西安地震台新山洞建设亮点与创新

辛建村，魏谱跹

（陕西省地震局，陕西 西安710068）

西安基准地震台（以下简称“西安台”）位于长安区子午镇天子口村（N108.92°，E34.02°），距西安市30 km，海拔高度630 m，地质构造上位于汾渭地震带秦岭山前大断裂南缘。西安台始建于1953年，是新中国成立后首批建设的10个地震台站之一，也是陕西省境内最早建成的地震台站。主要承担全球地震监测[1-3]、国际资料交换、核试验侦测、地震科学实验、地震科普宣传、地震应急等工作任务。

西安台形变观测始于1971年，形变山洞呈“十”字形，岩性为花岗岩，岩石较破碎，植被稀少，年温差大于1℃。由于建设起点低，形变观测山洞存在进深较浅（引洞不超过10 m）、长度不足（总长度70延米，单测道不超过20 m）、覆盖层较薄（不超过20 m）等客观问题，山洞内架设的水管仪、伸缩仪和垂直摆等形变观测仪器受背景噪声影响较大，观测精度不高[4]。为进一步加强地震监测预报工作，彻底解决西安台形变观测场地干扰问题，2016年陕西省地震局向中国地震局提出在西安台南侧的钻孔应变场地新建“西安台定点形变综合观测场地建设项目”的设想，并组织编写了项目建议书，得到了中国地震局的批复。

2016-09开始办理项目报建手续，2017-05正式获得秦岭生态环境保护区内新建项目的政府准入批复。2017-12开工，2019-09完工，现处于仪器测试运行阶段。

1 新山洞概况

1.1 建设背景

由于无法在西安台原台址上进行改扩建，经地质和形变专家多次到现场初步勘选，西安台南侧约200 m占地面积约600 m2处的钻孔应变观测场地具备建设形变观测山洞的基本规范要求。该处海拔约660 m，位于秦岭山前，东西向大断裂的南盘上，距秦岭北缘大断裂破碎带约700 m，覆盖50 m以上，植被良好，台基为花岗岩，岩性坚硬，岩石较完整，成洞条件较好。同时具备良好的供电、交通、通信和运行条件，基本符合勘选标准。为进一步加强地震监测预报工作，彻底解决西安台形变观测场地干扰问题，陕西省地震局向中国地震局提出在西安台南侧的钻孔应变场地新建“西安台定点形变综合观测场地建设项目”（以下简称“项目”）的设想，并组织编写了项目建议书。2016-08，中国地震局组织有关专家到拟建项目场地进行实地查看，审查了《陕西省地震局西安台定点形变综合观测场地建设项目可行性研究报告》。

2016-08-26，中国地震局下发了《关于陕西省地震局西安台定点形变综合观测场地建设项目可行性研究报告的批复》，原则上同意陕西省地震局所报的《西安台定点形变综合观测场地建设项目可行性研究报告》。

1.2 建设内容

新建1个244延米的综合观测山洞，其中侧室12个；在山洞口新建60 m2观测房；对550 m2的观测场院进行改造，平整场地、修建大门和围墙；修筑674 m2的混凝土道路并安装护栏；架设350 m供电与通信线路等。新购置并安装垂直摆倾斜仪、水管倾斜仪、伸缩仪各1套。

1.3 建设目标

该项目的总体建设目标为：项目建成后，能彻底解决西安台观测环境和观测条件局限问题，使西安台成为以形变、测震为主，集综合地球物理观测、仪器比测检验、科学研究为一体的现代化、标准化地震台站。

2 新山洞建设亮点与创新

新山洞共建成比测室5间，观测室6间，观测洞3道。引洞1全长43 m，引洞2全长23.5 m，洞内岩壁完整、无剥落或掉石。观测洞内设置北南分量、东西分量、北西分量，观测洞1（东西分量）设计全长38 m，仪器布设基线设计28 m；观测洞2（北南分量）设计全长32 m，仪器布设基线设计28 m；观测洞3（北西分量）设计全长35 m，仪器布设基线设计28 m。仪器室设置仪器墩（花岗岩、混凝土），花岗岩仪器墩材质为“芝麻灰”花岗岩，石质坚硬、致密、均匀，颗粒细，无杂质，无裂纹；混凝土仪器墩用C40细石混凝土一次性浇筑而成。

