嘉祥地震台山洞改造实践既背景场项目的实施

[摘 要]本文以嘉祥地震台为例，主要就台站改造方案的具体实施进行了分析，为提高整个鲁西南地区的地震监控做出了贡献，也希望通过这次的改造实践能为同类工程提供参考。

[关键词]嘉祥地震台 台站改造 方案实施

中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0129-02

引言

我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一，我省又是大陆地震活动频繁区域之一，地震活动分布存在范围大广、强度大、震源浅、灾害重特点。嘉祥地震台地处聊考、郯庐两大断裂带之间，为加强鲁西南地区的震情监视工作，特别是加强对这两大断裂带的震情监视工作，中国地震局在“十二五”项目中将嘉祥地震台列为背景场改造的重点项目。

一、台站概况

嘉祥地震台位于山东省济宁市嘉祥县城北何庙村南簸箕山阳，地理坐标为：东经116°21'19″，北纬35°25′33″，台基海拔高程为43米。该台站西部有聊考大断裂带，东部有郯庐大断裂带，周围也分布着一些小断裂带，东西向正断裂：由北向南依次有汶泗断裂、郓城断裂、凫山断裂、韩台断裂等，它们均为落差大、延展长的区域性断裂。南北向正断裂：自东而西有峄山断裂、孙氏店断裂、济宁断裂、嘉祥断裂、巨野断裂、田桥断裂。与东西向断裂相同，它们也是落差大、延展长的区域性断裂。

嘉祥地震台背景场项目，是利用现有的防空洞进行改造来作为放置观测仪器场所。该洞体是1974年的人防工程，洞体主覆盖垂直厚度最大可达58米，侧覆盖厚度大于100米。山洞全长243米，共有28个洞室。从整体看该山洞被覆不错，但由于当时施工工艺水平有限，也由于多年来没有人维护管理，该山洞洞体普遍存在渗水、甚至漏水的现象。每到夏天雨季洞内滴水不断，显然这样的洞体环境是不能放置地震仪器的，因此必须进行防水、防潮改造。

二、嘉祥地震台台站改造方案实施

1、整平改造

山洞防水、防潮改造首先是把设计没有放置仪器仪器任务的洞室进行封闭，来节省做防水、防潮的费用。我们设计预留使用洞室5个，用于放置仪器及数采，剩余23个洞室作封闭处理。预留使用主体洞长约200米。后面的洞体做封闭处理。如图1所示，其中空白部分为预留使用空间，阴影部分为封闭空间。

（图1中，阴影部分为封闭弃用部分，空余部分为保留做防水部分）

其次，对山洞的地面进行整平。洞体通道靠近北部的部分用于放置水管仪和倾斜仪，但是整个洞体是里高外低。拟放置仪器的南北向高差为1.1米，东西向高差为1.2米，斜向高差为0.8米。根据山洞通道实际情况，进行分段施工整平。山洞整平用钻山凿岩机破除原来的混凝土和岩石，把高出的部分去除。为防止对基岩的破坏，不允许用爆破手段，所破解的碎石垃圾及时清理出山洞。清理完毕后，对山洞走廊及对山洞预留的房间地面进行整平。整平之后，用混凝土及沙灰把地面找平。整平期间预留出水漕，直通山洞原有的排水沟，通过排水沟排出洞外。

2、排水系统施工

因漏水现象严重，我们设计了通过软式引水管全连接，及时将漏水排出系统。具体做法是，将整个需要改造的部分，在山洞防水层的外侧边墙下端和中间各铺设直径为3cm的EVA材料纵向软导水管，沿山洞壁纵向每隔4---5m左右铺设一道直径为5cm的横向排水管。横向管和中间纵向管每隔0.5m钻一个孔，以便于把水引入引水管。纵向及横向排水管组成排引水网和引水漕一起通入原有的下水道，共同完成漏水的外排引工作。

3、衬垫施工

原来的山洞被覆比较好，墙面也比较平整，但为增加防水层的安全系数，防止被墙面尖锐物刺破，在排引漏水管和防水层之间，山洞设计增加了土工布衬砌。土工布是一种合成纤维，具有良好的隔离、防渗、保护作用。它也比较抗腐蚀、抗老化，能起到保护防水层的作用。

4、铺设防水层施工

山洞改造成功与否，很大程度上决定于防水层做的是不是成功。因此，做好防水层是至关重要的。采用山东寿光生产的EVA防水板，该防水板复合强度、抗穿刺强度大；抗老化、使用寿命长；防渗性能、阻隔性能好；韧性和黏连性都比较好。广泛应用于隧道、涵洞、山洞、蓄液池、地下室等防水、防渗。防水板施工在保护衬层做完和二次衬砌混凝土灌注之前进行。防水板板幅宽4m，采用热融双缝焊接工艺。每隔一定的间距，用暗钉固定，视牢固情况，尽量用少量的钉固定。每个钉面，用不小于10cm的防水板加盖，并用火枪同防水板母体焊接牢固，确保没有缝隙。防水板铺设与焊接，从一边开始，向另一边铺设，两幅防水板之间的搭接幅宽不小于10cm，边铺设，边固定，边焊接。最佳的焊接温度和速度通过实验来确定。焊接时必须保证不能有漏焊、假焊、烤焦、烧穿等缺陷。对于有漏焊、假焊的缺陷要及时进行补焊。如若不慎出现烤焦、烧穿，必须及时用焊板贴打补丁补缺陷。防水板安装要松弛适度、不绷紧、无褶皱。

