暗挖工程下穿古橋施工中的文物保護(hù)措施探析

韓一飛

關(guān)鍵詞：綜合管廊；故宮博物院；文物保護(hù)區(qū)；古建筑群

一、工程概況

（一）建設(shè)內(nèi)容

故宮博物院基礎(chǔ)設(shè)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(shè)范圍包括：造辦處址、內(nèi)務(wù)府署、咸安宮官學(xué)、西河沿、武英殿、西華門、斷虹橋等區(qū)域，總占地面積約17萬平方米。新建綜合管廊約2420米，管廊內(nèi)呈兩艙布置，分為水信電力艙和熱力艙。標(biāo)準(zhǔn)斷面凈尺寸（寬×高）為3.9×2.3米（平頂）/3.6米（拱頂），支線標(biāo)準(zhǔn)斷面凈尺寸（寬×高）為1.8×1.2米（單艙）。

（二）建設(shè)背景及必要性

故宮博物院內(nèi)現(xiàn)狀管線，一部分是各個時期根據(jù)需要添加的，一部分是后期個別系統(tǒng)局部修復(fù)或新增的。現(xiàn)狀管線凌亂、無序、老化現(xiàn)象嚴(yán)重，存在著不同程度的安全隱患，一旦發(fā)生事故將造成無法彌補(bǔ)的損失。全院基礎(chǔ)設(shè)施管線還處于無人監(jiān)控的真空防范狀態(tài)下，成為文物安全保護(hù)的盲區(qū)，險情嚴(yán)重，亟待整改。

為了應(yīng)對日益嚴(yán)峻的形勢、消除安全隱患，通過將給水系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)敷設(shè)在綜合管廊內(nèi)，全面實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的統(tǒng)籌規(guī)劃和智能化管理，提高基礎(chǔ)設(shè)施預(yù)控管理水平和預(yù)警能力，為“平安故宮”工程全面實施提供重要的基礎(chǔ)保障[2]。

二、斷虹橋原位保護(hù)施工思路

斷虹橋位于太和門外、武英殿之東，橫跨于內(nèi)金水河之上。橋面鋪砌漢白玉巨石，兩側(cè)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(shè)年代久遠(yuǎn)，文物級別高、建筑結(jié)構(gòu)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(guān)文獻(xiàn)資料、開展深入研究，會同考古部門對其進(jìn)行勘探，制定詳細(xì)的專項施工方案，并組織各方專家進(jìn)行方案評審。確定了以前期資料收集、加固橋體結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)警、采用合理施工措施、施工后復(fù)測及修復(fù)為主的整體施工思路。

三、原位保護(hù)施工方法

（一）施工前建檔，加強(qiáng)施工監(jiān)測

施工前以斷虹橋原有資料，結(jié)合本工程考古報告為基礎(chǔ)建檔；并對古橋進(jìn)行詳細(xì)勘察、拍照，記錄構(gòu)件的保存現(xiàn)狀及構(gòu)造特征，針對重點部位留取現(xiàn)況影像資料。

為保證施工過程中能夠?qū)崟r了解橋體情況，制定了詳細(xì)的監(jiān)測方案，設(shè)置各類監(jiān)測點45處（圖1），合理設(shè)定監(jiān)測預(yù)警值、報警值，依據(jù)不同情況設(shè)定相關(guān)預(yù)案。并在一襯施工過程中加大監(jiān)控量測的力度，全程進(jìn)行跟蹤量測，內(nèi)容包括斷虹橋結(jié)構(gòu)沉降量測、地表沉降量測、拱頂下沉量測、洞內(nèi)收斂位移量測。根據(jù)監(jiān)測信息及時調(diào)整注漿方案。

（二）構(gòu)筑圍堰，攔截河水

為保證土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(shè)圍堰（圖2），攔截河水。同時對斷虹橋中線東西兩側(cè)10米范圍內(nèi)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(dǎo)致水位高于安全限度則必須停工，等極端天氣結(jié)束水位降到正常水平后方可施工，且需重新搭設(shè)截流壩，保證截流壩在河水沖擊后能繼續(xù)起到截流作用。搭設(shè)完成后，施工人員在截流后的河道內(nèi)進(jìn)行施工作業(yè)，并使用泥漿泵抽出河道內(nèi)殘留積水。

完成截流后，在河道內(nèi)設(shè)置沉降觀測點，在注漿施工期間，每天進(jìn)行3次沉降觀測，密切關(guān)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(nèi)斷虹橋發(fā)生結(jié)構(gòu)變形、沉降、構(gòu)件位移等情況，需在橋洞內(nèi)搭設(shè)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(yán)禁使用有嚴(yán)重銹蝕、彎曲、壓扁或裂紋的鋼管。

