暗挖工程下穿古橋施工中的文物保護措施探析

韓一飛

關鍵詞：綜合管廊；故宮博物院；文物保護區；古建筑群

一、工程概況

（一）建設內容

故宮博物院基礎設施維修改造一期（試點）工程是“平安故宮”工程[1]的重要組成部分。工程建設范圍包括：造辦處址、內務府署、咸安宮官學、西河沿、武英殿、西華門、斷虹橋等區域，總占地面積約17萬平方米。新建綜合管廊約2420米，管廊內呈兩艙布置，分為水信電力艙和熱力艙。標準斷面凈尺寸（寬×高）為3.9×2.3米（平頂）/3.6米（拱頂），支線標準斷面凈尺寸（寬×高）為1.8×1.2米（單艙）。

（二）建設背景及必要性

故宮博物院內現狀管線，一部分是各個時期根據需要添加的，一部分是后期個別系統局部修復或新增的。現狀管線凌亂、無序、老化現象嚴重，存在著不同程度的安全隱患，一旦發生事故將造成無法彌補的損失。全院基礎設施管線還處于無人監控的真空防范狀態下，成為文物安全保護的盲區，險情嚴重，亟待整改。

為了應對日益嚴峻的形勢、消除安全隱患，通過將給水系統、供熱系統、供配電系統、智能化系統敷設在綜合管廊內，全面實現基礎設施的統籌規劃和智能化管理，提高基礎設施預控管理水平和預警能力，為“平安故宮”工程全面實施提供重要的基礎保障[2]。

二、斷虹橋原位保護施工思路

斷虹橋位于太和門外、武英殿之東，橫跨于內金水河之上。橋面鋪砌漢白玉巨石，兩側石欄板雕刻穿花龍紋圖案，望柱上有石獅，橋長18.7米、最寬處9.2米。作為本工程穿越的重點文物建筑之一，具有建設年代久遠，文物級別高、建筑結構資料缺失，施工難度極大等特點。為保證暗挖管廊施工時斷虹橋的安全，首先需要梳理相關文獻資料、開展深入研究，會同考古部門對其進行勘探，制定詳細的專項施工方案，并組織各方專家進行方案評審。確定了以前期資料收集、加固橋體結構、加強監測預警、采用合理施工措施、施工后復測及修復為主的整體施工思路。

三、原位保護施工方法

（一）施工前建檔，加強施工監測

施工前以斷虹橋原有資料，結合本工程考古報告為基礎建檔；并對古橋進行詳細勘察、拍照，記錄構件的保存現狀及構造特征，針對重點部位留取現況影像資料。

為保證施工過程中能夠實時了解橋體情況，制定了詳細的監測方案，設置各類監測點45處（圖1），合理設定監測預警值、報警值，依據不同情況設定相關預案。并在一襯施工過程中加大監控量測的力度，全程進行跟蹤量測，內容包括斷虹橋結構沉降量測、地表沉降量測、拱頂下沉量測、洞內收斂位移量測。根據監測信息及時調整注漿方案。

（二）構筑圍堰，攔截河水

為保證土體結構穩固，防止河水滲漏造成水土流失，施工前在斷虹橋上、下游分別搭設圍堰（圖2），攔截河水。同時對斷虹橋中線東西兩側10米范圍內河道清理，將河底淤泥、雜物清理干凈，露出河底砌石表面，為橋體加固提供條件。截流壩施工需避開汛期、雨季，并保證金水河水位低于一定限度。如遭遇極端天氣導致水位高于安全限度則必須停工，等極端天氣結束水位降到正常水平后方可施工，且需重新搭設截流壩，保證截流壩在河水沖擊后能繼續起到截流作用。搭設完成后，施工人員在截流后的河道內進行施工作業，并使用泥漿泵抽出河道內殘留積水。

完成截流后，在河道內設置沉降觀測點，在注漿施工期間，每天進行3次沉降觀測，密切關注河道高程變化，防止注漿引起河道底部拱起。

（三）橋體加固

為防止施工期內斷虹橋發生結構變形、沉降、構件位移等情況，需在橋洞內搭設滿堂腳手架支撐拱底（圖3）。支架采用焊接鋼管，鋼管端部切口平整，嚴禁使用有嚴重銹蝕、彎曲、壓扁或裂紋的鋼管。

滿堂支架的搭設需滿足國家標準及文物保護措施方案的要求，采用可調托撐扣件式單立桿支架，保證支架兩側距橋洞內壁不超過0.6米，立桿排距、縱距及橫桿步距均為0.6米。主節點的位置設置縱向水平桿、橫向水平桿。立桿上安裝可調托撐上托100×100毫米的方木龍骨，龍骨與拱底頂緊，立桿下墊200×50毫米腳手板。

（四）過橋段全斷面注漿

本工程暗挖沿線穿越的地層主要是中砂、細砂層，圓礫、卵石層，土質松散。為保證隧道上方古橋的安全，防止暗挖施工時土層松動塌陷對橋體造成影響，穿越斷虹橋區域采用超前小導管注漿及全斷面注漿，注漿起始位置位于斷虹橋南側16米處，注漿總長度31米。