项目从设计到施工，既学习和借鉴了山西、山东、天津等省（市）地震局先进台站形变观测山洞的建设经验，同时也加入了一些创新元素。

2.1 突出业务，功能区划

陕西省地震局本着打造标准化、信息化、现代化地震综合观测场地的理念，在充分调研后，确定了新山洞的设计方案。新建山洞按“观测业务区”“比测实验区”“宣传展示区”三大功能分区进行布局。

“观测业务区”位于山洞最深处，并根据不同仪器的特性再次进行分区，将三分量基线式形变仪器与点式倾斜仪、重力仪、测震仪分成两大区域。除了山洞内的形变观测系统，山洞口还有已经投入观测的钻孔应变井（70 m深）、地应力观测井（500 m深）。这样，山洞内的水管倾斜仪、洞体应变仪、垂直摆倾斜仪与山洞外的应力应变形成呼应，建成多手段的立体综合形变观测系统，为地震科学研究提供更丰富的观测资料。

“比测实验区”位于山洞的引洞1段，由4个深度不同的观测室组成，安装不同类型的仪器墩，用于形变、重力和测震仪器的比测实验。

“宣传展示区”位于山洞入口段，布置地震科普知识和山洞建设情况展板，用于开展防震减灾科普宣传。山洞功能区划图如图1所示。

图1山洞功能区划图

2.2 突出安全，注重保温防水

该山洞覆盖层较厚，引洞1的覆盖层厚度为66 m，引洞2覆盖层厚度为76 m，条形仪观测洞覆盖厚度在100 m以上，完全符合形变观测山洞规范要求。山体岩性为片麻状花岗岩，质地坚硬，完整性好，无风化现象。山洞开挖采用光面爆破法，并遵循“短进尺、弱爆破、多循环”的原则，既保证要具备有效的开挖面，又保证爆破不对周围岩体造成破坏。

在防排水设计上，遵循“防、排、截、堵”的原则，将排水管设计在防水层和二次衬砌层外，用1.5 mm厚的防水卷材包裹整个山洞，形成类胶囊封闭空间。通过环向导水管引流至纵向排水管，然后集中排至靠近山洞口的侧室A集水池，再通过静音水泵抽到外面，达到有效的防水排水效果。

在山洞隔离门方面，设计阶段进行了大量的调研，查阅了大量的资料，最终决定采用冷库专用的不锈钢保温门。从技术参数来看，冷库门在防潮、保温和密闭性方面远优于传统山洞采用的船舱门。

2.3 突出标准化，探索创新

山洞建设过程中，中国地震局下发了地震台站建设标准化试点方案，陕西省地震局党组要求项目组及时落实标准化方案。项目组制订了标准化实施方案，并对山洞建设内容作了修改调整，按标准化方案设计观测机房、仪器墩尺寸、标识标牌等。

按照标准化方案设计了仪器墩，其中测震仪器墩尺寸为1.2 m×1.8 m，形变和重力仪器墩为1.0 m×1.6 m。测震仪器墩采用现浇混凝土制作，形变仪器墩采用订制花岗岩。

另外，在山洞建设过程中，陕西省地震局监测中心技术人员尝试应用新技术，分别在开挖后的条形仪观测洞岩壁和流动重力观测室岩壁上布设了专门监测围岩应力变化的光纤系统，作为全新的形变监测手段。

3 建设体会

在中国地震局、陕西省委省政府的关心支持下，陕西省地震局强化项目管理，精心组织实施，努力打造精品工程。项目组克服了重重困难，解决了诸多棘手问题，全力推进项目实施进展，取得了较好的成效。总结起来有以下体会。

