關于上海市地面沉降及其成因的研究

【摘要】：地面沉降作為上海最主要的地質災害，直接影響著上海的城市工程和重大基礎設施安全。通過對上海市地面沉降現狀的分析，進而探究上海市地面沉降形成的原因，為上海實施地面沉降防控管理、減災防災提供一定參考。

【關鍵詞】：上海；地面沉降；現狀；成因

地面沉降是由于過量抽取地下水引起地層壓密、固結產生的，多見于大城市，沿海城市沉降尤為嚴重[1]。長期以來，地面沉降問題作為主要的地質災害直接影響著上海的下墊面形態，嚴重威脅著上海的城市發展。隨著新一輪城市總體布局的不斷優化和城市建設的持續推進，面對上海地面沉降問題的特殊性與復雜性，地面沉降防治工作將面臨更加嚴峻的挑戰。

1.研究區概況

上海是江、河、湖、海動力作用條件下形成的沖積平原，尤以長江泥沙堆積為主。其大部分地區為廣闊平原，地勢較低平，屬河口堆積地形。上海是典型的軟土地及基地區，地表以下至 75 m范圍內，普遍分布欠固結的海相沉積的飽和軟弱的粘性土地層[2]。上海與江蘇、浙江同處長江三角洲水文地質構造單元內，為統一的地下水含水層系統[3]。

2.上海市地面沉降現狀

隨著上海市政府繼續加強地下水采灌管理，進一步壓縮地下水開采量、增加人工回灌量。2015年全市平均地面沉降量約為5.1毫米，較2014年同期微降0.1毫米，地面沉降繼續保持了穩中有降的發展態勢。

其中，中心城區仍是上海地面沉降的集中發育地區，雖近年來其沉降速率有所減緩，但影響范圍仍較大，累計地面沉降量大于 50 mm 的范圍達 160km2以上。但隨著城市化進程加速，近遠郊地區特別是新興城鎮，其地面沉降有明顯增長。

地面沉降造成建筑物變形破壞、地下管線設施損壞、深井失效、內河航道受阻、防汛抗洪能力減弱等等。由于地面沉降，上海市區蘇州河防汛墻已幾次加高，但河水水面仍高出堤內地面。地面沉降嚴重危害城市建設、工業生產和市民生活，整治沉降已花掉數億元投資。1921-2015年間，上海地面沉降造成的經濟損失初步估算已超過 3000億元人民幣。

3.上海市地面沉降成因分析

3.1 地質環境條件

受新構造運動的影響，整個長三角地區形成了沉積凹陷及隆起，構成了前第四紀基本地貌構架。上海地區形成了二個凹陷和三個隆起，在凹陷帶內第四系疏松堆積較厚，多大于300m，在隆起區堆積較薄。自第四紀以來，長三角地區海陸環境頻繁交替，沉積物成因類型較為復雜，砂層和粘性土層交替出現，而且具有較明顯的韻律變化規律，構成了地面沉降的物質基礎[4]。

上海是典型的軟土地及基地區，地表以下至 75 m范圍內，普遍分布欠固結的海相沉積的飽和軟弱的粘性土地層，此區間段內，工程基礎施工及城市地下空間開發利用極易誘發或加劇土體的固結壓縮，從而地面沉降發育強度較大。

3.2 地下水不合理開采

上海地區第四紀地層中發育有五個承壓含水層，含水層富水性較好，水量較豐富。在上海發展歷史上，為滿足工業生產和居民生活飲用等用途，長期開采深層地下水，地下水開采強度、開采量、開采層次和開采空間布局處于無序狀態，在上世紀60年代地下水年開采量達到頂峰的近2億m3，引發了嚴重的地面沉降問題，該期間也正是地面沉降量達到頂峰時期。

地面沉降和地下水位長期監測表明，地下水的不合理開采打破了地下水流場和應力場的平衡，對地面沉降量的相對大小與分布特征產生了影響，是引發地面沉降的主要外因。

3.3 工程建設活動

軌道交通等線性工程建設對區域地面沉降空間格局影響較大。通過在運營軌道交通沿線地面沉降長期監測和在建軌道交通施工監測表明，地面沉降中心多分布在軌道交通沿線或鄰近區域。局部區段差異沉降非常顯著，最大累計沉

降量達到了300mm。在運營軌道交通沿線地面沉降一方面受地鐵自身振動荷載長期影響引發土體沉降，另一方面也受地鐵沿線商業開發時開挖建設或地面堆載等引發。

深基坑等地下空間開發建設對局部區域地面沉降也造成影響。深大基坑通常位于密集城市中心，常常與周邊建筑物零距離接觸，周邊環境復雜程度高，環境保護等級極高。而且基坑多以基坑群出現，對基坑開挖施工要求極其苛刻，其中最突出的降低承壓水頭直接引發了基坑周圍較大范圍的地下水位降落漏斗，地下水流場的變化引發了土體應力場復雜變化，從而引發地面沉降問題。

此外，大規模城市建設，特別是高層地面建筑荷載作用下也是導致地面沉降的原因之一。當區域建筑密度大于 30%時，建筑密度與區域地面沉降發育空間格局上較為吻合，即建筑密度越大，沉降量越大，建筑密度越小，沉降發育不甚明顯。

4.結論

隨著上海地面沉降防治管理的不斷強化，地面沉降速率得到了有效控制，中心城區仍是上海地面沉降的集中發育地區。其中，地質環境條件是地面沉降發育的背景條件和內因，地下水不合理開采是地面沉降發展的動力條件和主要外因，工程建設活動是地面沉降加劇和不均勻發展的重要外因。

參考文獻：

[1]張阿根，魏子新.中國地面沉降[M].上海： 上海科學技術出版社，2005.

[2]龔士良.上海地面沉降影響因素綜合分析與地面沉降系統調控對策研究[D].華東師范大學，2008.

[3]龔士良.上海地下水流場變化及對地面沉降發展的影響[J].水資源與水工程學報，2009，03：1-6.

[4]沈水龍，許燁霜. 上海地區地面沉降新特征的發生機制分析[J].上海國土資源，2014，04：12-16.