“綠色生態(tài)”措施在地鐵明挖基坑施工中的應(yīng)用

王秋生 張功 李征 凌立靜 張小松 胡敏軍

摘要：傳統(tǒng)地鐵明挖基坑施工通常為露天作業(yè)，施工過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵、噪音等環(huán)境問題一直是困擾施工單位影響綠色文明施工的重要原因。北京地鐵12號線三元橋站毗鄰機(jī)場高速，周邊辦公環(huán)境復(fù)雜，環(huán)保要求高，為徹底解決明挖施工對周邊環(huán)境的不利影響，車站首次采用“綠色生態(tài)”隔離棚，有效根治施工揚(yáng)塵、噪音及光污染問題，使得整體施工環(huán)境得到提升，促進(jìn)與周邊環(huán)境的和諧發(fā)展。隔離棚的使用有效控制揚(yáng)塵的外溢，為工程建設(shè)節(jié)約工期62天，為工程建設(shè)質(zhì)量與現(xiàn)場施工環(huán)境創(chuàng)造了良好的條件。

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.

關(guān)鍵詞：防塵隔離棚;綠色環(huán)保;揚(yáng)塵;鋼結(jié)構(gòu);膜結(jié)構(gòu)

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

中圖分類號：U231+.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）17-0117-04

0 ?引言

近年來，隨著我國城市建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，傳統(tǒng)建筑、市政行業(yè)的建造標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)需求等得到了極大的改善，在城市化快速發(fā)展的過程中充分考慮對環(huán)境的影響，將綠色生態(tài)施工納入建設(shè)考核的重點(diǎn)范疇，國家先后出臺了一系列施工綠色環(huán)保政策文件，督促建設(shè)行業(yè)的綠色建造升級。市政地鐵作為改善民生的重要工程，主要服務(wù)于城市緩解交通壓力且地理位置均設(shè)置在城市中心地帶。目前傳統(tǒng)明挖車站基坑及主體結(jié)構(gòu)施工通常面臨較多的環(huán)境問題，在土方施工階段、混凝土鑿除階段尤其突顯，不僅影響周邊環(huán)境的綠色環(huán)保，現(xiàn)場施工環(huán)境也較惡略影響施工人員的健康，同時(shí)受到監(jiān)管單位的揚(yáng)塵控制的重點(diǎn)對象，這些都成為制約明挖基坑施工的重要因素;因此，解決揚(yáng)塵問題，提升明挖施工作業(yè)的綠色生態(tài)措施成為重點(diǎn)關(guān)注對象。

國內(nèi)大量學(xué)者對綠色生態(tài)施工進(jìn)行了相關(guān)的研究探索。張希黔等結(jié)合我國國情發(fā)展及政策，系統(tǒng)闡述了建筑行業(yè)綠色施工的理念，綠色施工是對整個施工過程的動態(tài)管理，包括施工策劃、施工準(zhǔn)備、材料采購、現(xiàn)場施工、工程驗(yàn)收等各個階段的管理監(jiān)督[1]。張莉莉等以綠地建筑集群項(xiàng)目工程為例，對工藝進(jìn)行優(yōu)化，采取噴淋降塵、支護(hù)優(yōu)化、噴淋養(yǎng)護(hù)、LED燈照明等措施實(shí)現(xiàn)工程的節(jié)能創(chuàng)效綠色施工[2]。張建文等通過BIM技術(shù)組織施工現(xiàn)場及臨建布置，采用材料回收、噴淋降塵方式實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)[3]。葉克明強(qiáng)調(diào)綠色施工要依靠科技創(chuàng)新，從持續(xù)教育提升理念，自覺推行綠色施工，提升綠色施工的標(biāo)準(zhǔn)化，創(chuàng)新綠色施工的技術(shù)水平[4]。李聰?shù)葟木G色施工管理角度闡述了綠色施工推進(jìn)的管理技術(shù)，以管理促進(jìn)綠色施工水平的提升[5]。

