大量建筑和地铁施工造成的“不均匀沉降”困扰上海

复旦大学

　上海：一个城市在沉降中的自救

　　过度抽取地下水，曾经是造成上海地面沉降的主要原因，然而在采取有效的“控沉”措施后，如今影响上海地面沉降的另一个原因，是不断拔地而起的高层建筑。大量建筑和地铁施工造成的“不均匀沉降”仍然困扰着上海

　　中国新闻周刊记者/马多思(发自上海)

　　蒋明镜先后在日本、英国和加拿大从事了8年的研究工作之后，2006年决定回中国发展。站在上海黄浦江边远望对岸，陆家嘴耸立的摩天楼群令他感到兴奋，同时，这位研究岩土力学的专家也相信，发挥自己专业特长的机会应该就在这里。蒋明镜知道，他脚下的这块土地是由近千年来长江带来的泥沙所形成的软土层结构，数千幢快速建起的高楼在推动上海发展的同时，也会产生一系列的问题——加剧地面沉降便是其中之一。

　　过度抽取地下水，曾经是造成上海地面沉降的主要原因，然而在采取有效的“控沉”措施以后，如今影响上海地面沉降的另一个原因，是不断拔地而起的高层建筑。自上世纪90年代以来，高楼林立的陆家嘴地区的地面沉降就达每年12毫米到15毫米。

　　“楼升”造成的“地降”

　　虽然早在1934年上海就拥有了总高82米的“远东第一高楼”国际饭店，但高层建筑数量的迅速膨胀还是近10年的事。数字显示，上海建于上世纪五六十年代的高层建筑有40幢；建于80年代的有650幢；而90年代十年间就兴建了2000多幢，其中百米以上的超高层建筑有100多幢。自1993年以来，上海平均每天“站”起一座高楼，目前高层建筑已有七八千座。

　　上海的软土层地表具有“含水量大、孔隙大及压缩性大”三大特征，就像一块海绵，在一挤一泡水的同时，会出现严重的变形。以往人们认为除了地下水开采，高容量的高层建筑在上海地面沉降中的影响能达到三成，但是上海地质学会秘书长刘守祺说，“根据目前的研究成果，发现高层建筑的影响能达到四成，对地质环境的影响非常明显”。

　　为了应对地面沉降问题，上海2003年出台了针对容积率的“双增双减”政策，即增加公共绿地和公共活动空间，减少建筑容量和高层建筑，同时也规定了住宅2.5、商用4.0的容积率上限。实施一年后，上海市中心总建筑量已减少约400多万平方米，上海376个容积率过高的历史遗留项目，平均降低容积率17%。和地下水超采造成的沉降一样，密集建设高层建筑引发的沉降，在精明的上海人面前，似乎也得到了控制。上海整体沉降的平均数值继续下降，直到2010年的不到6毫米。

　　上海地面沉降的速度降下来了，但大量建筑和地铁施工造成的“不均匀沉降”仍然困扰着上海。2003年，为了了解地面沉降与地面建筑的相互影响关系，上海市地质调查研究院与上海市城市规划院合作进行了专项调查。调查发现，单个高层建筑发生的一般是均匀沉降，这种沉降不大会对该建筑物本身产生太大的影响。但在众多位置、规格不一的高层建筑的合力作用下，整个上海市的地表会形成区域性的甚至整体的不均匀沉降。

　　目前为同济大学地下建筑与工程系教授的蒋明镜称，地面不均匀沉降和沉降速度过快一样，都将引发多种城市灾害，例如，地面不均匀沉降导致防汛墙的防汛标准持续降低，迫使不断投入资金加高防汛墙；建筑沉降威胁着煤气、供水等市政管线的安全；隧道不均匀沉降又导致机动车加速磨损，增加运营风险和维修费用等。

　　蒋明镜说，建筑物建好后，一开始会有一定的沉降，但随着地基下的土壤逐步发生固结，沉降也就稳定下来甚至停止。但是当周边再有建筑施工时，就会使本来稳定的老建筑再次发生沉降。而且一个地区虽然总体上都是软土，可是每隔几米土质都不一样，有的硬一些，有的软一些，这就需要在施工前进行风险检测和评估，并提出施工修改建议，例如需不需要对地基周围进行加固和支撑，以有效防范沉降。

　　可是，蒋明镜回国后发现，在摩天大楼林立的上海，没有一家本地公司请他进行相关的评估。一些建筑公司请的专家并不是专门从事这方面研究的，“国内在岩土工程方面的技术水平很落后。”他说，在日本，每个企业在建筑施工时都很重视预先的沉降评估，因为那里的土地都是私有化的，如果施工给其他建筑造成损害，那是要赔偿一大笔钱的。

