黄岛国家石油储备地下水封洞库工程创优策划与实施案例

黄岛国家石油储备地下水封洞库工程创优策划与实施案例

黄岛国家石油储备基地有限责任公司

一、工程概况

1、工程基本信息

（1）黄岛国家石油储备地下水封洞库工程（以下简称黄岛洞库）是国家石油储备二期工程之一，是国内第一个大型地下水封石洞油库工程。工程分为地下和地上两个单项工程。地上工程主要包括：变配电、自控、消防、油气回收、制氮、污水处理设施等单元；地下工程主要包括9个储油主洞室、5条水幕巷道、6个操作竖井及施工巷道、通风巷道等。

工程于2010年11月18日开工，2014年3月26日进行中间交接，2015年5月26日一次投运成功，2017年4月27日通过项目竣工验收。项目批复投资概算214,425万元，竣工决算198,682万元。

（2）工程管理模式 作为中国施工企业管理协会第三批全过程质量控制试点单位，以创国家优质工程金奖为目标，采用建设项目部负责的E+P+C+监理+第三方技术监测（服务）的管理模式，融工程建设、科技创新、推广应用为一体，建立全覆盖的全过程质量控制管理体系。石油化工工程质量监督总站行使工程质量监督，工程监理单位实施全过程监理核查控制，施工单位严格自控，第三方技术监测（服务）实施地质预测预报、安全监测、反馈分析。

（3）工程创新体系

大型地下水封洞库工程在我国尚属首次，没有成熟的技术和经验可供借鉴，许多关键技术均有待于系统、深入地研发，中国石化成立攻关组，明确以项目驱动创新，以实际应用为目的，以参建单位为创新主体，产学研相结合的创新指导思想，制定自主创新计划，建立自主创新体系，确定项目管理创新、节理裂隙岩体渗流特性及其对洞库水封性影响、大型密集洞室群围岩稳定性综合判识系统开发与应用、地下水封洞库动态设计辅助数字平台系统开发与应用、大型洞库液下泵国产化研发、平行多层布置大型密集洞室群施工期通风技术开发与应用、大型地下水封石洞油库动态设计方法创新、大型地下水封洞库勘察技术方法创新，大型地下水封石洞油库施工技术创新等12个攻关

地下洞库三维鸟瞰图

辅助生产区鸟瞰

地下洞库三维鸟瞰

课题，分别从管理创新、技术创新、方法创新、理论创新入手，开展课题攻关, 切实解决建设难题，确保工程质量。

（4）建设单位和主要参建单位

建设单位：黄岛国家石油储备基地有限责任公司

勘察单位：北京东方新星石化工程股份有限公司

设计联合体：海工英派尔工程有限公司、中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司

地上工程监理单位：青岛越洋工程咨询有限公司

地下工程监理单位：中国水利水电建设工程咨询中南有限公司

地上工程施工总承包单位：中石化第十建设有限公司

地上工程施工单位：中启胶建集团有限公司

地下工程施工总承包单位：中国安能建设总公司

质量监督单位：石油化工工程质量监督总站

2、工程建设的作用与意义

黄岛国家石油储备地下水封洞库工程是国家“十二五”重点工程，也是国家能源建设发展的民生工程和战略工程，它的建成投用为我国建设

具有“安全、环保、低碳、节省用地、节省投

资”的大型地下水封洞库树立起崭新的里程

碑，开创了单次开挖方量超过300万立方米大

型水封洞库的先例。在没有成熟技术和经验可

供借鉴的条件下，从管理创新、技术创新、方

法创新、理论创新入手，开发了居于世界领先

水平的具有自主知识产权的“大型地下水封石洞油库建设关键技术集成创新”科技成果，对大型地下水封石洞油库建设特别是国家石油储备二、三期工程建设起到了示范引领作用。同时，增强了国家战略石油储备能力，对维护国家能源安全、推动国家经济建设具有广泛而深远的重大意义。

二、工程特点、难点

1、大型地下水封石洞油库工程在我国尚属首次，没有成熟的技术和经验可供借鉴，许多关键技术均有待于系统、深入地研发，国外视为核心技术的水封可靠性等难题需攻克。

2、黄岛洞库工程体量大、洞室布置密集、不衬砌(或基本不衬砌)，挖空率高达40%，同时库址区域有15.46%Ⅳ、Ⅴ级岩体，还分布有透水性较强的断裂破碎带、节理、岩脉等不良地质段，施工过程中每个渗（涌）水点的裂隙水不能以“线流”状态渗入主洞室且每个渗水区域不大于

2L/m2·天的水文流动性平衡控制难度极大。

3、水幕系统水平水幕孔（DN100）长度接近100米，如何控制水幕孔水平钻孔精度（水平度），防止水幕孔接近洞室拱顶围岩塑性松动圈甚至穿入洞室，确保证水封效果和可靠性是工程需要攻克的难关。

