西安地震臺新山洞建設(shè)亮點與創(chuàng)新

辛建村，魏譜躚

（陜西省地震局，陜西 西安710068）

西安基準(zhǔn)地震臺（以下簡稱“西安臺”）位于長安區(qū)子午鎮(zhèn)天子口村（N108.92°，E34.02°），距西安市30 km，海拔高度630 m，地質(zhì)構(gòu)造上位于汾渭地震帶秦嶺山前大斷裂南緣。西安臺始建于1953年，是新中國成立后首批建設(shè)的10個地震臺站之一，也是陜西省境內(nèi)最早建成的地震臺站。主要承擔(dān)全球地震監(jiān)測[1-3]、國際資料交換、核試驗偵測、地震科學(xué)實驗、地震科普宣傳、地震應(yīng)急等工作任務(wù)。

西安臺形變觀測始于1971年，形變山洞呈“十”字形，巖性為花崗巖，巖石較破碎，植被稀少，年溫差大于1℃。由于建設(shè)起點低，形變觀測山洞存在進深較淺（引洞不超過10 m）、長度不足（總長度70延米，單測道不超過20 m）、覆蓋層較?。ú怀^20 m）等客觀問題，山洞內(nèi)架設(shè)的水管儀、伸縮儀和垂直擺等形變觀測儀器受背景噪聲影響較大，觀測精度不高[4]。為進一步加強地震監(jiān)測預(yù)報工作，徹底解決西安臺形變觀測場地干擾問題，2016年陜西省地震局向中國地震局提出在西安臺南側(cè)的鉆孔應(yīng)變場地新建“西安臺定點形變綜合觀測場地建設(shè)項目”的設(shè)想，并組織編寫了項目建議書，得到了中國地震局的批復(fù)。

2016-09開始辦理項目報建手續(xù)，2017-05正式獲得秦嶺生態(tài)環(huán)境保護區(qū)內(nèi)新建項目的政府準(zhǔn)入批復(fù)。2017-12開工，2019-09完工，現(xiàn)處于儀器測試運行階段。

1 新山洞概況

1.1 建設(shè)背景

由于無法在西安臺原臺址上進行改擴建，經(jīng)地質(zhì)和形變專家多次到現(xiàn)場初步勘選，西安臺南側(cè)約200 m占地面積約600 m2處的鉆孔應(yīng)變觀測場地具備建設(shè)形變觀測山洞的基本規(guī)范要求。該處海拔約660 m，位于秦嶺山前，東西向大斷裂的南盤上，距秦嶺北緣大斷裂破碎帶約700 m，覆蓋50 m以上，植被良好，臺基為花崗巖，巖性堅硬，巖石較完整，成洞條件較好。同時具備良好的供電、交通、通信和運行條件，基本符合勘選標(biāo)準(zhǔn)。為進一步加強地震監(jiān)測預(yù)報工作，徹底解決西安臺形變觀測場地干擾問題，陜西省地震局向中國地震局提出在西安臺南側(cè)的鉆孔應(yīng)變場地新建“西安臺定點形變綜合觀測場地建設(shè)項目”（以下簡稱“項目”）的設(shè)想，并組織編寫了項目建議書。2016-08，中國地震局組織有關(guān)專家到擬建項目場地進行實地查看，審查了《陜西省地震局西安臺定點形變綜合觀測場地建設(shè)項目可行性研究報告》。

2016-08-26，中國地震局下發(fā)了《關(guān)于陜西省地震局西安臺定點形變綜合觀測場地建設(shè)項目可行性研究報告的批復(fù)》，原則上同意陜西省地震局所報的《西安臺定點形變綜合觀測場地建設(shè)項目可行性研究報告》。

1.2 建設(shè)內(nèi)容

新建1個244延米的綜合觀測山洞，其中側(cè)室12個；在山洞口新建60 m2觀測房；對550 m2的觀測場院進行改造，平整場地、修建大門和圍墻；修筑674 m2的混凝土道路并安裝護欄；架設(shè)350 m供電與通信線路等。新購置并安裝垂直擺傾斜儀、水管傾斜儀、伸縮儀各1套。

