一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法与流程

本发明涉及石油、液化石油气等能源储存的地下水封洞库工程技术领域，尤其是一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法。

背景技术：

在石油对外依存度逐年提高、西方国家石油储备体系逐步完善的背景下，我国于2003年开始实行国家战略石油储备计划，分三期进行。鉴于地下储备库在安全、环保、节省费用和节约土地等方面的优势，二期的黄岛、湛江、惠州和锦州4个，三期规划的8～10个均采用地下水封洞库形式。同时，储存液化石油气的地下水封洞库也在我国多处兴建，已建或在建的液化石油气水封洞库有近10个。由于地下水封洞库储存的石油、液化石油气一旦泄漏将造成极其严重的安全生产问题和环境污染问题，因此在洞库正式投入运营之前，必须对各个洞罐的气密性进行科学检验，以提前排除潜在的泄漏隐患。

目前，传统的压力容器或压力管道的气密性检验方法主要有超声波检测法、压水试验法、气体示踪法和压气试验法等。从原理和可行性上看，压气试验法可有效应用于地下水封洞库气密性检验，目前对此已有初步研究，但存在以下技术缺陷：①缺少各个洞罐的全面水文地质与工程地质监测系统以及与之相应的地下水渗流场动态模拟，由此无法校核气密性检验参数的合理性且无法对检验参数进行动态调整；②气密性检验过程中的关键指标未被系统提出，导致目前的气密性检验结果可信性较低、危险性较大；③目前提出的压力测试阶段的气体相对压力修正公式是错误的，无法进行工程应用；④对于多洞罐条件下的地下水封洞库气密性检验技术基本空白。

技术实现要素：

本发明提出一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法，有较好的准确性，而且能在多个洞罐条件下进行高效检测。

本发明采用以下技术方案。

一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法，多个洞罐均设有水幕系统的水幕巷道(1)和水幕孔，洞罐内的洞室(6)的存储空间之间设有连接巷道(7)；洞室处还设有操作竖井(2)；操作竖井下部设有泵坑(11)和集水池(10)；所述气密性检验方法包括以下步骤；

步骤s1：对各洞罐开展水文地质与微震监测网络布置；利用地质勘探孔作为水文地质监测孔，开展监测孔内包括水位、水压及降雨、潮汐在内的监测项目；同时在各洞罐水幕系统设置气密性检验期及洞库运营期水文地质监测网络和微震监测系统，以实现水幕孔水位监测、水压监测及微震信号监测，位于水幕系统的监测线缆通过水幕系统仪表井接至地表数据采集及控制系统；

步骤s2：对各洞罐进行清洗并绘制库容-深度曲线图；各洞罐在开挖支护、注浆堵水及底板铺砌完成后，为防止施工期废弃物污染储存的油气，采用净水将洞壁冲刷干净，及时排除污水并保证底板无积水；采用包括三维激光扫描仪在内的测量仪器对洞罐库容进行精细测量，绘制库容-高度曲线图，绘制时可以洞室底板为起算基准面，所述的洞罐库容为所有与洞室连通且可用于储存油气的空间的体积，包括洞室、连接巷道、泵坑、集水池；

步骤s3：对各洞罐进行气密性检验过程中关键物理量监测仪器及配套管线布置；对各洞罐的每条洞室均匀布置多点平均温度计，其精度须达到±0.1℃，其中温度计沿洞室轴线方向的横向间距为150-200m、沿洞室高度方向的纵向间距为5-9m。将标准压力计与操作竖井内压力测量管线相连以测量洞罐气体压力，其精度须不低于50pa；洞罐操作竖井内放空管顶部安装测压仪，测量放空管顶部气体压力，精度须不低于50pa；

操作竖井内安装液位报警管线，液位报警管内安装伺服水液位计测量泵坑和集水池内水液位，且在管壁安装多点平均温度计(3)以测量异常情况下的洞罐气体温度，其精度为±0.1℃；液位测量线连接专用伺服水液位计测量洞室内水液位；安装裂隙水管，将裂隙水泵放置在泵坑底，在裂隙水出井口处安装水流量计，监测记录泵出洞罐的水量；

对洞罐操作竖井口外部，安装数字气压计测量大气压力，精度须不低于20pa。操作竖井口外放空管上部放置双金属温度计(13)，测量空气压缩机出口的气体温度，精度须达到±1℃。在距操作竖井口较近的地面修建试验控制中心，安装水银温度计监测控制中心的温度，使其保持在20℃左右，所述温度计的精度须达到±0.1℃。各种仪器的线缆接到控制中心的信号采集和记录系统，与一台用于试验控制、数据存储和数据处理的电脑相连；

所有监测仪表的观测面应朝向竖井操作通道外，仪表的变送单元均安装在操作竖井口；

管线安装完成后，对施工巷道和操作竖井浇筑钢筋混凝土密封塞(9)；

步骤s4：对气密性检验过程中的物理量监测仪器及配套管线进行调试、检验，对库容-深度曲线图和洞库周围岩体渗透系数进行校核；测量大气压力和各洞罐的初始温度，此步骤中，先核实温度计、压力计运行良好，然后对现场管线注入带压气体和无菌淡水，开展气密、水压试验，在此过程中需保证管线无材质缺陷、与设备接触良好且运行正常；

