地下工程施工对历史建筑影响的研究与实践_阳吉宝著.pdf

上海科技专著出版基金资助项目地下工程施工对历史建筑影响的研究与实践阳吉宝 著内 容 提 要本书围绕地下工程施工对邻近历史建筑扰动影响问题,系统阐述了城市历史建筑保护要求以及地下工程设计与施工新技术,力图解决地下空间开发利用与历史建筑保护之间的矛盾。全书介绍了最新发展的可最大限度减小地下工程施工对周边环境影响的地下工程设计与计算理论,以及施工新技术、新工艺,有助于地下工程设计与施工新理念、新技术的发展与推广运用,对城市建设发展中的历史建筑保护具有指导意义。本书可供地下空间开发利用与历史建筑保护领域从事研究、设计、施工和营运管理的人员学习参考。图书在版编目(C I P)数据 地下工程施工对历史建筑影响的研究与实践/阳吉宝著.上海：同济大学出版社,2 0 1 9.1 1 I S B N9 7 875 6 0 8 8 7 7 91 .地 .阳 .地下工程工程施工影响古建筑保护.TU 8 7 中国版本图书馆C I P数据核字(2 0 1 9)第2 2 6 6 9 3号地下工程施工对历史建筑影响的研究与实践阳吉宝 著责任编辑：李 杰责任校对：徐春莲封面设计：张 微出版发行 同济大学出版社w w w.t o n g j i p r e s s.c o m.c n(地址：上海市四平路1 2 3 9号 邮编：2 0 0 0 9 2 电话：0 2 16 5 9 8 5 6 2 2)经 销 全国各地新华书店、建筑书店、网络书店排 版 南京新翰博图文制作有限公司印 刷 常熟市华顺印刷有限公司开 本 7 8 7mm1 0 9 2mm 1/1 6印 张 2 0.5字 数 5 1 20 0 0版 次 2 0 1 9年1 1月第1版 2 0 1 9年1 1月第1次印刷书 号 I S B N9 7 875 6 0 8 8 7 7 91定 价 1 2 8.0 0元本书若有印装质量问题,请向本社发行部调换 版权所有 侵权必究 前 言 .前 言 F O R EWO R D城市历史建筑是城市历史的沉淀和文脉的延伸,是展现城市历史的活化石。城市地下空间开发不可避免地要与城市历史建筑发生关联,为此引发了城市地下空间开发对历史建筑影响的问题,诸如此类的工程案例也屡屡见诸报刊。工程实践向人们提出新挑战、新课题,在开发地下空间的同时对受影响的历史建筑进行有效保护是功在当代、利在千秋的历史使命,开展地下空间开发对历史建筑影响的分析和保护理论研究,总结对历史建筑保护的成功经验,对地下空间开发利用过程中所遇到的历史建筑保护问题具有指导作用和重大的历史意义。从设计与施工角度来看,地下工程开发主要涉及基坑工程、盾构(顶管)工程的设计与施工。所以,本书主要讨论基坑工程、盾构(顶管)工程对邻近历史建筑的影响,以及关于历史建筑保护的设计和工程措施。本书系统阐述了地下工程施工对历史建筑的影响,在查明历史建筑目前使用状况、受荷情况、地质条件以及其保护等级的基础上,提出地下工程施工时历史建筑的变形控制标准,采用数值模拟方法分析基坑工程和盾构(顶管)工程的施工对历史建筑的影响,进而提出地下工程设计与施工要求,建议采用先进、科学、环保的施工新技术减小地下工程施工对邻近历史建筑的扰动和影响。最后通过工程实例介绍邻近历史建筑的基坑工程设计与施工控制全过程。本书由上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司阳吉宝教授级高级工程师主笔。全书分为8章;前言和结束语由阳吉宝执笔;第1章由上海城市管理职业技术学院谢石连教授执笔;第2章由上海市房屋建筑设计院有限公司李瑞礼教授级高级工程师执笔;第3章由阳吉宝、李昌宝 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司工程师 执笔;第4章和第5章由上海理工大学张治国副教授执笔;第6章由阳吉宝、陈凯和陆善佳(上海市建工设计研究院有限公司工程师)执笔;第7章由阳吉宝、陈志博(上海市建工设计研究院有限公司工程师)和钟正雄(上海岩土工程勘察设计院有限公司高级工程师)执笔;第8章由阳吉宝、李昌宝执1 地下工程施工对历史建筑影响的研究与实践笔;全书由阳吉宝汇总、统编。