唐光偉，賈東旭

（本溪地震臺(tái)，遼寧 本溪 117022）

0 引言

隨著科技的進(jìn)步和地震數(shù)字化設(shè)備集成度的提高，在地震觀(guān)測(cè)過(guò)程中，避雷問(wèn)題一直是我們面臨的一個(gè)重要難題。由于數(shù)字化儀器的高集成電路不能耐受過(guò)電壓和過(guò)電流的沖擊，這就導(dǎo)致各種觀(guān)測(cè)儀器被雷擊損壞的案例也屢見(jiàn)不鮮，特別是在雨季的山區(qū)雷電尤為頻繁猛烈，地處這樣環(huán)境的地震臺(tái)站，其數(shù)字化設(shè)備都會(huì)不同程度地遭受過(guò)雷電的侵襲。因此，能否采取行之有效的避雷措施，探索出一種新型實(shí)用安全的避雷方法，是保障地震臺(tái)站數(shù)字化儀器設(shè)備能否連續(xù)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

1 本溪地下流體新井簡(jiǎn)介

1.1 本溪新井建設(shè)過(guò)程

原本溪地下流體觀(guān)測(cè)井位于本溪市平山區(qū)橋頭鎮(zhèn)臺(tái)溝村，是中國(guó)地震局、遼寧省地震局重點(diǎn)前兆觀(guān)測(cè)項(xiàng)目。2011年因所在地發(fā)現(xiàn)大臺(tái)溝鐵礦，礦山勘探及開(kāi)采準(zhǔn)備工作造成該手段受到干擾無(wú)法正常觀(guān)測(cè)而被迫遷址。2014年6月根據(jù)物探技術(shù)勘察工作的測(cè)定結(jié)果，我臺(tái)決定將新建井位置設(shè)在本溪市地震臺(tái)主樓的東北角。同年9月26日由遼寧省第七地質(zhì)大隊(duì)開(kāi)工鉆孔，10月31日鉆至803.87m終孔。此井套管有兩部分，上部有146mm無(wú)縫鋼套管下至18m變徑處，余下108mm無(wú)縫鋼套管自井口下至550.28m變徑處，并將含水層分為上下兩個(gè)部分：其中550m以上井管與井壁間含水層（出水點(diǎn)在 57.6～67.2m、170～201.2m、236.4～281.4m、415.4～423.2m處，井水承壓自流，流量小，約4.4ml/s)用于動(dòng)水位觀(guān)測(cè)；550m以下含水層 （出水點(diǎn)在 635.4～645m、689～700m、719.6～729.2m、741.4～755.6m 處，水位面在距井口約33.5處）用于靜水位、水溫梯度和地溫觀(guān)測(cè)（圖1）。

我臺(tái)于2014年12月完成了主體井管的設(shè)計(jì)安裝工作，本著實(shí)用與美觀(guān)并存的原則，本溪流體井上部管件采用防銹、抗腐蝕、壽命長(zhǎng)的優(yōu)質(zhì)白鋼管，外表面進(jìn)行拋光處理。由于是雙水位分開(kāi)觀(guān)測(cè)，井管結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，主要部件有：159白鋼主管下部與146無(wú)縫鋼套管相銜接；主管內(nèi)部是108無(wú)縫鋼套管和與其相銜接的上部108白鋼管，用于靜水位、水溫梯度和地溫觀(guān)測(cè)；從159主管側(cè)面分出的114白鋼管用于外管的動(dòng)水位觀(guān)測(cè)，其上部銜接100亞克利透明有機(jī)玻璃管，以便于觀(guān)察和校測(cè)水位。

管件的連接方式采用無(wú)縫鋼管與其套件焊接方式，白鋼管與無(wú)縫鋼管套件采用絲扣連接，絲扣處涂上絲扣油用以潤(rùn)滑和防滲水；白鋼管與白鋼管件連接采用亞弧焊方式。具體尺寸如圖1右圖所示。為防止146mm無(wú)縫鋼套管的銹蝕，延長(zhǎng)其使用壽命，管外表與井壁間自上而下18m全部用水泥封灌，其結(jié)合部也用水泥密封并埋于地下。

