多时相InSAR技术在高速铁路沉降监测的应用

多时相InSAR能够对大范围的目标区域进行毫米级精度的地表变形监测,是目前对区域性沉降进行监测的重要手段,利用多时相InSAR技术对高速铁路及沿线区域进行沉降监测受到越来越多的关注。以郑万高速铁路某跨河特大桥为研究对象,利用多时相InSAR技术对其受高速列车长期运营载荷和周围人为活动的影响下的沉降情况进行监测分析。监测结果显示,该跨河特大桥区域在2020年10月至2022年2月发生了区域性沉降,大桥沿线沉降呈现漏斗状,漏斗底部最大沉降速率达到28.8 mm/a;同时,对比分析多时相InSAR技术监测结果和精密水准监测结果,两者在该区域沉降速率和沉降变形趋势上均呈现一致性。     

TS-DInSAR大区域多尺度沉降监测与精度评定

合成孔径雷达时序差分干涉(TS-DInSAR)已被广泛应用于高铁沿线大区域、多尺度的地面沉降监测方面,但缺乏相应的精度指标。因此,可利用升降轨平台时序解算结果和大量精密水准数据,对大区域内不同尺度的沉降监测结果进行精度评定和分析。研究区域覆盖北京、天津和雄安新区等(面积约3.4×104km2)京津冀核心区域,选取2015年11月～2018年3月51景降轨Sentinel-1A/B和2016年5月～2018年2月44景升轨Sentinel-1A作为数据源,利用TS-DIn SAR分别获取的升降轨平台沉降速率进行交叉验证;另一方面,结合PS点至解算参考点的距离、多尺度沉降速率等精度影响因素,利用大量高铁沿线精密水准数据对同时段PS点的沉降量进行详细的精度评定。研究表明,研究区域内存在不同尺度的沉降,有较多沉降漏斗;升降轨平台监测结果基本一致,标准差为6.47 mm/a;利用大量高铁沿线水准数据对同时段升轨平台沉降量进行验证,中误差为4.17 mm,PS点沉降监测误差与至参考点的距离呈线性关系,在20～80 km的距离内,中误差由2.9 mm递增到4.17 mm;同时,沉降监测误差与PS点沉降速率之间呈现随机分布关系,证明在沉降速率90 mm/a以内的不同尺度沉降监测精度基本相同。研究结果显示:TS-DInSAR能够为平原区域内的基础设施沿线区域沉降监测提供精度可靠的时序数据集,获取的TS-DInSAR沉降监测精度参考指标可应用于高铁等重大基础设施的勘测和运营。     

某高铁沿线灌溉引发沉降影响及防治措施研究

研究目的:我国中东部平原地区高铁沿线分布大量的农业灌溉井,季节性大量抽取地下水用于农业灌溉将导致临近的高速铁路发生沉降,直接威胁高速铁路的平稳安全运营。本文针对某高铁区段范围内的农业灌溉井周期性抽水问题,通过建立考虑加卸荷下土体硬化特性的三维数值仿真模型,模拟分析农业灌溉抽水引发的高铁沉降影响以及农业灌溉井位置和开采模式优化调整措施的防治效果。研究结论:(1)临近高铁的灌溉群井短期大量抽水将产生沉降叠加效应,对高铁造成较严重的沉降影响;(2)将开采井群位置调整至远离高铁后,高铁沉降速率和最终沉降减小,沉降漏斗趋于平缓,差异沉降量显著降低;(3)在保持地下水总开采量一定的情况下,采用"相对较长的开采时间+较低的开采速率"开采模式后,高铁沉降速率和最终沉降减小,沉降漏斗趋于平缓,差异沉降量显著降低;(4)本研究成果可应用于平原地区农业灌溉抽水引发的沉降影响评估及防治。     

小基线集雷达差分干涉测量高速铁路区域地面沉降

以高分辨率卫星雷达影像为数据源,利用小基线集时间序列雷达差分干涉测量技术,采取一种由粗到细的递推式分析策略,调查某客运专线铁路途径区域地面沉降的空间分布状况及变化速率,反演出地表年沉降速率专题图。与地面水准测量进行比较,发现两者比较吻合,较差均值和标准差分别为0.82 mm和4.14 mm,验证了雷达干涉测量反演结果的有效性。     

