(中國(guó)石化管道儲(chǔ)運(yùn)有限公司，江蘇 徐州 221008)

1 研究背景

水封石洞油庫(kù)技術(shù)1938年始于瑞典，至今已有80余年的研究和發(fā)展歷史。國(guó)內(nèi)水封石洞油庫(kù)的建設(shè)始于1977年建成的黃島15萬(wàn)m3水封石洞原油庫(kù)[1]。國(guó)內(nèi)水封石洞油庫(kù)技術(shù)的發(fā)展滯后于國(guó)際水平。山東黃島、遼寧錦州、廣東惠州、廣東湛江等多個(gè)300萬(wàn)m3或500萬(wàn)m3國(guó)家戰(zhàn)略油庫(kù)的建設(shè)，都是在缺乏必要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，直接進(jìn)入了工程實(shí)踐階段。在諸多基礎(chǔ)應(yīng)用理論和工程實(shí)用經(jīng)驗(yàn)上都還很薄弱，而且受限于國(guó)外技術(shù)的封鎖。

另一方面，我國(guó)石油能源對(duì)外依存度高。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)石油需求總量將超過(guò)7億t，屆時(shí)預(yù)計(jì)將有70%的石油必須依靠進(jìn)口。按照國(guó)際能源組織建議，石油輸入國(guó)應(yīng)保有90 d石油進(jìn)口量?jī)?chǔ)備，按此計(jì)算2020年中國(guó)應(yīng)保有約1.2億t以上石油儲(chǔ)備量，至少需建設(shè)1.5億m3儲(chǔ)備庫(kù)[2]。

水封石洞油庫(kù)是目前公認(rèn)最好的油品存儲(chǔ)形式，在安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等方面都有突出優(yōu)勢(shì)。鑒于當(dāng)前復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)和迫切的戰(zhàn)略需求，提升大規(guī)模水封石洞油庫(kù)建設(shè)水平、加快大規(guī)模水封石洞油庫(kù)建設(shè)步伐勢(shì)在必行[3]。

本文旨在通過(guò)對(duì)我國(guó)水封石洞油庫(kù)研究現(xiàn)狀的分析，梳理現(xiàn)有的理論和工程實(shí)踐認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)階段工程實(shí)踐中面臨的問(wèn)題，討論下階段工作重點(diǎn)，以期對(duì)下階段工作有借鑒作用。

2 洞庫(kù)選址研究

水封石洞油庫(kù)對(duì)選址要求很高。好的場(chǎng)址可以有效保障洞庫(kù)后續(xù)功能的正常發(fā)揮，選址如不合適，不僅將極大地增加工程建設(shè)成本，甚至可能導(dǎo)致工程失敗。Bérest[4]早在20世紀(jì)90年代初就對(duì)世界范圍內(nèi)地下油氣庫(kù)存儲(chǔ)中一些事故案例進(jìn)行了分析，對(duì)潛在災(zāi)害的類型及可能造成的損失進(jìn)行了總結(jié)，強(qiáng)調(diào)了選址工作的重要性。

國(guó)內(nèi)，楊森等[5]在2004年對(duì)黃島300萬(wàn)m3戰(zhàn)略儲(chǔ)油庫(kù)的選址及建設(shè)方案進(jìn)行了論證。2008年，王夢(mèng)恕等[3]、劉琦等[6]、彭振華等[7]分別對(duì)水封洞庫(kù)的選址要求進(jìn)行了分析，相關(guān)成果納入《地下水封石洞油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50455—2008)[8]?！兜叵滤馐从蛶?kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50455—2008)從土地規(guī)劃、儲(chǔ)運(yùn)條件、地質(zhì)及水文條件、構(gòu)造及環(huán)保條件、安全距離要求5個(gè)方面對(duì)洞庫(kù)選址進(jìn)行了規(guī)定，其中，地質(zhì)及水文條件被工程建設(shè)人員所重點(diǎn)關(guān)注。

隨著工程實(shí)踐的深入，對(duì)洞庫(kù)選址的要求也在發(fā)生變化。韓雪峰[9]、張奇華[10]先后對(duì)《地下水封石洞油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50455—2008)中“圍巖滲透系數(shù)應(yīng)<10～5 m/d”的要求提出了質(zhì)疑，即將發(fā)行的修訂版規(guī)范中也放寬了對(duì)滲水量的要求，單日允許涌水量由之前庫(kù)容量的0.01%放寬到了0.02%[11]。陳祥等[12]提出了水封石洞油庫(kù)場(chǎng)址評(píng)價(jià)的十因素指標(biāo)體系，李小彤等[13]從地質(zhì)適宜、穩(wěn)定適宜、水封適宜3大方面對(duì)我國(guó)首批4座大規(guī)模地下水封油庫(kù)的場(chǎng)址適宜性進(jìn)行了分析。

