陸航
南京市地鐵交通設(shè)施保護辦公室
編者按:南京作為長三角及華東地區(qū)唯一的特大城市,有著近4000年的建城史,地下文物豐富,地鐵建設(shè)施工對古建筑地下文物保護范圍廣、難度大。隨著南京地鐵5號線的建設(shè)投入,地鐵建設(shè)中的古文物保護工作成為地鐵設(shè)計及建設(shè)的探尋重點。本文將就地鐵施工中對古文物保護工作的要點進行探討。
南京,古稱建康、金陵、建鄴,是中國四大古都之一,首批國家歷史文化名城,中華文明的重要發(fā)源地。南京是四大古都中唯一未做過異族政權(quán)首都的古都,先后有東吳、東晉,南朝的宋、齊、梁、陳等王朝在這里建都,此外,南唐、明初、太平天國、中華民國也定都于此。它曾是“六代帝王國、三吳佳麗城”的金粉之地,有“六朝古都、十朝都會”之稱。
南京地處中國東部、長江下游、瀕江近海,長期是中國南方的政治、經(jīng)濟、文化中心。南京這個古老的城市,既有自然山水之勝,又有歷史文物之雅,其城市綠化為全國之冠,是兼具古今文明的園林化城市。作為長三角及華東唯一的特大城市,有著4000年以上的文明史,城區(qū)古建筑及地下文物分布范圍廣、數(shù)量眾多,至今在南京的地下及地上尚留存著無數(shù)的文物及遺跡,是南京歷史文化積淀中的重要特色與優(yōu)勢,南京市博物館收藏的六朝文物著稱于世界。
南京地鐵5號線南起江寧區(qū)吉印大道,北至老下關(guān)區(qū)方家營,線路貫穿南京主城區(qū),建設(shè)里程37.4公里,沿線涉及文物行政部門審批的不可移動文物共計22處。為確保文物安全,5號線選線規(guī)劃方案和文物影響評估報告研究自2015年6月啟動以來,經(jīng)多次修改完善,最終通過了國家文物局的審核。根據(jù)批復(fù)文件:國家文物局原則同意南京地鐵5號線選線規(guī)劃設(shè)計方案(修編版),但同時提出進一步深化設(shè)計方案的意見,具體包括:分析論證文物建筑底部采取袖閥注漿處理的可行性;核算并有效控制施工可能導(dǎo)致的文物建筑沉降量和局部傾斜度;出入口選址盡量避讓文物保護單位保護區(qū)劃范圍;繼續(xù)做好已建地鐵運行振動監(jiān)測;充分考慮降水因素對施工的影響,確保施工期間文物安全。
就此看來,文物保護工作給地鐵修建帶來了重重阻礙。曾有專家指出,古都西安本就不該修地鐵,但隨著西安首條地鐵2號線的順利運營,這種說辭不攻而破。西安在修建地鐵的同時保護好了文物,為其他古城修建地鐵提供了可借鑒樣本。
地鐵施工對周圍建筑物沉降影響有4個因素:(1)由于降水增加鄰近建筑物的地基附加應(yīng)力引起變形;(2)由于基坑支護的側(cè)向變形引起鄰近建筑物的沉陷;(3)由于降水,對某些特殊土壤的含水率發(fā)生變化引起鄰近建筑物地基的收縮;(4)施工時在鄰近建筑物附近的施工荷載引起地基的附加應(yīng)力增加。為減小施工影響,確保文物安全,鄰近文物的車站可采用圍護結(jié)構(gòu)型式,其保溫、隔熱、防水、耐久等性能,能較好控制文物變形。
在隧道建設(shè)時,為避免對文物造成破壞,線路設(shè)計上應(yīng)盡量遠離繞行文物變形敏感區(qū),加大埋深;在施工方法上選擇安全性能最好的盾構(gòu)技術(shù),最大限度降低施工沉降和振動對文物的影響。土壓平衡盾構(gòu)技術(shù)對控制隧道周圍土體沉陷及建筑物保護非常有利,此技術(shù)多用于軟土、砂礫和強風(fēng)化巖層及含水的混合地層的隧道掘進,適應(yīng)地層更廣,能滿足不同地層的掘進速度要求。盾構(gòu)若配備了同步注漿系統(tǒng),對控制隧道周圍土體沉陷及建筑物保護非常有利。[3]對于處于地下文物重點保護區(qū)內(nèi)的站位區(qū)段,隧道施工最好采用明挖法,依照相關(guān)文物保護法規(guī),這些明挖施工區(qū)段,施工前均需要先進行考古調(diào)查勘探。
