作者：《地下水封储油 洞库项目管理技术》编委会
出版社：石油工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
地下水封储油洞库项目管理技术试读：
前言
地下水封储油洞库在国内建设较少，目前尚处于起步阶段。因大断面洞室减震爆破施工、系统支护、注浆止水、密封塞施工及竖井施工等关键技术带来的项目管理难题，再加上国内还没有完整的、系统性的地下水封储油洞库项目管理研究，这些时常困扰着建设单位、项目管理单位和施工单位。
地下水封储油洞库工程利用水封原理，洞库的稳定性和密封性是能够储存油品的前提条件，施工及运营期间需要稳定的地下水位和良好的洞室稳定性，工程建成后无法再进入洞库内部进行修复工作，因此水封储油洞库工程具有结构复杂、开挖断面大、交叉作业多、施工安全风险高、施工组织难度大、项目管理和协调要求高等特点。
本书根据地下水封储油洞库原理，针对地下水封储油洞库项目建设特点，并结合系统工程、地面工程、地下工程关键技术和重点难点，从地下水封储油洞库的勘察设计管理、施工管理、交工验收管理等方面进行阐述，结合实际典型工程案例进行了介绍，形成地下水封储油洞库项目管理体系，为后续地下水封储油洞库项目管理提供技术支持。本书主要适用于地下水封储油洞库各参建单位相关项目管理人员、技术人员、监理人员及施工人员，也是相关决策人员、设计人员的重要学习和参考资料。
该教材第一章、第二章主要由孙薇薇、李海鹏、李伍林、王建、常征、刘昭、张东浩、杨树启、贾然完成；第三章、第四章主要由王凯、常丽萍、杨艳东、郑洪峰、冯金波、郭文、张淑娟、王帅玲、冯超、富志伟完成；第五章、第六章主要由代炳涛、王谊、刘兵、杨威、李怡芃、张孝鹏编写完成。
在教材编写过程中，得到吴疆、赵国深、郭纪山的大力支持和帮助，在此一并表示感谢。同时，我们还特别感谢以郭书太为组长的专家评审组对教材所做的指导。
由于水平有限，难免有错误和不足之处，恳请读者批评指正。编者2018年5月说明
该教材主要是针对从事地下水封储油洞库各参建单位相关项目管理人员、技术人员、监理人员及施工人员编写的。教材的内容主要来源于国家相关法律法规、标准规范，并结合已建地下水封储油洞库项目管理经验和教训。
为便于读者合理使用本教材，在此对培训对象进行了划分，并规定了地下水封洞库项目管理人员、技术人员、监理人员和施工人员应掌握或了解的主要内容。
培训对象应该掌握或了解的主要内容如下（仅供参考）：（1）项目管理人员，掌握第一章、第二章、第三章、第四章、第五章、第六章的内容。（2）项目施工人员，掌握第三章、第四章、第五章的内容，了解第一章、第二章、第六章的内容。（3）项目监理人员，掌握第三章、第四章、第五章的内容，了解第一章、第二章、第六章的内容。
各单位在培训中要紧密联系生产实际，在课堂培训为主的基础上，还应增加施工现场实习实践环节。建议根据教材内容进一步收集和整理过程照片或视频，进行辅助培训，从而增强培训效果。第一章 地下水封储油洞库工程项目介绍第一节 概述
地下水封储油洞库（以下简称“地下水封洞库”）是在稳定的地下水位以下一定深度的天然岩体中，人工开挖的以岩体和岩体中的裂隙水共同构成储油空间的一种特殊地下工程，由储油洞罐、施工巷道、竖井（操作竖井）、泵坑、水幕系统等单元组成。一、储存原理
地下水封储油洞库就是在地下水位以下的人工凿岩洞内，利用“水封”的作用储存油品，由于岩壁中充满地下水的静压力大于储油静压力，油品始终被封存在由岩壁和裂隙水组成的一个封闭的空间里，油品不会渗漏出去。由于密度不同，油和水不会相混，同时利用水的密度比油大的原理，将油置于水的包围之中，只能水往洞内渗漏，而油不可能往洞外渗漏，油品始终处在水垫之上，从而达到长期储存油品的目的。地下水封洞库的密封原理如图1-1所示。图1-1 地下水封洞库的密封原理
地下洞室的建造至少要满足稳定性和密封性的要求，密封标准须满足地下水水头压力大于产品的蒸汽压、形状因素、安全余量三者之和，示意图如图1-2所示。图1-2 地下水封洞库密封标准示意图H—地下水水头压力；P—产品的蒸汽压；F—形状因素；S—安全余量二、地下水封洞库分类
地下水封洞库不论是用来储存汽油、柴油、煤油，还是储存原油、重质油，甚至液化石油气等产品，从理论上讲，只要水封条件达到要求即可，只不过要求洞库埋深不同而已。对于轻质油品，易挥发而不易油水相混，要侧重考虑油气泄漏和油气爆炸问题；而对于重质油品，油水易混而不易挥发，则应侧重考虑防止油水乳化以及油品降黏问题。由于常压储存和压力储存不仅对深度要求高，而且辅助安全设施相差也较大，因此在地下水封洞库建设中，按照压力不同通常分为两类：油品地下水封洞库和液化石油气水封洞库。1．油品地下水封洞库
地下水封洞库储油原理，在某些方面比较具有代表性，它具有轻质油品易挥发的特点，又具有重质油品的黏滞性特点。一般采用固定水位法储油，水垫层高度一般为0.3～0.5m，根据储存油品要求具体确定。水垫层是原油泥渣的沉淀空间，也可作为传热热媒。储存重质油要考虑油品降黏问题，对油品进行加热以补充油品向岩壁的散热及排出裂隙水带出的热量，水的比热容比油大，用水做热媒比较经济。
地下水封洞库储存原油和成品油，一般在常压下储存，其洞室的埋深在稳定地下水位以下30～40m。2．液化石油气水封洞库
