地下空間開發對既有歷史建筑的影響及保護

■ 段 焜 王潘繡 毛昆明

一、地下空間開發對既有歷史建筑的影響

（一）地下空間開發對既有歷史建筑有利影響

地下空間開發利于歷史建筑的持續發展，延續物質文化，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提供了有效的支撐。地下空間開發利于街區空間環境提升，延續歷史建筑的本質是為人類生存生活服務的，歷史建筑在經歷了漫長的歲月洗禮之后，或多或少的會出現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，使非物質文化能夠延續。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、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）地下空間開發對既有歷史建筑的不利影響

規劃方面。歷史建筑由于其獨特的歷史文化內涵，吸引了大量的人口。為緩解交通壓力，地下空間開發規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構產生威脅。同時，地下空間開發中地下水的升降問題，如果處理不當，會出現地表沉降、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境擾動和由此引起的基礎不均勻沉降。地下空間開發如果施工不當，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，施工中地下發生透水，導致大樓出現樓體裂縫，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不均勻沉降，產生了不同程度的裂縫，嚴重危害了歷史建筑的結構。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生的大面積倒塌。由于地鐵振動造成而產生裂縫，在地鐵列車產生的長期微幅振動的影響下，裂縫逐漸擴大，現己有一些古教堂倒塌。

二、地下空間開發對既有歷史建筑的規避和保護

（一）規劃設計的優化

優化規劃設計可以從源頭上減少地下空間開發對既有建筑的影響。地下空間開發規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對既有歷史建筑的影響。此舉既進行了地下空間開發，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、洞體質量比較穩定、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，通過對盾構姿態的調整，減少蛇行對明城墻和鐘樓產生的不利影響，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?；邮┕な堑叵驴臻g施工主要施工方式之一。根據研究，選擇合理的圍護結構形式和優化設計對減少深基坑施工對古城墻影響至關重要。采用內撐式圍護結構形式，坑周土體位移最小。從減小基坑工程施工擾動影響出發，首選內撐式圍護結構形式。根據選用的圍護結構形式，確定計算簡圖。其中作用在圍護結構上的土壓力采用位移和時間效應的土壓力計算公式，然后根據允許位移值確定土壓力，進行圍護結構設計；根據圍護結構設計，計算圍護結構位移，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，則應重新進行結構設計，或重新計算，采取必要措施(如土質改良等)，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《歷史建筑防工業振動技術規范》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。