淺談西安地鐵建設(shè)中的文物勘探與保護(hù)

馬志堯

摘 要：作為十三朝古都，國家級歷史文化名城的西安，擁有著大量的地上和地下文物古跡。近年來，隨著我國地下軌道交通項(xiàng)目的日益增加，地鐵建設(shè)迅速發(fā)展，在地鐵建設(shè)施工的過程中，可能會穿越不同級別的地上已知文物保護(hù)單位或占壓地下未知文物，地鐵建設(shè)施工過程中的文物保護(hù)工作就顯得至關(guān)重要。本文結(jié)合西安地鐵4號線施工中遇到的具體案例， 提出了地鐵建設(shè)中文物保護(hù)工作的具體內(nèi)容和采取的措施。

關(guān)鍵詞：地鐵；施工；文物；文物保護(hù)

中圖分類號：TU-87 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0232-02

西安地鐵4號線，是西安市城市軌道交通規(guī)劃的第四條地鐵線路，方向?yàn)槟媳狈较?。線路南起航天產(chǎn)業(yè)基地，北至西安北客站，全線設(shè)車輛段和停車場各一處。連接西安北客站和西安火車站，由南至北依次貫穿曲江新區(qū)、雁塔區(qū)、碑林區(qū)、未央?yún)^(qū)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)。線路全長35.2km，全部為地下線路。線路經(jīng)過唐大明宮、唐芙蓉園、曲江池等遺址保護(hù)區(qū)。

1 地鐵建設(shè)中文物保護(hù)原則

文物保護(hù)是西安地鐵建設(shè)中的重點(diǎn)問題，地鐵公司作為建設(shè)方對文物保護(hù)工作高度重視。在建設(shè)過程中嚴(yán)格遵循以下幾項(xiàng)原則：

（1）在國家、省文物主管部門的指導(dǎo)和市政府領(lǐng)導(dǎo)親自把控下，西安地鐵在規(guī)劃建設(shè)嚴(yán)格遵守《中華人民共和國文物保護(hù)法》、《陜西省文物保護(hù)條例》及省市有關(guān)文件要求；（2）從一開始的規(guī)劃選線時(shí)盡量避開文物保護(hù)區(qū)，實(shí)在避不開的，對于地上文物工程設(shè)計(jì)和施工要做到不破壞文物遺址的完整性，不影響歷史文化風(fēng)貌，對于地下文物，在工程設(shè)計(jì)和施工中要做到穿越時(shí)不傷及遺址主體；（3）規(guī)劃編制及施工建設(shè)每一環(huán)節(jié)，都征詢文物部門的建議，對沿線的文物古跡按照有關(guān)規(guī)定編制專項(xiàng)文物保護(hù)規(guī)劃，組織專家論證，逐級上報(bào)審批，手續(xù)完備，并在地鐵項(xiàng)目建設(shè)過程中采取措施實(shí)施保護(hù)和監(jiān)測；（4）地鐵建設(shè)線路所有項(xiàng)目開工建設(shè)前，均進(jìn)行了文物勘探和必要的考古發(fā)掘工作。

2 地鐵建設(shè)中文物保護(hù)的具體措施

2.1 施工中對已知文物的保護(hù)措施

由于西安市的建成區(qū)與遺址區(qū)高度重合，地鐵4號線線路又主要分布于城市建成區(qū)和主干道。地鐵施工中穿越了大量的地面已知的文物保護(hù)單位，結(jié)合既往一、二、三號線的施工經(jīng)驗(yàn)，確定了4號線施工中的文物保護(hù)原則。

在線路規(guī)劃設(shè)計(jì)階段盡量避開遺跡、遺址的分布密集區(qū)，避免對其造成破壞；對于必須經(jīng)過以公布保護(hù)范圍和建設(shè)控制區(qū)域的文物保護(hù)單位，線路和站點(diǎn)盡量避免設(shè)置在遺跡本體和核心區(qū)域，盡量設(shè)置在緩沖區(qū)或者規(guī)劃控制區(qū)。

對于必須經(jīng)過遺跡本體或者核心區(qū)域的，例如：4號線和平門～大差市區(qū)間盾構(gòu)下穿和平門。則通過優(yōu)化線路斷面方案，加大線路間距，增大線路埋深；選擇對地面沉降較小的盾構(gòu)法施工；對地基土進(jìn)行注漿加固；采用目前最先進(jìn)的鋼彈簧浮置板道床減振。并制定嚴(yán)密的監(jiān)測實(shí)施方案，結(jié)合2號線先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，采用現(xiàn)代仿真技術(shù)解決傳統(tǒng)文物保護(hù)手段中，研究成本高，對文物本體容易產(chǎn)生影響等問題，開展大量的以文物保護(hù)為目的的模擬計(jì)算，以地鐵穿越文物引起的沉降變形和振動(dòng)為邊界條件，提出文物本體抵抗沉降和振動(dòng)的具體標(biāo)準(zhǔn)，研究地鐵結(jié)構(gòu)埋設(shè)深度、加固措施、施工工法等影響文物安全的因素，并以此為基礎(chǔ)提出了較為可靠、安全的施工方案。