圖1 本溪新井管結(jié)構(gòu)及各手段布設(shè)Fig.1 Arrangement and structure of Benxi Well pipes

為了保障該項(xiàng)目的正確實(shí)施，本溪市地震臺(tái)地下流體項(xiàng)目組先后赴國(guó)家地震局地下流體學(xué)科組、地下流體學(xué)科技術(shù)管理組等單位，咨詢(xún)了多位專(zhuān)家，并實(shí)地參觀(guān)考察了盤(pán)錦市地震臺(tái)、上海市地震局崇明深井觀(guān)測(cè)站，對(duì)地下流體觀(guān)測(cè)手段、儀器設(shè)備情況、生產(chǎn)廠(chǎng)家、流體井建造過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)等都做了比較充分的調(diào)研工作。

2015年11月我臺(tái)與儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家——北京中科光大自動(dòng)化技術(shù)有限公司共同完成了本溪井地下流體數(shù)字化觀(guān)測(cè)儀器設(shè)備的安裝工作，監(jiān)測(cè)手段有：數(shù)字化動(dòng)水位、數(shù)字化靜水位、數(shù)字化水溫梯度（200m、400m、600m）、數(shù)字化地溫觀(guān)測(cè)（791m)。另有氣象三要素（氣壓、氣溫、降雨量）附屬數(shù)字化觀(guān)測(cè)手段。

1.2 本溪新井地形地貌和氣象環(huán)境

本溪市是千山山脈的東延部分，素有“煤鐵之城”之稱(chēng)。本溪市位于遼東低山丘陵的北部，太子河上游，四周群山環(huán)繞，峻嶺起伏，整個(gè)地勢(shì)由四周向中部?jī)A斜。流體井施工位置位于本溪市地震臺(tái)院內(nèi)，屬于山間谷地地形。

本溪市屬于中溫帶濕潤(rùn)、季風(fēng)型大陸氣候區(qū)，年平均氣溫變化為6℃～8℃，1月平均氣溫為-12℃～-15℃，7月平均氣溫為 22℃～23℃，凍土層深度一般為1.2～1.5m，土層解凍期為4月初。年降雨量一般為850～900mm，多集中于7—8月份，其中雷雨天氣為5月至10月，年平均雷暴日33.7天。

目前本溪新井儀器由3套數(shù)采設(shè)備、2組智能電源控制器和11個(gè)探頭等組成，數(shù)量多，排列密集。采用的是中科光大地下流體監(jiān)測(cè)設(shè)備，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單方便，數(shù)字化集成度高，全部模塊化設(shè)計(jì)。為了保證水位、水溫等各種數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，該公司做到了從探頭處就完成模數(shù)轉(zhuǎn)換工作，也就是說(shuō)從探頭出來(lái)的信號(hào)就是數(shù)字式的，這種方式最大限度地防止了數(shù)據(jù)信號(hào)的衰減和失真，抗干擾，精度高，但也給我們地處雷電頻發(fā)的丘陵山區(qū)的避雷工作帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)（圖2）。

圖2 地下流體監(jiān)測(cè)設(shè)備工作原理Fig.2 Working principle of underground fluid monitoring equipment

