地铁盾构隧道建设期碳排放强度估算及细颗粒物分布特性研究

董雪　侯佳锐　李传伟

关键词：地铁盾构隧道；碳排放强度；细颗粒物；分布特性

中图分类号：X834 文献标志码：B

前言

地铁已经成为城市主要的公共交通工具，其在缓解城市交通拥堵、减少城市热岛效应等方面发挥了重要作用。然而，地铁隧道建设过程中所产生的碳排放量巨大，如果不加以有效控制将会对环境造成严重影响。

针对地铁隧道建设过程中的碳排放问题，国内外学者主要从施工现场、设备使用、渣土运输与爆破、材料运输等方面开展研究。如基于有限元分析的研究方法，估算了地铁施工过程中碳排放总量；基于统计模型的研究方法，计算了隧道施工过程中碳排放量。但目前对盾构隧道建设过程中碳排放的研究还不够全面，且盾构隧道建设过程中的细颗粒物浓度分布规律尚不明确，一些研究方法对数据的敏感度不够高，导致分析结果不可靠。因此，文章通过对地铁盾构隧道建设过程中碳排放强度及细颗粒物浓度分布规律进行研究，为盾构隧道施工节能减排提供参考。

1碳排放强度估算及细颗粒物分布特性分析

1.1建立排放量测算模型

地铁盾构隧道建设期碳排放强度估算以实际工程内容为依据，包括工程建设阶段、施工机械设备运行及掘进阶段、渣土运输与洞内爆破阶段、材料运输及吊装阶段以及施工过程中其他相关因素所导致的碳排放量测算。在建立测算模型前，依据地铁盾构隧道建设期施工内容，确定模型的计算边界，见图1。

考虑到建设期不同阶段的实际情况，每一阶段的碳排放差异，针对盾构隧道施工过程中不同阶段的碳排放水平进行分析，并结合隧道建设的实际情况，分别对盾构隧道掘进阶段与其他相关因素所导致的碳排放量进行估算。

采用碳排放系数法进行估算，即对盾构隧道建设过程中所涉及到的不同阶段的碳排放量进行量化。结合施工现场监测数据与项目管理软件中设备运行数据，得到各阶段碳排放量，并分析各个阶段碳排放量。碳排放量测算模型如式（1）：

2实验研究

2.1实验准备

在上述理论的支持下，采用对比实验的形式展开更深层次的分析，以基于有限元分析的估算方法、基于统计模型的估算方法作为对比。实验以某地铁盾构隧道土建工程为案例，对工程建设期的不同阶段碳排放规律相关信息数据进行采集和统计，基于此，采用碳足迹计算器计算碳排放量并对碳排放数据进行汇总。为确保数据准确性和可靠性，使用第三方机构对碳排放计量数据进行验证和审核，最后整理工程量清单，将其作为实验数据，用于后续实验分析。具体工程建设期碳排放数据见表1。

以表1中的数据作为实验数据，分别使用不同的估算技术对地铁盾构隧道建设期不同阶段的碳排放量进行估算，对比各个估算方法的估算精度，同时使用各个估算方法对各个阶段产生细颗粒物浓度进行空间分布估算，统计出各个估算方法的估算正确比，结合两组实验结果，分析各个估算方法的计算敏感性。

2.2实验结果与分析

在碳排放量估算精度实验中，设置三个估算阶段，分别是建材生产阶段，建材运输阶段，施工阶段，计算各个估算方法的估算精度，结果见图2。

如图2所示，无论在哪一个建设阶段，提出的估算方法的估算精度始终处于比较高的水平，且估算精度比较稳定，没有出现明显的下降。相比之下，基于统计模型的估算方法估算精度比较低，并且在建材生成阶段，整体变化比较大，基于有限元分析的估算方法存在类似的问题，估算精度不高。由此可知，提出的地铁盾构隧道建设期碳排放强度估算方法精度高，数据可靠。

在地铁盾构隧道中选取多个监测点，测点高度为1.5米，使用不同的估算技术估算出细颗粒物在实验空间内的分布情况，计算出估算正确数据占所有估算数据的比例，根据正确比计算结果对比分析各个估算方法。在不考虑人员活动对实验影响的情况下，设计两种工况，一种是监测点位置细颗粒物浓度先增加后减少，另一种是监测点位置细颗粒物浓度先减少再增加。经过计算机软件的统计，获得的实验结果见表2。

对比各个估算方法的实验结果可知，提出的估算方法在不同送风角度的影响下依然保持着90%以上的正确比，基于有限元分析的估算方法的估算正确比在70%以上，未达到90%，基于统计模型的估算方法估算正确比在60%～80%之间。由此可知，提出的估算方法正确比更高。结合碳排放量强度估算精度实验结果分析可明显看出，提出的估算方法估算数据可靠，精度高，对细颗粒物分布相关数据足够敏感，整体性能优于现有估算方法。

3结束语

文章以地铁盾构隧道建设期碳排放强度作为研究重点，同时研究细颗粒物的分布特性，旨在发现建设施工过程中环境污染情况，及时发现问题并治理，改善生态环境，实现绿色环保的工程建设。经过大量计算和分析发现，盾构隧道建设期碳排放量主要来源于施工机械设备运行及掘进、渣土运输、洞内爆破、材料运输及吊装等；细颗粒物浓度随着施工机械设备运行及掘进、渣土运输、洞内爆破等环节的增加而增大，碳排放强度与施工机械设备运行及掘进成正相关关系。通过对比实验得出，提出的估算方法估算精度较高，估算正确比保持在90%以上，验证了估算方法的敏感性和可靠性，为地铁盾构隧道建设碳排放强度估算和颗粒物分布特性分析提供了一定的技术支撑。