利用地下水封洞库储存液化石油气，一般储存丁烷、丙烷及混合物产品，液化石油气因为易挥发而不易与水相混，应侧重考虑液化石油气泄漏和爆炸问题。其洞室的埋深应由储存温度下介质的饱和蒸汽压确定，其洞室的埋深在稳定地下水位以下80～150m。三、地下水封洞库的区域划分
地下水封洞库项目一般分为地下生产区、地上生产区、辅助生产区和行政管理区，地下水封洞库分区及主要设施划分见表1-1。表1-1 地下水封洞库分区及主要设施划分注：竖井操作区位于操作巷道内时，划为地下生产区。四、地下水封洞库发展1．地下水封洞库发展过程
石油及石油产品的地下储存，很早以前就发展起来。在第一次世界大战期间就已经有了地下储存烃类产品的理论。加拿大于1915年在安大略省Welland附近建成第一个地下储气库。美国于1916年利用纽约州西部伊利湖东岸港口城市Buffalo附近的一个枯竭气田建设了第一个真正使用的地下储气库。1916年德国提出了在岩盐中建造地下油库，1945年美国就把这种设想变为现实。苏联1958年也在卡卢加开始建造地下储气库。1939年瑞典开始建造地下岩洞油库。第二次世界大战期间地下油库开始迅速发展，储存方式和储存油品有了进一步拓展。地下油库分为盐岩层空洞、岩石空洞、废矿坑、岩石的含水层、枯竭油气层等类型。地下油库广泛应用于储存天然气、原油、汽油、柴油、液化石油气（LPG）、乙烯、丙烯和丁烯及煤气等。
1945—1955年，发展了洞室贴壁钢板罐，即在开挖的石洞中，沿岩壁衬钢板（管壁厚4mm，罐顶和罐底厚5～6mm），在钢板和岩壁之间灌入水泥砂浆或混凝土。这种油库结构中，薄钢板作为储油容器，只起到防渗作用，而储油的静压力由岩石壁承受。这类油库的使用经验，又导致了地下油库的根本性发展。早在1937年，瑞典政府曾做了水泥被覆的石洞储油实验，发现只要水泥孔隙充满了水就不跑油。那么怎样才能使储油洞室的岩体孔隙充满水？联想到历史经验，19世纪末就曾利用地下小石洞储集过压缩空气，方法是在储气室上方建造一个储水池，利用从上方渗流下来的水的压力包围气体使之不能逃逸。提出了不挖储水池，而把石洞建造在稳定的地下水位以下而达到水封的想法。
瑞典发明家H. Jansson在1939年的一项专利中建议地下岩洞储罐不用衬里，把油品储存在地下水中。10年后，根据Jansson的理论，在瑞典首都斯德哥尔摩城外建造一个无衬里的地下岩洞储罐，它是利用一座废弃的长石矿井。1949年，另外一个瑞典人H. Eaholm取得了类似观点的专利。他在斯德哥尔摩城外自费建立一个小型试验厂，于31951年6月往岩洞中注入17.6m汽油。5年后打开岩洞，经检验没有汽油流失，并且发现汽油的质量也未改变。
于是从1956年开始，人们在斯堪的纳维亚甚至全世界内开始建造地下无内衬岩洞油库，即利用水封的原理，岩洞建在稳定的地下水位以下。只要储存介质不与水溶合，且地下水渗入岩洞的速度缓慢，就可以实现岩洞储存。在岩洞储油之初，该原理为许多石油公司所接受。目前，地下岩洞储库在世界各国迅速发展，有数百个地下岩洞储库分布在各大洲，在斯堪的纳维亚地区最为发达。2．地下水封洞库发展现状
目前世界上仅用于储存天然气的地下库就有610多座，460多座利用废旧油气田，80座利用地下水藏，65座岩溶洞库，工作气量达3320m。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、葡萄牙、波兰、阿拉伯联合酋长国、智利、土耳其、巴西、墨西哥、中国、印度、韩国、日本等国家和地区。
地下油库也在向大型化发展。苏联建成的一座地下气库仅工作气8343量就达到了100×10m；一般岩盐洞库在20×10m以上，西德一座油4343库容量超过1700×10m；岩洞储库最大的单罐容量已达100×10m，43瑞典一油库容量达410×10m，还有更大容积的水封地下洞库在运行中。芬兰、挪威和瑞典3国建有200多座大型地下石油库。芬兰Tehokaasu Oy公司1991年开始在托尔尼奥分3期建设LPG地下洞库，43总计库容为25×10m。瑞典、芬兰、挪威、法国等欧洲国家的大型炼化企业同时建有包括原油、成品油和LPG的地下水封洞库。芬兰NESTE公司在其一座炼油厂建设了近20座原油、成品油和LPG的地下储库。瑞典目前至少建有5座原油地下库，6座LPG地下库，2座汽油地下库，3座航空油料地下库，1座石脑油地下库，11座柴油地下库等。
我国第一座地下水封洞库是黄岛地下水封石洞原油库，为15×4310m原油库，储存胜利油田原油，油库建成后试运、水运后封存。1984年12月经检修、整改后进油，至1989年8月共运行了189次，4进、出原油204×10t，随后停用。
在黄岛地下水封石洞原油库设计建设过程中，对国外水封洞库进行了大量的调研，国内有关院校进行了理论研究，研究单位进行了工程地质和水文地质试验，并针对施工过程中碰到的具体问题反复研究、试验，取得了一批具有实践意义的成果。特别是在围岩结构处理技术、围岩裂隙处理技术等方面较国外公司具有独到的见解，经多年应用证明，成效非常显著。该项目分别荣获国家科技进步奖、国家勘察金奖、石油工业部优秀设计奖。3．地下水封洞库发展趋势
地下洞库技术的发展主要是在现有技术上的改造和对其他行业技术的应用，如油气田勘探和开发技术及信息技术。对天然气的不同需求也促进了不同于传统储气技术的发展。
