紹興軌道交通1號線建設(shè)中的文物保護

王麗佳 賈 波 黃 龍 計國賢

(1.紹興文理學院元培學院，312000，紹興； 2.紹興市軌道交通集團有限公司，312000，紹興∥第一作者，工程師)

紹興是1982年國務(wù)院首批公布的全國24座國家歷史文化名城之一，具有深厚的文化底蘊和豐富的歷史文化遺存，保存有眾多歷史名人故居以及較為完整的古城整體格局，在我國的歷史文化名城保護體系中具有重要的地位和影響力。在紹興城市軌道交通線網(wǎng)體系中，軌道交通1號線從北向南貫穿歷史古城區(qū)，在改善古城交通條件的同時，也對古城、街區(qū)和文物古跡等遺產(chǎn)體系的保護帶來了影響。如何趨利避害，在減小城市軌道交通對遺產(chǎn)保護負面影響的同時，最大程度地利用城市軌道交通對古城社會經(jīng)濟發(fā)展的促進作用，成為了紹興軌道交通建設(shè)乃至城市規(guī)劃、名城保護、城市綜合交通體系規(guī)劃的重要課題，對于全社會針對城市軌道交通建設(shè)與遺產(chǎn)保護形成共識也具有重要的意義。

本文在對紹興軌道交通1號線(以下簡稱“1號線”)沿線文物進行結(jié)構(gòu)安全檢測的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值模擬提出了文物變形控制指標，并制定了文物保護方案。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證了相關(guān)保護措施的有效性，可為后續(xù)城市軌道交通線路規(guī)劃與實施中的文物保護研究提供工程經(jīng)驗和技術(shù)指導。

1 紹興軌道交通規(guī)劃及建設(shè)情況

根據(jù)2015年紹興市政府批復的《紹興市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》，紹興市軌道交通線網(wǎng)由6線1支組成，總長約為262.0 km，共設(shè)車站127座，其中兩線換乘站14座。2016年5月，國家發(fā)改委批復了《紹興市城市軌道交通第一期建設(shè)規(guī)劃(2016—2021年)》，規(guī)劃建設(shè)軌道交通1號線主線、1號線支線工程和軌道交通2號線(以下簡稱“2號線”)一期工程，其中1 號線全長為34.1 km，共設(shè)車站24座，2號線一期全長為10.8 km，共設(shè)車站9座。目前， 1 號線和2號線一期工程均在建設(shè)中， 1號線計劃于2022年通車，2號線一期計劃于2023年通車。紹興市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃截圖(2015年批復)如圖1所示。

圖1 紹興市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃截圖(2015年批復)

2 1號線文物古跡分布情況

紹興至今保存著豐富的文物古跡，在市區(qū)范圍內(nèi)有文物保護單位約235處，其中全國重點文物保護單位約24處，浙江省文物保護單位32處，紹興市文物保護單位約179處。古城范圍內(nèi)有8處全國重點文物保護單位、6處省級文物保護單位、31處市級文物保護單位。1號線南北向沿解放路貫穿古城，沿線涉及3處世界文化遺產(chǎn)、3處全國重點文物保護單位、2處浙江省文物保護單位、2處紹興市文物保護單位及4處紹興市文物保護點。1號線沿線涉及的文物保護單位匯總?cè)绫?所示。

表1 1號線沿線涉及的文物古跡匯總Tab.1 Summary of cultural relics involved along Line 1

3 城市軌道交通建設(shè)對文物古跡的影響

城市的發(fā)展需要城市軌道交通的建設(shè)，而文物保護是城市發(fā)展的文化魂魄。建設(shè)城市軌道交通對文物保護存在較大的影響，這其中既有正面的促進作用，也有負面的破壞影響[1]。

3.1 正面促進作用

紹興市的古城古跡主要分布在越城老城區(qū)內(nèi)，且較多地分布于紹興市老城區(qū)主要道路干線兩側(cè)，如解放路、勝利路和延安路等，有的甚至分布在道路中間(如秋瑾紀念碑)，限制了老城區(qū)主要道路的擴展。建設(shè)城市軌道交通系統(tǒng)可以減少城市道路修建規(guī)模和機動車環(huán)境污染，能夠有效改善老城區(qū)道路資源緊張、交通供需矛盾突出的現(xiàn)狀。