郑徐高速铁路郑州段区域地面沉降预测分析

针对郑徐高速铁路沿线存在的抽水引起的区域地面沉降问题,以郑州段为例,通过系统分析沿线地下水开采量、开采时间导致的地下水渗流场的变化情况,采用Visual Modflow软件,模拟地下水水位变化,分析地下水流场及降落漏斗范围,结合岩土力学分析法,建立地面沉降数学模型,预测地下水水位下降引发的地面沉降发展的趋势。利用长期观测井水位变化数据对模型进行了验证,模型计算得到的水位和实际水位基本吻合。进一步研究在现状抽水条件下未来10、20年郑州段的地下水位下降和地面沉降发展趋势,分析表明:抽取地下水引起的区域地面沉降大大超过高速铁路无砟轨道工后沉降容许值,建议建立施工期沉降监测网络,并将区域地面沉降最为严重的DK0~DK10段改为有砟轨道形式通过,得到了有关部门和建设单位的批准采纳。     

鲁南高铁沿线地面沉降现状及原因分析

为了研究鲁南高铁沿线的地面沉降问题,在综合分析沿线区域地质、水文地质特征的基础上,通过整理长序列的水文监测资料及地面形变监测资料,采用常规D-InSAR和时序InSAR分析相结合的解译方法,得到了鲁南高铁沿线地面沉降的分布特征,并根据InSAR解译的地表形变离散点划分沉降段落,综合考虑不同段落的地层特征、地下水开采程度、工程建设规模等方面的因素,对引起地面沉降的原因进行研究。研究表明:济宁城区、菏泽城区地面沉降量较大,主要原因为地下水的超量开采,采空区塌陷、岩溶塌陷、深基坑降水也会造成不同程度的地表变形,产生不均匀沉降。高铁选线应避开沉降严重段落和不均匀沉降易发区,完善沿线地面的监测网络,做好地面沉降的监测及预测,制定可行的控沉措施,确保高铁的运营安全。     

谈高速铁路黄土隧道CRD法施工中的几个问题

为了研究长段落大断面黄土隧道CRD法开挖安全问题,依托郑州至西安高速铁路工程实例,开展地表及初期支护沉降量测,临时支护内力及拆除临时支护过程的沉降、内力变化测试分析。研究结果表明:CRD法能保证大断面黄土隧道的开挖安全;砂质黄土浅埋段地表沉降值多在20cm以上;临时竖撑横向摆幅达9.8cm;逐榀拆除临时支护时拱部下沉2mm,拆除范围大于1倍隧道开挖宽度时,拱部下沉增长显著,达到拆除前下沉量的40%。研究结论:设计中应加强临时横竖撑刚度;相比三台阶法,CRD法不利于仰拱尽快封闭而控制最终沉降,地表沉降控制效果不明显;控制拆撑长度。     

灌溉井抽水对邻近高速铁路桥梁的影响流固耦合分析

高速铁路沿线附近存在大量农用抽水井,对地下水的随意开采导致部分线路基础的不均匀沉降,严重威胁列车安全。本文应用PLAXIS 3D软件对高速铁路沿线一抽水井降水导致的桥梁基础沉降进行数值仿真分析。计算结果表明:抽水后场地沉降及孔隙水压力均呈漏斗状分布;抽水结束后土体最终沉降趋于稳定;桥梁桩基下半段以及桩底的正应力有所增加。本文算例中,抽水井引起的桥墩最大沉降量为2.258 mm,桥墩最大差异沉降量为0.173 mm,没有超出Q/CR 9230—2016《铁路工程沉降变形观测与评估技术规程》的规定。     

华北平原地面沉降对高速铁路的影响及其对策

研究目的：研究掌握中国华北平原区域地面沉降特征及其对高速铁路工程的影响，提出针对性的防治对策与工程措施，供高速铁路勘测、设计及施工参考。 研究方法：本文结合某高速铁路北京至济南段沿线地面沉降情况，采用统计分析方法对铁路沿线各段落的地面沉降的幅度、速率及线路坡度的改变进行了计算和预测，并参考有关规范标准计算分析了不均匀沉降对高速铁路桥梁、路基及轨道平顺性的影响。 研究结果：研究确定了华北平原地面沉降区内的地表变形特征及其对高速铁路的影响方式、影响程度，并提出了针对性的防治措施和对策。 研究结论：区域性地面沉降会改变线路坡度，同时对桥梁、路基及轨道平顺性会产生一定影响，而局部的不均匀沉降对高速铁路工程的影响相对较大，可通过控制地下水开采、合理选线、采取合理的线路坡度及适宜的工程结构措施加以防治。     

