上海位于长江入海口,具有厚度为150-350m的第四纪沉积物,包含五个主要承压含水层和11个100m以浅的工程地质层。长期的地下水采灌和工程建设活动诱发的地面沉降是上海市主要地质灾害之一,引起了城市轨道交通、高架道路、跨江大桥等重大基础工程设施不均匀变形,严重威胁到城市生命线安全。本文基于作者长期工作中参与现场监测获得的数据,结合原位试验和数值模拟等手段,探讨了上海地面沉降的时空新特征及其影响因素,并以上海市轨道交通、高架道路和跨江大桥等研究对象,深入分析了区域地面沉降对重大基础工程设施运营安全的影响,主要内容如下:(1)获得了上海市地面沉降时空分布新特征:地面沉降整体减缓但不均匀沉降显著、深部土体膨胀而浅层不均匀压缩。1999年前后,承压含水层水位经历了从下降到上升的过程,除第四含水层外,其他承压含水层的变形与水位的升降一致,第四承压含水层1999年后持续压缩,2009年后开始膨胀,地面沉降整体减缓。随着深层土体从压缩转为膨胀,上海市全市地面沉降控制在6mm范围以内。受岩土工程活动的影响,浅部土层持续压缩,中心城区不均匀沉降比较严重。基坑工程诱发的不均匀沉降中,开挖卸荷影响1~3倍开挖深度范围内的土层,减压降水最大影响范围超过10倍开挖深度。(2)在综合分析轨道交通结构纵向弯曲变形特征和发展趋势的基础上,提出采用曲率半径和相对变曲双指标评估其安全运营状态。由于地面沉降的累积效应,导致不同时期修建的轨道交通出现全线沉降、局部隆起、部分隆起和全线隆起现象,累积沉降或隆起量与建成时间紧密相关。随着深部土体膨胀、地面沉降整体减缓特征出现,沉降累积量逐渐减小,轨道交通整体上浮,但上浮量较小。由于浅层持续不均匀压缩,轨道交通结构局部纵向完全变形明显。采用曲率半径或相对变曲中任一单一指标来评估可能会误判其严重程度,因此建议采用两个指标综合分析。(3)获得了不同地质分区和不同基础形式下城市道路随地层变形的规律。受区域地面沉降的影响,上海中环线在地面沉降期间全线下沉,部分高架道路在深部土体膨胀特征出现后隆起。中环线的变形与其基础形式和所处的地质环境密切相关。地面道路的沉降与邻近地面沉降接近。高架道路的变形发展趋势与高架桩端以下土体的压缩和膨胀趋势一致。由于桩端的刺入,高架的沉降量略大于桩端以下土体的压缩量。高架的隆起主要受深部地层变形的影响,地面道路的沉降受深部地层变形和工程建设活动的综合影响。(4)在获得跨江大桥长期沉降特性的基础上,阐明了区域地下水采灌引起跨江大桥长期差异沉降的原因。深部地层压缩期间,大桥桥墩沉降呈线性增加,浦西桥墩沉降明显大于浦东桥墩,最大差异沉降达到225mm。地面沉降新特征出现后,大桥桥墩的沉降相对较小,但仍呈现出浦西桥墩沉降大于浦东桥墩沉降的特点。深部地下水的区域性差异采灌诱发的深部地层不均匀变形是导致大桥桥墩出现不均匀沉降的主要原因。