梁佳佳 孫 煒

北京東方新星勘察設(shè)計(jì)有限公司 北京 100070

地下水封洞庫(kù)是在穩(wěn)定地下水位以下一定深度的巖體中開(kāi)挖地下洞室，利用油、氣與水不相容的特點(diǎn)，采用地下水的水封作用，密封、儲(chǔ)存石油與液化氣的油氣儲(chǔ)庫(kù)。地下水封洞庫(kù)的建造多采用大跨度、高邊墻、不襯砌的地下洞室，并且為滿足洞室密封性需要，洞室須長(zhǎng)期處于動(dòng)態(tài)的地下水環(huán)境下運(yùn)行。目前，國(guó)內(nèi)多個(gè)企業(yè)已經(jīng)建成或正在建設(shè)地下水封式原油、LPG 或丙烷洞庫(kù)。特別是隨著國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備工程的大力推進(jìn)，國(guó)家在各地布局了多座原油地下水封洞庫(kù)。

因存儲(chǔ)原理的特殊性，地下水封洞庫(kù)勘察與常規(guī)石油化工勘察差別較大，且在工程建設(shè)過(guò)程中起到主導(dǎo)作用。

1 地下水封洞庫(kù)勘察

地下水封洞庫(kù)勘察是一項(xiàng)專門(mén)的勘察技術(shù)，主要分四個(gè)勘察階段，即預(yù)可研階段勘察、可研階段勘察、初步設(shè)計(jì)階段勘察、施工圖設(shè)計(jì)及施工階段勘察。

1.1 預(yù)可研階段勘察

預(yù)可研階段勘察先通過(guò)資料搜集與分析、地質(zhì)調(diào)查與測(cè)繪初步確定庫(kù)址比選方案；再通過(guò)大范圍的工程物探，確定重點(diǎn)庫(kù)址；最后在重點(diǎn)庫(kù)址有針對(duì)性的布設(shè)少量鉆孔（1—3 個(gè)）進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)勘察結(jié)果擇優(yōu)推薦庫(kù)址。其中如何篩選出重點(diǎn)比選庫(kù)址，是本階段勘察工作的重點(diǎn)。

1.2 可研階段勘察

可研階段勘察在預(yù)可研階段選定的庫(kù)址場(chǎng)地上進(jìn)行，初步查明庫(kù)址的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，為最終確定庫(kù)址和庫(kù)區(qū)布置進(jìn)行地質(zhì)論證，為項(xiàng)目立項(xiàng)服務(wù)。首先通過(guò)大比例尺的地質(zhì)調(diào)查與測(cè)繪和加密的工程物探，來(lái)初步查明庫(kù)址場(chǎng)地的地質(zhì)條件；再在地質(zhì)調(diào)查與測(cè)繪和工程物探成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)性地布設(shè)工程鉆探，并進(jìn)行鉆孔原位試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)等工作，初步查明庫(kù)址場(chǎng)地的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行相應(yīng)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)分析與評(píng)價(jià)。

1.3 初步設(shè)計(jì)階段勘察

初步設(shè)計(jì)階段勘察在可研階段選定的場(chǎng)地上進(jìn)行，基本查明庫(kù)址的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，進(jìn)行庫(kù)區(qū)布置的地質(zhì)論證。本階段勘察需要查明具體洞庫(kù)布置位置的地質(zhì)條件，主要是通過(guò)地質(zhì)異常處的大比例尺地質(zhì)調(diào)查與測(cè)繪、沿所有洞室軸線的工程物探、各個(gè)洞庫(kù)特殊位置的鉆孔，結(jié)合鉆孔內(nèi)的大量原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)等來(lái)完成勘察工作。在此基礎(chǔ)上，對(duì)洞庫(kù)地下工程部署進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)洞庫(kù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

1.4 施工圖設(shè)計(jì)及施工階段勘察

施工圖設(shè)計(jì)及施工階段勘察在初步設(shè)計(jì)階段勘察的基礎(chǔ)上，結(jié)合初步設(shè)計(jì)資料，檢驗(yàn)前期勘察的地質(zhì)資料與結(jié)論，補(bǔ)充論證專門(mén)性工程地質(zhì)問(wèn)題，并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的建議。本階段主要為洞室開(kāi)挖、支護(hù)服務(wù)，在充分分析和掌握前期勘察成果的基礎(chǔ)上，對(duì)所有洞段提供全過(guò)程、全方位地質(zhì)服務(wù)，并進(jìn)行水幕系統(tǒng)建設(shè)，為洞庫(kù)運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支持。