在现有技术中，压缩天然气在50bar的压力下无衬岩洞埋深达600～700m，还要加上安全深度100m。有两种减少深度的方法：利用水帘幕并添加地下水的压力，使其高于地下水静压力，埋深可减少到300m；或者在岩壁上衬上不渗漏的衬里。瑞典Sydgas公司曾经设计3了一个高压天然气储存设施，岩洞为立式圆柱形，成功在一个115m试验岩洞中注入了约15MPa的空气（水压为52MPa）。利用地下水封22洞库储存空气、CO、H等是各国科技工作者下一步研究的目标。五、地下水封洞库项目及施工特点1．地下水封洞库项目特点
一般建造地下水封岩洞储库单室容积大，无论是与地上常温储罐还是与大型低温储罐相比，都有较为明显的优势。对于大型储存基地来说，地下水封岩洞储库具有下述特点。
1）造价低
在工程地质、水文地质情况良好的地方建造地下储库，其造价明显低于储存能力相当的地上储罐。对建造地下库，影响造价的因素如下：（1）储存产品的特征及操作要求。（2）出库容量。（3）工厂的工程地质和水文条件。
地下水封洞库，一般都可以建成容积较大的储罐，储罐的个数少，同时也减少了相应的设备，便于生产管理，经营费用低。另外，地下水封洞库坚固耐用，不易损坏，只有少量的地上设备，维修量少，维护费用低。一般可减少50%的运营管理费。
地面轻油库、地面重油库、地下水封洞库平均造价和储油费用对比见表1-2。表1-2 不同类型储库造价与运行费用对比表43
一般300×10m的原油地下水封洞库的投资要比地面库节省20%43的费用。5×10m的LPG地下水封洞库的投资要比地面库节省25%的费用。
2）节省钢材
钢材用量少是地下水封洞库显著的特点之一。同时能减少引进诸如低温钢之类的设备和材料数量，可以降低成本。
3）经营管理费用低
地下水封洞库一般都可建成容积较大的储罐，储罐的个数少，同时也减少了相应的设备，便于生产管理，经营费用低。另外，地下水封洞库坚固耐用，不易损坏，只有少量的地上设备，维修量小，维护费用低。一般可减少50%的运营管理费。
4）安全性高
地下水封洞库埋于地下，油气散失量小，大大降低了火灾和爆炸的危险性，安全可靠，消防设施简单；抗震能力强，不易损坏；抵抗爆炸，有利于战时防备。据试验，深6m且有覆盖物的油库就能承受一般炸弹的轰炸，深30m的地下油库可以承受各种炸弹的直接命中。所以地下储库战时很安全。据介绍，国外地下油库的保险费仅为地面油库的1/3。
5）占地面积小
地下水封洞库地面设施占地面积小，与周围设施的间距较地面储罐小，而地下洞库上面的土地还可以进行种植、绿化等。同时建造地下洞库时挖掘出的石渣还可以用作建筑材料。
6）环境效果好
地下水封洞库与地面油罐相比，由于占地面积小，可不破坏自然景观，操作运行时基本无油气排放，事故率低，有利于环境保护。
我国有漫长的海岸线，地质条件也比较好，适合大规模发展地下油库，特别是我国目前油品储备水平不高，已经不能适应现代化建设和社会主义市场经济发展的需求，需要提高燃料储备水平，因此，应考虑建造大型地下储备油库。我国地下水封洞库勘察、设计、施工、运行管理上已经有了较为丰富的经验，可以推广地下储存技术。
目前多家原油水封洞库和企业销售LPG储库在采用地下水封洞库上已经有了一定的规模，在石化企业采用地下水封洞库，具有更大的优势，在有关企业提高认识的基础上，将具有广阔的使用前景。
此外，在油田废料等废物处理上，利用废旧的矿井进行地下储存具备较大的优势。2．地下水封洞库施工特点
1）洞库断面大，施工交叉多
洞库开挖通常分为上、中、下三层进行，为大断面开挖施工。洞内施工交叉多，施工机械设备调配等施工组织难度大。
2）支护质量要求高
洞库利用洞室储油，建成运营后，洞库是一个完全密闭的容器，一般情况下不能再进入洞库内部。因此运营后洞室的稳定性非常重要，施工中必须保证开挖成形和支护质量。
3）注浆效果要求高
运营期间要严格控制渗入洞室的水量，同时要求水幕保持良好的工作状态，对注浆效果、耐久性及水幕钻孔技术有较高的要求。
4）施工组织难度大
工程结构复杂，洞室断面多变，竖井、交通巷道、水幕巷道、储油洞库相互交错，洞室开挖受地下水探测、注浆工序制约严重，因此要求总体施工安排科学合理，各工序施工工艺先进。
5）水位监测及控制至关重要，影响施工方案
地下洞库周围的水流条件是地下洞库能否在运营期满足密封的最重要的条件。在巷道及洞库开挖时会造成地下水的流失，有可能造成地下水位的严重下降。在施工及运营全过程均要进行水位的监测，并根据监测反馈的情况确定科学合理的施工方案。
6）施工风险较大
地下水封洞库施工在洞室爆破开挖、系统支护、密封塞施工、竖井施工等方面均有较高的质量风险和较大的安全风险。六、地下水封洞库主要组成1．地下工程
地下水封洞库是在稳定的地下水位以下一定深度的天然岩体中，通过人工开挖的以岩体和岩体中的裂隙水共同构成的空间的一种特殊地下工程。由储油洞室、施工巷道、竖井（操作竖井）、泵坑、水幕系统等单元组成的洞库，如图1-3所示。2．地面工程
水封洞库地面工程主要包括地上生产区、辅助生产区和行政管理区。地上生产区通常包括：输油泵房、计量标定区、阀组区、竖井操作区、油气回收装置、地上油罐区等；辅助生产区通常包括：变配电所、消防设施、器材库、机修间、污水处理设施、控制室等；行政管理区通常包括：办公室、门卫室、车库等。图1-3 地下水封洞库示意图第二节 系统工程一、工艺系统
工艺系统包括地下储库收发油工艺、储油洞室油气回收或焚烧处理工艺、氮气置换工艺、洞室内的微正压和水垫层设计工艺等。二、监测、自动化控制技术
