“绿色生态”措施在地铁明挖基坑施工中的应用

王秋生 张功 李征 凌立静 张小松 胡敏军

摘要：传统地铁明挖基坑施工通常为露天作业，施工过程中产生的扬尘、噪音等环境问题一直是困扰施工单位影响绿色文明施工的重要原因。北京地铁12号线三元桥站毗邻机场高速，周边办公环境复杂，环保要求高，为彻底解决明挖施工对周边环境的不利影响，车站首次采用“绿色生态”隔离棚，有效根治施工扬尘、噪音及光污染问题，使得整体施工环境得到提升，促进与周边环境的和谐发展。隔离棚的使用有效控制扬尘的外溢，为工程建设节约工期62天，为工程建设质量与现场施工环境创造了良好的条件。

Abstract： Traditional open cut construction is usually open-air operation. Dust and noise will be generated during construction. These problems plagued the construction unit and affected the green and civilized construction progress. Sanyuanqiao Station of Beijing Metro Line 12 is adjacent to the Airport Expressway. The surrounding office environment is complex and environmental protection requirements are high. In order to completely solve the adverse impact of the open-cut construction on the surrounding environment， the station adopted "Green Ecology" dust-proof isolation shed for the first time. This method effectively cures the problem of construction dust， noise and light pollution. The overall construction environment has been improved and the surrounding environment has been harmoniously developed. The use of dustproof isolated shed effectively controls the spillage of dust. This method creates good conditions for engineering construction quality and on-site construction environment. Project construction period saved 62 days.

关键词：防尘隔离棚;绿色环保;扬尘;钢结构;膜结构

Key words： dustproof isolated shed;green environmental protection;fugitive dust;steel structures;membrane structure

中图分类号：U231+.3                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）17-0117-04

0  引言

近年来，随着我国城市建设的标准不断提升，传统建筑、市政行业的建造标准、建设需求等得到了极大的改善，在城市化快速发展的过程中充分考虑对环境的影响，将绿色生态施工纳入建设考核的重点范畴，国家先后出台了一系列施工绿色环保政策文件，督促建设行业的绿色建造升级。市政地铁作为改善民生的重要工程，主要服务于城市缓解交通压力且地理位置均设置在城市中心地带。目前传统明挖车站基坑及主体结构施工通常面临较多的环境问题，在土方施工阶段、混凝土凿除阶段尤其突显，不仅影响周边环境的绿色环保，现场施工环境也较恶略影响施工人员的健康，同时受到监管单位的扬尘控制的重点对象，这些都成为制约明挖基坑施工的重要因素;因此，解决扬尘问题，提升明挖施工作业的绿色生态措施成为重点关注对象。

国内大量学者对绿色生态施工进行了相关的研究探索。张希黔等结合我国国情发展及政策，系统阐述了建筑行业绿色施工的理念，绿色施工是对整个施工过程的动态管理，包括施工策划、施工准备、材料采购、现场施工、工程验收等各个阶段的管理监督[1]。张莉莉等以绿地建筑集群项目工程为例，对工艺进行优化，采取喷淋降尘、支护优化、喷淋养护、LED灯照明等措施实现工程的节能创效绿色施工[2]。张建文等通过BIM技术组织施工現场及临建布置，采用材料回收、喷淋降尘方式实现环境保护目标[3]。叶克明强调绿色施工要依靠科技创新，从持续教育提升理念，自觉推行绿色施工，提升绿色施工的标准化，创新绿色施工的技术水平[4]。李聪等从绿色施工管理角度阐述了绿色施工推进的管理技术，以管理促进绿色施工水平的提升[5]。

地铁车站的明挖基坑施工涉及土方、钢筋、混凝土等各项工序，控制好各阶段的扬尘噪音是保证绿色生态施工的重要手段;目前常用绿色环保措施主要是洒水、设置雾炮等形式，因其施做在敞开环境中，仅能对局部控尘起到效果，但不能实现对施工区域内整体的控尘，无法从根本上控制扬尘。针对明挖基坑施工特殊的作业环境和特点，本文首次采用全封闭结构形式“绿色生态”罩棚进行明挖基坑的施工作业，通过在封闭罩棚内配备降尘滤尘设备，通过空气流动实现了空气中扬尘颗粒的过滤，施工现场尘土得到有效控制，并确保了施工现场外排空气质量符合绿色环保要求，整个施工过程中均无扬尘外溢，有效根治了明挖基坑作业施工引起的扬尘环境问题。

