地鐵隧道施工中的綠色節(jié)能技術(shù)與實(shí)踐研究

韓燕

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司）

1 引言

城市軌道交通工程是城市交通體系的重要構(gòu)成，其充分利用地下空間建設(shè)大容量、運(yùn)速快的客運(yùn)通道，極大地緩解了大型城市的交通壓力[1]。但是地鐵隧道施工過(guò)程中易出現(xiàn)揚(yáng)塵污染、噪聲污染、電力資源與水資源浪費(fèi)等現(xiàn)象，應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)充分運(yùn)用自然清潔能源，可以有效控制地鐵隧道工程施工中的環(huán)境污染，提高資源能源利用率，推動(dòng)城市地鐵隧道工程向綠色節(jié)能環(huán)保方向可持續(xù)發(fā)展。

2 地鐵隧道施工中的綠色節(jié)能

2.1 地鐵隧道施工中應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)的意義

地鐵隧道工程中涉及到大量的施工材料安裝、機(jī)械設(shè)備運(yùn)行，需要耗費(fèi)眾多施工材料、電力資源、水資源，并產(chǎn)生大量的廢土棄渣、噪聲、污水等有毒有害物質(zhì)。例如，地鐵隧道開(kāi)挖過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的渣土，機(jī)械設(shè)備開(kāi)挖過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量尾氣，隧道內(nèi)施工作業(yè)面較窄、施工環(huán)境閉塞、亮度不夠等對(duì)照明系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)等也提出了較高的要求。綠色節(jié)能技術(shù)在地鐵隧道施工中的應(yīng)用重點(diǎn)體現(xiàn)在可再生清潔能源的充分利用、不可再生資源的節(jié)約化利用、廢土棄渣的回收綜合利用、施工現(xiàn)場(chǎng)的污染管理控制等方面，通過(guò)節(jié)能型材料的選型與回收利用可切實(shí)提高廢土廢渣的二次利用率，以免廢土廢渣在地表堆積污染土壤與水源；通過(guò)裝配式技術(shù)與BIM技術(shù)的組合使用可以減少施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程，提高施工技術(shù)實(shí)施精度，減少施工現(xiàn)場(chǎng)資源浪費(fèi)；智能照明系統(tǒng)的布設(shè)應(yīng)用、隧道通風(fēng)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)等可以拓展自然資源在隧道施工中的應(yīng)用場(chǎng)景，提高資源能源的實(shí)際利用率。

2.2 地鐵隧道施工中綠色節(jié)能的影響因素

2.2.1 土建結(jié)構(gòu)

地鐵隧道工程的土建結(jié)構(gòu)是隧道施工綠色節(jié)能效果的重要影響因素，隧道的線型、洞門(mén)特征、洞內(nèi)裝飾、路面材料、斷面尺寸等均會(huì)影響土建結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、土建工程的體量以及工程機(jī)電設(shè)備的配置要求[2]。例如，地鐵隧道線越長(zhǎng)，隧道開(kāi)挖的體量越大，所產(chǎn)生的廢土棄渣、所消耗的資源能源越多；隧道洞內(nèi)的裝飾材料反射系數(shù)與摩阻系數(shù)也會(huì)影響隧道內(nèi)的施工環(huán)境亮度與通風(fēng)情況，進(jìn)而影響隧道施工過(guò)程中需要配備的照明系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)；隧道斷面尺寸越大，隧道開(kāi)挖與掘進(jìn)過(guò)程中需要配備的機(jī)械設(shè)備與電氣設(shè)備就越多，相應(yīng)的能源消耗以及產(chǎn)生的廢氣廢水也就越多。

