乌鲁木齐地铁1号线施工与运营对历史建筑南大寺的影响及其保护措施

2017-10-11艾斯卡尔模拉克张冠增

城市轨道交通研究 2017年9期

艾斯卡尔·模拉克张冠增

艾斯卡尔·模拉克1张冠增2

（1.新疆大学建筑工程学院，830047，乌鲁木齐；2.同济大学建筑与城市规划学院，200092，上海//第一作者，讲师）

乌鲁木齐市地铁1号线正在开工建设。为确保地铁线路附近市级历史建筑南大寺大殿本体的安全，详细分析了乌鲁木齐地铁1号线在施工期间和运营期对南大寺大殿的影响。根据南大寺大殿的安全鉴定报告，提出了具体针对性的基础加固措施；结合地铁施工的实际情况，提出了南大寺大殿的保护措施。

地铁；历史建筑保护；施工保护措施

AbstractAt present，Urumqi metro Line1 is under construction.To ensure the safety of the main hall of Nanda Temple——a municipal cultural relics，the influences of metro Line 1 on the temple during the construction and the later operation periods are analyzed in detail based on field inspection of the temple hall foundation and the deformation of the hall main structure.According to the authoritative safety assessment report,pertinent foundation reinforcement measures are proposed.Finally，combined with the practical construction of metro Line 1，corresponding suggestions are given for the protection of the main hall of Nanda Temple and the environment preservation during metro construction.

Key wordsmetro； historic building conservation； engineering preservation measures

First-author′s address Institute of Architectural Engineering，Xinjiang University，830047，Urumqi，China

我国历史悠久，历史建筑和古迹数量巨大。这些历史建筑大多由于年代久远，结构已变得脆弱。历史建筑一旦受到附近建筑施工振动的影响，则可能会受到无法弥补的损害。

为保护这些珍贵的文化遗产，在高速铁路选线或是地铁建设中，科技工作者和历史建筑保护专家进行了大量的理论研究和工程实践。在确定高铁苏州站位置时，轨道交通线路与虎丘塔的距离被严格要求不小于700 m。为保护北京鼓楼的安全，北京地铁8号线二期工程没有从鼓楼地下穿过，而是向西移动50 m的距离，鼓楼站也向南移动了100 m；西安地铁2号线在穿越西安钟楼时，其右线距钟楼基座仅15.4 m，左线距钟楼基座15.7 m；实测数据表明，地铁施工前地面公共交通在钟楼及南北城墙处产生的振动都已超过0.4 mm/s；所以，在设计西安地铁2号线时就避开了钟楼正下方地层，并将钟楼站附近的轨道地基设置成弹性地基，以有效吸收地铁运行带来的振动波。

乌鲁木齐市地铁1号线建设也面临沿线的历史建筑保护问题。然而，关于乌鲁木齐轨道交通工程与临近建筑物相互作用机理的研究还不多，而且大多仅通过有限元模拟进行研究，缺乏实践依据。故本文参考其他隧道盾构施工对于临近建筑物的影响研究，阐述了乌鲁木齐地铁1号线一期工程建设对南大寺大殿的影响，着重分析了地铁施工对南大寺大殿带来的负面影响，从而探讨了地铁施工及运营期历史建筑保护的理论依据，积累了相关经验。

1 工程概况

1.1 乌鲁木齐地铁1号线

乌鲁木齐地铁1号线是乌鲁木齐市南北方向的一条骨干线路，主要连接老城区和新市区，全长27.6 km，均为地下敷设，无高架线路。全线共设21座车站，均为地下站。至2017年1月，线路已贯通18.5 km，15个车站已经完工，风、水、电、通信等设备正在安装。全部工点均已进场施工，预计2018年可实现通车运营。

距南大寺最近的二道桥站距新疆大学1 218.6 m，距南门站1 380.2 m。其有效站台起点里程YDK2+493.882，有效站台中心里程YDK2+563.882，有效站台终点里程YDK2+669.408；地下超红线范围埋深10.200 m，覆土厚度为4.80 m，有2号排风井，2号风亭组等。

