地面沉降对高速铁路的影响及对策

连义凯 上海铁路局上海工务段

地面沉降对高速铁路的影响及对策

连义凯 上海铁路局上海工务段

随着我国高速铁路的迅猛发展，高铁已日渐融入了人们的生活，人们对高铁的要求也越来越高。但是由于种种原因，高速铁路沿线经过的大部分地区都不同程度地存在地面沉降问题，而地面的不均匀沉降将直接导致高铁轨道线路不平顺，严重影响了高速铁路的安全运营和舒适度，因此，研究高铁沿线地面沉降的现状、产生原因、发展变化趋势，查明地面沉降对高速铁路安全运营的影响有着重要的理论和实际意义。从地面沉降的定义着手，描述了沉降对于高铁的影响，并结合作者从事的工作，分析沉降对高铁运营的影响，并提出解决对策。

高铁；沉降；安全；对策

1 地面沉降的定义

地面沉降是在自然因素和人为因素的作用下，由于地壳表层土压缩而导致区域性地面标高缓慢降低的一种环境地质现象，是国内外都十分关注的比较复杂的环境地质问题。它是不易被人们察觉的区域性的缓发型地质灾害，具有生成缓慢、持续时间长、影响范围广、成因机制复杂、防治难度大和不可逆等特点，对资源利用、环境保护、经济发展、城市建设和人民生活等都构成了极大的威胁。

2 地面沉降形成原因

引起区域性地面沉降的因素大体分为自然因素和人为因素两方面。自然因素包括构造下沉、地震、火山活动、气候变化、地应力变化及土体自然固结等；而人为因素包括开采地下流体资源(石油、天然气、地下水)和固体矿产资源(金属矿、煤等)、地面动静荷载、地下空间开发等。根据国内外专家学者的研究表明，人类活动和地质作用是造成地面沉降的主要原因,其中过量抽取地下水是最主要的原因。我国因抽液活动而导致的地面沉降已遍及17个省市，总沉降面积达七万多平方公里。

3 我段管内沉降现状

现行的《时速300km～350km客运专线铁路设计暂行规定》中对基础工后沉降做出了严格的要求：有砟的路基工后沉降不大于5mm，桥台台尾过渡段不大于3cm，沉降速率应小于2cm/a。无砟的路基工后沉降不应超过扣件允许的沉降调高量，一般不应大于15mm，有砟桥面桥梁墩台基础的均匀沉降量不应超过30mm。

我段管内地处长三角地区，经济发达，交通方便，京沪高铁、沪宁高铁、沪杭高铁、宁杭高铁等形成了四通八达的高铁网。区内大部分地区为广阔的平原地带，地势低洼平坦，地表水系极为发育，河流纵横,湖塘密布，水网化程度很高，受季风环流影响，气候温和湿润，降雨充沛，四季分明，阳光充分，年平均气温在17℃左右，年降水量1100mm左右，年平均相对湿度为75%。

而通过多年研究证明，长三角地区地面沉降主要是由于长期超量开采地下水，而且开采时间、地点、部位都非常集中，使得区域地下水位持续下降，孔隙水压力降低，土层有效应力增加，从而导致土体压缩变形,而在长三角地区地下水开采层普遍发育有软土层，它们含水量较高、孔隙比较大、渗透性较差，因此在长期超量开采地下水时很容易引起地面沉降。除此以外，新构造运动、城市高层建筑荷载、软土层的固结、蠕变等也就引起地面沉降的重要原因。

例如沪宁城际望虞河大桥由于周边地区过量抽水以及桥梁一侧堆土偏载，导致桥墩沉降过大，严重影响了高铁轨道线路的平顺性，在不得已的情况下采取了限速措施以确保运营安全，后通过将箱梁抬升后在支座处加铺垫层的方法才得以整治解决。

4 地面沉降对高速铁路工程的影响

地面沉降对高速铁路的影响主要有：

（1）地面高程损失，水准点失效。一旦水准点失效，按照原有的水准点建设的地面设施就不能发挥应有的效应，同时还将增加建筑物的成本；路基高程的下降，在平原区受洪水淹没、浸泡的频率增加，从而导致路基的失稳破坏，桥梁工程防洪能力的降低。

（2）对沉降监测的影响。沉降观测过程中，由于作为高程基准的水准点不闭合，造成沉降观测网不闭合，要经常修正监测网，导致无法准确区分沉降量是由于区域沉降还是本体自身沉降造成的，部分区段墩身出现反弹现象，使工程沉降的稳定性分析带来困难，从而影响高速铁路的正常运营。

这个塑胶厂的结构和刚才那个染料厂大同小异，大帅道：我来。说完从地上捡起石头，左小龙忙握住他的胳膊，说，等等。

（3）引起桥梁墩台不均匀沉降，造成线路纵断面坡度的变化并产生坡度差，在地面沉降严重的地区，甚至出现地裂缝现象，使得道路破损。由于地面发生沉降，地表水位相对上升，会造成铁路桥净空减少，影响桥下的通航能力，甚至威胁到桥梁的安全。

（4）对路基工程的影响。根据实测数据和理论分析的结果显示：区域均匀性沉降对高速铁路路基工程影响较小，而区域不均匀沉降会改变高速铁路路基设计坡度，引起造成路基结构产生不均匀沉降。

（5）铁路安全运营难以保证。对于高速铁路在安全、舒适、平稳性的高标准要求下，不均匀沉降导致沿线起伏不平，平顺性和舒适性降低，使得列车达不到设计时速，人体乘坐舒适度降低，严重不均匀沉降甚至可能影响运营安全。