分别从各洞罐操作竖井的放空管向泵坑和集水池内注入无菌淡水，记录注水流量并通过伺服水液位计(15)监测泵坑和集水池与洞室内水位，当水位线到达洞室底板以上30cm时停止注水，在此注水过程中，根据注水量-深度值校核库容-深度曲线图；

停止注水后，将各洞罐静置且时间不小于24h，并监测洞室水位变化，获得洞罐涌水量实测值；基于地下水渗流数值模拟软件，构建洞库周边较大范围的地下水渗流数值模型，所述地下水渗流数值模拟软件包括visualmodflow、feflow，以基于勘察阶段获得的岩体渗透系数和步骤s1获得的水位、水压监测结果作为初始条件和边界条件，获得洞罐涌水量计算值，经与洞罐涌水量实测值对比，对岩体渗透系数取值进行校核、调整。静置24h后，开启裂隙水泵、产品泵，使淡水从洞罐裂隙水管、产品出库管排出，确保裂隙水泵、产品泵等正常工作，实时监测泵坑和集水池的水位，检验液位报警器(14)的自动控制功能；

步骤s5：向施工巷道、水幕系统和各洞罐的操作竖井注入无菌淡水；注水速度应满足施工巷道和操作竖井每天的水位上升值不低于10m，直至水位达到设计地下水位为止；注水过程中，基于地下水渗流数值模拟软件开展洞周地下水渗流场模拟，并将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比，当注水液面高度达到洞室顶部以上25m并且监测孔水位、水压真实值与数值计算值基本一致时，便可以进行下一步；

步骤s6：将各洞罐进行编号，当所述多洞罐至少包括洞罐a(4)、洞罐b(5)时，首先使用空气压缩机(12)连续向洞罐a(4)内注入压缩空气，同时按照所述步骤s5的要求向其余的各洞罐注水，直至水位达到设计地下水位为止；

此过程中，每1h至少记录1次洞罐气体压力、操作竖井口的大气压力、空气压缩站出口的压缩空气温度、洞罐气体温度、地面试验控制中心温度、泵坑和集水池水位、泵出洞罐的水量、洞周裂隙水压力等，每1d至少记录2次水文监测孔、施工巷道和操作竖井的水位、水压等。整个洞罐a气密性检验过程中，尚未经过气密性检验通过的其它洞罐如洞罐b，则一直保持大气压力。注入压缩空气时，应满足以下要求：

(1)为降低洞罐内压缩气体的温度稳定时间，空气压缩机出口处设置临时空气冷却器使操作竖井口空气温度与洞罐岩壁温度差值不超过2℃；

(2)压缩空气注入速率应始终保持近匀速状态。考虑放空管最小直径处的温度和空气流速降低，压缩空气开始注入的0-48h内，压缩空气的注入速率应控制洞罐升压速率不超过30kpa/d；48h后，注入速率应控制洞罐升压速率不超过100kpa/d；注气终止时的洞罐气体相对压力，即洞罐气体绝对压力与竖井口大气压力之差pc(kpa)应为1.1pg+5，其中pg为储存温度下储品的饱和蒸汽压(kpa)；

(3)注入压缩空气期间，施工巷道和操作竖井的水位应比洞室顶部高出0.0102pc+25m，其中pc为洞罐气体相对压力(kpa)；

(4)将洞罐气体压力变化过程考虑为洞罐岩壁水压边界条件的变化，基于地下水渗流数值模拟软件开展注气过程中地下水渗流场模拟，并将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比，当真实值与计算值差别较大或监测孔水压、水位发生异常变化时，注气速率应降低，宜不超过40kpa/d；

步骤s7：当洞罐a内的气体相对压力pc(kpa)达到1.1pg+5，其中pg为储存温度下储品的饱和蒸汽压(kpa)，则停止注入压缩空气，洞罐a进入温度稳定阶段，此阶段持续4-5d；此过程中，每1h至少记录1次洞罐气体压力、操作竖井口的大气压力、洞罐气体温度、地面试验控制中心温度、泵坑和集水池水位、泵出洞罐的水量、裂隙水压力，每1d至少记录2次水文监测孔、施工巷道和操作竖井的水位、水压；

待洞罐a所有洞室的多点平均温度计读取的温度变化都不超过0.1℃/d时，且满足以下要求时，视为温度稳定阶段结束，可进入下一步：

(1)基于地下水渗流数值模拟软件开展温度稳定阶段的地下水渗流场模拟，并将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比，当真实值与计算值差别较大或监测孔水压、水位发生异常变化时，则温度稳定阶段的持续时间延长至15d以上，直至水文地质现象正常为止；

(2)如果操作竖井口测得的洞罐气体相对压力低于1.1pg，则需要增补注入压缩空气，并重新开始温度稳定阶段；

步骤s8：洞罐a的温度稳定阶段结束后，开始进入压力测试阶段，此阶段为持续保持洞罐a气体封闭状态100h以上，以确保有足够长时间监测洞罐内的任何气体压力波动；

此过程中，每1h至少记录1次洞罐气体压力、操作竖井口的大气压力、洞罐气体温度、地面试验控制中心温度、泵坑和集水池水位、泵出洞罐的水量、裂隙水压力，每1d记录两次水文监测孔、施工巷道和操作竖井的水位、水压；