洞庫(kù)的選址一方面需要明確對(duì)場(chǎng)址的各項(xiàng)指標(biāo)要求，另一方面還需要通過(guò)詳細(xì)的勘察論證以確定待選址是否符合要求。水封洞庫(kù)行業(yè)在2008年發(fā)布了專門(mén)的勘察規(guī)范《地下水封洞庫(kù)巖土工程勘察規(guī)范》(SY/T 0610—2008)[14]，但規(guī)范發(fā)布時(shí)，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有100萬(wàn)m3以上洞庫(kù)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。庫(kù)容越小，占地面積越小，對(duì)選址的要求也越低。換言之，庫(kù)容量越大，洞庫(kù)遭遇大規(guī)模滲水裂隙和其他不良地質(zhì)體的可能性也越大，帶來(lái)的勘測(cè)難度也會(huì)越大。依托小規(guī)模洞庫(kù)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的規(guī)范，在面臨大洞庫(kù)建設(shè)時(shí)會(huì)面臨新的挑戰(zhàn)。

針對(duì)大規(guī)模洞庫(kù)選址，現(xiàn)有工程經(jīng)驗(yàn)還不充分，規(guī)程規(guī)范也還有待完善，這也要求我們?cè)陂_(kāi)展洞庫(kù)選址工作時(shí)需要謹(jǐn)小慎微，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性和精細(xì)度。通過(guò)系統(tǒng)性的精細(xì)勘察，查明待選場(chǎng)址區(qū)地質(zhì)、水文條件，尤其是基巖埋深、巖體風(fēng)化程度、巖體中結(jié)構(gòu)面的發(fā)育特征等關(guān)鍵指標(biāo)。前期的系統(tǒng)性精細(xì)勘察能夠在后期的設(shè)計(jì)、施工中起到事半功倍的效果。

在洞庫(kù)選址方面，印度Millen等[15]介紹的Visakhapatnam洞庫(kù)勘測(cè)過(guò)程及成果分析方法， Makita等[16]結(jié)合日本Kuji、Kikuma、Kushikino 3座洞庫(kù)的設(shè)計(jì)及建設(shè)開(kāi)展的圍巖質(zhì)量動(dòng)態(tài)判別及洞室圍巖滲透特性動(dòng)態(tài)探測(cè)及控制方法，可以為我國(guó)洞庫(kù)選址、勘測(cè)提供很好的借鑒。

3 洞庫(kù)圍巖穩(wěn)定性研究

水封洞庫(kù)工程屬地下洞室工程，按照以往工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)地下洞室圍巖穩(wěn)定性起控制作用的主要是圍巖自身性狀、地應(yīng)力條件和地下水條件。水封洞庫(kù)劃定以Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)為主體的巖體為適宜建庫(kù)巖體，洞庫(kù)巖體質(zhì)量一般優(yōu)良。洞庫(kù)選址要求避開(kāi)高烈度地震區(qū)，洞庫(kù)所在位置構(gòu)造應(yīng)力通常不大，洞庫(kù)埋深一般在百余米左右，上覆巖體自重應(yīng)力也有限，所以水封洞庫(kù)圍巖很少出現(xiàn)高應(yīng)力破壞現(xiàn)象[17]。水封洞庫(kù)對(duì)地下水環(huán)境條件有要求，需要布置在穩(wěn)定地下水位以下，但是一般距穩(wěn)定地下水位也只有幾十米高差，而且洞庫(kù)要求圍巖具有低滲透性，水封洞庫(kù)圍巖也很少發(fā)生由于高水壓所導(dǎo)致的圍巖整體破壞?？傮w而言，目前已建和在建水封洞庫(kù)圍巖穩(wěn)定性通常較好，大部分洞室都具備裸洞開(kāi)挖成型的條件。

