一种地下水封洞库水幕系统的自然补水方法

摘要

本发明公开了一种地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，主要包括以下步骤：确定若干个补水竖井的施工深度和施工位置，该施工深度和该施工位置能够使得岩体深部的地下水压与岩体浅部的水幕巷道内的静水压之差将岩体深部的地下水压入水幕巷道中；围绕储油洞室以一定水平间隔距离布置若干个补水竖井；各个补水竖井与水幕巷道相连通；对补水竖井的井壁围岩实施隔水处理。该地下水封洞库水幕系统的自然补水方法解决了现有水幕系统补水方法中的水质安全以及环境污染问题，同时显著降低了水幕系统的运行成本，因此，其应用前景十分广阔。

权利要求

1.一种地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：根据待施工场地水文地质条件预先确定若干个补水竖井的施工深度和施工位置，或者在若干个储油洞室开挖过程中根据揭露的工程地质报告和水文地质报告进行分析以确定若干个补水竖井的施工深度和施工位置；

步骤二：根据所述施工深度和所述施工位置，围绕所述储油洞室以一定水平间隔距离布置若干个补水竖井；其中，各个所述补水竖井与水幕巷道相连通；

步骤三：对所述补水竖井的井壁围岩实施隔水处理；

其中，所述施工深度和所述施工位置能够使得岩体深部的地下水压与岩体浅部的水幕巷道内的静水压之差将岩体深部的地下水压入所述水幕巷道中。

2.根据权利要求1所述的地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，其特征在于，所述补水竖井与所述水幕巷道之间设置有一段连通水道。

3.根据权利要求2所述的地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，其特征在于，所述连通水道的底标高略高于所述水幕巷道的底标高。

4.根据权利要求1所述的地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，其特征在于，所述补水竖井直接连通于所述水幕巷道的底部。

5.根据权利要求1所述的地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，其特征在于，所述补水竖井的顶标高与所述水幕巷道的顶标高相等，并且，所述补水竖井的底标高低于所述储油洞室的底标高。

6.根据权利要求1所述的地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，其特征在于，每个所述补水竖井沿铅垂线设置。

7.根据权利要求1所述的地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，其特征在于，每个所述补水竖井与铅垂线呈一锐角α倾斜设置。

8.根据权利要求7所述的地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，其特征在于，所述锐角α≤15度。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，其特征在于，所述补水竖井的横截面为圆形。

说明书

一种地下水封洞库水幕系统的自然补水方法

技术领域

[0001] 本发明涉及地下水封洞库技术领域，特别涉及一种地下水封洞库水幕系统的自然补水方法。

背景技术

[0002] 地下水封洞库是一种不衬砌岩石洞室，其储油原理非常简单，即由于岩壁中充满地下水的静压力大于洞室内的储油静压力，油品始终被封存在有岩壁和裂隙水组成的一个封闭的洞室空间里，使油品不会渗漏出去；同时，由于油和水的比重不同，油和水不会相混，利用水比油重的原理，将油置于水的包围之中，从而只可能是水往洞内渗，而油不可能往洞外渗漏，因此，油始终处在地下水沿岩壁渗入所形成的水垫层之上，以达到长期储存油品的目的，如图1所示。

[0003] 为了防止洞室内的油和油气沿岩体裂隙通道向外渗漏，人们通常利用裂隙岩体中的地下水实现对洞室的水力密封，水力密封可分为自然水封和人工水力密封两种方式。如果地下水位稳定且补给丰富，可采用自然水封，早期的欧美国家建造的水封洞库(包括LPG、气垫式调压室等储气洞室)，均采用自然水封方式。然而，随着储库规模的扩大，以及对安全和环保可靠性要求的提高，在现有技术水平下，唯一能有效控制泄漏的方法就是人工水力密封。当地下水水位无法保持长期稳定时或补给有限时，自然水封下的地下水将形成降水漏斗，洞室上方有可能出现连通地表的裂隙通道，从而导致油气渗漏。所谓人工水力密封方式，实际上是在洞室上方设置水幕系统，而所述水幕系统通常由水幕巷道、注水孔和补水井组成。如图2所示，水幕系统的设置能最大程度地使岩体中的所有结构面相互连通，形成渗流网络，并通过岩体裂隙向洞室内渗流，使降水漏斗的最低点抬高至水幕，从而保持洞室顶至水幕注水孔标高之间存在一定的水头压力(与洞室内压有关)，即获得一定水位安全高度，因此，确保了整个洞室水力密封的长期有效性。目前，国内外的地下水封洞库工程已普遍采用水幕系统进行人工水力密封。