基于地下水渗流数值模拟软件(如visualmodflow、feflow等)开展压力测试阶段的地下水渗流场模拟，并将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比，当真实值与计算值差别较大或监测孔水压、水位发生异常变化时，则压力测试阶段的持续时间延长至15d以上，直至水文地质现象正常为止。

步骤s9：由于气体温度变化、溶于岩体裂隙渗出水的空气损失、泵坑和集水池水位变化等因素，对压力测试阶段记录的数据，按照如下公式计算出洞罐气体相对压力修正值；

若压力测试阶段的第1组数据为初始状态，此时洞罐气体相对压力为pc1、竖井口大气压力为p1、洞罐容积为v1、洞罐气体总量为n1(mol)、温度为t，根据理想气体状态方程，则有：

(pc1+p1)v1＝n1rt(公式1)

对于其它的第n组数据，若其洞罐气体相对压力为pcn、竖井口大气压力为pn、洞罐容积为vn、洞罐气体总量为nn(mol)、温度为tn，则有：

(pcn+pn)vn＝nnrtn(公式2)

其中，

式中，δv为泵坑和集水池内水体积比初始状态的增加量，α为气体在水中的溶解度，wn为从初始状态到此时的累计抽水量，δt为洞罐气体温度相比初始温度的增加量。

将式(3)代入式(2)，可得：

(pcn+pn)(v1-δv)＝(n1-α(wn+δv))r(t+δt)(公式4)

经上述修正后，通过式(4)和式(1)，可获得与初始状态等同的洞罐气体相对压力的计算式，如下：

由上可得：

定义洞罐气体相对压力变化绝对值δn，为第n组数据测试时的与初始状态pc1的差值的绝对值，即有：

对于任意一组测试数据，若其对应的气体相对压力变化绝对值δn不超过50pa，即在监测仪器误差范围内，表明洞罐气密性良好，该洞罐气密性检验获得通过，可进入下一步；若δn超过50pa，则放空洞罐，对洞罐涌水部位进行增补注浆、确保水幕系统连通性良好且水压力稳定，并查明其它可能存在的气体泄漏通道并进行封堵处理，再重新开始上述检验全过程。

步骤s10：打开洞罐a放空管，使洞罐气体能沿其流出，通过产品进库管道向洞罐a内注水，驱替洞罐气体使其排出，当注水量达到洞罐容积98％时停止注水；将洞罐a排出的压缩空气经洞罐b操作竖井注入，对洞罐b重复上述步骤s6～s10，对其他洞罐的气密性检验依此类推。

所述检验方法程适用于2个及以上洞罐的大型地下水封洞库气密性检验，在此方法中，对于待检验的洞罐，其洞罐气体压力应始终保持在大气压力状态；在各洞罐注水排气的同时，可将上一个已检验通过的洞罐排出的压缩空气注入下一个待检验洞罐内以节省检验成本。

在气密性检验的监测仪器及配套管线调试阶段、注气加压阶段、温度稳定阶段和压力测试阶段，充分利用地下水渗流数值模拟软件开展地下水渗流场数值模拟，并通过与实际水文地质监测数据对比以校核水文地质参数、发现水文地质异常现象、动态调整气密性检验过程参数，以消除因偶然事件可能造成的数据误差较大、数据不实甚至无法读取的缺陷。

从步骤s6的注气加压至检验结束的过程中，洞罐内的水始终保持在泵坑和集水池内，洞罐底板不能留有水垫层；在步骤s4，向施工巷道、水幕系统和各洞罐的操作竖井注入无菌淡水阶段完成后，施工巷道和操作竖井中的水位须稳定在设计地下水位。

在步骤s7温度稳定阶段，若无法从洞罐内的多点平均温度计读取温度数值，应从液位报警器(14)的液位报警管处的多点平均温度计读取温度值，同时将温度稳定阶段的持续时间延长至15d以上。

本发明的优点在于：

(1)根据地下水封洞库的工程结构布置和地下水渗流场特征，详细阐述了水文地质监测系统和微震监测系统，为各洞罐气密性检验提供基础数据支撑。同时，基于地下水渗流数值模拟软件开展气密性检验过程中地下水渗流场动态仿真，将水文监测孔水位、水压计算值与真实值对比，揭示水文地质异常现象及岩体渗透系数特征，对注气速率、温度稳定阶段持续时间、压力测试阶段持续时间等关键的气密性检验参数进行动态调整。

(2)提出了气密性检验过程中压缩空气注入速率、注气期间施工巷道和竖井水位、注气终止时洞罐气体相对压力等关键变量在不同阶段的具体量值，提高了检验过程的安全性与检验结果的准确性。

(3)考虑了溶于岩体裂隙渗出的水、集水池和泵坑水位变化、气体温度变化三个修正因子，提出了正确的压力测试阶段的气体相对压力修正公式，克服了现有修正公式未考虑温度变化和推导错误的缺陷。

