1地铁四号线施工期间对文物的影响及保护措施研究
1.1地铁区间通过对和平门的影响
和平门~李家村区间线路出和平门站后，以25%的下坡行至西安明城墙和平门，从和平门机动车道下穿过。区间埋深约20m。隧道洞身以粉质粘土和粗砂为主。区间施工将对和平门产生一定影响。结合本段地层情况，采用经验公式法计算地铁施工引起的地表沉降情况。地表沉降横向分布曲线形状可用Peck公式进行计算，Peck公式假定施工引起的地面沉降是在不排水情况下发生的，所以，沉降槽的体积应该等于地层损失的体积。地层损失在隧道长度上是均匀分布的，地面沉降的横向分布类似正态分布曲线。经计算得出地面沉降最大值δmax=0.36m（计算略），沉降槽宽度为线路中线外侧约34m。
1.2地铁区间施工保护措施
（1）区间隧道在满足线路要素的条件下，绕避对变形敏感的古城墙等部位，从钢筋混凝土城门下直穿。
（2）纵断面加大结构埋深。区间隧道在满足线路要素的条件下，尽量加大穿过城门下的埋深。隧道埋深越大，越容易形成自然拱，隧道施工对地面建筑的影响就越小。
（3）选择先进成熟的施工方法。盾构法是隧道暗挖施工法的一种。盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点。因此，在地铁区间隧道穿越文物区时，优先选用盾构法施工。
（4）对城墙基础及主要受力部位采取加固措施。1）城门基础土体加固。为提高城门基础抗倾斜和沉降的能力，对城门基础下方土体预埋注浆管进行加固。在两侧慢车道施作3000mm×2500mm（宽×深）的注浆池，布设注浆管。注浆管间距800mm×800mm，梅花形布置。长度为18000mm与30000mm，注化学浆液硅化土层。注浆完成后，封闭注浆孔。根据盾构穿越城门沉降变化情况，适时补注浆。2）城门墙体保护措施。盾构通过时采用外挂钢板网对城墙护壁，要求尽量密贴，并实时观测，如发现有砖块脱落趋势需对城墙局部注粘结胶（爱牢达XH130A胶或其他同性能胶），通车一个月后可拆除该护网（图5）。
（5）盾构施工优化措施。1）在盾构过城门前，通过对盾构穿越相同地质工况的各项参数的分析，确定盾构穿越城门时的最佳通过参数，从而保证城门的安全；2）保持开挖面稳定；3）及时进行盾尾壁后同步注浆和二次注浆；4）保持良好的盾构姿态，纠偏幅度不宜过大；5）保证管片拼装质量，防止隧道渗漏；6）针对不同土质调整泡沫等的比例，并监测出土量；7）保持盾构施工连续性，避免停机；8）保持良好的盾尾密封效果；9）实行信息化施工。
（6）动态监测。在施工前进一步了解城门段情况。对中轴线两侧30m范围城墙外观、外围尺寸进行鉴定,留存影像及文字资料等。施工前即对城门段现状进行连续观测，根据观测所积累的数据初步分析城门段的自主沉降、倾斜及基础等的现状以及发展趋势，并以此为依据制定盾构过城门段的相应方案，为施工提供科学依据。
2火车站施工对解放门的影响及保护措施
根据前章描述，地铁基坑开挖引起的地面沉降在基坑外20m。而本工程离支墩的距离约18m，处于基坑开挖影响范围之内。为保证地铁基坑及解放门的安全，采用如下保护措施：
（1）加强前期文物普探工作。火车站站采用明挖法施工，并且车站横跨解放门。因此，前期的文物普探工作至关重要。在摸清控制范围内地下是否存在文化遗存、遗留后，再采取针对性的措施，以确保地铁四号线的顺利实施和文物的安全。
（2）采用合理的降水方案，减低降水引起的地面沉降。本站采用坑外降水方案。本段地下水位埋深约8~10m，最大降深约10m。为保证良好的降水效果，且有效降低降水引起的地面沉降。在本段降水施工时，应采用分步降水。边降水边监测周围沉降，根据反馈信息及时调整降水措施。当降深至一定深度时，及时分析降水施工与周边环境的关系，确保降水施工对周边环境无影响后，再降至设计深度。
（3）加强基坑支护方案。考虑到本站的特殊性，解放门两侧各30m范围内围护桩采用覫1200@1400mm的钻孔灌注桩。其余地段采用覫1000@1500mm的钻孔灌注桩。同时采用合理的钢支撑布置方案，以减少地铁施工引起的沉降。
（4）加强监控测量。施工过程中加强监控测量，根据反馈信息，及时调整支护方案。
3地铁运营期间对文物的影响及防护措施
地铁振动的产生和传播是较复杂的过程，它与地铁列车的构造、性能和行车速度，轨道、隧道结构、材料及沿线的地质条件等许多因素有关，目前尚难确定精确的预测模式。在掌握拟建轨道交通沿线区域振动环境质量现状的基础上，参考国内外有关地铁振动的研究资料和北京等地的轨道交通振动环境影响评价成果，结合本工程实际情况及环境特征，采用类比方法确定地铁振动源强，用计算、分析、类比的方法进行地铁振动预测。