2 本溪新井地下流體數(shù)字化監(jiān)測(cè)設(shè)備多次遇雷擊損壞

2.1 雷擊主要過(guò)程

為使本溪流體井盡早投入試運(yùn)行，2015年11月在當(dāng)時(shí)項(xiàng)目資金沒(méi)有全部到位、正式井房沒(méi)有建成的情況下，我臺(tái)決定利用改裝的簡(jiǎn)易鐵皮房進(jìn)行臨時(shí)觀(guān)測(cè)（圖3）。因條件限制，機(jī)柜不能安放在臨時(shí)井房，只能安放在地震臺(tái)主樓的儀器室內(nèi)，井孔與儀器室間鋪設(shè)穿線(xiàn)管（圖4）。穿線(xiàn)管由2根連接后長(zhǎng)為11m、管徑為50mm鍍鋅管組成，埋設(shè)于地下約700 mm處，經(jīng)由采暖管路處引入儀器室，最后經(jīng)由儀器室防靜電地板下到達(dá)機(jī)柜。有6根長(zhǎng)26m的電纜線(xiàn)經(jīng)穿線(xiàn)管，一端用航空插頭對(duì)接到6個(gè)井下探頭線(xiàn)纜上，另一端與儀器室機(jī)柜內(nèi)數(shù)采儀相連接，另有5個(gè)氣象三要素探頭分布于主樓后側(cè)和機(jī)柜內(nèi)。

圖3 臨時(shí)井房及井管、探頭線(xiàn)纜Fig.3 Temporarywell houseand well pipesand probescable

圖4 試運(yùn)行期間井口至臺(tái)主樓儀器室線(xiàn)纜的埋設(shè)Fig.4 Cable laying from wellhead to instrument room in main biulding during trial operation

避雷方面：考慮到當(dāng)時(shí)地震臺(tái)主樓后側(cè)距井孔20m處有一高18m的避雷塔，避雷塔地網(wǎng)最近處距井口約5m，同時(shí)鐵皮井房和鍍鋅穿線(xiàn)管對(duì)雷電都有屏蔽作用，儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家說(shuō)儀器自身也設(shè)計(jì)了防雷功能，正式井房還有待建設(shè)，因此沒(méi)有建獨(dú)立的避雷接地網(wǎng)（圖5）。但在本溪井投入觀(guān)測(cè)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于本地山區(qū)環(huán)境特點(diǎn)，遇雷雨天氣時(shí)雷電尤為猛烈，經(jīng)常導(dǎo)致井內(nèi)探頭和數(shù)采儀器設(shè)備的損壞，無(wú)法進(jìn)行正常觀(guān)測(cè)。

圖5 本溪新井剛投入運(yùn)行時(shí)周?chē)闆r示意圖Fig.5 Conditions around Benxi Well when it was first put into operation

2016年8月7日因雷擊造成了本溪井幾乎所有儀器和探頭的損壞，致使流體觀(guān)測(cè)項(xiàng)目所有手段都陷入癱瘓，缺數(shù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)428小時(shí)，損失巨大。生產(chǎn)廠(chǎng)家為我臺(tái)重新更換了一批新儀器。為了避雷，我們制作了一個(gè)由鐵釬和銅錢(qián)組成的簡(jiǎn)易避雷裝置打入地下，根據(jù)原本溪井以往的避雷經(jīng)驗(yàn)將探頭屏蔽線(xiàn)連接到該地線(xiàn)上，但由于其接地電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，未能有效阻止雷害的發(fā)生。2017年6月18日再次因雷擊造成測(cè)點(diǎn)F動(dòng)水位探頭及其氣壓探頭的損壞缺數(shù)30小時(shí)和地溫探頭的臨時(shí)損壞缺數(shù)7小時(shí)，我們及時(shí)更換了水位及其氣壓探頭。6月 20日08時(shí)至21日08時(shí)、23日00時(shí)至24日04時(shí)為避免雷擊我們關(guān)閉了所有儀器，但在關(guān)閉整體電源的情況下，仍然造成測(cè)點(diǎn)G靜水位探頭及其氣壓探頭的損壞，缺數(shù)160小時(shí)。6月25日因雷擊造成測(cè)點(diǎn)G淺層水溫（200m）探頭的損壞缺數(shù)22小時(shí)。7月14日至15日07時(shí)再次因雷電關(guān)閉了所有儀器。8月6日20時(shí)至7日07時(shí)因雷電關(guān)閉了所有儀器。2017年8月9日，還是因雷擊損壞了測(cè)點(diǎn)G靜水位（50m）及其氣壓、測(cè)點(diǎn)F動(dòng)水位（0m） 及其氣壓、測(cè)點(diǎn)F地溫（793m）等5個(gè)主要探頭。因更換地溫等探頭過(guò)程復(fù)雜，工作量大，雷電損壞儀器過(guò)于頻繁，在這種條件下又不能保障今后儀器的正常運(yùn)行，經(jīng)申請(qǐng)報(bào)省地震局監(jiān)測(cè)處批復(fù)后，本溪新井地下流體各手段因雷害問(wèn)題被迫暫時(shí)停止觀(guān)測(cè)。