(4)提出了多个洞罐条件下的地下水封洞库气密性检验方法，突破了传统的单个洞罐气密验收试验的方法体系，更适应国家地下水封洞库大型化、多洞罐的发展趋势。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1为本发明方法流程图；

附图2为本发明实施例中温度监测点布置平面图；

附图3为本发明实施例中温度监测点布置立面图；

附图4为本发明实施例中操作竖井内仪表设备布置图；

附图5为本发明实施例中洞罐气体相对压力随时间变化图。

图中：1-水幕巷道；2-操作竖井；3-多点平均温度计；4-洞罐a；5-洞罐b；6-洞室；7-连接巷道；8-地面；9-钢筋混凝土密封塞；10-集水池；11-泵坑；12-空气压缩机；13-双金属温度计；14-液位报警器；15-伺服水液位计；16-水流量计；17-标准压力计；18-试验控制中心；19-裂隙水泵。

具体实施方式

如图1-5所示，一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法，多个洞罐均设有水幕系统的水幕巷道1和水幕孔，洞罐内的洞室6的存储空间之间设有连接巷道7；洞室处还设有操作竖井2；操作竖井下部设有泵坑11和集水池10；所述气密性检验方法包括以下步骤；

步骤s1：对各洞罐开展水文地质与微震监测网络布置；利用地质勘探孔作为水文地质监测孔，开展监测孔内包括水位、水压及降雨、潮汐在内的监测项目；同时在各洞罐水幕系统设置气密性检验期及洞库运营期水文地质监测网络和微震监测系统，以实现水幕孔水位监测、水压监测及微震信号监测，位于水幕系统的监测线缆通过水幕系统仪表井接至地表数据采集及控制系统；

步骤s2：对各洞罐进行清洗并绘制库容-深度曲线图；各洞罐在开挖支护、注浆堵水及底板铺砌完成后，为防止施工期废弃物污染储存的油气，采用净水将洞壁冲刷干净，及时排除污水并保证底板无积水；采用包括三维激光扫描仪在内的测量仪器对洞罐库容进行精细测量，绘制库容-高度曲线图，绘制时可以洞室底板为起算基准面，所述的洞罐库容为所有与洞室连通且可用于储存油气的空间的体积，包括洞室、连接巷道、泵坑、集水池；

步骤s3：对各洞罐进行气密性检验过程中关键物理量监测仪器及配套管线布置；对各洞罐的每条洞室均匀布置多点平均温度计，其精度须达到±0.1℃，其中温度计沿洞室轴线方向的横向间距为150-200m、沿洞室高度方向的纵向间距为5-9m。将标准压力计与操作竖井内压力测量管线相连以测量洞罐气体压力，其精度须不低于50pa；洞罐操作竖井内放空管顶部安装测压仪，测量放空管顶部气体压力，精度须不低于50pa；

操作竖井内安装液位报警管线，液位报警管内安装伺服水液位计测量泵坑和集水池内水液位，且在管壁安装多点平均温度计3以测量异常情况下的洞罐气体温度，其精度为±0.1℃；液位测量线连接专用伺服水液位计测量洞室内水液位；安装裂隙水管，将裂隙水泵放置在泵坑底，在裂隙水出井口处安装水流量计，监测记录泵出洞罐的水量；

对洞罐操作竖井口外部，安装数字气压计测量大气压力，精度须不低于20pa。操作竖井口外放空管上部放置双金属温度计13，测量空气压缩机出口的气体温度，精度须达到±1℃。在距操作竖井口较近的地面修建试验控制中心，安装水银温度计监测控制中心的温度，使其保持在20℃左右，所述温度计的精度须达到±0.1℃。各种仪器的线缆接到控制中心的信号采集和记录系统，与一台用于试验控制、数据存储和数据处理的电脑相连；

所有监测仪表的观测面应朝向竖井操作通道外，仪表的变送单元均安装在操作竖井口；

管线安装完成后，对施工巷道和操作竖井浇筑钢筋混凝土密封塞9；

步骤s4：对气密性检验过程中的物理量监测仪器及配套管线进行调试、检验，对库容-深度曲线图和洞库周围岩体渗透系数进行校核；测量大气压力和各洞罐的初始温度，此步骤中，先核实温度计、压力计运行良好，然后对现场管线注入带压气体和无菌淡水，开展气密、水压试验，在此过程中需保证管线无材质缺陷、与设备接触良好且运行正常；

分别从各洞罐操作竖井的放空管向泵坑和集水池内注入无菌淡水，记录注水流量并通过伺服水液位计15监测泵坑和集水池与洞室内水位，当水位线到达洞室底板以上30cm时停止注水，在此注水过程中，根据注水量-深度值校核库容-深度曲线图；

停止注水后，将各洞罐静置且时间不小于24h，并监测洞室水位变化，获得洞罐涌水量实测值；基于地下水渗流数值模拟软件，构建洞库周边较大范围的地下水渗流数值模型，所述地下水渗流数值模拟软件包括visualmodflow、feflow，以基于勘察阶段获得的岩体渗透系数和步骤s1获得的水位、水压监测结果作为初始条件和边界条件，获得洞罐涌水量计算值，经与洞罐涌水量实测值对比，对岩体渗透系数取值进行校核、调整。静置24h后，开启裂隙水泵、产品泵，使淡水从洞罐裂隙水管、产品出库管排出，确保裂隙水泵、产品泵等正常工作，实时监测泵坑和集水池的水位，检验液位报警器14的自动控制功能；

