基于长时序水准监测数据的北京东北部地区地面沉降趋势分析

以北京东北部某在建高铁线路为背景,基于沿线水准基准点多年时序的高程数据对该地区的地面沉降进行分析,发现其处于快速发展阶段且区域沉降不均匀:距离市区较近的人口密集区域沉降量较大,并以国家铁道试验中心铁路环行试验线、马泉营村和顺义区高丽营镇区域最为严重。整体的水准点沉降监测数据表明,从顺义区进入怀柔区后出现了地面沉降明显变小的趋势。随着季节的变化也体现了不同的沉降趋势,11月～次年3月的沉降量较小,这表明北京地区冬季地下水消耗量较少(小于降雨补给量),并且冻结后地面沉降相对较为稳定; 6月～8月为北京夏季用水高峰期,地下水的大量抽取导致了较为严重的地面沉降。     

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。     

水井抽水引起地基沉降影响范围探讨

研究目的:地下水开采是引发地面沉降的的主要原因,且集中抽水引起的不均匀沉降会对高速铁路工程造成严重危害。因此,研究水井抽水引起地基变形过程,合理估算地基沉降范围,用以指导地面沉降区内的高速铁路选线及采取可靠的防治措施。研究结论:(1)基于离心模型试验结果,采用数值模拟方法模拟分析了不同深度条件下水井抽水引起地基沉降的规律和影响范围,模拟结果表明靠近抽水位置区域的地基变形大于远离水抽水位置区域,排水引起的地基沉降量与其不均匀程度随着排水次数和沉降的增大有逐渐减小的趋势;(2)不同深度抽水时引起地面沉降过程及影响范围有所不同,浅层抽水时不均匀沉降较为严重,影响范围较小,深层抽水时地基沉降较平缓,但影响范围较大;(3)承压水单井稳定流抽水引起的地基变形影响范围与含水层渗透系数负相关,与开采量正相关,若控制地下水开采量,其变形影响范围是可以控制的,一般不会超过1 000 m;(4)当高速铁路经过地面沉降易发区时,需采取绕避集中抽水区域、封井、禁采、限采及控制地下水开采量等多重措施;(5)该研究成果可指导高速铁路选线和铁路沿线地面沉降防治等领域。     

Processing Modflow模型在预测地面沉降中的应用

研究目的:针对开采地下水引起的区域地面沉降对线性工程的影响问题,以京津城际铁路为例,采用地下水三维渗流与地面沉降耦合模型计算软件—Processing Modflow,选择沿线地面沉降较严重区段,建立区域地下水流场与地面沉降的耦合模型,运用参数修正后的模型,进行地面沉降预测。研究结论:利用实测地面沉降值对模型进行验证,沉降中心位置及沉降量的模拟结果与实测结果基本吻合;设计不同的地下水开采方案,利用模型预测地面沉降,结果表明:合理压采地下水可以降低地面沉降量及沉降坡度,减缓地面沉降的不均匀性。     

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。     

浅层地下水开采对高速铁路工程的影响及对策

研究目的：研究掌握浅层地下水开采引起的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：结合华北平原地面沉降情况,建立浅层地下水开采引起地面沉降的固结沉降模型。研制离心场中地基抽水的模拟和测量系统,进行了离心模型试验,测量抽水过程中粉土地基孔隙水压力和沉降的变化及分布规律,并对比分析了对不同型式桥梁的影响。研究结果：对浅层地下水开采引起的地面沉降机理进行初步分析,基于离心模型试验结果探讨了浅层抽水引起地基沉降的过程和特征,评价了地基不均匀沉降对特殊桥梁形式的影响,并提出了针对性的防治措施和对策。研究结论：浅层地下水开采造成的不均匀沉降对高速铁路工程的影响较大,需通过控制线路附近地下水开采、采取适宜的工程结构措施加以防治。     

京津冀地区高速铁路沿线区域地表沉降监测及时序演化态势分析

为探测京津冀地区高速铁路沿线区域的不均匀沉降,利用基于合成孔径雷达干涉的干涉点目标时序分析技术,借助C波段SAR卫星序列在2015年11月至2018年3月间获取的51景降轨影像数据,提取研究区域的地表形变信息,结合地下水的动态变化及人类活动相关资料对沉降漏斗的演化态势进行归因性分析,并对该区域高速铁路沿线地表沉降监测及时序演化态势进行分析。结果表明:研究区域的年沉降速率为20~206mm·a^-1,漏斗中心最大累积沉降量达248mm,其中,区域内3条高铁沿线均存在明显的沉降,沉降速率均超过100mm·a^-1,最大值位于高铁路线的雄安县段,漏斗中心沉降速率达185mm·a^-1,累积沉降量为200mm;研究区域的整体沉降趋势稳定,沉降主要归因于人类活动,而高速铁路沿线的沉降与地下水开采密切相关。     

