城市地下通道施工中的节能环保技术应用研究

2024-06-10祁宇飞

工程建设与设计 2024年8期

关键词：骨料施工现场沥青

祁宇飞

（中铁十二局集团第四工程有限公司，西安 710000）

1 引言

地下通道作为城市交通的重要组成部分，其施工对城市的发展和居民的生活具有深远影响。但传统的施工技术在能源消耗、材料浪费和环境污染方面存在明显的缺陷。因此，研究和开发新的地下通道施工技术，满足节能和环保的需求，已成为该领域的研究热点。

2 下穿通道施工的节能环保技术

2.1 节能材料的选择与应用

城市交通建设中，下穿通道的施工过程不仅需要考虑经济效益，更需要考虑环保和能源消耗的问题，因此，选择合适的节能材料非常重要。在众多的建筑材料中，高性能混凝土与低碳材料因其独特的性质而受到广大工程师的青睐。高性能混凝土（High Perlormance Concrete，HPC）是近年来建筑行业的重要创新之一，与传统混凝土相比，具有混凝土结构所要求的各项力学性能。HPC 在强度、耐久性、工作性、稠度、体积稳定性和收缩性等方面都有显著优势。由于其密实性高，孔隙少，有更好的耐久性和更长的使用寿命，意味着在整个生命周期中，对于维护和修复的需求将下降，能够减少能源和资源的消耗。此外，HPC 的高强度意味着在构造下穿通道时所需的材料耗费下降，施工成本降低，生产混凝土所产生的碳排放减少。例如，部分低碳混凝土通过使用工业废渣、粉煤灰等材料替代传统的水泥成分，可以减少碳排放，循环利用工业废料，实现了资源的高效利用，低碳材料在使用过程中，由于其优良的隔热和保温性能，能够减少能源消耗，实现节能效果。

2.2 施工方法的优化

城市基础设施建设中，针对下穿通道的施工，存在两项核心技术——模板材料的循环使用和现场混凝土的再生技术，其在提高工程效率的同时，降低了环境影响。制作传统模板时，通常需要大量的原材料，如木材或金属，且材料利用率低，导致资源浪费，加剧环境污染。近年来，模板材料循环使用技术主要依赖于高强度、耐久性强、不易变形的新型模板材料，如钢模板和复合材料模板。其结构简单轻便，可以经受多次的施工压力，组合连接方式灵活，适应性强，可以反复使用，减少了材料消耗。此外，循环使用的模板降低了废弃物的处理压力，有助于维护施工现场的环境卫生，减少了对周边环境的影响。再者，现场混凝土再生技术在传统施工中，混凝土浇筑后产生的废料处理起来既费时又费力，而现场混凝土再生技术可以将这些废料再次利用，通过特定的机械设备将废旧混凝土破碎、筛选、洗涤后，得到可重新使用的骨料，减少骨料的消耗，避免废旧混凝土对环境造成的污染。

2.3 水资源管理与再利用

在当今全球面临水资源日益紧缺的背景下，合理利用和管理水资源尤为重要。传统施工方法中往往采用一次性水资源，但随着润滑、清洗水循环使用系统的推广，这种情况得到了有效改善，该系统主要通过高效的过滤和净化设备对使用过的润滑和清洗水进行处理，去除其中的杂质和污染物，达到再次使用的标准，显著减少了新鲜水的消耗，降低了污水的排放，减轻了对周边环境的影响。

3 地下通道道路施工的节能环保技术

3.1 绿色建材的选择与应用

再生骨料是通过对废旧建筑材料进行处理与再加工而得到的建筑材料，将其应用在地下通道道路施工中，展现出明显的环境与经济双重优势。从环境角度看，使用再生骨料能大幅度减少对自然资源的开采，同时降低废弃物填埋的数量，缓解了生态压力。从经济角度看，再生骨料的成本通常低于天然骨料的成本，且其性能经过技术处理与改良后，能确保地下通道道路的耐久性与承载能力。环境友好型沥青是对传统沥青进行改进后的产品，其在生产与施工过程中对环境的影响有所减少。该类沥青在生产时，降低了能耗和排放，并且在施工中，由于其特殊的配方与性质，可以通过修补或更换完成降级使用，节约能源、减少温室气体排放[1]。此外，环境友好型沥青还经常与再生骨料结合使用，进一步优化了道路的性能，延长了道路的使用寿命。

3.2 施工方法的优化

地下通道道路施工在追求工程质量和经济效益的同时，对环保与节能的要求也日趋严格，传统的施工方法已逐步被新型、低碳的技术所替代。传统的沥青施工通常需要将混合物加热至高温以确保其流动性和可塑性，但这一过程不仅耗能，同时还会释放大量的温室气体，因此，抑烟沥青和沥青路面的再生技术是两种有效的应用。抑烟沥青的应用可以显著降低沥青和沥青混凝土在拌和过程中产生的有毒有害烟气和粉尘。通过添加降黏剂和无机抑烟剂，减少了烟气的生成，降低了烟气的扩散，有效改善了施工现场的空气质量，是地下通道施工中的环保举措。沥青路面的再生技术在地下通道道路施工中同样具有显著的环保和节能效果。通过对老旧沥青材料的二次热循环利用，并添加再生剂，可以延长材料的使用寿命。此外，与新拌和沥青相结合，再辅以外加稳定剂，使沥青再生成为一种高效利用的资源技术，减少了建筑废物和新材料生产所带来的环境压力，也降低了整体施工成本。