3.2 負面破壞影響

城市軌道交通建設(shè)可能對地下的未知文物存在破壞性損害。由于城市軌道交通多為地下結(jié)構(gòu)，車站和盾構(gòu)施工將對未探明的地下文物遺址產(chǎn)生破壞性損害。地面線及高架線可能會對文物風貌保存及文物周邊景觀產(chǎn)生負面影響。另外，城市軌道交通車站、區(qū)間隧道施工等都將在一定程度上造成周邊土體沉降、地面變形[2]，進而影響線路周邊文物結(jié)構(gòu)的安全，對文物造成破壞。若運營中的城市軌道交通線路所采取的減振措施不當，傳到地面的振動值將超過文物本體所能承受的振動允許值，會對其結(jié)構(gòu)安全造成一定的危害。

4 城市軌道交通沿線文物古跡保護措施

為使紹興軌道交通建設(shè)對文物古跡的影響降到最低，確保古城區(qū)文物遺址的安全，從規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)施工、通車運營三方面采取有效的文物保護措施，經(jīng)過反復論證和技術(shù)攻關(guān)，最終達到建設(shè)方案最優(yōu)、施工精準、安全可靠的施工效果。

4.1 規(guī)劃設(shè)計階段

在進行城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)規(guī)劃及工程可行性研究初步設(shè)計階段，通過深入研究、細化論證，編制文物影響評估報告及文物保護措施方案，通過國家、省、市各級文保部門的審批。主要工作流程如下。

4.1.1 文物遺址調(diào)查和文物結(jié)構(gòu)檢測

在規(guī)劃設(shè)計階段，根據(jù)1號線線路走向，著重調(diào)查沿線文物遺址分布情況，對有可能涉及文化層的車站進行專項文物勘探工作。結(jié)合調(diào)查情況，對1號線所涉及的文物進行專項結(jié)構(gòu)安全性檢測，根據(jù)檢測結(jié)果評定文物結(jié)構(gòu)健康狀況，對大善塔、秋瑾紀念碑等重要建筑結(jié)構(gòu)通過模擬計算，結(jié)合相關(guān)文獻案例[3-5]、GB/T 50452—2008《古建筑防工業(yè)振動技術(shù)規(guī)范》、GB 50894—2013《機械工業(yè)環(huán)境保護設(shè)計規(guī)范》和GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》，提出文物的沉降、傾斜和振動等控制指標。

4.1.2 編制文物影響評估報告

在初步設(shè)計階段，通過研究1號線線路站位設(shè)置對周邊文物的影響，編制完成文物影響評估報告，優(yōu)化1號線車站及盾構(gòu)隧道設(shè)置。在設(shè)計盾構(gòu)隧道3次穿越世界文化遺產(chǎn)——大運河浙東運河紹興段(環(huán)城河)時，采取加大埋深措施，使盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)頂?shù)母餐谅裆畈恍∮?倍盾構(gòu)直徑，最大限度地減少施工期對大運河的影響。1號線與大運河位置關(guān)系如圖2所示。在設(shè)計盾構(gòu)隧道穿越全國重點文物保護單位——秋瑾紀念碑時，在加大隧道埋深的同時增大線間距，從秋瑾紀念碑兩側(cè)繞行穿越，從平面上避開文物本體以確保盾構(gòu)隧道施工時的文物安全。1號線與秋瑾紀念碑位置關(guān)系如圖3所示。另外，在車站距離文物較近的情況下，采用加強基坑圍護支撐強度和剛度的措施，針對性地進

圖2 1號線與大運河位置關(guān)系圖Fig.2 Location diagram of Line 1 and the Grand Canal

圖3 1號線與秋瑾紀念碑位置關(guān)系圖

行基坑土地加固，以減少施工時的基坑變形及地面不均勻沉降對文物本體的影響。文物古跡結(jié)構(gòu)安全控制指標如表2所示。

表2 文物古跡結(jié)構(gòu)安全控制指標Tab.2 Safety control index of cultural relics structure

4.1.3 數(shù)值模擬計算

通過數(shù)值模擬計算評估文物的結(jié)構(gòu)安全。根據(jù)地鐵車站及區(qū)間設(shè)計方案、文物與地鐵間距，針對地鐵施工對文物保護的影響，采用Plaxis及Midas GTS有限元軟件進行施工模擬計算，主要分析施工引起的地面沉降對文物的影響。由于布業(yè)會館、錢業(yè)會館、章學誠故居及應(yīng)天塔距離1號線較遠，本文不對其進行影響分析計算。部分文物結(jié)構(gòu)沉降計算值如表3所示。由表3可知，這些文物在施工階段的沉降量均在控制指標內(nèi)，文物結(jié)構(gòu)處于安全可控范圍。

