地下空間開發(fā)對既有歷史建筑的影響及保護

■ 段 焜 王潘繡 毛昆明

一、地下空間開發(fā)對既有歷史建筑的影響

（一）地下空間開發(fā)對既有歷史建筑有利影響

地下空間開發(fā)利于歷史建筑的持續(xù)發(fā)展，延續(xù)物質(zhì)文化，解放城市中心地帶的用地壓力，同時也給城市歷史建筑提供了新的維度，對原有地上建筑形成補充，無疑這些都給歷史文化的傳承和延續(xù)提供了有效的支撐。地下空間開發(fā)利于街區(qū)空間環(huán)境提升，延續(xù)歷史建筑的本質(zhì)是為人類生存生活服務的，歷史建筑在經(jīng)歷了漫長的歲月洗禮之后，或多或少的會出現(xiàn)與新的生活方式不匹配的情況，會直接導致空間適應能力下降，合理地利用地下空間，可以有效解決這一矛盾。留住能夠傳承、講述歷史的原住居民，使非物質(zhì)文化能夠延續(xù)。如王府井地下空間的利用面積達到60萬平方米，其中包括市政設施空間、地下軌道交通空間、公共建筑空間等等，大部分建筑都有地下空間，主要功能有：商業(yè)、地下停車、倉儲、餐飲娛樂等等幾大類，合理地提升了空間適應能力。

（二）地下空間開發(fā)對既有歷史建筑的不利影響

規(guī)劃方面。歷史建筑由于其獨特的歷史文化內(nèi)涵，吸引了大量的人口。為緩解交通壓力，地下空間開發(fā)規(guī)劃中不可避免地涉及歷史建筑。在地鐵設施盡量避免從歷史建筑下方穿過的原則下，仍有不少地鐵避無可避地從歷史建筑正下方穿過。如北京市的天壇區(qū)域下方就有地鐵五號線穿過。但如果技術不過關，對歷史建筑而言，則是巨大的災難。

施工方面。目前地下空間開發(fā)方法多為盾構法、沉埋法、明挖法、新奧法以及蓋挖法。以地鐵施工為例，大多采用盾構法施工，與淺埋暗挖法相比，盾構法能夠最大限度地減小地表變形，但有限的變形也可能對結(jié)構產(chǎn)生威脅。同時，地下空間開發(fā)中地下水的升降問題，如果處理不當，會出現(xiàn)地表沉降、建筑坍塌等問題。如地鐵項目施工期對歷史建筑的影響，主要來自于隧道及地下車站施工引起的地層水環(huán)境擾動和由此引起的基礎不均勻沉降。地下空間開發(fā)如果施工不當，都會對地上既有歷史建筑造成一定消極影響。如2009年天津的不可移動文物DD飯店大樓距地鐵線最近處6.2米，施工中地下發(fā)生透水，導致大樓出現(xiàn)樓體裂縫，最后大樓因嚴重損壞被拆除。2012年，武漢地鐵2號線施工期間，導致江漢路沿線的民國日報社舊址、聚興誠銀行、國貨商場等歷史建筑出現(xiàn)不均勻沉降，產(chǎn)生了不同程度的裂縫，嚴重危害了歷史建筑的結(jié)構。更有甚者，在地鐵建設中，各種坍塌事故也屢見不鮮，如上海地鐵四號線事故、新加坡LTA地鐵事故、廣州珠海廣場坍塌事故等。

運營方面。地下空間在運營方面對既有歷史建筑具有一定影響。根據(jù)有關專家論證，地鐵運營期因地鐵振動引起的鐘樓、城墻(地面)的垂直振動最大允許速度建議控制在0.15～0.20mm/s。列車不斷飛馳所產(chǎn)生的震動如果超過這一范圍，將對歷史建筑造成巨大影響。如20世紀初西安明城墻在交通震動下發(fā)生的大面積倒塌。由于地鐵振動造成而產(chǎn)生裂縫，在地鐵列車產(chǎn)生的長期微幅振動的影響下，裂縫逐漸擴大，現(xiàn)己有一些古教堂倒塌。