3.3 尘埃与排放物管理

在施工过程中产生的尘埃和有害排放物对环境构成的威胁不容忽视。尘埃抑制剂主要由特定的化学成分组成，能有效结合土壤和其他颗粒物，降低其在空气中的扩散，降低施工现场的PM2.5和PM10的浓度，减少对环境和人体健康的危害。施工过程中的废气处理设备是为了降低施工活动中产生的有害气体排放。传统的施工设备和机械在工作过程中往往会释放出大量的氮氧化物、碳氢化合物和颗粒物，都是导致空气污染的主要原因。因此，通过在施工现场部署废气处理设备及净化装置，可以有效捕获并净化这些有害气体，使其达到排放标准。

3.4 能耗管理

太阳能辅助照明系统可以利用太阳能光伏板捕获阳光并将其转化为电能，再通过电池储存和管理，为施工现场提供持续、稳定的照明。与传统的电力照明系统相比，太阳能辅助照明系统具有明显的节能和环保优势，降低了对非可再生资源的依赖，从源头减少了碳排放。并且太阳能系统的运行维护成本较低，长远来看有助于降低施工成本。该系统还有助于减少施工现场的电网负荷，为其他关键设备提供更为稳定的电力供应。高效能沥青搅拌设备通过采用先进的热交换技术、优化的搅拌结构和自动化控制系统，实现了更高的搅拌效率和更低的能耗。具体而言，高效的热交换技术确保了沥青的均匀加热，减少了能源的浪费；优化的搅拌结构减少了摩擦和磨损，延长了设备的使用寿命；自动化控制系统能够根据实际需求调整搅拌速度和温度，避免了不必要的能源消耗。

4 地下通道桩基施工的节能环保技术

4.1 节能材料与技术

与传统钢材相比，高强度钢材具有更高的抗拉、抗压及抗弯曲性能，使工程师可在设计中采用更为精细、轻盈的桩体结构，进而减少施工中的钢材消耗。而环保型化学浆料的推广使用，为桩基施工提供了绿色的地下保护层，相对于传统化学浆料，环保型化学浆料主要使用生物可降解、无毒或低毒的组分，确保在液化、固化过程中不会产生有害物质并排放。此外，这类浆料在施工过程中展现出良好的流变性和稳定性，能够在短时间内与土壤形成坚固的结合，提高了桩基的稳定性和防水性。与此同时，环保型化学浆料可以确保施工后的土壤和地下水不会受到污染，为城市地下环境的长期健康提供了有力保障。

4.2 施工方法的优化

采用ZJD4000 型全液压气举反循环钻机进行同步钻进，可以有效提高孔壁的稳定性，降低孔壁坍塌的风险，对于减少施工现场的环境影响至关重要。施工过程中的技术优化也起到了关键作用，使用优质环保的PHP 泥浆，其物理和化学特性有助于保持孔壁稳定，减少坍塌的可能性。同时，针对不同地层的钻进施工，采取精确的控制策略十分必要，包括合理调节钻压、钻进速度和转速，以确保钻孔效率和精确度的同时，减少能源消耗和施工废物，提高了施工效率，也符合节能环保的原则[2]。

4.3 水资源管理与再利用

地下通道桩基施工中，水资源的合理管理与再利用是实现节能环保目标的重要环节。在钻孔过程中，由于液体的使用与施工现场地下水的存在，使用先进的技术手段，可以有效减少水资源浪费，同时减小施工过程对环境的压力。具体来说，钻孔液循环使用系统和施工地下水的处理与回用技术，已在实践中得到了广泛应用。钻孔液是在钻孔过程中用于清洗、冷却和稳定井壁的特种液体。钻孔液循环使用系统的设计采用先进的过滤、沉降和再生技术，再通过沉淀池的二次处理，可以得到可重复使用的清洁钻孔液，显著降低了水资源和化学添加剂的消耗，减少了施工过程中的环境污染。与此同时，施工过程中还可能遇到地下水的问题，尤其是在地下水位较高的地区，如果不加以处理可能会干扰施工过程，甚至危及施工安全。但直接排放地下水会造成水资源的浪费，并可能带有污染物质，因此，地下水处理与回用技术应运而生，将地下水收集起来，然后通过过滤、沉降、去除杂质等步骤进行处理，得到达到施工要求的清洁水资源，可以被重新用于施工过程，如冷却、清洗等。剩余的清洁水可以被排放到现场，或者用于其他需要的地方。

4.4 噪声与振动控制

地下通道桩基施工过程中，噪声和振动是两大关键环境问题，不仅影响周边居民和建筑物的安宁，而且还可能对附近的结构造成潜在伤害。传统的钻机在操作过程中会产生大量噪声，这是其内部构件的高速旋转和机械摩擦造成的。现代的低噪声钻机，通过改进设计、使用特殊材料以及优化机械结构，降低了运行时的声级。例如，部分高级钻机采用了特殊的隔音材料和优化的气流设计，减少了声音的传播。此外，精确的控制系统能够保证钻机在最佳状态下运行，避免不必要的噪声。然而，施工过程中产生的振动同样会导致声音传播，而且还可能对附近的结构造成影响，需要采取有效的振动隔离措施。振动隔离技术主要利用特定材料或结构来吸收、散发或隔离由施工引起的振动。例如，可以在钻机下方设置专用的隔振垫，这些垫子由能够吸收振动的材料制成，如橡胶或特殊合成材料；使用浮动基础或隔振支撑也是隔离振动的有效方法，可以显著降低由施工活动引起的地面振动。