1  工程背景

北京地铁12号线三元桥站地处北三环核心地带，周边建筑林立且为集中商务办公区，紧邻“国宾道”机场高速（图1）;传统明挖基坑施工作业无法满足对周边的绿色环保要求，开创明挖绿色生态施工新模式势在必行。

三元桥站为明挖地铁车站，全场240m，标准段宽23.5m，埋深28m。两侧场地宽度8-11m。采用全封闭式防尘隔离棚进行明挖基坑施工，首先要综合考虑大型机械设备的选用和高度控制、现场施工机械、物料设备的通行，满足现场施工的基本需求，其次要考虑封闭条件下施工的光照、空气流通、温度、湿度及内部空气的扬尘颗粒物浓度等。

2  “绿色生态”罩棚设计与施工

常规大跨度钢结构主要采用桁架结构或网架结构形式，用钢量大且施工困难;本工程所设计的罩棚以绿色生态环保为特点，主体结构采用新型轻旋钢结构，罩棚整体结构由53榀钢骨架组成，全部采用装配式钢结构，各类部件实现工厂化、模块化及标准化加工。为解决钢结构跨度大造成的用钢量增加，在钢架横梁的下弦增加预应力钢绞线，使结构顶部形成自平衡体系，减小水平推力。该结构的优点是在竖向荷载作用下，进一步减小了梁端弯矩、优化了梁柱截面，并充分利用预应力钢绞线高强抗拉力的特点，减少钢结构用量。

罩棚外封材料首次采用张悬膜结构形式，由工字钢骨架、张拉索构成。各杆件单元间通过法兰现场拼接，方便安装和拆卸。膜结构屋面共划分为14个膜单元，膜单元与杆件采用螺栓连接。膜材结构机械强度高，经纬向抗拉强度达5000N/5cm，表面涂层为聚偏二氟乙烯（PVDF）成份，稳定性强，在高温下对很多种类的化学品具有完全抵抗性，此外还具有耐渗透性、自洁性好，具有较高的透光性等优点。用钢量减少三分之一，共计约204吨。

罩棚结构示意图与实际效果图如图2、图3所示。

此外，明挖基坑罩棚因其体量庞大，除满足现场施工的标准化要求外，更要满足控尘环保、内部通排风及其作业环境舒适度要求。因此，罩棚在设计过程中在材料采光、棚内通风、扬尘控制与排放等均作了详尽的考虑。

3  绿色环保施工措施

3.1 采光及整体效果

膜结构宣传满足强度、耐久性、透光率、自洁性及防火要求，选用透光率为7%的蓝、白色膜材，最大限度采用自然光照。根据《建筑照明设计标准》（GB 50034-2013）及设计要求，现场施工所需照度应不低于300lm/0.75m2。罩棚内日常施工满足光照需求，且有效控制棚内的整体温度，避免夏季高温棚内温度较高导致工人中暑。考虑现场施工区域仅为车站基坑内及周边，面积约为6500m2，采用800W功率的LED塔吊灯55套作为照明灯具，满足了夜间施工照度的要求。

3.2 通排风及降尘控制

根据现场风向确定棚内的空气循环及流通的主方向，在棚内南、北两侧布置两排窗户（窗户净间距1.8，双层塑钢窗尺寸4.2m*1.5m），并将现场出入大门设置在北侧便于现场施工机械车辆的进出。通过计算分析棚内空间通风量为82338m3/h，为满足棚内空气循环流通，在棚内南侧安装主动排风系统，排风量为123507m3/h，压力910Pa，转速960r/min，通过排风机开启将棚内南侧空气排出形成负压环境，北侧空气通过门窗进入棚内形成空气正压环境，借助正负压环境的移动实现了棚内空气的循环流通。

为严格落实环保责任，保证棚内排风不引起周边环境的二次污染，通过在排风口及风道每隔5m处安装三层不同孔径滤尘网（100μm，50μm，10μm）以控制PM10为指标，在轴流风机驱动下实现降尘排风效果，滤尘网材每天专人负责清理确保扬尘止于棚内。通排风循环系统如图5所示。

