1 振动对文物影响问题的提出

　　振动是自然界常见的一种物理现象，现代社会的生产活动和现代人们的生活活动都在产生振动，如轨道交通运行、爆破、振动冲击强夯加固地基、锤击破碎加工石料等。人们一方面要利用可能产生振动作用的功效，同时又在受到振动的伤害，如乘坐汽车跑的快了，却要遭受汽车颠簸振动的危害。在能高效达到一定施工目的同时，振动可能危及相邻近建筑物的安全和影响人们的正常生活。《中华人民共和国环境保护法》明确定义振动是一种公害。因此防止震动造成损害是许多工程建设设计和施工中要关心的重要问题。爆破作业的有害效应之一是爆破振动对周围环境的影响；轨道交通振动更是一种经常发生在我们身边的振动现象。

　　我国历史悠久，文物建筑和古迹特别多，为保护文物艺术宝库，国家于1982年就颁布了“文物保护法”。对于我国许多重要的古建筑、名胜古迹，国家先后确定了一批国家级和省级重点文物保护单位。随着国家经济建设的发展，一些现代社会活动对文物保护的负面影响也相应出现。

　　古建筑物或是重要的文物古迹，特别是古塔类建筑物由于它们的建筑年代久远，有的数百年，有的上千年，甚至更长的。它们经历了无数自然灾害的袭击或人为的伤害，或多或少都存在着这样那样不同程度的损害和破坏。它们的现状难于用现代力学给于准确的描述和评价。一方面我们从古代建筑看到了我们祖先的睿智、高超的建筑艺术和施工质量，同时又不得不承认当时认知的局限性，有限的生产能力和材料品种，或是结构设计不合理，使得有的建筑物基础承载能力不够，不少建筑就难于保存到现在。由于累积的伤害，严重降低了它们抵抗自然灾害和现代社会活动带来的干扰的能力。因此，专门研究确定它们可以承受的振动安全控制值是十分必要的。

　　八十年代初，洛阳市想在龙门石窟东边3公里处建设一个年产120万吨的石灰石矿山。矿山建设和生产都要进行爆破作业，爆破时总有一部分炸药的能量引起爆破作业地界附近地面的振动，尽管3公里外的爆破在龙门石窟区产生的振动量值很小，但是这样大小的振动若长期地存在，就会对早已遭受风水剥蚀的石窟文物的保护极为不利。龙门石窟文物已存在一千多年了，我们希望他们还能保存下去，一千年，两千年。为了保护龙门石窟文物，即使是具有很高品位的矿山资源，我们也只能优先选择保护好文物，放弃矿山开采。

　　同样，为了保护好龙门石窟文物，铁路也要让道。在修建焦枝铁路复线，确定洛阳龙门段选线方案时，当时任国务院副总理的邹家华同志曾指示说：铁路要建设，文物要保护。铁路列车运行振动是存在的。铁路振动有多大，铁路要外移，移多远合适要进行科学论证。经过实地监测铁路列车运行振动和分析研究，1992年在国家发改委评价焦枝铁路复线选线方案时，提出以龙门石窟区的地脉动为标准，让焦枝铁路复线东移700m，为龙门石窟在2000年一次申报世界文化遗产成功，奠定了必要的基础条件。

　　因此我们认为，对古建筑的振动安全标准原则上应是以回避现代社会活动的干扰影响确定一个保护范围，依据科学分析给出有足够安全性的振动约束值。

　　2 发展轨道交通是解决城市交通拥堵的根本出路

图1 北京地铁拥堵状况

　　随着经济发展和城市化进程的不断加快，世界各国在不同程度上都出现了城市的交通拥堵问题。近年来，对于中国的诸多大都市而言，交通拥堵已成为困扰政府、困扰市民的一个严重问题。如何解决城市的交通问题呢？人们普遍认同的一种途径是：优先发展以轨道交通为骨干的城市公共交通系统。解决交通拥堵问题的根本出路也在于建设完善的公共交通体系，其中构建比较完整的轨道交通网络是基础。所以，发展轨道交通是北京等大都市的公共交通体系建设的重中之重。因为轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点的特点，而且可以保护环境、节约能源和土地资源。只有中国高速铁路网的建成才能满足春节人们回家团聚的运输高峰需求，只有建设城市轨道交通网才能解决上下班时段的拥堵状况。目前，城市轨道交通已构成北京、上海等城市公交系统的重要组成部分。这点不难用下列数据来说明：2010年9月22日至24日，北京地铁8条运营线路共运送乘客1290万人次，平均425万人次/天；而在22日一天内，日运送乘客达到660万人次。2012年2月25日网上报道，北京城铁每天载客量已超过700万人次。4月30日北京有６条线路每天客运量超过100万人次，其中１号线客运量超过160万人次、２号线超过150万人次、４号线超过120万人次。因此，建设更多的快速轨道交通势在必行。仍以北京为例，2015年北京将建成18条轨道交通线路，构建成总长561公里的路网。届时，北京将超过纽约，成为世界上地铁长度最长的城市。

　　3 发展轨道交通和文物保护的矛盾

　　发展城市轨道交通，在中国，并非只是北京几个大城市的需求。有报告统计说，中国已有36个城市上报城市轨道交通建设规划，截至目前（2010年3月），中国已有33个城市正在筹备建设城市轨道交通，其中28个城市的轨道交通建设规划已经获得国务院的批复，包括古都西安、南京等。江苏，现在只有南京开通了地铁，苏州、无锡正在修建地铁，而常州、南通、镇江、扬州、徐州等苏南、苏北的重镇，都在规划未来的地下铁轨。有人这样说，“没有地铁的城市是一个不完整的城市。”