高速铁路桥隧过渡段钢轨温度和横向变形试验

高速铁路过渡段无砟轨道可能产生以"碎弯"形式出现的钢轨横向变形,影响高速列车运行的平稳性、舒适性和安全性。以合福高速铁路桥隧过渡段为研究对象,对轨温和钢轨横向变形进行长期连续测试与分析,研究结果表明:同一时刻,钢轨沿线不足10 m范围内温差可达20℃以上,对钢轨变形产生不利影响;钢轨横向变形随着日温升降呈现周期性的变化,日波动量最大为0.25 mm;钢轨横向变形随着时间的推移呈累积增加之势,测试期间累积变形量为0.5~2 mm左右,累积速率为-0.016 32~+0.004 32 mm/d;左右2股钢轨均呈现波长为4倍扣件间距的"碎弯",最大波幅为2 mm,最大轨距偏差为1.3 mm。研究成果对于进一步揭示钢轨横向变形机理、提高无砟轨道平顺性、保证行车安全和舒适具有指导意义。     

高铁沿线地下水位动态变化引发的成层弱透水层固结研究

采用Laplace变换和传递矩阵法推导高铁沿线地下水位动态变化引发的成层弱透水层固结变形的解析解,通过与ABAQUS数值计算结果对比验证解析解的正确性。利用解析解对某高速铁路沿线成层弱透水层的固结性状进行研究,计算地下水位动态变化下土层的固结变形量、变形速率和超静孔隙水压力随时间的变化,并分析土层压缩模量和渗透系数对土层固结变形的影响。研究结果表明:随着地下水位降低,土层中孔隙水压力逐渐降低,土层固结变形量和变形速率逐渐增加;当地下水位保持稳定后,土层固结变形速率逐渐降低,但土层仍持续较长时间的固结过程;土层压缩模量越大,土层系统总沉降量和沉降速率越小;土层渗透系数越大,土层总沉降量越大,水位稳定后土层系统完成固结的时间越短。     

苏锡常及上海地区区域沉降对京沪高速铁路的影响及防治对策

研究目的:苏锡常地区及上海地区区域沉降和地基土特别是深厚软土、松软土区轨下基础工后沉降问题,是影响《时速300～350 km客运专线铁路设计暂行规定》高标准工后沉降量控制的主要问题。本文就京沪高速铁路苏锡常及上海地区区域地面沉降的机理及其影响进行研究和分析,并提出相关对策。研究结果:通过对苏锡常及上海地区区域地面沉降的机理及其影响的研究和分析,提出通过合理控制地下水的开采,建立地面沉降监测网络,针对区域沉降对不同的工程类型的影响,优化施工设计采用不同的工程措施综合处理等对策,以满足高标准工后沉降量的控制,达到京沪高速铁路安全、舒适、平稳性的高标准要求。     

软土地层地铁盾构下穿车站咽喉区施工技术

上海地铁15号线盾构隧道下穿上海南站咽喉区。通过方案比选、下穿工程影响数值模拟,形成了综合考虑施工条件和对车站咽喉区影响的线路方案。根据咽喉区列车通过能力,制定了列车限速和运营调整方案。制定地层斜向注浆加固方案,采用高性能全新土压平衡盾构机和新型相对质量密度大的单液浆减少车站咽喉区地表变形,并采用自动化连续监测和实时反馈的信息化施工方法。该技术措施将下穿咽喉区盾构施工中地表沉降控制在4.5 mm以下,可供类似工程参考。     

雅万高铁沿线地面沉降分析及主要防治对策

雅万高铁穿越雅加达及万隆两大地面沉降区,开展地面沉降现状调查及预测评价,及时采取应对措施,对指导铁路工程设计、施工及运营维护具有十分重要的意义。利用雅加达及万隆当地水文地质、工程地质和环境地质等调查研究资料,结合工程勘察及英萨监测数据,对高铁沿线地面沉降现状及影响因素进行概要分析,并采用水土耦合模型结合反分析方法,对主要路段的地面沉降趋势进行预测,分析不同时期内的沉降变化及其对线路坡度的影响。进而提出沉降路段设立禁采区、限采区和控采区方案,以及采用有砟轨道、简支结构桥梁及可调高支座、加宽路基和预留高程等工程措施,可为雅万高铁地面沉降防治提供依据。     

苏州轨道交通2号线盾构区间隧道设计的特点与难点

结合苏州轨道交通2号线盾构区间隧道的设计,针对盾构隧道下穿沿线大量房屋,深入研究不同房屋建筑的沉降控制标准、盾构同步注浆和二次注浆参数、盾构掘进参数、监控方案等,提出了明确的保护实施方案;对线路绕避桥梁、桥梁拆除和盾构机直接切割桥桩方案做了技术比选,重点介绍盾构机切割桥桩的实施要求如盾构机刀盘改造、桥梁截桩保护、掘进施工和盾构隧道加强措施等;对盾构隧道下穿铁路站场,根据城际高速铁路和普速铁路不同的沉降控制标准,研究制定了不同的加固方案,结合铁路站场改造协调制定了具体的加固实施方案。     

