水文地質條件工程地質分區在工程中的應用

近年來, 隧道涌水等工程地質問題一直是隧道的勘察設計與施工中一個主要工程地質問題, 也是隧道施工過程主要的工程地質風險之一, 如果能在選線過程查明水文地質條件, 提前有效識別風險, 提出針對性的處理措施, 就能降低甚至規避施工、運營過程中的風險, 減少和免除這類地質災害帶來的損失。為了在選線階段就較為系統、有效地認識并查明水文地質條件,做好水文地質條件的工程地質分區成為隧道選址區內一個十分重要的條件。

　　山西中南部鐵路通道某地段位于山西省長治市與臨汾市的交界處, 地處沁水塊坳主體沾尚—武鄉—陽城北北東向褶皺帶, 該段工程地質條件與水文地質條件復雜, 工程地質問題突出。本文通過工程和水文地質條件對該地區的工程地質分區進行了初步探討。

　　1　地質概況

　　1.1　地形地貌

　　隧道選址區西起太岳山前緣翹凹, 東止沁水塊坳主體沾尚—武鄉—陽城北北東向褶皺帶, 跨越沁河與漳河分水嶺———安泰山及黑虎嶺[ 1] , 地勢起伏較大,地面高程1 034.2 ～ 1 559.2 m, 相對高差約210 m。

　　1.2　地層巖性

　　該區域主要出露地層為二疊系上統石千峰組:

　　(P2sh)泥巖夾砂巖, 以磚紅色泥巖為主, 局部間夾薄層淡水灰巖, 底部為灰白、黃綠色含礫中粗粒砂巖, 巖質較軟巖體受干濕影響崩解明顯, 具弱膨脹性。三疊系下統劉家溝組(T1l):淺紫紅—淡紫色中薄層夾中厚層.

　　狀中細粒長石砂巖、長石石英砂巖, 層間夾少量紫紅色砂質泥巖、薄層泥礫巖, 區域地層厚度約338.3 ～442.50 m;泥質巖石以砂質泥巖為主, 石膏層質軟, 以薄夾層的形式存在。三疊系和尚溝組(T1h):青灰色、

　　紫紅色, 強—弱風化長石砂巖、泥質砂巖、泥巖互層, 巖體呈中厚層狀結構, 屬軟—較軟巖, 區域厚164.0 ～264 m。三疊系二馬營組(T2er):灰綠及黃綠色長石砂巖夾紫紅色、暗紫色泥巖、砂質泥巖, 區域厚470 ～660 m。以及第四系下更新統(Q1 )圓礫土, 卵石土與褐紅色粉質黏土、粉土、黏性土;第四系中更新統(Q2 )棕紅色及黃褐色粉質黏土、粉土, 夾有薄層粉細砂或圓礫土層;第四系上更新統(Q3 )黃褐色及灰色粉質黏土、粉土, 局部夾有粉細砂或圓礫土層, 局部地表覆蓋有人工填土;第四系全新統(Q4)粉土、圓礫土, 主要分布于河谷及溝谷地段與山間盆地附近。

　　1.3　氣象特征

　　線路通過地區屬中溫帶干旱、半干旱氣候區。以寒冷干燥, 大陸型氣候為特征。晝夜溫差變化較大, 表現為降雨量少, 蒸發量大, 空氣干燥, 春秋季節多風, 夏季短促而炎熱, 冬季漫長且嚴寒。平均氣溫9.9 ℃, 氣溫38.7 ℃, 氣溫-12.6 ℃, 月平均氣溫-6.1 ℃;年平均降水量465.8 ～ 509.1 mm,年平均蒸發量1 506.3 mm;瞬時風速13.7 m/s, 主導風向南風;土壤冰凍期從當年10 月下旬到次年的3月下旬, 季節凍土深度75 cm。