根据乌鲁木齐地铁1号线建设工程行车组织与运营方案，未来将采用6辆编组的轮轨A型车，4动2拖。车体长22.1 m，宽3.0 m，车高3.8 m。列车采用DC 1 500 V架空接触网供电方式，最高运营速度为80 km/h，起动平均加速度为0.83 m/s2，常用制动减速度为1.0 m/s2。带司机室车辆定员230人，不带司机室车定员250人，6辆编组列车额定载客1 460人/列。

1.2 南大寺与地铁线路的位置关系

南大寺始建于1919年，是乌鲁木齐市级文物保护单位，是著名的历史建筑。南大寺主要由门楼、大殿及侧房组成。主要建筑大殿建于1929年，建筑面积为527.55 m2，为一层砖木结构（墙体以青砖、混合砂浆砌筑，以木柱托梁为主要结构形式），坐西朝东，平面呈凸字形。2006年9月，市政府划定保护范围无建设控制地带。图1标明了南大寺大殿保护范围与地铁线路的位置关系。从图1可以看出，乌鲁木齐地铁区间隧道紧挨着南大寺大殿保护范围线。经勘测，新疆大学站—二道桥站区间段以地下线形式绕行经过南大寺大殿东侧，距文物建筑的最近距离仅为43 m。二道桥站的站台正好对着南大寺。二道桥站共有4个出入口，站台尺寸为140 m×12 m。二道桥站周边除了南大寺大殿外，众多其他建筑，平时人流量很大，道路两侧还分布着密集的地下管线。

图1 乌鲁木齐地铁1号线与南大寺位置关系

1.3 历史建筑评估及加固

2011年5月24日，乌鲁木齐市房屋安全鉴定办公室曾受乌鲁木齐市天山区南大寺管委会委托对南大寺大殿进行了鉴定，并出具了乌鲁木齐市房屋安全鉴定报告（乌房签字[118]38号）。鉴定结果如下：房屋已建成90多年，曾多次维修，部分木质梁柱及木质挑檐多次更换；墙体砌砖存在不同程度的风化、酥化、剥蚀现象，檐口及底部较严重，局部出现砌砖外鼓、脱落现象；外墙东西南面均发现2～3 mm裂缝，缝宽2～4 mm不等，缝长2～4 m不等，主要以竖向裂缝为主，均为陈旧裂缝；屋面木质梁、檀、板出现开裂、朽蚀状况；房屋东端一根木质独立承重柱底部出现严重竖向开裂，缝宽5～10 mm，缝长约0.8 m；房屋檐口碱蚀严重，屋面防水层破损，出现渗漏。根据上述检查结果，按部颁JGJ 125—1999《危险房屋鉴定标准》评定，该房屋的鉴定结论为C级。建议落架复建。

根据鉴定结论，南大寺大殿已十分脆弱。为把地铁施工运营的影响降至最低，在地铁施工前必须对南大寺大殿采取一系列加固措施，以提高南大寺大殿的安全性。其中，基础加固措施最为关键。具体基础加固措施为：

（1）因南大寺周边建筑物密集，无足够放坡空间，而南大寺基础加固必须进行基坑开挖。故基坑开挖前应先分析南大寺大殿基坑边坡的稳定性和对相邻建筑物的影响，进行专项的基坑支护治理。

（2）南大寺场地地下水位处在基础埋深位置。基坑开挖后应及时砌筑基础并防止浸水，并对基坑四周采取相应的降水及支护措施。

（3）南大寺加固工程基础部分在使用混凝土材料及钢筋混凝土材料时须按建筑结构设计要求采取防护措施，防护措施应符合国家标准GB 50046—2008《工业建筑防腐蚀设计规范》的规定。