本书在编写过程中,得到上海建筑装饰(集团)有限公司陈中伟副总工程师、同济大学黄宏伟教授等的关心与大力支持,在此谨向他们致以衷心的感谢。书中引用了一些单位和个人的研究成果、工作总结和学位论文,著者在此表示深切谢意。书中存在的不足之处,敬请读者批评指正。著 者2 0 1 9年8月2.目 录 C O N T E N T S前言1 绪论1 1.1 城市地下空间开发利用概况/11.2 历史建筑概况/1 41.3 城市地下空间规划/2 32 历史建筑调查与检测2 7 2.1 历史建筑调查/2 72.2 历史建筑检测/3 02.3 评价与建议/4 13 地下工程施工对历史建筑影响的因素分析及风险评价4 2 3.1 基坑开挖引起环境变形特征/4 23.2 基坑周边历史建筑物沉降动态预测/5 73.3 基坑开挖实例分析/6 73.4 盾构(顶管)引起的环境变形特征/8 73.5 盾构(顶管)掘进隧道周边历史建筑沉降的动态预测/1 0 03.6 盾构(顶管)开挖实例分析/1 0 71 地下工程施工对历史建筑影响的研究与实践4 基坑开挖对历史建筑影响全过程分析1 1 8 4.1 分析目标/1 1 84.2 计算方法选择/1 2 64.3 计算参数选择/1 2 94.4 计算结果分析/1 3 34.5 对历史建筑保护的建议/1 5 95 盾构(顶管)施工对历史建筑影响全过程分析1 6 1 5.1 分析目标/1 6 15.2 计算参数选择/1 6 45.3 计算结果分析/1 6 75.4 对历史建筑保护的建议/1 8 46 历史建筑保护设计1 8 7 6.1 概述/1 8 76.2 设计依据/1 9 06.3 历史建筑的保护设计方案/1 9 56.4 基坑支护保护设计方案/2 0 06.5 盾构(顶管)保护设计方案/2 0 76.6 降水保护设计方案/2 1 07 邻近历史建筑的地下工程施工要求2 1 8 7.1 概述/2 1 87.2 施工方案比选方法/2 2 07.3 基坑工程施工要求/2 3 27.4 盾构施工要求/2 4 17.5 顶管施工要求/2 4 82 目 录 8 上海国际舞蹈中心基坑支护设计与施工对周边历史建筑影响研究2 5 9 8.1 概述/2 5 98.2 保护建筑检测情况/2 6 58.3 历史建筑保护措施设计/2 7 88.4 邻近建筑物保护措施/2 8 88.5 工程监测/2 9 28.6 数值计算分析/3 0 3参考文献3 1 2 索引3 1 9 后记3 2 0 31 绪 论城市是一定地域范围内的空间实体,它的产生、形成与发展都存在内在的空间秩序和特定的空间发展模式,城市各物质要素空间分布特征及其不同的地理环境会演变为不同风格的城市形态。城市空间是城市范围内社会、生态以及基础设施等各大系统的空间投影及空间关系的总和,它是决定城市集聚效益的重要因素,同时也决定了城市各构成要素关系的合理性和运营的有效性。城市空间系统可以从各要素的空间位置、集聚程度以及城市空间形态几个方面考察分析。城市的空间集聚程度也是城市空间构成中的一个重要方面。城市从本质上看就是一种人类活动的集聚方式的空间载体。城市空间集聚程度过低,城市运营效益必然不高,城市的优越性也就无法体现;然而,如果城市空间的密度过高,反过来会影响城市系统的正常运行。城市空间形态是城市总体规划形式和分布密度的综合反映。它是城市平面和高度的三维形态。城市地下空间是指城市地表以下以土层或岩体为主要介质的可开发利用的空间领域,或指在城市地面以下土层或岩体中修建各种类型的地下建筑物或结构物的工程。城市空间系统中地平面以下部分的空间,往往以地下建筑的形式出现,它常常起到弥补城市地上空间不足的作用。城市地下空间建筑是指在自然形成的溶洞内或由人工挖掘后进行建造的建筑,泛指各种生活、生产、防护的地下建(构)筑物,也可特指某一类型的地下空间,如交通隧道及国防工程等。构筑物通常指那些仅满足使用功能要求而对室内外艺术要求不高的建筑,如各种管沟、矿井、库房、隧道及野战工事等。