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地下水封洞库运营期安全监测系统研究 刘一呜邵云巧鲍峰宋萌 [中国石油天然气管道科学研究院] 摘要：地下水封洞库由于其自身的诸多优点，越来越多的被用于能源存储。然而我国地下水封洞库建设尚处于起步阶段， 对地下水封洞库运营期的安全监测的研究更是少之又少。本文从水封洞库的基本原理出发，并结合洞库的结构特点，确定了地 下水封洞库安全监测的主要监测项目，并提出了安全监测的设计要求。最后讨论了地下水封洞库运营安全评价方法。研究结果 对我国在建和拟建地下水封洞库T程运营监测与安全评价具有借鉴意义。 关键词：地下水封洞库，安全监测，安全评价 引言 随着我国能源对外依赖度越来越高，我国的能源安全形势也日趋严峻。为此，我国从2003年正式启动国家能源战略储备体 系建设，并开工修建了两期国家石油战略储备项目。第一期国家石油战略储备项目采用地上浮顶式油罐储存形式，第二期国家 石油战略储备项目全部采用地下水封石洞储油库形式。与地上储罐式存储方式，地下水封储油库具有占用土地少，安全性能高， 自然损耗少，对环境破坏小，运营管理费用低，装卸方便，适合战备需要等特点，因此西方发达国家都把地下水封洞库作为本 国石油战略储备的主要手段。我国石油战略储备项目从二期开始，也基本采用地下水封洞库形式。 地下水封洞库是在地下岩体中开挖形成的，由施工巷道，连接巷道，储存主洞室，水幕系统以及安装输运设备的竖井组成 的复杂的空间结构。在滴库运营过程中，不仅要保证整个洞库的结构稳定性，还要确保洞库的密封性，保证洞库内储存的油品 不发生挥发，泄露。因此为了确保地下水封洞库安全、健康、稳定的运行，必须做好运营期的安全监测。 目前地下水封洞库在我国尚属起步阶段，国内的学者对地下水封洞库的安全监测系统研究也大多集中在施工期。对运营期 间地下水封洞库安全监测的研究还很少。 本文对水封洞库运行原理进行了分析，提出了地下水封洞库运营期安全监测系统的基本原理，并分别就地下水封洞库安全 监测以及地下水封洞库安全运营评价方法进行了分析。本研究为地下水封洞库运营期安全监测系统研究提供了思路。 1地下水封洞库原理 为了实现密封性，地下水封洞库要在稳定地下水位以下开挖，并且保证洞室周边岩体中的地下水静水压力大于洞室内油品 的油压，地下水封洞库的水封原理如图l所示。地下水封洞库一般修建在稳定地下水位以下且岩性较好的岩体中。洞室开挖前， 地下水通过节理裂隙等渗透到岩层的深部并完全充满岩层孔隙。当储油洞库开挖形成后，周围岩石中的裂隙水就向被挖空的洞 室流动，并充满洞室，在洞室中注入油品后，在洞室周围会存在一定气，水压力差，因而在任一相同水准面上，地下静水压力 都大于洞内压力。这样，洞内油品就储存在这个封闭的压力场中。在水压力的作用下岩体中的裂隙水不断地流入洞室中，而油 品却不能从裂隙中泄漏，流人洞内的水沿洞壁汇集到洞底部形成水垫层，并根据存储方式由抽水泵调节水垫层的厚度。同时利 用油比水轻，油水不相混的性质，油品浮在洞室底部的水垫层上。另外如果地下水不能完全满足水封要求，则可以入工开挖注 水巷道，打注水孔，采用水幕的方式来满足水封条件，水封储油洞库主洞室建在地下水位以下，将洞室置于孔隙水的包围中， 水只可能往洞内渗透，而油是不可能往洞外渗透，这就是地下水封洞库原理。 从地下水封洞库的原理可以看出，要保证地下水封洞库安全运营，必须满足两个条件：首先是具有良好的水封性，确保在 整个石油存储过程中不发生挥发，泄露，保证洞库运行周期内存储的有效性，并避免对周围环境的污染；其次是洞室围岩应具 有一定的强度，以确保储油洞库的整体稳定性以及运营期间的安全。因此，在洞库运营期安全监测设计中，监测的重点应为地 下水封洞库的水封性能以及洞库周围岩体的稳定性。 图1地下水封洞库原理 2地下水封洞库运营监测系统概述 地下水封洞库容积巨大，空间结构复杂，存储介质具有危险性，因此建立地下水封洞库运营期期安全监测系统，对运营期 的洞库进行安全监测就显得尤为重要。地下水封洞库运营期期安全监测系统，是通过现场埋设的传感器监测地下水封洞库及其 周边地下水位变化、主洞室周边围岩内渗流压力、围岩内部位移、主洞室结构安全情况以及其他对地下水封洞库运营安全产生 影响的因素，对地下水封洞库的水封效果、主洞室稳定性进行分析评价。其根本目的就是建立一个在全方位的地下水封洞库工 程上的系统，以便