（4）南大寺地处居民区，地下埋有多条给排水管线和电力管线，埋深为2～3 m，应向有关部门查明管线位置后进行施工。

（5）建筑基础抬升后，在混凝土基础上按照原工艺、原做法、原材料恢复原始片石基础。

2 地铁施工及运营对南大寺大殿的影晌

地铁施工期及运营期对周边环境的影响主要来自隧道施工时产生的振动，列车运行时产生的振动、噪声及电磁辐射。南大寺大殿保护研究中曾对噪声及电磁辐射作过研究。研究结果表明，噪声及电磁辐射对南大寺的影响很小，故本文仅对振动进行讨论。

2.1 施工期的影响

在地铁施工期间，南大寺大殿所受影响主要是来自地铁隧道开挖。该段地铁隧道为采用盾构法施工的圆形隧道。

目前，国内普通采用6～8 m盾径规格的盾构机进行隧道施工。施工时盾构机周围6～23 m范围的土体会产生隆起；而在盾构主机后方会产生沉降，且其施工沉降情况基本符合+5～-17 mm的变形范围［1-4］。故原则上严格以隧道盾构区间外围25 m范围作为盾构施工沉降对历史建筑的直接影响范围。由于南大寺大殿距地铁隧道最小水平距离为43.0 m，轨道埋深为18.3 m，故施工距离符合历史建筑变形控制标准和普遍技术要求。

2.2 运营期的影响

南大寺大殿采用木结构，为90年以上的市级古建筑。参照GB/T 50452—2008《古建筑防工业振动技术规范》，南大寺大殿顶层柱顶的水平容许振动速度为0.35 mm/s。

当地铁运营时，振源为地铁列车。由于南大寺大殿与地铁场地内土为黏土，且弹性横波（剪切波）的传播速度为140～220 m/s。根据GB/T 50452—2008《古建筑防工业振动技术规范》，地铁运营时，地面振动频率fr=12.5 Hz，距振源10 m处的地面振动速度为0.418 mm/s，距振源50 m处的振动速度为0.166 mm/s［5-7］。地铁线路距南大寺大殿直线距离为43 m。由计算可得，地铁运营时，地铁引起的南大寺大殿处的地面振动速度vr=0.210 1 mm/s，在0.30 mm/s限值以下。

3 南大寺保护措施

根据上述分析，结合实际情况，乌鲁木齐地铁1号线施工和运营对南大寺产生的影响等级定为I级，即无直接影响。为更好地维护历史建筑的安全稳定，建议在施工和运营期间加强监测和安全管理，并在施工及运营期间采取保护措施。具体保护措施为：

（1）与文物管理单位充分接触，会同设计方与文物专家共同研究、讨论保护措施及施工方案的可行性。在实际施工过程中，要求文物管理单位全力配合，加强巡视及监测，及时反馈信息，以指导施工。

（2）减振应从控制振动传播、阻断或削弱传播路径等方面，减少地铁后期运营振动对文物建筑的影响。减振可采用隔振屏障。为减小施工影响，可设置开口空沟、混凝土隔振墙、排桩或排孔隔振屏障等。为减小地铁运营振动影响，可在钢轨与轨枕之间加橡胶隔振垫及轨道隔振器。

（3）在地铁施工和运营过程中，应对南大寺大殿和周边土层沉降做好严密监测。在地表埋设监测点以监测地表沉降值，在建筑墙体布置测点以确保文物建筑本体安全。地铁施工期间及运营初期应每天派专人沿文物建筑四周及地铁线路沿线巡视观察，逐步健全和完善监测体系，形成监控量测信息化系统，形成相应数据库管理。及时上报监测周报表，同时附上相应的测点位移时态曲线图。施工期间应对施工情况进行实时评价，随时提出施工建议。

（4）在盾构掘进过程中，要尽快对盾构后的衬砌背后环形空隙同步注浆。根据地质条件，确定不同的浆液配比、注浆压力、注浆量及注浆时间；加强通过施工前的机械检修养护，确保盾构在南大寺附近连续匀速掘进。同时，建立完善的监测网，及时反馈信息，在盾构同步注浆之后，及时进行跟踪补浆或二次注浆。