2.2 原因分析

經(jīng)過(guò)兩年多的運(yùn)行，我臺(tái)地下流體井觀(guān)測(cè)設(shè)備多次因雷擊問(wèn)題損失慘重，在強(qiáng)雷雨天氣時(shí)，甚至在切斷電源、儀器停止運(yùn)行的情況下，仍不能保證探頭等設(shè)備的安全。雖然采取了一些力所能及的補(bǔ)救措施，但效果并不明顯。造成這種局面的原因，除了本地區(qū)雷電本身過(guò)于猛烈外，我們認(rèn)為還有以下幾點(diǎn)：（1）原本以為旁邊的避雷塔可以避雷，經(jīng)分析后，避雷塔不但沒(méi)有避雷，反而容易將雷電感應(yīng)電流引到井口區(qū)域，形成電位差而損壞儀器；（2）雖然制作了一個(gè)簡(jiǎn)易的地線(xiàn)，但其接地電阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，沒(méi)有配套完善的避雷設(shè)施；（3）探頭線(xiàn)纜從井口至機(jī)柜約20m，距離較長(zhǎng)，臨時(shí)井房高度不夠、空間小、沒(méi)有網(wǎng)線(xiàn)接入、潮濕等條件限制不能擺放機(jī)柜，機(jī)柜只能擺放在地震臺(tái)主樓儀器室，所以當(dāng)雷電來(lái)襲時(shí)，機(jī)柜與井口間會(huì)因位置不同出現(xiàn)電位差，我們認(rèn)為設(shè)備被雷擊損壞多是由于探頭與數(shù)采間存在電位差而形成瞬時(shí)感應(yīng)電流所致；（4）井內(nèi)探頭最易被雷擊損壞，探頭屏蔽線(xiàn)要與井管、數(shù)采和符合要求的地網(wǎng)做等電位聯(lián)接，地網(wǎng)接地電阻值不大能于1Ω；（5）儀器方面：理論上中科光大公司生產(chǎn)的的設(shè)備配備了智能化電源控制器，能有效的保護(hù)終端設(shè)備不被電涌、雷電破壞，但由于其它設(shè)備數(shù)字化集成度高、模塊化的設(shè)計(jì)，尤其是探頭本身就是高集成數(shù)字式的，內(nèi)部供電雖然穩(wěn)定，但面對(duì)外部雷電感應(yīng)電流的沖擊，顯然不能承受，這是一個(gè)薄弱的環(huán)節(jié)，探頭多次被雷擊損壞也證明了這一點(diǎn)。因此最重要的措施是對(duì)探頭及其線(xiàn)纜進(jìn)行有效的保護(hù)。

綜上所述，歸納起來(lái)就是我們對(duì)本溪井遷址新環(huán)境所了解的不夠充分，對(duì)新儀器設(shè)備的防雷性能的了解也不夠全面，加之該手段試運(yùn)行之初正式井房未建成等條件限制，沒(méi)有嚴(yán)格按照相關(guān)的防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，沒(méi)有布設(shè)一個(gè)嚴(yán)密的功能全面的防雷體系。

