地铁隧道施工中的绿色节能技术与实践研究

2024-05-27韩燕

智能建筑与智慧城市 2024年3期

韩燕

（中国铁路设计集团有限公司）

1 引言

城市轨道交通工程是城市交通体系的重要构成，其充分利用地下空间建设大容量、运速快的客运通道，极大地缓解了大型城市的交通压力[1]。但是地铁隧道施工过程中易出现扬尘污染、噪声污染、电力资源与水资源浪费等现象，应用绿色节能技术充分运用自然清洁能源，可以有效控制地铁隧道工程施工中的环境污染，提高资源能源利用率，推动城市地铁隧道工程向绿色节能环保方向可持续发展。

2 地铁隧道施工中的绿色节能

2.1 地铁隧道施工中应用绿色节能技术的意义

地铁隧道工程中涉及到大量的施工材料安装、机械设备运行，需要耗费众多施工材料、电力资源、水资源，并产生大量的废土弃渣、噪声、污水等有毒有害物质。例如，地铁隧道开挖过程中会产生大量的渣土，机械设备开挖过程中也会产生大量尾气，隧道内施工作业面较窄、施工环境闭塞、亮度不够等对照明系统与通风系统等也提出了较高的要求。绿色节能技术在地铁隧道施工中的应用重点体现在可再生清洁能源的充分利用、不可再生资源的节约化利用、废土弃渣的回收综合利用、施工现场的污染管理控制等方面，通过节能型材料的选型与回收利用可切实提高废土废渣的二次利用率，以免废土废渣在地表堆积污染土壤与水源；通过装配式技术与BIM技术的组合使用可以减少施工现场作业流程，提高施工技术实施精度，减少施工现场资源浪费；智能照明系统的布设应用、隧道通风系统的改造设计等可以拓展自然资源在隧道施工中的应用场景，提高资源能源的实际利用率。

2.2 地铁隧道施工中绿色节能的影响因素

2.2.1 土建结构

地铁隧道工程的土建结构是隧道施工绿色节能效果的重要影响因素，隧道的线型、洞门特征、洞内装饰、路面材料、断面尺寸等均会影响土建结构的复杂性、土建工程的体量以及工程机电设备的配置要求[2]。例如，地铁隧道线越长，隧道开挖的体量越大，所产生的废土弃渣、所消耗的资源能源越多；隧道洞内的装饰材料反射系数与摩阻系数也会影响隧道内的施工环境亮度与通风情况，进而影响隧道施工过程中需要配备的照明系统与通风系统；隧道断面尺寸越大，隧道开挖与掘进过程中需要配备的机械设备与电气设备就越多，相应的能源消耗以及产生的废气废水也就越多。

2.2.2 机电设施

地铁隧道内通常需配备若干机电设备，如通风设备、照明设备、消防设施、供配电设施、监控设备等，机电设备的选型多根据隧道的地铁通行情况、安全等级等进行确定。不同规格型号的机电设施会影响地铁隧道施工的绿色节能效果，如考虑到地铁隧道的作业环境亮度不够，通常会在施工现场配备大量照明灯具，灯具功率多采用400W 左右，照明设施长时间开启会造成大量的电力资源消耗；为满足隧道内施工要求，地铁隧道内会配备大量的供电配电设施，并采用固定的电压等级为供电配电设施供电，电压等级未能根据机电设备的规格要求个性化设计与配置，供配电设施长时间处于运行状态不仅会耗费电力资源，也会影响设施设备的使用寿命；隧道施工中现场配置的风机功率通常较高，以缓解闭塞环境下施工难点，但过高功率的射流风机也会造成大量电力资源消耗[3]。

2.2.3 自然条件

自然条件如日照强度、太阳辐射时长、海拔高度、自然通风情况、空气质量等均是隧道施工绿色节能效果的重要影响因素。例如，太阳辐射时长与日照强度直接关系到地铁隧道内的光照度与亮度，若是日照强度不足或太阳辐射时长过短均会对隧道内照明系统的工作时长与照度等提出更高的要求。同时，太阳辐射时长与日照强度还会影响太阳辐射资源的转换率与利用率，太阳能电池板等的设施效用不高[4]。地铁隧道所在区域的自然风量、风向、风速等也会影响隧道内通风系统的规格配置与规格设置，过小的风量难以开发利用作为隧道施工的清洁能源。隧道内的作业空间较为狭窄，通风不畅，空气交换不够，通常需要启动通风系统实现隧道内外空气对流，提高隧道内空气质量，因此隧道内的空气质量会影响通风系统的运行时长与工作参数。上述自然条件均会影响机电设施的工作状态以及自然资源的转化利用情况，进而影响电力资源的消耗情况。