　　然而，轨道交通建设在解决城市交通拥堵问题的同时也带来文物保护等一系列新的环境保护问题。众所周知，北京、西安这些历史文化名城有很多很多的文物建筑和历史遗迹需要保护。因此，规划好城市发展的未来、建设好现代新城、展现好古代文明，是北京、西安等文明古城发展所面对的共同课题，其中一个重要方面是解决好轨道交通建设和文物保护之间的矛盾。

图2 夏家店文化遗址地面开裂状况

　　有报道说，在捷克一条繁忙的公路、轨道交通线附近，有一座古建筑因振动而产生裂缝，裂缝不断扩大导致古教堂的倒塌。而在北京，亦有多处文物受地铁运营列车振动的影响，有墙体开裂、损坏的现象。据有关媒体报道，国家文物局公布了全国人大常委会执法检查组关于检查《中华人民共和国文物保护法》实施情况的报告，近30年来全国消失的4万多处不可移动文物中，有一半以上毁于各类建设活动（参见2012年8月12日《北京晨报》）。对此种情况，人们痛心地说到：文物消失多毁于“建”！

　　内蒙赤峰二道井子遗址为青铜时代遗址，属于距今4000至3500年前的夏家店下层文化。考古发现部落村庄遗址城墙、环壕、院落、房屋等聚落要素，布局井然有序。这一文化是内蒙古最早进入青铜时代的考古学文化遗存，与中原文化存在着密切的联系，在探索中国文明起源与草原文化发展脉络方面，具有不可替代的学术地位。该遗址是迄今为止所发掘保存最为完整的夏家店文化遗址，也是东亚地区保存最好的土质城堡。2009年被中国社会科学院评为“2009年全国六大考古新发现”，被国家文物局评为“2009年全国十大考古新发现”。2009年9月，国家文物局组织专家进行论证，明确将该遗址列为全国重点文物保护单位，并要求高速公路对原方案进行调整，对采取绕行还是隧道下穿方案进行研究和保护措施的分析、论证与评估。专家评审意见认为采用隧洞方案，遗址保护不确定因素多，没有把握，担心多于可靠，建议采用绕道方案。可惜，2010年初，国家有关部门批复原则同意高速公路以隧道下穿方式通过遗址。三年后，笔者在遗址地面看到有伸进手指宽的纵向贯穿性裂缝。

　　3.1 轨道交通列车振动的特点

　　我们知道，和地震、爆破作业一样，轨道交通运营总有一部分能量会传递到邻近地层中，导致地面振动，过强的振动将导致文物的损坏。

　　和地震、爆破等产生的振动相比较，轨道交通导致的振动有如下特点：（1）轨道交通导致的振动作用是长期存在的；（2）轨道交通导致的振动是重复、反复发生的；（3）轨道交通振动是一种微振动，其作用时间很长。尽管人们已采取了多种减震隔振措施，其振动能量仍能导致临近地面的振动，从而形成建筑物的响应振动。此外，在轨道上运行的列车的振动还可能导致（或是加速）地铁轨道周边地层基础的下沉（或者说，不均匀下沉），从而引起地面建筑墙体裂缝，造成局部损坏。不少国家都把振动列为典型公害加以防止和控制。由于轨道列车运行振动的低频分量难于完全消除和控制，地铁列车振动可能带来的干扰已引起了社会各方面的关注和重视。

　　3.2 文物古建筑的特点和保护要求

　　众所周知，我国把可移动的和不可移动的一切历史文化遗存都称为文物。其中，可移动的文物，一般称为文化财产；不可移动的文物，一般称为文化遗产。对具有历史价值、文化价值、科学价值的历史遗留物采取的一系列防止其受到损害的措施，这个过程叫做文物保护。如何保护好文物，《中华人民共和国文物保护法》对此作了明确的规定，其中有关条文要求：（1）各级人民政府应当重视文物保护，正确处理经济建设、社会发展与文物保护的关系，确保文物安全。（2）文物是不可再生的文化资源。国家加强文物保护的宣传教育，增强全民文物保护的意识，鼓励文物保护的科学研究，提高文物保护的科学技术水平。（3）文物保护单位的保护范围内不得进行其他建设工程或者爆破、钻探、挖掘等作业。在全国重点文物保护单位的保护范围内进行其他建设工程或者爆破、钻探、挖掘等作业的，必须经省、自治区、直辖市人民政府批准，在批准前应当征得国务院文物行政部门同意。

文物古建筑物不同于现代建筑物，它们的受力状况难于检测，难于用现代力学方法给予准确的描述和评价。这是因为:（1）古建筑年代久远，有的数百年，上千年，甚至更长；（2）它们经历了无数自然灾害的袭击或人为的伤害；（3）它们的现状存在着或多或少、不同程度的损害和破坏。在过去的岁月里，特别是冷兵器时代，没有现代工业、交通的影响，文物建筑物周边的环境振动是很小的，尽管天然地震无法避免。所以它们能保存至今，成为我们的文化遗产。然而，现代社会对古建筑文物的干扰很多，而振动是最常见、影响最多的干扰。这类伤害的逐渐累积，严重降低了它们抵抗现代工业、交通干扰的能力；鉴于古建承受振动干扰能力降低，原则上我们要尽量控制人为震源的产生和强度，在无法避免产生时要尽量控制人为震源的强度，特别是现代交通产生的振动。因此，我们希望它们远离需要保护的文物建筑，远点，再远点！

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