地鐵車站的明挖基坑施工涉及土方、鋼筋、混凝土等各項(xiàng)工序，控制好各階段的揚(yáng)塵噪音是保證綠色生態(tài)施工的重要手段;目前常用綠色環(huán)保措施主要是灑水、設(shè)置霧炮等形式，因其施做在敞開環(huán)境中，僅能對局部控塵起到效果，但不能實(shí)現(xiàn)對施工區(qū)域內(nèi)整體的控塵，無法從根本上控制揚(yáng)塵。針對明挖基坑施工特殊的作業(yè)環(huán)境和特點(diǎn)，本文首次采用全封閉結(jié)構(gòu)形式“綠色生態(tài)”罩棚進(jìn)行明挖基坑的施工作業(yè)，通過在封閉罩棚內(nèi)配備降塵濾塵設(shè)備，通過空氣流動實(shí)現(xiàn)了空氣中揚(yáng)塵顆粒的過濾，施工現(xiàn)場塵土得到有效控制，并確保了施工現(xiàn)場外排空氣質(zhì)量符合綠色環(huán)保要求，整個施工過程中均無揚(yáng)塵外溢，有效根治了明挖基坑作業(yè)施工引起的揚(yáng)塵環(huán)境問題。

1 ?工程背景

北京地鐵12號線三元橋站地處北三環(huán)核心地帶，周邊建筑林立且為集中商務(wù)辦公區(qū)，緊鄰“國賓道”機(jī)場高速（圖1）;傳統(tǒng)明挖基坑施工作業(yè)無法滿足對周邊的綠色環(huán)保要求，開創(chuàng)明挖綠色生態(tài)施工新模式勢在必行。

三元橋站為明挖地鐵車站，全場240m，標(biāo)準(zhǔn)段寬23.5m，埋深28m。兩側(cè)場地寬度8-11m。采用全封閉式防塵隔離棚進(jìn)行明挖基坑施工，首先要綜合考慮大型機(jī)械設(shè)備的選用和高度控制、現(xiàn)場施工機(jī)械、物料設(shè)備的通行，滿足現(xiàn)場施工的基本需求，其次要考慮封閉條件下施工的光照、空氣流通、溫度、濕度及內(nèi)部空氣的揚(yáng)塵顆粒物濃度等。

2 ?“綠色生態(tài)”罩棚設(shè)計(jì)與施工

常規(guī)大跨度鋼結(jié)構(gòu)主要采用桁架結(jié)構(gòu)或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式，用鋼量大且施工困難;本工程所設(shè)計(jì)的罩棚以綠色生態(tài)環(huán)保為特點(diǎn)，主體結(jié)構(gòu)采用新型輕旋鋼結(jié)構(gòu)，罩棚整體結(jié)構(gòu)由53榀鋼骨架組成，全部采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)，各類部件實(shí)現(xiàn)工廠化、模塊化及標(biāo)準(zhǔn)化加工。為解決鋼結(jié)構(gòu)跨度大造成的用鋼量增加，在鋼架橫梁的下弦增加預(yù)應(yīng)力鋼絞線，使結(jié)構(gòu)頂部形成自平衡體系，減小水平推力。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是在豎向荷載作用下，進(jìn)一步減小了梁端彎矩、優(yōu)化了梁柱截面，并充分利用預(yù)應(yīng)力鋼絞線高強(qiáng)抗拉力的特點(diǎn)，減少鋼結(jié)構(gòu)用量。

罩棚外封材料首次采用張懸膜結(jié)構(gòu)形式，由工字鋼骨架、張拉索構(gòu)成。各桿件單元間通過法蘭現(xiàn)場拼接，方便安裝和拆卸。膜結(jié)構(gòu)屋面共劃分為14個膜單元，膜單元與桿件采用螺栓連接。膜材結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度高，經(jīng)緯向抗拉強(qiáng)度達(dá)5000N/5cm，表面涂層為聚偏二氟乙烯（PVDF）成份，穩(wěn)定性強(qiáng)，在高溫下對很多種類的化學(xué)品具有完全抵抗性，此外還具有耐滲透性、自潔性好，具有較高的透光性等優(yōu)點(diǎn)。用鋼量減少三分之一，共計(jì)約204噸。