步骤s5：向施工巷道、水幕系统和各洞罐的操作竖井注入无菌淡水；注水速度应满足施工巷道和操作竖井每天的水位上升值不低于10m，直至水位达到设计地下水位为止；注水过程中，基于地下水渗流数值模拟软件开展洞周地下水渗流场模拟，并将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比，当注水液面高度达到洞室顶部以上25m并且监测孔水位、水压真实值与数值计算值基本一致时，便可以进行下一步；

步骤s6：将各洞罐进行编号，当所述多洞罐至少包括洞罐a4、洞罐b5时，首先使用空气压缩机12连续向洞罐a内注入压缩空气，同时按照所述步骤s5的要求向其余的各洞罐注水，直至水位达到设计地下水位为止；

此过程中，每1h至少记录1次洞罐气体压力、操作竖井口的大气压力、空气压缩站出口的压缩空气温度、洞罐气体温度、地面试验控制中心温度、泵坑和集水池水位、泵出洞罐的水量、洞周裂隙水压力等，每1d至少记录2次水文监测孔、施工巷道和操作竖井的水位、水压等。整个洞罐a气密性检验过程中，尚未经过气密性检验通过的其它洞罐如洞罐b，则一直保持大气压力。注入压缩空气时，应满足以下要求：

(1)为降低洞罐内压缩气体的温度稳定时间，空气压缩机出口处设置临时空气冷却器使操作竖井口空气温度与洞罐岩壁温度差值不超过2℃；

(2)压缩空气注入速率应始终保持近匀速状态。考虑放空管最小直径处的温度和空气流速降低，压缩空气开始注入的0-48h内，压缩空气的注入速率应控制洞罐升压速率不超过30kpa/d；48h后，注入速率应控制洞罐升压速率不超过100kpa/d；注气终止时的洞罐气体相对压力，即洞罐气体绝对压力与竖井口大气压力之差pc(kpa)应为1.1pg+5，其中pg为储存温度下储品的饱和蒸汽压(kpa)；

(3)注入压缩空气期间，施工巷道和操作竖井的水位应比洞室顶部高出0.0102pc+25m，其中pc为洞罐气体相对压力(kpa)；

(4)将洞罐气体压力变化过程考虑为洞罐岩壁水压边界条件的变化，基于地下水渗流数值模拟软件开展注气过程中地下水渗流场模拟，并将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比，当真实值与计算值差别较大或监测孔水压、水位发生异常变化时，注气速率应降低，宜不超过40kpa/d；

步骤s7：当洞罐a内的气体相对压力pc(kpa)达到1.1pg+5，其中pg为储存温度下储品的饱和蒸汽压(kpa)，则停止注入压缩空气，洞罐a进入温度稳定阶段，此阶段持续4-5d；此过程中，每1h至少记录1次洞罐气体压力、操作竖井口的大气压力、洞罐气体温度、地面试验控制中心温度、泵坑和集水池水位、泵出洞罐的水量、裂隙水压力，每1d至少记录2次水文监测孔、施工巷道和操作竖井的水位、水压；

待洞罐a所有洞室的多点平均温度计读取的温度变化都不超过0.1℃/d时，且满足以下要求时，视为温度稳定阶段结束，可进入下一步：

(1)基于地下水渗流数值模拟软件开展温度稳定阶段的地下水渗流场模拟，并将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比，当真实值与计算值差别较大或监测孔水压、水位发生异常变化时，则温度稳定阶段的持续时间延长至15d以上，直至水文地质现象正常为止；

(2)如果操作竖井口测得的洞罐气体相对压力低于1.1pg，则需要增补注入压缩空气，并重新开始温度稳定阶段；

步骤s8：洞罐a的温度稳定阶段结束后，开始进入压力测试阶段，此阶段为持续保持洞罐a气体封闭状态100h以上，以确保有足够长时间监测洞罐内的任何气体压力波动；

此过程中，每1h至少记录1次洞罐气体压力、操作竖井口的大气压力、洞罐气体温度、地面试验控制中心温度、泵坑和集水池水位、泵出洞罐的水量、裂隙水压力，每1d记录两次水文监测孔、施工巷道和操作竖井的水位、水压；

基于地下水渗流数值模拟软件(如visualmodflow、feflow等)开展压力测试阶段的地下水渗流场模拟，并将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比，当真实值与计算值差别较大或监测孔水压、水位发生异常变化时，则压力测试阶段的持续时间延长至15d以上，直至水文地质现象正常为止。

步骤s9：由于气体温度变化、溶于岩体裂隙渗出水的空气损失、泵坑和集水池水位变化等因素，对压力测试阶段记录的数据，按照如下公式计算出洞罐气体相对压力修正值；

若压力测试阶段的第1组数据为初始状态，此时洞罐气体相对压力为pc1、竖井口大气压力为p1、洞罐容积为v1、洞罐气体总量为n1(mol)、温度为t，根据理想气体状态方程，则有：

