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原文传递兰新高铁路基形变InSAR监测及机理分析

论文题名：	兰新高铁路基形变InSAR监测及机理分析
关键词：	兰新高速铁路;路基沉降;路基冻胀;张家庄隧道;InSAR技术
摘要：	高速铁路的全线形变监测对铁路的安全运营至关重要。兰新高速铁路作为一次性建成通车里程最长的高速铁路，是连接甘肃省、青海省和新疆维吾尔自治区的重要交通通道。兰新高铁是首次穿过黄土、高寒、戈壁等区域的高速铁路，该线路运营后在不同区域频繁出现铁路路基沉降、冻胀和隧道塌陷等问题，而现有研究针对兰新高铁全线的灾害识别未见报道，尤其针对高寒地区路基沉降和隧道塌陷的机理分析缺乏系统深入的探讨。　　本文基于SBAS-InSAR技术获取兰新高速铁路全线的形变速率和累积形变量，在此基础上讨论各客运站区间内的兰新高铁路基形变状况；基于兰新高铁高寒地区路基的时序InSAR形变结果，讨论自然因素和人为因素两个方面对路基冻胀的影响；构建兰新高速铁路张家庄隧道地区的三维形变场，分析形变和地质条件的空间关系，进而推断张家庄隧道形变事故的原因。本文主要结论如下：　　（1）利用SBAS-InSAR技术，基于2017年3月至2020年12月共582景升轨哨兵1A数据获取兰新高速铁路全线地面形变信息，可知兰新高铁在形变监测期间整体较为稳定，全线形变速率大致保持在-5-5mm/a之内，累计形变量保持在-10-10mm之内；通过对兰新高铁沿线剖面形变、沿线缓冲区形变分布和特殊位置时序累计形变量数据分析后发现，兰新高铁线路形变位置一般发生在火车站点、隧道进出口、动车运用所和建筑物沉降区，且线路周边的严重形变会影响铁路路基的形变趋势；各主要形变位置的形变特征存在差异，进而说明了兰新高铁线路内不同位置的形变是由不同因素所引起的。　　（2）基于2014年10月至2016年10月共26景升轨哨兵数据对兰新高铁高寒区域中的军马场至民乐路段进行SBAS-InSAR地面形变监测，并结合安伯格轨道测量数据进行验证，形变结果具有较高的一致性。该路段及其缓冲区内存在明显地面沉降现象，主要集中在民乐县与山丹县交界处和附近村庄处，其中双庄村附近沉降最为严重；铁路路基最大累积沉降量达到90mm，在形变观测期间可明显按照沉降状况分为无沉降、沉降发生和剧烈沉降三个阶段；结合2017年至2020年的监测数据可发现在路基整治前后存在三个沉降严重区域，并均发生了持续性的形变。此外通过时序InSAR形变监测、气候等数据分析可知，高寒区域铁路路基出现季节性形变特征，湿陷性黄土稳定性差导致的路基沉降以及低温、降水导致的路基冻胀变化是引起形变的主要原因；除此之外铁路路基严重沉降区与人类活动紧密相关。　　（3）基于2014年12月至2021年6月165景升轨和149景降轨哨兵1A数据，利用SBAS-InSAR和PS-InSAR技术获取张家庄隧道时序地表形变信息，验证了这两种技术在山体的时序形变结果；根据形变可知张家庄隧道出现剧烈形变，形变位置处在隧道里程DK120+300至DK120+930区间内，且在2016年1月与2021年6月形变最为严重。使用DInSAR技术获取的升降轨数据视线向形变和POT技术获取的升轨方位向形变，构建包含垂直向、南北向和东西向形变的三维形变场并绘制形变流向图，结合流向图推演在事故发生时间点对应的山体运动，并根据形变的大小、位置和地质条件进一步分析张家庄隧道形变成因。在此基础上推断黄土含水量增加、断裂带活动和泥岩层的活动是引起张家庄隧道2016年和2021年山体剧烈形变的主要原因。
作者：	陈宝山
专业：	测绘科学与技术
导师：	张立峰;何毅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022