2.1.1 四號線與和平門的關(guān)系

和平門城墻位于西安城墻的南段，該區(qū)段范圍內(nèi)城墻高約12m，頂寬15m，底寬18m。其中洞寬7.0m，高8.0m，4個(gè)門洞大小相同，門洞間隔墻厚3.0m。城墻段結(jié)構(gòu)形式為：夯筑芯墻+外包磚。地鐵四號線采用盾構(gòu)區(qū)間下穿和平門，盾構(gòu)隧道從和平門門洞下方穿過和平門。

2.1.2 具體文物保護(hù)方案

項(xiàng)目建設(shè)前期，嚴(yán)格執(zhí)行《中華人民共和國文物保護(hù)法》和《陜西省文物保護(hù)條例》，地鐵公司委托多家具有專業(yè)資質(zhì)的研究設(shè)計(jì)單位開展了地鐵四號線下穿西安城墻和平門文物保護(hù)專項(xiàng)方案研究工作。

為了確保施工及運(yùn)營過程中西安城墻和平門的安全穩(wěn)定，結(jié)合西安地鐵一、二號線的工程經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行理論計(jì)算和數(shù)值仿真研究的基礎(chǔ)上，通過工程類比，提出了以下措施：

（1）線路平面：區(qū)間隧道左右線盡可能加大線間距，從而避免隧道開挖引起的沉降槽疊加。（2）線路縱斷面：區(qū)間隧道盡可能加大埋深，從而將城墻基礎(chǔ)置于隧道壓力拱影響范圍之外。（3）工法選擇對環(huán)境影響最小、沉降控制最有效的盾構(gòu)法施工。（4）加固設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能減小施工期間對城墻的影響，加固設(shè)計(jì)盡可能不改變城墻現(xiàn)狀和原貌。為了便于盾構(gòu)法施工隧道安全順利的通過和平門城墻及其門洞，需對門洞基礎(chǔ)下方土體進(jìn)行加固，加固方案采用袖閥管注漿方式（即采用化學(xué)注漿增大地層變形模量從而減少地層沉降量）提高隧道埋深范圍內(nèi)地層抵抗不均勻變形的能力。注漿加固需在盾構(gòu)機(jī)通過前完成。盾構(gòu)機(jī)通過前，在地表城墻門洞基礎(chǔ)周邊布置2排袖閥管進(jìn)行注漿加固。注漿加固漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，現(xiàn)場可根據(jù)實(shí)際情況以及所需的凝結(jié)時(shí)間適當(dāng)調(diào)整水灰比和雙液比。注漿加固結(jié)束以達(dá)到穩(wěn)定壓力為準(zhǔn)。注漿過程中應(yīng)注意控制注漿壓力，防止壓力過大，造成地面隆起。（5）道床設(shè)計(jì)采用鋼彈簧浮置板減振道床，降低運(yùn)營期間地鐵振動(dòng)對城墻的影響。

2.1.3 模擬計(jì)算保護(hù)成果

通過建立城墻地形三維有限元模型（圖1），模擬分析在盾構(gòu)下穿城墻四個(gè)典型工況下，對城墻和地面各沉降觀測點(diǎn)的監(jiān)測和計(jì)算。驗(yàn)證采取保護(hù)措施有效性。

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的不同位置，本次研究共考慮了4種典型工況：工況一：左線隧道開挖至門洞正下方；工況二：左線隧道貫通；工況三：右線隧道開挖至城墻正下方，保持左線貫通；工況四：雙線隧道均貫通。

監(jiān)測斷面沉降，在計(jì)算過程中，設(shè)置7個(gè)沉降監(jiān)測點(diǎn)：城墻基礎(chǔ)沉降點(diǎn)5個(gè)：I、II、III、IV、V；地面沉降點(diǎn)2個(gè)：VI、VII。沉降監(jiān)測點(diǎn)布置圖如圖2所示。

對比僅采用加大左右線間距、加大埋深，未采用地基加固前各種工況下沉降計(jì)算結(jié)果：經(jīng)過前期線路優(yōu)化，增加區(qū)間隧道的埋深，使得隧道開挖對于上部城墻的影響已經(jīng)大大減小。盾構(gòu)機(jī)在開挖過程中造成的地面沉降，與西安地鐵一、二號線盾構(gòu)隧道穿越文物及文物帶的沉降規(guī)律基本一致，也滿足四號線和平門段城墻保護(hù)所提出的沉降標(biāo)準(zhǔn)。

對比采用地基加固后各種工況下沉降計(jì)算結(jié)果城墻基礎(chǔ)加固后，城墻基礎(chǔ)最大沉降略有減小。沉降變化幅度由大到小依次為工況一，工況二，工況三，工況四，而最終工況（工況四）情況下加固前和加固后城墻基礎(chǔ)沉降相差最小。

