中心城區既有地下空間二次拓建改造方案對比分析

方 濤，官林星

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

進行中心城區既有建筑群地下空間的拓建改造，實現既有地下空間的網絡化互通、小空間地下設施的空間拓建擴容、單功能地下設施的擴展增能等改造，形成網絡化星盤棋布的多功能城市地下綜合體，改善中心城區地下空間的綜合環境，提升中心城區地下空間的整體品質，拓建城市中心區域的服務功能，是中心城區可持續化改造的重要方向。

既有地下空間的拓建改造，主要體現在地下隧道的原位擴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城市化和基礎設施的地下步行網絡。Maeda等[2]研究了一種緊湊型盾構施工法，用于城市地下空間的改造和重建。北京地鐵4號線西單站的建設中，下穿長安街，并在上方跨過地鐵1號線，針對工程難點采取了一系列的技術措施，實現了與既有地鐵1號線連接換乘[3]。楊德春等[4]介紹了蘇州地鐵1號線已建成金雞湖西站車站地下結構的改造技術，改造后使得地下車站與CBD周邊現有商業及規劃建筑實現對接，并采用有限元數值模擬方法分析了既有結構改造設計與施工存在的風險。湯熙海[5]開展了既有商業建筑拓建地下空間施工過程的數值模擬研究。

隨著我國地下空間的廣泛開發建設，對既有地下空間的非開挖水平拓展越來越成為研究熱點。依托上海市靜安區某一老城區地下空間開發項目，針對學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 背景簡介

“十三五”期間，上海市提出以地下軌道站點為核心，以各地下公共服務設施為節點，構建立體化、網絡化的地下綜合系統，綜合解決地下空間的步行系統、車行系統、軌道交通系統、商業系統和市政設施系統的整合與銜接。

本文的研究項目位于上海市靜安區南側，規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 擬開發地下空間區域平面示意圖

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

在工程可行性階段，學者們集思廣益，提出了多種施工方案進行比選。本文通過對比分析幾種方案，綜合考慮多方面因素，最終確定采用水平頂管+內部結構托換的設計方法修建。

2 規劃方案確定

開發地段地表為石庫門老建筑群，多用作住宅。為了緩解這一地區的停車困難問題，設定擬開發的地下區域為停車庫系統。

2.1 設計理念

在規劃設計過程中，積極響應可持續發展理念，提出在該地區建立集“綠色”和“智慧”一體的現代化地下立體停車庫系統。“綠色”體現在整體設計布局緊湊，高度集約化利用地下空間，避免現狀地上區域的侵占，通過地面景觀的布置，可與周邊連成一體。“智慧”主要體現在停車庫系統的全自動化、智能化、存取高效化。

2.2 設計原則

根據現有的設計理念，在該塊區域的地下空間整體布局上，需求“功能與環境”并重。主要體現在如下兩個方面：一是在滿足停車功能需求下，減小對周邊鄰近既有建筑設施的影響，盡可能減少對基地綠化的破壞；二是系統的地面景觀規劃，提升區域環境品質。

從交通組織上來說，需要在該區域保障安全，實現“人車分離”，并盡可能減少對周邊動態交通的影響。

從停車庫設備系統角度，建設者與使用者希望其運行安全、高效，可靠性高，后期易于維護，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，并結合擬建地塊用地情況，平面移動類智能式立體停車系統比較適合該項目。

3 施工方案比選

既有地下空間拓建開發改造，尤其是歷史建筑群落區域的既有建筑地下空間的二次開發，保證既有地下設施和周邊環境土工的穩定性控制至關重要。由于作業空間受到極大制約，只有立足于既有結構/軌道交通網絡的安全控制，提出新型的施工工法，以滿足苛刻的環境安全控制要求。匯總整理相關項目資料，常用的施工方法有四種，下面對每種工法的優劣進行橫向比較。

3.1 換托法

換托法又稱為地下換托或基礎換托，廣義上是指當緊挨著或者是在現有基礎建筑物的正下方開挖土方時，為了消除對現有基礎建筑物功能與結構等可能帶來的影響，對現有基礎建筑物進行加固補強，對建筑物的持力層地基進行改良、新基礎設置及新舊基礎替換等工程。

