开采浅层地下水对高速铁路工程的影响分析_图文

1、2006年第4期水文地质工程地质开采浅层地下水对高速铁路工程的影响分析孟庆文12,闰澍旺1(1.天津大学建工学院,天津300072;2.铁道第三勘察设计院,天津300142摘要:本文根据浅层地下水的性质,阐述了抽水引起的地面沉降机理和计算方法,结合实例计算了由于抽取浅层地下水引起的小范围地面沉降和影响范围,分析了这种小范围地面沉降对客运专线路基、桥梁、轨道工程的影响。关键词:高速铁路;浅层地下水;地面沉降引起地面沉降的原因很多,如路基荷载、轨道荷载、桥梁墩台荷载等等,同时还有大量抽取地下流体等引起的地面沉降。由建筑荷载引起的地面沉降会随着时间的推移而逐渐趋向稳定,因此只要设计时采取适当的措施就

2、不会对客运专线工程造成很大的影响。长期超量抽取深层地下水(流体引起的沉降范围一般都很大,在小范围内一般不会形成大的不均匀沉降,沉降漏斗相对平缓,因此对客运专线工程的影响也相对较小。但是如果长期抽取浅层地下水将会在相对较小的范围内产生沉降,从而引起相对较大的不均匀沉降,所以对客运专线工程的影响也就较大。本文结合高速铁路建设的实际,探讨浅层地下水的性质和长期抽取浅层地下水对高速铁路工程建设和运行的影响,愿与同行交流。1浅层地下水的性质浅层地下水是指平原区含水层埋深不大,第一稳定承压含水层之上的含水层组,一般与大气降水联系较为紧密的地下水体。浅层地下水的含水层多由弱含水层构成,常具有明显的垂向不均匀

3、性,一般把浅层地下水处理为统一的层状含水层。在天然状态下,由于弱含水层之间的相对隔水层具有隔水的作用,有时具有局部的微承压性质;在人工干扰条件下,受含水介质垂向非均匀性的影响,浅层地下水水动力状况将发生迅速而复杂的改变。如在基坑排水中,基坑内外形成水头差,由于下部相对含水层与上部地层渗透系数的作者简介:孟庆文(1967一,男,工学硕士,高级工程师,副总工程师,主要从事铁路、轨道交通工程的勘察设计工作。Email:mengqingwencr-tsdi.corn 差异,微承压水又可转化为非承压性的层间水。2抽取浅层地下水引起的地面沉降分析2.1抽取地下水引起的地面沉降机理分析地下水经过抽取后会使地

4、层压密,这是由于含水层中水位下降引起土层孔隙水压力降低、土层颗粒间有效应力增加的缘故。因此,有效应力原理是抽水引起土层压密的基本原理,见图1。形杉/抽水前一、水位1抽水后水位滁图1抽水前后土层中有效应力的变化Fig.1Variation in effective stress in soil layersbefore and after pumping water根据有效应力原理,抽水前上述各力处于平衡状态,即:P=盯+“。(1式中:p土层的总应力;盯抽水前的有效应力;M。抽水前的孔隙水压力。抽水后水位下降了u,土层中孔隙水压力随之下 2006年第4期水文地质工程地质能通过上部轨道结构进行调整

5、。虽然降低地下水位引起的沉降不会导致路基结构的破坏,但是长期降水引起的最终沉降将使线路坡度发生变化,导致线路坡度超限,影响线路平顺性的要求,因此必须限制在路基附近长期抽取浅层地下水。4.2对桥梁工程的影响关于桥梁基础的沉降控制,修订中的京沪高速铁路设计暂行规定有着严格的规定:墩台基础的沉降量应按恒载计算,其工后沉降量不应超过下列容许值:墩台均匀沉降量:对于无碴桥面桥梁20nun。静定结构相邻墩台沉降量之差:对于无碴桥面桥梁:=5mm。桥梁设计中沉降计算只是考虑桥梁本身由于恒载引起的沉降,控制沉降的标准也是针对桥梁本身沉降制定的。对于地面下沉引起的桥梁沉降以往的桥梁设计中是没有考虑过的。由此可见