地下水封洞库项目需对运行期的地下洞室进行持续的安全监测，主要包括用于检测运行期间洞室稳定性的振动落石监测系统和监测地下水文情况的地表和地下水文监测系统。1．洞库仪表
地下水封洞库内部各参数的监控比较重要，是洞库操作运行安全的必要保障。洞库需要测量的参数有洞库内储存介质的温度、压力、油气界面、油水界面及油位（高、低位报警，高高位、低低位联锁）。
1）洞库液位开关和温度传感器系统
液位开关和温度传感器系统为一个集成安装在洞库中的液位开关和温度传感器的系统。液位开关分别位于几个设定的高度位置，用于检测气相／液相界面和油品／裂隙水界面。
温度传感器安装在几个设定高度，连续测量洞库中监测点的液相和气相温度。
2）液位连续测量系统
液位连续测量系统为连续测量水和油品液位的系统，应能测量气相／液相界位和油品液相／裂隙水界位。
连续液位测量系统探头为超声波型。系统包含两个导波管，每一个导波管都装有一对传感器。其中一个导波管直接对着气相／液相界面，另一个直接对着水／油品液相界面。
3）压力测量系统
压力测量系统中的压力仪表为智能型压力变送器，安装在井口管道上，该管道连接至储油巷道顶部。2．安全监测系统
洞库安全监测系统包括永久水文地质监测系统和地震监测系统。
1）水文地质监测系统
水文地质监测用于监控洞库运行期间水文地质情况，使洞库中的产品始终保持水封状态。对洞库的水文地质应进行全过程监测，并保持完整的监测记录，从施工到投产运行不允许中断，监测结果应定期递交给主管部门进行分析和处理。
水文地质监测项目主要包括：（1）地表水位观测孔、监测井和竖井的水位监测。（2）根据压力传感器的压力数据监测水压。（3）对水位观测孔、水幕、裂隙水水样进行化学和细菌分析，监控水幕注水质量符合标准情况。
水位观测孔（压力计井）自地面钻探，安装水位测量仪表和取样设备。水位观测孔位置由水文地质专业技术人员根据对洞库水文地质监控的需要确定。孔内水位压力计安装位置一般由地质专业技术人员确定。
孔隙水压力计及配套的电缆等的使用寿命应与洞库的生命周期相一致。孔隙压力传感器应安装在专用的钻孔中，目的是监控洞库周围裂隙水压力。地下压力传感器孔一般从水幕巷道或其他地下水平洞巷钻探，垂直或倾斜均可。压力传感器孔的数量、位置要根据施工期水文地质特性确定，在施工后期钻探。压力传感器应有良好的线性参数与长期稳定测量范围，应与深度相适应。
2）地震监测系统
地震监测系统是为了监测、验证洞罐在整个生命周期的整体稳定性，主要是不间断监测和记录洞罐巷道运行期间相关的地震数据。
地震监测系统设备分为三级：（1）传感器网络，包括传感器和传感器前放大器之间的电缆。（2）现场设备，包括前置放大器、滤波器、A/D系统（模拟数字转换）和数字数据传递电缆。（3）采集系统，包括计算机、外部设备、采集软件。
地震监测系统应具有以下性能：3（1）应能检测并记录0.5m岩石从一洞室顶落下的地质事件。（2）地震记录数据的精度必须达到至少是洞罐的半径。（3）检测必须是永久性的，有效时间必须是总时间的95%以上（以年为基础）。（4）传感器及配套的电缆等的使用寿命同洞库生命周期相一致。（5）传感器在洞罐周围按三维布置。（6）传感器应安装在水幕巷道，避免在洞罐区范围外。（7）地震检波器网络应设计并进行敏感性计算。（8）所有的现场电子装置必须从采集站远程控制。
微震厂商负责培训运行监测人员，并提供微震监测使用手册，异常情况根据手册相应处理。三、防腐系统
地下水封洞库竖井及泵坑内金属构筑物的防腐层是不可维护的，因此要求对其内的金属构筑物采取有效的防腐设计，使其使用寿命达到50年的地下水封洞库正常使用年限。因此所采取的特殊环境下金属构筑物防腐蚀设计技术需具备很高的可靠性。四、消防系统
水封洞库内可用于储存丙烷、丁烷、LPG等，其火灾危险性属于甲A类。液化烃具有易燃、易爆的特点，其蒸发、燃烧、爆炸等理化特性显著。1kg液化石油气爆炸威力相当于4～10kgTNT的爆炸当量，对邻近设施造成的破坏力极大。水封洞库的地面设施与地面常规的储运系统相同，采用管道密闭输送，但在阀门法兰等处仍存在介质泄漏的可能性。在日晒的条件下，封闭管段内的体积膨胀，引发管道内压力升高，也容易引发泄漏。1．主要危险因素
水封洞库的地下设施的主要危险因素包括：（1）岩体自身坍塌。洞罐开挖前，岩体受三向应力，开挖之后引起应力重新分布，洞罐四周的围岩形成松动圈、应力增高区和原始应力区。岩体开挖后形成临空面后，洞壁岩石由原来的三向应力变为二向应力，如果施工过程中支护不及时，容易引发破坏。（2）地震或重大的工程活动。洞罐围岩在地震波作用下可发生断裂，造成坍塌或大裂隙，导致储存介质的泄漏。地震同时往往诱发次生火灾，一旦引燃洞罐的泄漏介质，后果十分严重。（3）地下水位不稳定。水封洞库依靠地下水进行封存。当地下水系统受工程活动或地震灾害而发生重大变化时，可导致水封系统失效，引发储存介质泄漏。2．消防设计
参照国内相关防火设计规范，结合国内已建和在建水封洞库项目中的实施经验，进行相关消防设计。
1）平面布置
水封洞库地面工程应严格按照国家的有关防火、安全卫生标准等进行布置，既要满足生产工艺要求，更要保证防火要求。连接地面设施与洞罐的操作竖井，因国内暂不具备专门适用的国家标准，建议按照自喷式井进行平面设计。水封洞库地下工程，在平面布置时，结合工程地质和水文条件等因素，合理确定施工巷道、洞罐等的平面位置及摆设角度。除满足相关标准要求外，应根据地下水情况做出水力保护区域规定。保护边界距洞罐投影不小于200m，禁止在该区域内进行取水打井作业。