表3 部分文物古跡結(jié)構(gòu)沉降計算值

4.1.4 軌道減振措施

采取軌道減振措施，減少1號線運營振動的影響。1號線運營期間的影響主要為列車運行引起的振動。當列車在軌道上運行時，由于輪軌間相互作用會產(chǎn)生撞擊振動、滑動振動和滾動振動，經(jīng)軌枕、道床傳遞至隧道襯砌，再傳遞至地面，進而引起地面建筑物的振動。在1號線工程的減振設(shè)計方案中，對振動超標地段采用最高等級減振措施——液體阻尼鋼彈簧浮置板道床，能夠合理、經(jīng)濟地將1號線運行時對歷史文物建筑產(chǎn)生的影響控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

4.1.5 文物本體臨時支護加固

根據(jù)文物結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果，對塔、碑和橋等容易受到施工影響的結(jié)構(gòu)采取臨時支護、預埋注漿管等加固措施，確保文物本體的安全。1號線塔山站基坑臨近文物保護點大慶橋，直線距離僅3.1 m。為了確保施工期間的文物安全，預先對橋體采用腳手架支護，減少車站基坑施工變形對文物的影響。大慶橋預加固照片如圖4所示。1號線在穿越秋瑾紀念碑前，在碑體地基周邊預埋袖閥管，根據(jù)盾構(gòu)穿越過程中碑體的監(jiān)測情況對其進行注漿加固。秋瑾紀念碑預加固方案示意圖如圖5所示。

圖4 大慶橋預加固照片F(xiàn)ig.4 Picture of pre-reinforcement of Daqing Bridge

圖5 秋瑾紀念碑預加固方案示意圖

4.2 建設(shè)施工階段

1) 文物專項施工監(jiān)測。在施工階段，根據(jù)文物結(jié)構(gòu)安全檢測研究結(jié)果，明確每處文物保護單位的現(xiàn)狀保存狀況、工程關(guān)系、監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測控制指標，并在施工期間委托文物監(jiān)測專業(yè)單位對各個文物進行專項監(jiān)測，對于等級較高、結(jié)構(gòu)敏感的塔、橋、碑等文物進行24 h全自動監(jiān)測。

2) 嚴格落實施工工藝。在經(jīng)過文物保護的區(qū)間隧道選擇影響較小的盾構(gòu)法施工，當盾構(gòu)臨近文物保護點時，在嚴格控制盾構(gòu)方向的同時及時調(diào)整盾構(gòu)機的掘進系數(shù)，適當降低盾構(gòu)刀盤轉(zhuǎn)速，增加刀盤推力和同步注漿量，以減小對周邊文物的擾動。當采用明挖法車站施工時，嚴格落實文物保護方案和車站設(shè)計方案，以確保文物結(jié)構(gòu)的安全。

3) 嚴格落實應(yīng)急預案。為保證文物安全，建設(shè)單位、設(shè)計單位和施工單位等應(yīng)成立文物保護專項小組，制定應(yīng)急預案并配備足夠的專項巡視人員，經(jīng)常在現(xiàn)場進行搶險演練。如有異常情況，根據(jù)應(yīng)急預案采取措施，并將現(xiàn)場情況及時通知各相關(guān)單位。

