黄岛国家石油储备地下水封洞库灌浆中的几项基础性工作

王正龙，李学政，张 凯，罗崇喜

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙，410014)

作者简介: 王正龙(1964—)，男，湖南衡阳市人，高级工程师，主要从事水电工程地基处理。

【摘 要】 本文先简单介绍了黄岛国家石油储备地下水封洞库; 强调要使灌浆成功必须做好以下3个灌浆的基础性工作: 查明洞库渗水裂隙的空间展布规律，创新性利用振荡试验测定裂隙岩体渗透系数，根据渗水裂隙位置、走向、倾向、倾角优化灌浆孔的方向和角度。

【关键词】 灌浆基础; 裂隙展布; 振荡试验; 优化灌浆孔

1 概况

国家石油储备黄岛地下水封洞库工程，位于青岛市经济技术开发区(黄岛)，该工程是国家“十二五”重点工程，是我国第一个300×104m3的大型地下水封洞库工程，建成后，对维护国家能源安全、推动国家经济建设具有重大而深远的意义。

工程包括地下工程和地上辅助设施两部分，设计库容300×104m3。地下工程主要包括6条施工巷道、9个主洞室、6个竖井及5条水幕巷道，详见图1。

图1 黄岛国家石油储备地下水封洞库效果图

地下洞室具有规模大、洞室多、布置密的特点，储油主洞具有“大跨度、高边墙、不衬砌(或基本不衬砌)”的特点。洞室纵横、大小相贯、平竖相接，因而有150多个结构特殊点(交叉洞口及密封塞)，确保施工期与洞库运行期围岩稳定，是满足洞库基本功能的关键之一。

考虑到石油储备地下水封洞库工程既“需要地下水封闭油库”又“洞库不能渗水超标”的特殊性，其注浆的实施标准严和实施难度大，更应该注重洞库水文地质条件。

国家石油储备黄岛地下水封洞库工程，水文地质条件为，断裂破碎带透水一般较大，特别是与地表水体连通时将构成强透水带，洞室开挖将改变场区内渗流场，如处理不当会直接影响洞库水封条件，运行期间要严格控制渗入洞室的水量，对注浆效果和耐久性都有很高的要求，确保水封长期稳定可靠也是满足洞库基本功能的关键之一。据统计分析，施工期间主洞室上层前期注浆工程量比预设计量增加较大，且局部地段还出现多次反复灌浆，这不但对施工进度造成了较大影响，还会使运行期油库底层的排水无法控制或控制成本过大，给国家造成巨大的损失和浪费。所以必须扎实做好灌浆的基础性地质工作。

2 查明渗水裂隙的空间展布规律

(1)绘制渗水裂隙的平面图和剖面图，分析其空间展布规律; 充分利用施工开挖揭露的渗水裂隙、钻孔中揭露的裂隙，水幕注水孔注水量较大区域，绘制局部渗水集中裂隙水文地质平面图、剖面分析图，分析渗水裂隙的空间展布规律。

洞室水文地质结构为裂隙网络结构和脉状结构，地下水运动受裂隙网络及其渗透性控制，具有压力传递迅速而疏排缓慢的特点，渗水裂隙对地下水起“输水廊道”作用，构成渗流场的主干网络，且其渗流路径并不是由其中某一组优势节理单独控制，而是通过两组或两组以上控制。

(2)大的渗水点裂隙进行连通试验验证

为查明钻孔内地下水位与主洞室、水幕系统的关联性，查明邻近区域地下水的主要流向与空间分布情况，验证根据平、剖面地质图分析得出的渗水裂隙的空间展布规律，利用钻孔做了连通试验，高压将示踪液压荧光素钠压入钻孔内。

3 运用新方法测定水文地质参数

创新性地利用振荡试验快速、方便、经济、可靠地确定裂隙岩体渗透系数，详见图2。

此法的步骤为:

(1)选择试验场地，钻孔，并详细登记钻孔岩性和裂隙的发育情况;

(2)安装振荡试验系统;

(3)启动数据采集系统，为获取测试数据做好准备;

(4)调试并校准井下钻孔图像识别定向系统;

(5)下放传感器，发现钻孔中的裂隙并确定裂隙的方位、深度，并将信息送至数据采集系统，计算裂隙的产状，同时确定有裂隙存在的钻孔段为试验段;

