工程实例3：西藏巨石文物平移关键技术方案及其应用
3.1 工程概况
在西藏拉萨市城关区娘热乡拉仁蔡村，一块高约25m、宽17.5m、厚8m的文物巨石与规划的环城北线道路红线冲突。该巨石上雕绘有两尊长寿佛，雕绘年代可追溯到唐代松赞干布时期，距今有1300多年的历史。为保护该巨石文物，尊重当地民族信仰，打造市民良好的宗教信仰活动场所，政府部门确定了将巨石整体平移52m，移至道路南侧、修建宗教祭祀活动广场的规划方案。被平移巨石原貌和新、旧位置分别如图1、图2所示。![]()
图1 巨石原貌
该巨石的北侧为石质山体，紧邻巨石为规划的拉萨环城北线，道路南侧为荒地和居民区。移位道路和新址所处场地土层自上而下分布为：①第四系全新统块石土、②粉质粘土、③砾砂、④冲洪积卵石组成，各层承载力特征值分别为140kPa、120kPa、160kPa、260kPa，上部三层的平均层厚分别约为：2m、3.5m、9.4m。场地地表高差小于0.45m。
巨石底部埋深不明，向下勘察数米未发现根底，经多次方案比选论证并经相关管理部门批准，确定了在地面部位切割，上部平移的方案。被移位部分的巨石高度约25m。
3.2 移位工程的特点和难点分析
基于该文物巨石的体貌和周边环境特点分析，同常规移位工程相比，本平移工程具有以下特点和难点：1.体型、根部埋深无任何原始资料，勘探、测绘困难，开挖探测埋深有较大风险。2.体型呈自然不规则形状，下小，上部最大厚度约8m，根部厚度小于4-6m，且略倾斜依靠北侧山体，托换结构设计与不同移动支座的托换荷载确定困难。移位部分与根部切割分离、移位行走过程中向后倾覆的风险很大，需设置防倾覆措施。3.由于属于文物建筑，露出地面的姿态、经文物管理部门批复的保护壁画周边一定范围内不得设置任何支撑加固措施，根部托换部位由文管部门确定。4.实体结构在原址均无托换结构和轨道的施工操作空间，被移位部分与原地基基础分离、托换结构与平移轨道施工工序需交替分步进行。经测绘后实际切割截面面积近100m2，需分块切割掏出，施工难度大。5.巨石被移位体高达25m，为实体结构，底部最大自重应力约600kPa，远远超过天然地基承载能力，新基础和轨道基础地基处理要求高。6.西藏地区建筑技术水平较低，施工设备调配困难，成本高，对技术方案的选择限制较大。7.巨石整体性好，刚度大，移位过程中产生内部结构损伤可能性小。托换结构设计可利用巨石的大刚度，这对整体移位施工是有利的。3.3 巨石平移的关键技术方案
3.3.1 整体平移关键技术组成
工程结构整体平移的关键技术组成包括移位轨道和地基处理技术、托换与加固技术、上部结构与原基础切割分离技术、移位系统与同步移位控制技术、就位连接技术等，下面分项介绍巨石平移的关键技术方案。3.3.2 基础与地基处理方案
由于单位面积上的地基附加应力较大，新基础和新旧位置之间的轨道基础均选用筏板基础，基础下部、第④层冲洪积卵石层上部进行地基处理。适用于粉质粘土和砾砂层地基处理的方法很多，如水泥土桩、灌注桩、高压注浆法等，也可以结合筏板直接选用大直径钻孔灌注桩。但在西藏地区施工机械不足，混凝土用量大时成本较高，经综合对比技术条件、工期和成本，考虑就地取材，最后选用振冲碎石桩地基处理方案。桩位间距根据振冲器功率确定，当选用30kW振冲器时，桩间距为1.3-2.0m。由于地层不均匀，不同位置桩长不定，在8-15m之间，桩端深入卵石层不小于0.5m。桩体材料可用含泥量不大于5%、粒径20-80mm的碎石、卵石、矿渣或其他性能稳定的硬质填料，不宜采用风化碎石。桩顶和基础之间填300-500mm级配砂石、碎石垫层。地基处理宽度22m。 处理后的复合地基承载力不小于400kPa。根据巨石估算重量8000t计算所需基础面积不小于200m2；设定基础底板宽度（与移动方向垂直方向）为21m，拆除过渡段轨道后的新基础保留长度（移动方向上，与巨石厚度方向砼）不小于9.52m，实际设计长度12m，巨石平面投影前后不小于2m。施工前现场勘查为探得巨石根部埋深，移位时将上部约25m高部分与根部切割分离，根部为原状土、石，足以承担全部荷载，该范围内无需进行地基处理和施工筏板基础。在筏板基础与巨石根部连接部位，板内钢筋植入巨石根部。3.4 移位轨道方案