關(guān)于電源避雷問(wèn)題，由于儀器采用的是蓄電池直流供電，給蓄電池充電的智能電源控制器設(shè)計(jì)有防雷功能，與市電之間又有交流電穩(wěn)壓器作保障，所以此項(xiàng)不存在問(wèn)題。

綜合以上分析，我臺(tái)決定待本溪井正式井房建成，遷移避震塔及其地網(wǎng)，重新埋設(shè)獨(dú)立的地網(wǎng)，完善井房避震系統(tǒng)后再恢復(fù)觀(guān)測(cè)。

3 本溪井防范雷害所采取的措施和方法

3.1 井房建設(shè)獨(dú)立的避雷地網(wǎng)，接地電阻值小于1Ω

2018年3月22日，按照《本溪市地震臺(tái)擬召開(kāi)防雷避雷研討會(huì)》 （本震發(fā)〔2018〕2號(hào)）文件要求，遼寧省地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)處組織相關(guān)人員成立專(zhuān)家組，來(lái)我臺(tái)針對(duì)本溪流體井觀(guān)測(cè)儀器近年來(lái)多次遭受雷擊的問(wèn)題與我臺(tái)相關(guān)人員進(jìn)行了專(zhuān)題研討。專(zhuān)家組聽(tīng)取了本溪市地震臺(tái)近幾年來(lái)流體觀(guān)測(cè)儀器設(shè)備遭受雷擊情況的匯報(bào)，實(shí)地檢查了臺(tái)站防雷設(shè)施的布設(shè)和運(yùn)行情況，經(jīng)質(zhì)詢(xún)和討論，提出了“新建井房按三類(lèi)防雷建筑物設(shè)計(jì)施工”等意見(jiàn)，建議拆除原有避雷針及清除井房周?chē)叽髽?shù)木。隨后我臺(tái)招集了本溪井房承建方的設(shè)計(jì)院和工程隊(duì)召開(kāi)協(xié)商會(huì)，針對(duì)本溪井房建設(shè)，施工方聽(tīng)取了我臺(tái)負(fù)責(zé)人員的相關(guān)意見(jiàn)和所提出的要求，通過(guò)了“本溪地下流體井房的避雷設(shè)施，采取地網(wǎng)與鋼筋水泥澆灌的地基同設(shè)為一體的方式，由與鋼筋相連的鍍鋅扁鋼在主要部位引出。并依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010，按三類(lèi)防雷建筑物設(shè)計(jì)施工，樓頂安裝避雷帶。地網(wǎng)接地阻值要滿(mǎn)足≤1Ω”的方案。

4月24日，施工工程隊(duì)吊離了臨時(shí)井房，并按要求拆掉了主樓后側(cè)的避雷塔及高大樹(shù)木，本溪新井井房正式施工（圖6）。28日根據(jù)實(shí)際施工情況將地基深度從原設(shè)計(jì)的2.5m改為3.5m。30日開(kāi)始澆筑地基，井房總基礎(chǔ)東西長(zhǎng)14.2m，南北寬11.1m，底部為11個(gè)上下兩層的柱下擴(kuò)展基礎(chǔ)臺(tái)，規(guī)格分別為2.7*2.7*0.3m和1.5*1.5*0.3m鋼筋混凝土臺(tái)上下疊加而成，內(nèi)部由Φ12鋼筋間距150mm編織的立體網(wǎng)格，這也是流體井房避雷地網(wǎng)的組成部分（圖7）。

圖6 拆除避雷塔和澆筑地基Fig.6 Demolition of lightning arrester and pouring of foundation

圖7 基礎(chǔ)柱內(nèi)和底梁內(nèi)的鋼筋網(wǎng)Fig.7 Steel mesh reinforcemen in foundation columns and the floor beam