(pc1+p1)v1＝n1rt(公式1)

对于其它的第n组数据，若其洞罐气体相对压力为pcn、竖井口大气压力为pn、洞罐容积为vn、洞罐气体总量为nn(mol)、温度为tn，则有：

(pcn+pn)vn＝nnrtn(公式2)

其中，

式中，δv为泵坑和集水池内水体积比初始状态的增加量，α为气体在水中的溶解度，wn为从初始状态到此时的累计抽水量，δt为洞罐气体温度相比初始温度的增加量。

将式(3)代入式(2)，可得：

(pcn+pn)(v1-δv)＝(n1-α(wn+δv))r(t+δt)(公式4)

经上述修正后，通过式(4)和式(1)，可获得与初始状态等同的洞罐气体相对压力的计算式，如下：

由上可得：

定义洞罐气体相对压力变化绝对值δn，为第n组数据测试时的与初始状态pc1的差值的绝对值，即有：

对于任意一组测试数据，若其对应的气体相对压力变化绝对值δn不超过50pa，即在监测仪器误差范围内，表明洞罐气密性良好，该洞罐气密性检验获得通过，可进入下一步；若δn超过50pa，则放空洞罐，对洞罐涌水部位进行增补注浆、确保水幕系统连通性良好且水压力稳定，并查明其它可能存在的气体泄漏通道并进行封堵处理，再重新开始上述检验全过程。

步骤s10：打开洞罐a放空管，使洞罐气体能沿其流出，通过产品进库管道向洞罐a内注水，驱替洞罐气体使其排出，当注水量达到洞罐容积98％时停止注水；将洞罐a排出的压缩空气经洞罐b操作竖井注入，对洞罐b重复上述步骤s6～s10，对其他洞罐的气密性检验依此类推。

所述检验方法程适用于2个及以上洞罐的大型地下水封洞库气密性检验，在此方法中，对于待检验的洞罐，其洞罐气体压力应始终保持在大气压力状态；在各洞罐注水排气的同时，可将上一个已检验通过的洞罐排出的压缩空气注入下一个待检验洞罐内以节省检验成本。

在气密性检验的监测仪器及配套管线调试阶段、注气加压阶段、温度稳定阶段和压力测试阶段，充分利用地下水渗流数值模拟软件开展地下水渗流场数值模拟，并通过与实际水文地质监测数据对比以校核水文地质参数、发现水文地质异常现象、动态调整气密性检验过程参数，以消除因偶然事件可能造成的数据误差较大、数据不实甚至无法读取的缺陷。

从步骤s6的注气加压至检验结束的过程中，洞罐内的水始终保持在泵坑和集水池内，洞罐底板不能留有水垫层；在步骤s4，向施工巷道、水幕系统和各洞罐的操作竖井注入无菌淡水阶段完成后，施工巷道和操作竖井中的水位须稳定在设计地下水位。

在步骤s7温度稳定阶段，若无法从洞罐内的多点平均温度计读取温度数值，应从液位报警器(14)的液位报警管处的多点平均温度计读取温度值，同时将温度稳定阶段的持续时间延长至15d以上。

实施例：

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述。结合图1～5，本发明的具体实施方式包括如下步骤：

步骤s1：对各洞罐开展水文地质与微震监测网络布置。针对洞库工程地质条件，充分利用地质勘探孔作为水文地质监测孔，开展监测孔内包括水位、水压及降雨、潮汐在内的监测项目；同时在各洞罐水幕系统设置气密性检验期及洞库运营期水文地质监测网络和微震监测系统，包括水幕孔水位、水压及微震信号监测，位于水幕系统的监测线缆通过水幕系统仪表井接至地表数据采集及控制系统。

本实施例中，选取含两个洞罐的地下水封洞库工程，见图2，其包括2个液化丙烷洞罐(分别编号为洞罐a、洞罐b，库容各为60×10⁴m³)、8条洞室、2个操作竖井、9条水幕巷道，两个洞罐的洞室底板标高为-146m，洞室高度为26m、宽度为22m，同一洞罐的洞室净间距为44m，水幕系统包含水幕巷道和水幕孔，其中，水平水幕孔高程为-100m，覆盖整个洞罐且超出洞罐水平投影区域20m，垂直水幕孔最低高程为-166m。充分利用初勘和详勘阶段的地质勘探孔作为水文地质监测孔，本次共布设40个监测孔，孔内安装水位测量仪和压力计分别监测地下水位和水压；施工巷道和操作竖井内安装射频导纳液位计测量其中的自由水位面水位；在水幕孔和洞室之间布置裂隙水压力监测孔，安装压力传感器监测水幕周围的渗流场；在洞室围岩关键部位，纵向间距(相对洞室顶部)分别为15m、5m、-5m、-15m、-25m埋设渗压计以监测洞周裂隙水压力变化；在洞罐a和洞罐b布设单轴/三轴速度型微震传感器，其中6个单轴传感器、23个三轴传感器。

