; cavern stability analysis; initial rock support design; excavation works; and redesign of rock support according to the observational construction method. Weighted factors allocated among these factors should be established based on the rock properties and the purpose of the underground cavern use, which would define the major characteristics of the construction project. This report discusses some of major characteristics of these projects in Japan.