　　1.4　地震動參數

　　據調查, 有史記載以來隧址區域范圍內共發生兩次5級地震, 未發生過5級以上強烈地震, 地震活動較弱, 屬新構造活動相對穩定的構造區塊。根據《中國地震動峰值加速度區劃圖》(GB18306— 2001), 隧址區地震動峰值加速度為0.10g;相應的地震基本烈度為Ⅶ 度;地震動反映譜特征周期0.40 s。

　　1.5　水文地質概況

　　場地區為燕山期造山運動所形成的沁水塊坳。

　　該地區的主要特征為J、K地層缺失, 出現了第四系與T、P直接相接的不整合接觸關系。第四系覆蓋層主要分布于溝谷地段與山間盆地。由于沁河與漳河分水嶺———安泰山及黑虎嶺的影響, 第1條水文地質界線為第四系與T、P的不整合接觸線, 在低山丘陵區第四系覆蓋層與下伏基巖均為相對隔水層, 降雨以地表徑流的方式流入山谷和山間盆地。在山間盆地區, 第四系覆蓋層為透水層, 下伏T1h的砂巖為含水層, T1h泥巖為相對隔水層, 地下水以地下徑流的方式通過該山間盆地區, 由西向東、由北向南匯入附近河流。通過調查也發現, 形成的泉都集中分布在該界線附近。

　　第2條分界線為T1l與P2sh的整合接觸線, T1l砂巖裂隙發育, 透水性較強, 且根據區域水文資料描述, 該建筑場地區內砂巖的持水性較好, 地下水的滯后效應明顯, 給水度0.000 8 <μ<0.003, 滲透系數K>35 m/d。

　　P2sh的厚層泥巖為區域上標志性隔水層, 由于相對隔水與透水的情況, 地下水相對富集。這點在現場勘察查的過程中得到證實。

　　2　工程地質分區的劃定

　　現場的工程地質鉆探成果表明, 不同地貌單元與不同地質構造單元的水文地質條件截然不同[ 5] 。決定場地水文地質條件的關鍵因素為場地的地貌特征與場地的工程地質條件, 根據地層巖性特征與地質構造特征將該場地區分為三個工程地質區:(1)低山丘陵工程地質區為(Ⅰ)區;(2)階地與河漫灘工程地質區為(Ⅱ)區;(3)山間盆地工程地質區為(Ⅲ)區;其分布見圖1。

　　3　各分區的工程地質特征與水文地質條件

　　3.1　低山丘陵工程地質區(Ⅰ )區

　　該區揭示地層主要為第四系殘積粉質黏土, 厚度為3 ～ 6 m, 滲透系數K(經驗系數)約為0.008 m/d;三疊系中統二馬營組砂巖夾泥巖滲透系數K(經驗系數)約為23 m/d;三疊系下統和尚溝組砂泥巖滲透系數K(經驗系數)約為18 m/d, 泥巖K(經驗系數)約為0.004 m/d;三疊系下統劉家溝組砂巖滲透系數K約為42 m/d, 泥巖K(經驗系數)約為0.004 m/d。

　　本區表層均有較薄的第四系粉質黏土覆蓋, 其透水性較差, 且多為山地地貌, 山體坡度為20°～ 60°, 有較好的地表水排水條件。工程地質勘探的結果表明,地下水埋深都大于300 m。該區砂巖工程地質條件較好, 為良好的天然持力層, 且地下水富集的可能性較低, 為隧道工程以及其他地下建筑工程提供了良好的地質條件;該區內存在地表徑流的作用, 地表存在較多靜水壓力和動水壓力集中帶, 為不良地質提供了有利條件, 且由于地貌條件的限制, 在該區進行地表工程建設存在一定地質風險。