和平門城墻的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明，加大線路埋深和增加平面線間距是減小城墻和地表沉降最有利和最天然的方法，這與和平門城墻保護(hù)措施的設(shè)計(jì)思路是一致的。同時(shí)，數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果還表明，在設(shè)計(jì)的加固方案條件下，可以對城墻基礎(chǔ)沉降起到一定預(yù)防作用，對于隧道間的沉降槽亦有一定抑制作用，故地面埋置袖閥管注漿加固方案可有效控制地鐵盾構(gòu)隧道施工過程中產(chǎn)生的變形及沉降，能夠確保城墻的結(jié)構(gòu)安全。

2.2 施工建設(shè)前期的文物勘探和考古發(fā)掘

按照《中華人民共和國文物保護(hù)法》、《陜西省文物保護(hù)條例》、《西安歷史文化名城保護(hù)條例》等相關(guān)法律、法規(guī)的規(guī)定，西安市行政區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的建設(shè)工程項(xiàng)目，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)事先報(bào)文物行政主管部門，由文物行政主管部門組織從事考古發(fā)掘的單位在工程范圍內(nèi)進(jìn)行文物勘探。文物勘探是調(diào)查了解古代文化遺存的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、范圍等基本情況，為建設(shè)項(xiàng)目施工前的考古發(fā)掘工作提供科學(xué)的可靠依據(jù)的工作，是為保護(hù)地下文物遺存免受生產(chǎn)、建設(shè)性破壞的一項(xiàng)重要措施。地鐵公司在各條線路開工建設(shè)前與文物部門一起完成大量與文物保護(hù)有關(guān)的工作，包括：（1）與文物保護(hù)部門簽訂的文物勘探和古墓葬發(fā)掘協(xié)議，提供各條線路各車站相關(guān)圖紙資料。（2）土建單位進(jìn)場施工前對廣大職工進(jìn)行文物法的宣傳和文物安全警示教育。地鐵建設(shè)穿越西安市城市建成區(qū)和主干道，地鐵車站、附屬結(jié)構(gòu)、停車場、車輛段等設(shè)施設(shè)備，在建設(shè)過程中有可能壓占地下未知文物，每一個(gè)站點(diǎn)和開挖區(qū)域均事先進(jìn)行考古勘探。新征地或無建筑無硬化道路等無勘探障礙的施工區(qū)域，如停車場、車輛段等則進(jìn)行了全面普探。根據(jù)與文物保護(hù)部門簽訂的合同，線路開工建設(shè)前，車站圍擋完畢破除硬化路面之后，由文物保護(hù)部門及時(shí)對施工區(qū)域進(jìn)行文物勘探工作，考慮到地面區(qū)域的交通等問題，文物勘探和考古發(fā)掘主要采取配合工程進(jìn)度分階段分區(qū)域?qū)嵤?。?dòng)工之前先在無障礙區(qū)域進(jìn)行文物勘探，隨后施工中又對原來有障礙現(xiàn)已破除的地方及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)探。若在勘探和后續(xù)施工中發(fā)現(xiàn)古墓葬、古遺跡、古井等文物跡象時(shí)，施工單位則立即停工保護(hù)現(xiàn)場，并積極配合文物保護(hù)進(jìn)行考古發(fā)掘工作。

2.3 保護(hù)成果

截至目前西安地鐵1、2、3號線已通車，通過地鐵公司與文物保護(hù)部門的積極配合，地鐵四號線和平門～大差市區(qū)間下穿和平門的文物保護(hù)方案，已獲得國家文物局批準(zhǔn)。西安地鐵4號線施工前進(jìn)行文物勘探工作時(shí)發(fā)現(xiàn)多座古墓如航天城車輛段在施工進(jìn)場前進(jìn)行文堪工作時(shí)發(fā)現(xiàn)古墓34座，出土了很多具有重要意義的文物，文物時(shí)代跨度長，為西安地區(qū)古代墓葬的研究提供了新的實(shí)物資料，對研究長安少陵原的歷史具有重要意義。目前已發(fā)掘墓葬的所有出土文物和考古資料已提取，發(fā)掘過得古墓葬已回填，建設(shè)單位已恢復(fù)正常施工，未對工期造成較大影響。

3 結(jié)語

物轉(zhuǎn)星移，歲月在流逝，歷史在遠(yuǎn)走。無數(shù)傳說、無數(shù)歷史凝結(jié)在浩如煙海的文物古跡中，文物古跡是代表各個(gè)時(shí)代人類文明的標(biāo)志，是祖先遺留下來的人類共同財(cái)富。文物保護(hù)已到了刻不容緩的時(shí)候了。

西安文物古跡眾多，各種文物類型豐富，必須正確處理地鐵工程建設(shè)、社會發(fā)展與文物保護(hù)的關(guān)系，在地鐵施工中，將文物保護(hù)作為一項(xiàng)重要內(nèi)容進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)與文物保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，達(dá)到文物保護(hù)與工程建設(shè)的雙贏。

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