（6）乘坐舒适度难以保证。不均匀沉降导致轨道线路平顺度降低，而高速开行的列车要求轨道线路具有较高的平顺性，这不仅导致乘客的人体感觉将不良，还增加了养护维修工作量以及维修成本。

5 控制高铁周边地面沉降的对策研究

（1）强化沉降监测技术。

根据高速铁路运营特点，采用点面结合的方式，常规技术与自动化监测技术并举的方针，有针对性地进行较大范围的重点区域地表沉降监测，在特殊地段进行定点定时的轨道点不均匀沉降监测。针对运营期高速铁路沉降监测不影响行车、实时测试的需求，研发高精度、高可靠度、周期采集，沿纵向布点，特殊地段可沿横向布点的多元化路基沉降自动监测技术，实现运营期高速铁路路基和轨道沉降的实时监控，实时掌握高速铁路路基轨道状况、保障线路安全运营，为制定维护计划提供技术支持。

（2）无砟轨道调整措施。

大范围区域地面沉降对轨道工程不会产生较大的影响，通过扣件调整、支座调整、调坡调整、拟合竖曲线调整以及几种方法相结合的方式进行调整可保证轨道结构正常工作性能及线路平顺性。

高速铁路对无砟轨道的平顺性和耐久性要求极高，需要针对区域地面不均匀沉降的特点，分析无砟轨道结构需要调整的原因和破坏的原因，总结轨道调整和维修的主要工程措施，研究能够适应于较大不均匀沉降量的新型轨道结构及部件，更需要加大研究新型无砟轨道修补材料和机械设备。

（3）路基不均匀沉降压浆抬升处理技术。

利用压浆抬升路基技术可实现在不影响运营的条件下对运营期高速铁路路基沉降不均匀地段的的快速抬升整治处理。

例如沪杭高铁K0+750-K1+750段（虹桥地区沪青平、华翔路立交结合部）路基自开通后就出现不同程度下沉，最大下沉量达56mm。在此处路基段出现病害后，路局领导高度重视，及时组织建设、设计、施工单位及各路专家对路基下沉原因进行分析，研究制定整治方案，最后决定在限速60km/h或80km/h慢行条件下采用花管深层注浆方案对K0+942-K1+017和K1+127-K1+192区段路基管桩间土体进行加固。从2011年5月开始，共分3个阶段对本处进行了注浆。从目前的沉降观测数据分析，沉降速率由加固前的每月8～10（mm）下降至现在的每月1～2（mm）左右，由此说明利用压浆抬升路基取得了一定效果，沉降速率已经放缓。

（4）控制地下水开采。

控制地下水的开采是遏制区域地面沉降继续发展的有效手段，区域沉降一般影响区应限制地下水的开采量，区域沉降严重影响区禁止地下水开采或回灌地下水，还可通过调整地下水开采层次控制地面沉降。

（5）加强高铁沿线外部环境管理。

加强高铁外部环境管理，制定合理的检查周期，实时掌握高铁沿线周边外部环境变化，树立"变化就是风险"的忧患意识，对可能引起地面沉降的施工，比如挖土、堆载等行为及时发现，坚决制止。针对高铁周边外部环境的变化容易产生安全隐患，我段专门制订了高速铁路外部环境管理办法，并成立了高铁外部环境检查小组，采用添乘检查、地面巡查、专项检查、临时检查等多种方式，加强高铁沿线外部环境管理，确保安全平稳。

（6）工程干预地面沉降措施。

地下水人工回灌可以在短期内有效地控制住地面沉降发展。但是工程沿线由于受到客观条件限制，回灌水源短缺，还不具备大范围推广的条件。对于沿线地面沉降危害严重的地段，可以考虑在路基两侧的绿化带内打回灌井，开展回灌工作。工程施工降水造成的局部地区沉降不可忽视，需制定有关法规，加强监督管理，禁止随意排放施工抽吸的地下水，制定回灌方案，将抽吸的地下水回灌到地下。

（7）优化水资源利用。

合理开发水资源，避免水资源破坏：在开采地下水的时候，由于各含水层的水质差异较大，应当分层开采；对已受污染的潜水和承压水不得混合开采；对揭露和穿透水层的勘探工程，必须按照有关规定严格做好分层止水和封孔工作，有效防止水资源污染，保证水体自身持续发展。

（8）加强区域沉降理论研究。

针对区域沉降的特点，开展系统全面的调查监测与深入的区域沉降分析研究，重视在工程建设过程中诱发或加剧沉降表现的风险性和环境危害，加强对突发性工程沉降事故的预防与处治，结合工程实例，开展工程性地面沉降防治的理论与实践研究，探索和寻求有效的地面沉降防治手段。

（9）加强政府宏观管理，增强全民防灾减灾意识。

地面沉降是一复杂的地质灾害现象，控制和治理地面沉降是一项社会性很强的工作，需要在政府的组织下，多部门、多学科、多专业、多手段的综合治理才能凑效。政府应加大资金投入，加强沟通协调，加大地面沉降科普知识的宣传力度，方能有效控制地面沉降，从而保证高铁运营安全。

[1]许烨霜，余恕国，沈水龙.地下水开采引起地面沉降预测方法的现状与未来[J].防灾减灾工程学报,2006,26(3)：352-357.

[2]马浩苏锡常地区水土地质环境特征及质量分析.中国地质大学.北京.2011，5.

责任编辑：万宝安 徐伟人
来稿日期：2013-08-14