我国分布有大面积季节冻土以及多年冻土区域,冻土区开展道路管线、基建工程建设时,土体冻胀融沉会对构筑物安全产生影响,同时地质科研工作也需要持续掌握地层内部温度动态,**冻土层监测**依靠钻孔埋设多点测温装置,获取地下不同深度的连续地温数据,用来分析冻土层热状态变化规律。北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的岩土地质冻土深井温度监测系统,面向冻土科研、寒区工程地质观测场景,完成地层深部温度长期原位采集工作。
冻土层监测工作开展时,需要在监测站点施工观测钻孔,将集成多个数字温度传感器的测温线缆下放至钻孔内部,按照项目需求,在地下不同深度位置布置测点,部分监测场景钻孔深度可达数百米。地下一定深度的地层,基本不会受到地表昼夜、四季气温波动干扰,这里采集的温度变化,更能够反映地层本身的热状态。通过对比不同深度测点温度梯度变化,可以区分地表温度异常是大气环境带来,还是地下地层活动引发,如果从上至下各层温差逐步减小,热源来自大气;如果从上至下温差逐步增大,则热源来自地下深部,该判断逻辑可以给地质相关研究提供实测参考依据。
整套监测硬件由多点测温线缆、地面温度采集器、通讯单元组成。测温线缆内部集成数字传感器,做好抗拉、防水、耐压封装,适应钻孔内部潮湿、低温的地质环境。采集单元可以选用无线传输模式,不需要铺设大量信号线缆,方便野外站点布置。部分监测点位地处偏僻,没有市电接入,设备采用低功耗工作模式,依靠电池完成供电,设备只有采集时段唤醒工作,其余时间休眠,以此拉长设备现场服役周期,减少去往野外站点更换电源的频次。
钻孔施工和传感器下放环节需要注意保护线缆,下放完毕之后选用适配回填材料完成封孔,孔口做好密封处理,防止雨水、融雪水顺着钻孔缝隙流入,避免水体扰动地层原有热状态,保障采集数据真实性。系统可以自定义采集时间间隔,持续存储每一个深度点位温度,历史数据支持导出,形成长时间序列监测档案。
冻土层监测积累的地温数据,一方面服务寒区工程项目,辅助研判冻土层冻融发展情况,给路基、管线等构筑物设计、运维提供实测依据;另一方面也用于地质相关研究,长期持续记录地层温度变化,积累观测数据集。系统除冻土观测以外,相同硬件架构也可以拓展用于地震地质相关地温观测任务,在监测网络布设的时候,可以依据区域人口疏密程度,调整监测站点布设密度,搭建区域化的地下温度观测网络。日常运维阶段,需要定期前往野外站点检查孔口密封状态、设备电量以及线缆外观,及时处理破损故障,保障冻土层监测可以稳定不间断运行。