正因?yàn)樗舛磶?kù)圍巖的整體穩(wěn)定性普遍較好，目前該領(lǐng)域研究工作相對(duì)有限。胡謀鵬等[18-19]基于GSI分級(jí)開(kāi)展巖體宏觀參數(shù)估算，然后采用FLAC3D分析了遼寧某地下水封洞庫(kù)圍巖穩(wěn)定性，對(duì)洞庫(kù)間距進(jìn)行了論證。王金國(guó)[20]也采用FLAC3D分析了某地下水封洞庫(kù)圍巖的穩(wěn)定性。季惠彬等[21]依托黃島300萬(wàn)m3水封洞庫(kù)項(xiàng)目，在Q分級(jí)方法基礎(chǔ)上建立針對(duì)水封洞庫(kù)圍巖的UWCQ分級(jí)體系。水封洞庫(kù)圍巖極少出現(xiàn)整體穩(wěn)定問(wèn)題，以局部塊體失穩(wěn)為主要破壞形式。張文輝等[22]針對(duì)黃島洞庫(kù)圍巖開(kāi)展了潛在失穩(wěn)塊體辯識(shí)及塊體穩(wěn)定性分析。鄒燦等[23]對(duì)煙臺(tái)萬(wàn)華地下水封液化氣儲(chǔ)庫(kù)施工期爆破振動(dòng)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與分析。

水封洞庫(kù)建造在穩(wěn)定地下水位以下，對(duì)洞庫(kù)圍巖穩(wěn)定性的分析離不開(kāi)水-力耦合研究。李術(shù)才等[24]基于離散介質(zhì)流固耦合理論，采用UDEC分析了黃島洞庫(kù)工程的水封性和穩(wěn)定性。王者超等[25]也依托黃島水封洞庫(kù)工程，研究了圍巖力學(xué)參數(shù)、水力學(xué)參數(shù)取值，對(duì)洞庫(kù)施工全過(guò)程進(jìn)行了應(yīng)力-滲流耦合分析。于崇等[26]針對(duì)大連某石油儲(chǔ)備工程，通過(guò)連續(xù)介質(zhì)數(shù)值模擬反演初始地應(yīng)力場(chǎng)，基于水力學(xué)試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)采用3DEC方法研究巖體滲透張量，然后對(duì)洞室群圍巖穩(wěn)定性及滲流場(chǎng)進(jìn)行了分析。Qiao等[27]結(jié)合施工期實(shí)際監(jiān)測(cè)資料分析了水封洞庫(kù)洞室圍巖的穩(wěn)定性。

現(xiàn)有文獻(xiàn)表明，目前已建和在建洞庫(kù)工程還沒(méi)有明顯遭遇不可處理的洞室圍巖穩(wěn)定問(wèn)題，已建和在建洞庫(kù)施工期圍巖穩(wěn)定性普遍較好。但是，目前洞庫(kù)都是按50 a的使用壽命設(shè)計(jì)的，而且普遍具有復(fù)雜洞群、大跨度、高邊墻、裸洞不襯砌、多相介質(zhì)長(zhǎng)期耦合作用、多因素長(zhǎng)期擾動(dòng)、不具備維修條件等顯著特點(diǎn)。洞庫(kù)圍巖雖然短期穩(wěn)定性較好，但是在長(zhǎng)效作用下，洞庫(kù)圍巖的穩(wěn)定性會(huì)逐漸弱化。針對(duì)水封洞庫(kù)圍巖的長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題目前鮮有深入系統(tǒng)的研究。王芝銀等[28]針對(duì)某大型地下儲(chǔ)油洞，采用FLAC3D數(shù)值分析方法對(duì)洞庫(kù)開(kāi)挖方式進(jìn)行了對(duì)比研究，采用黏彈性穩(wěn)定性分析方法研究了洞庫(kù)圍巖的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。李鵬等[29]對(duì)美國(guó)大型地下水封洞庫(kù)長(zhǎng)期穩(wěn)定性相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范做了概述。徐衛(wèi)亞等[30]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了巖石及結(jié)構(gòu)面的流變力學(xué)特征，然后以數(shù)值模擬為主要手段分析了洞庫(kù)圍巖的長(zhǎng)期安全性。