2 地下水封洞庫(kù)勘察特殊性

2.1 技術(shù)要求

地下水封洞庫(kù)工程的特殊性決定了其對(duì)洞庫(kù)勘察的要求較高。首先，地下水封洞庫(kù)工程對(duì)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件要求較高；其次，地下水封洞庫(kù)開(kāi)挖洞室截面較大，且內(nèi)部一般不進(jìn)行襯砌支護(hù)，洞室穩(wěn)定性主要依靠巖體自穩(wěn)能力；另外，由于地下水封洞庫(kù)儲(chǔ)存原理的特殊性，既要求保持穩(wěn)定的設(shè)計(jì)地下水位，又要求洞室內(nèi)較小的涌水量。這些特殊性和關(guān)鍵點(diǎn)均是對(duì)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件的要求，也就是對(duì)洞庫(kù)勘察工作的要求。同時(shí)，每個(gè)地下水封洞庫(kù)工程場(chǎng)地地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，不同項(xiàng)目具有單一性，洞庫(kù)又深埋地下巖體內(nèi)，勘察工作開(kāi)展困難大。加之目前國(guó)地下水封洞庫(kù)工程建設(shè)尚處于新興階段，尚無(wú)非常成熟的勘察規(guī)范，這就對(duì)地下水封洞庫(kù)勘察提出了非常高的要求。

2.2 工程作用

常規(guī)工程建設(shè)中傳統(tǒng)勘察一般只是為設(shè)計(jì)提供所需的輸入條件，而地下水封洞庫(kù)工程是一項(xiàng)地質(zhì)工程，工程前期的庫(kù)址選擇、洞庫(kù)部署、工程地質(zhì)和水封條件評(píng)價(jià)；工程建設(shè)中的洞室開(kāi)挖、支護(hù)、堵水注漿及水幕建設(shè)和地下水控制等均主要取決于洞庫(kù)場(chǎng)地地質(zhì)條件，是洞庫(kù)勘察的成果。因此。地下水封洞庫(kù)勘察在工程建設(shè)的各個(gè)階段均起到關(guān)鍵作用，貫穿地下水封洞庫(kù)建設(shè)的全過(guò)程。

2.3 技術(shù)、方法和重難點(diǎn)

傳統(tǒng)勘察手段特別是普通石油化工勘察主要以鉆探為主，而地下水封洞庫(kù)勘察即使進(jìn)入詳勘階段鉆孔間距也在150～250m。僅靠鉆孔無(wú)法滿足工程建設(shè)需求，需要借助各類綜合勘察手段特別是物探方法的綜合運(yùn)用，來(lái)宏觀總體把握?qǐng)龅氐刭|(zhì)條件，綜合進(jìn)行工程地質(zhì)、水文地質(zhì)分析與評(píng)價(jià)。

地下水封洞庫(kù)勘察中水文地質(zhì)勘察是工作的重點(diǎn)，對(duì)巖體滲透性特征的勘察工作又是整個(gè)洞庫(kù)水文地質(zhì)勘察的重點(diǎn)和難點(diǎn)。由于建庫(kù)巖體一般為弱透水性巖體，一般工程建設(shè)對(duì)巖體中這一類級(jí)別的地下水滲透性研究很少。因此，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)針對(duì)地下水封洞庫(kù)勘察中各類水文地質(zhì)參數(shù)試驗(yàn)的成套設(shè)備，需要研發(fā)和使用專門(mén)的設(shè)備和技術(shù)。

2.4 所需投入

地下水封洞庫(kù)工程對(duì)勘察有著極高的要求，洞庫(kù)勘察在工程建設(shè)中又起著非常重要的作用；同時(shí)由于地下水封洞庫(kù)深埋地下巖體內(nèi)，勘察工作開(kāi)展困難；洞庫(kù)勘察所采用的技術(shù)手段、方法和重難點(diǎn)又與一般工程差別較大。這就要求勘察單位長(zhǎng)期持續(xù)的投入高額經(jīng)費(fèi)和大量技術(shù)力量開(kāi)展洞庫(kù)勘察研究工作。同時(shí)，進(jìn)入施工階段后勘察工作始終處于洞庫(kù)開(kāi)挖掌子面處，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、周期較長(zhǎng)，需要勘察單位擁有優(yōu)秀完善的水封洞庫(kù)勘察技術(shù)團(tuán)隊(duì)。

地下水封洞庫(kù)勘察的這些特殊性，決定了其巖土工程勘察工作并不只是簡(jiǎn)單的各種勘察手段和方法的堆砌，每項(xiàng)工作的開(kāi)展均需要根據(jù)上一步的工作成果及時(shí)調(diào)整；各項(xiàng)工作之間相互驗(yàn)證、相互支撐和指導(dǎo)，需要根據(jù)每個(gè)工程場(chǎng)地不同的地質(zhì)條件，進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)。