3.3 环境监测系统

环境监测系统实现可视化管理，监测项目包括扬尘、噪音、风力、温湿度、PM10及PM2.5等环境数据。该监控系统主要由现场各终端采集器、数据处理器、终端显示器组成。系统具有超标自动报警功能，通过系统平台给扬尘、噪音等各监测项设定一个警戒数值，当监测数据超过该警戒数值且持续超过所设定的时间，系统迅即自动报警并启动喷淋降尘系统并加大通风除尘系统工作强度，同时将报警信息转发给责任监管人员，监管人员可针对重点区域情况进行手动调节。

3.4 降尘系统

在钢支撑及基坑周边进行喷淋系统的布设并在基坑四角布置雾炮机，通过安装智能检测控制实现喷淋设备根据现场扬尘情况及部位实时开启，使棚内PM10指标能够有效控制在100以内，符合环保要求。在喷射过程中，严格控制水雾喷射的压力，确保水颗粒粒径尺寸，能够与空气中悬浮颗粒物结合降落，起到有效降尘的控制目的。降尘喷淋系统如图6所示。

3.5 冲洗设备

在棚内设置雨水收集通道，在棚内出入口位置设置有雨水收集池（8m*4m），棚面雨水通过汇水管道流入供车辆冲洗及场地内晒水使用;采用自动感应式洗车平台，利用多方位高压水枪对车辆进行冲洗，确保上路车辆清洁干净，避免泥头车污染道路环境。冲洗用水实现三级沉淀后循环使用。冲洗设备如图7所示。

4  绿色效果验证

4.1 降尘降噪效果

为验证棚内过滤系统外排空气的质量，分别由北京市环境保护科学研究院及北京市天衡诚信环境评价中心两家环境监测单位对棚内排风污染进行监测，通过连续5天棚内、外的环境监测，证明通过使用过滤系统后，外排空气质量符合环保要求，降尘削减达到68.6%。

防尘隔离棚建成后对棚外噪音进行24小时监测，使用罩棚后棚内高峰施工的最高噪音值61dB，棚外此时仅为52dB，噪音削减率达到14%。

4.2 其他效果

使用防尘隔离棚后，工程冬季施工期间棚内地表温度较室外温度高5℃，地面以下5m处的温度较室外地表温度高出9-11℃，对于冬季施工不仅为现场工人提供了较为舒适的工作环境，且由于棚内温度较高，为冬施混凝土的养护提供良好的条件。自防尘隔离棚2018年7月建成到12月期间，因下雨、大风、降雪及其政治活动影响，共为工程建设节约工期62天。

5  总结

作为一种新型的“绿色生态”防尘隔离棚，能够有效控制传统明挖基坑施工作业所产生的扬尘、噪音问题：

①使用罩棚过滤系统后棚内扬尘削减达到68.6%，有效改善棚内施工作业环境，也确保了外排空气符合北京空气质量排放相关要求;

②罩棚能够起到降噪的功能，尤其在夜间施工环境，降噪率达到14%，滿足了夜间施工要求;

③作为一种新型绿色生态方案，提升了当前明挖基坑绿色文明施工作业的标准，促进了行业绿色施工的整体提升。

6  讨论

目前现状来看，由于工程建设周期3年左右，施做防尘隔离棚一次性投入较大，若能实现隔离棚生产的标准化、模数化，实现棚子整体的使用周转次数，对于项目工程来说可大大的减少投入成本，也将更有利于绿色文明施工水平的整体提升。

参考文献：

[1]张希黔，林琳，王军.绿色建筑与绿色施工现状及展望[J].施工技术，2011，40（339）：1-7.

[2]张莉莉，高山，李玉建，等.北京绿地中心工程绿色施工技术[J].建筑技术，2015，46（4）：309-313.

[3]张建文，蔡向阳.绿色施工技术在南阳市三馆一院工程中的应用[J].建筑技术，2017，48（7）：714-716.

[4]叶可明.依靠科技创新不断提高绿色施工水平[J].施工技术，2011，40（1）：8-15.

[5]李聪，姜娟，姜龙华，等.浅谈绿色施工技术管理[J].施工技术，2017，46（增）：1323-1325.