目前針對(duì)洞庫(kù)圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定性的研究主要側(cè)重于理論研究，研究成果還未能在工程實(shí)踐中得到檢驗(yàn)和驗(yàn)證，對(duì)實(shí)際工程的指導(dǎo)意義有限。鑒于水封洞庫(kù)圍巖長(zhǎng)期安全的重要性，建議通過(guò)實(shí)際工程典型斷面全生命周期監(jiān)測(cè)研究洞庫(kù)圍巖長(zhǎng)效穩(wěn)定特征及長(zhǎng)效失穩(wěn)機(jī)制。同時(shí)，從洞庫(kù)圍巖長(zhǎng)效安全角度考慮，應(yīng)關(guān)注洞室開(kāi)挖施工質(zhì)量、支護(hù)工程質(zhì)量，如重點(diǎn)關(guān)注爆破擾動(dòng)影響、噴層質(zhì)量及噴層與圍巖粘結(jié)強(qiáng)度、錨桿施工質(zhì)量及灌漿密實(shí)度等，為洞庫(kù)圍巖長(zhǎng)效穩(wěn)定提供先決條件。

4 洞庫(kù)圍巖滲透性研究

為了保證水封性，洞庫(kù)需要建造在穩(wěn)定地下水位線以下，對(duì)滲流問(wèn)題的研究不可避免。滲流問(wèn)題是水封洞庫(kù)設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)中需要重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。

楊明舉等[31-32]、張振剛等[33]、譚忠盛等[34]、劉貫群等[35]先后對(duì)我國(guó)汕頭修建的第一座20萬(wàn)m3地下水封LPG洞庫(kù)采用連續(xù)介質(zhì)數(shù)值模擬方法進(jìn)行了滲流場(chǎng)分析。巫潤(rùn)建等[36]對(duì)錦州洞庫(kù)工程滲流場(chǎng)進(jìn)行了連續(xù)介質(zhì)數(shù)值模擬分析。劉貫群等[35]、巫潤(rùn)建等[36]還重點(diǎn)討論了水幕系統(tǒng)對(duì)滲流場(chǎng)的影響。趙樂(lè)之等[37]、蔣中明等[38]、張彬等[39]依托黃島水封洞庫(kù)工程，采用FLAC3D、COMSOL Multiphysics等軟件，對(duì)洞庫(kù)圍巖開(kāi)展了飽和/非飽和/非恒定流固耦合分析。蔣中明等[40]還對(duì)惠州地下水封油庫(kù)開(kāi)展了三維非恒定滲流場(chǎng)研究。劉畫(huà)眉等[41]利用Visual MODFLOW 軟件分析了惠州洞庫(kù)建設(shè)對(duì)周邊大范圍地下水位的影響。

滲流場(chǎng)研究的目標(biāo)，一方面是了解地下水位變化，另一方面是了解庫(kù)內(nèi)涌水量。許建聰?shù)萚42]采用FLAC3D計(jì)算了錦州洞庫(kù)滲流量，并與法國(guó)專家經(jīng)驗(yàn)法、大島洋志經(jīng)驗(yàn)方法、《鐵路工程水文地質(zhì)勘測(cè)規(guī)范》(TB 10049—96)等方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。何國(guó)富[43]采用常規(guī)水文地質(zhì)比擬法、經(jīng)驗(yàn)解析法、FLAC3D數(shù)值模擬方法對(duì)湛江水封洞庫(kù)工程涌水量進(jìn)行了估測(cè)。路文龍等[44]探討了單條裂隙破碎帶對(duì)地下水封洞庫(kù)涌水量的影響。劉曉亮等[45]介紹了黃島洞庫(kù)工程運(yùn)營(yíng)期滲水量的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)果。

