暗挖工程下穿古桥施工中的文物保护措施探析

韩一飞

关键词：综合管廊；故宫博物院；文物保护区；古建筑群

一、工程概况

（一）建设内容

故宫博物院基础设施维修改造一期（试点）工程是“平安故宫”工程[1]的重要组成部分。工程建设范围包括：造办处址、内务府署、咸安宫官学、西河沿、武英殿、西华门、断虹桥等区域，总占地面积约17万平方米。新建综合管廊约2420米，管廊内呈两舱布置，分为水信电力舱和热力舱。标准断面净尺寸（宽×高）为3.9×2.3米（平顶）/3.6米（拱顶），支线标准断面净尺寸（宽×高）为1.8×1.2米（单舱）。

（二）建设背景及必要性

故宫博物院内现状管线，一部分是各个时期根据需要添加的，一部分是后期个别系统局部修复或新增的。现状管线凌乱、无序、老化现象严重，存在着不同程度的安全隐患，一旦发生事故将造成无法弥补的损失。全院基础设施管线还处于无人监控的真空防范状态下，成为文物安全保护的盲区，险情严重，亟待整改。

为了应对日益严峻的形势、消除安全隐患，通过将给水系统、供热系统、供配电系统、智能化系统敷设在综合管廊内，全面实现基础设施的统筹规划和智能化管理，提高基础设施预控管理水平和预警能力，为“平安故宫”工程全面实施提供重要的基础保障[2]。

二、断虹桥原位保护施工思路

断虹桥位于太和门外、武英殿之东，横跨于内金水河之上。桥面铺砌汉白玉巨石，两侧石栏板雕刻穿花龙纹图案，望柱上有石狮，桥长18.7米、最宽处9.2米。作为本工程穿越的重点文物建筑之一，具有建设年代久远，文物级别高、建筑结构资料缺失，施工难度极大等特点。为保证暗挖管廊施工时断虹桥的安全，首先需要梳理相关文献资料、开展深入研究，会同考古部门对其进行勘探，制定详细的专项施工方案，并组织各方专家进行方案评审。确定了以前期资料收集、加固桥体结构、加强监测预警、采用合理施工措施、施工后复测及修复为主的整体施工思路。

三、原位保护施工方法

（一）施工前建档，加强施工监测

施工前以断虹桥原有资料，结合本工程考古报告为基础建档；并对古桥进行详细勘察、拍照，记录构件的保存现状及构造特征，针对重点部位留取现况影像资料。

为保证施工过程中能够实时了解桥体情况，制定了详细的监测方案，设置各类监测点45处（图1），合理设定监测预警值、报警值，依据不同情况设定相关预案。并在一衬施工过程中加大监控量测的力度，全程进行跟踪量测，内容包括断虹桥结构沉降量测、地表沉降量测、拱顶下沉量测、洞内收敛位移量测。根据监测信息及时调整注浆方案。

（二）构筑围堰，拦截河水

为保证土体结构稳固，防止河水渗漏造成水土流失，施工前在断虹桥上、下游分别搭设围堰（图2），拦截河水。同时对断虹桥中线东西两侧10米范围内河道清理，将河底淤泥、杂物清理干净，露出河底砌石表面，为桥体加固提供条件。截流坝施工需避开汛期、雨季，并保证金水河水位低于一定限度。如遭遇极端天气导致水位高于安全限度则必须停工，等极端天气结束水位降到正常水平后方可施工，且需重新搭设截流坝，保证截流坝在河水冲击后能继续起到截流作用。搭设完成后，施工人员在截流后的河道内进行施工作业，并使用泥浆泵抽出河道内残留积水。

完成截流后，在河道内设置沉降观测点，在注浆施工期间，每天进行3次沉降观测，密切关注河道高程变化，防止注浆引起河道底部拱起。

（三）桥体加固

为防止施工期内断虹桥发生结构变形、沉降、构件位移等情况，需在桥洞内搭设满堂脚手架支撑拱底（图3）。支架采用焊接钢管，钢管端部切口平整，严禁使用有严重锈蚀、弯曲、压扁或裂纹的钢管。

满堂支架的搭设需满足国家标准及文物保护措施方案的要求，采用可调托撑扣件式单立杆支架，保证支架两侧距桥洞内壁不超过0.6米，立杆排距、纵距及横杆步距均为0.6米。主节点的位置设置纵向水平杆、横向水平杆。立杆上安装可调托撑上托100×100毫米的方木龙骨，龙骨与拱底顶紧，立杆下垫200×50毫米脚手板。

（四）过桥段全断面注浆

本工程暗挖沿线穿越的地层主要是中砂、细砂层，圆砾、卵石层，土质松散。为保证隧道上方古桥的安全，防止暗挖施工时土层松动塌陷对桥体造成影响，穿越断虹桥区域采用超前小导管注浆及全断面注浆，注浆起始位置位于断虹桥南侧16米处，注浆总长度31米。

