浅谈某地下水封石油洞库工程的施工优化

孙 海 江，　周 永 力

(1.中国人民武装警察部队 水电第七支队,湖北 武汉　430200)

浅谈某地下水封石油洞库工程的施工优化

孙 海 江，周 永 力

(1.中国人民武装警察部队 水电第七支队,湖北 武汉430200)

摘要：某地下水封石油洞库设计总库容量为300×104m3，是密集布置多条大断面洞室组成的巨型洞室群。通过对洞室群施工方案进行优化以及针对特殊洞段、不良地质段处理措施等内容的综合研究，总结出了地下水封石洞油库施工管理和技术经验，对类似工程施工具有一定的参考价值。

关键词：地下；石油洞库；施工优化

1概述

某大型地下石油洞库工程主要由主洞室群、竖井、水幕系统及施工巷道等组成，主洞室群分为3组，每组3个洞室，共计9个洞室，每组洞室之间由施工巷道连通。洞室为直边墙圆拱洞，跨度为20 m，高30 m，长度为484～717 m，洞室间距为30～59 m。库址区内的地层岩性为第四系残坡积、洪积层(Q4el+dl+pl)、早白垩世二长花岗岩(K1ηγ)，晚元古界花岗片麻岩(Pt3gg)以及早白垩世中煌斑岩脉、闪长岩脉(K1χ、δ)。

2施工管理优化

2.1建设单位的管理优化

(1)高度重视信息管理。开发了“洞库项目管理信息系统(DKPMS系统)”，为工程各参建方提供了一个便捷动态的信息交流平台。

(2)群策群力解决地质难题。制定了“地质会商制度”，监理每周组织一次地质联合巡查，建设、勘察、设计、施工、监测单位共同参加，为施工过程中出现的地质问题处理提供了快速全面的决策支持。

(3)注重文化建设。工程建设单位始终着力培育“诚信、和谐、创新、超越”的团队文化，用先进文化凝聚各参建人员的积极性，为工程建设创造“一家人、一条心、一个目标、一股劲”的氛围。

2.2施工单位的管理优化

(1)建立并落实责任制体系。根据实际情况，成立了三个工点管理小组，其任务主要是对各作业队实行统一领导、统一组织、统一指挥、协调作战，全面完成施工任务，并按照责、权、利对等的原则签订责任状。

(2)紧盯目标，量化管理。①细化日报，时间及工程量等数据精确至每开挖循环，每日交班会进行分析讲评。②加强考核，由节点考核改为每周量化考核，周量化指标为剩余量与剩余时间之比，并且每周根据完成情况进行修正。③强化沟通，项目部生产部室与监理、设计、业主等单位及时沟通，以最快的速度、最短的时间解决问题。④抓好工序衔接，力争实现现场施工“时间上连续、空间上占满”的目标。

(3)质量安全管理突出“抓关键”和“勤检查”。“抓关键”：火工品管理、爆破警戒、爆后检查等是安全控制的关键环节，通过全程监控、爆前领起爆器、利用监控系统喇叭通知临近部位等措施，确保了关键环节管理可靠有效。爆破周边孔、堵水注浆、锚杆注装及喷混凝土厚度等是质量控制的关键项目，通过培训、检查、旁站等途径提高一次验收合格率，避免了多次验收造成的时间资源浪费。“勤检查”：风水电设施、不稳定岩体及车速车况等必须通过经常性的日常检查整改，方可维持安全运行状态。质量优良是施工出来的，不是检查出来的，但是，工序检查是保证施工优良的有效措施，只有程序合格，才能保证成品合格，因此必须认真落实“三检“制，勤检查、保合格。

3技术优化

3.1施工方案优化

(1)开挖顺序优化。该工程洞挖总方量为371×104m3，其中主洞室为325×104m3，平均洞挖强度为12.4×104m3/月，高峰强度为32×104m3/月。施工强度很高，组织难度大。原计划各主洞中下部分均采用潜孔钻梯段预裂施工，但由于该方法分层高度较高(9.5 m)，出渣通道唯一，必须上层全部施工完成方可启动中下层，因而不能形成立体施工状态。同时，由于其爆破震动较大，影响不良围岩段的水封效果。因此，该工程仅进洞早、围岩好的①⑧⑨三条主洞中下层(分层高度9 m)采用了梯段预裂开挖方法,而其余六条主洞均采用手风钻水平光爆施工。

由于受结构布置限制，主洞④、⑤、⑥、⑦进洞时间相对较晚且裂隙发育，致使上层堵水注浆工作量大，上层注浆、支护、水封试验验收等工序占用时间长。按照正常的上中下层依次开挖方案，总工期将滞后两个月。经研究决定中下层开挖采用手风钻水平光爆施工方法。该施工方法具备分层高度低(分层高度6 m)，施工便道形成方便，可以实现上层、中下层同时作业的立体施工状态，从而达到早开工作面、多开工作面的目的，也便于各层注浆及水封验收施工，确保了总工期按期完成，具体情况见图1、2。由于F3断层(宽约7～9 m)横穿主洞②、③，为保证施工安全，对这两条主洞也采取了手风钻水平光爆开挖法。

图1　正常施工顺序图

图2　优化后的施工顺序图

图3　新增施工支洞示意图

(2)新增施工支洞。根据设计图纸，主洞①、④、⑦不直接与施工巷道相连，需分别经过主洞 ②、⑤、⑧方可形成出渣通道，从而导致其施工时间受到较大限制。为减少干扰，增加作业面，在主洞①、②和主洞⑦、⑧间分别增加了①～④连接巷道、②～⑤连接巷道，具体情况见图3。由此而主洞①、⑦比原计划增加了两个工作面，完工时间分别比原计划提前了2～3个月。由于主洞⑤存在50 m长的不良地质段，施工进度较慢，不具备在主洞④、⑤间增设连接巷道的条件，但主洞⑤进度慢反过来也延长了主洞④正常作业的时间。