要想獲得準(zhǔn)確合理的滲流場(chǎng)研究結(jié)果，首先需要獲得準(zhǔn)確合理的巖體滲透特性參數(shù)。當(dāng)前主要通過(guò)2個(gè)途徑獲取水封洞庫(kù)圍巖滲透性參數(shù)：其一是依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水力學(xué)試驗(yàn)獲取巖體滲透性參數(shù)；其二是通過(guò)對(duì)巖體中結(jié)構(gòu)面的統(tǒng)計(jì)分析獲得巖體各向異性滲透性指標(biāo)。猶香智等[46]依托黃島洞庫(kù)工程水力學(xué)試驗(yàn)研究了圍巖的滲透性參數(shù)，然后采用FEFLOW對(duì)比研究了無(wú)水幕和有水幕條件下的三維滲流場(chǎng)特征。周斌等[47]研究了依據(jù)提水試驗(yàn)獲取含水層滲透系數(shù)的方法，并應(yīng)用于黃島洞庫(kù)工程。李印等[48]介紹了法國(guó)GEOSTOCK公司提出的水幕孔單孔注水-消散試驗(yàn)方法及其應(yīng)用情況。袁東等[49]研究了基于壓水試驗(yàn)的均質(zhì)含水層滲透系數(shù)計(jì)算方法。張奇華等[50]依托黃島工程對(duì)水幕孔注水試驗(yàn)及巖體等效滲透參數(shù)獲取方法進(jìn)行了研究。《地下水封石洞油庫(kù)水文地質(zhì)試驗(yàn)規(guī)程》(SH/T 3195—2017)[51]對(duì)洞庫(kù)水力學(xué)試驗(yàn)方法、成果整理方法有比較全面的規(guī)定。在依據(jù)結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)特征獲取巖體滲透性參數(shù)方面，馬峰等[52-53]先后開(kāi)展了黃島洞庫(kù)工程深部巖體二維、三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模擬，基于網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果分析了巖體的滲透張量。平洋等[54]也以黃島洞庫(kù)工程為背景，采用3DEC軟件研究了不同尺度巖體的滲透張量特征，依據(jù)水力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)滲透張量進(jìn)行校核，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了考慮裂隙巖體滲透各向異性的三維滲流場(chǎng)分析。Yu等[55]基于裂隙網(wǎng)絡(luò)特征及水力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果分析滲透張量，采用連續(xù)介質(zhì)數(shù)值模擬方法分析滲流場(chǎng)特征。

雖然目前針對(duì)水封洞庫(kù)工程滲透特性開(kāi)展了大量研究工作，相關(guān)規(guī)范也即將發(fā)布，但是在工程實(shí)踐中，仍然存在大量棘手問(wèn)題。如在地下洞庫(kù)施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遭遇意料之外的透水裂隙，因?yàn)閭€(gè)別裂隙的突然透水可能導(dǎo)致整個(gè)洞庫(kù)滲水量急劇增加。而且，針對(duì)這些透水裂隙，在工程處理時(shí)現(xiàn)有措施往往很難達(dá)到理想效果，經(jīng)常會(huì)面臨這里堵住了、那里又開(kāi)始漏水的被動(dòng)局面。封堵措施有效性低、滲水量控制不到位，還可能導(dǎo)致施工期地下水位降幅超標(biāo)等不利情況。

之所以仍然面臨這些棘手問(wèn)題，很大程度上是因?yàn)樗舛磶?kù)圍巖的裂隙滲水特征。因?yàn)槎磶?kù)巖體質(zhì)量總體較好，洞室開(kāi)挖期間全斷面大量滲水的情況通常不易出現(xiàn)，主要是導(dǎo)水裂隙滲水。但是，對(duì)于一個(gè)幾百萬(wàn)m3儲(chǔ)量的洞庫(kù)，洞庫(kù)平面范圍可能會(huì)達(dá)到1 km2，在如此大范圍內(nèi)，要想將主要滲水裂隙都事先查明，現(xiàn)有的勘測(cè)和檢測(cè)手段還不具備這樣的能力。而且，目前對(duì)巖體滲流的分析，主要手段還是基于等效連續(xù)介質(zhì)思路，基于裂隙滲流的分析理論和軟件都還不甚成熟。這就導(dǎo)致了分析模型的建立、分析參數(shù)的選取、分析方法的采用，與洞庫(kù)巖體滲流的實(shí)際情況之間必然存在差異，現(xiàn)有的技術(shù)、方法、理論還不能滿足實(shí)際工程的需要。

現(xiàn)有認(rèn)識(shí)已經(jīng)表明，為了更好地實(shí)施水封洞庫(kù)項(xiàng)目后續(xù)工作，對(duì)洞庫(kù)圍巖中滲水裂隙的深入研究必不可少。目前研究巖體中透水裂隙分布特征的手段主要有工程地質(zhì)分析法、現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)面實(shí)測(cè)編錄法、物探檢測(cè)方法、水力學(xué)試驗(yàn)反分析方法等。李仲奎等[56]指出，水幕洞和水幕孔的施工一般早于儲(chǔ)油主洞室，對(duì)水幕洞、水幕孔以及施工輔助巷道所揭露結(jié)構(gòu)面的精細(xì)編錄和研究，配合水幕孔水力學(xué)試驗(yàn)資料分析，可以為預(yù)測(cè)主洞巖體結(jié)構(gòu)提供非常寶貴的資料。