2.2.2 機(jī)電設(shè)施

地鐵隧道內(nèi)通常需配備若干機(jī)電設(shè)備，如通風(fēng)設(shè)備、照明設(shè)備、消防設(shè)施、供配電設(shè)施、監(jiān)控設(shè)備等，機(jī)電設(shè)備的選型多根據(jù)隧道的地鐵通行情況、安全等級(jí)等進(jìn)行確定。不同規(guī)格型號(hào)的機(jī)電設(shè)施會(huì)影響地鐵隧道施工的綠色節(jié)能效果，如考慮到地鐵隧道的作業(yè)環(huán)境亮度不夠，通常會(huì)在施工現(xiàn)場(chǎng)配備大量照明燈具，燈具功率多采用400W 左右，照明設(shè)施長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟會(huì)造成大量的電力資源消耗；為滿足隧道內(nèi)施工要求，地鐵隧道內(nèi)會(huì)配備大量的供電配電設(shè)施，并采用固定的電壓等級(jí)為供電配電設(shè)施供電，電壓等級(jí)未能根據(jù)機(jī)電設(shè)備的規(guī)格要求個(gè)性化設(shè)計(jì)與配置，供配電設(shè)施長(zhǎng)時(shí)間處于運(yùn)行狀態(tài)不僅會(huì)耗費(fèi)電力資源，也會(huì)影響設(shè)施設(shè)備的使用壽命；隧道施工中現(xiàn)場(chǎng)配置的風(fēng)機(jī)功率通常較高，以緩解閉塞環(huán)境下施工難點(diǎn)，但過(guò)高功率的射流風(fēng)機(jī)也會(huì)造成大量電力資源消耗[3]。

2.2.3 自然條件

自然條件如日照強(qiáng)度、太陽(yáng)輻射時(shí)長(zhǎng)、海拔高度、自然通風(fēng)情況、空氣質(zhì)量等均是隧道施工綠色節(jié)能效果的重要影響因素。例如，太陽(yáng)輻射時(shí)長(zhǎng)與日照強(qiáng)度直接關(guān)系到地鐵隧道內(nèi)的光照度與亮度，若是日照強(qiáng)度不足或太陽(yáng)輻射時(shí)長(zhǎng)過(guò)短均會(huì)對(duì)隧道內(nèi)照明系統(tǒng)的工作時(shí)長(zhǎng)與照度等提出更高的要求。同時(shí)，太陽(yáng)輻射時(shí)長(zhǎng)與日照強(qiáng)度還會(huì)影響太陽(yáng)輻射資源的轉(zhuǎn)換率與利用率，太陽(yáng)能電池板等的設(shè)施效用不高[4]。地鐵隧道所在區(qū)域的自然風(fēng)量、風(fēng)向、風(fēng)速等也會(huì)影響隧道內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)的規(guī)格配置與規(guī)格設(shè)置，過(guò)小的風(fēng)量難以開(kāi)發(fā)利用作為隧道施工的清潔能源。隧道內(nèi)的作業(yè)空間較為狹窄，通風(fēng)不暢，空氣交換不夠，通常需要啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)外空氣對(duì)流，提高隧道內(nèi)空氣質(zhì)量，因此隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量會(huì)影響通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)與工作參數(shù)。上述自然條件均會(huì)影響機(jī)電設(shè)施的工作狀態(tài)以及自然資源的轉(zhuǎn)化利用情況，進(jìn)而影響電力資源的消耗情況。

3 地鐵隧道施工中的綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

3.1 供配電系統(tǒng)綠色節(jié)能技術(shù)

供配電系統(tǒng)是地鐵隧道施工電力能源供應(yīng)的重要渠道，隧道內(nèi)通常光線較暗、亮度不夠、通風(fēng)不足，為滿足施工要求，通常需在隧道內(nèi)布設(shè)照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)以及各類機(jī)電設(shè)備，在具體供配電系統(tǒng)綠色節(jié)能設(shè)計(jì)與應(yīng)用時(shí)，一方面可合理選擇變壓器的分級(jí)開(kāi)關(guān)，根據(jù)用電終端的電壓要求配置相應(yīng)的電壓等級(jí)，降低線損與電能消耗。一方面可根據(jù)隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)備的功率因數(shù)規(guī)律適當(dāng)補(bǔ)償，如當(dāng)夜間地鐵隧道不施工時(shí)，隧道內(nèi)通常只開(kāi)啟應(yīng)急燈，功率因數(shù)較低且無(wú)法補(bǔ)償，可適當(dāng)增開(kāi)隧道內(nèi)的全日燈，提高隧道內(nèi)照明系統(tǒng)的功率因數(shù)；當(dāng)白天地鐵隧道施工時(shí)，隧道內(nèi)通常會(huì)開(kāi)啟白日燈與全日燈，同時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)以及各類用電設(shè)備也會(huì)大量開(kāi)啟，功率因數(shù)補(bǔ)償波動(dòng)較大，可合理配置電容器的組數(shù)，提高功率因數(shù)的補(bǔ)償靈敏度。