避雷地網(wǎng)利用建筑物鋼筋混凝土柱子或剪力墻內(nèi)的兩根Φ16以上主筋通長(zhǎng)焊接作為引下線(xiàn)，引下線(xiàn)上端與避雷帶焊接，下端與建筑物基礎(chǔ)底梁及基礎(chǔ)底梁軸線(xiàn)上的上下兩層鋼筋網(wǎng)內(nèi)的兩根主筋焊接，外墻引下線(xiàn)在室外地面下1m處引出[1]。5月11日基礎(chǔ)底梁澆筑完成。與地基、底梁鋼筋相連的避雷地網(wǎng)也同步完成，并由規(guī)格為40*2鍍鋅扁鋼在井口處、中心等電位聯(lián)結(jié)端子箱設(shè)置處及建筑物的四角引出（圖8）。

圖8 引到井管底部的鍍鋅扁鋼和從基礎(chǔ)底梁引出的鍍鋅扁鋼Fig.8 Galvanized flat steel to the bottom of the pipes and galvanized flats from the floor beam

3.2 按要求新建井房樓頂安裝避雷帶

2018年8月，本溪市地震臺(tái)地下流體觀(guān)測(cè)井房基本完工，位于臺(tái)站院內(nèi)北東處，其主體為混凝土澆筑框架式結(jié)構(gòu)的二層小樓?？偨ㄖ娣e220m2，其中南北寬9m，東西長(zhǎng)12m，建筑高度8.1m，層間高3.6m，正門(mén)面朝西側(cè)。樓體內(nèi)部寬敞明亮，整體布局合理規(guī)范，各項(xiàng)配套施設(shè)完善，各種管材、電源線(xiàn)、網(wǎng)線(xiàn)等都隱藏于地面下或墻內(nèi)，所有網(wǎng)口都可內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)自由切換。樓外四周和儀器室安裝了監(jiān)控設(shè)備。

本溪地下流體觀(guān)測(cè)井房防雷接地系統(tǒng)概述如下：接閃器在樓頂采用Φ10鍍鋅圓鋼作避雷帶，用25*4鍍鋅支持卡固定，樓頂避雷帶長(zhǎng)13.9m寬10.9m（圖9），利用建筑物鋼筋混凝土柱子或剪力墻內(nèi)兩根Φ16以上主筋通長(zhǎng)焊接作為引下線(xiàn)與地網(wǎng)聯(lián)結(jié)，建筑物對(duì)角的外墻引下線(xiàn)在距室外地面上1.5m處設(shè)測(cè)試卡子[1]。凡突出屋面的所有金屬構(gòu)件，均與避雷帶作可靠焊接。建筑的防雷裝置滿(mǎn)足防直擊雷、防雷電感應(yīng)及雷電波的侵入。本工程電氣設(shè)備的保護(hù)接地共用統(tǒng)一地極，接地電阻值不大于1Ω。凡正常不帶電而當(dāng)絕緣破壞有可能呈現(xiàn)電壓的一切電氣設(shè)備的金屬外殼均可靠接地。本工程采用總等電位聯(lián)結(jié)，總等電位板由紫銅板制成，將建筑物內(nèi)保護(hù)干線(xiàn)、設(shè)備進(jìn)線(xiàn)總管、建筑物金屬構(gòu)件進(jìn)行聯(lián)結(jié)，總等電位聯(lián)結(jié)線(xiàn)采用BV—1*25mm2—PVC32，總等電位聯(lián)結(jié)均采用各種型號(hào)等電位卡子[1]。從適當(dāng)?shù)牡胤揭鰞筛?6結(jié)構(gòu)鋼筋至局部等電位箱LEB，局部等電位箱暗裝，底距地0.3m（圖10）。

圖9 井房頂部的避雷帶Fig.9 The lightning strip on top of the well house

圖10 樓頂避雷帶平面圖和樓內(nèi)等電位聯(lián)結(jié)端子箱等Fig.10 The lightning strip plan and equipotential junction box

