地面沉降地区高速铁路工程地质选线

文章编号:16727479(2019)04004204地面沉降地区高速铁路工程地质选线赵明东（中国铁路设计集团有限公司,天津300142）摘要：为解决东营-潍坊地区高速铁路工程的地质选线问题，运用InSAR空间对地观测技术、现场访问调查、资料收集等综合勘察手段，查明了该地区地面沉降的规模和范围，分析了造成沉降的主要原因，并根据研究区地面沉降情况对两个方案（穿北辛庄方案、绕北辛庄方案）进行了比选。

研究表明，穿北辛庄方案有6.15km段落穿越东营盐场沉降区，且沉降速率均超过60mm/a,最大沉降速率为120mm/a,线路将受到大规模不均匀沉降的影响；绕北辛庄方案线路设计里程较短、线形更加顺直，而且避开了东营广饶盐场大面积地面沉降区，且线路与该沉降区沉降等值线的外扩线方向一致，避免了线路的不均匀沉降，降低了铁路建成后的运营风险和后续处理地面沉降的巨额投资。

关键词：工程地质选线；地面沉降;InSAR;工程措施中图分类号：U212.32文献标识码：A DOI:10.19630/ki.tdkc.201904090003Engineering Geology Line Selection of High-SpeedRailway in Land Subsidence AreaZhao Mingdong(China Railway Design Corporation,Tianjin300142,China)Abstract:In order to solve the engineering geology line selection problem of high-speed railway project in Dongying-Weifang area,InSAR space observation technology,field survey,data collection and other survey means were used to identify the range and scale of the land subsidence in the research area,and according to the land subsidence situation in the study area,two schemes(scheme of traversing Beixinzhuang,scheme of bypassing Beixinzhuang)of the line were compared.Studies show that scheme of traversing Beixinzhuang has a section6.15km long passing through the area of Dongying Saltern,with all land subsidence rates exceeding 60mm/a and a maximum rate of120mm/a,thus the railway will be affected by large-scale uneven settlement;compare with the above scheme,the design mileage of line scheme bypassing Beixinzhuang is shorter,the line is straighter,this scheme avoids the Dongying Saltern land subsidence area,and the line of this scheme is in the same direction as the outward expansion line of the land subsidence contour line in the this area,which avoids the uneven settlement of the line.Scheme of bypassing Beixinzhuang reduces the operational risk after the completion of the railway,and reduces the huge investment in dealing with the subsequent land subsidence.Key words:Engineering geology line selection；Land subsidence；InSAR；Engineering measures地面沉降具有初期不易察觉、地域性明显等特点,收稿日期：20190409作者简介:赵明东（1989—），男,2017年毕业于中国矿业大学（北京）地质工程专业，博士，工程师遥尤其是不均匀沉降,对铁路等线形工程危害巨大[l]o 在地面沉降多发区的工程地质选线中,必须充分考虑地面沉降对铁路的影响。

已有许多学者进行了相关研究:李国和等通过统计线路所在地区的沉降量,分析不均匀沉降给线路带来的影响，提出适宜的防治对策与工程措施2；武涛采用现场调查、物探和钻探等手段,对某煤田矿区的小范围地面沉降进行了研究⑶;祁彪采用统计分析方法对某铁路段落的地面沉降进行了分析，认为铁路运营会加剧不均匀沉降⑷。

虽然众多学者对地面沉降的影响做了大量研究，但使用InSAR空间对地观测技术来指导工程地质选线的研究还较少。

以某高速铁路东营-潍坊段为例，采用InSAR空间对地观测技术等综合勘察手段，对该地区地面沉降情况进行研究。

某拟建高速铁路东营-潍坊段为平原区，主要包括冲积、冲洪积平原及滨海平原，地势低平,河渠纵横,洼淀众多，地面高程一般为1〜10m,整体地势自西南向东北微倾⑸。

该地区分布大量的盐田和耕地，地下水和地下卤水的大量开采导致该地区发生了大规模的地面沉降〔67］。

因此，如何通过综合的地质勘察手段查明沉降区范围，是该段线路选线的重要工作。

1地面沉降对高速铁路的影响地面沉降又被称为地陷和地面下沉，是由于人类的活动或自然因素导致的地壳表层松散土固结压缩、地面高程下降的工程地质现象〔89］。

地面沉降主要有三种形式:构造沉降、抽水沉降和采空沉降11］,其中抽水沉降和采空沉降被学术界认为是形成地面沉降的主要原因。

按照沉降形式，地面沉降可分为区域沉降和局部沉降。

区域沉降会降低高铁的绝对高程，产生附加坡度，降低线路抵抗灾害的能力，并对行车安全产生影响;局部沉降尤其是局部差异性沉降,会造成线路的不平顺，严重影响竣工后的行车安全。

