西安地震臺新山洞建設亮點與創新

辛建村，魏譜躚

（陜西省地震局，陜西 西安710068）

西安基準地震臺（以下簡稱“西安臺”）位于長安區子午鎮天子口村（N108.92°，E34.02°），距西安市30 km，海拔高度630 m，地質構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的10個地震臺站之一，也是陜西省境內最早建成的地震臺站。主要承擔全球地震監測[1-3]、國際資料交換、核試驗偵測、地震科學實驗、地震科普宣傳、地震應急等工作任務。

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）、覆蓋層較薄（不超過20 m）等客觀問題，山洞內架設的水管儀、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測預報工作，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的鉆孔應變場地新建“西安臺定點形變綜合觀測場地建設項目”的設想，并組織編寫了項目建議書，得到了中國地震局的批復。

2016-09開始辦理項目報建手續，2017-05正式獲得秦嶺生態環境保護區內新建項目的政府準入批復。2017-12開工，2019-09完工，現處于儀器測試運行階段。

1 新山洞概況

1.1 建設背景

由于無法在西安臺原臺址上進行改擴建，經地質和形變專家多次到現場初步勘選，西安臺南側約200 m占地面積約600 m2處的鉆孔應變觀測場地具備建設形變觀測山洞的基本規范要求。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，基本符合勘選標準。為進一步加強地震監測預報工作，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的鉆孔應變場地新建“西安臺定點形變綜合觀測場地建設項目”（以下簡稱“項目”）的設想，并組織編寫了項目建議書。2016-08，中國地震局組織有關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項目可行性研究報告》。

2016-08-26，中國地震局下發了《關于陜西省地震局西安臺定點形變綜合觀測場地建設項目可行性研究報告的批復》，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項目可行性研究報告》。

1.2 建設內容

新建1個244延米的綜合觀測山洞，其中側室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 建設目標

該項目的總體建設目標為：項目建成后，能徹底解決西安臺觀測環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、科學研究為一體的現代化、標準化地震臺站。

2 新山洞建設亮點與創新

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，洞內巖壁完整、無剝落或掉石。觀測洞內設置北南分量、東西分量、北西分量，觀測洞1（東西分量）設計全長38 m，儀器布設基線設計28 m；觀測洞2（北南分量）設計全長32 m，儀器布設基線設計28 m；觀測洞3（北西分量）設計全長35 m，儀器布設基線設計28 m。儀器室設置儀器墩（花崗巖、混凝土），花崗巖儀器墩材質為“芝麻灰”花崗巖，石質堅硬、致密、均勻，顆粒細，無雜質，無裂紋；混凝土儀器墩用C40細石混凝土一次性澆筑而成。

項目從設計到施工，既學習和借鑒了山西、山東、天津等省（市）地震局先進臺站形變觀測山洞的建設經驗，同時也加入了一些創新元素。

2.1 突出業務，功能區劃

陜西省地震局本著打造標準化、信息化、現代化地震綜合觀測場地的理念，在充分調研后，確定了新山洞的設計方案。新建山洞按“觀測業務區”“比測實驗區”“宣傳展示區”三大功能分區進行布局。

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

“比測實驗區”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”位于山洞入口段，布置地震科普知識和山洞建設情況展板，用于開展防震減災科普宣傳。山洞功能區劃圖如圖1所示。

圖1山洞功能區劃圖

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范要求。山體巖性為片麻狀花崗巖，質地堅硬，完整性好，無風化現象。山洞開挖采用光面爆破法，并遵循“短進尺、弱爆破、多循環”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。

在防排水設計上，遵循“防、排、截、堵”的原則，將排水管設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。通過環向導水管引流至縱向排水管，然后集中排至靠近山洞口的側室A集水池，再通過靜音水泵抽到外面，達到有效的防水排水效果。

在山洞隔離門方面，設計階段進行了大量的調研，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。從技術參數來看，冷庫門在防潮、保溫和密閉性方面遠優于傳統山洞采用的船艙門。

2.3 突出標準化，探索創新

山洞建設過程中，中國地震局下發了地震臺站建設標準化試點方案，陜西省地震局黨組要求項目組及時落實標準化方案。項目組制訂了標準化實施方案，并對山洞建設內容作了修改調整，按標準化方案設計觀測機房、儀器墩尺寸、標識標牌等。

按照標準化方案設計了儀器墩，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，在山洞建設過程中，陜西省地震局監測中心技術人員嘗試應用新技術，分別在開挖后的條形儀觀測洞巖壁和流動重力觀測室巖壁上布設了專門監測圍巖應力變化的光纖系統，作為全新的形變監測手段。

3 建設體會

在中國地震局、陜西省委省政府的關心支持下，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。總結起來有以下體會。

3.1 做好項目前期設計和審批報建是項目建設的關鍵環節

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

項目立項后，陜西省地震局嚴格按程序報建，在當地土地、環保、林業、街道辦等部門辦理了審批手續，取得了秦嶺生態環境保護部門（秦嶺辦）的準入批復。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。經過市秦嶺辦對項目資料的審查以及對施工現場的檢查核實，確認項目手續完備，最終經過省、市、區各級政府的審批，項目恢復施工。

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，終于取得項目準入批復。優化設計階段，項目組同志通過各種渠道了解先進山洞建設方案和工作經驗，加班加點查閱各種資料，就各種問題請教各個專家，一次次與設計人員溝通，一點點修改完善施工設計圖紙。

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

3.3 多部門協調配合是項目穩步推進的有力保證

作為全局重點建設項目，自項目立項批復以來，陜西省地震局黨組高度重視，專門制定了實施管理細則，成立了項目組織機構。項目領導小組、實施組、現場管理組積極履行相應職責，穩步推進項目實施。局監測預報處、發展與財務處、辦公室、震害防御處、監測中心、預報中心、應急中心、宣教中心等局屬部門和單位積極配合，協調解決項目實施中有關方案設計、預算編制、審批報建、技術指導、危機攻關、檔案管理等有關問題，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務能力和創新持續發展的重大機遇。為此，專門成立項目實施機構，制定項目實施管理細則，精心組織實施，協調解決有關方案設計、預算編制、審批報建、技術指導、危機攻關、檔案管理等問題，全力推進項目實施。

在項目實施過程中，中國地震臺網中心、湖北局、山西局、山東局、天津局等系統內專家給項目組提供了諸多技術支持。在專業儀器采購方面，中國地震臺網中心李正媛研究員給予陜西局幫助和支持，節省了項目經費，保證了項目實施。

4 結束語

通過新山洞的建設，西安臺的觀測環境進一步達到觀測規范要求，成為觀測條件優越、觀測設施齊全、觀測手段豐富的現代化綜合臺站。建成后的西安形變綜合觀測場地將與關中地區乾陵、寶雞、華陰等形變臺站形成響應，與區域內的GNSS基準站組成定點形變觀測臺網，并與關中跨斷層水準測量以及大地水準剖面測量有機結合，為研究區域大地形變、地質構造活動提供科學有效的觀測數據，為地球研究提供實驗基地，為地震預測研究和防震減災工作提供更好的服務。