王曉睿，孫國(guó)濤，高銀鴻，原 超

（大連地震臺(tái)，遼寧 大連 116021）

0 引言

針對(duì)大連地震臺(tái)瓦房店地磁臺(tái)三面臨山，每年春季周邊易發(fā)生山體火災(zāi)，考慮到地磁記錄室采用的建筑材料大多是易燃的木質(zhì)材料，結(jié)合消防部門(mén)意見(jiàn)和大連臺(tái)幾年來(lái)總結(jié)的防火經(jīng)驗(yàn)，提出了消防優(yōu)化改造計(jì)劃，整個(gè)改造項(xiàng)目包括：消防通道工程、地下蓄水池工程和消防補(bǔ)水系統(tǒng)。其中蓄水池的分布情況如圖1所示。

由于地磁儀器對(duì)觀測(cè)環(huán)境的特殊要求，需要保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。整個(gè)改造項(xiàng)目，除了要求符合一系列建筑施工的安全、質(zhì)量、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)外，對(duì)地磁臺(tái)站的地磁場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響也是要考慮的因素。為了避免造成長(zhǎng)期的影響，對(duì)于材料選擇、建筑物距離等問(wèn)題都需要有細(xì)致的檢測(cè)和計(jì)算。

圖1 大連地震臺(tái)消防池布局平面圖示意圖Fig.1 The plane layout of the fire pool of Dalian Seismic Station

1 干擾分析以及應(yīng)對(duì)方案

1.1 干擾分析

整體施工過(guò)程中，車(chē)輛等不可避免會(huì)對(duì)地磁測(cè)量產(chǎn)生干擾，除了這部分暫時(shí)的影響外，更重要的是必須排除施工完整后整個(gè)新增建筑設(shè)備對(duì)地磁觀測(cè)環(huán)境產(chǎn)生的永久性干擾。

1.2 應(yīng)對(duì)方案

針對(duì)以上提出的干擾問(wèn)題，做出如下對(duì)應(yīng)方案。

1.2.1 盡量減少施工過(guò)程干擾

在整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)期間，我臺(tái)對(duì)進(jìn)場(chǎng)車(chē)輛進(jìn)行嚴(yán)格管理，要求機(jī)械設(shè)備停放位置最大限度遠(yuǎn)離地磁觀測(cè)儀器室，即便是路面施工期間，也要嚴(yán)格要求施工單位做好施工組織安排，務(wù)必在最短時(shí)間內(nèi)完成儀器室周邊的施工內(nèi)容，最大程度保證地磁觀測(cè)的正常進(jìn)行。

在工程監(jiān)理、施工單位和大連臺(tái)實(shí)施小組成員的共同努力下，我臺(tái)優(yōu)化改造工程嚴(yán)格按照?qǐng)D紙施工，各項(xiàng)工程的質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1.2.2 規(guī)避長(zhǎng)期不可恢復(fù)性干擾

使用對(duì)場(chǎng)地主磁場(chǎng)無(wú)干擾的無(wú)磁性建筑主材磁，必須使用的含有磁性的主材鋼筋則需要進(jìn)一步的磁性檢測(cè)。同時(shí)，根據(jù)消防需求的蓄水池容量確定好鋼筋用量后，通過(guò)《地震臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《地震臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境技術(shù)要求》（GB／T 19531.2-2004）第2部分：電磁觀測(cè)，計(jì)算建筑物與儀器的最小安全距離。具體計(jì)算詳見(jiàn)正文第二部分：主材檢測(cè)與建筑距離確認(rèn)。

2 主材檢測(cè)與建筑距離（規(guī)模）確認(rèn)

2.1 水泥、沙子、石子三種建筑主材的磁性檢測(cè)

2.1.1 檢測(cè)方法

對(duì)已選定并入場(chǎng)的建筑主材水泥、沙子、石子進(jìn)行取樣檢測(cè)磁性。分別隨機(jī)取樣各5kg，采用G856-297核旋磁力儀，對(duì)主材樣品的磁性進(jìn)行檢測(cè)。首先將探頭位置固定，將樣品材料遠(yuǎn)離探頭，此時(shí)測(cè)量地磁場(chǎng)總強(qiáng)度（以下簡(jiǎn)稱地磁場(chǎng)），然后將樣品材料無(wú)限靠近探頭，測(cè)量地磁場(chǎng)，反復(fù)兩次，記錄測(cè)量值。

2.1.2 檢測(cè)結(jié)果

數(shù)據(jù)如表1所示：

表1 各種主材磁性檢測(cè)數(shù)據(jù)

2.1.3 數(shù)據(jù)分析

取樣樣品接近儀器探頭時(shí)儀器讀數(shù)（磁場(chǎng)強(qiáng)度F）變化均小于1nT，讀數(shù)變化并非材料影響，屬于磁場(chǎng)正常變化，因此取樣樣品不含磁性物質(zhì)。消防通道建設(shè)后，水泥、沙子及石子材料本身不會(huì)對(duì)地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)造成影響，用量亦不受限制。