2）水幕墙系统
水幕墙系统是一种可行的消防措施。液化烃泄漏，气化后容易形成爆炸性混合物，为避免爆炸带来的破坏性影响，通常使用喷雾水枪等驱散、聚集流动的气体。为防止气体向重要的目标、危险源等扩散，可采用水幕墙进行隔离。水幕墙系统应设在保护设施边界。
3）地下洞罐设计
洞罐是水封洞库的储存核心，在开挖过程及运营期间应注意：（1）合理确定洞罐的设计参数。根据洞罐所在地理位置的岩石条件，确定洞室的截面积、长度、埋深和相邻洞室之间的距离，除满足洞室自身特有的大跨度、无内衬特点下的自稳，还要具备抵抗一定外力冲击而不发生破坏的性能。（2）设置水幕及水幕补水系统。根据水封洞库的储存原理，洞罐围岩必须充满一定压力的裂隙水，洞罐上方设置水幕系统，确保洞罐封存介质所需的水封条件。水幕系统的水源补充不能只依托自然补给，应设置人工补水系统，确保在自然条件下未及时补水时，能够实现人工补水。（3）设置液位测量系统和温度测量系统。洞罐储存容积大、埋深深，应选用适宜的测量系统，时时监测液位系统及温度变化。当液位或温度达到操作限制时，连锁关闭液化烃的接收和外输操作。
4）操作竖井设施
操作竖井的竖井管道应设置防腐措施，典型的设置包括：（1）进出竖井的管道设有绝缘接头，确保外部的杂散电流不窜入洞内。（2）竖井的套筒采用防腐涂层和牺牲阳极保护的联合防护。竖井管道是洞罐内介质的潜在泄漏点，竖井管道应设有防止洞罐内介质沿管道泄漏至地面的措施，典型设置有：竖井两端设置有切断阀，阀门和紧急切断阀宜与水封洞库工程的DCS或SIS系统连锁，在地面火灾或其他事故状态时，快速关闭阀门，防止洞罐内介质外泄；积水井内的竖井管道具有水封功能，工作状态液态烃通过竖井管道输出洞罐，事故状态通过注水井向积水井内紧急注水，对竖井管道实行水封，隔绝液态烃泄漏通道。第三节 地下工程一、施工巷道
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、地下水排运至地面上。另外还要便于安装所需的管道及相应设备。
地面与地下洞室间的通道有两种方式——巷道或竖井。通道方案选择的主要依据有以下4点：（1）地下有接近地表主导地质条件（岩质和渗透性）。（2）洞穴挖掘的总体积。（3）洞穴深度。（4）施工巷道的性能。1．巷道
巷道应允许运输卡车或矿用运输车辆通行，其坡度应不大于13%。用于运输土石的车辆数目可以根据土石方产出量的变化进行调配，以提高洞穴挖掘速度。用巷道运送土石时，也可以采用轨行车、传送带等。总之，巷道应便于施工设备安装及随时调整，人员行动灵活方便，施工巷道用管道不影响车辆及人员的通行。
通过巷道可以对洞区的岩层状况进行一次全面调查，并有助于优化挖掘、加固和灌浆，也便于水幕渠等辅助洞穴的施工。
但由于巷道是按照一定坡度往下延伸的，其挖掘长度是竖井的6～7倍，因此其岩石挖掘量比竖井要大许多，耗时长、费用大、处理工作量大，并仍需要一口独立的操作井。2．竖井通道
竖井通道中，土石外运只能用绳、缆线轨导向的大斗间断进行，土石产出量一般较小，由于竖井中大部分空间被运料设备占用，留给公用工程，人员、通风和地下运移设备的空间很小。在竖井中无论干哪项工作都会影响其他工作正常运行。
由于竖井工作面较小，在井底开挖横向巷道通常比较困难，会影响洞穴的挖掘速度，并且水幕渠等辅助洞穴的施工也会影响主导工期。为保证工作人员的安全，须再建第二口井，供人员出入。
在挖掘结束后如可能可以将挖掘井变为操作井。3．通道形式的选择
由上述比较可以看出，巷道与竖井两种方式各有优劣。巷道方式在其本身的挖掘上较竖井工作量大、工期长，但在洞穴挖掘上较竖井方便、速度快、工期短。巷道方式是国内外地下水封洞库建设中普遍采用的形式，特别是在坚硬的岩体中，考虑到我国技术及施工方法，以及在地下油库施工中积累的经验，我国建造地下水封洞库，采用巷道方式更为合理，不需要特殊的设备。二、水幕系统
水幕巷道又称注水巷道，是为了改善岩体中裂隙水的分布状况及防止洞室间油品相互转移而特设的巷道，施工结束后，内部注满水。另外，专用施工巷道施工结束后也要注满水，该巷道也称注水巷道。水幕一般由水幕巷道、水平水幕组成。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。当常压储存的地下水封洞库毗邻江、河、湖、海时，可以满足洞库围岩长期处于水饱和状态，裂隙水可以得到及时补充，此时不需要设置水幕来改善岩体的水力分布条件。由于油品处于常压状态，就像机械采油井一样，如果不靠泵提升，油品不会外溢，也不会泄漏。简单来说，就像敞口容器中的水一样，不会自动跑出来，再加一个盖子水汽也跑不出来。也就是说，常压储存的地下水封洞库是否设置水幕需要根据库址水文地质条件来确定，水幕并不是常压储存的地下水封洞库的必要条件。
压力储存的地下水封洞库，油气储存压力要求设置水幕，当然也是出于环保安全的需要。在地温条件下，LPG或者液化烃只有储存在压力容器中才会保持液相状态，从而防止大量汽化和泄漏外溢。需要设置水幕来改善岩体的水力分布条件，确保岩体和裂隙共同构成一个相当于压力容器的洞罐。日常生活中的家用LPG瓶，只要打开一点，气体就会从瓶中释放出来，要将LPG封在瓶中，就必须有密封的阀门，阀门的密封压力要高于罐中气体的压力。同理，如果岩体裂隙中没有水，洞罐中的油气就有可能通过裂隙逐步泄漏到地面，若形成通道，则有可能全部挥发完。就像油田的自喷井或者气井，不需要外力提升，油气自动喷出地面，如果不引导到容器中，就会外溢泄漏。由于地下地质条件复杂，为了安全起见，一般设置水幕以确保岩体中的水力条件满足压力储存要求。简而言之，设置水幕是压力储存的地下水封洞库的必要条件。