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。     

某铁路采空区地质选线研究

某铁路穿越平庄煤田矿区,矿区内分布有大量采空区。研究了东端引入方案、中穿方案及西端引入方案,其中中穿方案地质条件复杂,存在采空、地面沉降(塌陷)、边坡稳定性等多种工程地质问题。对中穿方案的可行性进行重点研究,针对不同地质问题进行了地质调查、物探测试、钻探验证、In SAR沉降分析、沉降盆地计算及边坡稳定性分析等专项研究。根据研究结论,推荐中穿方案,并提出措施意见。     

新建兰渝铁路兰州至广元段滑坡危害区划研究

研究目的:兰渝铁路是国家《中长期铁路网规划》西北西南区际间的新通道。为了在该项目的建设前更好地了解沿线地质灾害情况,做到有的放矢,为兰渝铁路的顺利建设提供技术参考,也给该地区今后的各项基础建设施工工作储备资料。研究方法:对设计线路经过位置进行大范围的调绘、勘察,结合兰州—广元段滑坡不良地质资料等研究成果,充分分析、归纳了该段线路走行范围内滑坡分布、成因上的共性及规律。研究结果:完成了兰渝铁路加深地质工作,建立了滑坡危害区划,给出了相应的工程处理对策。研究结论:对于黄土高原河谷阶地区,线路方案多以填方工程设计,滑坡影响极小;对于黄土高原沟壑梁峁区,线路方案多以隧道、桥梁工程设计,对于大型以上的滑坡多以绕避为主,对于无法绕避的,要进行预防并治理;对于构造体系交汇影响区,线路方案以隧道工程为主,大、中桥较多,绕避了大部分滑坡;对于山间河流冲击谷地区,线路方案以隧道、路基工程为主,滑坡影响较小;对于单一构造体系区,线路方案各种工程都有,滑坡影响极小。     

CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究

基于列车—轨道耦合动力学理论,考虑无砟轨道各部件间及无砟轨道与路基间接触状态非线性,建立列车—板式无砟轨道—路基三维非线性有限元耦合动力学模型,进行自重荷载、轨道中长波随机不平顺、轨道短波随机不平顺、路基不均匀沉降荷载、无砟轨道板温度梯度荷载共同作用下,高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基不均匀沉降限值研究。结果表明:无砟轨道板温度梯度荷载对无砟轨道各部件受力均有较明显的影响,因此在进行无砟轨道线路路基不均匀沉降限值研究时有必要同时考虑无砟轨道板温度梯度荷载的影响;路基上CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道线路的路基不均匀沉降限值由底座板疲劳破坏控制,路基不均匀沉降幅值达到7mm时无砟轨道底座板的最大拉力达到疲劳破坏限值1.674MPa,因此建议高速铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基的不均匀沉降限值为7mm/20m。     

基础沉降对土路基上板式轨道动力性能影响分析

研究目的:无砟轨道的稳定性和耐久性由线下基础决定,而土路基上无砟轨道铺设成功的核心是不均匀沉降的控制,因此研究不均匀沉降对轮轨系统的动力影响对工程设计很有必要。研究方法:应用车辆-轨道耦合动力学理论,建立了土路基上车辆-板式轨道耦合动力学垂向模型,并编制相应的仿真计算程序。研究结果:选用不同沉降工况进行计算,得出轮轨系统的动力响应,以及不均匀沉降对轮轨系统的动力影响规律。研究结论:当车辆通过路基不均匀区段时,轮轨动力作用急剧增大,CA砂浆和路基面动应力明显增大,设计速度为250 km/h时,路基不均匀沉降建议控制在20 mm/20 m以内,困难路段不得超过30 mm/20 m,设计速度为300 km/h时,路基不均匀沉降建议应控制严格在20 mm/20 m以内。     

西安火车站咽喉区下地铁车站设计与优化研究

为保障西安火车站复杂条件下地铁车站的建设安全,首先开展地铁线路和站位比选,综合考虑建设安全及换乘方便等因素,提出地铁车站优化设计方案,进而讨论地铁车站NTR施工方案,采用数值手段分析不同施工阶段的位移变化规律。结果表明:方案2为最佳线位走向,地铁线路少部分入侵大明宫保护范围,施工规划满足工期要求;地铁车站采用NTR工法进行施工,钢管顶进对应拱顶处地层最大沉降量为-11.3 mm、地表路基沉降量为-9.6 mm,土体分层分步开挖引起拱顶处竖向最大沉降值达到-29 mm、地表路基沉降量为-22.7 mm;针对施工沉降控制难点过程提供对应的沉降控制措施。采用方案2及NTR方案可满足火车站咽喉区下地铁车站的建设安全与工期要求,研究结果可为类似工程的地铁车站设计提供依据。     

科特迪瓦圣佩德罗至克勒豪耶铁路线路走向方案研究

科特迪瓦铁路将为克勒豪耶矿区铁矿石外运提供可靠的交通运输保障,并有利于促进克勒豪耶矿区以及圣佩德罗港口的开发.根据科特迪瓦本地区的地形条件和重要控制因素,针对吉格洛水库的位置分别研究了穿水库方案和绕避水库方案.经综合分析研究,选出最合理可行的线路方案.     

