西安地震台新建观测山洞工程地质分析＊

陈冬柏，刘盼

西安地震台新建观测山洞工程地质分析＊

陈冬柏，刘盼

（陕西省地震局，陕西 西安 710068）

运用实地勘察等方法，分析了西安地震台新建观测山洞工程的地质地貌及水文条件和场地稳定性，为工程建设提供了合理建议。

实地勘察；西安地震台；山洞工程；场地稳定性

1 工程概况

西安地震台新建观测山洞工程场地位于陕西省西安市长安区子午街道天子峪口。该场地地处秦岭北缘，处于鄂尔多斯地块、扬子地块、松潘-甘孜地块及中国东西和南北巨型构造的交汇地带。山洞工程主要涉及新建总长244 m的地震观测山洞和60 m2的观测室。山洞建设于场地山体内部，观测室位于洞外露天区域。山洞洞口高2.5～3 m，共设置支洞3座，其中东西向山洞长94 m，南北向山洞长70.5 m，北东向山洞长37.5 m，山洞地板最大埋深约100 m，3座山洞成交叉式联通。根据DZ/T 0286—2015[1]规定，项目投资建设符合一般工程建设标准。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

西安地震台新建山洞场地所在区域南高北低，地貌类型主要为南面秦岭山体，北面关中盆地。建设场地位于南部秦岭低中山区地貌中，海拔600～740 m，地形属于中低山山地间沟谷。场地山高谷深，地形起伏较大，沟谷为狭窄的“V”字形谷，沟谷底部宽2～5 m，东西两侧为秦岭山坡，斜坡陡峭。地表局部有破残积土，其上植被茂密，刺槐、灌木等植物发育。场地外围地表水流为近于南北向的沟谷溪流河道远低于山洞口的设计标高。

项目建设场地地形地貌如图1所示。

2.2 地层岩性

地质勘察表明，工程建设场地附近出露地层简单，岩性单一，地层由第四纪坡积地层（Q4dl）、古生代加里东期（γ）片麻状花岗岩，主要呈灰白色、灰黑色、杂色。早期古生代加里东期片麻状花岗岩（γ）构成山地的岩基，岩石呈灰黑色、花黑色，主要包括片麻状和片麻颗粒状、块状结构，主要矿物为长石、少量的石英和黑白云母等。场地的第四纪主要断续分布在山顶和山坡的斜坡地段，由杂色碎石土、含碎石块石土组成的稍密~中密的残积层，厚度0.5～8 m。

图1 项目建设场地地形地貌

项目建设场地岩芯取样如图2所示。

图2 项目建设场地岩芯取样

2.3 地质构造及地震

工程建设场地所属区域横跨华北地台和秦岭褶皱系，大地构造属于北秦岭加里东褶皱带，褶皱带总体为一复线背斜。有四期不同形式的构造叠加，早期褶皱带多数被掩盖，经过多次区域构造的强烈活动，形成了多旋回褶皱的复杂构造带[2]。

地质区调结论认为该区域自南向北分布着神仙岔—红庙子断裂、秦岭北麓山前大断裂、庆镇—引镇断裂三条区域性深大断裂。其中，神仙岔—红庙子断裂为油坊沟—黄台深大断裂的一部分，西起神仙岔，经观音山、万华山、罗汉坪进入蓝田县。该断裂为压性断裂，断层面为北倾，倾角大于60°，沿断层线有陡崖分布。秦岭北麓山前大断裂沿秦岭山脉与关中平原的接触界线东西向横贯区境，断层地貌标志清晰，南盘为变质岩及印支期岩浆岩，北盘为第四纪，为男升北降高角度正断层，断层面倾角正北，倾角为50°～70°。庆镇—引镇断裂为一槽台分界深大隐伏断裂，该断裂与秦岭山前大断裂平行，为盆地下第三系分布的南界，是南升北降的高角度正断层。

工程建设场地大区域属于南升北降的格局中，区域内断裂发育，但多为隐伏断裂，一般发育在断陷盆地中，展布方向以北东和近东西方向为主，少量北西向发育。项目场地位于秦岭北麓山前大断裂南盘，后期燕山期侵入的花岗岩构造使处于该构造断裂部位的岩体相对完整。

受新构造活动的影响，项目所在的地区近2 000年间共发生了21次4级以上地震，自20世纪以来，共发生5次有感地震，其中有记载的地震引发的崩塌地质灾害仅1次，为公元前321年地震引发的终南山崩。据GB 18306—2015[3]，场地区地震动反应谱特征周期为0.4 s，峰值加速度为0.2g，地震基本烈度为VIII度。

2.4 节理和裂隙分布

场地地表覆盖层厚度局部较大，且风化严重，岩层节理较为发育。节理的发育密度在不同的岩石中和同一种岩石的不同部位差异较大，大部分属构造剪节理，方向性明显，节理面一般平直，延伸长，闭合良好，部分有小开口，充填物多为白色钙质附着物，也可见石英长石伟晶岩脉脉充填，张性节理表现更为明显。风化节理主要产在距地表10～20 m以上地带，节理没有固定的方向，节理规模小，密度大，节理面不平整，多为张性，无脉岩充填，从地表向下密度快速变小。