1.3 建設(shè)目標(biāo)

該項目的總體建設(shè)目標(biāo)為：項目建成后，能徹底解決西安臺觀測環(huán)境和觀測條件局限問題，使西安臺成為以形變、測震為主，集綜合地球物理觀測、儀器比測檢驗、科學(xué)研究為一體的現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化地震臺站。

2 新山洞建設(shè)亮點與創(chuàng)新

新山洞共建成比測室5間，觀測室6間，觀測洞3道。引洞1全長43 m，引洞2全長23.5 m，洞內(nèi)巖壁完整、無剝落或掉石。觀測洞內(nèi)設(shè)置北南分量、東西分量、北西分量，觀測洞1（東西分量）設(shè)計全長38 m，儀器布設(shè)基線設(shè)計28 m；觀測洞2（北南分量）設(shè)計全長32 m，儀器布設(shè)基線設(shè)計28 m；觀測洞3（北西分量）設(shè)計全長35 m，儀器布設(shè)基線設(shè)計28 m。儀器室設(shè)置儀器墩（花崗巖、混凝土），花崗巖儀器墩材質(zhì)為“芝麻灰”花崗巖，石質(zhì)堅硬、致密、均勻，顆粒細(xì)，無雜質(zhì)，無裂紋；混凝土儀器墩用C40細(xì)石混凝土一次性澆筑而成。

項目從設(shè)計到施工，既學(xué)習(xí)和借鑒了山西、山東、天津等?。ㄊ校┑卣鹁窒冗M臺站形變觀測山洞的建設(shè)經(jīng)驗，同時也加入了一些創(chuàng)新元素。

2.1 突出業(yè)務(wù)，功能區(qū)劃

陜西省地震局本著打造標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、現(xiàn)代化地震綜合觀測場地的理念，在充分調(diào)研后，確定了新山洞的設(shè)計方案。新建山洞按“觀測業(yè)務(wù)區(qū)”“比測實驗區(qū)”“宣傳展示區(qū)”三大功能分區(qū)進行布局。

“觀測業(yè)務(wù)區(qū)”位于山洞最深處，并根據(jù)不同儀器的特性再次進行分區(qū)，將三分量基線式形變儀器與點式傾斜儀、重力儀、測震儀分成兩大區(qū)域。除了山洞內(nèi)的形變觀測系統(tǒng)，山洞口還有已經(jīng)投入觀測的鉆孔應(yīng)變井（70 m深）、地應(yīng)力觀測井（500 m深）。這樣，山洞內(nèi)的水管傾斜儀、洞體應(yīng)變儀、垂直擺傾斜儀與山洞外的應(yīng)力應(yīng)變形成呼應(yīng)，建成多手段的立體綜合形變觀測系統(tǒng)，為地震科學(xué)研究提供更豐富的觀測資料。

“比測實驗區(qū)”位于山洞的引洞1段，由4個深度不同的觀測室組成，安裝不同類型的儀器墩，用于形變、重力和測震儀器的比測實驗。

“宣傳展示區(qū)”位于山洞入口段，布置地震科普知識和山洞建設(shè)情況展板，用于開展防震減災(zāi)科普宣傳。山洞功能區(qū)劃圖如圖1所示。

圖1山洞功能區(qū)劃圖

2.2 突出安全，注重保溫防水

該山洞覆蓋層較厚，引洞1的覆蓋層厚度為66 m，引洞2覆蓋層厚度為76 m，條形儀觀測洞覆蓋厚度在100 m以上，完全符合形變觀測山洞規(guī)范要求。山體巖性為片麻狀花崗巖，質(zhì)地堅硬，完整性好，無風(fēng)化現(xiàn)象。山洞開挖采用光面爆破法，并遵循“短進尺、弱爆破、多循環(huán)”的原則，既保證要具備有效的開挖面，又保證爆破不對周圍巖體造成破壞。

