城市地下工程施工过程中地下水位下降引起的地表沉降及控制措施研究

中铁隧道集团科研立项申请表项目概况项目名称城市地下工程施工过程中地下水位下降引起的地表沉降及控制措施研究申请者姓名赵运臣联系电话[e-mail]结合工程概况武汉长江隧道工程项目领域□21、农业；2、工业；3、社会发展；4、其他预期主要成果形式□2□7□1、论文专著；2、研究报告；3、新产品；4、新设备；5、新材料；6、新工艺或方法；7、软件；8、其他。主题词（不超过三组）地下工程、地表沉降、控制措施经费合计（万元）申请集团公司拨款自筹其他4242单位概况申请单位名称中铁隧道集团有限公司洛阳科学技术研究所单位性质□41—集团公司机关；2—附属单位；3—派出机构；4—分公司；5—受控公司；6—合资公司；7—其他。单位详细地址河南洛阳陵园东路3号职工总数正高工高工中级初级博士研究生102114273627主要参加人员姓名年龄专业学历职称单位全时率赵运臣31道路工程本科工程师科研所100％李建华35隧道工程本科工程师科研所75％崔天麟32隧道工程硕士高工科研所25％高军35铁道工程硕士高工科研所25％王刚30隧道工程本科工程师科研所25％刘红震28爆破工程本科助工科研所25％肖红渠31隧道工程本科工程师科研所25％内容提要（不超过273字）目前，对于由于地下工程开挖或人工降水等引起的地下水位下降所产生的固结沉降。由于地层的复杂性，渗流和固结计算的边界条件难以确定，非饱和土固结理论不成熟，因此在实际应用中，往往采用近似的方法进行计算。因此分析地层固结沉降有很多需要解决的问题，如地下工程引起的地下水位下降程度预测，水位下降区域非饱和土的固结沉降预测等。本项研究主要根据以往工程实测及现场实验数据分析地下水位变化与地表沉降之间的关系，建立不同地层的土体固结模型，通过试验室模型试验进一步完善地下水位下降引起地表沉降经验公式，并结合实际工程，通过数值模型分析控制地下水位下降所采取的措施；最终提出防止地下水位下降的措施，如地下水回灌措施、防渗墙、注浆等措施，以控制因地下水位下降引起的地表沉降。国内外现状在城市市区修建地下工程引起地层位移的主要原因是施工过程中的地层原始应力状态的改变、土体的固结及土体的蠕变效应、地层损失等，各种因素对地表沉降的影响具有明显的耦合效应，并不是孤立的。其中土的固结所产生的地层沉降是城市地下工程施工中最值得注意的问题之一。根据地下工程施工的特点总结固结沉降的主要原因有：地下水位下降引起的固结沉降（包括人工降水）；土体空隙水压力变化，引起土体的固结沉降；土体扰动后，重新固结后产生沉降；土体的次固结和流变。对于饱和土，土的固结理论最早由太沙基提出，但只是在一维的情况下才是精确的。在多维固结问题中，它忽略了变形协调条件对固结过程总应力的影响，所获得的结果只是近似的。比奥提出的固结理论，考虑了这种影响，借助计算机和有限单元法等数值方法进行求解，可广泛来解决各种实际工程的固结问题。吹填土等地层的固结沉降往往很大，采用太沙基和比奥理论进行分析，结果偏差较大，今年来又发展了大变形固结理论。此外在软粘土固结分析中，考虑土的流变性质影响是必要的。目前，对于由于地下工程开挖或人工降水等引起的地下水位下降所产生的固结沉降。由于地层的复杂性，渗流和固结计算的边界条件难以确定，非饱和土固结理论不成熟，因此在实际应用中，往往采用近似的方法进行计算。因此分析地层固结沉降有很多需要解决的问题，如渗流自由面的计算，水位下降区域非饱和土的固结问题等。对于地下工程开挖或人工降水等引起的地下水位下降，国内外防止地下水位下降的措施，主要有地下水回灌措施、防渗墙、注浆等措施。要防止地下工程开挖或人工降水对环境的影响,就要采取有效的防范措施。在地下工程开挖或降水前,首先要搞清场地的工程水文地质条件;地下管线性质和分布情况以及周围地面和地下建(构)筑物的分布情况，再来选择合理的开挖和降水方案及防范措施。此外,还可采取坑内降水,坑外人工回灌的方法,来保持坑外水位不降或少降来避免产生环境问题。主要研究内容与研究方法主要研究内容：1.降水引起的地表沉降分析；2.地表沉降计算模型研究；3.地下水位下降引起地表沉降的试验模型研究；4.施工过程中控制地下水位下降措施研究。研究方法：1.根据以往工程实测及现场实验数据分析地下水位变化与地表沉降之间的关系，分析定量关系；2.通过试验室模型试验进一步完善经验公式，建立不同地层的土体固结模型；3.结合实际工程，通过数值模型分析控制地下水位下降所采取的措施。技术关键和技术经济指标1.建立经验公式，以确定地下水位下降与地表沉降的关系。2.试验室模型试验。预期达到的目标及成果形式、社会经济和环境效益预测（一）课题主要成果1.成果报告；2.确立经验公式；3.建立沉降计算模型；并编制沉降计算程序；4.分析控制地下水位下降的各种措施的可行性及应用范围等。（二）应达到的技术指标1对地下工程施工引起地下水位下降所产生的固结沉降估算接近实际值，满足工程实际需要。2.固结沉降计算程序采用有限元算法，结合水位监测能准确计算地下水位渗流场及固结沉降；3.提出施工中控制因地下水位下降引起的地表沉降的可行措施。（三）工程中应用的打算本研究项目根据以往监测资料并结合武汉长江隧道工程进行研究，研究成果在以后工程中进行推广应用。保障体系1.我所具有大量的专业技术人员，已有二十多年从事隧道及地下工程的经验，积累了丰富的土体固结沉降方面的技术资料。2.我所与北京交通大学、西南交通、同济大学等高校曾进行广泛的技术合作。计划就本课题与同济大学进行合作，由同济大学协助完成模型试验及计算软件开发。进度安排合作单位1、2005年1月～2005年3月调研和资料收集工作，进行方案研究，并完成项目实施大纲；2、2005年4月～2006年6月已有数据整理及进行现场试验研究、采集数据并整理；3、2006年7月～2007年10月室内模型试验，完成分析研究报告，文整、鉴定或验收；4、2006年11月～2006年12月完成分析研究报告与软件开发，文整、鉴定或验收；同济大学经费概况[1]工资补助：3人×2年×3.0万元/人．年＝18万元[2]差旅补助：3人×2年×1.0万元/人．年＝6万元[3]研究或试验装置零星材料费：5万元[4]委外试验、设计费：5万元[5]技术资料、图纸费：2万元[6]科研仪器、仪表、工具、设备费：2万元[7]技术查新费：0.5万元[8]技术成果总结、文整、印刷费：3万元[9]鉴定、会议评审费：0.5万元合计：42万元申报单位意见中铁隧道集团有限公司洛阳科学技术研究所（单位盖章）负责人（签字）：2004年12月27日