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1西安市地裂缝专题研究刘世春一、概述㈠．前言西安是我国地裂缝灾害最典型、最严重的城市，自1950年发现地裂缝以来，现在地裂缝已发展到12条。从1976年至1992年期间，地裂缝的发育规模和活动强度急剧增大，给西安地区经济建设造成了严重的破坏，城市道路、地下管线、工业及民用建筑经常受到地裂缝的破坏，每年造成的经济损失达数百万至数千万元。西安市自1992年以来，采取了禁采地下水的措施，地面沉降得到有效地控制，地裂缝的发展趋缓。西安地裂缝是在西安断层组的基础上发育起来的，由南向北，在黄土梁洼之间有规律的排列，呈带状分布，走向NE60°～80°，局部近东西向，倾向SE，倾角70°～80°，宽几米到数百米不等，活动速率以5～30mm／年居多，最大者愈50mm／年，西安地裂缝具有相同的三维活动特征，以垂直位移为主。地裂缝的出露段和活动最强烈的地裂缝，多发育在黄土梁洼区，在东西两侧的阶地区出露较少，多为推测隐伏地裂缝。据有关单位研究表明，西安市的地裂缝的发展及地面沉降，主要是由于过量开采深层承压水所致，相关系数达到0.87~0.98。郑西客运专线引入西安车站，不可避免的要穿越西安市区，并通过地裂缝。与郑西客专相关的地裂缝，具有关资料显示为Df2及Df3地裂缝。因此本次初测工作针对与客专相关的地裂缝Df2、Df3，与陕西大地地震工程勘察中心联合开展了针对性强的专题研究。㈡．工作方法为了较为准确的揭示线路通过地裂缝的位置，本次采用的工作方法主要是以搜集既有地裂缝勘察资料及观测资料、地面调查、钻探、挖探相结合的综合勘探方法。搜集既有地裂缝资料可以指导本次工作的开展，并分析地裂缝的活动性；地面调查可以分析确定地裂缝大致分布范围，并利用微地貌特征如地裂缝的错台，分析其活动特性；利用钻探揭示在地裂缝两侧古土壤层的高程分布差异，确定地裂缝的出露位置；利用挖探的探槽，确定地裂缝目前活动的特征。㈢．工作量完成工作量如下：1、地面建筑物破坏调查、测绘、拍照及资料收集分析；2、布设钻孔勘探线12条，钻孔112个，查明古土壤标志层有无垂直错动及其错动量，确定地裂缝位置，分析地裂缝较深部位的活动特征。3、布设探槽4个，深度2-3m，槽长10-15m，宽1.0m。直接揭露地裂缝。4、测量地裂缝控制点和地面出露点的坐标及钻孔高程。标高引自场地附近的水准点BM314点,高程为407.883m；BM315点高程为407.875m,高程为1985国家高程基准。坐标为1980年西安坐标系（1゜带）各控制点布设在设计铁路线附近。坐标类型、高程精度及引测点均由甲方提供，具体数值详见附表1。二、场地位置及地质地貌概况㈠．地理位置郑西客运专线与地裂缝f2、f3发生关系的工程场地位于西安市东北郊既有2陇海铁路线附近太华路至老人仓之间，重点勘察范围CK475+000～CK475+800，长度800m；CK476+250～CK476+800，长度550m；CK478+200～CK478+900，长度700m；CK477+400～CK478+000，长度600m。㈡．地貌地质特征郑西客运专线工程场地位于黄土梁洼地貌区。地面标高403.00~409.84m之间，总体东高西低，跨越两条梁洼地貌。根据场地的探槽、钻孔资料，场地地层结构清楚且基本稳定，由上而下地层结构简单描述如下。1、人工耕作层或填土Q4ml：主要为耕土、素填土，局部有杂填土，褐色，以粘性土为主，厚度0.3~2.0m，局部厚度达3.6m。2、粘质黄土Q3eol：黄褐色，具大孔结构，层底深度5.4~14.2m，相应标高393.96~399.98m。3、古土壤层Q3el：棕红色，可塑，含白色网状钙膜，团粒状结构明显，底部含有厚度约10cm的钙质结核层。层底深度9.3~18.1m，相应标高387.52~395.90m。4、粘质黄土Q2eol：为褐黄色，层底未揭穿，终孔深度20m。