地下空间开发对既有历史建筑的影响及保护

■ 段 焜 王潘绣 毛昆明

一、地下空间开发对既有历史建筑的影响

（一）地下空间开发对既有历史建筑有利影响

地下空间开发利于历史建筑的持续发展，延续物质文化，解放城市中心地带的用地压力，同时也给城市历史建筑提供了新的维度，对原有地上建筑形成补充，无疑这些都给历史文化的传承和延续提供了有效的支撑。地下空间开发利于街区空间环境提升，延续历史建筑的本质是为人类生存生活服务的，历史建筑在经历了漫长的岁月洗礼之后，或多或少的会出现与新的生活方式不匹配的情况，会直接导致空间适应能力下降，合理地利用地下空间，可以有效解决这一矛盾。留住能够传承、讲述历史的原住居民，使非物质文化能够延续。如王府井地下空间的利用面积达到60万平方米，其中包括市政设施空间、地下轨道交通空间、公共建筑空间等等，大部分建筑都有地下空间，主要功能有：商业、地下停车、仓储、餐饮娱乐等等几大类，合理地提升了空间适应能力。

（二）地下空间开发对既有历史建筑的不利影响

规划方面。历史建筑由于其独特的历史文化内涵，吸引了大量的人口。为缓解交通压力，地下空间开发规划中不可避免地涉及历史建筑。在地铁设施尽量避免从历史建筑下方穿过的原则下，仍有不少地铁避无可避地从历史建筑正下方穿过。如北京市的天坛区域下方就有地铁五号线穿过。但如果技术不过关，对历史建筑而言，则是巨大的灾难。

施工方面。目前地下空间开发方法多为盾构法、沉埋法、明挖法、新奥法以及盖挖法。以地铁施工为例，大多采用盾构法施工，与浅埋暗挖法相比，盾构法能够最大限度地减小地表变形，但有限的变形也可能对结构产生威胁。同时，地下空间开发中地下水的升降问题，如果处理不当，会出现地表沉降、建筑坍塌等问题。如地铁项目施工期对历史建筑的影响，主要来自于隧道及地下车站施工引起的地层水环境扰动和由此引起的基础不均匀沉降。地下空间开发如果施工不当，都会对地上既有历史建筑造成一定消极影响。如2009年天津的不可移动文物DD饭店大楼距地铁线最近处6.2米，施工中地下发生透水，导致大楼出现楼体裂缝，最后大楼因严重损坏被拆除。2012年，武汉地铁2号线施工期间，导致江汉路沿线的民国日报社旧址、聚兴诚银行、国货商场等历史建筑出现不均匀沉降，产生了不同程度的裂缝，严重危害了历史建筑的结构。更有甚者，在地铁建设中，各种坍塌事故也屡见不鲜，如上海地铁四号线事故、新加坡LTA地铁事故、广州珠海广场坍塌事故等。

运营方面。地下空间在运营方面对既有历史建筑具有一定影响。根据有关专家论证，地铁运营期因地铁振动引起的钟楼、城墙(地面)的垂直振动最大允许速度建议控制在0.15～0.20mm/s。列车不断飞驰所产生的震动如果超过这一范围，将对历史建筑造成巨大影响。如20世纪初西安明城墙在交通震动下发生的大面积倒塌。由于地铁振动造成而产生裂缝，在地铁列车产生的长期微幅振动的影响下，裂缝逐渐扩大，现己有一些古教堂倒塌。

二、地下空间开发对既有历史建筑的规避和保护

（一）规划设计的优化

优化规划设计可以从源头上减少地下空间开发对既有建筑的影响。地下空间开发规划应尽量避开既有历史建筑，从既有建筑道路下方穿过，从而大幅降低地下开发对既有历史建筑的影响。此举既进行了地下空间开发，又保护了历史建筑。同时，适当增加线间距，有利于左右线施工相互影响，有利于减小地表沉降。

（二）施工方法的调整

盾构施工的保护措施。盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点。以西安地铁二号线施工为例，通过对盾构姿态的调整，减少蛇行对明城墙和钟楼产生的不利影响，控制盾构出碴量及土仓压力，及时进行盾尾同步注浆、衬砌回填压浆及地面跟踪注浆，以确保施工期间既有建筑的安全。

沉桩施工的保护措施。在地下空间施工中，或多或少会使用沉桩施工。为了尽量减少沉桩施工对周围古城墙等建筑的影响，汲取各类教训，总结得出以下几点保护措施：一是采用预钻孔取土打桩。二是设置排水砂井或塑料排水板。三是合理安排打桩方向。四是控制打桩速率。五是挖沟保护。六是预先加固古城墙周边地基基础。

基坑施工的保护措施。基坑施工是地下空间施工主要施工方式之一。根据研究，选择合理的围护结构形式和优化设计对减少深基坑施工对古城墙影响至关重要。采用内撑式围护结构形式，坑周土体位移最小。从减小基坑工程施工扰动影响出发，首选内撑式围护结构形式。根据选用的围护结构形式，确定计算简图。其中作用在围护结构上的土压力采用位移和时间效应的土压力计算公式，然后根据允许位移值确定土压力，进行围护结构设计；根据围护结构设计，计算围护结构位移，评估对周边古城墙的影响。若满足要求， 且土压力在合理取值范围，则完成设计；若不能满足要求，则应重新进行结构设计，或重新计算，采取必要措施(如土质改良等)，直至满足要求。为了减小基坑工程施工扰动对周围古城墙等建筑物影响，可在基坑工程土方开挖前，对已有建筑物地基基础进行加固。该类方法也可称为主动保护法。常用的方法有：注浆法、锚杆静压桩法、树根桩法、高压喷射注浆法。

（三）减震设施的优选

钢弹簧浮置板减振道床振动测试

通过比较分析，采用新型减振弹性扣件或德国技术生产的减振器扣件，减振效果可达5～10dB；采用橡胶弹簧式浮置板道床减振效果可达18dB左右； 采用钢弹簧式浮置板道床减振效果可达20～25dB。以西安地铁为例，根据《历史建筑防工业振动技术规范》及有关专家的讨论与论证，西安地铁运营期因地铁振动引起的钟楼、城墙(地面)的垂直振动最大允许速度建议控制在0.15～0.20mm/s。为达到这一标准，西安地铁在下穿城墙段落采取了无缝轨道线路，道床采用减振效果突出的钢弹簧浮置板减振道床。钢弹簧浮置板道床特殊的减振构造，在列车振动传递中由钢弹簧隔振器进行调谐、滤波、吸收能量，达到隔振目的。因浮置板自身的振动较为剧烈， 但向下传到隧道壁上的振动量大大减。