移位下轨道采用宽度为900mm的钢筋混凝土矩形轨道梁，和筏板基础共同受力。考虑到新旧址之间的过渡段被规划为市民活动广场，露出地面部分轨道梁在巨石平移就位后需拆除，因此轨道梁和筏板之间采用了分离组合式截面，截面形式如图3所示。工程中共设置7条轨道，间距3m，平面布置参见图4。
有四条平移轨道穿越巨石内部，巨石中切出施工操作空间后，在轨道设计位置铺设界面为300×900mm的钢筋混凝土下轨道梁，表面抹灰找平。养护后表面连续铺设1000×250×10mm钢板，两两之间局部焊接。
3.5 移位托换和防倾覆支撑结构
巨石整体性好，理论上无需设计专门的可移动体托换结构。但由于巨石单位面积荷载较重，需通过托换结构对上部荷载进行适当扩散。并且巨石形状上大下小、头重脚轻，在水平移动荷载、风荷载作用下可能产生倾覆，因此应设置防倾覆支撑结构。托换结构和防倾覆支撑结构一体设计。
首先在巨石移动体底部位置设置一圈1.5-2.0m高的封闭托梁，然后上部左、右侧分别设8.6m、5.6m高防失稳支撑，后侧设5.6m高防倾覆支撑框架。托换与支撑结构如图5所示。
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a 平面图 b 横剖面图 c 移位后侧立面图图5 托换与防倾覆支撑结构
3.6 结构切割分离方案
平移前必须现将巨石上部与根部切割分离，才能形成可移动体进行移动。有三条轨道在巨石东、西两侧根部穿过，四条轨道从巨石中心穿过。切割分离在东、西侧三条轨道和上部托换结构完成、并安装支撑后进行。按巨石全部重量支撑在东、西侧三条轨道上验算，轨道所受平均竖向压力不超过10MPa。
切割采用长取芯机和金刚石线切割锯进行切割。首先采用取芯机在巨石上沿厚度方向钻孔；高度方向为两排，间距约0.8m，上下对齐；水平方向间距1.5-2m。其次将线切割锯穿入打好的孔，切两刀形成竖缝。然后按照0.3-0.5m厚度进行控制，分层分批切割，切割出的厚石板分块用钢丝绳拖出。切割部位正立面如图6所示。
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3.7 移位系统选择与同步位移控制方案
移位系统设计包括动力方案选择和移动设备装置选择，设备装置包括移动支座、水平动力设备和水平反力支座。动力方案选用推力方案。水平动力设备选用行程为1m的100t油压千斤顶，每条轨道并列设置两台。水平反力支座选用了两种方案：在初始平移时，在托换结构后方设置钢筋混凝土牛腿式反力支座，支座后方为山体；移动过程中反力支座为支撑在轨道板上的可动组合钢支座，由扦插在轨道板上预留孔中的竖向钢棒、后部钢斜撑、前部斜拉钢板和水平摆放的工形钢组成，如图7所示。移动支座选用0.5m长Ф50实心钢棒，按间距200-300mm摆放，每道轨道横向并排设2根；上面铺设14#槽钢，槽钢与巨石底面之间用楔形垫块顶紧，然后用混凝土填塞密实，见图8。
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图7 可动组合反力支座
同步位移控制的方法有统一指挥口令控制法和PLC自动控制系统法。由于巨石刚度大，不同步位移几乎不影响其结构安全，因此选用成本较低的口令法。为避免发生水平扭转，通过设置与轨道轴线对应的标志对巨石前进方向进行监测，发现超限扭转及时进行调整。工程实践表明，通过调整滚轴水平角度可以方便的对走向进行调整。