[0004] 由上述水封原理可知，如果不及时补水至水幕系统，降水漏斗就会逐渐发展，最终不可避免地退化为自然水封(即水位降至自然水封水位线)。因此，水幕系统存在的关键在于需要根据地下水的水位变化，及时进行补水，而在现有技术中，普遍采用地面的补水井向水幕巷道内进行补水，然而，地面补水存在一个严重的技术问题：补水的水质要求较高，通常需要经过特殊处理后才能向地下补给，且需要有专门的处理设施，否则极容易造成对地下水环境的污染，另外，供水的水量也必须得到充分的保证，因此目前的补水方法的长期运行成本过高。

[0005] 在现有技术中，中国专利CN104763449B公开了一种地下水封洞库水幕系统设计方法，包括步骤：在地质详勘、主洞室设计和交通巷道设计完成后，进行水幕巷道设计；进行水平向水幕孔和垂直向水幕孔设计；对断层破碎带发育情况做施工勘察；在水幕巷道开挖成型后，进行主洞室部位软弱岩体预处理方案设计；在某个水幕巷道的水幕孔全部施工完毕后，对该巷道的所有水幕孔进行加压注水试验；对发现的渗流通道做封堵方案设计。本发明的水平向水幕孔深度大大减小，成孔施工难度低；通过水幕巷道向主洞室部位软弱岩体预注浆，有利于保证施工进度，降低施工风险；对渗漏通道注浆封堵，可阻止或减小主洞室开挖时的地下水流失，保证主洞室周边的水封环境。又如，中国专利申请CN105545359A公开了一种水封洞库连接巷道与水幕巷道的注水导通装置，包括：密封塞；连接巷道，其拱顶的中间位置设有导通孔A；水幕巷道，位于所述连接巷道的外部上方，所述水幕巷道的底板上设有导通孔B；水管道，分别穿过所述导通孔A和导通孔B，连接所述连接巷道和水幕巷道；所述水管道的底端穿过所述导通孔A向下伸出，且伸出部分的长度≥50cm；人孔，设置在地下工程出口一侧的密封塞上，所述人孔使用盲板密封。

[0006] 此外，清华大学的实用新型专利CN204457869U提供了一种地下水封洞库水幕孔自动注水系统，其中，集控单元通过控制线与若干个测控单元依次串联，并在集控单元内设置主控计算机；同时，集控单元通过有线或无线网络与上位机连接；测控单元内的水管段的一端与进水管连接，另一端与出水管连接；出水管的出口通过注水封孔栓塞与地下水封洞库的水幕孔密封连接；所述测控单元内的水管段上沿水流方向依次设置电磁阀、流量传感器、压力传感器；各测控单元内的电磁阀、流量传感器及压力传感器分别通过RS485通讯线与集控单元内的主控计算机连接；该实用新型实现了对水幕孔注水全过程的自动控制，控制准确度和测量精度高，且能够对注水状态远程实时监控。

[0007] 由此可见，现有技术并不能够有效解决地下水封洞库水幕系统长期主动补水过程中运行成本高昂的技术缺陷。

发明内容

[0008] 为了充分利用地下水封洞库的功能和结构特点，同时充分利用固有的地下水水文地质特性，本发明旨在公开一种地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，使得补水水源供给、水质安全均得到可靠的保障，并成功解决环境污染和运行成本高昂的问题。

[0009] 根据流体静力学的基本原理，岩体深部的地下水压与岩体浅部的水幕巷道内的静水压之间存在一定的压差，发明人巧妙地利用这一客观存在的压差，使得岩体深部的地下水自发地流入水幕巷道中，从而实现了“自然补水”，或称之为自动补水。

[0010] 具体地，本发明提供了一种地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，其包括以下步骤：

