中心城区既有地下空间二次拓建改造方案对比分析

方 涛，官林星

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

进行中心城区既有建筑群地下空间的拓建改造，实现既有地下空间的网络化互通、小空间地下设施的空间拓建扩容、单功能地下设施的扩展增能等改造，形成网络化星盘棋布的多功能城市地下综合体，改善中心城区地下空间的综合环境，提升中心城区地下空间的整体品质，拓建城市中心区域的服务功能，是中心城区可持续化改造的重要方向。

既有地下空间的拓建改造，主要体现在地下隧道的原位扩建以及地下建筑的水平拓建等方面。B é langer[1]介绍了加拿大多伦多市中心城区城市化和基础设施的地下步行网络。Maeda等[2]研究了一种紧凑型盾构施工法，用于城市地下空间的改造和重建。北京地铁4号线西单站的建设中，下穿长安街，并在上方跨过地铁1号线，针对工程难点采取了一系列的技术措施，实现了与既有地铁1号线连接换乘[3]。杨德春等[4]介绍了苏州地铁1号线已建成金鸡湖西站车站地下结构的改造技术，改造后使得地下车站与CBD周边现有商业及规划建筑实现对接，并采用有限元数值模拟方法分析了既有结构改造设计与施工存在的风险。汤熙海[5]开展了既有商业建筑拓建地下空间施工过程的数值模拟研究。

随着我国地下空间的广泛开发建设，对既有地下空间的非开挖水平拓展越来越成为研究热点。依托上海市静安区某一老城区地下空间开发项目，针对学者们提出的多种施工方案，综合考虑多方面因素，选定可行性最高的施工方案。

1 背景简介

“十三五”期间，上海市提出以地下轨道站点为核心，以各地下公共服务设施为节点，构建立体化、网络化的地下综合系统，综合解决地下空间的步行系统、车行系统、轨道交通系统、商业系统和市政设施系统的整合与衔接。

本文的研究项目位于上海市静安区南侧，规划范围四周为茂名北路、威海路、石门二路以及南京西路，如图1所示。

图1 拟开发地下空间区域平面示意图

该工程水平拓展区域的地表建筑群为石库门建筑，始建于20世纪，且多为砖木混合结构。在整体布局上，独立建筑之间的间距较小，大部分支弄只有3 m宽。因此开发该区域的地下空间时，需要特别注意地表沉降。

在工程可行性阶段，学者们集思广益，提出了多种施工方案进行比选。本文通过对比分析几种方案，综合考虑多方面因素，最终确定采用水平顶管+内部结构托换的设计方法修建。

2 规划方案确定

开发地段地表为石库门老建筑群，多用作住宅。为了缓解这一地区的停车困难问题，设定拟开发的地下区域为停车库系统。

2.1 设计理念

在规划设计过程中，积极响应可持续发展理念，提出在该地区建立集“绿色”和“智慧”一体的现代化地下立体停车库系统。“绿色”体现在整体设计布局紧凑，高度集约化利用地下空间，避免现状地上区域的侵占，通过地面景观的布置，可与周边连成一体。“智慧”主要体现在停车库系统的全自动化、智能化、存取高效化。

2.2 设计原则

根据现有的设计理念，在该块区域的地下空间整体布局上，需求“功能与环境”并重。主要体现在如下两个方面：一是在满足停车功能需求下，减小对周边邻近既有建筑设施的影响，尽可能减少对基地绿化的破坏；二是系统的地面景观规划，提升区域环境品质。

从交通组织上来说，需要在该区域保障安全，实现“人车分离”，并尽可能减少对周边动态交通的影响。

从停车库设备系统角度，建设者与使用者希望其运行安全、高效，可靠性高，后期易于维护，使用成本低。综合考虑到停车存取车效率、安全性、可靠性等方面因素，并结合拟建地块用地情况，平面移动类智能式立体停车系统比较适合该项目。

3 施工方案比选

既有地下空间拓建开发改造，尤其是历史建筑群落区域的既有建筑地下空间的二次开发，保证既有地下设施和周边环境土工的稳定性控制至关重要。由于作业空间受到极大制约，只有立足于既有结构/轨道交通网络的安全控制，提出新型的施工工法，以满足苛刻的环境安全控制要求。汇总整理相关项目资料，常用的施工方法有四种，下面对每种工法的优劣进行横向比较。

3.1 换托法

换托法又称为地下换托或基础换托，广义上是指当紧挨着或者是在现有基础建筑物的正下方开挖土方时，为了消除对现有基础建筑物功能与结构等可能带来的影响，对现有基础建筑物进行加固补强，对建筑物的持力层地基进行改良、新基础设置及新旧基础替换等工程。