另外，由于水封洞庫(kù)的建設(shè)周期一般較長(zhǎng)，參建單位也很多，各個(gè)單位所掌握的信息通常都很片面。鑒于此，可以考慮利用現(xiàn)在比較成熟的BIM技術(shù)，全過(guò)程集成洞庫(kù)勘測(cè)階段、施工階段各方面信息，實(shí)時(shí)、直觀地展示洞庫(kù)圍巖結(jié)構(gòu)相關(guān)信息，然后以此為基礎(chǔ)，開(kāi)展?jié)B流場(chǎng)分析、研究、咨詢和決策。

5 水幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

水幕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與測(cè)試技術(shù)是水封洞庫(kù)的核心技術(shù)，國(guó)外研究較早并取得了成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，但均以專有技術(shù)形式進(jìn)行保護(hù)。從已有文獻(xiàn)看，國(guó)外對(duì)水幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及水幕系統(tǒng)連通性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與判斷方法等方面研究成果報(bào)道不多。 Chung等[57]針對(duì)地下水位的復(fù)雜性，提出了依據(jù)降雨監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)鉆孔水位的WMLR方法，并在實(shí)際工程中進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。Kurose等[58]提出了基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信息的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)施工方法，用于指導(dǎo)日本最大規(guī)模水封LPG洞庫(kù)施工。為了攻克該領(lǐng)域技術(shù)難題，國(guó)內(nèi)學(xué)者和工程技術(shù)人員開(kāi)展了大量針對(duì)性理論和試驗(yàn)研究，特別是結(jié)合我國(guó)第一座大型水封石洞油庫(kù)工程——300萬(wàn)m3黃島洞庫(kù)工程實(shí)踐，進(jìn)行了比較全面的總結(jié)，提升了對(duì)水幕系統(tǒng)的理論和實(shí)踐認(rèn)識(shí)，發(fā)展了相關(guān)的水力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)，但是也依然存在一些爭(zhēng)議。

張秀山[59]介紹了我國(guó)1977年建成的第一座水封洞庫(kù)工程——黃島15萬(wàn)m3水封洞庫(kù)設(shè)計(jì)期間針對(duì)水封原理及效果所做的模擬試驗(yàn)以及在此基礎(chǔ)上提出的滲控方案。高翔等[60]介紹了不襯砌地下貯氣洞室的發(fā)展?fàn)顩r，并對(duì)人工水幕的發(fā)展、原理、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行效果做了較全面的分析。李仲奎等[56,61]也介紹了不襯砌地下洞室水封準(zhǔn)則的研究歷程，對(duì)水封關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行討論，開(kāi)展了專項(xiàng)試驗(yàn)，并對(duì)“施工時(shí)地下水條件散失可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工程失敗”等論述提出了質(zhì)疑。

圍繞300萬(wàn)m3黃島水封洞庫(kù)國(guó)家示范性工程，張奇華[10]、時(shí)洪斌等[62]、李樹(shù)忱等[63]、王者超等[64-65]、劉靜華等[66]、趙少龍等[67]都開(kāi)展了深入研究，在水封原理、人工水幕設(shè)計(jì)、滲流量分析、水幕系統(tǒng)連通性評(píng)價(jià)、水封效果檢驗(yàn)方法等方面形成了深入系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。楊凱等[68]對(duì)黃島洞庫(kù)水幕系統(tǒng)施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。何國(guó)富等[11]以湛江洞庫(kù)工程為背景，介紹了水幕系統(tǒng)有效性試驗(yàn)的內(nèi)容和成果，分析了湛江洞庫(kù)預(yù)測(cè)滲水量與實(shí)際情況不一致的原因。Dai等[69]采用二維數(shù)值模擬分析了洞庫(kù)中油-水的相互作用，重點(diǎn)對(duì)比了庫(kù)內(nèi)儲(chǔ)油與不儲(chǔ)油時(shí)，地下水滲流場(chǎng)及滲漏量的差異。Li等[70]采用子結(jié)構(gòu)建模方法，對(duì)洞庫(kù)及水幕巷道、水幕孔等進(jìn)行三維精細(xì)模擬，模擬結(jié)果直觀地反映了水、油、氣的三相耦合作用，同時(shí)還分析了水幕系統(tǒng)的有效性及其影響因素。