注浆施工采用双重管A、B无收缩双液注浆工法，使用二重管钻机施工至规定深度后注浆。浆液分为A液（水玻璃+水）和B液（磷酸+水泥浆+水），浆液通过二重管钻机端头的浆液混合器进行充分混合。注浆施工中浆液材料的选用及注浆压力、速度和注浆量的控制尤为重要。本工程采用的浆液具有微膨胀性，可以补偿注浆后期因土层固结而引起的土体回缩变形，并且具有粘度低、流动性好、稳定性高、凝胶时间易于控制等特点，能够保证浆液凝结后所达到的强度较高[3]。

注浆过程分为掌子面封闭及注浆，隧道施工工作面注浆止水前，需采用钢筋网片及混凝土进行掌子面封闭，注浆完毕后破除掌子面进行暗挖施工。隧道拱顶、两侧及底板处需外插18度钻杆，每6米一个施工段，每次注浆孔深6米，开挖4米，每段纵向搭接2米设置止浆墙。注浆止水范围需按照初衬外扩2米进行计算，浆液配比根据现场情况合理调整。注浆采用高压注浆泵，初压拟为0.3Mpa，终压为0.6Mpa，注浆初始速度根据不同的土质确定。在注浆过程中，注浆速度会随着注浆量的增加而逐渐降低，注浆压力则逐渐增大。当注浆流量减少至5～10L/min时，且注浆压力达到设计压力，则说明注浆饱满，稳压后停止注浆。

注浆压力、流量和注浆量是相互影响的，注浆量接近设计值时，注浆压力应增大，接近设计压力，同时流量减小。如果注浆量达到设计值，注浆压力、流量无明显变化，应停止注浆查找原因，防止浆液泄漏、溢出或串浆，同时调查周边管线、构筑物，防止浆液流入其他管线。

注浆施工完成，开挖土体达到一定强度后可进行暗挖施工，如此反复。全断面注浆暗挖施工完成后，采用超前小导管注浆进一步加固。

四、文物建筑及重点构筑物穿越施工的建议

（一）考古先行

地下工程穿越文物建筑时，不仅要考虑地上文物建筑保护，还需考虑施工对地下文物遗存、地下文化层的影响，这也是工程实施的重点及难点。应贯彻考古先行的建设思路，针对建设区域进行全方位考古，摸清地下文物遗存情况，确定地下文化层区域，合理规避地下文物，将施工带来的影响降至最低。故而施工前需多方面搜集该文物建筑或类似年代、形式的相关文献资料，组织专业单位进行文物勘察、测绘，并咨询相关专家意见，归纳总结分析建筑结构[4]。

（二）因地制宜，采取合理保护措施

针对不同文物建筑及重点构筑物，应充分考虑其形制、年代、结构、位置等多方面因素，科学合理地分析施工可能造成的影响，委托专业单位进行文物影响评估工作。根据评估报告、现场勘测情况及场地条件编制专项保护方案，并组织相关专家对方案进行评审。

（三）严格控制注浆施工

注浆作为地下工程中最为常见的施工措施，如何保质保量地完成注浆施工往往是工程顺利实施的基础。而文物建筑及重点构筑物地下穿越施工中保证注浆加固的同时，不对建筑本体造成影响更是该类型施工的重中之重。

因此，注浆前应根据现场实际情况严格控制浆液配合比及凝胶时间。注浆过程中严格控制注浆压力并随时观察，既要防止浆液压力过大对地面文物建筑及地下文化遗存造成破坏，也要保证注浆终压及浆液的渗透范围达到设计要求。同时密切观察排浆量的变化，分析注浆施工情况。

将进入穿越段前的第一循环作为试验段，监测洞内收敛情况，观察沉降值变化，随时调整完善注浆方案。整个施工过程中需安排专人对注浆压力及注浆量进行记录，开挖前要检验注浆效果。

（四）建立高效的风险源管控模式

对下穿重要文物建筑基础的地下工程，作为风险源进行专项设计。对文物进行安全评估，提出变形限值及保护要求，设计根据安全评估要求，进行专项结构分析，并采取相应的加强措施。

施工时加强管廊周边地面以及建构筑物的变形监控量测，合理布置监测点，以便及时发现问题，并反馈设计，指导施工，监控变形限值应满足建构筑物（文物）保护的要求。同时，归纳、记录施工全过程文物建筑监测数据，建立监测档案，为古建筑监测体系提供资料支撑[5]。

设立由甲方、设计、管理、监理、施工、第三方监测专人组成的领导小组，根据监控量测的要求，建立安全预警机制，并制定完善的应急预案，以应对突发事件。根据本项目特点，现场监测成果按黄色、橙色和红色三级预警进行管理和控制。

五、结语

故宫博物院基础设施维修改造工程作为大型古建群地下暗挖工程，是不可多得的特殊案例。其中断虹桥穿越施工段是该工程的重点及难点，目前此施工段结构施工已顺利完成，未发现对断虹桥及其周边文物建筑造成任何影响，为该工程下一阶段施工及后续类似工程实施积累了宝贵经验。