2.5 岩土类型及工程地质性质

实地踏勘调查表明，工程建设场地内出露岩性主要为印支期花岗岩和第四纪残破积土，岩体类型为坚硬的块状花岗岩，土体类型为松散的碎石土。

坚硬块状花岗岩在工程建设场地广泛分布，质地坚硬，节理裂隙较发育，根据勘察，强风化层波速p= 1 500～ 2 000 m/s，中风化层p=2 200～2 700 m/s。

松散碎石土层断续分布在山梁顶部和山坡斜坡地段，均为全新统残积层，由杂色碎石土、含碎石块，根据勘察，碎石土的波速为p=700～1 000 m/s。

2.6 水文地质

2.6.1 地表水

场区地表沟谷发育，但都属于季节性冲沟，平时无水，雨季可形成短暂水流，小部分降水沿裂隙渗入补给地下水，多以地表径流形式沿沟谷向下游排泄，山洞山体地势较高，缘边沟壑林立，有利于地表水体的排泄，地表水不甚发育，多数处于断流状态。山洞区从山顶到山脚形成一个小而独立的补、径、排系统，山洞山体地势较高，地势陡峭，有利于地表水体的排泄。山洞开挖后，在降雨期，特别是强雨久雨，地表水可能会存在沿裂隙下渗的问题。

2.6.2 地下水

根据岩性特征及地下水在介质中的存储状态，项目区地下水类型为基岩裂隙水和第四纪松散岩类孔隙水。地下水主要受大气降水、第四纪松散堆积层孔隙水补给，富水较弱。大气降水量较大时受汇水面积大特点的影响，短时间水流湍急，冲刷破坏严重，易成为地下水主要补给源。地下水的主要排泄方式为泉水或渗流流向沟谷。另外，地下水对建设工程的影响表现在地下水、基岩裂隙水沿岩石裂隙渗入，降低山体摩擦系数，从而在斜坡或岩体原始稳定性受到破坏的情况下，斜坡破题或岩石容易沿着节理裂隙形成滑动面从而产生位移，形成坍塌。但勘察项目建设场区周围发现，周围未见地下水露头，地下水作用不明显。

3 主要地质问题及评价

3.1 场地稳定性评价

西安地震台新建山洞场地位于秦岭低中山地貌区，地形起伏较大，切割较深。工程场地位于沟谷西侧坡体中下部，坡体出露岩性单一，均为片麻状花岗岩，岩质坚硬，节理裂隙较发育，岩体呈较大快状，块体表层覆盖残破积碎石土，厚度不等。周围环境对坡体影响较小，周边地区地震活动一般，周围未发现近期有明显活动痕迹的断裂，区域地壳稳定。场地的地质和地貌等适宜山洞建设。

3.2 围岩问题

据野外定性分析，观测山洞围岩进口处为强风化花岗岩，等级为Ⅳ级，稳定性较差，开挖后容易坍塌、掉块。洞内岩石完整性整体较好，局部地区有黑白云母分布，稳定性稍差，施工过程中发生了局部小型塌方。因此，对于洞口位置和洞内分布黑白云母部分，工程施工过程中通过制作钢拱架对其进行专门支护，支护效果较好，其余部分洞体开挖仅需严格遵循短进尺、弱爆破、强支护、紧衬砌的工作原则。

3.3 山洞稳定性评价

山洞场地地处变质岩发育阶段，围岩主要以片麻状花岗岩为主。受多期构造运动的影响，区域断裂受夹持及节理、裂隙灯结构面穿切破坏、岩体入侵等影响，岩体产状多变，节理裂隙发育，岩体结构及完整性分段性明显。

4 结论

西安地震台新建山洞项目场地属于北秦岭加里东褶皱带，未发现明显活动痕迹的断裂，山洞区场地基本稳定，适宜山洞建设。场地地震动峰值加速度为0.2g，反应谱特征周期为0.4 s，需要做八度抗震设防。在场地内地层岩石以片麻状花岗岩为主，洞内围岩地质构造变动变化较大，受构造影响，山体内节理裂隙发育，局部地区围岩稳定性一般，洞内不存在影响山洞稳定的不良地质和特殊岩土。根据DZ/T 0286—2015[1]，建设场地地质环境条件为中等类型，适合地震观测山洞建设场地。

［1］中国地质环境监测院，北京中地华安地质勘查有限公司，中国地质大学，等.DZ/T 0286—2015地质灾害危险性评估规范［S］.北京：地质出版社，2015.

［2］牛琳琳，丰成君，张鹏，等.鄂尔多斯地块南缘地应力测量研究［J］.地质力学学报，2018，24（1）：25-34.

［3］中华人民共和国家质量监督检疫总局.GB 18306—2015中国地震动参数区划图［S］.北京：中国标准出版社，2015.

p962

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.09.049

2095－6835（2020）09－0118－02

陕西省地震局启航与创新基金课题（编号：QC201814）；中国地震局“监测、预报、科研三结合”课题（编号：3JH-201901070）联合资助

〔编辑：张思楠〕