开展地面沉降地裂缝调查与评价主动服务国家重大工程建设

发布网友发布时间：2022-05-17 04:32

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长安大学地质工程与测绘学院

20世纪50年代以来,由于自然和人为因素的影响,西安市区出现了大量地裂缝,对城市规划与建设构成了严重制约;由于地质构造因素和人类开采地下资源,山西省从南向北的临汾、运城、太原、大同等几个盆地存在着较为严重的地面沉降和地裂缝。国土资源大调查项目从2005年开始,实施了汾渭盆地地面沉降地裂缝的调查、监测、评价及成因与减灾综合研究工作。通过从点到面的调查研究,基本查明了汾渭盆地地面沉降与地裂缝的发育现状;建立了地裂缝和地面沉降的监测网络,对汾渭盆地典型地区地裂缝地面沉降的成因机理进行了深入系统的研究,取得了一系列重要成果,为西安市地铁工程建设及大同—西安高速铁路工程的规划、设计及地裂缝和地面沉降灾害的防治工作提供了强有力的科技支撑,保证了项目的顺利实施和后期的安全高效运营。

一、开展地裂缝灾害致灾机理与防治措施研究,主动服务西安地铁建设与运营

目前,西安城区发现的地裂缝已达15条之多,延伸长度超过100千米,覆盖面积约250平方千米,其活动时间之长和规模之大,在国内外尚属罕见。这些地裂缝成为西安地铁建设中的重大关键技术难题。汾渭盆地地面沉降地裂缝调查与评价工作,通过一系列的大型物理模型试验、数值模拟计算和理论分析,合理确定了地铁设计使用期100年内地裂缝最大位错量,科学地确定了地裂缝地段地铁隧道结构纵向设防长度,为地铁隧道穿越地裂缝带的结构设计和预留空间提供了重要设计参数(图1);揭示了地裂缝作用下地铁隧道主要变形破坏模式,为西安地铁穿越地裂缝带结构设计提供了重要的科学依据;提出了地铁隧道结构“分段设变形缝、柔性接头连接及局部扩大断面”的适应地裂缝变形的结构防治措施,并已应用于西安地铁工程设计中,成功地解决了西安地铁防治地裂缝灾害的重大技术难题,为西安地铁建设提供了重要技术支撑。

图1 地铁隧道地裂缝致灾机理大型物理模型试验

二、深入研究地面沉降地裂缝发育特征,为大同—西安高速铁路工程建设提供科技支撑

大西高速铁路是连接山西大同和陕西西安的一条铁路快速通道,工程场址刚好贯穿项目的主要工作区——汾渭盆地。大西高铁线路沿线地裂缝和地面沉降均非常发育,为线路选线、结构设计和建成后的安全运营带来了极其严峻的挑战。面对这一问题,项目组通过地面调查、InSAR监测、综合勘探,查明了大西客运专线(大同—运城北段)沿线地裂缝和地面沉降的分布、发育特征,高铁沿线与线路相交或隐伏相交的地裂缝共有21条36处,其中在太原盆地内有8条14处,临汾盆地7条12处,运城盆地6条10处;分析了高铁沿线地裂缝地面沉降的成因,根据地裂缝的发育特征、影响因素,结合地裂缝的潜在活动性和易发性评价,划分了高铁沿线地裂缝的危险性等级,其中Ⅰ级2处,Ⅱ级7处,Ⅲ级13处,Ⅳ级14处;获取了大西高铁沿线大同、太原、祁县、平遥、临汾、运城以及介休七个区域2004~2008年间不同时间段的地面沉降形变信息,确定了沉降中心位置及平均沉降速率,给出了沿线地裂缝地面沉降未来活动速率范围值和可能最大活动量;在数值分析和大型物理模型试验基础上(图2),结合地面调查和勘探成果,分别给出了各条地裂缝的避让距离和设防宽度,并提出了采用桥梁、有渣轨道、*地下水开采和地表防水等综合防治措施建议。上述成果为大西高速铁路的顺利实施提供了强有力的科技支撑。

图2 路堤模式通过地裂缝带致灾机理大型物理模型试验