烏魯木齊地鐵1號(hào)線施工與運(yùn)營(yíng)對(duì)歷史建筑南大寺的影響及其保護(hù)措施

艾斯卡爾·模拉克張冠增

烏魯木齊地鐵1號(hào)線施工與運(yùn)營(yíng)對(duì)歷史建筑南大寺的影響及其保護(hù)措施

艾斯卡爾·模拉克1張冠增2

（1.新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院，830047，烏魯木齊；2.同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，200092，上海//第一作者，講師）

烏魯木齊市地鐵1號(hào)線正在開工建設(shè)。為確保地鐵線路附近市級(jí)歷史建筑南大寺大殿本體的安全，詳細(xì)分析了烏魯木齊地鐵1號(hào)線在施工期間和運(yùn)營(yíng)期對(duì)南大寺大殿的影響。根據(jù)南大寺大殿的安全鑒定報(bào)告，提出了具體針對(duì)性的基礎(chǔ)加固措施；結(jié)合地鐵施工的實(shí)際情況，提出了南大寺大殿的保護(hù)措施。

地鐵；歷史建筑保護(hù)；施工保護(hù)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

我國歷史悠久，歷史建筑和古跡數(shù)量巨大。這些歷史建筑大多由于年代久遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)已變得脆弱。歷史建筑一旦受到附近建筑施工振動(dòng)的影響，則可能會(huì)受到無法彌補(bǔ)的損害。

為保護(hù)這些珍貴的文化遺產(chǎn)，在高速鐵路選線或是地鐵建設(shè)中，科技工作者和歷史建筑保護(hù)專家進(jìn)行了大量的理論研究和工程實(shí)踐。在確定高鐵蘇州站位置時(shí)，軌道交通線路與虎丘塔的距離被嚴(yán)格要求不小于700 m。為保護(hù)北京鼓樓的安全，北京地鐵8號(hào)線二期工程沒有從鼓樓地下穿過，而是向西移動(dòng)50 m的距離，鼓樓站也向南移動(dòng)了100 m；西安地鐵2號(hào)線在穿越西安鐘樓時(shí)，其右線距鐘樓基座僅15.4 m，左線距鐘樓基座15.7 m；實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，地鐵施工前地面公共交通在鐘樓及南北城墻處產(chǎn)生的振動(dòng)都已超過0.4 mm/s；所以，在設(shè)計(jì)西安地鐵2號(hào)線時(shí)就避開了鐘樓正下方地層，并將鐘樓站附近的軌道地基設(shè)置成彈性地基，以有效吸收地鐵運(yùn)行帶來的振動(dòng)波。

烏魯木齊市地鐵1號(hào)線建設(shè)也面臨沿線的歷史建筑保護(hù)問題。然而，關(guān)于烏魯木齊軌道交通工程與臨近建筑物相互作用機(jī)理的研究還不多，而且大多僅通過有限元模擬進(jìn)行研究，缺乏實(shí)踐依據(jù)。故本文參考其他隧道盾構(gòu)施工對(duì)于臨近建筑物的影響研究，闡述了烏魯木齊地鐵1號(hào)線一期工程建設(shè)對(duì)南大寺大殿的影響，著重分析了地鐵施工對(duì)南大寺大殿帶來的負(fù)面影響，從而探討了地鐵施工及運(yùn)營(yíng)期歷史建筑保護(hù)的理論依據(jù)，積累了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 烏魯木齊地鐵1號(hào)線

烏魯木齊地鐵1號(hào)線是烏魯木齊市南北方向的一條骨干線路，主要連接老城區(qū)和新市區(qū)，全長(zhǎng)27.6 km，均為地下敷設(shè)，無高架線路。全線共設(shè)21座車站，均為地下站。至2017年1月，線路已貫通18.5 km，15個(gè)車站已經(jīng)完工，風(fēng)、水、電、通信等設(shè)備正在安裝。全部工點(diǎn)均已進(jìn)場(chǎng)施工，預(yù)計(jì)2018年可實(shí)現(xiàn)通車運(yùn)營(yíng)。