2InSAR空间对地观测技术2.1InSAR技术工作原理InSAR（Synthetic Aperture Radar Interferometry）是一种遥感技术与射电天文干涉技术相结合的新兴空间对地观测技术［1213］。

其通过两幅以上的SAR图像共轭相乘求取的相位差获得干涉图像，进而计算出地表的微小变化。

该技术具有全天候、全天时、高分辨率、高精度和数据处理高自动化等特征,且不受地形和人为因素的干扰，在多个领域的研究应用中取得了很好的效果〔1415J o2.2InSAR地面沉降监测结果分析在本次研究中，InSAR数据源选取2016年12月〜2018年12月的德国TerrSAR-X卫星数据。

图1为东营-寿光地区（以下简称“研究区”）的InSAR监测结果。

从图1中可以看出，在研究区范围内存在东营广饶盐场和东八路村落两个主要的沉降片区。

其中，东营广饶盐场沉降区的面积为145.5km2，东八路村落沉降区的面积为11.3km2o在东营广饶盐场沉降区范围内，出现了5个（粤、月、C、阅、耘）显著的沉降漏斗区。

其中，沉降漏斗粤、月中心的最大沉降速率为120mm/a，沉降漏斗C、阅和耘中心的最大沉降速率为130mm/a。

在东八路村落沉降区范围内，存在云、G两个沉降漏斗，其中，沉降漏斗云中心的最大沉降速率为90mm/a,沉降漏斗G中心的最大沉降速率为60mm/a。

图1研究区InSAR监测结果3地面沉降现场调查3.1村落地面沉降调查东八路村落沉降区为村庄群落，村中都有多处深水井和卤水井，多分布在村周围的田间地头。

卤水井在2018年底均已关停（见图2）o深水井建井时间为2013~2015年，井深约为300m。

该批深水井抽取深度大,抽取水量大（见表1）,是造成该区域地面沉降的主要因素。

经现场调查，截止到目前，水井井筒相对顶出高度约为30cm（见图3）o图2村落周围废弃的卤水井村庄北部一处仓库墙体出现开裂现象,裂缝与地面呈45毅,长度约为1.5m,宽度约为1.5cm；村庄东部一民房后墙体出现两处开裂现象,裂缝与地面呈90。

，长度约为4m,宽度约为0.5耀1cm；村庄南部一民房前屋檐出现一处开裂现象，与地面平行,延伸到房屋墙体处有两处放射状开裂，开裂总长度约为2m,宽度约为0.5〜1.5cm(见图3),其他村落民房无开裂情况。

表1村落沉降区水井调查序号井类型尺寸口径/cm深度/m 抽水月份单井出水量/(m3/d)1农田灌溉井302603月/10月600 2农田灌溉井303503月/10月720 3农田灌溉井303003月/10月480 4农田灌溉井302603月/10月500 5农田灌溉井303503月/10月600 6农田灌溉井303003月/10月450 7农田灌溉井303503月/10月550 8农田灌溉井303003月/10月600 9农田灌溉井302603月/10月550 10农田灌溉井303503月/10月500 11农田灌溉井302903月/10月450 12农田灌溉井303503月/10月500 13农田灌溉井303003月/10月600 14农田灌溉井302603月/10月600 15农田灌溉井303503月/10月550 16农田灌溉井303003月/10月550 17农田灌溉井303503月/10月600约为80m,即盐场片区内单个卤水井的辐射面葬越80伊80越6400m2,该盐场片区的总面积约为粤越145528173m2,故盐场片区卤水井的总数晕越粤/葬越22738眼。

深层卤水的大量开采造成了该盐场片区高速率、大面积的地面沉降。

图3地面沉降造成水井井筒顶出和房屋墙体开裂4线路方案比选该高速铁路线路走向除了受到地面沉降的影响外，还受到油田分布、站位布置、重大厂矿和河流分布的影响。

在大的线路走向控制下，主要研究了绕北辛村方案和穿北辛村方案(如图4所示)。

两个方案的有利因素和不利因素如表2所示。

3.2东营广饶盐场片区地面沉降调查该盐场片区靠近渤海，地层较疏松，且在2015年前后新建设一大批开采深度超过200m的深层卤水井,每眼卤水井的日抽水量约为240m3o该盐场片区涉及多个盐场化工企业，因此片区内卤水井个数无法准确计量。