城市地下空间开发利用是指从事研究和建造城市各种地下空间的规划、勘察、设计、施工和维护管理等的一门综合性应用科学与工程技术,是土木工程的一个分支。其主要目的是解决城市地面空间不足所造成的矛盾,这些矛盾主要表现在城市人口膨胀、土地紧张、能源紧缺、交通拥挤、战争与灾害的威胁等。历史建筑是指具有一定历史、科学和艺术价值,或具有特殊的价值与意义,反映城市历史风貌和地方特色的建(构)筑物。随着社会历史保护意识的迅速提高,历史建筑的保护与利用在我国正呈现快速发展的趋势。城市地下空间开发利用对历史建筑保护的研究就显得尤为重要。1.1 城市地下空间开发利用概况1.1.1 现状与发展前景 1.1.1.1 地下空间开发利用的现状随着科技和经济的发展,城市的发展速度日益加快,无论是发达、较发达还是发展中国1 地下工程施工对历史建筑影响的研究与实践家的城市地下空间的开发利用都期望达到高效、文明、舒适、安全的理想目标。当然,在不同历史时期,这些目标有不同的含义和标准,以现在的认知水平来看,这些长远的目标可以具化为：用有限的土地取得合理的最高城市容量,同时又能保持开敞的空间,充足的阳光,新鲜的空气,优美的景观和大面积的绿地与水面;在少用或不用常规能源的前提下,为居民提供不受自然气候影响的居住和工作条件;在自然和人为灾害的危险完全消除以前,保障所有居民的安全,使之不受灾害的威胁。为实现这些目标,必须探索、研究达到这些目标的途径和措施。地下空间是迄今尚未被充分开发的一种宝贵资源,具有巨大的潜力。开发利用地下空间在技术上已比较成熟,更重要的是开发利用地下空间可以与原有城市上部空间协调发展。由于地下空间开发利用的难度、进度,以及部分单位、企业考虑自身利益等诸多原因,我国大部分城市地下空间开发利用缺乏完整统一的规划布局,部分城市处于一种“无政府”状态,亟待建章立制、长远规划、分步实施。1.1.1.2 城市地下空间开发利用的基本属性城市地下空间开发利用总体上讲是环境友好工程,可以充分利用地下空间,改善地面环境,增加绿地,节约资源。城市地下空间开发利用是一门综合性、实践性很强的交叉学科,其基本属性表现在如下几个方面。1.综合性城市地下空间开发利用是建造埋设在城市地面以下的土或岩层中的工程结构物。建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段,其中,设计和施工都受到地质及其周围环境的制约,如遇到历史建筑,还涉及历史建筑的保护问题。因此,在规划、设计之前必须对工程所处环境做周密调查,尤其重要的是工程地质和水文地质的勘探,并且这项工作应贯穿于整个工程建设的始终。规划、设计与施工需要运用工程测量、岩土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑结构、建筑设备、工程机械、技术经济等专业知识和洞室施工技术、施工组织等领域的知识以及计算机和工程测试等技术。因而,城市地下空间开发利用是一门涉及范围广的综合性学科。城市地下空间作为人类活动的地下物质空间,对地下空间的空气、光和声等环境要求越来越高,也越来越关注地下空间对人的生理与心理产生的影响,为此还要求设计者具备地下空间环境的知识。由于施工条件的不同,有时还需要具备特殊施工方法的知识,如冻结法等。2.社会性城市地下空间开发利用是随着人类社会发展需要而逐渐发展起来的,它所建造的工程设施应反映出各个不同年代社会经济、文化、科学技术发展的面貌与水平。根据我国规划和现代化城市功能的要求,城市地下空间开发利用应成为为我国人民创造崭新的地下物质环境,为人类社会现代文明服务的重要组成部分。3.实践性城市地下空间开发利用是具有很强实践性的学科。早期的地下空间开发利用,如矿业的地下开采、铁路隧道、防空地下空间开发利用等都是通过工程实践,总结成功的经验,尤其是失败的教训发展起来的。材料力学、结构力学、流体力学以及近期有较大发展的土力学、基础工程学、岩体力学和流变力学等,是城市地下空间开发利用的基础理论学科。但地下空间开发利用是在土或岩层中,而各地的土或岩层