[0011] 步骤一：根据待施工场地水文地质条件预先确定若干个补水竖井的施工深度和施工位置，或者在若干个储油洞室开挖过程中根据揭露的工程地质报告和水文地质报告进行分析以确定若干个补水竖井的施工深度和施工位置；

[0012] 步骤二：根据所述施工深度和所述施工位置，围绕所述储油洞室以一定水平间隔距离布置若干个补水竖井；其中，各个所述补水竖井与水幕巷道相连通；

[0013] 步骤三：对所述补水竖井的井壁围岩实施隔水处理，从而使得补水竖井壁成为不透水边界，防止地下水从补水竖井壁渗流入井内；

[0014] 其中，所述施工深度和所述施工位置能够使得岩体深部的地下水压与岩体浅部的水幕巷道内的静水压之差将岩体深部的地下水压入所述水幕巷道中。换言之，所述补水竖井设置在岩体深部与水幕巷道之间。

[0015] 因此，所述施工深度和所述施工位置能够确保施工制成的每个补水竖井都具有一定的出水量；其中，所述施工深度是指该补水竖井的底标高到原始地下水位线的垂直距离，换言之，所述施工深度实际上为地下水压力水头高度H。

[0016] 优选地，在上述地下水封洞库水幕系统的自然补水方法中，当所述补水竖井与所述水幕巷道不在同一个平面内时，所述补水竖井与所述水幕巷道之间设置有一段连通水道。

[0017] 进一步优选地，在上述地下水封洞库水幕系统的自然补水方法中，所述连通水道的底标高略高于所述水幕巷道的底标高。并且，所述连通水道的尺寸、形状可根据水力条件经计算确定。

[0018] 优选地，在上述地下水封洞库水幕系统的自然补水方法中，当所述补水竖井与所述水幕巷道在同一个平面内时，所述补水竖井直接连通于所述水幕巷道的底部。

[0019] 此外，值得说明的是，任何情况下，所述补水竖井都不能穿过储油洞室，且布置时与所述储油洞室具有一段距离。

[0020] 优选地，在上述地下水封洞库水幕系统的自然补水方法中，所述补水竖井的顶标高与所述水幕巷道的顶标高相等，并且，所述补水竖井的底标高低于所述储油洞室的底标高。其中，所述补水竖井的底标高根据出水量和水压条件确定。

[0021] 优选地，在上述地下水封洞库水幕系统的自然补水方法中，每个所述补水竖井沿铅垂线设置。

[0022] 优选地，在上述地下水封洞库水幕系统的自然补水方法中，根据现场具体的地质条件，每个所述补水竖井与铅垂线呈一锐角α倾斜设置。

[0023] 进一步优选地，在上述地下水封洞库水幕系统的自然补水方法中，所述锐角α≤15度。

[0024] 进一步优选地，在上述地下水封洞库水幕系统的自然补水方法中，所述补水竖井的横截面为圆形。当然，所述补水竖井的横截面还可选择为其它已知的常规形状，例如矩形；并且，所述补水竖井的尺寸可根据所需的出水量计算确定。

[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0026] 本发明所提供的地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，能够有效利用竖井上下不同深度地下水所具有的压差，将岩体深部的地下水自然抬升以补充到水幕巷道内，从而实现水幕系统自然补水与自动补水。并且，实施本发明所述的地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，解决了现有水幕系统补水方法中的水质安全以及环境污染问题，同时显著降低了水幕系统的运行成本，特别符合当前对地下水环境保护的趋势和要求。

[0027] 目前，我国正处在储运业蓬勃发展的进程中，因此，本发明所述的地下水封洞库水幕系统的自然补水方法的应用前景将是十分广阔的。

附图说明

[0028] 图1为背景技术中的地下水封洞库的储油原理示意图；

[0029] 图2为背景技术中的自然水封和人工水力密封的原理示意图，示出了地下水水位变化；其中，A1-油层，A2-水垫层，A3-油面，A4-水面，A5-抽水泵，A6-抽油泵，A7-围岩裂隙，A8-管道竖井，A9-自然水封水位线，A10-设水幕水位线，A11-原始地下水位线，A12-油气层，A13-地下水位线，A14-地表，A15-潜液泵，A16-积水井，A17-注水孔，A18-水幕巷道，A19-抽油站，A20-抽水站，A21-进油站；

