李團社 張建平

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，710043，西安//第一作者,教授級高級工程師)

西安與雅典、羅馬、開羅被譽為世界四大著名古都。西安有著3 100多年的建城史和1 100多年的建都史。歷史上有13個朝代在此建都，其文物資源非常豐富。

從軌道交通線網上看,西安地鐵覆蓋的重點文物較多。主要包括周豐京和鎬京遺址、秦阿房宮遺址、漢長安城遺址、唐大明宮遺址等大遺址，杜陵等大陵墓，明城墻、大雁塔、鐘樓等古建筑,以及其他各種地下文物。西安地鐵遇到的古建筑等文物保護是世界性工程難題。

西安地鐵2號線是西安建設的第1條地鐵。線路走行于南北大街下，穿越城墻的南門、北門和鐘樓,與西安地鐵6號線在鐘樓形成十字換乘，是國家文物總局和許多文物保護專家關注的焦點。

西安地鐵1、2號線的建設針對文物保護問題，從審批程序、專題研究、技術方案、施工保護到運營監(jiān)測等方面都進行了積極的探索。

1 文物部門審批

陜西作為文物大省，其文物資源的保護和利用一直受到各級政府的重視。因此，西安在城市基礎設施建設中，非常注重文物保護。

文物保護法規(guī)定：城市快速軌道交通進行設計和施工需穿越古遺址和古建筑等國家級重點文物時，必須逐級上報，由國家審批。可見,西安地鐵建設要通過國家文物局批準是很重要的一步。

國家文物局要求陜西省文物局對文物建筑風貌與安全等在西安地鐵規(guī)劃設計和施工建設中可能受到的影響做出科學觀測和評估，以確保文物安全萬無一失。

西安地鐵從線網、建設規(guī)劃、項目工可研、施工到運營各階段嚴格遵守國家文物局的要求，做好各項文物保護專題、監(jiān)督監(jiān)控和保護實施方案并最終獲得國家文物局的批準。

2 開展系列文物保護專項研究

針對西安地鐵1、2號線建設過程中的文物保護問題，在各級文物部門的協助下，通過科學研究論證，制定了完善的保護方案，將地鐵工程對文物的影響降到最低，甚至對文物保護起到積極作用。

于2005年進行線網規(guī)劃和建設規(guī)劃工作時，西安地鐵建設方聯合市文物局及文物保護考古所對整個線網區(qū)域進行了詳細的文物調研和普查，開展專項研究，明確文物保護原則和保護內容，對地鐵線路提出規(guī)劃和建設要求，從規(guī)劃源頭為文物保護留出足夠的保護空間。

在西安地鐵2號線建設過程中，省市文物局進行沿線文物普探。篩選出的受影響重點文物為：明城墻北門、南門和鐘樓。開展“西安地鐵2號線下穿鐘樓及城墻設計施工方案”專題研究，形成《西安市城市快速軌道交通二號線通過鐘樓及城墻文物保護方案》，并于2007年2月獲國家文物局批復。

2008年3月對鐘樓進行勘察測繪，同年12 月完成《西安鐘樓本體現狀勘測評估報告》，上報國家文物局并獲得批復。

第二期建設規(guī)劃過程中，西安地鐵6號線再次面臨下穿鐘樓問題(2、6號線換乘)。為監(jiān)測2號線鐘樓段運行振動對文物本體產生的影響,觀測變形、沉降是否滿足國家規(guī)定標準，2013年12月再次對鐘樓進行勘察測繪，同時對比2008年測繪成果，編制了《西安鐘樓本體現狀勘測評估報告》(2014年版)，與“西安地鐵6號線過鐘樓的選線方案”一并上報國家文物局。2015年6月獲國家文物局批復。

3 建立重要的控制標準

(1) 施工沉降控制標準。結合國內外相關資料、鐘樓現狀及現有沉降觀測資料，考慮盾構施工沉降速率較快因素，進行數值仿真計算。經計算，鐘樓臺基地表及其頂面產生的最大沉降量不超過-5 mm，局部傾斜率不超過沉降變形控制標準(0.000 5)；盾構施工沉降在城墻范圍可以采用地表最大沉降量控制標準(+5～-15 mm)，局部傾斜率不超過沉降變形控制標準(0.001)。