三、场地附近区域地裂缝分布及资料收集分析最新研究表明，西安市有12条地裂缝，均出露于梁洼相间的微地貌系统中的梁南侧梁洼的转折部位（附图1）。地裂缝的总体走向北东至北东东，其分布位置和延伸方向均受深部活动断层控制。地裂缝的活动量除与构造活动有关外，主要受控于西安市过量开采地下承压水引起地面差异沉降所致。郑西客运专线斜穿西安市地裂缝系统中由北向南数第二、第三条地裂带，即Df2石家街～红庙坡地裂带（简称八府庄地裂）和Df3劳动路～秦孟村地裂带（简称劳动公园地裂缝）的东部，详见附图1-3。Df2地裂带东起浐河边的米家崖，经酒十路、杜家街、八府庄、含元殿、三合新村、北关正街、纸箱厂、红庙坡村，西至大兴路北。总体走向北东东，是西安市目前地面破坏明显且延伸较长的地裂缝之一。地裂缝活动较强，地裂缝所经之处的建筑物和地面均裂开,形成北高南低的陡坎，地面垂直高差10-30cm左右。有的房屋甚至无法使用被迫拆除，地下管道经常被错断等等。地裂缝面倾向南东，南盘下降，北盘相对上升，具典型的正断层活动特征。地裂带的东西端头，地裂缝目前仍处于隐伏状态。在设计铁路线与地裂缝相交的部位附近,地面裂缝的破坏行迹不明显，但梁洼地貌清楚，地形高差约1.5m。Df3地裂带东起西安火车东站，经铁路局工程三处南、东二环立交南、西安铁路物资供应总段、华清小区、西安东车辆段洗罐厂、华清路农机站、铁北村、西安高压供电局变电站南、太华路、莲湖路、大庆路、西安仪表厂家属院、劳动路、电信工程学院、延光厂、石家围墙，向西延伸至昆明路西南。总体走向北东至北东东向。该地裂带最早发现于西郊劳动路至延光机械厂一带，因此常称为西郊地裂缝。该条地裂缝活动性相对较弱，地面出露不连续。在设计铁路线附近的太华路-西安东车辆段洗罐厂，地裂缝出露地面，通过之处的地面裂开，缝宽1-3cm，形成北高南低的坎状微地貌，建筑物墙体裂开，不均匀沉降明显。该段地裂缝目前活动较为强烈。华清小区-西安火车东站，地裂缝地面破坏不明显，说明目前处于隐伏状态。四、场地地裂缝勘察根据郑西客运专线通过的工程场地条件，场地西段为闹市区，民房、厂房密布，地下管线、空中架线星罗棋布，施工难度很大。有的地方无法布3设钻孔和探槽作较详细的勘察工作但有的地方地裂缝对建筑物的地面破坏较明显，如砖墙和地面裂开，并在地面或路面形成陡坎状微地貌等等，因此，西段地裂缝位置的确定是以地面调查为主，在条件许可的情况下布设钻孔勘探线和探槽；东段地裂缝地面破坏不明显，目前仍处于隐伏状态，在农田或乡间小路上布设钻孔测线和探槽，其结果分析如下。㈠．缝地面破坏调查Df2地裂缝在东二环以西，地裂缝出露地面，地裂缝活动较强，对建构筑物造成不同程度的破坏。但距设计的郑西客运线较远，没有重点进行调查。东二环以东米秦路、杜家街距设计的铁路线较近，但地面破坏行迹不明显。Df3地裂带在华清小区以东地面破坏不明显。东车辆段洗罐厂以西地裂缝地面破坏明显，分别介绍如下。华清路北原农机公司院子及其车间水泥地面裂开，形成北高南低的台阶状地形陡坎，陡坎高度约30cm。曾建点观测(已破坏多年)，1990年左右,地裂缝的垂直活动速率为10-15mm/a；2000年左右小于10mm/a。其东西两侧的建筑均遭到不同程度的破坏。铁北村，地裂缝以NWW向斜穿三排平房，使地面和墙体均遭到破坏，水泥地面裂开，缝宽约3cm，北盘台升，南盘下降，形成坎状地貌，房屋多次维修，部分已无法使用。西安高压供电局西安供电站东南角砖围墙裂开多条缝，其影响宽度14m，其东侧水泥路面多次裂开多次维修，在路面上形成北高南低的陡坎状微地貌。西安供电局城北供电分局城北保电站院子水泥地面、西围墙裂开严重，砖围墙裂开多条缝，影响宽度约14m，南盘明显下沉；水泥地面形成北高南低的坎状微地貌，相对高差约20cm，据访问资料该裂缝最早发现于1980年左右，估算20多年来的平均活动速率为10mm/a。地裂缝的局部延伸方向为NEE向。西安酱菜厂东南角二层楼房水泥地面和墙体均裂开，水泥地面缝宽2-3cm，南侧微下沉，呈锯齿状延伸，局部走向NEE。整个楼房出现明显的不均匀沉降现象。