黄土地区地面沉降对地铁隧道影响机制及防治措施研究

China is one of the most typical countries suffered from serious land subsidence in the world. Land subsidence distributes very widely in China, and the land subsidence hazards are rising gradually every year, which make a serious threat on the large-scale construction of city-track traffics. In this project, taking the land subsidence in Xi'an loess area of Fenwei basin as research background, Xi'an metro engineering under construction is taken as the research object, to study the influence of land subsidence on metro tunnel with physical model test, numerical simulation and theoretical analysis. Through this project research, the effect mechanism of land subsidence with a groove shape on metro tunnel in loess area are revealed and relative prevention and control measures are put forward for metro tunnel crossing land subsidence area in loess area which will provide theory and technical guide for the prevention of land subsidence hazards and the planning and design of city-track traffic under construction and other subsequent lines crossing land subsidence area in Xi'an city. The project research achievements not only can be presented as the reference for the prevention of land subsidence hazards of city-track traffic construction in other land subsidence area such as North China plain and Su-Xi-Chang area, but also enrich the research contents of land subsidence in China, fill the research blank of the prevention of land subsidence hazards of city-track traffics, and have a important theoretical meaning and engineering significance.

我国是世界上地面沉降最为严重的国家之一，地面沉降分布十分广泛，其发生程度和范围逐年加剧和扩大，对我国当前大规模的城市轨道交通建设构成了严重威胁。本项目以西安黄土地区地面沉降为背景，选择在建的西安地铁工程为研究对象，采用物理模型试验、数值模拟和理论分析计算相结合的方法，重点开展地面沉降对地铁隧道的影响机制研究，力求通过本项目的研究，揭示黄土地区凹槽形地面沉降环境下地铁隧道受力变形破坏机制，提出黄土地区地铁隧道穿越凹槽形地面沉降区的变形破坏控制标准和相应的防治措施，直接为在建西安城市轨道交通和后续其他线路穿越地面沉降区的规划、设计及地面沉降灾害防治提供理论依据和技术指导。项目成果不仅对我国其它地面沉降区如华北平原、苏锡常等地区城市轨道交通建设中的地面沉降灾害防治具有重要参考价值，而且将丰富我国地面沉降灾害研究内容，填补城市轨道交通地面沉降灾害防治研究的空白，具有重要的理论意义和工程实际意义。

我国是世界上地面沉降最为严重的国家之一，地面沉降分布十分广泛，其发生程度和范围逐年加剧和扩大，对我国当前大规模的城市轨道交通建设构成了严重威胁。本项目以西安黄土地区地面沉降为背景，基于2007-2012年来120个地面沉降监测点监测数据分析，建立地面沉降预测模型，确定了地铁沿线未来的地面沉降活动速率和地面沉降最大沉降量；基于InSAR和GPS监测技术与数据分析，揭示了西安地铁沿线地面沉降的发育现状和分布规律，获得了地铁隧道穿越鱼化寨、电子城等典型地面沉降区的地面沉降变形特征和剖面地层沉降模式；以在建的西安地铁3、4号线隧道穿越典型地面沉降区为工程背景，首次通过几何相似比为1∶25的浅埋暗挖马蹄形地铁隧道穿越区域地面沉降区的物理模型试验，结合数值模拟和理论分析，揭示了地面沉降加剧对地铁隧道的影响机制，确定了区域地面沉降加剧时地铁隧道的变形破坏模式与影响范围，建立地面沉降环境下地铁隧道变形控制标准；基于半无限空间弹性地基梁理论，建立了地面沉降-隧道结构相互作用的力学解析模型、地表沉降与地层沉降之间的函数关系，揭示了地面沉降与隧道变形及内力变化的内在关系，提出了地铁隧道通过地面沉降区段跨地裂缝带的地层荷载计算方法；在物理模型试验、数值模拟以及理论解析的基础上，提出地铁工程穿越地面沉降区的防治措施。上述研究成果直接为在建西安城市轨道交通和后续其他线路穿越地面沉降区的规划、设计及地面沉降灾害防治提供理论依据和技术指导。项目成果不仅对我国其它地面沉降区如华北平原、苏锡常等地区城市轨道交通建设中的地面沉降灾害防治具有重要参考价值，而且将丰富我国地面沉降灾害研究内容，填补城市轨道交通地面沉降灾害防治研究的空白，具有重要的理论意义和工程实际意义。