二、地下空間開發(fā)對既有歷史建筑的規(guī)避和保護

（一）規(guī)劃設計的優(yōu)化

優(yōu)化規(guī)劃設計可以從源頭上減少地下空間開發(fā)對既有建筑的影響。地下空間開發(fā)規(guī)劃應盡量避開既有歷史建筑，從既有建筑道路下方穿過，從而大幅降低地下開發(fā)對既有歷史建筑的影響。此舉既進行了地下空間開發(fā)，又保護了歷史建筑。同時，適當增加線間距，有利于左右線施工相互影響，有利于減小地表沉降。

（二）施工方法的調(diào)整

盾構施工的保護措施。盾構法施工具有施工速度快、洞體質(zhì)量比較穩(wěn)定、對周圍建筑物影響較小等特點。以西安地鐵二號線施工為例，通過對盾構姿態(tài)的調(diào)整，減少蛇行對明城墻和鐘樓產(chǎn)生的不利影響，控制盾構出碴量及土倉壓力，及時進行盾尾同步注漿、襯砌回填壓漿及地面跟蹤注漿，以確保施工期間既有建筑的安全。

沉樁施工的保護措施。在地下空間施工中，或多或少會使用沉樁施工。為了盡量減少沉樁施工對周圍古城墻等建筑的影響，汲取各類教訓，總結(jié)得出以下幾點保護措施：一是采用預鉆孔取土打樁。二是設置排水砂井或塑料排水板。三是合理安排打樁方向。四是控制打樁速率。五是挖溝保護。六是預先加固古城墻周邊地基基礎。

基坑施工的保護措施。基坑施工是地下空間施工主要施工方式之一。根據(jù)研究，選擇合理的圍護結(jié)構形式和優(yōu)化設計對減少深基坑施工對古城墻影響至關重要。采用內(nèi)撐式圍護結(jié)構形式，坑周土體位移最小。從減小基坑工程施工擾動影響出發(fā)，首選內(nèi)撐式圍護結(jié)構形式。根據(jù)選用的圍護結(jié)構形式，確定計算簡圖。其中作用在圍護結(jié)構上的土壓力采用位移和時間效應的土壓力計算公式，然后根據(jù)允許位移值確定土壓力，進行圍護結(jié)構設計；根據(jù)圍護結(jié)構設計，計算圍護結(jié)構位移，評估對周邊古城墻的影響。若滿足要求， 且土壓力在合理取值范圍，則完成設計；若不能滿足要求，則應重新進行結(jié)構設計，或重新計算，采取必要措施(如土質(zhì)改良等)，直至滿足要求。為了減小基坑工程施工擾動對周圍古城墻等建筑物影響，可在基坑工程土方開挖前，對已有建筑物地基基礎進行加固。該類方法也可稱為主動保護法。常用的方法有：注漿法、錨桿靜壓樁法、樹根樁法、高壓噴射注漿法。

（三）減震設施的優(yōu)選

鋼彈簧浮置板減振道床振動測試

通過比較分析，采用新型減振彈性扣件或德國技術生產(chǎn)的減振器扣件，減振效果可達5～10dB；采用橡膠彈簧式浮置板道床減振效果可達18dB左右； 采用鋼彈簧式浮置板道床減振效果可達20～25dB。以西安地鐵為例，根據(jù)《歷史建筑防工業(yè)振動技術規(guī)范》及有關專家的討論與論證，西安地鐵運營期因地鐵振動引起的鐘樓、城墻(地面)的垂直振動最大允許速度建議控制在0.15～0.20mm/s。為達到這一標準，西安地鐵在下穿城墻段落采取了無縫軌道線路，道床采用減振效果突出的鋼彈簧浮置板減振道床。鋼彈簧浮置板道床特殊的減振構造，在列車振動傳遞中由鋼彈簧隔振器進行調(diào)諧、濾波、吸收能量，達到隔振目的。因浮置板自身的振動較為劇烈， 但向下傳到隧道壁上的振動量大大減。