绿色施工技术在地铁盾构施工中的应用研究

2023-12-26白书宏郭义王浩楠

城市建设理论研究（电子版） 2023年33期

白书宏郭义王浩楠

中建八局轨道交通建设有限公司江苏南京 210046

地铁盾构施工通常在城市地下进行，施工过程中会涉及大量土方开挖和隧道建设。如北京轨道交通13号线扩能提升工程土建施工11合同段天通苑站～东三路站区间，地处天通苑小区，南侧紧邻清华长庚医院，北侧紧邻天通苑小区，西侧与既有5号线换乘，人流量大、交通复杂，周边环境敏感，如果没有采用绿色施工技术，可能会对周围的环境和生态系统造成严重影响，绿色施工技术的应用可以最大限度地减少土地破坏、水源污染和生物栖息地损害，确保施工对环境的影响最小化，地铁盾构施工通常需要大量的能源和资源，而绿色施工技术的应用可以有效地降低能源消耗和二氧化碳排放，例如采用节能设备、高效能源利用、废弃物回收等措施，都有助于减少施工对环境的能源压力[1]。本次研究主要是结合绿色施工相关理论，开展绿色施工技术在地铁盾构施工中的应用研究，为进一步推广和使用绿色施工技术奠定基础。

1 绿色施工技术相关理论

1.1 绿色施工

绿色施工的“以人为本”原则意味着在地铁盾构施工过程中，将人的健康、安全和福祉放在首要位置，确保施工过程对工人、社区居民和相关利益相关方的影响最小化，以及提供良好的工作环境和社会环境。绿色施工重视工人的安全，在盾构施工过程中，施工方会严格执行安全标准，提供必要的安全培训，为工人提供个人防护装备，确保他们在施工现场工作时不受伤害，绿色施工关心施工过程对附近社区居民的影响，在进行盾构施工时，会采取措施减少噪音、震动和尘土等对周围居民的干扰，尽量减少施工对生活和工作的影响，绿色施工重视公众参与和沟通，在盾构施工前，会与相关利益相关方进行充分的沟通，听取他们的意见和需求，并在施工过程中积极回应公众关切，绿色施工关注工人的职业健康，在盾构施工中，会采取措施防止工人暴露在有害物质和环境中，确保他们的身体健康，绿色施工承担社会责任，尊重当地文化和传统，积极参与社会公益事业，回馈社会[2]。

绿色施工中的环保优先原则意味着在地铁盾构施工过程中，环保成为首要考虑的因素，确保施工活动对环境的影响最小化，该原则强调保护自然环境，降低施工对水、土壤、空气和生态系统的不良影响，以及积极推动环境保护措施的应用。在施工前，进行全面的环境影响评估，以了解施工活动可能对环境造成的潜在影响，基于评估结果，采取相应措施，确保施工过程符合环境保护要求，选择施工区域时优先考虑不破坏或最小化破坏原有生态系统的地区，尽量避免对重要的生态功能区进行施工，在施工完成后，采取措施修复施工现场的土地，还原自然生态，合理规划和控制施工过程中产生的废水排放，确保废水经过处理后符合环境标准，不对周边水体造成污染，同时，采取措施防止施工过程中的泥浆和废水渗漏进入地下水系统，采用环保的施工设备和工艺，减少施工活动产生的废气和粉尘排放，在施工现场加强粉尘控制，确保空气质量不受严重影响，采取措施降低施工活动产生的噪音和震动对周边居民的影响，选择低噪音设备和合理施工时间，确保施工对周边居民的生活和休息不产生严重干扰，合理规划废弃物的处理，鼓励废弃物的循环再利用和资源化利用，最大限度减少废弃物对环境的负面影响[3]。

1.2 绿色施工技术

在开展地铁盾构施工的过程中，与传统的施工技术相比，绿色施工技术强调环保原则，更注重减少对环境的负面影响，采用环保的施工设备和工艺，控制废气、废水、噪音和粉尘等的排放，保护周围的自然生态环境，而传统施工技术可能对环境造成较大的污染和破坏，绿色施工技术倾向于更高效地利用资源，例如选择可再生材料、循环利用废弃物等，以减少资源的消耗，而传统施工技术在资源利用方面可能相对较低效，绿色施工技术致力于节能减排，采用节能设备和技术，以及优化施工方案来减少能源消耗和排放，传统施工技术可能对能源的消耗和二氧化碳排放较为浪费，绿色施工技术更加关注社会责任，尊重当地社区的文化和传统，积极参与社会公益事业，传统施工技术可能较少考虑社会责任和对公众的影响[4]。绿色施工技术通过降低污染和生态破坏，能够更好地保护周围的自然环境，确保施工对生态系统的影响最小化，资源利用效率更高，能够减少对有限资源的浪费，促进资源的循环再利用，降低成本，强调可持续发展，确保施工过程对未来世代的发展和生活不造成不良影响，关注环保和社会责任，更容易获得公众的认可和支持，提高项目的社会接受度，通常需要引入新技术和方法，促进施工行业的创新和进步[5]。