南京河西地区地铁盾构隧道不均匀沉降分析

依托实测资料,发现南京河西地区某盾构隧道已经形成多个不均匀沉降槽、地面沉降主要发生在软土层、2-4土体地下水位具有呈现正弦函数规律的季节性波动,通过构建的盾构隧道沉降计算公式及典型案例,解释了盾构隧道不均匀沉降是由不均匀分布的下卧软土与外部影响因素共同作用所造成,明确了地下水位的下降对盾构隧道沉降影响最为显著,外部基坑施工影响次之,地表堆载影响较少。     

北京地铁7号线双井站PBA工法数值分析

北京地铁7号线双井站采用 PBA法施工,与既有的10号线双井站形成 T 型换乘,车站周围高楼林立,地下管线众多,是全线施工最困难车站之一.对车站导洞各种开挖组合方式进行了数值模拟研究,研究结果表明:先开挖上导洞优于先开挖下导洞方案;导洞跳挖错距开挖方案优于导洞先外后内错距开挖方案;导洞施工完成后地面沉降17.8 mm,扣拱完成后地面沉降37.2 mm,这两个施工阶段引起的地面沉降占总沉降量的93.0%,是控制地表沉降的关键步序.     

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。     

高速铁路桥头刚性楔形搭板受力特性及适应性研究

针对路桥过渡段的不均匀沉降问题,通过建立轨道路基分析模型,结合大型商业软件ANSYS的APDL语言,应用迭代接触算法和单元生死技术模拟搭板与填土之间接触和脱空的不同受力状态;并基于地基均匀沉降和不均匀沉降两种模式,考虑搭板受力与变形的耦合,分析了搭板的受力特性与适应性。受力特性分析表明:随着脱空区长度的增加,搭板及轨道板板底纵向应力增加;板底最大纵向应力的载荷位置在桥台与1/2倍板长之间,且随着脱空区长度的增加,最不利载荷位置与桥台的距离增加;搭板发生完全脱空时,板长且厚的搭板的底部纵向应力比板短而薄的大。适应性分析表明:长度为6 m的搭板适用于处理地基沉降在5mm以内的桥头路段;长度为8 m的搭板适用于处理地基沉降在10 mm以内的桥头路段;长度为10 m的搭板适用于处理地基沉降在15 mm以内的桥头路段。     

运营高铁线路平纵断面线形评估与优化研究

研究目的:无砟轨道高速铁路经过一段时间的运营后,由于地面不均匀沉降、周边施工等环境因素的影响,线路轨道会产生不同程度的不利变形,如平面移位、纵断面凹凸变形等。铁路工务部门在轨道实测检查和动态检测的基础上,需要对线路进行维修,对于区域地面不均匀沉降引起的轨道变形有可能不能恢复到设计的平纵断面位置,需要对轨道的平纵断面进行优化和评估,以满足行车安全和舒适的要求。研究结论:(1)一定尺度的轨道的不均匀变形可以通过平纵断面的线形优化进行再设计;(2)轨道变形的平纵断面优化设计宜在对轨道现状进行全面测量,综合考虑安全性、舒适度等技术经济指标最优的前提下进行;(3)优化选用的线路关键技术参数和指标应满足运营高铁静态养护维修要求,优化后的平纵断面应进行动态仿真检算;(4)本研究成果在不均匀地面沉降区的无砟轨道高铁运营的轨道养护维修中具有现实的参考价值。     

京雄城际铁路地下水开采条件下无砟轨道路基沉降特性

由于地下水过量开采,京雄城际铁路沿线所经地区沉降问题显著,严重威胁铁路运营安全。本文利用Visual-Modflow和ABAUQS软件分别建立三维水文地质模型和沉降耦合数学模型,分析不同地下水开采条件下地下水位变化特征及不同地下水位变化条件下无砟轨道路基沉降特性,为制定京雄城际铁路所经地区的地下水合理开采方案提供依据。研究结果表明:随着开采时间增加,地下水位逐渐下降且下降速率逐渐减小;随着抽水速率的增加,地下水位下降高度逐渐增大且增大幅度逐渐减小,下降速率逐渐增大;土体中超静孔隙水压力随开采时间或抽水速率的增加而减小;随着开采时间的增加,路基顶面累计沉降逐渐增大,沉降速率逐渐减小;随着抽水速率的增加,累计沉降和沉降速率均增大。建议将雄县地区沿线单井抽水速率控制在1 000 m~3/d以下,以控制京雄城际铁路路基沉降。