中心城區(qū)既有地下空間二次拓建改造方案對(duì)比分析

方 濤，官林星

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

進(jìn)行中心城區(qū)既有建筑群地下空間的拓建改造，實(shí)現(xiàn)既有地下空間的網(wǎng)絡(luò)化互通、小空間地下設(shè)施的空間拓建擴(kuò)容、單功能地下設(shè)施的擴(kuò)展增能等改造，形成網(wǎng)絡(luò)化星盤棋布的多功能城市地下綜合體，改善中心城區(qū)地下空間的綜合環(huán)境，提升中心城區(qū)地下空間的整體品質(zhì)，拓建城市中心區(qū)域的服務(wù)功能，是中心城區(qū)可持續(xù)化改造的重要方向。

既有地下空間的拓建改造，主要體現(xiàn)在地下隧道的原位擴(kuò)建以及地下建筑的水平拓建等方面。B é langer[1]介紹了加拿大多倫多市中心城區(qū)城市化和基礎(chǔ)設(shè)施的地下步行網(wǎng)絡(luò)。Maeda等[2]研究了一種緊湊型盾構(gòu)施工法，用于城市地下空間的改造和重建。北京地鐵4號(hào)線西單站的建設(shè)中，下穿長(zhǎng)安街，并在上方跨過地鐵1號(hào)線，針對(duì)工程難點(diǎn)采取了一系列的技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了與既有地鐵1號(hào)線連接換乘[3]。楊德春等[4]介紹了蘇州地鐵1號(hào)線已建成金雞湖西站車站地下結(jié)構(gòu)的改造技術(shù)，改造后使得地下車站與CBD周邊現(xiàn)有商業(yè)及規(guī)劃建筑實(shí)現(xiàn)對(duì)接，并采用有限元數(shù)值模擬方法分析了既有結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)與施工存在的風(fēng)險(xiǎn)。湯熙海[5]開展了既有商業(yè)建筑拓建地下空間施工過程的數(shù)值模擬研究。

隨著我國(guó)地下空間的廣泛開發(fā)建設(shè)，對(duì)既有地下空間的非開挖水平拓展越來越成為研究熱點(diǎn)。依托上海市靜安區(qū)某一老城區(qū)地下空間開發(fā)項(xiàng)目，針對(duì)學(xué)者們提出的多種施工方案，綜合考慮多方面因素，選定可行性最高的施工方案。

1 背景簡(jiǎn)介

“十三五”期間，上海市提出以地下軌道站點(diǎn)為核心，以各地下公共服務(wù)設(shè)施為節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建立體化、網(wǎng)絡(luò)化的地下綜合系統(tǒng)，綜合解決地下空間的步行系統(tǒng)、車行系統(tǒng)、軌道交通系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)和市政設(shè)施系統(tǒng)的整合與銜接。

本文的研究項(xiàng)目位于上海市靜安區(qū)南側(cè)，規(guī)劃范圍四周為茂名北路、威海路、石門二路以及南京西路，如圖1所示。

圖1 擬開發(fā)地下空間區(qū)域平面示意圖

該工程水平拓展區(qū)域的地表建筑群為石庫門建筑，始建于20世紀(jì)，且多為磚木混合結(jié)構(gòu)。在整體布局上，獨(dú)立建筑之間的間距較小，大部分支弄只有3 m寬。因此開發(fā)該區(qū)域的地下空間時(shí)，需要特別注意地表沉降。

在工程可行性階段，學(xué)者們集思廣益，提出了多種施工方案進(jìn)行比選。本文通過對(duì)比分析幾種方案，綜合考慮多方面因素，最終確定采用水平頂管+內(nèi)部結(jié)構(gòu)托換的設(shè)計(jì)方法修建。

2 規(guī)劃方案確定

開發(fā)地段地表為石庫門老建筑群，多用作住宅。為了緩解這一地區(qū)的停車?yán)щy問題，設(shè)定擬開發(fā)的地下區(qū)域?yàn)橥＼噹煜到y(tǒng)。

2.1 設(shè)計(jì)理念

在規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，積極響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展理念，提出在該地區(qū)建立集“綠色”和“智慧”一體的現(xiàn)代化地下立體停車庫系統(tǒng)。“綠色”體現(xiàn)在整體設(shè)計(jì)布局緊湊，高度集約化利用地下空間，避免現(xiàn)狀地上區(qū)域的侵占，通過地面景觀的布置，可與周邊連成一體。“智慧”主要體現(xiàn)在停車庫系統(tǒng)的全自動(dòng)化、智能化、存取高效化。

