1、大型地下水封洞库施工关键技术汇报材料刘龙卫中铁隧道集团一处有限公司2017年 3月全国公路工程技术与质量管理工作交流会汇报提纲 1.前言 2.地下水封洞库在我国的发展 3.水封洞库储存油气原理及构成 4.水封洞库施工关键技术 5.体会 6.取得的科技成果1.前言 石油是一种战略资源，石油和天然气战略储备是为了保障能源安全稳定供应、确保国家正常运转的重要手段之一。 1973年第一次世界石油危机以后，美国、日本、西欧一些国家都相继建立了石油和天然气战略储备。 据不完全统计，石油储备时间：美国 156天、日本 169天、法国 116天、韩国 75天，而我国40天 。 储 存方式有： 储 罐、内 贴
2、壁洞 库 、地下水封洞 库 等。 地下水封洞库储存油气资源具有安全可靠、经济实用、投资少、占地小、环保和生态友好、储量大并且利于战备 ,被称为 “具有高度战略安全的储备库 ”。 目前世界上 采用人工或自然岩洞储存油气方式占统治地位 ，仅用于储存天然气的地下库就有 610多座， 460多座是利用废旧油气田， 80座利用地下水藏， 65座盐溶洞库。主要分布在俄罗斯、美国、法国、加拿大、德国、英国、西班牙、比利时、挪威、韩国、日本等国家。 我国石油储备绝大部分由一系列大型钢制储罐组成。江门油库爆炸场景舟山国家石油 储备 地面罐区液化石油气 储 存球罐2.地下水封洞库在我国的发展l2.1已建及在建水封
3、洞库l我国第一座地下水封洞库黄岛地下水封石洞原油库， 容量 为15万方 ，于 1977年 7月完成。至 1989年 8月共运行了 289次，进、出原油 204万吨 ，随后停用。l 我国第二座地下水封洞库 1976年建设的浙江象山 4万方 柴油地下库，经 1990年代修复使用至今。l1980年代 ,我国先后进行勘察设计了黄岛二期地下水封石洞原油库、泰安成品油库 ,后来停建。l直到 1990年代中后期 ,我国才开始恢复建设地下水封洞库 ,主要是液化石油气储库。2.地下水封洞库在我国的发展l2.1已建及在建水封洞库l 汕头 1998年 建成 我国第一座地下水封 LPG储库， 20万方 。l 宁波 2
4、002年 建成 我国第二座地下水封 LPG储库， 50万方 。l 珠海 2009年 建成 我国第 三 座地下水封 LPG储库， 40万方 。l 黄岛 2012年 建成 我国第 四 座座地下水封 LPG储库， 50万方。l 烟台 2014年 建成 我国第 五 座座地下水封 LPG储库， 100万方，目前世界上总库库容、单库库容均第一。汕头 LPG(操作竖井 )2.地下水封洞库在我国的发展l 2.1已建及在建水封洞库l *国家石油储备战略实施l 国内于 2003年启动石油战略储备工程，第一期地面储罐已修建完成；第二期的 4个地下水封洞库工程（黄岛、 锦州、惠州、湛江 ）和地面储罐工程已全部开工建设
5、；第三期的项目正在规划中，预计均为地下水封洞库。l 2011年 10月 ，锦州国储 300万方原油洞库开始建设 ， 2015年年底投入运营 。l 2013年 6月，惠州国储 500万方原油洞库开始建设 ， 预计2017年年底投入运营 。l 2013年 8月，湛江国储 500万方原油洞库开始建设 ， 正在建设（征地拆迁原因）。2.地下水封洞库在我国的发展2.2水封洞 库 的 发 展 趋势 与前景 石油地下水封洞 库 在建 设规 模超 过 100万方 时 ，建 设 投资较经济 。石油地下水封洞 库 工程一次投 资较 大、建 设 周期 较长 ，目前只有国家作 为战 略 储备 投 资 修建，今后将开发
6、 国家与企 业 合作的模式投 资 修建，存 储 的 油品也从原油向成品油 发 展。 油气地下水封洞 库 在建 设规 模超 过 20万方 时 ，其建 设、运 营维护费 用 较经济 。油气地下水封洞 库 工程由于一次性投 资 不大、运 营维护费 用低和高安全性，受到国内外油气企 业 的青 睐 。 利用地下水封洞 库储 存 压缩 空气、 CO2、 H2 等是各国科技工作者下一步研究的目 标 。 目前国家原油 储备库 和企 业销 售 LPG储库 在采用地下水封洞 库 上已 经 有了一定的 规 模 ， 在 炼 油石化企 业 采用地下水封洞 库 ， 具有更大的 优势 ， 具有广 阔 的使用前景。3.水封洞
