關(guān)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(zhì)災(zāi)害，直接影響著上海的城市工程和重大基礎(chǔ)設(shè)施安全。通過(guò)對(duì)上海市地面沉降現(xiàn)狀的分析，進(jìn)而探究上海市地面沉降形成的原因，為上海實(shí)施地面沉降防控管理、減災(zāi)防災(zāi)提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】：上海；地面沉降；現(xiàn)狀；成因

地面沉降是由于過(guò)量抽取地下水引起地層壓密、固結(jié)產(chǎn)生的，多見(jiàn)于大城市，沿海城市沉降尤為嚴(yán)重[1]。長(zhǎng)期以來(lái)，地面沉降問(wèn)題作為主要的地質(zhì)災(zāi)害直接影響著上海的下墊面形態(tài)，嚴(yán)重威脅著上海的城市發(fā)展。隨著新一輪城市總體布局的不斷優(yōu)化和城市建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，面對(duì)上海地面沉降問(wèn)題的特殊性與復(fù)雜性，地面沉降防治工作將面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

1.研究區(qū)概況

上海是江、河、湖、海動(dòng)力作用條件下形成的沖積平原，尤以長(zhǎng)江泥沙堆積為主。其大部分地區(qū)為廣闊平原，地勢(shì)較低平，屬河口堆積地形。上海是典型的軟土地及基地區(qū)，地表以下至 75 m范圍內(nèi)，普遍分布欠固結(jié)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(zhǎng)江三角洲水文地質(zhì)構(gòu)造單元內(nèi)，為統(tǒng)一的地下水含水層系統(tǒng)[3]。

2.上海市地面沉降現(xiàn)狀

隨著上海市政府繼續(xù)加強(qiáng)地下水采灌管理，進(jìn)一步壓縮地下水開(kāi)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(xù)保持了穩(wěn)中有降的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

其中，中心城區(qū)仍是上海地面沉降的集中發(fā)育地區(qū)，雖近年來(lái)其沉降速率有所減緩，但影響范圍仍較大，累計(jì)地面沉降量大于 50 mm 的范圍達(dá) 160km2以上。但隨著城市化進(jìn)程加速，近遠(yuǎn)郊地區(qū)特別是新興城鎮(zhèn)，其地面沉降有明顯增長(zhǎng)。

地面沉降造成建筑物變形破壞、地下管線設(shè)施損壞、深井失效、內(nèi)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(qū)蘇州河防汛墻已幾次加高，但河水水面仍高出堤內(nèi)地面。地面沉降嚴(yán)重危害城市建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)和市民生活，整治沉降已花掉數(shù)億元投資。1921-2015年間，上海地面沉降造成的經(jīng)濟(jì)損失初步估算已超過(guò) 3000億元人民幣。

3.上海市地面沉降成因分析

3.1 地質(zhì)環(huán)境條件

受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，整個(gè)長(zhǎng)三角地區(qū)形成了沉積凹陷及隆起，構(gòu)成了前第四紀(jì)基本地貌構(gòu)架。上海地區(qū)形成了二個(gè)凹陷和三個(gè)隆起，在凹陷帶內(nèi)第四系疏松堆積較厚，多大于300m，在隆起區(qū)堆積較薄。自第四紀(jì)以來(lái)，長(zhǎng)三角地區(qū)海陸環(huán)境頻繁交替，沉積物成因類型較為復(fù)雜，砂層和粘性土層交替出現(xiàn)，而且具有較明顯的韻律變化規(guī)律，構(gòu)成了地面沉降的物質(zhì)基礎(chǔ)[4]。

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

3.2 地下水不合理開(kāi)采

上海地區(qū)第四紀(jì)地層中發(fā)育有五個(gè)承壓含水層，含水層富水性較好，水量較豐富。在上海發(fā)展歷史上，為滿足工業(yè)生產(chǎn)和居民生活飲用等用途，長(zhǎng)期開(kāi)采深層地下水，地下水開(kāi)采強(qiáng)度、開(kāi)采量、開(kāi)采層次和開(kāi)采空間布局處于無(wú)序狀態(tài)，在上世紀(jì)60年代地下水年開(kāi)采量達(dá)到頂峰的近2億m3，引發(fā)了嚴(yán)重的地面沉降問(wèn)題，該期間也正是地面沉降量達(dá)到頂峰時(shí)期。

地面沉降和地下水位長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)表明，地下水的不合理開(kāi)采打破了地下水流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的平衡，對(duì)地面沉降量的相對(duì)大小與分布特征產(chǎn)生了影響，是引發(fā)地面沉降的主要外因。

3.3 工程建設(shè)活動(dòng)

軌道交通等線性工程建設(shè)對(duì)區(qū)域地面沉降空間格局影響較大。通過(guò)在運(yùn)營(yíng)軌道交通沿線地面沉降長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和在建軌道交通施工監(jiān)測(cè)表明，地面沉降中心多分布在軌道交通沿線或鄰近區(qū)域。局部區(qū)段差異沉降非常顯著，最大累計(jì)沉

降量達(dá)到了300mm。在運(yùn)營(yíng)軌道交通沿線地面沉降一方面受地鐵自身振動(dòng)荷載長(zhǎng)期影響引發(fā)土體沉降，另一方面也受地鐵沿線商業(yè)開(kāi)發(fā)時(shí)開(kāi)挖建設(shè)或地面堆載等引發(fā)。

深基坑等地下空間開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)局部區(qū)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(huán)境復(fù)雜程度高，環(huán)境保護(hù)等級(jí)極高。而且基坑多以基坑群出現(xiàn)，對(duì)基坑開(kāi)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(fā)了基坑周圍較大范圍的地下水位降落漏斗，地下水流場(chǎng)的變化引發(fā)了土體應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜變化，從而引發(fā)地面沉降問(wèn)題。

此外，大規(guī)模城市建設(shè)，特別是高層地面建筑荷載作用下也是導(dǎo)致地面沉降的原因之一。當(dāng)區(qū)域建筑密度大于 30%時(shí)，建筑密度與區(qū)域地面沉降發(fā)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(fā)育不甚明顯。

4.結(jié)論

隨著上海地面沉降防治管理的不斷強(qiáng)化，地面沉降速率得到了有效控制，中心城區(qū)仍是上海地面沉降的集中發(fā)育地區(qū)。其中，地質(zhì)環(huán)境條件是地面沉降發(fā)育的背景條件和內(nèi)因，地下水不合理開(kāi)采是地面沉降發(fā)展的動(dòng)力條件和主要外因，工程建設(shè)活動(dòng)是地面沉降加劇和不均勻發(fā)展的重要外因。

參考文獻(xiàn)：

[1]張阿根，魏子新.中國(guó)地面沉降[M].上海： 上海科學(xué)技術(shù)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(tǒng)調(diào)控對(duì)策研究[D].華東師范大學(xué)，2008.

[3]龔士良.上海地下水流場(chǎng)變化及對(duì)地面沉降發(fā)展的影響[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2009，03：1-6.

[4]沈水龍，許燁霜. 上海地區(qū)地面沉降新特征的發(fā)生機(jī)制分析[J].上海國(guó)土資源，2014，04：12-16.