2.2 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理念，在該塊區(qū)域的地下空間整體布局上，需求“功能與環(huán)境”并重。主要體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：一是在滿足停車功能需求下，減小對(duì)周邊鄰近既有建筑設(shè)施的影響，盡可能減少對(duì)基地綠化的破壞；二是系統(tǒng)的地面景觀規(guī)劃，提升區(qū)域環(huán)境品質(zhì)。

從交通組織上來說，需要在該區(qū)域保障安全，實(shí)現(xiàn)“人車分離”，并盡可能減少對(duì)周邊動(dòng)態(tài)交通的影響。

從停車庫設(shè)備系統(tǒng)角度，建設(shè)者與使用者希望其運(yùn)行安全、高效，可靠性高，后期易于維護(hù)，使用成本低。綜合考慮到停車存取車效率、安全性、可靠性等方面因素，并結(jié)合擬建地塊用地情況，平面移動(dòng)類智能式立體停車系統(tǒng)比較適合該項(xiàng)目。

3 施工方案比選

既有地下空間拓建開發(fā)改造，尤其是歷史建筑群落區(qū)域的既有建筑地下空間的二次開發(fā)，保證既有地下設(shè)施和周邊環(huán)境土工的穩(wěn)定性控制至關(guān)重要。由于作業(yè)空間受到極大制約，只有立足于既有結(jié)構(gòu)/軌道交通網(wǎng)絡(luò)的安全控制，提出新型的施工工法，以滿足苛刻的環(huán)境安全控制要求。匯總整理相關(guān)項(xiàng)目資料，常用的施工方法有四種，下面對(duì)每種工法的優(yōu)劣進(jìn)行橫向比較。

3.1 換托法

換托法又稱為地下?lián)Q托或基礎(chǔ)換托，廣義上是指當(dāng)緊挨著或者是在現(xiàn)有基礎(chǔ)建筑物的正下方開挖土方時(shí)，為了消除對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)建筑物功能與結(jié)構(gòu)等可能帶來的影響，對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)建筑物進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)建筑物的持力層地基進(jìn)行改良、新基礎(chǔ)設(shè)置及新舊基礎(chǔ)替換等工程。

換托法首先需要拆除保留建筑內(nèi)部隔墻，并對(duì)建筑物進(jìn)行加固，保證建筑物的自立性。隨后在建筑物墻、柱下施工托換梁，進(jìn)行墻體托換。最后在地表面向下做基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和工程樁，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)多采用地下連續(xù)墻或圍護(hù)樁。

上海愛馬仕項(xiàng)目以及外灘源33號(hào)項(xiàng)目對(duì)地下室的開發(fā)利用都采用的是換托法，不僅修繕了地表的歷史保護(hù)性建筑，還開發(fā)了地下空間，一舉兩得。

換托法可以最大限度地保證既有建筑的原狀，而且由于蓋挖逆作法的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形小，對(duì)周邊環(huán)境影響較小。

3.2 原位復(fù)建法

隨著三維激光掃描技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，能夠?qū)⒔ㄖ锛?xì)部進(jìn)行精確定位，破除原位修復(fù)最大的限制。

原位復(fù)建方案是指在對(duì)原建筑拆除前，使用測(cè)量設(shè)備對(duì)每棟建筑物進(jìn)行精確測(cè)量，記錄各控制點(diǎn)的方位坐標(biāo)，將建筑物真實(shí)地在圖紙或模型中表現(xiàn)出來，最大限度地還原歷史原狀，確保對(duì)歷史原物修繕的真實(shí)性。另外，所采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)可被永久保存，為將來再次修繕留下準(zhǔn)確詳實(shí)的數(shù)據(jù)，實(shí)際上還大大縮短了設(shè)計(jì)周期。

上海錢倉路吳氏民居為上海市第三批優(yōu)秀歷史建筑。為了在城市建設(shè)的同時(shí)更好地對(duì)優(yōu)秀歷史建筑進(jìn)行保護(hù)，對(duì)該優(yōu)秀歷史建筑將采取原位復(fù)建的方式進(jìn)行保護(hù)。