步骤s2：对各洞罐进行清洗并绘制库容-深度曲线图。各洞罐在开挖支护、注浆堵水及底板铺砌完成后，为防止施工期废弃物污染储存的油气，采用净水将洞壁冲刷干净，及时排除污水并保证底板无积水；采用包括三维激光扫描仪在内的测量仪器对洞罐库容进行精细测量，绘制库容-高度(从洞室底板起算)曲线图，本处所指的容积包括洞室、连接巷道、泵坑、集水池等所有与洞室连通且可用于储存油气的空间体积。

步骤s3：对各洞罐进行气密性检验过程中关键物理量监测仪器及配套管线布置。对各洞罐的每条洞室均匀布置多点平均温度计，其精度须达到±0.1℃，其中温度计的横向间距(沿洞室轴线方向)为150-200m、纵向间距(沿洞室高度方向)为5-8m。所有仪表的观测面朝向竖井操作通道外，仪表的变送单元均安装在竖井口。管线安装完成后，对施工巷道和操作竖井浇筑钢筋混凝土密封塞。

本实施例中，洞罐a、洞罐b布设的多点平均温度计的横向间距为160-200m，见图2，纵向间距从洞顶到底板依次为5m、8m、8m、5m，见图3，整个洞罐的温度计呈均匀布置状态；操作竖井中安装1条压力测量管线，试验控制中心标准压力计与洞罐压力测量线相连以测量洞罐气体压力，其精度为50pa；安装1条放空管，在放空管顶部安装测压仪，测量放空管顶部气体压力，精度为50pa，且在操作竖井口外部的放空管上安装双金属温度计，测量空气压缩机出口的气体温度，精度达到±1℃；安装1条液位报警管线，液位报警管内安装伺服水液位计测量泵坑和集水池内水液位，且在管壁安装3个多点平均温度计以测量异常情况下的洞罐气体温度，其精度为±0.1℃；安装1条液位测量管线，连接专用伺服水液位计测量洞室内水液位；安装2条裂隙水管，在裂隙水出井口处安装水流量计，监测记录泵出洞罐的水量。在洞罐竖井口外部，安装数字气压计测量大气压力，精度为20pa。在距操作竖井口30m处的地面修建试验控制中心，安装水银温度计监测控制中心的温度，使其保持在20℃左右，所述温度计的精度为±0.1℃。各种仪器的电缆接到控制中心的信号采集和记录系统，与一台用于试验控制、数据存储和数据处理的高配置电脑相连。仪表设备布置见图4。除此之外，洞罐的操作竖井内还需安装至少1条产品液位测量管线、1条丙烷进库管线、3条丙烷出库管线并分别连接相应的产品输送设备。

步骤s4：对气密性检验过程中关键物理量监测仪器及配套管线进行调试、检验，对库容-深度曲线图和洞库周围岩体渗透系数进行校核。

本实施例中，测量大气压力和各洞罐的初始温度，读取数字气压计初始大气压力读数p1为101.31kpa，测得洞室岩壁初始温度约为15℃。分别从各洞罐竖井的放空管向泵坑和集水池内注入无菌淡水，记录注水流量并通过伺服水液位计监测泵坑、集水池与洞室水位，当水位线到达洞室底板上30cm时停止注水，在此注水过程中，根据注水量-深度值校核库容-深度曲线图。校核无误后，停止注水，将各洞罐静置且时间不小于24h，并通过伺服水液位计监测洞室水位变化，获得洞罐a、b涌水量实测值分别为127.5m³/d、131m³/d；基于地下水渗流数值模拟软件visualmodflow，构建洞库周边1.5km范围的地下水渗流数值模型，基于勘察阶段获得的岩体渗透系数(在数值模型中对渗透系数进行分层、分区域赋值)和步骤s1获得的水位、水压监测结果(作为初始条件和边界条件)，获得洞罐a、b涌水量计算值分别为130.5m³/d、139.3m³/d，两者吻合程度较高，表明岩体渗透系数取值较准确。静置24h后，开启裂隙水泵、产品泵，使淡水从洞罐裂隙水管、产品出库管排出，通过液位报警线和液位测量线实时监测泵坑、集水池与洞室水位，检验液位报警器和自动控制功能正常。之后，继续开启裂隙水泵、产品泵，直至注入的无菌淡水和围岩渗出的水仅存在于泵坑及集水池，洞室底板无积水。

步骤s5：向施工巷道、水幕系统和各洞罐的操作竖井注入无菌淡水。

本实施例中，注水速度保持施工巷道和操作竖井内每天的水位上升值约为12m，直至水位达到设计地下水位为止。注水过程中，基于地下水渗流数值模拟软件visualmodflow开展洞周地下水渗流场模拟，并将水文地质监测孔水位、水压真实值与水位计算值进行对比，当注水液面高度达到洞室顶部以上25m，并且监测孔水位、水压真实值与数值计算值基本一致时，进行下一步。

