[发明专利]高铁隧道穿越区域内地面沉降严重区的设计方法

说明书

本发明公开了一种高铁隧道穿越区域内地面沉降严重区的设计方法，包括以下步骤：获取隧道沿线历年沉降速率等值线图、沉降速率纵断面图、获取校正后的多年平均沉降速率V、确定N年总沉降量修正系数γ_N、获得深度h以下地层区域沉降占比ξ_h、计算获得N年隧道预测区域沉降值、获取隧道轨面最大调整高度△H_N、确定隧道断面净空尺寸。本发明首次系统性提出隧道工程区域地面沉降及隧道沉降预测、线路纵断面拟合、差异沉降条件下的隧道断面设计方法，有效解决了长距离线性地下工程穿越区域沉降严重段落甚至沉降漏斗区的问题，避免了因区域差异沉降导致的隧道病害及侵限问题，真正实现新建隧道工程的百年设计。

技术领域

本发明属于高铁隧道设计领域，具体涉及一种高铁隧道穿越区域内地面沉降严重区的设计方法。

背景技术

高铁、铁路、城市隧道、地铁属线性工程，穿越范围内各地区地层差异较大，区域沉降特性各异。隧道工程多为天然基础，结构依附于地层，在未受外界其他因素干扰情况下，其多年沉降与区域沉降趋势相近。近年来国内铁路及地铁运营里程激增，随着运营年限的增加，区域差异沉降诱发隧道结构变形，导致隧道侵限、开裂、破损、渗漏水等病害多发，不但大幅增加运营维保费用，部分线路已影响列车舒适度，严重时可能危及列车运营安全。

目前国内外对区域沉降已有一定的研究，但大多数集中于地面线或高架线路，对于地下线的研究成果较少，而隧道工程在设计使用年限（100年）内对区域差异沉降的适应性及应对方法尚无系统性的研究。

因此，系统研究隧道工程穿越区域地面沉降严重、差异沉降显著段落的设计方法是必要的，而且是紧迫的。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种高铁隧道穿越区域内地面沉降严重区的设计方法。

本发明的技术方案是：一种高铁隧道穿越区域内地面沉降严重区的设计方法，包括以下步骤：

（ⅰ）获取隧道沿线历年沉降速率等值线图、沉降速率纵断面图

采集隧道沿线一定时间段内InSAR数据，采用PS-InSAR的方法进行形变信息提取，采用ArcGIS滤波处理异常点，进行矢量拼接，获取隧道沿线历年沉降速率等值线图、沉降速率纵断面图。

（ⅱ）获取校正后的多年平均沉降速率V

在步骤（ⅰ）基础上，采用区域水准点监测数据进行校正，筛除因周边外部作业引起的地面沉降，获取校正后的多年平均沉降速率V。

（ⅲ）确定N年总沉降量修正系数γ_N

根据校正后的多年平均沉降速率进行沉降预测，通过历年沉降数据分析确定N年总沉降量修正系数γ_N。

（ⅳ）获得深度h以下地层区域沉降占比ξ_h

通过区域深层水准点分层沉降监测数据，获取该地区不同埋深地层对区域地面沉降贡献度，进而获得深度h以下地层区域沉降占比ξ_h。

（ⅴ）计算获得N年隧道预测区域沉降值

按照如下公式进行计算：

△H_N总=ξ_h×γ_N×（V×N）

其中：

△H_N总为N年隧道预测总沉降量；

ξ_h 为深度h以下地层区域沉降占比；

γ_N为N年总沉降量修正系数；

V 为经校正后的多年平均沉降速率；