论文摘要
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地质现象。以往人们对地面沉降的研究主要针对于某一区域（如华北平原等）,较少考虑区域地面沉降对线状工程的影响。国内正在建设的京沪高速铁路就不得不穿越原来地面沉降较严重地区,区域性地面沉降问题已经成为控制高速铁路安全运营的首要关键问题。因此,研究铁路沿线区域性地面沉降的现状、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。论文针对京沪高速铁路沿线地面沉降情况,调查收集了铁路沿线地面沉降严重地区地下水开采情况以及地面沉降的现状,并分析了其形成机理。在此基础上,结合D-InSAR与地面精密水准测量结果,选取京沪高速铁路天津段西青区杨柳青镇沉降异常区（火电厂深部抽水井所致）为研究区域,分析电厂抽水井所在部位地质结构、水文地质条件和岩土工程条件,建立水文地质概念模型,采用Visual Modflow软件对研究区地下水位变化进行数值模拟。同时,结合该地区地面沉降量与地下水位变化间的相互关系,计算出不同开采量、开采时间下的地面沉降量,得出了京沪高速铁路穿过部位的沉降量预测,为高铁安全运营采取处理对策提供了依据。论文通过对京沪高速铁路DK119～DK123段地面沉降与地下水水位变化关系进行系统的研究,取得了以下主要成果和结论：1、通过对京沪高速铁路沿线地面沉降严重地区进行调查研究,得出引起京沪高铁沿线地面沉降的原因除了路基本身为软土及相应承载力差外,主要受控于深层地下水超量开采,并分析得出京沪高速铁路沿线地下水开采强度大的地区,也是地下水位降落漏斗中心区,同时也是地面沉降累计量最多的地区,三者在空间位置上吻合。2、京沪高铁天津段DK119～DK123段附近存在沉降异常区,该沉降与某电厂深井开采大量开采地下水密切相关。研究区多为第四系粉砂、砂、亚粘土、粉质粘土和粘土地层,厚度400～470m,多属于中等压缩性地层,包括潜水和4个承压含水组,其中第二、三承压含水组分布广,厚度大,富水性好,是本区的主要开采层位。3、采用Visual Modflow软件对研究区内地下水位变化进行了数值模拟研究显示,第Ⅱ、Ⅲ层含水组中的地下水近似水平运动,第Ⅰ层潜水-微承压含水组以及第Ⅰ’、Ⅱ’层弱透水层中的地下水都越流补给给第Ⅱ含水组,第Ⅲ’弱透水层中的地下水越流补给给第Ⅲ层含水组。表明大量开采第二承压含水组中的地下水对地表及浅层地下水水位的下降影响显著。4、结合地下水数值模拟结果采用比单位变形量法计算地面沉降量,结果显示电厂保持现状开采地下水条件不变的情况下,铁路沿线地面沉降速率随着时间推移呈缓慢减少的变化趋势。总体上上述抽水井的开采不仅会导致高铁线路部位会形成较大的地面沉降,而且不均匀沉降也会更加突出。5、将模拟计算得到的地面沉降分布图与地面沉降实测分布图进行对比,表明其沉降量分布特征总体相符。虽然其沉降量值还是存在一定的误差,但对引起误差的主要原因进行分析后得出,该模型可用于研究区地下水开采与地面沉降的模拟预测。6、在保持现有的开采量及开采状况不变的情况下,利用模型对2010年～2019年研究区的地下水水位及地面沉降变化情况进行预测。通过对2012年、2015年以及2019年研究区地面沉降预测分析,至2019年京沪高速铁路基部地面沉降最大沉降速率达到33.86mm/a,最大累计地面沉降量为376.69mm,电厂过量开采地下水将严重影响京沪高铁的正常运营。