罩棚結(jié)構(gòu)示意圖與實(shí)際效果圖如圖2、圖3所示。

此外，明挖基坑罩棚因其體量龐大，除滿足現(xiàn)場施工的標(biāo)準(zhǔn)化要求外，更要滿足控塵環(huán)保、內(nèi)部通排風(fēng)及其作業(yè)環(huán)境舒適度要求。因此，罩棚在設(shè)計(jì)過程中在材料采光、棚內(nèi)通風(fēng)、揚(yáng)塵控制與排放等均作了詳盡的考慮。

3 ?綠色環(huán)保施工措施

3.1 采光及整體效果

膜結(jié)構(gòu)宣傳滿足強(qiáng)度、耐久性、透光率、自潔性及防火要求，選用透光率為7%的藍(lán)、白色膜材，最大限度采用自然光照。根據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034-2013）及設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場施工所需照度應(yīng)不低于300lm/0.75m2。罩棚內(nèi)日常施工滿足光照需求，且有效控制棚內(nèi)的整體溫度，避免夏季高溫棚內(nèi)溫度較高導(dǎo)致工人中暑?？紤]現(xiàn)場施工區(qū)域僅為車站基坑內(nèi)及周邊，面積約為6500m2，采用800W功率的LED塔吊燈55套作為照明燈具，滿足了夜間施工照度的要求。

3.2 通排風(fēng)及降塵控制

根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)向確定棚內(nèi)的空氣循環(huán)及流通的主方向，在棚內(nèi)南、北兩側(cè)布置兩排窗戶（窗戶凈間距1.8，雙層塑鋼窗尺寸4.2m*1.5m），并將現(xiàn)場出入大門設(shè)置在北側(cè)便于現(xiàn)場施工機(jī)械車輛的進(jìn)出。通過計(jì)算分析棚內(nèi)空間通風(fēng)量為82338m3/h，為滿足棚內(nèi)空氣循環(huán)流通，在棚內(nèi)南側(cè)安裝主動排風(fēng)系統(tǒng)，排風(fēng)量為123507m3/h，壓力910Pa，轉(zhuǎn)速960r/min，通過排風(fēng)機(jī)開啟將棚內(nèi)南側(cè)空氣排出形成負(fù)壓環(huán)境，北側(cè)空氣通過門窗進(jìn)入棚內(nèi)形成空氣正壓環(huán)境，借助正負(fù)壓環(huán)境的移動實(shí)現(xiàn)了棚內(nèi)空氣的循環(huán)流通。

為嚴(yán)格落實(shí)環(huán)保責(zé)任，保證棚內(nèi)排風(fēng)不引起周邊環(huán)境的二次污染，通過在排風(fēng)口及風(fēng)道每隔5m處安裝三層不同孔徑濾塵網(wǎng)（100μm，50μm，10μm）以控制PM10為指標(biāo)，在軸流風(fēng)機(jī)驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)降塵排風(fēng)效果，濾塵網(wǎng)材每天專人負(fù)責(zé)清理確保揚(yáng)塵止于棚內(nèi)。通排風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)如圖5所示。

3.3 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可視化管理，監(jiān)測項(xiàng)目包括揚(yáng)塵、噪音、風(fēng)力、溫濕度、PM10及PM2.5等環(huán)境數(shù)據(jù)。該監(jiān)控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場各終端采集器、數(shù)據(jù)處理器、終端顯示器組成。系統(tǒng)具有超標(biāo)自動報(bào)警功能，通過系統(tǒng)平臺給揚(yáng)塵、噪音等各監(jiān)測項(xiàng)設(shè)定一個警戒數(shù)值，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過該警戒數(shù)值且持續(xù)超過所設(shè)定的時(shí)間，系統(tǒng)迅即自動報(bào)警并啟動噴淋降塵系統(tǒng)并加大通風(fēng)除塵系統(tǒng)工作強(qiáng)度，同時(shí)將報(bào)警信息轉(zhuǎn)發(fā)給責(zé)任監(jiān)管人員，監(jiān)管人員可針對重點(diǎn)區(qū)域情況進(jìn)行手動調(diào)節(jié)。