在水幕巷道里打成排的钻孔，使岩体裂隙中充满水，从而改善岩体的水封条件。一般为了防止洞罐间不同产品的转移，丙烷洞罐和丁烷洞罐间的距离必须足够大，使得它们之间不发生水压干扰，否则就要设置水帘幕。在洞罐间打垂直孔，洞罐间形成一带状水帘，故称其为水帘幕，可用来防止油品的转移。由于罐体的开挖，地下水向罐内渗漏，破坏了罐体附近地下水的原始状态，在罐体上部还会形成一个水位降落，即通常所讲的水漏斗。因此为了保证油气的不渗漏，必须使岩体裂隙充水，以恢复和改善岩体的水封条件。如果有两个相邻洞罐距离较近，且不注水，就会使洞罐间岩石壁丧失水封条件。由于设置水幕，洞穴周围的地下水位和水压分布得以控制，可以通过减少水压分布及局部不均匀性来加强洞穴周围的水流流型。注水钻孔有些可以从施工巷道直接钻；这样可以在水幕巷道投用前，防止岩体减低饱和度。注水钻孔有竖向孔和斜向孔，在设计中可以单独使用，也可根据工程地质条件综合采用。注水钻孔一般应超出洞壁外壁足够的距离，一般在10m以上。三、储油洞室1．基本概念
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。2．施工方法
储油洞室按照新奥法原理进行施工。在施工过程中，应贯彻动态设计与信息化施工原则，及时对开挖面进行地质核对。应进行超前地质预报，根据相关信息对相应地段的围岩分级、施工开挖方法以及支护参数进行调整。已完成开挖的地段必须进行监控量测，以确保施工安全，为储油洞室动态设计提供支撑。
储油洞室施工开挖方法应根据地质条件、洞室埋深、断面形状及跨度、施工技术条件等因素综合分析后确定，遵循“安全、实用、经济、合理”的原则。当施工中遇到软弱地层、断层、破碎带、严重风化层等特殊地质条件时，应加强信息化手段，及时调整开挖方法，选择相应的辅助施工措施与支护结构，按照“短进尺，弱爆破，强支护，勤量测”的原则进行施工。开挖过程中，除按设计要求进行系统支护外，还应根据围岩特性对局部不稳定块体和部位进行随机支护。遇到松散、软弱破碎的岩体，应采用先护后挖、边挖边护等方法；或者采取一掘一支护，稳步前进，即开挖—循环先喷混凝土，然后打锚杆、挂网、再喷混凝土至设计厚度，如此循环掘进。围岩稳定性特别差时，爆破后应立即喷混凝土封闭岩面，出渣后，安设钢架，再打锚杆、挂网、喷混凝土，增加支护能力。
为维持开挖后围岩稳定，锚喷系统支护至掌子面距离Q的一般原则为：Q≥10时，锚喷系统支护不应滞后掌子面20m以外；Q＜10时，锚喷系统支护不应滞后掌子面10m以外；Q≤1时，应采取一掘一支护，稳步前进。围岩较差地段的支护应向围岩较好地段延伸不小于5m。
储油洞室开挖应采用光面爆破，爆破质量应符合国家标准《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086—2015）的有关规定。施工时，必须编制爆破设计，按爆破图表和说明书严格施工，并根据爆破效果及时修正有关参数。爆破时尽量减少对围岩的扰动，保证开挖成形质量，以充分发挥围岩的自承能力和减少超挖回填。储油洞室超挖部分，应采用C25混凝土或喷射混凝土回填密实。现场实际发生超挖过大时，应在回填混凝土内设置钢筋网片等加强措施，并与围岩可靠锚固。储油洞室施工开挖方法应根据岩体稳定程度、洞室跨度和机械设备等因素确定，一般采用全断面法或台阶法开挖，围岩较差时可采用导洞法或分部开挖法。
全长黏结型锚杆杆体使用前应平直、除锈、除油；注入的砂浆应拌和均匀，随伴随用。一次拌合的砂浆应在初凝前用完，并严防石块、杂物混入。在洞室横断面上，锚杆应与岩体主结构面成较大角度布置；当主结构面不明显时，可与洞室周边轮廓垂直布置。
喷射混凝土作业前，应清除开挖面的浮石和墙脚的岩渣、堆积物等；对遇水易潮解、泥化的岩层，则应用高压风清扫岩面。喷射作业紧跟开挖工作面时，混凝土终凝到下一循环时间，不应小于3h。钢架与围岩间的间隙必须用喷射混凝土充填密实，先喷射钢架与围岩之间的混凝土，后喷射钢架之间的混凝土，喷射顺序自下而上进行，喷混凝土应将钢架全部覆盖。锚杆和喷射混凝土、钢架等施工应按《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086—2015），《岩土锚杆（索）技术规程（附条文说明）》（CECS 22—2005）、《路基填筑工程连续压实控制技术规程》（Q/CR 9210—2015）等标准所列要求执行。当以上规范、标准有冲突时，应从严执行。
储油洞室施工必须进行现场监控量测，监测各施工阶段围岩动态，确保施工安全，同时为调整支护设计参数、确定钢架等施工作业时间提供反馈信息，并作为设计变更依据。施工时应尽可能利用机械开挖，超挖应控制在规定的范围内，做到少欠少挖。施工期间应结合现场实际量测数据对支护及围岩的稳定性进行区分，当围岩变形过大或异常时，应及时采取辅助工程措施，确保施工安全。施工承包商应特别重视拱顶部位找顶工作，认真找顶不仅对施工安全至关重要，而且可最大程度减少局部锚杆的数量。储油洞室垫层施工前，应将储油洞室内的杂物、垃圾清理干净，用高压水将顶拱、边墙、底面等冲洗干净，保证垫层与洞室底面的密实性和黏结性良好；垫层施工完成后应保持垫层顶面的清洁。四、竖井1．操作竖井