三、工程建设目标

总体目标：争创国家优质工程金质奖

1、质量方针和目标

（1）质量方针

质量第一 、持续改进，以建设国家石油储备大型石洞油库示范工程为己任

（2）质量目标

管理目标：严格采用GB/T 19001—2008质量管理标准建设文件化的质量管理体系，并做到持续、有效运行。

（3）控制目标：

设计成品合格率100％；设备、物资采购合格率100％；工序报检一次合格率98％以上；焊接工程（以X射线检测统计）一次合格率96％以上；单位工程合格率100％；安装单位工程优良率90％以上；地下工程所含分部工程质量全部合格，其中有70％以上达到优良等级，且主要分部工程质量全部达到优良等级。

2、HSE目标

（1）HSE管理目标

追求最大限度的不发生事故、不损害人身健康、不破坏环境、争创一流HSE业绩。

（2）HSE控制目标

①重大人身伤亡事故为零；

②重大交通事故为零；

③重大火灾爆炸事故为零；

④环境污染事故为零。

3、进度控制目标

2010年11月18日开工， 2014年3月26日完成中间交接（机械完工），2015年5月26日投运。

4、投资控制目标

采取有效措施，投资不超概算。

5、科技创新目标

以项目为创新平台，推动我国地下石油储备行业标准化建设和工程建设技术积累，形成地下水封洞库建设国家行业规范标准，形成一批具有自主知识产权、居国际领先水平的大型地下水封石洞油库建设关键技术，对在建或后续大型地下水封石洞油库建设起到技术支持和引领作用。

四、工程建设管理

1、创优组织机构健全，对项目全过程创优控制进行了策划

坚定“追求卓越、铸就经典”理念，以创国家优质工程金奖为目标，进行了创优策划。建立了完善的项目创优组织机构，有效组织项目全过程创优工作。编制《创优计划》，各参建单位编制了创优实施计划，目标明确，创优活动按计划组织实施。

2、建立了完善的质量管理体系，工程质量优良

（1）制定发布《项目质量管理手册》等管理文件，各参建单位结合各自施工建设实际和创优目标，完善质量保证体系，优化质量控制要素，强化“三基”工作，优化施工组织设计、专项施工

方案中的质量控制措施。 （2）将争创国家优质工程金奖的目标列入合同的质量条款中，并实施目标考核。

（3）制定了质量奖励考核办法，督促各参建单位建立了安全质量奖惩考核绩效机制，坚持日跟踪检查、周总结、月讲评、季度考核奖励；

（4）实行首件工程样板引路，后续类似工序，按照首件样板创优标准实施工序分级控制，强化初检、复检、终检各负其责，重视“三检一评”制度落实。

（5）建立地下工程定期地质联合巡查和地质会商制度，集设计、监理、施工勘察、施工、第三方技术监测技术优势，准确分析判断已揭露岩体或掌子面前方岩体的工程地质和水文地质情况，快速高效为动态设计，动态施工及时提供准确的工程地质、水文地质信息。

（6）强化原材料检验、检试验全过程质量控制。坚持进入到施工现场的原材料、半成品或构

配件，做到“三证”齐全方可入库。建设单位安排专人全程跟踪原材料、半成品或构配件的进场检

创优管理资料

爆破方案评审会

样板标准

交叉口开挖效果图锚杆无损检

查、抽检试验及越洋监理见证取样、中南监理平行抽样检测过程控制情况，同时每个月底对抽样检测资料进行专项检查。

（7）开展“人人出手合格，实现一次成优”的全员质量管理活动。全员动手，综合治理，狠反“低、老、坏”等质量通病，以标准一个不能降低、程序一个不能减少，要求保道道工序合格，保证了现场实体质量。

（8）地下洞室开挖精良，爆破残孔率高达86%；工程实体观感好，设备布置合理，安装工艺规范精良，单位工程合格率100%，焊接RT 检测一次合格率98.85%，工程主要技术指标均优于设计要求，质量评价结论为优良工程。工程档案完整、准确、系统，工程合规性文件．．．．．

齐全。工程建设及运行中未发生一般及以上安全质量事故。洞库围岩稳定、水封可靠，洞室涌水量342立方米/天，达国际领先水平；

3、建立了完善的HSE 管理体系，HSE 业绩优良

以HSE 管理体系为指导，制定实施了项目HSE 管理相关规定和办法，实施《黄岛国家石油储备地下水封洞库工程安全质量奖励考核办法》，坚持日检查、周总结、月讲评、季度考核奖励，建设期未发生任何安全、环保事故，HSE 业绩优良。