在地裂缝延伸线上，南廓上村靠铁路边民房裂缝不明显。㈡．地质钻孔勘探与资料分析根据Df2、Df3地裂缝的延伸方向、郑西客运专线设计的位置及其工作场地条件，沿近南北向布设地质钻孔剖面11条，东西向布设剖面线一条，剖面位置详见附图3。钻探目的是查明晚更新世棕红色古土壤标志层有无垂直错动、错动特征及其错动量，分析地裂缝较深部位的活动特征。钻探结果分别叙述如下。郑西客运专线CK475+000～CK475+800段可能与f2地裂缝相交因此在该段布设钻孔剖面3条，收集以前的剖面资料3条。1-1’钻孔剖面线位于西安太平洋供水工程有限公司院子内，共布设钻孔10个，编号为1-1～1-10，孔间距5.0-30m,钻孔深度约18-20m。孔口标高407.84-408.51m。钻探结果详见附图4钻孔地质剖面图。从钻孔地质剖面图上可以看到，表面地形已人工改造，较为平坦，微有北高南低之势。古土壤底界的变化与地面形态吻合。1-3～1-4号钻孔之间古土壤底界结核层发生明显的垂直错断现象，相对高差约2.8m。古土壤的厚度也有变化，北盘较薄，南盘较厚。断面向南倾斜，南盘下沉，北盘相对上升，为典型的正断层性质。地面裂缝不明显。古土壤标志层错断点按向南80º倾角延伸到地面的坐标位置见附图3和附表2。2-2’钻孔剖面线位于1-1’钻孔剖面线西约200m处的乡间小路上，4共布设钻孔12个，编号为2-1～2-12，孔间距5～40m,孔口标高407.49-409.25m之间,有北高南低之势。钻孔深度17-18.5m，钻孔剖面位置详见附图3，地质钻探结果详见附图5、6。由图可以看出，在钻孔2-5～2-6之间发现古土壤底部结核层被垂直错断现象，断面向南倾斜，北盘上升，南盘下降，古土壤底界相对高差约1.65m。古土壤的厚度也有变化，北盘较薄，南盘较厚，为典型的正断层性质。3-3’钻孔剖面线位于2-2’钻孔剖面线西约180m处，剖面西为杜家街村，东为西安火车东站变电所，沿南北向小路布设钻孔剖面线，共布钻孔14个，编号为3-1～3-14，孔间距2.5～40m,孔口标高408.23-409.89m之间,地面有梁洼微地貌特征，钻孔3-2～3-7位于梁上，3-1位于梁的北侧缓坡上，3-8～3-14孔位于梁的南侧。钻孔深度17-19.1m，钻孔剖面位置详见附图3，钻探结果详见附图7、8。由图可以看出，古土壤标志层的上下界面形态和地面形态吻合。在钻孔3-11～3-12之间发现古土壤底部结核层被垂直错断现象，北盘古土壤较薄，相对上升，南盘古土壤明显增厚，相对下降，古土壤底界相对高差约2.0m。Df2地裂缝在3-3’钻孔剖面线西以收集既有的资料为主，本次未作勘察工作。陕西省工程地震勘察研究院2001年7月24日的《西安高架快速干道一起工程东元路～十里浦地裂缝勘察报告》中3条钻孔剖面，详见附图9，古土壤标志层被明显错断，由此确定的位置坐标详见附表。区域地裂缝分布表明,Df3地裂缝通过郑西客运专CK476+250～CK478+000段,共布设钻孔剖面9条,分析如下。4-4’钻孔剖面线位于秦孟街南农田内，共布设钻孔9个，编号为4-1～4-9，孔间距18～30m,孔口标高406.00-406.55m之间,钻孔深度17.5-18.5m，钻孔剖面位置详见附图3，地质钻探结果详见附图10。由图可以看出，北段4-1～4-6钻孔之间古土壤标志层的顶底界面微向北倾斜，4-6～4-8孔之间较平缓，4-9孔古土壤标志层明显增厚，底界也出现加深现象。由于紧靠铁路线，钻机无法施工，对比附近的钻孔剖面特征分析，地裂缝位置就在钻孔4-9南不远处。5-5’钻孔剖面线位于4-4’钻孔剖面线西约240m处，北为西安铁路工程三处院子，南为空地。共布设钻孔14个，编号为5-1～5-14，孔间距5～22m,孔口标高406.42-407.82m之间,微有北高南低之势。钻孔深度18-20m，钻孔剖面位置详见附图3，地质钻探结果详见附图11、12。由图可以看出，古土壤的顶、底界面变化和地面变化一致。在钻孔5-12～5-