距南大寺最近的二道橋站距新疆大學(xué)1 218.6 m，距南門站1 380.2 m。其有效站臺(tái)起點(diǎn)里程YDK2+493.882，有效站臺(tái)中心里程YDK2+563.882，有效站臺(tái)終點(diǎn)里程YDK2+669.408；地下超紅線范圍埋深10.200 m，覆土厚度為4.80 m，有2號(hào)排風(fēng)井，2號(hào)風(fēng)亭組等。

根據(jù)烏魯木齊地鐵1號(hào)線建設(shè)工程行車組織與運(yùn)營(yíng)方案，未來將采用6輛編組的輪軌A型車，4動(dòng)2拖。車體長(zhǎng)22.1 m，寬3.0 m，車高3.8 m。列車采用DC 1 500 V架空接觸網(wǎng)供電方式，最高運(yùn)營(yíng)速度為80 km/h，起動(dòng)平均加速度為0.83 m/s2，常用制動(dòng)減速度為1.0 m/s2。帶司機(jī)室車輛定員230人，不帶司機(jī)室車定員250人，6輛編組列車額定載客1 460人/列。

1.2 南大寺與地鐵線路的位置關(guān)系

南大寺始建于1919年，是烏魯木齊市級(jí)文物保護(hù)單位，是著名的歷史建筑。南大寺主要由門樓、大殿及側(cè)房組成。主要建筑大殿建于1929年，建筑面積為527.55 m2，為一層磚木結(jié)構(gòu)（墻體以青磚、混合砂漿砌筑，以木柱托梁為主要結(jié)構(gòu)形式），坐西朝東，平面呈凸字形。2006年9月，市政府劃定保護(hù)范圍無建設(shè)控制地帶。圖1標(biāo)明了南大寺大殿保護(hù)范圍與地鐵線路的位置關(guān)系。從圖1可以看出，烏魯木齊地鐵區(qū)間隧道緊挨著南大寺大殿保護(hù)范圍線。經(jīng)勘測(cè)，新疆大學(xué)站—二道橋站區(qū)間段以地下線形式繞行經(jīng)過南大寺大殿東側(cè)，距文物建筑的最近距離僅為43 m。二道橋站的站臺(tái)正好對(duì)著南大寺。二道橋站共有4個(gè)出入口，站臺(tái)尺寸為140 m×12 m。二道橋站周邊除了南大寺大殿外，眾多其他建筑，平時(shí)人流量很大，道路兩側(cè)還分布著密集的地下管線。

圖1 烏魯木齊地鐵1號(hào)線與南大寺位置關(guān)系

1.3 歷史建筑評(píng)估及加固

2011年5月24日，烏魯木齊市房屋安全鑒定辦公室曾受烏魯木齊市天山區(qū)南大寺管委會(huì)委托對(duì)南大寺大殿進(jìn)行了鑒定，并出具了烏魯木齊市房屋安全鑒定報(bào)告（烏房簽字[118]38號(hào)）。鑒定結(jié)果如下：房屋已建成90多年，曾多次維修，部分木質(zhì)梁柱及木質(zhì)挑檐多次更換；墻體砌磚存在不同程度的風(fēng)化、酥化、剝蝕現(xiàn)象，檐口及底部較嚴(yán)重，局部出現(xiàn)砌磚外鼓、脫落現(xiàn)象；外墻東西南面均發(fā)現(xiàn)2～3 mm裂縫，縫寬2～4 mm不等，縫長(zhǎng)2～4 m不等，主要以豎向裂縫為主，均為陳舊裂縫；屋面木質(zhì)梁、檀、板出現(xiàn)開裂、朽蝕狀況；房屋東端一根木質(zhì)獨(dú)立承重柱底部出現(xiàn)嚴(yán)重豎向開裂，縫寬5～10 mm，縫長(zhǎng)約0.8 m；房屋檐口堿蝕嚴(yán)重，屋面防水層破損，出現(xiàn)滲漏。根據(jù)上述檢查結(jié)果，按部頒JGJ 125—1999《危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)定，該房屋的鑒定結(jié)論為C級(jí)。建議落架復(fù)建。

根據(jù)鑒定結(jié)論，南大寺大殿已十分脆弱。為把地鐵施工運(yùn)營(yíng)的影響降至最低，在地鐵施工前必須對(duì)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，基礎(chǔ)加固措施最為關(guān)鍵。具體基礎(chǔ)加固措施為：