6、,若考虑抽取浅层地下水引起的地面沉降对桥梁工程的影响,就应针对不同的结构类型来分析。对于简支梁结构的桥梁而言,因为桥墩的沉降差对简支梁结构受力没有影响,只需满足轨道变形要求即可;对于大跨度连续梁,若在连续梁范围内有浅层井长期抽取浅层地下水,就会在连续梁上出现沉降拐点,将导致结构破坏。因此必须限制在连续梁影响范围内抽取浅层地下水。4.3对轨道工程的影响通过对桥梁、路基的分析,可以看出,抽取地下水引起的地面沉降对桥梁、路基的工后沉降会产生一定影响,但在不破坏桥梁、路基结构破坏的条件下,均可以满足铺设无碴轨道对桥梁、路基的技术要求,即使出现小范围的不均匀沉降,也可采取研制调高量较大的扣件系统、选择可

7、修复性较强的轨道结构等措施进行解决。5结论长期抽取浅层地下水引起的地面沉降影响的范围小,但对高速铁路工程的影响比较大。若在桥梁连续梁范围内有浅层井长期抽取浅层地下水,就会在连续梁上出现沉降拐点,将导致结构破坏,危及线路安全。虽然降低地下水位引起的沉降不会导致路基结构、桥梁简支梁结构的破坏,但是长期降水引起的最终沉降将使线路坡度发生变化,导致线路坡度超限,影响线路平顺性的要求。即使可以采取调高量较大的扣件系统、选择可修复性较强的轨道结构等措施进行解决小范围的不均匀沉降,但是为保证结构安全和线路的平顺性要求,必须限制在线路两侧一定范围内长期抽取浅层地下水。参考文献:1Lowe J.New conc

8、epts in consolidation arId setdement2钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算M.北京:水利水电出版社,1994.3中华人民共和国铁道部.京沪高速铁路设计暂行规定M.北京:铁道出版社,2005.4黄文熙.土的工程性质M.北京:水利水电出版社,1983.5铁道第三勘察设计院,等.区域地面沉降对京津轨道工程的影响及对策研究(初稿R.天津:2005.An analysis of tl炝iIlnuence of p啪ping shaUow groundwater t0passenger express railwaysMENG Qingwenl一,YAN Shu.wan91(

9、1.ScooZ矿C如以魄i,聊矗ng,孔口柳n沁瑙渺,孔。彬n300072,醌iM;2.砚e死i以如i伽町|snw&胍咖凰砒e,彬n300142,现iMAbs仃act:In this article,the principle and calculation method of laIld subsidence caused by pumping gmundwater are described according to the characteristics of shallow groundwater.Combined with engineering example,the la

10、nd settlement and innuence scope which cu】sed by pumping shallow groundwater aIcalculated.ne innuence of the laIld subsidence in small area onsubgrade,bridge aIld railtracks ofexpress railwaysis alsoanalyzed.Key words:express milway;shallow groundwater;land subsidence编辑:吴霞芬 开采浅层地下水对高速铁路工程的影响分析作者:孟庆文

11、, 闫澍旺, MENG Qing-wen, YAN Shu-wang作者单位:孟庆文,MENG Qing-wen(天津大学建工学院,天津,300072;铁道第三勘察设计院,天津,300142, 闫澍旺,YAN Shu-wang(天津大学建工学院,天津,300072刊名: 水文地质工程地质英文刊名:HYDROGEOLOGY & ENGINEERING GEOLOGY年,卷(期:2006,33(4引用次数:1次参考文献(5条1.Lowe J New Concepts in Consolidation and Settlement Analysis 1974(GT63.中华人民共和国铁道部京

12、沪高速铁路设计暂行规定 20054.黄文熙土的工程性质 19835.铁道第三勘察设计院区域地面沉降对京津轨道工程的影响及对策研究(初稿 2005相似文献(1条Liang浅层地下水开采对高速铁路工程的影响及对策-铁道工程学报2007,24(12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