3 地铁隧道施工中的绿色节能技术应用实践

3.1 供配电系统绿色节能技术

供配电系统是地铁隧道施工电力能源供应的重要渠道，隧道内通常光线较暗、亮度不够、通风不足，为满足施工要求，通常需在隧道内布设照明系统、通风系统以及各类机电设备，在具体供配电系统绿色节能设计与应用时，一方面可合理选择变压器的分级开关，根据用电终端的电压要求配置相应的电压等级，降低线损与电能消耗。一方面可根据隧道内机电设备的功率因数规律适当补偿，如当夜间地铁隧道不施工时，隧道内通常只开启应急灯，功率因数较低且无法补偿，可适当增开隧道内的全日灯，提高隧道内照明系统的功率因数；当白天地铁隧道施工时，隧道内通常会开启白日灯与全日灯，同时通风系统以及各类用电设备也会大量开启，功率因数补偿波动较大，可合理配置电容器的组数，提高功率因数的补偿灵敏度。

3.2 照明系统绿色节能技术

照明系统是地铁隧道施工的重要辅助，在幽闭狭窄的隧道空间内亮度不足，需要照明系统提供充足的亮度支持各类施工工艺实施。隧道内照明系统的电力消耗与自身损耗较大，如在隧道风机出口处的风量较大，附近的照明设施在大风量吹动下易出现剧烈震动，内在结构与元器件磨损严重[5]。隧道内照明设施长时间处于工作状态，会消耗大量的电力资源。照明系统绿色节能可从智能控制技术应用、节能型照明设施应用、自然光源引入等方面实施，如可在隧道照明系统布设时选择LED 节能照明设施，如低能耗的无极灯、高智能化LED灯等；可在隧道内布设光照度传感器实时采集隧道内不同区域的光照度，引入无极全自动调光技术，自动调控照明设施的亮度等参数；可在隧道内布设声控装置，合理控制施工作业时的隧道内亮度，提高照明系统对电能资源的利用率。

3.3 通风系统绿色节能技术

地铁隧道施工中需要通风系统持续性工作排出隧道内的粉尘等有害物质，实现隧道内外气流交换，保证隧道内良好的空气质量以及作业环境条件。通风系统绿色节能可从通风设备的选择、通风智能控制、通风技术选择等方面实施，如可为隧道内的风机配备一套自耦降压起动装置，通过多台风机共用一套起动装置提高起动装置的利用率，避免起动装置频繁开关带来的电力资源浪费；可引入前馈式通风技术、双洞互补式通风技术、污染空气静电除尘技术等提高通风系统的工作效能，减少通风系统工作的电能消耗[6]；可在隧道内不同部位布设风速、风量、风向传感器与空气质量检测仪，利用传感器动态采集隧道内的实时通风数据，利用空气质量检测仪实时采集隧道内的各类气体或颗粒物含量，自动判别隧道通风情况并自动调节控制通风系统的工作参数，及时启动隧道通风应急预案，保证施工安全。

3.4 隧道弃渣综合利用技术

地铁隧道开挖施工过程中会产生大量的废土弃渣，这些废弃物大量堆积在施工现场会导致水污染与土壤污染，威胁生态安全。隧道施工后的弃渣需进行回收与综合利用，一方面应对隧道的洞渣岩性进行科学分析，如某地铁隧道工程发现洞渣岩性为花岗岩，进而将挖掘出的花岗岩洞渣回收加工后形成碎石骨料，作为轧制碎石的重要原料。一方面可结合地铁隧道周边地区的开发需要进行二次利用，如某地铁隧道工程中开挖出的弃渣用于当地造地利用，有效消纳隧道开挖出的废土弃渣，推动地方经济发展[7]。此外，弃渣综合利用应加强回收利用技术研究，如将隧道掘进过程中产生的泥浆用于打造泥水处理系统，有效隔离隧道施工产生的噪声。

3.5 自然资源开发利用技术

地铁隧道施工中自然资源开发利用技术多嵌套在照明系统、通风系统、消防系统、土建工程等中加以应用。例如，利用雨水回收装置对自然降水进行回收处理，利用污水处理技术对地铁隧道施工过程中产生的污水废水等进行净化处理，上述回收与处理后的中水可作为隧道内混凝土摊铺养护用水、施工现场降尘喷淋用水等，提高水资源利用率。在隧道施工现场扬尘管控时，可采用沿边喷淋装置，在保证降尘效果的基础上减少水资源的消耗。地铁隧道施工时，可在沿线布设一系列海绵设施如雨水花园、生物滞留地等，提高雨水资源的收集力度。隧道施工也应做好自然采光，通过在适当位置开设采光井，更加充分引入自然光源，减少电力资源的消耗。

3.6 污染控制技术

污染控制技术即对施工现场的水污染、噪声污染、空气污染等加以控制，在水污染方面，可在隧道口设有蓄水、沉淀和过滤用小池子，施工废水经处理后再用；施工中的渗、涌水严禁排放到地表和下水道；如洞内渗涌水和突泥，影响当地生产、生活，要采取注浆封堵和二次封闭，减少水土流失。在噪声污染方面，轴流风机前后设置消声器和减震器；在洞内运营用射流风机的前后设置消声筒；对洞内污染。汽车尾气作集中式高空排放，洞口和风井周边的废气浓度要满足环境空气质量相关标准，风塔内加装静电除尘设备；侧线隧道内加装除尘器和换气与补充新风装置等等。