（1）因南大寺周邊建筑物密集，無足夠放坡空間，而南大寺基礎(chǔ)加固必須進(jìn)行基坑開挖。故基坑開挖前應(yīng)先分析南大寺大殿基坑邊坡的穩(wěn)定性和對(duì)相鄰建筑物的影響，進(jìn)行專項(xiàng)的基坑支護(hù)治理。

（2）南大寺場(chǎng)地地下水位處在基礎(chǔ)埋深位置。基坑開挖后應(yīng)及時(shí)砌筑基礎(chǔ)并防止浸水，并對(duì)基坑四周采取相應(yīng)的降水及支護(hù)措施。

（3）南大寺加固工程基礎(chǔ)部分在使用混凝土材料及鋼筋混凝土材料時(shí)須按建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求采取防護(hù)措施，防護(hù)措施應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50046—2008《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。

（4）南大寺地處居民區(qū)，地下埋有多條給排水管線和電力管線，埋深為2～3 m，應(yīng)向有關(guān)部門查明管線位置后進(jìn)行施工。

（5）建筑基礎(chǔ)抬升后，在混凝土基礎(chǔ)上按照原工藝、原做法、原材料恢復(fù)原始片石基礎(chǔ)。

2 地鐵施工及運(yùn)營(yíng)對(duì)南大寺大殿的影晌

地鐵施工期及運(yùn)營(yíng)期對(duì)周邊環(huán)境的影響主要來自隧道施工時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，列車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲及電磁輻射。南大寺大殿保護(hù)研究中曾對(duì)噪聲及電磁輻射作過研究。研究結(jié)果表明，噪聲及電磁輻射對(duì)南大寺的影響很小，故本文僅對(duì)振動(dòng)進(jìn)行討論。

2.1 施工期的影響

在地鐵施工期間，南大寺大殿所受影響主要是來自地鐵隧道開挖。該段地鐵隧道為采用盾構(gòu)法施工的圓形隧道。

目前，國內(nèi)普通采用6～8 m盾徑規(guī)格的盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧道施工。施工時(shí)盾構(gòu)機(jī)周圍6～23 m范圍的土體會(huì)產(chǎn)生隆起；而在盾構(gòu)主機(jī)后方會(huì)產(chǎn)生沉降，且其施工沉降情況基本符合+5～-17 mm的變形范圍［1-4］。故原則上嚴(yán)格以隧道盾構(gòu)區(qū)間外圍25 m范圍作為盾構(gòu)施工沉降對(duì)歷史建筑的直接影響范圍。由于南大寺大殿距地鐵隧道最小水平距離為43.0 m，軌道埋深為18.3 m，故施工距離符合歷史建筑變形控制標(biāo)準(zhǔn)和普遍技術(shù)要求。

2.2 運(yùn)營(yíng)期的影響

南大寺大殿采用木結(jié)構(gòu)，為90年以上的市級(jí)古建筑。參照GB/T 50452—2008《古建筑防工業(yè)振動(dòng)技術(shù)規(guī)范》，南大寺大殿頂層柱頂?shù)乃饺菰S振動(dòng)速度為0.35 mm/s。

當(dāng)?shù)罔F運(yùn)營(yíng)時(shí)，振源為地鐵列車。由于南大寺大殿與地鐵場(chǎng)地內(nèi)土為黏土，且彈性橫波（剪切波）的傳播速度為140～220 m/s。根據(jù)GB/T 50452—2008《古建筑防工業(yè)振動(dòng)技術(shù)規(guī)范》，地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)，地面振動(dòng)頻率fr=12.5 Hz，距振源10 m處的地面振動(dòng)速度為0.418 mm/s，距振源50 m處的振動(dòng)速度為0.166 mm/s［5-7］。地鐵線路距南大寺大殿直線距離為43 m。由計(jì)算可得，地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)，地鐵引起的南大寺大殿處的地面振動(dòng)速度vr=0.210 1 mm/s，在0.30 mm/s限值以下。