(2) 地鐵運營振動控制標準。國家文物局在文物保函[2007]99號《關于〈西安市城市快速軌道交通二號線通過鐘樓及城墻文物保護方案〉的批復》中要求：“因地鐵振動引起的鐘樓、城墻(地面)的垂直振動速度允許最大值建議控制在0.15～0.20 mm/s”。

4 綜合保護措施

地鐵對鐘樓及城墻的影響主要是施工期間的地面沉降和運營期間的振動。故可分別從施工和運營兩個階段進行文物保護。針對施工期間的地面沉降,主要從選線、工法選擇和施工技術方面采取保護措施；而對于運營期間的振動，首先從選線采取措施，然后對振源和振動傳播路徑、介質采取工程措施。

4.1 線站位設計應盡量避開重要遺址和古建筑

西安地鐵2號線在經過鐘樓和城墻時,采取了左右線分開繞行的設計(見圖1)。南門和北門車站均設置于護城河外側，鐘樓站設在鐘樓北側。車站選址及線路選線均盡量遠離鐘樓基座及城墻的變形敏感區(qū)，以降低對鐘樓和城墻的影響。

西安地鐵2號線的在過南城墻段,其右線線路中心與甕城城墻最近距離為10.2 m，左線為11.8 m；在繞鐘樓段,線路右線距鐘樓基座15.4 m，左線距之15.7 m；在過北城墻段,右線距甕城城墻最近距離為10.4 m，左線距之10.8 m。

在線路縱斷面設計中,應盡量加大埋深。隧道頂埋深,過鐘樓段約為13.2 m,過北城墻段約為14.3 m,過南城墻段約為18.7 m。較大的埋深不僅使地鐵避開了地下8 m的“文化層”,同時還降低了線路振動對文物的影響。

4.2 施工方法和加固措施

北門站—鐘樓站—南門站區(qū)間內地貌單元屬黃土梁洼。場地濕陷類型為非自重濕陷性黃土場地，地基濕陷等級為Ⅰ級(輕微)～Ⅱ級(中等)。埋深為8～14 m，土層厚度為0.4～11.0 m。發(fā)生黃土陷穴的可能性較低。故在本區(qū)段內,車站主體和區(qū)間結構不考慮黃土濕陷性影響。對車站出入口及通道等埋深較淺的附屬設施，局部采取地基換填土處理。

鐘樓站在靠近鐘樓端采用暗挖施工。區(qū)間隧道選擇盾構法施工。這兩種施工方法對環(huán)境影響最小,沉降控制最有效。

4.2.1 對鐘樓的保護和加固措施

西安鐘樓(見圖2)屬國家重點文物保護單位。初建于明太祖洪武17年(1384年)，原址在今廣濟街口，1582年遷于現址。西安鐘樓由基座、樓身主體和攢頂組成，通高36 m。方形基座為35.5 m×35.5 m，高8.6 m，夯土外包磚墻，四面正中有高寬各6 m的券洞。樓身為2層木結構，高27.4 m。

圖2 西安鐘樓立面圖

西安鐘樓保護加固采用隔離樁+化學注漿的措施。鐘樓加固設計平面圖見圖3。

圖3 西安鐘樓加固設計平面圖

在鐘樓基座外圍8 m左右設1圈隔離樁，樁徑為1.0 m，間距為1.3 m。跳樁施工，并在樁頂設冠梁。

隔離樁伸入6號線隧道下2 m，樁頂設1 m(寬)×0.8 m(高)的冠梁，將所有的灌注樁連為整體，并在盾構掘進的過程中將地面沉降槽隔斷。這樣灌注樁內側的鐘樓就不會受到影響。

4.2.2 對明城墻的保護和加固措施

西安明城墻屬國家重點文物保護單位,建成于1378年，總長13.7 km，南北向長2.7 km，東西向長約4 km。城墻結構包括夯筑芯墻、外包磚及2 m厚夯土地基。

南門城墻高約11.6 m，底部寬16～18 m，頂部寬12～14 m；南門洞為拱券形，寬6.1 m，高8.8 m；甕城東西長70.0 m，南北寬50.0 m，甕城城樓高19.6 m。北門城墻高約12 m，底部寬16～18 m，頂部寬12～14 m；北門洞亦為拱券形，寬6.1 m，高8.2 m；甕城東西長70.5 m，南北寬47.7 m，甕城箭樓高19.6 m。