3.2 照明系統(tǒng)綠色節(jié)能技術(shù)

照明系統(tǒng)是地鐵隧道施工的重要輔助，在幽閉狹窄的隧道空間內(nèi)亮度不足，需要照明系統(tǒng)提供充足的亮度支持各類施工工藝實(shí)施。隧道內(nèi)照明系統(tǒng)的電力消耗與自身?yè)p耗較大，如在隧道風(fēng)機(jī)出口處的風(fēng)量較大，附近的照明設(shè)施在大風(fēng)量吹動(dòng)下易出現(xiàn)劇烈震動(dòng)，內(nèi)在結(jié)構(gòu)與元器件磨損嚴(yán)重[5]。隧道內(nèi)照明設(shè)施長(zhǎng)時(shí)間處于工作狀態(tài)，會(huì)消耗大量的電力資源。照明系統(tǒng)綠色節(jié)能可從智能控制技術(shù)應(yīng)用、節(jié)能型照明設(shè)施應(yīng)用、自然光源引入等方面實(shí)施，如可在隧道照明系統(tǒng)布設(shè)時(shí)選擇LED 節(jié)能照明設(shè)施，如低能耗的無(wú)極燈、高智能化LED燈等；可在隧道內(nèi)布設(shè)光照度傳感器實(shí)時(shí)采集隧道內(nèi)不同區(qū)域的光照度，引入無(wú)極全自動(dòng)調(diào)光技術(shù)，自動(dòng)調(diào)控照明設(shè)施的亮度等參數(shù)；可在隧道內(nèi)布設(shè)聲控裝置，合理控制施工作業(yè)時(shí)的隧道內(nèi)亮度，提高照明系統(tǒng)對(duì)電能資源的利用率。

3.3 通風(fēng)系統(tǒng)綠色節(jié)能技術(shù)

地鐵隧道施工中需要通風(fēng)系統(tǒng)持續(xù)性工作排出隧道內(nèi)的粉塵等有害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)外氣流交換，保證隧道內(nèi)良好的空氣質(zhì)量以及作業(yè)環(huán)境條件。通風(fēng)系統(tǒng)綠色節(jié)能可從通風(fēng)設(shè)備的選擇、通風(fēng)智能控制、通風(fēng)技術(shù)選擇等方面實(shí)施，如可為隧道內(nèi)的風(fēng)機(jī)配備一套自耦降壓起動(dòng)裝置，通過(guò)多臺(tái)風(fēng)機(jī)共用一套起動(dòng)裝置提高起動(dòng)裝置的利用率，避免起動(dòng)裝置頻繁開(kāi)關(guān)帶來(lái)的電力資源浪費(fèi)；可引入前饋式通風(fēng)技術(shù)、雙洞互補(bǔ)式通風(fēng)技術(shù)、污染空氣靜電除塵技術(shù)等提高通風(fēng)系統(tǒng)的工作效能，減少通風(fēng)系統(tǒng)工作的電能消耗[6]；可在隧道內(nèi)不同部位布設(shè)風(fēng)速、風(fēng)量、風(fēng)向傳感器與空氣質(zhì)量檢測(cè)儀，利用傳感器動(dòng)態(tài)采集隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)通風(fēng)數(shù)據(jù)，利用空氣質(zhì)量檢測(cè)儀實(shí)時(shí)采集隧道內(nèi)的各類氣體或顆粒物含量，自動(dòng)判別隧道通風(fēng)情況并自動(dòng)調(diào)節(jié)控制通風(fēng)系統(tǒng)的工作參數(shù)，及時(shí)啟動(dòng)隧道通風(fēng)應(yīng)急預(yù)案，保證施工安全。