3.4 降塵系統(tǒng)

在鋼支撐及基坑周邊進(jìn)行噴淋系統(tǒng)的布設(shè)并在基坑四角布置霧炮機(jī)，通過安裝智能檢測控制實(shí)現(xiàn)噴淋設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場揚(yáng)塵情況及部位實(shí)時(shí)開啟，使棚內(nèi)PM10指標(biāo)能夠有效控制在100以內(nèi)，符合環(huán)保要求。在噴射過程中，嚴(yán)格控制水霧噴射的壓力，確保水顆粒粒徑尺寸，能夠與空氣中懸浮顆粒物結(jié)合降落，起到有效降塵的控制目的。降塵噴淋系統(tǒng)如圖6所示。

3.5 沖洗設(shè)備

在棚內(nèi)設(shè)置雨水收集通道，在棚內(nèi)出入口位置設(shè)置有雨水收集池（8m*4m），棚面雨水通過匯水管道流入供車輛沖洗及場地內(nèi)曬水使用;采用自動感應(yīng)式洗車平臺，利用多方位高壓水槍對車輛進(jìn)行沖洗，確保上路車輛清潔干凈，避免泥頭車污染道路環(huán)境。沖洗用水實(shí)現(xiàn)三級沉淀后循環(huán)使用。沖洗設(shè)備如圖7所示。

4 ?綠色效果驗(yàn)證

4.1 降塵降噪效果

為驗(yàn)證棚內(nèi)過濾系統(tǒng)外排空氣的質(zhì)量，分別由北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院及北京市天衡誠信環(huán)境評價(jià)中心兩家環(huán)境監(jiān)測單位對棚內(nèi)排風(fēng)污染進(jìn)行監(jiān)測，通過連續(xù)5天棚內(nèi)、外的環(huán)境監(jiān)測，證明通過使用過濾系統(tǒng)后，外排空氣質(zhì)量符合環(huán)保要求，降塵削減達(dá)到68.6%。

防塵隔離棚建成后對棚外噪音進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)測，使用罩棚后棚內(nèi)高峰施工的最高噪音值61dB，棚外此時(shí)僅為52dB，噪音削減率達(dá)到14%。

4.2 其他效果

使用防塵隔離棚后，工程冬季施工期間棚內(nèi)地表溫度較室外溫度高5℃，地面以下5m處的溫度較室外地表溫度高出9-11℃，對于冬季施工不僅為現(xiàn)場工人提供了較為舒適的工作環(huán)境，且由于棚內(nèi)溫度較高，為冬施混凝土的養(yǎng)護(hù)提供良好的條件。自防塵隔離棚2018年7月建成到12月期間，因下雨、大風(fēng)、降雪及其政治活動影響，共為工程建設(shè)節(jié)約工期62天。

5 ?總結(jié)

作為一種新型的“綠色生態(tài)”防塵隔離棚，能夠有效控制傳統(tǒng)明挖基坑施工作業(yè)所產(chǎn)生的揚(yáng)塵、噪音問題：

①使用罩棚過濾系統(tǒng)后棚內(nèi)揚(yáng)塵削減達(dá)到68.6%，有效改善棚內(nèi)施工作業(yè)環(huán)境，也確保了外排空氣符合北京空氣質(zhì)量排放相關(guān)要求;

②罩棚能夠起到降噪的功能，尤其在夜間施工環(huán)境，降噪率達(dá)到14%，滿足了夜間施工要求;

③作為一種新型綠色生態(tài)方案，提升了當(dāng)前明挖基坑綠色文明施工作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了行業(yè)綠色施工的整體提升。

6 ?討論

目前現(xiàn)狀來看，由于工程建設(shè)周期3年左右，施做防塵隔離棚一次性投入較大，若能實(shí)現(xiàn)隔離棚生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化，實(shí)現(xiàn)棚子整體的使用周轉(zhuǎn)次數(shù)，對于項(xiàng)目工程來說可大大的減少投入成本，也將更有利于綠色文明施工水平的整體提升。

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