4、明确工期目标，工程进度受控

通过优化资源、控制关键路径，采取有效控制措施，保证了项目总工期受控，2015年5月26日如期试运投产。

5、采取有效措施，项目投资受控

通过优化设计，物资采购招投标，严格设计变更，进行WBS 分解、实施费用加载，有效控制投资，实现了投资受控的目标。

五、工程建设亮点及经验

1、管理亮点和创新点

污水调节罐主洞室上层喷砼效

出油竖井设备安

（1）黄岛洞库的建成投用为我国开创了一次建成世界工程量最

大的300万立方米大型地下水封洞库的先例，对大型地下水封石洞油

库建设起到了示范引领作用。

（2）创新项目管理模式，融工程建设、科技创新、推广应用为一

体，建立全覆盖的全过程控制质量管理体系，全面实现项目总体目

标。

（3）创新科技攻关机制，以项目为创新平台，建立以参建单位为

创新主体、产学研相结合的创新体系，形成了具有自主知识产权、居

国际领先水平的《大型地下水封石洞油库建设关键技术集成创新》成

果。

（4）建立地质会商制度，为精心设计、精心施工奠定基础，在未

增加投资的情况下，增加库容 18.19万m 3，工程综合造价624元/m 3

,

为同样地质条件下的同类工程建设树立了标杆。 （5）开发了大型地下水封石洞油库项目管理信息系统和洞库动态设计辅助数字平台系统，实现项目数字化、信息化管理，提高了项目建设管理水平。

2、设计亮点和创新点

（1）结合工程地质特征，率先实施大型地下水封洞库设计

坚持借鉴与创新并举，率先开展科研攻关与系统设计工作，根据地质条件优化洞室布局，地上工程总图竖向、工艺布置合理，满足项目建设与生产运营需要。

（2）开发水幕系统设计与测试技术技术，保证洞库水封可靠性

开发水幕系统设计与测试技术技术，研究不同工作模式下运行期的水封性特征，有效减少了主洞室裂隙水的渗入量，保证了洞库水封的可靠性，提高了洞库储油的安全性。

（3）全面实施洞库动态设计，创新地下工程动态设计理念

结合项目管理系统（DKPMS）和洞库动态设计辅助数字平台系统（DKDAP）等信息化手段，运用设计理念，保证了安全、质量，控制了投资、进度。

（4）优化洞库气体置换流程，实现氮气自动密封保护

洞罐投油前采用氮气顺序置换工艺，减少了置换用氮量，节约了置换费用。投油后采用氮气自动密封保护工艺，保证洞罐生产安全。

（5）开发进出库节流减震装置，研制大型潜没油泵

自主研发进出库节流减震装置，有效解决了洞罐进出油管道系统的震动问题；立项研制大功率、高电压油浸式潜没油泵，实现了潜没油泵制造及工程应用的国产化，填补国内空白。

项目信息管理系统

（6）优化油气回收工艺，实现高效节能减排

优化原油油气回收处理工艺，节省建设投资781万元，

实现了洞库油气的“零”排放，保护了环境，节约了能源。

（7）注重绿色设计，实现节地环保

优化设计方案，减少建设用地23312m 2；施工期间开挖的

560万m 3土石方，全部有效利用，取得了大型洞库工程无废

渣排出的业绩。 3、施工亮点与创新点 （1）开展水幕系统三个阶段试验，获得了大量基础数据用于指导该工程建设，经建设期及两年多运行期连续测试，保证了水封可靠，洞库涌水量342m 3

/天，居国内领先水平。

（2）研发了钻孔主动纠偏装置和钻机监测调控系统，及超长水平水幕孔钻孔控制技术，提高

了水幕孔成孔精度，加快了水幕系统施工进度，填补国内空白。 国产潜没油泵结构 潜没油泵安装

出油竖井

油气回收装置 辅助生产区鸟瞰图 竖井区鸟瞰图

竖井区鸟瞰图 水幕有效性试验检查记录

水幕连通试验

（3）通过系统的现场爆破试验及围岩和锚固系统爆破动力稳定性分析，获得了爆破荷载对洞库围岩、支护系统和水幕系统的影响参数，提出了爆破振动安全控制标准，保障了洞库的围岩稳定和锚固系统的安全性，提高了开挖质量，加快了施工进度。

（4）开展系列喷射混凝土配比性质试验，研发了高粘聚力、强抗渗性、高耐腐蚀性的喷射混凝土，提高了施工质量、增强了支护系统可靠性。

（5）建立三维通风数学模型，优化不同施工阶段通风方案，解决大型密集洞室群施工期通风难题，保证了洞内空气质量，创造良好作业环境，降低职业病危害因素。

（6）优化竖井安装施工方案，采用工厂化预制、模块化施工，使用大型吊车辅助提升井架专用装备，减少150米竖井内高空作业，降低作业风险，保证了施工质量、加快了施工进度。