在防排水設(shè)計上，遵循“防、排、截、堵”的原則，將排水管設(shè)計在防水層和二次襯砌層外，用1.5 mm厚的防水卷材包裹整個山洞，形成類膠囊封閉空間。通過環(huán)向?qū)芤髦量v向排水管，然后集中排至靠近山洞口的側(cè)室A集水池，再通過靜音水泵抽到外面，達(dá)到有效的防水排水效果。

在山洞隔離門方面，設(shè)計階段進行了大量的調(diào)研，查閱了大量的資料，最終決定采用冷庫專用的不銹鋼保溫門。從技術(shù)參數(shù)來看，冷庫門在防潮、保溫和密閉性方面遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)山洞采用的船艙門。

2.3 突出標(biāo)準(zhǔn)化，探索創(chuàng)新

山洞建設(shè)過程中，中國地震局下發(fā)了地震臺站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化試點方案，陜西省地震局黨組要求項目組及時落實標(biāo)準(zhǔn)化方案。項目組制訂了標(biāo)準(zhǔn)化實施方案，并對山洞建設(shè)內(nèi)容作了修改調(diào)整，按標(biāo)準(zhǔn)化方案設(shè)計觀測機房、儀器墩尺寸、標(biāo)識標(biāo)牌等。

按照標(biāo)準(zhǔn)化方案設(shè)計了儀器墩，其中測震儀器墩尺寸為1.2 m×1.8 m，形變和重力儀器墩為1.0 m×1.6 m。測震儀器墩采用現(xiàn)澆混凝土制作，形變儀器墩采用訂制花崗巖。

另外，在山洞建設(shè)過程中，陜西省地震局監(jiān)測中心技術(shù)人員嘗試應(yīng)用新技術(shù)，分別在開挖后的條形儀觀測洞巖壁和流動重力觀測室?guī)r壁上布設(shè)了專門監(jiān)測圍巖應(yīng)力變化的光纖系統(tǒng)，作為全新的形變監(jiān)測手段。

3 建設(shè)體會

在中國地震局、陜西省委省政府的關(guān)心支持下，陜西省地震局強化項目管理，精心組織實施，努力打造精品工程。項目組克服了重重困難，解決了諸多棘手問題，全力推進項目實施進展，取得了較好的成效?？偨Y(jié)起來有以下體會。

3.1 做好項目前期設(shè)計和審批報建是項目建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

該項目從立項論證到可研設(shè)計再到施工設(shè)計，一直到最后的優(yōu)化設(shè)計，陜西省地震局組織召開了多次專題研討會，并開展了大量的調(diào)研工作，最終確定了最優(yōu)化的實施方案，為建成高質(zhì)量的觀測山洞打下了良好的基礎(chǔ)。

項目立項后，陜西省地震局嚴(yán)格按程序報建，在當(dāng)?shù)赝恋?、環(huán)保、林業(yè)、街道辦等部門辦理了審批手續(xù)，取得了秦嶺生態(tài)環(huán)境保護部門（秦嶺辦）的準(zhǔn)入批復(fù)。在中央開展秦嶺違建別墅整治專項行動中，項目施工受到影響，造成停工。經(jīng)過市秦嶺辦對項目資料的審查以及對施工現(xiàn)場的檢查核實，確認(rèn)項目手續(xù)完備，最終經(jīng)過省、市、區(qū)各級政府的審批，項目恢復(fù)施工。

3.2 強化施工管理是打造精品工程的首要保障

項目實施以來，項目組的同志付出了艱辛的努力。項目報建階段，實施組同志來回奔波于地方主管部門，跑斷腿、磨破嘴，終于取得項目準(zhǔn)入批復(fù)。優(yōu)化設(shè)計階段，項目組同志通過各種渠道了解先進山洞建設(shè)方案和工作經(jīng)驗，加班加點查閱各種資料，就各種問題請教各個專家，一次次與設(shè)計人員溝通，一點點修改完善施工設(shè)計圖紙。