通過(guò)現(xiàn)有研究可知，目前在洞庫(kù)水封原理方面已基本達(dá)成共識(shí)，普遍傾向于接受采用垂直水力梯度>1 的準(zhǔn)則進(jìn)行水封系統(tǒng)有效性判別。驗(yàn)證水封系統(tǒng)有效性的水力學(xué)試驗(yàn)方法、試驗(yàn)過(guò)程及試驗(yàn)成果整理方法已基本建立，《地下水封石洞油庫(kù)水文地質(zhì)試驗(yàn)規(guī)程》(SH/T 3195—2017)已經(jīng)發(fā)布。但是，和洞庫(kù)圍巖滲透性研究類似，洞庫(kù)圍巖的裂隙滲流本質(zhì)與等效連續(xù)介質(zhì)分析方法之間的矛盾制約了水封系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及工程實(shí)踐的發(fā)展，導(dǎo)致目前對(duì)水封系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及試驗(yàn)驗(yàn)證方法的研究不論在理論上還是實(shí)踐上都還有待完善。另外，主洞室開(kāi)挖期間，是不是都需要提前實(shí)施人工水幕，目前在業(yè)界也還存在不同意見(jiàn)。Lin等[71]針對(duì)錦州洞庫(kù)，采用三維裂隙滲流分析方法研究了不同條件水幕系統(tǒng)對(duì)洞庫(kù)水封性的影響，指出由于裂隙滲流特點(diǎn)，洞庫(kù)區(qū)容易出現(xiàn)局部水封失效的情況，在此基礎(chǔ)上提出了水幕系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法以及水幕系統(tǒng)連通性檢驗(yàn)及評(píng)價(jià)建議方法。石磊等[72]針對(duì)惠州洞庫(kù)，采用自相關(guān)和互相關(guān)分析方法，研究了水幕系統(tǒng)的作用效率及其影響因素，提出了在豐水區(qū)人工水幕系統(tǒng)可以酌情優(yōu)化的建議。

總體來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)300萬(wàn)m3黃島洞庫(kù)工程的建設(shè)和成果總結(jié)，目前對(duì)水封的理論和實(shí)踐認(rèn)識(shí)已得到了極大提升，也已逐漸形成了系統(tǒng)的理論、方法和技術(shù)。但是，由于黃島洞庫(kù)工程2015年才投入使用，相當(dāng)部分成果的總結(jié)也是最近一兩年才完成，很多認(rèn)識(shí)還沒(méi)來(lái)得及寫(xiě)入規(guī)范、形成規(guī)范，普及程度也有限，導(dǎo)致黃島工程的經(jīng)驗(yàn)在同時(shí)期開(kāi)展的其他洞庫(kù)工程中沒(méi)有得到充分發(fā)揮。目前已經(jīng)完建或在建的部分洞庫(kù)工程在水封系統(tǒng)實(shí)施及論證等方面仍然存在前期論證不足、過(guò)程控制不夠、需要事后返工的現(xiàn)象。

6 滲控措施研究

水封洞庫(kù)圍巖必須保證低滲透性。運(yùn)營(yíng)期過(guò)大的涌水量不僅會(huì)造成運(yùn)營(yíng)成本增加，還會(huì)帶來(lái)顯著的環(huán)境問(wèn)題。但是，洞庫(kù)規(guī)模越大，洞庫(kù)遭遇大規(guī)模透水裂隙及其他不良地質(zhì)體的可能性也越大。單純依靠洞庫(kù)圍巖自身的性能往往很難保證運(yùn)營(yíng)期洞庫(kù)圍巖的低滲透性要求。滲控是每個(gè)大型水封洞庫(kù)工程都需要采取的必要工程措施。

張秀山[59]在20世紀(jì)70年代就在對(duì)巖體裂隙及裂隙水研究的基礎(chǔ)上，制定優(yōu)于國(guó)外同類工程的巖體裂隙處理原則及滲控方案。梁建毅等[73]提出了考慮巖體透水性的水文地質(zhì)分類方法，用于指導(dǎo)黃島洞庫(kù)圍巖注漿，并采用地質(zhì)雷達(dá)和壓水試驗(yàn)綜合方法對(duì)注漿效果進(jìn)行檢驗(yàn)。王瑞凱等[74]介紹了超細(xì)水泥灌漿在黃島洞庫(kù)工程中的應(yīng)用情況。魏雪斐等[75]針對(duì)黃島洞庫(kù)工程構(gòu)建了數(shù)字化灌漿平臺(tái)，改進(jìn)了灌漿工藝。