2 绿色施工技术在地铁盾构施工中的应用研究

2.1 盾构刀具修复及保护刀再造技术

在地铁盾构施工中，盾构刀具磨损是指盾构机携带的刀具在施工过程中由于与地质岩石或其他硬质材料的接触和切削作用，逐渐失去原有的锋利度和形状，从而降低切削效率和施工速度的现象。在盾构施工过程中，盾构刀具与地质岩石表面接触并进行切削，由于地质岩石硬度较高，会导致盾构刀具表面发生磨擦，使刀具逐渐磨损，盾构刀具在切削过程中会受到地质岩石的冲击和挤压，这些冲击和挤压会使刀具表面发生微小的破损，从而导致刀具磨损，地质岩石中可能存在一些颗粒状的硬质矿物物质，当盾构刀具与这些颗粒磨料接触时，会加速刀具的磨损，在长时间的盾构施工过程中，盾构刀具不可避免地会受到频繁的使用，这也是导致磨损的重要原因。

在地铁盾构施工中应用绿色施工技术，盾构刀具的修复和保护刀再造技术是重要的环保措施，在应用该项技术的过程中，定期对盾构刀具进行检测和评估，查看刀具的磨损情况和受损程度，在施工过程中，要建立健全的刀具管理制度，确保对刀具的定期检查和评估，根据刀具检测和评估的结果，对刀具进行分类处理，对于磨损程度较轻的刀具，可以进行修复；对于无法修复的刀具，可以进行再利用或保护刀再造，对于磨损程度较轻的盾构刀具，进行修复，修复过程包括刀具表面的打磨、抛光和修复损坏的部分，使刀具恢复到较好的工作状态。对于无法进行修复的刀具，可以进行再利用或保护刀再造，再利用是指将损坏的刀具经过特殊处理，使其成为适合特定施工环境的刀具，保护刀再造是指通过技术手段对刀具进行表面改性，提高刀具的耐磨性和使用寿命，对修复或再利用的盾构刀具进行性能测试，确保其质量和性能符合施工要求，合理安排刀具的使用周期和轮换，避免过度使用和损耗，在施工过程中，要加强对刀具的维护和管理，定期对刀具进行清洗和润滑，确保刀具保持良好的工作状态，对于无法修复或再利用的盾构刀具，要进行合理的废弃物处理，采取环保的方式处理废弃刀具，如进行资源回收或进行安全处置。

盾构刀具修复及保护刀再造技术可以有效地修复和再利用磨损的刀具，延长刀具的使用寿命，这样可以减少频繁更换刀具的需求，节约了大量的原材料和资源，通过修复和再利用刀具，可以减少购买新刀具的成本，同时，采用保护刀再造技术，可以将损坏的刀具改造成适合特定施工环境的刀具，降低了施工成本，传统施工中，磨损严重的刀具通常被当做废弃物处理，造成了大量的资源浪费和废弃物的产生，通过修复和再利用刀具，可以减少废弃物的产生，有利于环境保护，盾构刀具修复及保护刀再造技术符合绿色施工的原则，降低了资源的消耗和环境的影响，使用环保材料和技术进行修复和再造，减少了能源的消耗和碳排放，刀具的修复和再利用可以保持刀具的良好工作状态，提高了切削效率和施工速度，这有助于提高地铁盾构施工的整体效率和质量。

2.2 同步射流泥饼防治技术

在盾构施工过程中，隧道开挖面会产生大量的泥饼，泥饼是由地层土壤与水泥浆混合后形成的黏性物质，泥饼的形成会导致隧道开挖面的不稳定，增加施工风险，同时还可能对地下水系统和地表环境造成污染。在地铁盾构施工中应用绿色施工技术，泥饼冲洗装置是一种用于防治泥饼形成的关键设备，该装置通过高压水射流的方式，对隧道开挖面的泥饼进行冲洗和清理，以稳定开挖面，提高施工效率，并降低对环境的影响。泥饼冲洗技术通过在装置中增加高压水泵，将水泵产生的高压水导入喷射头，喷射头的射流口较小，压力较高，水流速度也很快，当高压水射流与泥饼接触时，会产生高速的冲击力和剪切力，将泥饼彻底冲洗和分解，使其成为可被排出的泥浆，从而稳定开挖面。在该装置中，高压水泵用于产生高压水，将水推送至喷射头，喷射头装置顶端的喷射头负责将高压水转化为高速射流，冲击和清理泥饼，喷射管道将高压水从水泵传送至喷射头的管道系统，控制系统用于控制高压水泵的开关和水流的压力和流量，一般采用自动控制，根据施工需要调整水流参数，回收系统负责收集冲洗后产生的泥浆，并进行处理或再利用，这样可以最大限度地节约水资源和减少废弃物的产生。