開工以來，現(xiàn)場組同志放棄一切休假，發(fā)揚不怕臟、不怕累、不怕危險的精神，克服了常人難以想象的困難，緊盯施工各個環(huán)節(jié)，有效保證了施工安全和質(zhì)量。對于關(guān)鍵工藝、關(guān)鍵部位、隱蔽環(huán)節(jié)的施工，無論白班夜班都有人現(xiàn)場監(jiān)督、查驗、拍照、取證、記錄，保證不放過任何一個細(xì)節(jié)。尤其是山洞工程最易出現(xiàn)的防水問題，更是牢牢抓住不放?，F(xiàn)場組人員對施工隊鋪設(shè)的防水材料進行一遍又一遍的細(xì)心檢查，徹底排除因施工質(zhì)量把控不到位而出現(xiàn)的滲水問題，確保防水效果長期可靠。

3.3 多部門協(xié)調(diào)配合是項目穩(wěn)步推進的有力保證

作為全局重點建設(shè)項目，自項目立項批復(fù)以來，陜西省地震局黨組高度重視，專門制定了實施管理細(xì)則，成立了項目組織機構(gòu)。項目領(lǐng)導(dǎo)小組、實施組、現(xiàn)場管理組積極履行相應(yīng)職責(zé)，穩(wěn)步推進項目實施。局監(jiān)測預(yù)報處、發(fā)展與財務(wù)處、辦公室、震害防御處、監(jiān)測中心、預(yù)報中心、應(yīng)急中心、宣教中心等局屬部門和單位積極配合，協(xié)調(diào)解決項目實施中有關(guān)方案設(shè)計、預(yù)算編制、審批報建、技術(shù)指導(dǎo)、危機攻關(guān)、檔案管理等有關(guān)問題，合力推進項目實施。

3.4 各方重視與支持是項目順利推進的重要因素

該項目能夠立項并投資實施體現(xiàn)了中國地震局對陜西省地震局工作的大力支持。項目報建和復(fù)工審批過程中，陜西省委省政府對陜西省地震局也給予了積極的支持。

陜西省地震局黨組高度重視該項目實施，并將此作為提升西安中心臺綜合業(yè)務(wù)能力和創(chuàng)新持續(xù)發(fā)展的重大機遇。為此，專門成立項目實施機構(gòu)，制定項目實施管理細(xì)則，精心組織實施，協(xié)調(diào)解決有關(guān)方案設(shè)計、預(yù)算編制、審批報建、技術(shù)指導(dǎo)、危機攻關(guān)、檔案管理等問題，全力推進項目實施。

在項目實施過程中，中國地震臺網(wǎng)中心、湖北局、山西局、山東局、天津局等系統(tǒng)內(nèi)專家給項目組提供了諸多技術(shù)支持。在專業(yè)儀器采購方面，中國地震臺網(wǎng)中心李正媛研究員給予陜西局幫助和支持，節(jié)省了項目經(jīng)費，保證了項目實施。

4 結(jié)束語

通過新山洞的建設(shè)，西安臺的觀測環(huán)境進一步達(dá)到觀測規(guī)范要求，成為觀測條件優(yōu)越、觀測設(shè)施齊全、觀測手段豐富的現(xiàn)代化綜合臺站。建成后的西安形變綜合觀測場地將與關(guān)中地區(qū)乾陵、寶雞、華陰等形變臺站形成響應(yīng)，與區(qū)域內(nèi)的GNSS基準(zhǔn)站組成定點形變觀測臺網(wǎng)，并與關(guān)中跨斷層水準(zhǔn)測量以及大地水準(zhǔn)剖面測量有機結(jié)合，為研究區(qū)域大地形變、地質(zhì)構(gòu)造活動提供科學(xué)有效的觀測數(shù)據(jù)，為地球研究提供實驗基地，為地震預(yù)測研究和防震減災(zāi)工作提供更好的服務(wù)。