　　3.2　階地與河漫灘工程地質區(Ⅱ )區

　　如圖2所示, 該區揭露地層主要為第四系沖洪積粉質黏土, 厚度為2 ～ 8 m, 滲透系數K(經驗系數)約為0.008 m/d;第四系沖洪積圓礫土厚度為4 ～ 9 m, 滲透系數K(經驗系數)約為80 m/d;第四系沖洪積卵石土厚度為3 ～ 5 m, 滲透系數K(經驗系數)約為150 m/d;三疊系下統和尚溝組砂巖滲透系數K(經驗系數)約為25 m/d, 泥巖K(經驗系數)約為0.004 m/d;三疊系下統劉家溝組砂巖夾泥巖滲透系數K約為42 m/d,泥巖K(經驗系數)約為0.004 m/d。

　　本區由于為河流作用形成地貌河谷地貌, 局部存在第四系含水層, 且地形相對平緩, 有較好的儲水條件, 但由于含水層多被隔水層切割, 未能形成地下連續徑流。工程地質勘探結果表明, 該地區的地下水成不連續分布, 且埋深也出現較大的差異, 地下水位高差為5 ～ 45 m。該區地層多為第四覆蓋層, 工程地質條件較差, 且局部存在地下水富集的可能性。由于該區的地下儲存條件存在離散性, 因此地下水的分布和量級關系也是非線性的, 增加了勘察設計過程的不確定性。

　　同時, 對于地下工程建筑來說, 第四系覆蓋層的工程地質條件差[ 4] , 建議地下工程對該區進行繞避。該區第四系覆蓋層中的卵礫石層為良好的天然持力層, 且為良好的含水層, 為人為用水提供了水文地質條件, 同時山谷間的堆積物與當地降雨量不具備發育泥石流的條件, 為民用建筑等工程建設提供了良好的地質條件。

　　3.3　山間盆地工程地質區(Ⅲ )區

　　如圖3所示, 該區揭露地層主要為第四系沖洪積粉質黏土, 厚度為3 ～ 5 m, 滲透系數K(經驗系數)約為0.008 m/d[ 2] ;第四系沖洪積圓礫土厚度為5 ～ 10m, 滲透系數K(經驗系數)約為80 m/d;第四系沖洪積, 卵石土厚度為3 ～ 5 m, 滲透系數K(經驗系數)約為150 m/d;三疊系下統和尚溝組砂泥巖互層滲透系數K(經驗系數)約為18 m/d, 泥巖K(經驗系數)約為0.004 m/d[ 1] 。

　　山間盆地發育有濁漳河南源源頭, 源于泉水(泉上為靈湫廟)[ 1] 。源頭泉水出露于圪洞溝溝口—發鳩山背斜東翼的單斜構造與房頭廟正斷裂交匯處;房頭廟正斷裂西傾, 為大傾角正斷層, 含水介質為砂巖、砂巖風化裂隙發育帶、構造破碎帶, 被泥巖分隔形成多層含水系統。地下水流向由西向東、由北向南。東邊界沿斷層形成強徑流帶, 沿北東向斷層帶通向泉口集中涌出, 為“順置式”地下水系統, 屬斷層溢流泉。濁漳河的漳水南源古為長子縣舊八景之一, 稱“濁源瀉碧”, 河水從山腳下流出, 一片碧綠, 湍流直瀉, 西流東往, 老泉口石現已不出水, 南源為廟前一口井, 附近泉水總量0.82 L/s, 水位高程1 046 m, 該井為石哲鄉濁漳河兩岸村莊的主要飲用水源, 廟后發鳩山脈泉水不發育。

　　通過對水文地質勘探與水文地質資料的分析, 鑒于該山間盆地的地下水活動高程主要在場地第1條水文地質界線與第二條水文地質界線附近(見圖4、圖5)。水文地質勘探結果表明, 水文地質界線附近存在地下強徑流, 建議工程活動如隧道、高層建筑等需要進行大型施工開挖的工程應對該區進行繞避。若由于其他原因必須在該區進行工程活動, 建議控制開挖深度,且需要進行防水措施, 避免增加工程的地質風險和對當地水文資源的破壞, 若在該區進行隧道工程的建設,建議加大埋深, 埋深以第二條水文地質界線以上100 m為下限。