　　蒋明镜的专业知识似乎在工程评估方面派不上用场，却能在自己买房时进行“专业评估”。他在上海买的是旧小区基础上开发的住宅，因为那样的建筑，地基下土壤已经基本固结。他不买在农田上建起来的和靠近江河堤坝的住宅，因为那些地方的土壤比较松软。也不买附近可能修地铁和高层建筑的住宅，因为老建筑都会被新建筑所影响，容易产生继续沉降。

　　上海市徐汇区凯华公寓的住户们就没有蒋明镜这么多土壤和建筑知识了，他们在买下住房时并没有在意附近是否要修地铁。这座1998年竣工的6栋连在一起的楼房，在2003被发现房屋墙壁出现裂缝。56户居民集体投诉说，裂缝最宽处可以伸进一排手指，而且楼体看起来也“歪了”，这些投诉者怀疑这些现象与住宅楼地下20米深处正在进行的地铁明珠2线隧道施工有关。

　　不均匀沉降造成的地质灾害已经引起了地质学专家越来越多的关注。上海市地质学会秘书长刘守祺在接受《中国新闻周刊》记者采访时一开始就说，“我已经不研究地下水造成的沉降了，我现在研究的是，施工过程中不均匀沉降造成的地质灾害。”

　　漫长的“控沉”历程

　　可是，刘守祺毕竟研究地下水问题几十年，最近他一直关注着泰国曼谷洪水的新闻。在他看来，曼谷洪水泛滥的原因 “除了气候，就是地面沉降闹的，海水回灌进曼谷了。”刘守祺30年前就受到过泰国有关方面的邀请，研究曼谷的地面沉降问题。多年来，曼谷以每年1.5厘米至5.3厘米的速度下沉，直到现在城区已经有一大部分处于海平面之下。刘守祺的观点和世界银行专家简。博乔基本一致：曼谷下沉的原因之一，就是毫无节制地抽取地下水。

　　然而，对于同样被认为沉降严重的上海，刘守祺并不怎么担心，他对《中国新闻周刊》说，上海发生曼谷那样的灾难“可能性很小”。

　　2009年，有媒体报道称，美国科罗拉多大学一份最新研究报告表明，全球33个人口密集的大型三角洲地区中，有三分之二正面临“地陷海升”的双重威胁，而中国的长江三角洲、珠江三角洲及黄河三角洲，已跻身这一危机榜上最严重的一级。报道对上海的描述是，“城市平均标高才4米，而黄浦江涨一次潮就高达5米多，再继续沉陷2米，上海立刻就会陷入汪洋。”

　　研究上海地质几十年的刘守祺不完全认同上述说法：地陷海升确实已成既有事实，但美国学者将中国的三个三角洲列为“最严重级别”，这个结论还有待商榷。

　　实际上，上海从上世纪二三十年代开始就被发现有严重的沉降现象。最开始提出上海沉降的，是一个叫沃尔逊的外国人，根据1921年至1938年的“重复水准点”测量结果，提出了上海存在地面沉降。从1921年到1965年，上海市区总共沉降了1.69米。而从1966年到2000年，市区平均累计沉降量为218毫米，每年沉降6毫米。

　　地面沉降是上海主要的地质灾害，与它软土的地质特点有很大关系。上海境内除西南部有少数丘陵山脉外，全为低平的平原，是长江三角洲冲积平原的一部分，平均海拔高度为4米左右。整个地区好像是从东向西倾斜的半个碟子，极易受到海平面上升和地层挤压的影响。土的结构是一层砂层、一层粘土层。砂土孔隙大，含水。上海的地下水，主要就在它的5个含水砂层中。

　　刘守祺告诉《中国新闻周刊》，“当集中过量地开采了某一沙层的地下水后，沙层因为孔隙水被抽走而压缩固结，它上面的土层就整体往下压，抽水越多的地方，压得越低，这就形成了上海的地面沉降。”

　　上海最早于1860年开采地下水。一百年后的1963年，上海地下水开采量达到顶峰，年开采总量达2.03亿立方米。开采地下水最多的时期，也是上海沉降最厉害的时期，上海地方志办公室网站记载，1957年至1961年上海各地区平均沉降110毫米，个别地区达到170毫米。

　　同济大学教授、地质学家汪品先在一次演讲中曾说，“如果按1965年的下陷速度而不加控制的话，上海在1999年已经沉没入海了。”   

　　上世纪80年代，刘守祺在上海地质调查研究院时曾经进行过调研，估算出每沉降1毫米可以造成2亿元的经济损失。这里有直接的损失，例如沉降对堤坝、住宅、厂房的损坏、对道路和桥梁的损坏，各种输水输气管线的破坏和冲毁农田等等。也有间接的损失，例如海水倒灌造成农业的损失、交通运输运力下降的损失、工厂和商店被淹后的经济损失。刘守祺说，“现在经济的发达程度远超过80年代，每沉降一毫米的损失可就不止2亿了！”