步骤s6：首先使用空气压缩机连续向洞罐a内注入压缩空气，同时按照所述步骤s5的要求对各洞罐进行注水，直至水位达到设计地下水位为止。此过程中，洞罐b保持大气压力，空气压缩机出口处设置临时空气冷却器使操作竖井口空气温度与洞罐岩壁温度差值小于2℃。每1h至少记录1次洞罐气体压力、操作竖井口的大气压力、空气压缩站出口的压缩空气温度、洞罐气体温度、地面试验控制中心温度、泵坑和集水池水位、泵出洞罐的水量、裂隙水压力等，每1d至少记录2次水文监测孔、施工巷道和操作竖井的水位、水压等。

本实施例中，注入压缩空气时，洞罐内气体相对压力随时间变化图如图5所示，具体实施方式如下：

(1)压缩空气注入速率始终保持近匀速状态。压缩空气开始注入的0-48h内，压缩空气的注入速率控制洞罐升压速率为25kpa/d；48h后，注入速率控制洞罐升压速率为50kpa/d。

(2)注气终止时的洞罐气体相对压力(洞罐绝对压力与竖井口大气压力之差)pc(kpa)应为807.4kpa，即略高于1.1倍的15℃时的丙烷饱和蒸汽压802.4kpa。

(3)注入压缩空气期间的任意时刻，施工巷道和操作竖井的水位确保比洞室顶部至少高0.0102pc+25m，其中pc为洞罐气体相对压力(kpa)。

(4)将洞罐气体压力变化过程考虑为洞罐岩壁水压边界条件的变化，基于地下水渗流数值模拟软件visualmodflow开展注气过程中地下水渗流场模拟，获得的水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值差别不大且监测孔水压、水位正常。

步骤s7：洞罐a内的气体相对压力pc(kpa)达到807.4kpa时，停止注入压缩空气，洞罐a进入温度稳定阶段。此过程中，洞罐b保持大气压力，每1h至少记录1次洞罐气体压力、操作竖井口的大气压力、洞罐气体温度、地面试验控制中心温度、泵坑和集水池水位、泵出洞罐的水量、裂隙水压力等，每1d至少记录2次水文监测孔、施工巷道和操作竖井的水位、水压等。

本实施例中，操作竖井口测得的洞罐气体相对压力高于802.4kpa，不需要增补注入压缩空气。5d后，测得洞罐a所有洞室的多点平均温度计读取的温度变化都小于0.1℃/d，基于地下水渗流数值模拟软件visualmodflow开展温度稳定阶段的地下水渗流场模拟，将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比发现两者差别较小且监测孔水压、水位正常，可进入下一步。

步骤s8：洞罐a开始进入压力测试阶段，此阶段为持续保持洞库气体封闭状态110h。此过程中，洞罐b保持大气压力，每1h至少记录1次洞罐气体压力、操作竖井口的大气压力、洞罐气体温度、地面试验控制中心温度、泵坑和集水池水位、泵出洞罐的水量、裂隙水压力等，每1d至少记录2次水文监测孔、施工巷道和操作竖井的水位、水压等。基于地下水渗流数值模拟软件visualmodflow开展压力测试阶段的地下水渗流场模拟，并将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比，真实值与计算值差别较小且监测孔水压、水位正常，可进入下一步。

步骤s9：对压力测试阶段记录的数据，按照如下公式计算出洞罐气体相对压力修正值。

假定压力测试阶段的第1组数据为初始状态，此时洞罐气体相对压力为pc1、竖井口大气压力为p1、洞罐容积为v1、洞罐气体总量为n1(mol)、温度为t，根据理想气体状态方程，则有：

(pc1+p1)v1＝n1rt(1)

对于其它的第n组数据，若其洞罐气体相对压力为pcn、竖井口大气压力为pn、洞罐容积为vn、洞罐气体总量为nn(mol)、温度为tn，则有：

(pcn+pn)vn＝nnrtn(2)

其中，

式中，δv为泵坑和集水池内水体积比初始状态的增加量，α为气体在水中的溶解度，wn为从初始状态到此时的累计抽水量，δt为洞罐气体温度相比初始温度的增加量。

表1空气在水中的平衡溶解量α

将式(3)代入式(2)，可得：

(pcn+pn)(v1-δv)＝(n1-α(wn+δv))r(t+δt)(4)

经上述修正后，通过式(4)和式(1)，可获得与初始状态等同的洞罐气体相对压力的计算式，如下：

由上可得：

定义洞罐气体相对压力变化绝对值δn，为第n组数据测试时的与初始状态pc1的差值的绝对值，即有：

本实施例中，对洞罐a压力测试阶段的110组数据(每1h获得1组数据)按上述公式进行修正，获得任意时刻下气体相对压力变化绝对值δn均小于50pa，在仪器误差范围内，表明洞罐气密性良好，该洞罐气密性检验获得通过，进入下一步。

下面以第99组测试数据为例，简要说明计算过程，按照如下表2数据计算对应的气体相对压力变化绝对值δn为40pa。

表2洞罐a压力测试阶段第99组监测数据

步骤s10：打开洞罐a放空管，通过产品进库管道向洞罐a内注水，驱替洞罐气体通过放空管排出，当注水量达到洞罐容积98％时停止注水。将洞罐a排出的压缩空气经洞罐b操作竖井注入，对洞罐b重复上述步骤s6～s10，进行气密性检验。

实施例中的1d表示一天，1h表示一小时。