5、二次衬砌混凝土的施工

（1）钢筋的捆扎。在捆扎钢筋时要注意离开防水板5cm不能碰触到防水板，以免将防水板刺破。为此首先制作了5cm厚的混凝土垫块，用来保护防水板，以免离得近刺破防水板。

（2）模板安装。模板及其支撑系统必须具有足够的刚度和稳定性，确保系统能满足承受所灌混凝土及施工时的全部载荷。模板选用优质东北松木板，制作安装简单，拆卸方便且有一定的刚度。支撑采用钢管支撑，有刚度承载能力强。对于竖向结构模板采用加设斜支撑和剪刀支撑，水平支撑顶部承横管与立管交叉处加托扣件，立管下加上垫板，立管间加斜支撑，以防其任意歪斜或者跑位。

（3）混凝土灌浇。混凝土灌浇用商混高压输送泵往里面灌注，尽最大可能灌满不出现空点、空区。混凝土灌注一段后用小型振动棒慢慢振捣，然后再往里打一些混凝土充实。浇筑混凝土时要在混凝土浇筑过程中要注意防止跑浆，尽量避免振动棒接触模板，以防止模板错位等。

6、观测墩开挖

因山洞走向不是正南正北且预设南北、东西分量夹角为98度，顺应山洞走向，为弥补EW、NS向不正交的条件限制，水管和伸缩观测仪器采取EW、NS、NE方式三分向布设，进行三分量观测。观测墩主墩基础应该挖至完整基岩面，观测墩设计超过地面不高于30cm。在开挖和浇筑仪器墩时，采取伸缩仪和水管仪共用主墩观测的方式进行施工。观测墩挖到基岩用混凝土一次性浇筑成型，等老化干燥后用聚氨酯密封膏密封隔震槽内仪器墩四周。施工时注意清理好施工面，保持施工面清洁、干燥。等密封膏牢固了以后，抹一层灰浆，然后隔震槽中填充细沙。

本设计图水管仪、倾斜仪主墩公用，支墩分开设计。在此设计图纸中只有伸缩仪器支墩，没有水管仪支墩。水管仪支墩采用当地的青石锯割而成。根据地面高度，每隔1.5m设计一个青石支墩，尺寸是12cm*10cm*25cm。青石硬度比较高，性能稳定受外界因素影响变化小，是比较理想的仪器墩材料。

7、山洞装饰装修

山洞装修墙面先刮几遍腻子，然后刷乳胶漆。地面采用60cm*60cm地板砖铺设。从山洞入口至水管、倾斜仪南北端安装了10道船舱门，对山洞进行有效的保温和密封。在每个观测分向间都设有船舱密封门，这样有利于仪器保温，维护时不至于相互影响过大。每个仪器洞室门都采用了这种船舱密封门进行有效的密封，这样能最大程度消除相互间的维护调试影响。整个前兆观测仪器室内温度恒为17.04℃，日变温度≤0.01℃，年变温度≤0.3℃，室温条件是不错的。

8、供电通信系统的安装与施工

嘉祥地震台本单位架设有50KV变压器一台，配电盘设在观测楼一楼车库内。从变压器房到配电盘电源线路采用五线三相带铠装铜电缆直接埋埋设。配电盘前置德国产避雷装置一套，从配电盘到仪器插座、照明各电路分开架设。为保证供电的连续性和背景场项目仪器设备的正常工作，山洞观测室内各观测仪器系统各配有UPS电源一套。

供电系统图如下：

9、山洞仪器安装方案实施

山洞仪器观测系统构成包括观测系统主要有供电、防雷、数据采集、数据传输、监控与备份和数据处理等部分。其中，山洞仪器是整个观测系统的主体。根据山洞洞体结构，为弥补NS、EW向不正交的条件限制，根据国家局前兆台网专家李正媛的建议，充分利用嘉祥地震台的山洞走向，水管仪和伸缩仪由传统的南北、东西（NS 、EW）两向改为南北、东西、和斜向三个分向（即NS、EW、NE）方式布设，进行三分量观测。背景场项目在嘉祥地震台山洞内前兆观测仪器包括：宽频带倾斜仪1套、水管倾斜仪1套（设计三个分量）、伸缩仪1套（设计三个分量）、和前兆观测手段配套仪器包括水管倾斜仪检测装置1套、伸缩仪检测装置1套、数据汇集器1套、UPS电源一套。2013年12月27日武汉仪器厂的专家来嘉祥台开始安装与调试水管仪和伸缩仪，2014年1月1日安装调试完毕。2014年3月13日武汉仪器厂的专家来到嘉祥台安装VP宽频带倾斜仪2014年3月14日安装调试完毕。在安装过程中专家们严格执行相关技术规程操作，认真仔细地完成了安装调试任务。在安装调试完成后即投入试运行工作。

10、建成效益展现

嘉祥地震监测中心台背景场项目的建设，充分利用了本台所处的地理位置优势和现有山洞优势，并结合济宁市地震观测手段的实际情况，增上水管倾斜仪、伸缩仪、垂直摆倾斜仪等形变类地震观测仪器，把嘉祥地震监测中心台打造成了一个集测震、强震、GNSS、水管倾斜仪、伸缩仪、VP倾斜仪、钻孔应变仪等多种观测手段的综合性台站。

结束语

嘉祥地震监测中心台背景场项目的实施，提高了整个鲁西南地区的地震监控和震前异常信息的捕捉能力，填补了鲁西南地区形变类前兆手段缺乏的空白，优化了山东乃至全国的前兆台网布局，使前兆台网布局更趋于合理。