3 南大寺保護(hù)措施

根據(jù)上述分析，結(jié)合實(shí)際情況，烏魯木齊地鐵1號(hào)線施工和運(yùn)營(yíng)對(duì)南大寺產(chǎn)生的影響等級(jí)定為I級(jí)，即無直接影響。為更好地維護(hù)歷史建筑的安全穩(wěn)定，建議在施工和運(yùn)營(yíng)期間加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和安全管理，并在施工及運(yùn)營(yíng)期間采取保護(hù)措施。具體保護(hù)措施為：

（1）與文物管理單位充分接觸，會(huì)同設(shè)計(jì)方與文物專家共同研究、討論保護(hù)措施及施工方案的可行性。在實(shí)際施工過程中，要求文物管理單位全力配合，加強(qiáng)巡視及監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋信息，以指導(dǎo)施工。

（2）減振應(yīng)從控制振動(dòng)傳播、阻斷或削弱傳播路徑等方面，減少地鐵后期運(yùn)營(yíng)振動(dòng)對(duì)文物建筑的影響。減振可采用隔振屏障。為減小施工影響，可設(shè)置開口空溝、混凝土隔振墻、排樁或排孔隔振屏障等。為減小地鐵運(yùn)營(yíng)振動(dòng)影響，可在鋼軌與軌枕之間加橡膠隔振墊及軌道隔振器。

（3）在地鐵施工和運(yùn)營(yíng)過程中，應(yīng)對(duì)南大寺大殿和周邊土層沉降做好嚴(yán)密監(jiān)測(cè)。在地表埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)以監(jiān)測(cè)地表沉降值，在建筑墻體布置測(cè)點(diǎn)以確保文物建筑本體安全。地鐵施工期間及運(yùn)營(yíng)初期應(yīng)每天派專人沿文物建筑四周及地鐵線路沿線巡視觀察，逐步健全和完善監(jiān)測(cè)體系，形成監(jiān)控量測(cè)信息化系統(tǒng)，形成相應(yīng)數(shù)據(jù)庫管理。及時(shí)上報(bào)監(jiān)測(cè)周報(bào)表，同時(shí)附上相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)位移時(shí)態(tài)曲線圖。施工期間應(yīng)對(duì)施工情況進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，隨時(shí)提出施工建議。

（4）在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，要盡快對(duì)盾構(gòu)后的襯砌背后環(huán)形空隙同步注漿。根據(jù)地質(zhì)條件，確定不同的漿液配比、注漿壓力、注漿量及注漿時(shí)間；加強(qiáng)通過施工前的機(jī)械檢修養(yǎng)護(hù)，確保盾構(gòu)在南大寺附近連續(xù)勻速掘進(jìn)。同時(shí)，建立完善的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，及時(shí)反饋信息，在盾構(gòu)同步注漿之后，及時(shí)進(jìn)行跟蹤補(bǔ)漿或二次注漿。

4 結(jié)語

本文研究了二道橋標(biāo)段（新疆大學(xué)站—二道橋站—南門站區(qū)間）隧道施工為例，烏魯木齊地鐵1號(hào)線在鄰近歷史建筑南大寺處施工及運(yùn)營(yíng)時(shí)對(duì)南大寺大殿的影響，并提出了一系列保護(hù)措施。總結(jié)如下：

（1）烏魯木齊市地鐵1號(hào)線是烏魯木齊市首次施工的軌道交通線路，施工難度大，經(jīng)驗(yàn)較少，問題很多。對(duì)南大寺大殿的保護(hù)需提出可行性研究報(bào)告并報(bào)相關(guān)部門批準(zhǔn)。

（2）按文物保護(hù)原則及南大寺修繕方案，應(yīng)采取相關(guān)保護(hù)措施確保本體歷史建筑安全，以期達(dá)到有效的保護(hù)目的。

（3）建議地鐵建設(shè)單位制定合理的施工與監(jiān)測(cè)措施，并與文物管理單位保持密切接觸，在充分理解文物保護(hù)的國家規(guī)范和文物所在地的地質(zhì)、水文等條件基礎(chǔ)上，采用科學(xué)手段合理施工。

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Influence of Urumqi Metro Line 1 Construction on the Historical Building of Nanda Mosque and Protection Measures

AISIKAER Molake，ZHANG Guanzeng

TU714.2

10.16037/j.1007-869x.2017.09.011

2017-03-13）