　　上海地面下沉的速度在1966年终于得到了控制，1966年到2000年，市区平均累计沉降量为218毫米，每年沉降6毫米多一点，“控沉”效果显著。刘守祺甚至记得上世纪80年代个别地区在回灌后还出现了上升的现象。

　　这一变化得益于上海从1965年以来实施的一系列措施，主要是限制地下水开采和人工回灌地下水，要求地下水用户在冬天向地下回灌与其夏季开采等量的自来水，从而恢复土层弹性，控制地面沉降。上海还修建了最先进的防洪堤坝，建立地面下沉及地下水位监测系统，并正在建设地面沉降自动化预警预报系统工程。

　　上世纪90年代，随着经济高速发展，上海地下水开采量又有所回升，1996年地下水开采量已达1.5亿立方米，沉降现象也随之开始加剧。自2003年起，为缓解地面沉降的压力，上海开始继续减少地下水开采量，据上海市政府网站发布的2009年和2010年水资源公告显示，2009年上海市地下水实际开采总量为2553万立方米，比2008年减少632万立方米；地下水人工回灌总量为1755万立方米。2010年，上海地下水开采量已压缩到2000万立方米，是建国以来上海地下水开采量的最低点，仅仅是1963年开采量的十分之一。

　　从上世纪90年代开始，上海市投入3500万元，建立了一张覆盖全市的地面监测网络。目前网络已包括全市各区县的43个基岩标、146个GPS监测点和326个水位观测点，能够随时预报上海各区域地面沉降现状，为工程建筑项目提前拉响沉降“警报”。

　　“长三角”联合“控沉”

　　“光我们控制地下水开采不行，上海的地下水与江苏、浙江都连在一起，需要大家一起控制，长三角城市之间要协调合作。”刘守祺说。

　　2005年，南京地质矿产研究所副所长郭坤一耗时4年，花费2000万元进行了详细调查，发布《长三角地区地下水资源与地质灾害评价》。报告认为，长三角地区地面沉降区内累计沉降已超200毫米，面积近10000平方千米。苏锡常(江苏省的苏州、无锡、常州)地区因不均匀沉降，目前已发生22处地裂缝地质灾害。上海从上世纪初到2003年，因沉降造成的损失是2900亿元；苏锡常地区和浙江嘉兴也损失了500多亿元。

　　郭坤一发出警告：按照当时的沉降速度，到2050年，海平面将会上升40厘米至70厘米，长三角很可能就此桑田变沧海。

　　浙江省国土资源厅地质环境检测院总工程师赵健康对长三角的沉降形势却感到乐观，“如今已经不是这个情况了，沉降好转了很多，个别地区还上升了。”

　　赵健康所在的地质监测院每年都要对浙江全省的沉降情况进行监测，并发布当年的环境公报。他们发现，2009年浙江沿海平原地面沉降继续呈现减缓趋势。

　　赵健康说，长三角的上海、江苏和浙江联动防沉降工作开始于1999年，联动以后浙江省每年都大幅降低地下水开采量，生活用水多使用地面水，例如从太湖的上游引水。地下水开采量由2000年的1.5亿立方米下降到去年的1600万立方米。但是因为浙江是长三角里沉降程度较轻的，所以没有采用回灌。

　　长三角的另一个“角”江苏沉降的程度和速度则远高于浙江，采取的措施则显得更严厉。从20世纪80年代开始，苏锡常一带的乡镇企业风起云涌，但由于环保意识不强，污水废水的排放造成了地表水严重污染，不得已只好转向地下取水，而过量的开采地下水又使得苏锡常的“漏斗”连成一体。无锡、苏州、常州三市及外围乡镇，以地下水水位下降10米计算，漏斗面积已达5000平方公里。

　　20世纪30年代时，苏州只有地下深井两口，到90年代，已增加到304口；地下水开采量从20世纪30年代的日开采500吨飙升至90年代的12万吨，由此带来的便是地下漏斗水位由3米下降到61米多。2000年，苏州市区地面累计沉降普遍达到40厘米到60厘米，严重地段超过160厘米，无锡市区、常州市区最大累计地面沉降量分别超过120厘米、110厘米。

　　2000年8月，江苏省人大颁布了《关于在苏锡常地区限期禁止开采地下水的决定》，在全国率先通过立法实施地下水限期禁采。此后，地面沉降速率有所减缓。苏州沉降速率从每年25毫米以上降到小于10毫米；无锡从每年100毫米降到10毫米~15毫米，常州从过去最高每年120毫米降到每年8毫米。

　　赵健康也很惊讶为什么长三角的联动配合得这么默契。他现在很欣赏的一个说法是，“地下水是没有行政区划的”。