注漿施工采用雙重管A、B無收縮雙液注漿工法，使用二重管鉆機施工至規定深度后注漿。漿液分為A液（水玻璃+水）和B液（磷酸+水泥漿+水），漿液通過二重管鉆機端頭的漿液混合器進行充分混合。注漿施工中漿液材料的選用及注漿壓力、速度和注漿量的控制尤為重要。本工程采用的漿液具有微膨脹性，可以補償注漿后期因土層固結而引起的土體回縮變形，并且具有粘度低、流動性好、穩定性高、凝膠時間易于控制等特點，能夠保證漿液凝結后所達到的強度較高[3]。

注漿過程分為掌子面封閉及注漿，隧道施工工作面注漿止水前，需采用鋼筋網片及混凝土進行掌子面封閉，注漿完畢后破除掌子面進行暗挖施工。隧道拱頂、兩側及底板處需外插18度鉆桿，每6米一個施工段，每次注漿孔深6米，開挖4米，每段縱向搭接2米設置止漿墻。注漿止水范圍需按照初襯外擴2米進行計算，漿液配比根據現場情況合理調整。注漿采用高壓注漿泵，初壓擬為0.3Mpa，終壓為0.6Mpa，注漿初始速度根據不同的土質確定。在注漿過程中，注漿速度會隨著注漿量的增加而逐漸降低，注漿壓力則逐漸增大。當注漿流量減少至5～10L/min時，且注漿壓力達到設計壓力，則說明注漿飽滿，穩壓后停止注漿。

注漿壓力、流量和注漿量是相互影響的，注漿量接近設計值時，注漿壓力應增大，接近設計壓力，同時流量減小。如果注漿量達到設計值，注漿壓力、流量無明顯變化，應停止注漿查找原因，防止漿液泄漏、溢出或串漿，同時調查周邊管線、構筑物，防止漿液流入其他管線。

注漿施工完成，開挖土體達到一定強度后可進行暗挖施工，如此反復。全斷面注漿暗挖施工完成后，采用超前小導管注漿進一步加固。

四、文物建筑及重點構筑物穿越施工的建議

（一）考古先行

地下工程穿越文物建筑時，不僅要考慮地上文物建筑保護，還需考慮施工對地下文物遺存、地下文化層的影響，這也是工程實施的重點及難點。應貫徹考古先行的建設思路，針對建設區域進行全方位考古，摸清地下文物遺存情況，確定地下文化層區域，合理規避地下文物，將施工帶來的影響降至最低。故而施工前需多方面搜集該文物建筑或類似年代、形式的相關文獻資料，組織專業單位進行文物勘察、測繪，并咨詢相關專家意見，歸納總結分析建筑結構[4]。

（二）因地制宜，采取合理保護措施

針對不同文物建筑及重點構筑物，應充分考慮其形制、年代、結構、位置等多方面因素，科學合理地分析施工可能造成的影響，委托專業單位進行文物影響評估工作。根據評估報告、現場勘測情況及場地條件編制專項保護方案，并組織相關專家對方案進行評審。

（三）嚴格控制注漿施工

注漿作為地下工程中最為常見的施工措施，如何保質保量地完成注漿施工往往是工程順利實施的基礎。而文物建筑及重點構筑物地下穿越施工中保證注漿加固的同時，不對建筑本體造成影響更是該類型施工的重中之重。

因此，注漿前應根據現場實際情況嚴格控制漿液配合比及凝膠時間。注漿過程中嚴格控制注漿壓力并隨時觀察，既要防止漿液壓力過大對地面文物建筑及地下文化遺存造成破壞，也要保證注漿終壓及漿液的滲透范圍達到設計要求。同時密切觀察排漿量的變化，分析注漿施工情況。

將進入穿越段前的第一循環作為試驗段，監測洞內收斂情況，觀察沉降值變化，隨時調整完善注漿方案。整個施工過程中需安排專人對注漿壓力及注漿量進行記錄，開挖前要檢驗注漿效果。

（四）建立高效的風險源管控模式

對下穿重要文物建筑基礎的地下工程，作為風險源進行專項設計。對文物進行安全評估，提出變形限值及保護要求，設計根據安全評估要求，進行專項結構分析，并采取相應的加強措施。

施工時加強管廊周邊地面以及建構筑物的變形監控量測，合理布置監測點，以便及時發現問題，并反饋設計，指導施工，監控變形限值應滿足建構筑物（文物）保護的要求。同時，歸納、記錄施工全過程文物建筑監測數據，建立監測檔案，為古建筑監測體系提供資料支撐[5]。

設立由甲方、設計、管理、監理、施工、第三方監測專人組成的領導小組，根據監控量測的要求，建立安全預警機制，并制定完善的應急預案，以應對突發事件。根據本項目特點，現場監測成果按黃色、橙色和紅色三級預警進行管理和控制。

五、結語

故宮博物院基礎設施維修改造工程作為大型古建群地下暗挖工程，是不可多得的特殊案例。其中斷虹橋穿越施工段是該工程的重點及難點，目前此施工段結構施工已順利完成，未發現對斷虹橋及其周邊文物建筑造成任何影響，為該工程下一階段施工及后續類似工程實施積累了寶貴經驗。