滿堂支架的搭設(shè)需滿足國家標(biāo)準(zhǔn)及文物保護(hù)措施方案的要求，采用可調(diào)托撐扣件式單立桿支架，保證支架兩側(cè)距橋洞內(nèi)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(jié)點的位置設(shè)置縱向水平桿、橫向水平桿。立桿上安裝可調(diào)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(xì)砂層，圓礫、卵石層，土質(zhì)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(qū)域采用超前小導(dǎo)管注漿及全斷面注漿，注漿起始位置位于斷虹橋南側(cè)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(jī)施工至規(guī)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(jī)端頭的漿液混合器進(jìn)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(bǔ)償注漿后期因土層固結(jié)而引起的土體回縮變形，并且具有粘度低、流動性好、穩(wěn)定性高、凝膠時間易于控制等特點，能夠保證漿液凝結(jié)后所達(dá)到的強(qiáng)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(wǎng)片及混凝土進(jìn)行掌子面封閉，注漿完畢后破除掌子面進(jìn)行暗挖施工。隧道拱頂、兩側(cè)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(shè)置止?jié){墻。注漿止水范圍需按照初襯外擴(kuò)2米進(jìn)行計算，漿液配比根據(jù)現(xiàn)場情況合理調(diào)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(jù)不同的土質(zhì)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(dāng)注漿流量減少至5～10L/min時，且注漿壓力達(dá)到設(shè)計壓力，則說明注漿飽滿，穩(wěn)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(shè)計值時，注漿壓力應(yīng)增大，接近設(shè)計壓力，同時流量減小。如果注漿量達(dá)到設(shè)計值，注漿壓力、流量無明顯變化，應(yīng)停止注漿查找原因，防止?jié){液泄漏、溢出或串漿，同時調(diào)查周邊管線、構(gòu)筑物，防止?jié){液流入其他管線。

注漿施工完成，開挖土體達(dá)到一定強(qiáng)度后可進(jìn)行暗挖施工，如此反復(fù)。全斷面注漿暗挖施工完成后，采用超前小導(dǎo)管注漿進(jìn)一步加固。

四、文物建筑及重點構(gòu)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(hù)，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(yīng)貫徹考古先行的建設(shè)思路，針對建設(shè)區(qū)域進(jìn)行全方位考古，摸清地下文物遺存情況，確定地下文化層區(qū)域，合理規(guī)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(guān)文獻(xiàn)資料，組織專業(yè)單位進(jìn)行文物勘察、測繪，并咨詢相關(guān)專家意見，歸納總結(jié)分析建筑結(jié)構(gòu)[4]。

（二）因地制宜，采取合理保護(hù)措施

針對不同文物建筑及重點構(gòu)筑物，應(yīng)充分考慮其形制、年代、結(jié)構(gòu)、位置等多方面因素，科學(xué)合理地分析施工可能造成的影響，委托專業(yè)單位進(jìn)行文物影響評估工作。根據(jù)評估報告、現(xiàn)場勘測情況及場地條件編制專項保護(hù)方案，并組織相關(guān)專家對方案進(jìn)行評審。

（三）嚴(yán)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(zhì)保量地完成注漿施工往往是工程順利實施的基礎(chǔ)。而文物建筑及重點構(gòu)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(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況嚴(yán)格控制漿液配合比及凝膠時間。注漿過程中嚴(yán)格控制注漿壓力并隨時觀察，既要防止?jié){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(dá)到設(shè)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(jìn)入穿越段前的第一循環(huán)作為試驗段，監(jiān)測洞內(nèi)收斂情況，觀察沉降值變化，隨時調(diào)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(jìn)行記錄，開挖前要檢驗注漿效果。

（四）建立高效的風(fēng)險源管控模式

對下穿重要文物建筑基礎(chǔ)的地下工程，作為風(fēng)險源進(jìn)行專項設(shè)計。對文物進(jìn)行安全評估，提出變形限值及保護(hù)要求，設(shè)計根據(jù)安全評估要求，進(jìn)行專項結(jié)構(gòu)分析，并采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。

施工時加強(qiáng)管廊周邊地面以及建構(gòu)筑物的變形監(jiān)控量測，合理布置監(jiān)測點，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，并反饋設(shè)計，指導(dǎo)施工，監(jiān)控變形限值應(yīng)滿足建構(gòu)筑物（文物）保護(hù)的要求。同時，歸納、記錄施工全過程文物建筑監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立監(jiān)測檔案，為古建筑監(jiān)測體系提供資料支撐[5]。

設(shè)立由甲方、設(shè)計、管理、監(jiān)理、施工、第三方監(jiān)測專人組成的領(lǐng)導(dǎo)小組，根據(jù)監(jiān)控量測的要求，建立安全預(yù)警機(jī)制，并制定完善的應(yīng)急預(yù)案，以應(yīng)對突發(fā)事件。根據(jù)本項目特點，現(xiàn)場監(jiān)測成果按黃色、橙色和紅色三級預(yù)警進(jìn)行管理和控制。

五、結(jié)語

故宮博物院基礎(chǔ)設(shè)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(jié)構(gòu)施工已順利完成，未發(fā)現(xiàn)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(xù)類似工程實施積累了寶貴經(jīng)驗。