[0030] 图3为根据本发明的一个实施例的地下水封洞库水幕系统的自然补水方法的原理示意图；其中，R-围岩，HP-压力水头，H-地下水压力水头高度，B1-储油洞室，B2-补水竖井，B3-水垫层，B4-油层，B5-补水竖井的底标高，B6-储油洞室的底标高，B7-水幕巷道的底标高，B8-补水竖井的顶标高，B9-水幕巷道，B10-水幕注水孔，B11-连通水道，B12-管道竖井，B13-水幕巷道的顶标高，B14-地面，B15-原始地下水位线，B16-设水幕水位线。

具体实施方式

[0031] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施方式。

[0032] 根据本发明所述的地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，包括以下步骤：

[0033] 步骤一：根据待施工场地水文地质条件预先确定若干个补水竖井的施工深度和施工位置，或者在若干个储油洞室开挖过程中根据揭露的工程地质报告和水文地质报告进行分析以确定若干个补水竖井的施工深度和施工位置；

[0034] 步骤二：根据所述施工深度和所述施工位置，围绕所述储油洞室以一定水平间隔距离布置若干个补水竖井；其中，各个所述补水竖井与水幕巷道相连通；

[0035] 步骤三：对所述补水竖井的井壁围岩实施隔水处理；

[0036] 其中，所述施工深度和所述施工位置能够使得岩体深部的地下水压与岩体浅部的水幕巷道内的静水压之差将岩体深部的地下水压入所述水幕巷道中；此外，在实际工程中，一般均会布置多个处于相同条件下的补水竖井。

[0037] 在一个优选实施例中，所述补水竖井与所述水幕巷道之间设置有一段连通水道。

[0038] 在一个进一步优选的实施例中，所述连通水道的底标高略高于所述水幕巷道的底标高。

[0039] 在一个优选实施例中，所述补水竖井直接连通于所述水幕巷道的底部。

[0040] 在一个优选实施例中，所述补水竖井的顶标高与所述水幕巷道的顶标高相等，并且，所述补水竖井的底标高低于所述储油洞室的底标高。

[0041] 在一个优选实施例中，每个所述补水竖井沿铅垂线设置。

[0042] 在一个优选实施例中，每个所述补水竖井与铅垂线呈一锐角α倾斜设置。

[0043] 在一个进一步优选的实施例中，所述锐角α≤15度。

[0044] 在一个进一步优选的实施例中，所述补水竖井的横截面为圆形。

[0045] 实施例1

[0046] 参见图3，本实施例详细说明了地下水封洞库水幕系统的自然补水方法，包括以下步骤：

[0047] 步骤1：根据待施工场地水文地质条件预先确定若干个补水竖井B2的施工深度和施工位置，其中，所述施工深度和所述施工位置能够使得岩体深部的地下水压与岩体浅部的水幕巷道B9内的静水压之差将岩体深部的地下水压入所述水幕巷道B9中；

[0048] 步骤2：根据所述施工深度和所述施工位置，围绕储油洞室B1以一定水平间隔距离布置若干个补水竖井B2；其中，各个所述补水竖井B2与水幕巷道B9相连通；具体地，如图3所示，当补水竖井B2与水幕巷道B9不在同一个平面内时，所述补水竖井B2与所述水幕巷道B9之间设置有一段连通水道B11，此时，所述连通水道的底标高略高于所述水幕巷道的底标高B7；而当补水竖井B2与水幕巷道B9在同一个平面内时，所述补水竖井B2直接连通于所述水幕巷道B9的底部；其中，每个补水竖井B2沿铅垂线设置，并且每个补水竖井B2的横截面为圆形；

[0049] 步骤3：对所述补水竖井B2的井壁围岩实施隔水处理；

[0050] 进一步地，如图3所示，所述补水竖井的顶标高B8与所述水幕巷道的顶标高B13相等，并且，所述补水竖井的底标高B5低于所述储油洞室的底标高B6。由于地下水压力水头高度H的存在，围岩R内的地下水受到压力水头HP驱动，会自动流入水幕巷道B9内，有效实现自然补水，无需人工主动补水情况下的额外动力设备、输送设备。

[0051] 以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。