5 文物保護實施效果

5.1 施工期間地面位移監(jiān)測

1號線盾構(gòu)于2021年2月7日開始穿越全國重點保護文物秋瑾紀念碑，于2021年2月9日盾構(gòu)機整體離開碑體。秋瑾紀念碑的隆沉監(jiān)測圖如圖6 a)所示。由圖6 a)可知，盾構(gòu)穿越過程中，地面最大隆起量約為4.0 mm(控制值為10.0 mm)，在2021年4月21日施工完成后，地面最大沉降量約為5.0 mm(控制值為20.0 mm)，最大差異隆沉量為4.3 mm(控制值為10.0 mm)，均小于控制指標。1號線城市廣場站臨近全國文物保護單位大善塔，大善塔的隆沉監(jiān)測圖如圖6 b)所示。由圖6 b)可知，在1號線城市廣場站施工過程中，大善塔本體最大沉降量約為8.2 mm(控制值為15.0 mm)，最大差異隆沉量為4.7 mm(控制值為8.0 mm)，均小于控制指標。1號線塔山站基坑臨近全國文物保護單位大慶橋，大慶橋的隆沉監(jiān)測圖如圖6 c)所示。由圖6 c)可知，在1號線施工過程中，大慶橋最大隆起量約為9.3 mm(控制值為10.0 mm)，最大沉降量約為12.6 mm(控制值為13.0 mm)，最大差異隆沉量約為7.9 mm(控制值為8.0 mm)，基本滿足控制指標要求。

圖6 不同日期下3個文物古跡的隆沉監(jiān)測圖

5.2 施工期間振動監(jiān)測

秋瑾紀念碑的振動監(jiān)測圖如圖7 a)所示。由圖7 a)可知，1號線盾構(gòu)穿越秋瑾紀念碑施工期間的最大振動速度為0.26 mm/s，僅個別數(shù)據(jù)超過控制值，其余均小于控制值0.20 mm/s。大善塔的振動監(jiān)測圖如圖7 b)所示。由圖7 b)可知，在1號線城市廣場站施工過程中,大善塔本體的最大振動速度為0.25 mm/s，僅個別數(shù)據(jù)超過控制值，其余均小于控制值0.20 mm/s。大慶橋的振動監(jiān)測圖如圖7 c)所示。由圖7 c)可知，由于1號線塔山站基坑距離大慶橋本體較近，在車站施工過程中，橋體振動速度的小部分數(shù)據(jù)超過了控制值，最大振動速度為0.51 mm/s，但大部分數(shù)據(jù)小于控制值0.45 mm/s。經(jīng)現(xiàn)場勘察分析，橋體結(jié)構(gòu)基本處于安全狀態(tài)。

圖7 不同日期下3個文物古跡的振動監(jiān)測圖

通過監(jiān)測1號線施工期間文物的變形和振動,可以實時地了解文物的結(jié)構(gòu)安全狀況。綜上所述，1號線施工期間，各個文物安全狀態(tài)良好，變形及振動數(shù)據(jù)基本處于安全可控范圍。

6 結(jié)語

文物是歷史文明的載體，是不可再生的珍貴資源，也是人類文明的瑰寶，要全面貫徹“保護為主、搶救第一、合理利用、加強管理”的工作方針，切實加大文物保護力度。因此妥善處理好城市軌道交通建設(shè)與沿線文物之間的關(guān)系是建設(shè)過程中的主要難題和重大使命。軌道交通建設(shè)對文物的影響主要表現(xiàn)為：① 土體沉降、振動等導致文物結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沉降、變形及傾斜，進而影響文物的結(jié)構(gòu)安全；② 軌道交通建筑結(jié)構(gòu)與文物風貌的不協(xié)調(diào)導致對文物周邊景觀產(chǎn)生負面影響。

本文通過檢測文物結(jié)構(gòu)、評估影響及分析數(shù)值計算結(jié)果，結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求及國內(nèi)外類似工程經(jīng)驗，提出基于文物結(jié)構(gòu)安全的沉降、傾斜、變形、振動等文物保護控制指標，并在此基礎(chǔ)上確定監(jiān)測控制值以確保文物結(jié)構(gòu)安全。在設(shè)計上采用線路站位繞避、加大隧道深埋、加強基坑強度、加設(shè)軌道減振構(gòu)件和文物本體預加固等措施，通過加強對地面環(huán)境的實時動態(tài)監(jiān)測、信息化動態(tài)施工等方法，最大程度地減少城市軌道交通建設(shè)和運營對文物產(chǎn)生的不利影響。

根據(jù)施工監(jiān)測結(jié)果，紹興軌道交通1號線在建設(shè)過程中采取上述措施后，能夠較好地控制施工過程中對周邊土層的擾動變形和振動影響，有效減少了1號線施工對沿線文物的影響，對后期線路的建設(shè)具有較大的借鑒意義。