7、库储存油气原理及构成3.1水封洞 库储 存油气原理 地下水封洞库建在稳定的地下水位以下一定深度的岩石里，以确保洞库围岩中 裂隙水压力始终大于洞库储存温度下油品的饱和蒸汽压力 ，既可防止洞库储存的油品不顺着围岩裂隙渗透出去，又能保证有少量地下水沿着裂隙流入洞库内，由于油品比水轻而又不相溶，流入洞库中的水沿着岩壁汇集到洞库底部，形成防止渗漏的水垫层，油品始终浮在水面上。地下水封洞 库储 存原理 图3.水封洞库储存油气原理及构成3.2水封洞 库结 构 组 成 地下水封洞 库 工程主要包括卸船（ 车 ）入 库设 施、地下结 构、装船（装 车 ）外 输设 施、油气回收与裂隙水（含油污 水） 处 理 设
8、施等部分。 地下 结 构 为 其中最主要的部分，其土建部分由施工巷道、水幕系 统 、洞罐、 竖 井（操作 竖 井）和 泵 坑 组 成。地下水封洞 库 地下 结 构部分示意 图3.水封洞库储存油气原理及构成3.2水封洞 库结 构 组 成 （ 1） 施工巷道 与交通隧道斜井作用 类 似 地面与地下洞室 间 需建一条或几条通道。以便在洞室施工前及施工中，将挖掘 设备 ，施工 时 需要的水、 电 、 压缩空气、通 风设备 及人 员 运下去，并将挖掘的石渣、地下水排运地面上。另外 还 要便于安装所需管道及相 应设备 。 断面、坡度是 制 约 施工 进 度、安全、 环 保的关 键 。3.水封洞库储存油气原
9、理及构成3.2水封洞 库结 构 组 成 （ 2）水幕系统 确保洞 库 水封效果， 决定 项 目成 败 为了确保油品安全密封储存在限定的空间内，通常为了改善地下水力分布以提高储油洞库气密性要设置水幕系统，由一系列钻孔组成的水平水幕、垂直水幕和水幕巷道组成。 *当一座地下水封洞库的不同洞室储存不同油品介质时，为了防止窜油，需要在洞室间设置垂直水幕。当防止外部水体对洞库造成影响时，也需要在洞库与外部水体之间设置垂直水幕。 *常压储存的地下水封洞库，设置水幕主要是出于环保安全的需要，特别是当地下水封洞库周围的水体条件不能满足长期饱和的情况下。3.水封洞库储存油气原理及构成3.2水封洞 库结 构 组 成
10、 （ 3）洞罐 储油洞室是由储油巷道组成且经连接巷道连通的储油单元，相当于地面上的单个油罐。储油巷道是在地下岩体内开挖的水平隧道，为主要储油空间。也称为主巷道。连接巷道是将储油巷道连通的水平隧道，连通储油巷道的气相 (上部连接巷道 )、液相和水 (下部连接巷道 )，在施工期间可通往储油巷道的不同水平面。 储存常压油品 ， 在强度及稳定性较好的岩体内 ，可以采用直墙割圆拱截面储存常压油品 ， 在强度及稳定性不好的岩体内 ，应采用曲墙圆趾圆拱截面储存有压油品 ， 无论岩体的强度及稳定性如何 ，应采用三心曲墙圆拱截面3.水封洞库储存油气原理及构成3.2水封洞 库结 构 组 成 （ 4）竖井（操作竖井
11、）和泵坑 操作 竖 井是从地面垂直向下开挖的的 圆 形或方形通道，用于安装油品 进 出运 输 管道、排水管道、 仪 表、 电缆 等 设 施，是洞 库 与外界 联 系的唯一通道。 地面管 线 及 仪 表信号 线 均通 过 操作 竖 井与洞罐相 连 ，一般一个洞罐 设 一个操作 竖 井，也可 设 2个甚至 3个 竖 井。 竖 井开挖成 圆 形， 这 种形状受力 较 好。根据 进 出洞罐工艺 管 线 情况确定 竖 井直径，一般 为 3 7m。 在竖井下方洞罐底部设置泵坑。泵坑主要是收集裂隙水，并用泵将裂隙水排出洞库外。产品液下泵也放在泵坑内，以利于泵的冷却。泵坑结构断面尺寸一般与操作竖井相同，坑深一
12、般根据泵的结构尺寸决定，通常为 15 30m。4.水封洞库施工关键技术4.1大型地下极硬岩超大断面洞室群减震爆破技 术 （ 1）通过爆破围岩损伤特征分析，制定了基于水幕密封性的超大断面洞库爆破安全控制振速。基于水幕密封性要求的爆破安全控制振速 ， 研发了超大断面洞库 “ 台阶逐层开挖预裂爆破修边 ” 的减振爆破方案，地表建筑物最大爆破震速 1.1m/，围岩最大质点振速 2.46cm/s，围岩爆破瞬间附加应力仅为 0.3MPa，有效降低了爆破振动对围岩的损伤，确保了水幕密封性。 （ 2）依据洞库与不良地质体的空间方位特征，系统地给出了不良地质段施工处理方法，分别采用预留岩墙法支撑洞壁、采用上中下三条导洞穿过不良地质结构面连接两端主洞室和采用上下导洞穿过不良地质段等三种技术方案 ，获三项发明专利 。*集团公司、中国中铁科研项目三层台阶开挖主洞室顶层中导洞开挖示意图主洞室台阶预留保护层法开挖示意图主洞室台阶竖向钻孔爆破开挖示意图三台阶开挖方法 中台阶预裂开挖