在开始盾构施工前，需要将泥饼冲洗装置安装在盾构机的相应位置，确保高压水泵、喷射头、喷射管道和控制系统等组件完好无损，并与盾构机的供电系统和控制系统连接，根据施工的实际情况，调整喷射头的喷射角度和位置，使高压水射流能够直接冲击到隧道开挖面，并覆盖需要处理的区域，使用控制系统，调整高压水泵的开关、水压和流量，一般情况下，需要根据泥饼的硬度和粘性等特性来确定合适的水压和流量，以确保高压水射流能够有效地冲击和清理泥饼。在一切准备就绪后，启动泥饼冲洗装置，高压水泵开始工作，将高压水导入喷射头，形成高速射流，将喷射头对准隧道开挖面的泥饼区域，启动高压水射流，高压水射流冲击和剪切泥饼，将其彻底清理和分解成泥浆，泥浆会被带走，形成干净的开挖面。在施工过程中，定期检查泥饼冲洗装置的工作状态，确保各个组件的正常运行，根据施工情况，及时清理泥饼冲洗装置，以保持其有效性，冲洗后产生的泥浆可以通过回收系统进行收集和处理，这样可以实现水资源的节约和废弃物的减少。泥饼冲洗流量可以根据地质情况和泥饼特性，可以进行现场试验，调整冲洗装置的水压和流量，观察冲洗效果。根据试验结果，逐步确定合适的冲洗流量，还可以采用理论计算的方法进行冲洗流量的分析，根据泥饼的特性和冲洗目标，使用相关的公式或模型计算出合理的冲洗流量，在实际施工中，随着施工的进行，冲洗流量的大小可能需要不断调整，可以根据施工经验和实际效果进行总结和优化，找到最佳的冲洗流量。

2.3 施工废水循环利用技术

在盾构施工过程中，会产生大量的废水，包括洗刷隧道开挖面时产生的泥浆废水、冲洗泥饼时产生的废水等，传统做法通常是将这些废水排放到外部环境或进行简单处理后排放，这会对周围环境和水资源造成污染。施工废水循环利用的原理是将产生的废水进行收集和处理后再利用于施工过程中，从而达到资源节约、环境保护和提高施工效率的目的，其主要由五部分构成：①废水收集系统，施工现场会产生多种类型的废水，包括洗刷隧道开挖面时产生的泥浆废水、冲洗泥饼时产生的废水等，废水收集系统负责将这些废水进行有效的收集，避免废水的散乱和浪费；②废水处理设备，收集的废水需要经过处理才能达到再利用的要求，废水处理设备包括过滤器、沉淀池、脱水设备等，用于去除废水中的固体颗粒、悬浮物、油脂等污染物，使废水达到再利用标准；③废水储存设施，经过处理的废水会暂时储存在废水储存设施中，这些设施通常是水箱或水池，用于储存处理后的废水，以备再利用；④再利用系统，储存的废水经过再利用系统送回施工过程中，例如冲洗泥饼时可以再利用处理后的废水进行冲洗，避免对新水的需求，提高施工效率；⑤监测与控制系统，施工废水循环利用过程中需要进行废水质量的监测和控制，监测系统可以对废水进行实时监测，确保处理后的废水符合再利用标准，控制系统根据监测结果进行调整，以确保再利用的废水质量稳定可靠。

在地铁盾构施工过程中，收集产生的废水，包括洗刷隧道开挖面时产生的泥浆废水、冲洗泥饼时产生的废水等，设置合适的废水收集点和管道，确保废水能够有效地被收集起来，将收集到的废水送入废水处理设备进行处理，废水处理设备通常包括过滤器、沉淀池、脱水设备等，用于去除废水中的固体颗粒、悬浮物、油脂等污染物，使废水达到再利用标准，经过处理的废水会暂时储存在废水储存设施中，例如水箱或水池，储存的废水应保持清洁和密封，以防止再污染，处理后的废水经过再利用系统送回施工过程中，例如冲洗泥饼时可以再利用处理后的废水进行冲洗，避免对新水的需求，提高施工效率，废水处理设备和废水储存设施需要定期维护，确保其正常运行和稳定性，同时对再利用系统进行定期检查和维护，以保证废水再利用效果的持续稳定。