　　4　結論

　　(1)該建筑場地地處沁水塊坳主體沾尚—武鄉—陽城北北東向褶皺帶, 地形總體由西北至東南呈現出中間低、兩頭高的變化特點。在漫長的地質發展過程中, 本區經歷了多次造山運動和海進海退的地質旋回,使區內地質構造復雜。因此, 根據場地的水文地質條件的差異, 把場地分為(1)低山丘陵工程地質區(Ⅰ )區;(2)階地與河漫灘工程地質區(Ⅱ )區;(3)山間盆地工程地質區(Ⅲ )區;是比較合理的, 具有較強的可操作性。

　　(2)不同分區的水文地質條件的控制因素不同,且各有特點, 對工程的影響也呈現出各異性。明確掌握各工程地質分區的特點, 對預防工程地質問題的發生具有一定的指導意義, 為鐵路選線提供可靠的依據。

　　(3)通過對復雜工程地質條件下工程地質分區的探討、分析, 能更加有效、科學地認識水文地質條件, 預測工程施工中可能出現的地下水條件導致的問題, 從而規避鐵路施工、運營過程中的風險, 實現鐵路工程在安全、穩定的前提下進行建設, 提高工程經濟性與合理性。

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RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

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RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

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2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究 

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究 

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6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

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【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度： 正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分  辨 率： 0.1℃

4、采樣點數： 小于128

5、巡檢周期： 小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長： 小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年 

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度： 小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1． 使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

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地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

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   為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
   傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

    北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守?？蓪岜孟到y的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

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4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

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析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

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地熱管理系統（geothermal management system）是為實現地熱資源的可持續開發而建立的管理系統。

我司深井地熱監測產品系列介紹：

1.0-1000米單點溫度檢測（普通表和存儲表）／0-3000米單點溫度檢測（普通顯示，只能顯示溫度，沒有存儲分析軟件功能）

2.0-1000米淺層地溫能監測/高精度遠程地溫監測系統（采集器采用低功耗、攜帶方便；物聯網NB無線傳輸至WEB端B/S架構網絡；單總線結構，可擴展256個點；進口18B20高精度傳感器，在10-85度范圍內，精度在0.1-0.2度）

3. 4.0-10000米分布式多點深層地溫監測（采用分布式光纖測溫系統細分兩大類：1.井筒測試 2.井壁測試）

4.0-2000米NB型液位／溫度一體式自動監測系統（同時監測溫度和液位兩個參數，MAX耐溫125攝氏度）

5.0-7000米全景型耐高溫測溫成像一體井下電視（同時監測溫度和視頻圖片等）

6. 微功耗采集系統／遙控終端機——地熱資源監測系統／地熱管理系統（可在換熱站同時監測溫度／流量／水位／泵內溫度／壓力／能耗等多參數內容，可實現物聯網遠程監控，24小時無人值守）

有此類深井地溫項目，歡迎新老客戶朋友垂詢！北京鴻鷗成運儀器設備有限公司

關鍵詞：地熱井分布式光纖測溫監測系統／分布式光纖測溫系統／深井測溫儀／深水測溫儀／地溫監測系統／深井地溫監測系統／地熱井井壁分布式光纖測溫方案／光纖測溫系統／深孔分布式光纖溫度監測系統/深井探測儀/測井儀/水位監測/水位動態監測/地下水動態監測/地熱井動態監測/高溫水位監測/水資源實時在線監控系統/水資源實時監控系統軟件/水資源實時監控/高溫液位監測/壓力式高溫地熱地下水水位計/溫泉液位測量/涌井液位測量監測/高溫涌井監測水位計方案/地熱井水溫水位測量監測系統/地下溫泉怎么監測水位/ 深井水位計/投入式液位變送器 /進口擴散硅/差壓變送器/地源熱泵能耗監控測溫系統/地源熱泵能耗監測自動管理系統/地源熱泵溫度遠程無線監控系統/地源熱泵能耗地溫遠程監測監控系統/建筑能耗監測系統