(3)资源配置优化。

上层施工支护工作量大，占用时间长，主要配置了4台BOOmer XL3D多臂钻和2台Sika-PM500PC湿喷台车作为支护施工的主要力量，同时配置了部分手风钻和TK600A小型湿喷机作为辅助力量。中层施工突出的特点是洞挖量巨大，主要配置大斗容挖装设备和大型运输自卸车以缩短出渣时间。

3.2支护参数的优化

(1)高性能喷射混凝土。本工程为我国首座大型地下水封石油洞库，具有“大跨度、高边墙、不衬砌、低渗漏”的特点，所以，必须保证初期支护质量，才能对工程运行提供有力保证。为降低渗漏和加快施工进度，主要采用高性能钢纤维喷射混凝土代替钢筋挂网素喷混凝土，同时也保证了施工安全。该高性能喷射混凝土已经取得湖北省专利。

(2)预注浆与后注浆。设计要求渗漏标准为每100万m3库容渗漏量不超过100 m3/d，考虑到洞库顶部25 m高、全面覆盖的水幕系统，因此，实现该目标难度极大。施工中大的裂隙带和涌水严重部位采用中高压预注浆堵水，一般渗水部位采用中低压后注浆和固结灌浆堵水，这样实施既保证了能够达到渗水标准，又加快了施工进度。

3.3特殊洞段和不良地质段的处理

(1)特殊洞段的处理。洞室群施工中，存在大量的平交段、立体交叉段、堵头段等特殊洞段施工，尤其是上层连接巷道与主洞顶拱平交段、竖井与主洞顶拱立体交叉段，其跨度大、挖空率高、体型复杂。施工前做好锁口支护和超前支护，施工时严格按照“短进尺、弱爆破、强支护、勤观测”的原则进行作业，一般采用小导洞先行，分部扩挖成型的施工方法。同时，设计单位也及时增设了9 m长的加强锚杆和钢纤维混凝土等支护参数，还加密了监测仪器的设置，确保了施工安全的可靠性。

图4　不良地质段处理示意图

(2)不良地质段的处理。主洞③、⑤分别遇到了50 m长的不良地质段，其破碎带、节理裂隙发育，多有高岭土充填、岩土破碎，呈碎裂状和散体状，稳定性极差且涌水量较大，主要为Ⅳ、Ⅴ类围岩。为确保施工安全，经工程建设六方现场勘查，果断采取了开挖断面由20 m宽缩小为12 m，同时预喷厚10 cm CF25混凝土，内置22b@60 cm工字钢，复喷30 cm厚CF25混凝土封闭的措施(图4)，以上处理措施的采用，避免了塌方、冒顶风险，保证了施工安全顺利进行。

3.4通风方案的优化

(1)通风方案的选择。洞室群施工通风是工程实施阶段的一个关键问题，通风效果不仅关系到施工成本、作业人员的身体健康，同时对施工进度产生决定性影响。施工前拟定了多种通风方案，邀请清华大学水利系进行了数值模拟，最终选定地面压入式通风方案为最优方案：九台通风机(瑞典生产的AVH180.315.4.10通风机)布置于通风巷道及通风竖井入口处，连接风筒布分别向主洞室压风，有害气体通过通风竖井内的净面积及施工巷道排出(图5、6、7)。

图5　洞室群通风系统布置图

图6　通风机布置图

图7　通风机布置图

(2)通风系统的优化。选定通风方案后，为 改善通风效果，首先，采取了加大通风竖井直径(由5 m调整为6 m)、对通风死角增设通风联系洞、通风气流串通区封堵不必要的联系洞、及时延伸风筒布等细节优化；其次，采取了洒水车定期洒水降尘、作业面设置水袋进行爆破降尘、全部采用水钻和湿喷技术，杜绝干钻和干喷作业，有效降低了粉尘的产生；最后，对多台通风机联合运行进行了试验，总结出多台风机联动运行的最优参数，给出了污染空气排放的最短路径，缩短了污染空气在洞室群内窜动滞流的时间。经过数值模拟和现场实测数据验证，通风30 min后各掌子面有害气体浓度均达到规范要求(图8)。

图8　通风30 min后全局CO浓度分布示意图

4结语

从国内外的地下水封储油岩洞相关研究文献看，对储洞选址、设计方面的研究较多，但对其开挖施工方法、安全施工措施及快速施工技术等方面的研究则相对较少。通过我国首座大型地下水封石油洞库将近三年的施工实践，我们创造了月洞挖32万m3的高峰强度，实现了质量安全零事故的目标。笔者总结了水封石油洞库施工过程中取得的一些经验和做法，对类似的工程具有参考价值。

参考文献:

[1]李友华.溪洛渡水电站大型洞室群开挖施工关键技术[J].水力发电，2005，31(10)：20-24.

[2]赖涤泉. 隧道施工通风与防尘[M]. 北京: 中国铁道出版社, 1994.

[3]陆宝麒，梁建毅，等. 首座大型水封石洞油库工程建设管理集成创新模式[J]. 长江科学院院报, 2014，31(1)：98-102.

孙海江(1981-)，男，河南焦作人，高级工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

周永力(1978-)，男，河南焦作人，高级工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作.

(责任编辑：李燕辉)

收稿日期:2015-07-10

文章编号:1001-2184(2015)04-0050-04

文献标识码:B

中图分类号:TV554;TV51;TV52

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