七、工程建设成果

1、设计和工程获奖

黄岛国家石油储备地下水封洞库工程设计，获中国施工企业管理协会工程建设项目优秀设计成

果一等奖，中国石油化工集团公司优秀工程设计一等奖；《国家石油储备黄岛地下水封洞库工程可

地下工程施工通风

竖井管道安装 水幕孔施工 水幕孔钻孔水平度检查

行性研究报告》，获中国石油和化工勘察设计协会与中国工程咨询协会化工专业委员会化工行业优秀工程咨询成果一等奖。黄岛国家石油储备地下水封洞库工程，获中国石油化工集团公司优质工程奖。

2、科技进步奖

《大型地下水封洞库工程设计技术开发研究》、《大型地下水封石洞油库水封系统关键技术研究及其应用》、《大型水封石洞油库密集洞室群开挖关键技术研究与应用》、、《大型地下水封石洞油库围岩系统稳定性研究及其示范应用》和《石油储备地下水封洞库关键技术研究》，分别获得中国施工企业管理协会、中国岩石力学与工程学会、中国工程爆破协会、中国岩石力学与工程学会、中国电力规划设计协会颁发的科技创新成果一等奖、科技进步一等奖。

3.发明专利18项

“一种地下水封洞库选址评价方法、一种用于地下水封油库的喷射混凝土、一种地下水封洞库水幕系统设计方法”等18项发明专利。

4.实用新型专利21项

“地下洞库液位测量装置、地下水封洞库水幕孔自动注水系统、地下水封石洞油库进库节流减震装置”等21项实用新型专利。

5、国家版权局颁发计算机软件著作权8项

地下水封洞库安全监测分析系统、地下水封储库动态设计平台软件、地下工程施工控制与安全预警平台软件、UCBMS地下水封洞库工程开挖爆破管理信息系统、三维数字洞库导航软件、地下洞库信息管理软件、地下工程动态勘探与安全预警平台软件和数字地质工程建模及三维可视化系统。

6、出版专著5部

《中国首座大型地下水封石洞原油库工程建设技术》、《大型地下水封石洞油库建设关键技术集成创新》、《地下油库水封性评价方法与应用》、《大型地下水封石洞油库设计》和《致密岩石渗透测试与渗流力学特性》。

7、工法1项：

大型地下原油水封洞库进出油系统施工工法获得中国石油化工集团公司工法。

8、参与编制国家或行业标准规范5部

《地下水封石洞库设计规范》、《地下水封石洞库施工及验收规范》、《国家石油储备地下水封洞库工程项目初步设计编制规定》(试行）、《国家石油储备地下水封洞库工程项目建设标准》（试行）和《国家石油储备地下水封洞库工程项目初步设计概算编制办法》(试行）。

八、经济效益和社会效益

1、在节约投资1.57亿元的基础上，增加库容18.19万立方米。

2、黄岛洞库是国内第一个大型地下水封石洞油库工程，它的建成投用为我国建设具有“安全、环保、低碳、节省用地、节省投资”的大型地下水封洞库树立起崭新的里程碑。组织编制和参与编制了6部国家或行业标准，推动了我国地下石油储备行业标准化建设。开发了居于世界领先水

平的具有自主知识产权的“大型地下水封石洞油库建设关键技术集成创新”科技成果，对大型地下水封石洞油库建设特别是国家石油储备二、三期工程建设起到了示范引领作用。

3、依托项目培养了博士生近20名、硕士生50余名。为大型地下水封洞库建设培养了一批大型地下水封石洞油库工程管理、设计、施工等方面的专业技术、管理人才。

4、国家战略石油储备库不进行商业运营，没有直接经济效益，但对于保证国家能源安全，进而保障国家经济安全、军事安全、国家安全，具有重要的战略意义，其社会效益不可估量。

九、后续工程建设需要改进的工作

1、在地下洞室内，存在大面积渗水的区域及上百个渗水点，施工过程中每个渗水点的裂隙水不能以“线流”状态渗入主洞室且每个渗水区域不大于2L/m2·天的水文流动性平衡控制难度极大，需要勘察单位高度重视水文地质、水文孔水位变化、水幕孔注水量等数据、信息收集分析的全过程控制；需要施工单位在做好水幕设施维护的同时强化灌浆封堵全过程质量控制

2、地下工程工程水文地质的复杂性和不确定性，不同洞库工程地质、水文地质存在一定差异，设计单位应根据实际调整水幕系统结构及布置。

3、黄岛洞库进油竖井直径位3米，出油竖井直径为5米，后续地下水封洞库出油竖井直径建议为6米～7米，同时竖井开挖过程中严格控制欠挖，便于竖井管道布置、安装。

4、黄岛洞库水幕巷道断面尺寸为5米×4.5米，后续洞库水幕巷道断面尺寸适当增大，便于施工车辆会车，以利于加快施工巷道施工进度。