3.1 做好项目前期设计和审批报建是项目建设的关键环节

该项目从立项论证到可研设计再到施工设计，一直到最后的优化设计，陕西省地震局组织召开了多次专题研讨会，并开展了大量的调研工作，最终确定了最优化的实施方案，为建成高质量的观测山洞打下了良好的基础。

项目立项后，陕西省地震局严格按程序报建，在当地土地、环保、林业、街道办等部门办理了审批手续，取得了秦岭生态环境保护部门（秦岭办）的准入批复。在中央开展秦岭违建别墅整治专项行动中，项目施工受到影响，造成停工。经过市秦岭办对项目资料的审查以及对施工现场的检查核实，确认项目手续完备，最终经过省、市、区各级政府的审批，项目恢复施工。

3.2 强化施工管理是打造精品工程的首要保障

项目实施以来，项目组的同志付出了艰辛的努力。项目报建阶段，实施组同志来回奔波于地方主管部门，跑断腿、磨破嘴，终于取得项目准入批复。优化设计阶段，项目组同志通过各种渠道了解先进山洞建设方案和工作经验，加班加点查阅各种资料，就各种问题请教各个专家，一次次与设计人员沟通，一点点修改完善施工设计图纸。

开工以来，现场组同志放弃一切休假，发扬不怕脏、不怕累、不怕危险的精神，克服了常人难以想象的困难，紧盯施工各个环节，有效保证了施工安全和质量。对于关键工艺、关键部位、隐蔽环节的施工，无论白班夜班都有人现场监督、查验、拍照、取证、记录，保证不放过任何一个细节。尤其是山洞工程最易出现的防水问题，更是牢牢抓住不放。现场组人员对施工队铺设的防水材料进行一遍又一遍的细心检查，彻底排除因施工质量把控不到位而出现的渗水问题，确保防水效果长期可靠。

3.3 多部门协调配合是项目稳步推进的有力保证

作为全局重点建设项目，自项目立项批复以来，陕西省地震局党组高度重视，专门制定了实施管理细则，成立了项目组织机构。项目领导小组、实施组、现场管理组积极履行相应职责，稳步推进项目实施。局监测预报处、发展与财务处、办公室、震害防御处、监测中心、预报中心、应急中心、宣教中心等局属部门和单位积极配合，协调解决项目实施中有关方案设计、预算编制、审批报建、技术指导、危机攻关、档案管理等有关问题，合力推进项目实施。

3.4 各方重视与支持是项目顺利推进的重要因素

该项目能够立项并投资实施体现了中国地震局对陕西省地震局工作的大力支持。项目报建和复工审批过程中，陕西省委省政府对陕西省地震局也给予了积极的支持。

陕西省地震局党组高度重视该项目实施，并将此作为提升西安中心台综合业务能力和创新持续发展的重大机遇。为此，专门成立项目实施机构，制定项目实施管理细则，精心组织实施，协调解决有关方案设计、预算编制、审批报建、技术指导、危机攻关、档案管理等问题，全力推进项目实施。

在项目实施过程中，中国地震台网中心、湖北局、山西局、山东局、天津局等系统内专家给项目组提供了诸多技术支持。在专业仪器采购方面，中国地震台网中心李正媛研究员给予陕西局帮助和支持，节省了项目经费，保证了项目实施。

4 结束语

通过新山洞的建设，西安台的观测环境进一步达到观测规范要求，成为观测条件优越、观测设施齐全、观测手段丰富的现代化综合台站。建成后的西安形变综合观测场地将与关中地区乾陵、宝鸡、华阴等形变台站形成响应，与区域内的GNSS基准站组成定点形变观测台网，并与关中跨断层水准测量以及大地水准剖面测量有机结合，为研究区域大地形变、地质构造活动提供科学有效的观测数据，为地球研究提供实验基地，为地震预测研究和防震减灾工作提供更好的服务。