3.1建筑物室内的垂向Z振级预测模式及预测参数
建筑物室内的垂向Z振级可按下式计算VLZ=VL0+ΔLs+ΔLr+ΔLp+ΔLc+ΔLst+ΔLb式中，VLZ为建筑物内地面垂向Z振级（dB）；VL0为参考点R0处振动级（源强，dB）；ΔLs为列车运行速度修正量（dB）；ΔLr为轮轨条件修正量（dB）；ΔLp为道床、扣件修正量（dB）；ΔLc为隧道结构形式修正量（dB）；ΔLst为大地传播衰减修正量（dB）；ΔLb为建筑形式修正值（dB）。在确定地铁列车振动源强度后，影响地铁列车振动的主要参数从列车运行速度、轮轨条件、道床结构、隧道结构、地质条件、不同建筑物类型等6个方面分析轨道交通振动对环境的影响，得到各修正值。
（1）列车运行速度的影响修正量。国内外研究结果表明，在V=20～100km/h范围内，列车运行速度每增加一倍，振级增加6dB。
（2）轨道条件的影响修正量。若轮轨表面不规则，可引起轮轨接触振动；若列车通过不连续钢轨处，可引起冲击振动，这都将使轨下振动加大。在轮轨条件为无缝线路、车轮圆整、钢轨表面平顺和短轨线路、车轮不圆整、钢轨不平顺时，振动修正值分别为0和5~10。
（3）道床结构的影响修正量。一般轨道刚性越低，质量越大，轨下振级越小,地铁工程采用的钢轨类型为60kg/m，轨道结构对振动的影响主要体现在道床结构、扣件类型的选取上。
（4）隧道结构的影响修正量。隧道结构尺寸、形状及隧道结构厚度都直接影响地铁振动的传播。由于隧道结构自重变化不大，故隧道结构修正一般取结构形式修正量。采用圆形隧道、马蹄形结构形式，因此不修正，ΔLc=0。车站隧道为矩形结构ΔLc=2～4dB。
（5）距离衰减及地质条件的影响修正量。振动能量随距离扩散而衰减，振动波在大地内的几何辐射衰减及大地阻尼等因素，直接影响地铁振动的传播。因不同地区的地质条件存在差异，振动衰减目前尚无固定的模式可循，振动衰减规律一般在类比，测试的基础上进行回归分析取得。
（6）不同建筑物类型的影响修正量。不同地面建筑物受列车运行引起的地面振动的响应不同。一般而言，质量大、基础好的钢筋混凝土框架建筑对振动有较大的衰减；基础一般的砖混结构建筑，振动响应接近于周围地面；基础较差的低矮、陈旧建筑或轻质结构房屋，其自振频率接近于地表，受激励后易产生共振，对振动产生放大作用。
（7）源强的确定。在通过文物处的振动源强参照国内北京、上海、广州已经运营的地铁的实测数据，依据车辆、结构、轨道等类比，采用87.2dB。
3.2振动速度预测模式及预测参数
（1）地基土剪切波速
由于本工程目前处于建设规划阶段，地基土的波速参照在建的地铁一号线数据。
（2）地面振动速度及振动频率
根据《古建筑防工业振动技术规范》（GB/T50452—2008）可知，V10=0.418mm/s，V50=0.166mm/s。内插本工程地面振动速度为0.42mm/s。计算结果表明，四号线在通过和平门时距轨道中心10m的VLz10值为62.8dB,通过解放门时距轨道中心10m的VLz10值为60.0dB。根据《古建筑防工业振动技术规范》（GB/T50452—2008）可知，区间通过和平门V10=0.418mm/s，V50=0.166mm/s。内插本工程地面振动速度为0.29mm/s。根据《古建筑防工业振动技术规范》可知，通过解放门V10=0.418mm/s，V50=0.166mm/s。内插本工程地面振动速度为0.23mm/s。通过以上计算可知，振动会对和平门两侧30m范围造成影响。故地铁四号线过和平门段需采取减振措施。对解放门无影响，不采用减振措施。
（3）减振措施
鉴于各地地质条件的差异性和地铁运营时和平门的安全，并考虑到地铁运营振动可能和地面车辆运营振动的叠加，为了保证文物的安全，区间线路在通过和平门保护区时将采用道床减振措施。
4结语
地铁工程在建设过程中，不可避免地对沿线的文物保护单位产生一定的影响。因此预测和分析西安市地铁四号线建设对明城墙的影响至关重要。文中通过沉降模型预测分析了地铁四号线经过明城墙时的地表沉降和运营时的振动情况，提出了合理的文物保护方案。
作者：李婧竹 许楗 张佳 单位：西安交通大学人居学院 西安市地下铁道有限责任公司 长安大学公路学院
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