3.3 井房與臺(tái)主樓儀器室間網(wǎng)絡(luò)采用光纜通訊

新井房建成后，我們將數(shù)采機(jī)柜搬至井房井口處，并拆除了原臨時(shí)井房與主樓間的穿線(xiàn)管及線(xiàn)纜。新井房設(shè)有內(nèi)、外網(wǎng)，與主樓儀器室間采用光貓、光纜、交換機(jī)等設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。光纜為八芯光纜，同時(shí)兼?zhèn)湫戮克O(shè)布的4路監(jiān)控設(shè)備的信號(hào)傳輸，有效隔斷了雷電時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的傳導(dǎo)。所有線(xiàn)纜包括市電，均由井房后側(cè)的專(zhuān)用電井接入樓內(nèi)（圖12左）。

本溪井輔助測(cè)項(xiàng)氣象三要素有兩個(gè)室外測(cè)項(xiàng)：降雨量和氣溫。為保護(hù)其正常運(yùn)行，最大限度地避免雷電的干擾和侵襲，在符合該測(cè)項(xiàng)觀(guān)測(cè)場(chǎng)地及環(huán)境要求的基礎(chǔ)上，采取了：（1）測(cè)項(xiàng)選址盡量靠近新建井房；（2）地面以上線(xiàn)纜要短，主體線(xiàn)纜埋于地下，通過(guò)井房后側(cè)的專(zhuān)用電井接入樓內(nèi)；（3）做好室外線(xiàn)纜的屏蔽工作，氣壓探頭直接安放于室內(nèi)機(jī)柜內(nèi)部（圖11）。

圖11 雨量計(jì)和氣溫探頭布設(shè)于井房后側(cè)Fig.11 The rain cauge and temperature probe are located behind the well house

3.4 合理安放數(shù)采機(jī)柜，盡量與井口接近

當(dāng)雷電來(lái)襲時(shí)，不同位置間會(huì)產(chǎn)生電位差，距離越遠(yuǎn)，產(chǎn)生電位差的機(jī)率越大。因此，為消除這種危害，我們將數(shù)采機(jī)柜設(shè)在了與井口井池約一米左右的地方，井內(nèi)探頭線(xiàn)纜直接連入機(jī)柜內(nèi)數(shù)采設(shè)備。為防雷電感應(yīng)電流的發(fā)生，將富余的線(xiàn)纜線(xiàn)盤(pán)于機(jī)柜內(nèi)部底層（圖12右圖）。

圖12 井房與主樓間埋設(shè)的光纜和機(jī)柜與井管間擺放的位置Fig.12 Optical fiber cable to wellhouse and the position between the cabinet and the pipes

3.5 探頭屏蔽線(xiàn)與井管、地網(wǎng)做等電位聯(lián)結(jié)

我臺(tái)在原本溪井與雷電災(zāi)害做斗爭(zhēng)的過(guò)程中，積累了一個(gè)簡(jiǎn)單有效的避雷經(jīng)驗(yàn)，就是“探頭屏蔽線(xiàn)與井管、地網(wǎng)做等電位聯(lián)結(jié)”。

原本溪井位于本溪市平山區(qū)橋頭鎮(zhèn)臺(tái)溝村。采用的是“九·五”期間中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所生產(chǎn)的地下流體數(shù)字化設(shè)備，2003年投入運(yùn)行后，盡管當(dāng)時(shí)井房各項(xiàng)避雷設(shè)施比較完善，也抵御不了強(qiáng)雷電的侵襲，原LN-3型數(shù)字水位儀經(jīng)常因雷擊而損壞。我們?cè)诰S修過(guò)程中經(jīng)觀(guān)察發(fā)現(xiàn)每次被雷擊損壞的部位都發(fā)生在LN-3型數(shù)字水位儀與水位探頭連接處的集成電路板上，這說(shuō)明儀器與井管中水位探頭間在雷擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生電位差，形成瞬時(shí)電流將電路板上的集成塊燒環(huán)。2005年7月，我們采用優(yōu)質(zhì)的粗銅導(dǎo)線(xiàn)一端卡到水位探頭的金屬外壁上，另一端與聯(lián)結(jié)到地網(wǎng)的鍍鋅扁鋼相焊接。采取此措施后，本溪井在以后多年觀(guān)測(cè)當(dāng)中，LN-3型數(shù)字水位儀再?zèng)]有一次因雷擊而損壞，多次成功抵御了強(qiáng)雷電的侵襲。這也為本溪井地下流體手段多次能在國(guó)家地震局、省地震局觀(guān)測(cè)資料評(píng)比當(dāng)中取得優(yōu)異成績(jī)，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

