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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

黄岛地下水封洞库库区三维裂隙网络模拟

 低渗透性的裂隙岩体是地下水封石油洞库建库的最佳选址区,裂隙网络模拟技术是研究离散裂隙渗流的有效手段。以黄岛地下水封洞库库区渗透性研究为出发点,在地表裂隙调查与钻孔裂隙统计的基础上,运用离散裂隙模拟软件DFN对洞库区进行三维裂隙网络模拟,得出模拟区导水系数分布图以及ZK13钻孔连通性分布图,通过将模拟结果与野外试验结果对比,认为模拟结果合理可信。实例分析表明,模拟结果能较为深刻地揭示裂隙水渗流的本质,可为后续的洞库水封效果及涌水量评价提供参考。     

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。     

不同水平应力下深部回采巷道围岩变形破坏特征

采用UDEC离散元程序,对不同水平应力埋深下的深部回采巷道围岩变形特征进行了分析。结果表明:侧向系数相同时,随巷道埋深逐渐增大,围岩塑性区范围及变形量都逐渐增大,但围岩塑性区在增长过程中存在突增现象,而巷道围岩变形量基本呈线性增长;当水平应力较大时,巷道围岩塑性区在垂直方向的发育范围较水平方向的范围大,需加强巷道顶板及底板的支护;当水平应力较小时,巷道围岩塑性区在水平方向的发育范围较垂直方向的范围大,需加强巷道两帮支护。     

不同水平应力下深部回采巷道围岩变形破坏特征

采用UDEC离散元程序,对不同水平应力埋深下的深部回采巷道围岩变形特征进行了分析。结果表明:侧向系数相同时,随巷道埋深逐渐增大,围岩塑性区范围及变形量都逐渐增大,但围岩塑性区在增长过程中存在突增现象,而巷道围岩变形量基本呈线性增长;当水平应力较大时,巷道围岩塑性区在垂直方向的发育范围较水平方向的范围大,需加强巷道顶板及底板的支护;当水平应力较小时,巷道围岩塑性区在水平方向的发育范围较垂直方向的范围大,需加强巷道两帮支护。     

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。     

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。     

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。     

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。     

地下水封石油洞库渗水量预测与统计

渗水量规模与空间分布特征是地下水封石油洞库建设中的关键问题。以中国首个大型地下水封石油洞库项目为背景,采用经验公式、有限元法计算和现场实测等方法研究了该洞库渗水量规模和空间分布特征。在大量现场岩体渗透性试验基础上,获得了可靠的岩体渗透系数,采用经验公式和数值计算等方法对洞库渗水量规模和空间分布特征进行了预测。根据现场揭露的渗水形态,统计了洞库渗水量规模,获得了渗水量空间分布特征,调查了渗水部位地质特征,据此提出了渗水量控制标准和有针对性的工程注浆防渗对策。通过对比预测与统计结果,讨论了渗水量规模预测方法适用性和渗水量空间分布特征离散性等问题。研究成果为提高中国地下水封石油洞库建设水平提供了理论支持,并为复杂条件下地下工程渗流特性研究提供了工程实例。     

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。     

地下水封石油洞库施工期通风方案初探

结合工程案例,探讨地下水封石油洞库施工通风方案的确立,并给出了地下洞库各巷道和洞室的通风量计算方法 ,给出了通风管道的材料选用方法。