2.2 鋼筋材料的用量和建筑距離確定

排除水泥、沙子及石子的干擾后，需進(jìn)一步對(duì)含有鐵磁性物質(zhì)的鋼筋進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算確定。

2.2.1 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《地震臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境技術(shù)要求》（GB／T 19531.2-2004）地磁場(chǎng)觀測(cè)環(huán)境的技術(shù)指標(biāo)：“靜態(tài)磁騷擾強(qiáng)度應(yīng)不大于0.5nT?！睂?duì)含鐵磁性材料的建筑物或構(gòu)筑物其幾何中心與地磁觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)儀器的最小距離計(jì)算。含鐵磁性材料的建筑物或構(gòu)筑物其幾何中心與地磁觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)儀器的最小距離s,應(yīng)滿足下面公式:

式中△B—鐵磁性物體產(chǎn)生的騷擾磁場(chǎng)強(qiáng)度，單位為納特（nT）；

M—鐵磁性物體的質(zhì)量，單位為千克（kg）；

κ—鐵磁性物體的磁化率，無(wú)量綱；

B0—外磁場(chǎng)強(qiáng)度，即當(dāng)?shù)氐卮趴倧?qiáng)度F，單位為納特（nT）；

d—鐵磁性物體的密度，單位為千克每立方米（kg/m3）；

s—鐵磁性物體幾何中心與地磁觀測(cè)點(diǎn)間的距離，單位為米（m）；

N—鐵磁性物體的退磁因子，無(wú)量綱。

2.2.2 確定安全距離

在工程設(shè)計(jì)上，我臺(tái)采取以下措施減少鋼材用量，以達(dá)到既不影響地磁觀測(cè)環(huán)境，又能確保工程質(zhì)量的目的，具體措施如下：

(1)加大蓄水池底板混凝土厚度，減少底板鋼筋量；

(2)在蓄水池內(nèi)部增加承重墻，使蓄水池既不影響蓄水量又通過(guò)增加支撐力減少頂層蓋板鋼筋量。

通過(guò)以上兩項(xiàng)措施，工程設(shè)計(jì)建筑50m3蓄水池三個(gè)，每個(gè)蓄水池鋼筋量約為0.68t，現(xiàn)采用的鋼筋中鐵磁性物體密度為17.3832t/m3，本地穩(wěn)定地磁強(qiáng)度平均值為53345.0nT，退磁因子為0，根據(jù)數(shù)據(jù)：M=680kg、κ=1000、B0=53445nT、π=3.1415、d=17383.2kg/m3、N=0、△B=0.5nT;按照公式（1）計(jì)算：蓄水池距地磁觀測(cè)儀器最小距離為110m。

我臺(tái)在三個(gè)蓄水池?cái)[放位置中（水池編號(hào)及距觀測(cè)儀器位置情況詳見(jiàn)圖1），其中1號(hào)水池距地磁觀測(cè)儀器215m，2號(hào)水池距地磁觀測(cè)儀器105m，3號(hào)水池距地磁觀測(cè)儀器120m。由于2號(hào)池未能滿足計(jì)算結(jié)果的要求，更改設(shè)計(jì)將50m3的蓄水量容量變更為40m3，通過(guò)減少該蓄水池10m3容量的方式減少鋼筋量到0.54t，計(jì)算得出安全距離為102m，進(jìn)而保證不影響地磁觀測(cè)。

3 防火建筑物對(duì)地磁觀測(cè)環(huán)境的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)影響

消防優(yōu)化改造竣工后，通過(guò)靜態(tài)（消防系統(tǒng)水泵未運(yùn)行狀態(tài)下）和動(dòng)態(tài)（消防系統(tǒng)水泵全運(yùn)行狀態(tài)）的驗(yàn)證，進(jìn)一步確認(rèn)新增建筑物對(duì)地磁觀測(cè)環(huán)境無(wú)影響。

3.1 靜態(tài)驗(yàn)證

表2 場(chǎng)地地磁場(chǎng)梯度對(duì)比數(shù)據(jù)儀器室至1號(hào)蓄水池

3.1.1 測(cè)量方法

在防火系統(tǒng)不運(yùn)行（水泵完全不運(yùn)行）的情況下，使用G856-297核旋磁力儀，從儀器室出發(fā)到蓄水池結(jié)束，每5m測(cè)量一組地磁強(qiáng)度F值（共3個(gè)值），求平均值并與相同時(shí)間儀器室記錄儀器FHDZ-M15記錄值作為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行通化，并將計(jì)算結(jié)果同未施工前臺(tái)站的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析；其中測(cè)量探頭距地面1.8m，記錄室儀器探頭距離地面-7m。