根據(jù)原本溪井的避雷經(jīng)驗(yàn)，在這次新井房建設(shè)初期，我們就重點(diǎn)考慮了將與地網(wǎng)聯(lián)結(jié)的一40*2鍍鋅扁鋼從井管處底部引出，以方便探頭線(xiàn)纜與井管、地網(wǎng)的接地聯(lián)結(jié)工作。用粗銅線(xiàn)將鍍鋅扁鋼與本溪井主管159白鋼管和副管114白鋼管進(jìn)行捆扎聯(lián)結(jié)，井管上部108白鋼管與動(dòng)水位、靜水位及三個(gè)水溫梯度探頭、地溫探頭的屏蔽線(xiàn)用優(yōu)質(zhì)銅線(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)一捆扎作等電位聯(lián)結(jié)。通過(guò)這樣的聯(lián)結(jié)方式，使得井內(nèi)6個(gè)主要探頭線(xiàn)纜的屏蔽線(xiàn)與井管、地網(wǎng)聯(lián)結(jié)為一個(gè)統(tǒng)一的整體，當(dāng)雷電來(lái)襲時(shí)，能迅速瓦解感應(yīng)電流的產(chǎn)生，降低其強(qiáng)度，保護(hù)井內(nèi)探頭集成電路免受過(guò)電流的沖擊，保障儀器設(shè)備安全運(yùn)行（圖13）。

圖13 井管與地網(wǎng)、探頭線(xiàn)纜屏蔽線(xiàn)與井管做等電位聯(lián)結(jié)Fig.13 The equipotential connection between the pipes and ground net，the shield wire of the probes cable and the pipe

4 結(jié)語(yǔ)

2018年10月，本溪臺(tái)地下流體觀(guān)測(cè)新井井房全面完工。10月24、25日，我臺(tái)同生產(chǎn)廠(chǎng)家更換了因雷擊損壞的探頭和數(shù)采設(shè)備，經(jīng)請(qǐng)示省地震局監(jiān)測(cè)處，26日我臺(tái)地下流體監(jiān)測(cè)手段全面恢復(fù)觀(guān)測(cè)。

從本溪井房建設(shè)開(kāi)始到完工的整個(gè)過(guò)程中，我們針對(duì)我臺(tái)流體井房處于山間谷地、雨季雷電相當(dāng)兇猛這一情況，把防御雷害工作作為頭等大事來(lái)抓，從每個(gè)細(xì)節(jié)出發(fā)，認(rèn)真履行了防止雷電災(zāi)害發(fā)生的各項(xiàng)措施，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)都嚴(yán)格把控，以確保萬(wàn)無(wú)一失。至2019年年底，雖然又多次經(jīng)過(guò)山區(qū)強(qiáng)悍的雷雨天氣，我臺(tái)地下流體監(jiān)測(cè)手段共3套數(shù)采設(shè)備、11個(gè)測(cè)項(xiàng)的數(shù)字化探頭及附屬電源設(shè)備沒(méi)有一個(gè)因雷擊而再次損壞。我們也有信心有決心，在本溪臺(tái)地下流體觀(guān)測(cè)項(xiàng)目上再創(chuàng)佳績(jī)，為防震減災(zāi)事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。