(1) 對城墻基礎采用鉆孔樁+袖閥管注漿的加固措施。加固措施平面圖見圖4。盾構施工前在城墻兩側8 m、甕城兩側5 m的位置打設直徑1 m鉆孔灌注樁，間距1.3 m，樁長至盾構底下2 m。樁頂設冠梁。在盾構穿越處,樁長至盾構頂上1 m處。預先對城墻地基采用袖閥管注漿加固，在圍護樁范圍內打設1排袖閥管注漿，間距為0.6 m×0.6 m，梅花形布置，加固范圍為地下3～11 m。注漿漿液采用水泥-水玻璃雙液漿。

圖4 線路穿越城墻處的隔離樁加固措施平面圖

(2) 對城墻外部及城墻門洞采用外掛鋼板網+支護的防護措施。盾構通過時采用外掛鋼板網對城墻進行護壁，鋼板網規(guī)格為GW3×65 mm×2 500 mm×8 000 mm，盡量密貼；沿門洞輪廓設置1圈工字鋼內支護，工字鋼采用22b，縱向間距為1 000 mm，沿環(huán)向每隔1 m設1道加強縱向聯系。

4.3 施工期間沉降監(jiān)測

盾構下穿鐘樓城墻期間監(jiān)測頻率為3～5次/d。

左線盾構于2008年12月1日盾構刀盤進入城墻范圍，2008年12月3日盾尾脫出城墻范圍；右線盾構于2009年1月20日盾構刀盤進入城墻范圍，2009年1月22日盾尾脫出城墻范圍;2009年3月19日鐘樓站—南門站盾構成功穿越鐘樓。

截至2009年5月31日，監(jiān)測結果顯示：鐘樓臺基最大沉降為-1.48 mm,左線盾構穿越段城墻門洞最大沉降為-2.79 mm,右線盾構穿越段城墻門洞最大沉降為-6.56 mm;地表和洞內變形較小，并隨著時間逐漸趨于穩(wěn)定;鐘樓城墻處于安全狀態(tài)。

4.4 地鐵運營期間的保護措施

4.4.1 采用無縫線路、鋼彈簧浮置板減振道床

西安地鐵2號線穿過城墻及鐘樓等文物敏感地段時，軌道采用無縫線路，并采用減振效果最好、國際最先進的鋼彈簧浮置板減振道床，以減少地鐵運營期間對文物的影響。

線路鋼彈簧浮置板道床設置范圍：過北門城墻段為Y(Z)CK11+410～Y(Z)CK11+700；過鐘樓段為Y(Z)CK13+300～Y(Z)CK13+530；過南門城墻段為Y(Z)CK14+140～Y(Z)CK14+430。

4.4.2 加強運營監(jiān)測

2011年9月16日西安地鐵2號線開始運營，2011年12月—2012年6月對鐘樓進行了各種工況下的振動監(jiān)測。2013年12月—2014年2月再次對鐘樓進行了各種工況下的振動監(jiān)測。監(jiān)控的各部位振動速度幅值最大值見表1。

表1 各種工況下的振動速度幅值監(jiān)測結果 mm/s

兩次測試結果均滿足國家規(guī)范GB/T 50452—2008《古建筑防工業(yè)振動技術規(guī)范》中對臺基和木結構的容許振動標準的要求。

5 實施效果

2009年3月,西安地鐵2號線盾構成功穿越城墻段和鐘樓段。現場監(jiān)測結果顯示：鐘樓臺基最大沉降為-1.48 mm；盾構穿越段城墻門洞最大沉降-6.56 mm;地表和洞內變形較小，并隨著時間逐漸趨于穩(wěn)定。可見,沉降變形滿足工程及周邊環(huán)境的要求，確保了施工安全。

自西安地鐵2號線于2011年9月運營后，對下穿鐘樓段進行連續(xù)6個月的現場勘察觀測。由觀測結果可確認鐘樓基座沉降穩(wěn)定，樓體木結構變形數值很小，未見傾向性變形，整體建筑保護狀況良好。

6 結語

西安地鐵建設過程中攻克了“黃土、地裂縫、古建筑”三大世界性工程難題，并完美解決了“工程建設與文物保護、科技創(chuàng)新與歷史傳承”的獨特矛盾。西安地鐵2號線建設工程的文物保護工作為其他類似工程提供了參考。