3 地下水封洞庫(kù)勘察主導(dǎo)性

勘察是設(shè)計(jì)的眼睛，洞庫(kù)勘察是地下水封洞庫(kù)工程建設(shè)質(zhì)量與安全控制、費(fèi)用控制、進(jìn)度控制的關(guān)鍵依托點(diǎn)，在地下水封洞庫(kù)工程中起到主導(dǎo)作用。

3.1 質(zhì)量安全控制主導(dǎo)性

地下水封洞庫(kù)主體是洞罐周圍的巖體和地下水，洞庫(kù)勘察質(zhì)量直接決定了洞罐質(zhì)量。洞庫(kù)施工期，洞室開(kāi)挖支護(hù)、堵水注漿、地下水控制是洞庫(kù)施工的主要工作，這些工作的基礎(chǔ)均是地質(zhì)勘察資料。因此，洞庫(kù)勘察是地下水封洞庫(kù)工程建設(shè)質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

地下水封洞庫(kù)施工過(guò)程中，工程安全的基礎(chǔ)是地質(zhì)條件，地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的管控是工程建設(shè)安全控制的核心，只有提前準(zhǔn)確預(yù)判各洞室開(kāi)挖段地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，才能有針對(duì)性地采取理措施，最大限度地規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)。因此，洞庫(kù)勘察是地下水封洞庫(kù)工程建設(shè)安全控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

3.2 費(fèi)用控制主導(dǎo)性

在地下水封洞庫(kù)工程中，地下工程費(fèi)用是各地下水封洞庫(kù)工程建設(shè)費(fèi)用差異最大的部分。地下工程費(fèi)用的基礎(chǔ)是地質(zhì)條件。在項(xiàng)目前期，洞庫(kù)庫(kù)址選擇和地下洞庫(kù)部署是否合理，造成的后期建設(shè)成本差異非常大。進(jìn)入項(xiàng)目施工階段，洞庫(kù)支護(hù)量和堵水注漿量是地下水封洞庫(kù)施工成本差異最大的部分。洞庫(kù)支護(hù)措施的依據(jù)就是勘察成果，特別是對(duì)于不良地質(zhì)段，勘察成果準(zhǔn)確與否造成的處理費(fèi)用差異非常巨大，由勘察成果的準(zhǔn)確性引起的一處不良地質(zhì)段的處理費(fèi)用差異就達(dá)數(shù)百萬(wàn)到上千萬(wàn)。堵水注漿的依據(jù)同樣是地質(zhì)勘察成果，如未科學(xué)合理地結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件，一個(gè)工程的堵水注漿費(fèi)用就可能會(huì)增加上億元。

因此，洞庫(kù)勘察是地下水封洞庫(kù)建設(shè)費(fèi)用控制的關(guān)鍵點(diǎn)。地下水封洞庫(kù)的勘察費(fèi)用約占整個(gè)洞庫(kù)工程總費(fèi)用的3%～5%，在洞庫(kù)勘察上適當(dāng)增加投入會(huì)在后期大大減少工程總費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)期費(fèi)用。

3.3 進(jìn)度控制主導(dǎo)性

地下水封洞庫(kù)工程建設(shè)中，在普通地質(zhì)段的常規(guī)施工進(jìn)度各項(xiàng)目差別不大，工程建設(shè)進(jìn)度差異大的是不良地質(zhì)段的處理和堵水注漿工期。一處不良地質(zhì)段處理不好的話，就會(huì)造成數(shù)個(gè)月的工期延誤，而這些不良地質(zhì)段設(shè)計(jì)、施工方案的基礎(chǔ)和依據(jù)就是勘察成果。堵水注漿不但在施工過(guò)程中會(huì)影響施工進(jìn)度，而且如果處理不好，在后期可能會(huì)占用數(shù)個(gè)月甚至一年的工期，而堵水注漿同樣需要依據(jù)洞庫(kù)施工勘察成果進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。因此，洞庫(kù)勘察是地下水封洞庫(kù)建設(shè)進(jìn)度控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

地下水封洞庫(kù)工程建設(shè)是以地質(zhì)條件為核心的，勘察不只是為設(shè)計(jì)提供輸入條件，而是參與到設(shè)計(jì)的各個(gè)過(guò)程中，實(shí)施“動(dòng)態(tài)勘察、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)”。在設(shè)計(jì)的龍頭作用下，勘察成為地下水封洞庫(kù)工程建設(shè)的主導(dǎo)?！霸O(shè)計(jì)為龍頭，勘察為主導(dǎo)”是地下水封洞庫(kù)工程管理的核心。