3.4 隧道棄渣綜合利用技術(shù)

地鐵隧道開(kāi)挖施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢土棄渣，這些廢棄物大量堆積在施工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致水污染與土壤污染，威脅生態(tài)安全。隧道施工后的棄渣需進(jìn)行回收與綜合利用，一方面應(yīng)對(duì)隧道的洞渣巖性進(jìn)行科學(xué)分析，如某地鐵隧道工程發(fā)現(xiàn)洞渣巖性為花崗巖，進(jìn)而將挖掘出的花崗巖洞渣回收加工后形成碎石骨料，作為軋制碎石的重要原料。一方面可結(jié)合地鐵隧道周邊地區(qū)的開(kāi)發(fā)需要進(jìn)行二次利用，如某地鐵隧道工程中開(kāi)挖出的棄渣用于當(dāng)?shù)卦斓乩?，有效消納隧道開(kāi)挖出的廢土棄渣，推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展[7]。此外，棄渣綜合利用應(yīng)加強(qiáng)回收利用技術(shù)研究，如將隧道掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的泥漿用于打造泥水處理系統(tǒng)，有效隔離隧道施工產(chǎn)生的噪聲。

3.5 自然資源開(kāi)發(fā)利用技術(shù)

地鐵隧道施工中自然資源開(kāi)發(fā)利用技術(shù)多嵌套在照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、土建工程等中加以應(yīng)用。例如，利用雨水回收裝置對(duì)自然降水進(jìn)行回收處理，利用污水處理技術(shù)對(duì)地鐵隧道施工過(guò)程中產(chǎn)生的污水廢水等進(jìn)行凈化處理，上述回收與處理后的中水可作為隧道內(nèi)混凝土攤鋪養(yǎng)護(hù)用水、施工現(xiàn)場(chǎng)降塵噴淋用水等，提高水資源利用率。在隧道施工現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵管控時(shí)，可采用沿邊噴淋裝置，在保證降塵效果的基礎(chǔ)上減少水資源的消耗。地鐵隧道施工時(shí)，可在沿線布設(shè)一系列海綿設(shè)施如雨水花園、生物滯留地等，提高雨水資源的收集力度。隧道施工也應(yīng)做好自然采光，通過(guò)在適當(dāng)位置開(kāi)設(shè)采光井，更加充分引入自然光源，減少電力資源的消耗。

3.6 污染控制技術(shù)

污染控制技術(shù)即對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的水污染、噪聲污染、空氣污染等加以控制，在水污染方面，可在隧道口設(shè)有蓄水、沉淀和過(guò)濾用小池子，施工廢水經(jīng)處理后再用；施工中的滲、涌水嚴(yán)禁排放到地表和下水道；如洞內(nèi)滲涌水和突泥，影響當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活，要采取注漿封堵和二次封閉，減少水土流失。在噪聲污染方面，軸流風(fēng)機(jī)前后設(shè)置消聲器和減震器；在洞內(nèi)運(yùn)營(yíng)用射流風(fēng)機(jī)的前后設(shè)置消聲筒；對(duì)洞內(nèi)污染。汽車尾氣作集中式高空排放，洞口和風(fēng)井周邊的廢氣濃度要滿足環(huán)境空氣質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)塔內(nèi)加裝靜電除塵設(shè)備；側(cè)線隧道內(nèi)加裝除塵器和換氣與補(bǔ)充新風(fēng)裝置等等。

4 結(jié)語(yǔ)

在地鐵隧道工程施工過(guò)程中，應(yīng)充分利用節(jié)能綠色技術(shù)，通過(guò)節(jié)能技術(shù)、污染控制、自然資源開(kāi)發(fā)等舉措提高地鐵隧道工程施工技術(shù)水平，提升地鐵隧道工程的品質(zhì)，增強(qiáng)地鐵隧道工程的社會(huì)效益和生態(tài)效益，實(shí)現(xiàn)地鐵隧道工程與環(huán)境保護(hù)的同步發(fā)展。