操作竖井是从地面垂直向下开挖的圆形或方形通道，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。
竖井由密封塞封闭，井口至密封塞间充满水，使洞罐完全密封。竖井中管线设套管，以便于设备检修。
在竖井下方洞罐底部设置泵坑，泵坑主要作用是收集裂隙水，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。安装泵时，装设套管、泵及出口管都安在套管内。泵坑结构断面尺寸一般与操作竖井相同，坑深一般根据泵的结构尺寸确定，通常为15～30m。2．竖井管道
安装在竖井中的各种管道，主要由地下水封洞库工艺管道和仪表管道组成。由于受空间限制，检修困难、周期长，竖井管道的设计、制作、安装应满足其独特的要求，在满足流程、检测要求的同时，能够保证水封洞库长期安全正常运转。竖井内主要管道在满足工艺流程、监测要求的同时，能够保证水封洞库长期安全正常运转。竖井内主要管道和保持其稳定性的支撑钢结构简要介绍如下。
1）进料管
每座洞罐设一条垂直进料管进入洞罐内，在进料管道下部（混凝土封塞部位）安装限流设施，在设计流量下保证垂直管道内充满液体，防止两相流引起管线振动。
洞罐储存LPG时，在进料管限流孔板下部安装液压安全阀，防止在故障情况下LPG泄漏。
2）液下泵出库管线
洞罐设油品提升泵出库管线，将油品输送出洞罐，出库管线为法兰连接，由套管顶部法兰支撑，底部通过一个止回阀与液下泵相连。
储存LPG时，在液下泵底部安装液压安全阀，防止在故障情况下LPG从套管泄漏，液下泵及出库管线对应安装在各自的套管内。
3）裂隙水泵出库管线
洞罐设裂隙水提升泵及出库管线，将裂隙水输出以避免洞罐液位超高或超压，出库管线为法兰连接，由套管顶部法兰支撑，底部通过一个止回阀与液下泵相连，液下泵及出库管线对应安装在各自的套管内。
4）放空管线
洞罐设有仪器放空管线，各洞罐之间贯通，与地面油气回收设施相连。
储存LPG时，洞罐应设两条气相管，其中一条气相线连接洞罐与地面设施，装车和装船的气相返回地下洞库，同时与喷射器相连，使洞库中排出的气相凝结返回到地下洞罐中，以避免LPG槽船卸船时洞罐的压力升高。在竖井口另设一条气相平行线将洞罐与洞罐仪表的套管相连，以便精确测量洞罐的储存压力和液位，放空管线在混凝土封塞处装配气相液压安全阀。
5）仪表测量管线
仪表测量管线包括：液位测量管线、液位报警测量管线、油水界面自动控制仪线、温度测量管线、压力测量管线。
6）套管
套管是安装在液下泵、液位界面控制仪表及传感器等设备外的保护管，其作用是在液下泵或自控设备维护时将套管内充水使洞库液面与外界隔开，避免油气扩散，确保安全。
套管直径根据被保护的设备外径确定，设备检修时应确保能在套管内顺畅提升至地面。
在设备安装前，套管应在竖井内安装固定、顶部设置法兰及固定设备的法兰盖。
7）竖井钢结构
竖井钢结构的主要作用是支撑和固定竖井内管道、套管，设置时应考虑便于在竖井内进行组装。3．竖井工艺设备
地下水封洞库的主要工艺设备均安装在竖井中，通常称为竖井工艺设备或者竖井设备。为了便于检修，一般外部设有套管，检修时可利用套管注水进行置换和水封，将设备提出检修。下面介绍的设备为主要的竖井设备。
1）液下泵
地下水封洞库靠液下泵将油品提升至洞库外，液下泵是洞库操作过程中的关键设备之一，我国还没有完全掌握生产油品液下泵的技术，目前国内使用的油品液下泵均从国外进口。液下泵性能应满足：出口压力应克服地面管道阻力、洞罐内压力及提升高度、管道摩擦损失；排量满足装船、装车等输量的要求。
液下电动泵应满足以下安装条件及特殊要求：（1）电动机在液下泵下方。（2）电动机应安装必要的温度、压力或震动检测仪表。（3）出口应安装止回阀。（4）必要时，电动机底部应可以安装液压安全阀。（5）所有电缆必须适用于在储存的油品及其气相空间里安装。（6）除适应输送所储存的油品外，还应满足洞库首次进油时排水（海水），当有要求时，其材质应耐海水腐蚀。（7）应采用机械密封，保持电动机里充满液体介质。（8）泵的出口管嘴应承受所有负荷，包括泵和电动机重量、电缆和冷却系统作用力以及出口管液柱静压或液压冲击荷载。（9）动力和控制电缆长度应自电动机至地面上部法兰以上至少10m，其材质必须耐碳氢化合物腐蚀。
液下泵一般采用多极离心泵。目前液下泵的生产厂家主要有德国KSB、德国FLOWSERVE、美国Schlumberger。
2）裂隙水泵
地下水封洞库靠裂隙水泵将裂隙水提升至洞库外，也是洞库操作过程中的关键设备之一。我国在多个行业中使用液下水泵，国内油罐泵厂已经完全掌握液下水泵的技术，具备独立开发和生产能力。裂隙水提升采用国产液下水泵已在国内某LPG地下水封洞库投用多年，使用性能很好。国产液下水泵已可以替代进口产品。近期设计的2座LPG地下水封洞库的裂隙水泵也都采用了国产液下水泵。
3）液压安全阀
液压安全阀是为了保证洞库及时与外界切断安全设备，一般在压力储存的地下水封洞库中使用。当洞库外部发生火灾等事故时，气动液压安全阀可以迅速关闭，防止洞库中的介质通过洞库与外界的唯一通道——竖井管道外漏。气相管道等通常安装在封塞处，目前均为进口产品。五、密封塞