4 地下水封洞庫(kù)勘察工程實(shí)例

國(guó)內(nèi)大型地下水封洞庫(kù)建設(shè)尚處于新興階段，地下水封洞庫(kù)勘察更是一項(xiàng)新興的技術(shù)，脫胎于傳統(tǒng)，自然而然容易受到常規(guī)勘察慣性思維的影響與禁錮。

以國(guó)內(nèi)第一座百萬(wàn)立方米級(jí)別的液化氣地下水封洞庫(kù)萬(wàn)華化學(xué)煙臺(tái)液化烴地下水封洞庫(kù)為例。項(xiàng)目建設(shè)初期，由于國(guó)內(nèi)對(duì)地下水封洞庫(kù)的建設(shè)了解有限，建設(shè)單位將洞庫(kù)勘察視同一般的化工裝置勘察，選擇了當(dāng)?shù)乜辈旒夹g(shù)實(shí)力最強(qiáng)的勘察單位開(kāi)展工作。該單位按照普通石油化工裝置勘察的思路和方法，通過(guò)鉆探開(kāi)展選址勘察工作，但在投入大量費(fèi)用和工期的情況下，無(wú)法選出適宜的庫(kù)址。之后，業(yè)主又選擇具有豐富地下水封洞庫(kù)勘察經(jīng)驗(yàn)的單位來(lái)重新開(kāi)展工作，在企業(yè)自有土地內(nèi)選擇出了適宜的庫(kù)址場(chǎng)地。建設(shè)過(guò)程中，堅(jiān)持以地質(zhì)為主體，重視地質(zhì)勘察工作，在設(shè)計(jì)的龍頭帶領(lǐng)下，以勘察為主導(dǎo)，充分利用場(chǎng)地地質(zhì)條件，順利地完成了工程建設(shè)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)影響。

同在山東半島的金能集團(tuán)，丙烷地下水封洞庫(kù)建設(shè)初期，考慮勘察費(fèi)用問(wèn)題，僅通過(guò)價(jià)格選定了勘察單位進(jìn)行洞庫(kù)勘察。由于場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜，完成選址勘察后，選擇出的庫(kù)址區(qū)圍巖較差，地下水出露較大。后經(jīng)評(píng)估，不得不選擇具有豐富地下水封洞庫(kù)勘察經(jīng)驗(yàn)的單位來(lái)重新開(kāi)展工作，經(jīng)過(guò)在自有場(chǎng)地內(nèi)重新部署地下工程，將主洞室進(jìn)行了移位，僅交通巷道穿過(guò)原庫(kù)址。開(kāi)挖后，交通巷道穿越原庫(kù)址段時(shí)，地下水出水量非常大，占到了總出水量的90%，處理難度較大。到達(dá)重新部署的主洞室位置后，地質(zhì)條件發(fā)生明顯好轉(zhuǎn)。工程建設(shè)過(guò)程中，對(duì)工程建設(shè)影響最大的就是穿越原庫(kù)址的洞室段，通過(guò)對(duì)主洞室位置的調(diào)整，工程建設(shè)完成后，該工程的工期和建設(shè)費(fèi)用均達(dá)到國(guó)內(nèi)最好水平。

國(guó)內(nèi)某原油地下水封洞庫(kù)勘察過(guò)程中，按照一般化工裝置勘察的常規(guī)做法，將一座洞庫(kù)的勘察分成兩部分，由不同的勘察單位來(lái)分別完成。而地下水封洞庫(kù)工程勘察的主要對(duì)象是巖體及巖體裂隙中的地下水，巖體和地下水呈空間分布，一座地下水封洞庫(kù)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件是一個(gè)整體，需要整體分析評(píng)價(jià)。人為劃分為兩部分后，由于不同勘察單位的洞庫(kù)勘察技術(shù)實(shí)力和對(duì)地下水封洞庫(kù)的認(rèn)識(shí)水平差異較大，造成對(duì)同一場(chǎng)地的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)分析和評(píng)價(jià)無(wú)法統(tǒng)一。而受到專業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)難度大等因素限制，設(shè)計(jì)方也無(wú)法進(jìn)行評(píng)判，造成同一項(xiàng)目中設(shè)計(jì)方案因區(qū)域不同而有較大差別，對(duì)后續(xù)的設(shè)計(jì)工作和建設(shè)管理造成了非常不利的影響。

綜合分析國(guó)內(nèi)多個(gè)地下水封洞庫(kù)工程建設(shè)實(shí)例表明，在地下水封洞庫(kù)工程建設(shè)中，應(yīng)重視巖土工程勘察工作，并充分發(fā)揮其在工程建設(shè)中的主導(dǎo)作用。