正式施工前,文物建筑的結(jié)構(gòu)安全檢測鑒定工作也十分重要,主要包括:地基基礎(chǔ)檢測、材料強度檢測、砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)造檢查等檢測。在此基礎(chǔ)上,對結(jié)構(gòu)類型、建筑物安全等級、基本風(fēng)壓、場地土類別以及強度取值和荷載等進行驗算鑒定。在地鐵初期設(shè)計時才能考慮全名,避免施工帶來沉降過量等不利后果。
對于某些重點文物建筑,應(yīng)預(yù)先設(shè)置隔離樁,并預(yù)留化學(xué)注漿加固處理地基的條件,以便在量測超限時能及時注漿,減少施工及運營過程中對文物的影響。需要注意的是,地鐵設(shè)計時對于地鐵道床形式及軌道線路的正確選擇,也將大大減小地鐵運營階段振動量對文物的不良影響。
地鐵施工安全生產(chǎn)應(yīng)以預(yù)防為主,第三方監(jiān)測能對施工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行監(jiān)督、對比和核對,對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行科學(xué)分析,及時發(fā)現(xiàn)問題和可能存在的隱患,在區(qū)間和車站施工過程中加強監(jiān)測,變形量達到預(yù)警值時及時啟動應(yīng)急預(yù)案。監(jiān)測對象不僅局限于需要重點保護的文物,對盾構(gòu)推進施工影響范圍內(nèi)的地面建(構(gòu))筑物、地下管線、人防等設(shè)施也應(yīng)進行監(jiān)測。
具體監(jiān)測內(nèi)容包括:地表道路下沉、地面重要建筑物的沉降、傾斜和開裂、土體水平位移、地下管線的沉降、隧道收斂等。為確保施工安全,監(jiān)測點的布設(shè)應(yīng)立足于隨時可獲得全面信息,監(jiān)測頻率必須根據(jù)施工需要跟蹤服務(wù),每次測量要注意輕重緩急,在盾構(gòu)出洞時要加密監(jiān)測頻率直至跟蹤監(jiān)測,具體如下:①在區(qū)間隧道盾構(gòu)出洞前布設(shè)監(jiān)測點,取得穩(wěn)定的測試數(shù)據(jù),在盾構(gòu)出洞后即開始連續(xù)跟蹤監(jiān)測,監(jiān)測頻率可根據(jù)工程需要隨時調(diào)整;②地面沉降、管線沉降的觀測范圍為盾構(gòu)前20米,后50米,以及這70米范圍內(nèi)的管線測點。在盾構(gòu)推進期間每天測量2次;③建筑物沉降,根據(jù)盾構(gòu)推進里程及建筑物距隧道軸線的遠近,對不同的建筑物可采用不同的監(jiān)測頻率,最終的目的是達到及時了解建筑物的變化情況即可,在盾構(gòu)穿越古建筑時要根據(jù)沉降量及沉降速率隨時調(diào)整監(jiān)測頻率,直至跟蹤監(jiān)測。
為了實現(xiàn)文物保護,在地鐵設(shè)計方案中有幾個重點需要考慮:
一是確定地鐵區(qū)間工法選擇,施工對文物的影響控制在安全范圍內(nèi);
二是施工前對文物建筑結(jié)構(gòu)進行檢測評估,確定其變形控制標準,根據(jù)評估結(jié)果對其采取針對性措施;
三是對保護文物建立完善的變形監(jiān)控體系,保證文物沉降量控制在國家標準內(nèi);
四是充分考慮鄰近文物的地鐵車站基坑的止水設(shè)計。
地鐵對鄰近文物遺址的影響程度隨車速、隧道埋深、距遺址水平距離遠近而不同。地表振動隨隧道埋深、距文物遺址的水平距離的增加而減小,隨車速的增加而增大,因此需要加大隧道與文物避讓距離或采取適當?shù)臏p振措施,從而對古建筑文物的振動保護留有余量。文物遺址較多的地區(qū),在地鐵建設(shè)設(shè)計過程中,必須分點、段開展文物安全穩(wěn)定性專項評估,采取及時有效的減振、隔振措施,以保護文物。