換托法首先需要拆除保留建筑內部隔墻，并對建筑物進行加固，保證建筑物的自立性。隨后在建筑物墻、柱下施工托換梁，進行墻體托換。最后在地表面向下做基坑的圍護結構和工程樁，基坑圍護結構多采用地下連續墻或圍護樁。

上海愛馬仕項目以及外灘源33號項目對地下室的開發利用都采用的是換托法，不僅修繕了地表的歷史保護性建筑，還開發了地下空間，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結構變形小，對周邊環境影響較小。

3.2 原位復建法

隨著三維激光掃描技術以及計算機技術的快速發展，能夠將建筑物細部進行精確定位，破除原位修復最大的限制。

原位復建方案是指在對原建筑拆除前，使用測量設備對每棟建筑物進行精確測量，記錄各控制點的方位坐標，將建筑物真實地在圖紙或模型中表現出來，最大限度地還原歷史原狀，確保對歷史原物修繕的真實性。另外，所采集的三維點云數據可被永久保存，為將來再次修繕留下準確詳實的數據，實際上還大大縮短了設計周期。

上海錢倉路吳氏民居為上海市第三批優秀歷史建筑。為了在城市建設的同時更好地對優秀歷史建筑進行保護，對該優秀歷史建筑將采取原位復建的方式進行保護。

原位復建法采用原建筑拆除后復建，地下空間基坑開挖可采用明挖施工，可以更有彈性地規劃地下空間設置。而且明挖工法造價低、技術成熟、工期短、質量易保證。

3.3 平移法

近年來隨著大型施工機械設備的開發及自動化，使得建筑的整體搬遷成為可能，因此建設者們開發出了一種新的技術——建筑平移技術。簡單來說，建筑平移技術主要包括如下幾個步驟：施工“上滑梁”，將所有的結構柱子夾住；安裝臨時頂升千斤頂，頂住“上滑梁”；進行柱子切割；施工“下滑梁”；采用臨時支撐替換千斤頂；將千斤頂安裝到“下滑梁”上面，千斤頂的底部向上，固定在“上滑梁”上面；采用水平千斤頂從后面頂推“上滑梁”；“下滑梁”上面安裝鋼板，鋼板與千斤頂“舌頭”間涂潤滑劑，其摩擦系數小于0.1。

建于1930年的上海音樂廳在2002年時配合舊城區改造及延中綠地建設，建筑整體向東南面平移約66 m，并乘此之機對建筑進行保護性修繕，并開發利用其地下空間，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劃和布置。

3.4 頂管結構轉換法

2017年，中國中鐵裝備集團在河南鄭州市利用組合式盾構機修建地下停車場。但是盾構隧道的拼裝復雜，對工作井的空間要求高，且矩形盾構在施工上存在難度。因此筆者提出利用鋼方頂管代替矩形盾構，利用頂管間鎖口，頂入多排列鋼頂管，實現任意空間的組合。

本節提到的頂管結構轉換法還處于理論研究階段，暫時沒有工程實例作為參考。

頂管結構轉換法無須搬遷，只需事前加固，能夠最大限度地保護歷史建筑。而且采用頂管暗挖技術，對周邊環境影響小。

3.5 橫向對比

換托法對施工區域有一定要求，而且地下空間布局受地面建筑約束較大，工序復雜，施工周期長，造價較高。

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

平移法在實際施工中需要多次對地標建筑群進行升降平移，對工程造價機械施工精確性要求非常高。另外，平移法對周邊環境有嚴苛的要求，需要有足夠大的空間平移建筑物。中心城區很難有條件實施平移法。

根據頂管結構轉換法的思想，可能總體上施工工序復雜，施工周期長，造價較高。由于沒有實際工程案例，該方法的可行性仍然有待研究。

4 結 語

擬開發的地下空間作為地下停車庫，位于石庫門老建筑群下方。項目位于上海市靜安區南側，獨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，但仍然作為民宅使用，因此換托、平移以及原位復建方案都不理想。建設者偏向于采用頂管結構轉換法，但該方法仍然處于理論研究階段，到真正落地實施還需要經過多種手段驗證其可行性與安全性。