通過(guò)文獻(xiàn)檢索可以看出，目前專門(mén)針對(duì)水封洞庫(kù)滲控研究的文獻(xiàn)很有限。《地下水封石洞油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50455—2008)中針對(duì)洞庫(kù)防水也僅有2條非常概括的規(guī)定，對(duì)實(shí)際工程的指導(dǎo)作用也有限。

現(xiàn)有文獻(xiàn)資料有限并不能說(shuō)明在水封洞庫(kù)工程實(shí)踐中滲控問(wèn)題不重要、不突出，實(shí)際情況是滲控才是水封洞庫(kù)工程實(shí)踐中最棘手的難題。洞庫(kù)圍巖滲控問(wèn)題的復(fù)雜程度要大于滲漏問(wèn)題的復(fù)雜程度，特別對(duì)于水封洞庫(kù)工程，在研究滲控方案時(shí)還需要考慮灌漿材料與油品可能的相互作用等特殊問(wèn)題，更加大了水封洞庫(kù)滲控研究的難度。

結(jié)合目前工程實(shí)踐的需求，有必要編制專門(mén)的水封洞庫(kù)滲控規(guī)范，明確洞庫(kù)不同類型滲水問(wèn)題應(yīng)采用的控制手段，明確灌漿材料、灌漿工藝、灌漿孔布置、灌漿效果檢驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)等實(shí)際工程所迫切關(guān)心的重難點(diǎn)問(wèn)題。

7 結(jié)論及建議

對(duì)國(guó)內(nèi)水封洞庫(kù)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了比較細(xì)致的梳理，從中可以看出國(guó)內(nèi)工程和科研人員在水封洞庫(kù)領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)現(xiàn)狀和研究歷程，對(duì)后續(xù)工作有一定的借鑒意義。

(1)在水封洞庫(kù)技術(shù)研究層面，目前仍不成熟，主要體現(xiàn)在大型洞庫(kù)選址工作不夠精細(xì)、對(duì)洞庫(kù)圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究不足、對(duì)圍巖滲透特性的研究未能充分體現(xiàn)裂隙巖體滲流本質(zhì)、水幕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和檢驗(yàn)方法不夠完善、滲控措施缺乏系統(tǒng)研究和指導(dǎo)性規(guī)范等方面。后期還需要加大在上述方面的基礎(chǔ)研究力度。

(2)300萬(wàn)m3黃島水封洞庫(kù)工程作為國(guó)家示范工程，在論證和建設(shè)過(guò)程中取得了非常豐碩的成果，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。但是由于黃島工程建成投運(yùn)時(shí)間不長(zhǎng)，很多認(rèn)識(shí)及成果還未來(lái)得及形成規(guī)范，對(duì)同期和目前正在開(kāi)展的其他洞庫(kù)工程的借鑒和指導(dǎo)作用體現(xiàn)得還不夠充分，還需要依托黃島示范工程加強(qiáng)成果總結(jié)、規(guī)范編制及宣貫推廣工作。

(3)目前水封洞庫(kù)從業(yè)單位、從業(yè)人員相對(duì)集中，現(xiàn)有有經(jīng)驗(yàn)的單位和人員可能不足以承擔(dān)即將到來(lái)的大規(guī)模地下水封洞庫(kù)的論證及建設(shè)，有必要放寬行業(yè)準(zhǔn)入資格，充分發(fā)揮各單位優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，共同做好后續(xù)大量的水封洞庫(kù)工程建設(shè)工作。

(4)目前的水封洞庫(kù)建設(shè)存在過(guò)急隱患，相當(dāng)部分項(xiàng)目都是在缺乏必要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，直接進(jìn)入了工程實(shí)踐階段。雖然水封洞庫(kù)建設(shè)具有戰(zhàn)略緊迫性，但還是應(yīng)該充分做好必要的論證工作。Kiyoyama等[76]對(duì)20世紀(jì)90年代以前日本水封洞庫(kù)的發(fā)展情況進(jìn)行了介紹，日本當(dāng)時(shí)發(fā)展水封洞庫(kù)技術(shù)的迫切要求和我國(guó)當(dāng)前形勢(shì)非常接近，日本當(dāng)時(shí)針對(duì)水封洞庫(kù)的系統(tǒng)性研究方法與研究思路能夠?yàn)槲覀兲峁┓浅Ｖ匾慕梃b。