地铁盾构隧道下穿既有铁路变形控制研究

盾构隧道下穿既有铁路线路会造成铁路线路沉降变形,影响列车的正常运行。基于此,在某实际工程的基础上,对地基加固、盾构下穿过程中铁路线路沉降情况进行监测分析。结果表明：旋喷桩加固注浆施工对铁路线路影响很小,当旋喷桩加固施工完成后,主加固区施工对铁路线路影响较大;地基加固对盾构下穿时铁路线路变形控制有较好效果,隧道穿越施工期间,路基最大沉降量为36．52mm,轨面最大沉降量为15．88mm,满足规范要求。     

基于自稳式钢支撑基坑支护结构的基坑开挖研究

建筑基坑开挖对周边地表及建筑物影响较大,且其稳定性难以控制。为此,本文提出基于自稳式钢支撑基坑支护结构的建筑基坑开挖方法。以某地铁车站基坑工程为研究对象,采用自稳式钢支撑基坑支护结构——双排围护桩与双排注浆钢管支撑相结合的支护模式,并布设针对建筑物、钢支撑和地表观测点,实时监测基坑开挖后邻近区域地表及建筑物沉降情况。结果表明:三个钢支撑极限承载力均达到1100 kN;采用自稳式钢支撑基坑支护结构邻近建筑物测点地表下沉幅度较小;基坑开挖对周边区域地表沉降影响存在时空效应,在地下水位较高条件下距离较近的周边建筑物受基坑开挖影响沉降显著。     

地铁隧道下穿高速铁路联络线路基安全影响分析

为研究地铁盾构法隧道穿越高速铁路联络线路基的沉降问题,铁路行车对地铁隧道结构产生的安全问题以及地铁隧道施工过程中的安全控制措施,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,对南京地铁4号线下穿京沪高铁联络线路基段进行探讨和分析。结果表明:在地层损失率不大于8‰并考虑铁路行车限速的情况下,地铁隧道下穿高铁路基引起的线路变形满足高铁静态管理标准要求,并给出盾构机的掘进参数建议值。为达到地铁盾构隧道施工对铁路的影响最小,保证施工期间铁路的安全运营,提出施工期间高铁运营速度应控制在120 Km/h以内,盾构机应匀速不间断掘进,推进速度应控制在1.0~1.5 cm/min,每日推进5~6环。     

黄土区高铁柱锤冲扩桩地基沉降控制效果研究

研究目的:沉降控制是湿陷性黄土区高速铁路建设中的技术难题。本文以郑西客运专线湿陷性黄土路基试验工程为依托,通过开展沉降变形观测、大型浸水试验、路基沉降预测,对高速铁路技术条件下柱锤冲扩桩地基的沉降变形特性、湿陷性消除效果、沉降控制效果等进行研究,以便为湿陷性黄土区高速铁路建设提供技术储备。研究结论:柱锤冲扩桩处理深度可达20～30 m。本试验场地采用22 m柱锤冲扩桩处理,研究表明,路基填筑完成无需堆载预压,其剩余沉降量便可满足铺设无砟轨道对路基工后沉降的控制要求,处理后地基加固层内的黄土湿陷性已完全消除。因此,在大厚度湿陷性黄土场地,采用柱锤冲扩桩处理是一种合理、有效的沉降控制方法。     

一种计算高速铁路绕击闪络率的新方法

为了更准确地计算高速铁路雷电绕击闪络率,须考虑到雷电先导的随机性。针对暴露距离的电气几何模型在工程防雷计算中,没有考虑雷电先导带有入射角的缺陷,对应用暴露距离理念的电气几何模型进行改进,将暴露距离的概念延伸至带有任何入射角度的雷电先导中,推导出应用暴露距离计算带雷电入射角的雷电先导绕击高速铁路的受雷面积,再根据入射角的绕击范围和出现概率推导出整体考虑在与加强线和正馈线处于同一截面内改变的雷电入射角的闪络率计算公式。最后根据不同高架桥高度对高速铁路绕击闪络率进行计算分析。应用改进后的模型计算出来的高速铁路绕击闪络率,相比应用暴露弧投影方法计算出来的结果要小,既克服了暴露弧投影计算方法结果偏大的缺点,又相比传统暴露距离方法更接近实际,为高速铁路的防雷提供重要参考依据。