密封塞是设置在施工巷道和竖井底部的钢筋混凝土结构物，将施工巷道、竖井与洞罐隔离，使洞罐成为储存油品的密封容器。在少数工程中，水幕巷道口也设计了密封塞，将施工巷道和水幕巷道隔离。水幕巷道口的密封塞与施工巷道底的密封塞施工技术相似。密封塞采用钢筋混凝土实体浇筑，为大体混凝土结构。
施工巷道和连接巷道的密封塞厚度为6m（上部连接巷道密封塞PG-L12-1-1、PG-L12-1-2，厚度为7m）。巷道密封塞设置人孔，为施工期间的人员、物资通道。如果不设置也能满足施工组织和维抢修需要，也可不设置人孔。
进油竖井和储油竖井的密封塞厚度为4.5m。竖井密封塞均预埋工艺套管，用于原油进出管道、电缆等穿过。1．密封塞密封设计
密封塞实现密封性能，除了保证密封塞区域岩体的封闭能力外，重点应保证密封塞混凝土本身的密实性及密封塞与岩体接触的密封性。
在巷道密封塞浇筑混凝土初凝前及时对最上层空间（无法振捣浇筑的区域）采用免振捣的混凝土进行填充注浆，宜在拱顶设置至少6个填充注浆管，直径不小于50mm；填充注浆的同时需要在拱顶部位设置至少4个排气管，排气管的直径不应小于75mm。除填充注浆管、排气管外，应沿密封塞周边设置至少15个接触注浆管，直径不小于50mm，密封塞周边的接触注浆需在混凝土养护21天以后实施。
接触注浆应对填充注浆管、排气管、接触注浆管进行，注浆前应确保上述注浆管深入围岩至少10cm（穿过密封塞混凝土／围岩接触面，进入围岩至少10cm）。
竖井密封塞在混凝土养护21天以后实施接触注浆，接触注浆一般采用普通水泥。2．密封塞材料
密封塞采用无收缩混凝土，混凝土强度为C35、抗渗等级为P12、钢筋保护层厚度为70mm，保护层内设ϕ8@150×150钢筋网片（在键槽面不设网片），钢筋网片保护层厚度为25mm。
钢筋除ϕ8@150×150钢筋网片采用HPB300级钢筋外，其余均为HRB400级钢筋。
所用钢材除工艺套管由工艺图纸确定外，其余均采用Q235—B级结构钢。外露的混凝土预埋件在安装前均进行喷砂除锈（除锈等级为Sa2级），先喷涂环氧富锌底漆80μm，再喷涂无溶剂液态环氧涂料220μm作为面漆。
密封塞混凝土用水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥；在配合比试验中可掺入粉煤灰、矿渣等减小水化热，为满足施工需求，还应根据不同部位混凝土的性能要求掺入膨胀剂、减水剂、引气剂、缓凝剂等外加剂。
注浆采用水泥浆液注浆，水泥的强度等级不低于42.5。但当岩层裂隙宽度小于0.2mm时，为达到规定的防水要求，可采用不低于42.5的超细水泥浆液。注浆材料应妥善保存，防止材料水化，损失原有的材料属性。尤其水泥应严格防潮并缩短存放时间，不得使用受潮结块的水泥。注浆涌水不应包含阻止膨润土水化和水泥凝结的物质，并应符合拌制水工混凝土用水的规定。注浆浆液中加入掺合料和外加剂的种类及数量，应通过室内浆材试验和现场注浆试验确定。
接触注浆浆液应采用无收缩水泥浆液，水灰比宜为0.8～1.0，不应掺入膨润土。5cm×5cm×5cm立方体试件28天抗压强度不应低于12MPa。3．密封塞施工方法
密封塞的施工过程控制和质量要求应符合《大体积混凝土施工标准》（GB 50496—2018）的规定。开工前应进行混凝土配合比、坍落度值、析水率等试验和测试，确定混凝土材料配合比。
为获得混凝土的温升曲线和降温措施的实验参数，为实际浇筑密封塞混凝土提供参考，开工前进行一次大体积混凝土养护试验，试件尺寸为1m×1m×1m，采用与密封塞施工方案相同的降温养护措施，在28天养护期内监测内部温度、表面温度和环境温度等参数，获得相应的温度曲线，根据试验结果，验证并优化密封塞的养护措施。第四节 地面工程一、线路工程
线路工程包括从测量放线到管道试压的全过程。1．施工放线（1）测量放线应遵循管道转向处理原则。（2）施工单位必须与设计人员进行中线控制桩的交接，对控制桩的位置进行确认。（3）施工单位应组织有资质的测量人员根据控制桩进行管沟的测量放线工作，测量放线工作应明确标示出管沟边界并做好移桩工作。（4）施工单位应在管沟开挖过程中加强检查，确保管沟开挖位置符合测量放线位置。施工单位应在验收之前对管沟位置进行复测。（5）管道下沟后，施工单位应对管道中心线进行测量，并与施工图进行比对。若与施工图存在偏差，则施工单位应进行整改或与设计方联系进行变更，保证中线符合率达标；若设计变更，须保证符合主管部门的要求。（6）工程完工后，管道成员企业可组织第三方对管道中线进行复核，复核结果与完工测量结果超出允许误差的，管道成员企业组织施工单位重新对超出允许误差的管道进行中线测量，确保中线成果的精度，费用由施工单位承担。2．作业带清扫（1）作业带清扫长度按线路实长扣除单独出图穿越管道长度、顶管穿越的管道长度及中小型河流、沟渠、水塘、沼泽地、湿地管道穿越长度。（2）清扫项目主要包括：清理地面附着物（庄稼、树木、建筑物、沟渠堡坎等），平整作业带（含设计图纸给定数量以外的土石方量）。（3）承包商进行作业带扫线和施工便道修筑时，应针对当地地质灾害的特点，尽量减少土地扰动、削方，并采取措施，避免滑坡和塌方。（4）承包商须按照环评、水土保持评价报告以及相关专项环境保护方案要求，进行作业带清理工作。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]