换托法首先需要拆除保留建筑内部隔墙，并对建筑物进行加固，保证建筑物的自立性。随后在建筑物墙、柱下施工托换梁，进行墙体托换。最后在地表面向下做基坑的围护结构和工程桩，基坑围护结构多采用地下连续墙或围护桩。

上海爱马仕项目以及外滩源33号项目对地下室的开发利用都采用的是换托法，不仅修缮了地表的历史保护性建筑，还开发了地下空间，一举两得。

换托法可以最大限度地保证既有建筑的原状，而且由于盖挖逆作法的围护结构变形小，对周边环境影响较小。

3.2 原位复建法

随着三维激光扫描技术以及计算机技术的快速发展，能够将建筑物细部进行精确定位，破除原位修复最大的限制。

原位复建方案是指在对原建筑拆除前，使用测量设备对每栋建筑物进行精确测量，记录各控制点的方位坐标，将建筑物真实地在图纸或模型中表现出来，最大限度地还原历史原状，确保对历史原物修缮的真实性。另外，所采集的三维点云数据可被永久保存，为将来再次修缮留下准确详实的数据，实际上还大大缩短了设计周期。

上海钱仓路吴氏民居为上海市第三批优秀历史建筑。为了在城市建设的同时更好地对优秀历史建筑进行保护，对该优秀历史建筑将采取原位复建的方式进行保护。

原位复建法采用原建筑拆除后复建，地下空间基坑开挖可采用明挖施工，可以更有弹性地规划地下空间设置。而且明挖工法造价低、技术成熟、工期短、质量易保证。

3.3 平移法

近年来随着大型施工机械设备的开发及自动化，使得建筑的整体搬迁成为可能，因此建设者们开发出了一种新的技术——建筑平移技术。简单来说，建筑平移技术主要包括如下几个步骤：施工“上滑梁”，将所有的结构柱子夹住；安装临时顶升千斤顶，顶住“上滑梁”；进行柱子切割；施工“下滑梁”；采用临时支撑替换千斤顶；将千斤顶安装到“下滑梁”上面，千斤顶的底部向上，固定在“上滑梁”上面；采用水平千斤顶从后面顶推“上滑梁”；“下滑梁”上面安装钢板，钢板与千斤顶“舌头”间涂润滑剂，其摩擦系数小于0.1。

建于1930年的上海音乐厅在2002年时配合旧城区改造及延中绿地建设，建筑整体向东南面平移约66 m，并乘此之机对建筑进行保护性修缮，并开发利用其地下空间，使得新址上的上海音乐厅功能更加齐全。

平移法有效保护了历史建筑，又和新建地下空间成为和谐的一体，非常有利于地下空间的规划和布置。

3.4 顶管结构转换法

2017年，中国中铁装备集团在河南郑州市利用组合式盾构机修建地下停车场。但是盾构隧道的拼装复杂，对工作井的空间要求高，且矩形盾构在施工上存在难度。因此笔者提出利用钢方顶管代替矩形盾构，利用顶管间锁口，顶入多排列钢顶管，实现任意空间的组合。

本节提到的顶管结构转换法还处于理论研究阶段，暂时没有工程实例作为参考。

顶管结构转换法无须搬迁，只需事前加固，能够最大限度地保护历史建筑。而且采用顶管暗挖技术，对周边环境影响小。

3.5 横向对比

换托法对施工区域有一定要求，而且地下空间布局受地面建筑约束较大，工序复杂，施工周期长，造价较高。

原位复建法在工序上繁复，对于拆除的建筑需要专门的放置地点，在运输过程中，难免对部件造成损伤。另外，在后期复建过程中，很难保证与原建筑物保持一致。

平移法在实际施工中需要多次对地标建筑群进行升降平移，对工程造价机械施工精确性要求非常高。另外，平移法对周边环境有严苛的要求，需要有足够大的空间平移建筑物。中心城区很难有条件实施平移法。

根据顶管结构转换法的思想，可能总体上施工工序复杂，施工周期长，造价较高。由于没有实际工程案例，该方法的可行性仍然有待研究。

4 结 语

拟开发的地下空间作为地下停车库，位于石库门老建筑群下方。项目位于上海市静安区南侧，独立建筑之间的间距较小，大部分支弄只有3 m宽。地表密集的建筑群虽然建于20世纪，但仍然作为民宅使用，因此换托、平移以及原位复建方案都不理想。建设者偏向于采用顶管结构转换法，但该方法仍然处于理论研究阶段，到真正落地实施还需要经过多种手段验证其可行性与安全性。