原位復(fù)建法采用原建筑拆除后復(fù)建，地下空間基坑開挖可采用明挖施工，可以更有彈性地規(guī)劃地下空間設(shè)置。而且明挖工法造價(jià)低、技術(shù)成熟、工期短、質(zhì)量易保證。

3.3 平移法

近年來隨著大型施工機(jī)械設(shè)備的開發(fā)及自動(dòng)化，使得建筑的整體搬遷成為可能，因此建設(shè)者們開發(fā)出了一種新的技術(shù)——建筑平移技術(shù)。簡(jiǎn)單來說，建筑平移技術(shù)主要包括如下幾個(gè)步驟：施工“上滑梁”，將所有的結(jié)構(gòu)柱子夾住；安裝臨時(shí)頂升千斤頂，頂住“上滑梁”；進(jìn)行柱子切割；施工“下滑梁”；采用臨時(shí)支撐替換千斤頂；將千斤頂安裝到“下滑梁”上面，千斤頂?shù)牡撞肯蛏希潭ㄔ凇吧匣骸鄙厦妫徊捎盟角Ы镯攺暮竺骓斖啤吧匣骸保弧跋禄骸鄙厦姘惭b鋼板，鋼板與千斤頂“舌頭”間涂潤(rùn)滑劑，其摩擦系數(shù)小于0.1。

建于1930年的上海音樂廳在2002年時(shí)配合舊城區(qū)改造及延中綠地建設(shè)，建筑整體向東南面平移約66 m，并乘此之機(jī)對(duì)建筑進(jìn)行保護(hù)性修繕，并開發(fā)利用其地下空間，使得新址上的上海音樂廳功能更加齊全。

平移法有效保護(hù)了歷史建筑，又和新建地下空間成為和諧的一體，非常有利于地下空間的規(guī)劃和布置。

3.4 頂管結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法

2017年，中國(guó)中鐵裝備集團(tuán)在河南鄭州市利用組合式盾構(gòu)機(jī)修建地下停車場(chǎng)。但是盾構(gòu)隧道的拼裝復(fù)雜，對(duì)工作井的空間要求高，且矩形盾構(gòu)在施工上存在難度。因此筆者提出利用鋼方頂管代替矩形盾構(gòu)，利用頂管間鎖口，頂入多排列鋼頂管，實(shí)現(xiàn)任意空間的組合。

本節(jié)提到的頂管結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法還處于理論研究階段，暫時(shí)沒有工程實(shí)例作為參考。

頂管結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法無須搬遷，只需事前加固，能夠最大限度地保護(hù)歷史建筑。而且采用頂管暗挖技術(shù)，對(duì)周邊環(huán)境影響小。

3.5 橫向?qū)Ρ?/h3>

換托法對(duì)施工區(qū)域有一定要求，而且地下空間布局受地面建筑約束較大，工序復(fù)雜，施工周期長(zhǎng)，造價(jià)較高。

原位復(fù)建法在工序上繁復(fù)，對(duì)于拆除的建筑需要專門的放置地點(diǎn)，在運(yùn)輸過程中，難免對(duì)部件造成損傷。另外，在后期復(fù)建過程中，很難保證與原建筑物保持一致。

平移法在實(shí)際施工中需要多次對(duì)地標(biāo)建筑群進(jìn)行升降平移，對(duì)工程造價(jià)機(jī)械施工精確性要求非常高。另外，平移法對(duì)周邊環(huán)境有嚴(yán)苛的要求，需要有足夠大的空間平移建筑物。中心城區(qū)很難有條件實(shí)施平移法。

根據(jù)頂管結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法的思想，可能總體上施工工序復(fù)雜，施工周期長(zhǎng)，造價(jià)較高。由于沒有實(shí)際工程案例，該方法的可行性仍然有待研究。

4 結(jié) 語

擬開發(fā)的地下空間作為地下停車庫，位于石庫門老建筑群下方。項(xiàng)目位于上海市靜安區(qū)南側(cè)，獨(dú)立建筑之間的間距較小，大部分支弄只有3 m寬。地表密集的建筑群雖然建于20世紀(jì)，但仍然作為民宅使用，因此換托、平移以及原位復(fù)建方案都不理想。建設(shè)者偏向于采用頂管結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法，但該方法仍然處于理論研究階段，到真正落地實(shí)施還需要經(jīng)過多種手段驗(yàn)證其可行性與安全性。