水封油库地下水位动态变化特性数值研究

为认识水封石油洞库区地下水位的动态变化过程,以黄岛地下水封石油洞库的基本地质条件为依据,采用饱和非饱和非恒定流数值分析方法,对水封油库在施工期和运行期可能出现工况下的地下水位变化情况进行了全过程数值仿真计算,分析了不同时期洞库区附近岩体的地下水位分布特点及变化过程。研究表明水封油库区内的地下水位变化过程主要受岩体渗透系数、洞库开挖方式和运行方式的影响;当洞库区岩体渗透系数大于 m/s 时,洞顶上方岩体中的地下水将被疏干,必须设置水幕系统来保证洞库的水封效果。     

惠州地下水封油库三维非恒定渗流场研究

水封地下油库渗流场的分布是油库区地下水管理和油库运行方案的基本依据之一。为了解惠州水封地下油库区地下水在施工期和运行期的变化情况,应用三维非恒定流数值方法对复杂水文条件下的洞库区渗流场进行模拟,分析了不同初始地下水位条件对洞库区围岩渗流场的影响,探讨了施工期水幕系统不注水条件对油库运行的影响。研究表明:储油主洞开挖期间,水幕系统不注水将导致洞库围岩出现大范围的非饱和区,从而影响洞库多品种油品的储存。运行期水幕注水时的水封效果良好,洞库区围岩在进行灌浆处理后的涌水量较小。     

地下水封洞库不设人工水幕系统可行性探讨

分析人工水幕系统的作用原理,探讨在一定地质条件下建设地下水封洞库不设置人工水幕系统的可行性,并提出不设置人工水幕系统的条件。该成果对今后类似地下水封洞库水幕系统的布设具有一定的借鉴意义。     

某地下水封石油洞库海水入侵评价与控制方法研究

为防止海水入侵引起Cl-浓度升高,影响地下水封石油洞库的使用寿命,以某地下水封石油洞库建设工程为依托,开展了海水入侵评价与控制方法研究.采用有限元数值模拟方法分别获得了在无水幕系统、水平水幕系统、水平和竖直双水幕系统条件下地下水封石油洞库的地下水渗流场和溶质运移特征.研究表明:通过设置竖直水幕系统,增强洞室周围淡水流向...     

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。     

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。     

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。     

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。     

地下水封石油洞库水封准则研究

水封准则是地下水封石油洞库设计与运行管理的基础。为获取工程应用更加简便实用的地下水封石油洞库水封准则,基于裂隙水流动阻力效应的研究,建立了气压推动裂隙水迁移的油汽逃逸模型;根据裂隙水迁移启动的临界条件,推导了铅直裂隙和倾斜裂隙中裂隙水满足油汽封存的临界水封厚度计算公式,讨论了临界水封厚度条件下洞库的原油水封效果。利用气液两相流数值分析成果和工程实际监测成果,论证了提出基于临界水封厚度的地下水封石油洞库水封准则的正确性。     

地下水封洞库岩体渗透系数估算研究

 在分析现有主要岩体渗透系数估算模型适宜性的基础上,根据地下水封洞库区岩体渗透性特征,依据烟台LPG洞库岩体渗透系数测试数据,以岩石质量指标(RQD)、岩体完整性指标(RID)、裂隙宽度指标(AD)、岩石渗透性指标(LPD)为建模指标,建立地下水封洞库岩体渗透系数估算模型--RMP模型,并采用该RMP模型估算青岛地下水封洞库区14个钻孔277段岩体的渗透系数。研究结果表明,青岛地下水封洞库岩体渗透系数空间分布随机性较大,其中57.04%的渗透系数集中于10－4 m/d≤K＜10－3 m/d的区间内。研究成果对地下水封洞库工程的水幕系统设计和水封效果评价具有一定理论意义和工程参考价值。     

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。     

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。     

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。     

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.     

Hydrocarbon storage in unlined rock caverns: Norway's use and experience

In Norway, approximately 10 large unlined cavern storage plants for crude and refined oil products currently are in operation, and two are under construction. A large number of small underground storage plants for refined oil products, consisting of steel tanks in rock caverns, also are in operation. The caverns are constructed in mostly good quality rock of the Precambrian or Cambro-Silurian age, and few stability problems have occured. Cavern spans up to 22 m and heights up to 40 m have been used. Bolting and shotcrete are partly used to increase rock mass stability. Norwegian experience indicates that for installations larger than roughly 50,000 m³, unlined rock caverns would be the most cost advantageous alternative. Other advantages are better environmental protection, better security with regard to fire and explosion hazard and sabotage, and lesser land requirements.     

压气储能地下储气库围岩累积损伤特性数值研究

压气储能电站地下岩穴储气库围岩在循环运行工况下累积损伤效应明显。为研究大规模地下储气库围岩的累积损伤特性,基于损伤理论和FLAC^3D软件平台,二次开发了适用于大规模地下储气库循环加卸载条件下的累积损伤分析程序,并对程序正确性进行了验证。在此基础上,研究了储气库截面型式、洞室埋深和运行下限压力等因素对储气库围岩累积损伤特性的影响。研究表明:①储气库截面型式、洞室埋深和运行下限压力都对储气库围岩变形参数损伤影响较显著,且储气库竖直方向损伤深度都大于水平方向损伤深度;②损伤区内围岩变形参数的损伤程度和损伤变量随着洞室埋深或运行下限压力的增加而减小;③对于相同截面型式的储气库,埋深和运行下限压力不同时,储气库围岩损伤区内同一测点位置的损伤变量或变形参数差值随着循环次数的增加逐渐增大。大规模地下储气库围岩累积损伤特性对全面分析储气库的安全稳定性不可以忽略。