(6)安装试验激发系统，同时启动采样，关闭压力释放阀，并检查系统气密性，打开气泵充气阀和密封装置进气阀，开放压力调节阀对钻孔试验段中水头加压至选定的深度，使其产生的一定的降深;

图2 振荡试验现场试验

(7)观察传感器系统中压力传感器的读数，当压力传感器读数稳定时关闭试验激发系统中的进气阀;

(8)迅速打开压力释放阀，使钻孔试验段内水产生振荡，传感器系统检测试验段内水环境数据，PDA数据采集系统实时采集传感器中检测到的水环境数据;

(9)当钻孔中被激发后的水头，在充足的时间内从最大水位降深位置恢复至初始水位状态，结束测试，完成一次试验，数据采集系统保存采集到的测试数据;

(10)一个试验周期结束后，根据屏幕上显示的实测曲线，来确定此次试验是否需要保存; 如果对试验数据不满意，可直接重复测试，系统内存里的试验数据会自动清空，然后重复步骤(6) ～(9)即可;

(11)根据振荡试验理论确定裂隙渗透系数。

此法优点: 振荡试验系统体积小，重量轻便，便于携带; 能实现图像的实时显示，裂隙几何特征参数的自动计算，试验自动激发，水位、温度自动采集，并且实现了数据的便捷存贮;利用裂隙介质水动力学和振荡试验原理，能现场快速完成测试、处理数据并得到裂隙岩体渗透参数(裂隙渗透系数、当量渗透系数、渗透系数张量等); 可以应用于现场快速检测各向异性裂隙岩体渗透参数。

图3 节理走向玫瑰花图

4 优化注浆孔方向

(1)全面地质构造调查

充分利用施工开挖揭露的洞壁面，统计了大量(9个主洞室中统计了6368条)结构面节理，绘制节理等密图和节理走向玫瑰花图，见图3。可以得出: 主洞室区发育一组走向N35°～55°E，倾向SE倾角70°～88°的优势节理，和走向为N10°～25°W，倾向NE倾角65°～85°与走向N35°～52°E，倾向NW倾角83°～90°两组数量次之的节理面; 主洞室区节理走向主要为N35°～55°E。

(2)确定优势结构面和渗水裂隙

将9个洞室中统计的结构面分别绘制节理走向玫瑰花图。得出各主洞室的优势结构面走向分别为: 主洞室①: N45°E和N45°W; 主洞室②、③、④、⑥: N45°E; 主洞室⑤: N55°～75°E和N20°～40°W; 主洞室⑦: N25°E、N45°E°和N20°W; 主洞室⑧: 主要为N35°～75°E和N15°W; 主洞室9中结构面规律性不强，NE方向的结构面相对较多，相对优势方向为N45°E。

(3)调整注浆孔的方向和角度

根据渗水裂隙位置、走向、倾向、倾角调整了后注浆的方向和角度，调整活动见图4。

优化后注浆更具针对性，每条渗水裂隙穿过的注浆孔增加，每个注浆孔穿过的裂隙增加。

国家石油储备黄岛地下水封洞库工程，通过先期以上灌浆基础性工作，减少了注浆反复性，提高了注浆效率，注浆孔总数成数倍减少，对于单价达550～600元/m的造价来说，按最少工程量6000～7000m、注浆次数减少1次计算，节省直接投资330～420万元，实际工程量和注浆减少次数均不止上述数字，因此，相对于多次反复注浆，直接节省的投资是十分巨大的; 按造孔12min/m、注浆6h/孔的耗时计算，即使不考虑施工进出场时间，缩短直线工期达5个月以上。这对于黄岛国家石油储备地下水封洞库工程而言，产生的经济效益是巨大的。

图4 注浆孔方向和角度调整活动图

总之，不管哪种灌浆，首先都要掌握基本的地质情况，根据地质条件选择灌浆种类和灌浆参数，做好基础性工作，这样才能做到有的放矢，取得事半功倍效果，圆满地完成灌浆任务。

参考文献

［1］罗崇宏，王正龙，李学政，等.减少黄岛国家石油储备地下水封洞库注浆反复性成果报告［D］.