3.1.2 測(cè)量計(jì)算結(jié)果

測(cè)量結(jié)果匯總?cè)绫?所示，其中距離指測(cè)量?jī)x器G856-297核旋磁力儀的探頭距儀器室的距離。

（1）1號(hào)消防池與儀器室間場(chǎng)地地磁場(chǎng)梯度對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2、圖2。

（2）2號(hào)消防池與儀器室間場(chǎng)地地磁場(chǎng)梯度對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3、圖3。

3號(hào)消防池與儀器室間場(chǎng)地地磁場(chǎng)梯度對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表4、圖4。

3.1.3 數(shù)據(jù)分析

在防火系統(tǒng)不運(yùn)行（水泵完全不運(yùn)行）的情況下，排除磁場(chǎng)正常自然變化，距離儀器室≤100m時(shí)1號(hào)消防池對(duì)其不產(chǎn)生影響，距儀器室≤40m時(shí)2號(hào)消防池對(duì)其不產(chǎn)生影響，距儀器室≤50m時(shí)3號(hào)消防池對(duì)其不產(chǎn)生影響；防火消防池周?chē)?0m范圍內(nèi)對(duì)地磁場(chǎng)的影響非常明顯；故本次消防改造項(xiàng)目，新增建筑物對(duì)地磁觀測(cè)場(chǎng)地的環(huán)境沒(méi)有影響。

圖2 儀器室至1號(hào)蓄水池場(chǎng)地梯度對(duì)比Fig.2 Magnetic gradient comparison from instrument room to No. 1 impounding reservoir

圖3 儀器室至2號(hào)蓄水池場(chǎng)地梯度對(duì)比Fig.3 Magnetic gradient comparison from instrument room to No. 2 impounding reservior

表3 場(chǎng)地地磁場(chǎng)梯度對(duì)比數(shù)據(jù)儀器室至2號(hào)蓄水池

表4 場(chǎng)地地磁場(chǎng)梯度對(duì)比數(shù)據(jù)儀器室至3號(hào)蓄水池

圖4 儀器室至3號(hào)蓄水池場(chǎng)地梯度對(duì)比Fig.4 Magnetic gradient comparison from instrument room to No. 3 impounding reservior

3.2 動(dòng)態(tài)驗(yàn)證

3.2.1 測(cè)試方法

在磁場(chǎng)靜日變化情況下，進(jìn)行了防火系統(tǒng)供水系統(tǒng)動(dòng)態(tài)（水泵完全運(yùn)行狀態(tài)）對(duì)地磁觀測(cè)影響的測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容如下：水泵完全運(yùn)行十分鐘，然后停止運(yùn)行十分鐘，反復(fù)三次，并監(jiān)測(cè)同時(shí)間段下，儀器室記錄儀器FHDZ-M15記錄下的垂直分量（Z）相對(duì)值，對(duì)連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.2.2 測(cè)量結(jié)果

試驗(yàn)階段儀器室儀器記錄的垂直分量（Z）相對(duì)值如圖5-10所示。

3.2.3 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)防火系統(tǒng)完全運(yùn)行狀態(tài)與正常非運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)反復(fù)測(cè)試，從地磁儀器記錄的數(shù)據(jù)圖像來(lái)看，數(shù)據(jù)連續(xù)性好，曲線趨勢(shì)穩(wěn)定，未有臺(tái)階、漂移等干擾跡象。

圖5 第一次運(yùn)行前十分鐘數(shù)據(jù)（Z）Fig.5 Ten minutes' data before the first run

圖6 第一次運(yùn)行時(shí)十分鐘數(shù)據(jù)（Z）Fig.6 Ten minutes' data for the first run

圖7 第二次運(yùn)行前十分鐘數(shù)據(jù)(Z)Fig.7 Ten minutes'data before the second run

圖8 第二次運(yùn)行時(shí)十分鐘數(shù)據(jù)(Z)Fig.8 Ten minutes' data for the second run

圖9 第三次運(yùn)行前十分鐘數(shù)據(jù)(Z)Fig.9 Ten minutes' data before the third run

圖10 第三次運(yùn)行時(shí)十分鐘數(shù)據(jù)(Z)Fig.10 Ten minutes' data for the third run

4 結(jié)論

經(jīng)以上計(jì)算分析，得出以下結(jié)論：

（1）通對(duì)已選水泥、沙子、石子的磁性檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)這些主材對(duì)地磁場(chǎng)觀測(cè)場(chǎng)地環(huán)境無(wú)明顯影響；

（2）已選鋼筋用量為0.54t的建筑物距離地磁儀器的安全距離為102m，鋼筋用量為0.68t的建筑物距離地磁儀器的安全距離為110m；

（3）消防優(yōu)化改造新增建筑物對(duì)地磁觀測(cè)環(huán)境無(wú)影響；

（4）消防設(shè)施完全運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)影響。