預(yù)制拼裝地下廊道雙模掘進(jìn)機(jī)的節(jié)能減排效益分析

黃伸龍

Energy conservation and environmental protection 節(jié)能環(huán)保

預(yù)制拼裝地下廊道雙模掘進(jìn)機(jī)的節(jié)能減排效益分析

黃伸龍

（中交二航局成都城市建設(shè)工程有限公司 610000）

中交二航局研發(fā)了淺埋廊道掘進(jìn)裝配一體化施工技術(shù)，并在成都北改線B標(biāo)段綜合管廊項(xiàng)目應(yīng)用。與傳統(tǒng)施工方法相比，該設(shè)備及施工技術(shù)具有施工安全、占用道路面積少、施工噪音小、碳排量小、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，符合建筑產(chǎn)業(yè)綠色、節(jié)能的建筑理念。經(jīng)應(yīng)用驗(yàn)證，達(dá)到了節(jié)約材料、降低施工能耗、減少碳排量的節(jié)能環(huán)保效果；該技術(shù)不僅可用于地下綜合管廊工程，也適用于城市下穿隧道工程。

預(yù)制裝配；移動(dòng)支護(hù)；節(jié)能減排；效益

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目背景

隨著我國(guó)建筑技術(shù)的提高，以現(xiàn)澆為主的傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)并不能滿足節(jié)能減排的建筑理念。我國(guó)開(kāi)始推行建筑工業(yè)化，并明確提出成都為四川省建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化試點(diǎn)城市之一。

成都北改線B標(biāo)段綜合管廊工程作為工業(yè)化裝配式施工試點(diǎn)的示范性項(xiàng)目，采用中交二航局自主研發(fā)的具有專利產(chǎn)權(quán)的預(yù)制拼裝地下廊道雙模掘進(jìn)機(jī)，優(yōu)化管廊結(jié)構(gòu)形式，配合基于該設(shè)備的機(jī)械化快速施工方法進(jìn)行施工，相比傳統(tǒng)明挖現(xiàn)澆施工，可節(jié)省能耗，減少污染物排放。

1.2 項(xiàng)目?jī)?nèi)容

綜合管廊主廊施工范圍全長(zhǎng)約1068m，其中預(yù)制段長(zhǎng)度為760米，共389環(huán)管片，采用掘進(jìn)裝配一體化施工技術(shù)施工；剩余308米采用明挖法現(xiàn)澆施工。

2 節(jié)能減排原理

利用掘進(jìn)裝配一體化施工技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的施工技術(shù)，降低設(shè)備使用量，節(jié)省圍護(hù)結(jié)構(gòu)、耗油量，減少了污染物排放量，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

3 技術(shù)內(nèi)容

3.1 實(shí)施方案

淺埋廊道掘進(jìn)裝配一體化施工技術(shù)工藝流程主要為：管片進(jìn)場(chǎng)→管片拼裝→前艙支護(hù)板內(nèi)土方開(kāi)挖→設(shè)備頂推→同步注漿→尾艙支護(hù)板內(nèi)土方回填。該技術(shù)主要通過(guò)以下兩方面達(dá)到節(jié)能減排的效果：預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)段采用新設(shè)備，雙模掘進(jìn)機(jī)自帶支護(hù)板，節(jié)省了圍護(hù)樁，節(jié)約圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工所需的機(jī)械設(shè)備油耗，減少碳排放；預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)段采用新工藝，能提高工效、縮短工期。

圖1 設(shè)備實(shí)物圖

圖2 設(shè)備效果圖

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）新技術(shù)-淺埋廊道掘進(jìn)裝配一體化施工技術(shù)

淺埋廊道掘進(jìn)裝配一體化施工技術(shù)主要依靠中交二航局自主研發(fā)的預(yù)制拼裝地下廊道雙模掘進(jìn)機(jī)及配套的機(jī)械化快速施工方法。集開(kāi)挖支護(hù)、管片拼裝、吊裝、頂進(jìn)、同步注漿、土方回填等功能于一體。基坑采用設(shè)備自帶的支護(hù)板進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)板隨設(shè)備推進(jìn)而推進(jìn)，達(dá)到移動(dòng)支護(hù)的效果，可減少傳統(tǒng)明挖挖法施工給地面交通帶來(lái)的不利影響， 同時(shí)具有施工組織靈活，施工效率高等特點(diǎn)。

（2）新設(shè)備-預(yù)制拼裝地下廊道雙模掘進(jìn)機(jī)

為了實(shí)現(xiàn)淺埋廊道掘進(jìn)裝配一體化施工技術(shù)，中交二航局自主研發(fā)的預(yù)制拼裝地下廊道雙模掘進(jìn)機(jī)，是一種用于分片預(yù)制裝配化地下管廊的管片拼裝設(shè)備，該設(shè)備已申請(qǐng)專利。

（2）管廊預(yù)制管片采用“馬蹄形”斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

預(yù)制管片采用“馬蹄形”斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)受力更合理，斷面利用率高等特點(diǎn)。構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸更小，有利于工業(yè)化預(yù)制生產(chǎn)及運(yùn)輸。通過(guò)增加豎向隔墻，可實(shí)現(xiàn)單倉(cāng)變雙倉(cāng)，雙倉(cāng)變?nèi)齻}(cāng)的自由組拼，有利于管片預(yù)制生產(chǎn)工業(yè)化，斷面示意詳見(jiàn)圖5-7。管片接頭處采用止水橡膠密封止水，設(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)100年。與傳統(tǒng)矩形節(jié)段預(yù)制管廊相比，分片式預(yù)制管廊整環(huán)結(jié)構(gòu)重量減輕了40%，大幅降低了運(yùn)輸安裝的難度和成本。

表1 斷面形式對(duì)比表

3.3 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

采用預(yù)制拼裝地下廊道雙模掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工，該設(shè)備其主要結(jié)構(gòu)由開(kāi)挖支護(hù)艙、管片拼裝艙、回填支護(hù)艙等五大結(jié)構(gòu)、七大系統(tǒng)和其他配套系統(tǒng)組成?？赏竭M(jìn)行土方開(kāi)挖、管片吊拼裝與廊道延伸、土方回填等多道工序，它將傳統(tǒng)施工工藝升級(jí)并應(yīng)用到分片預(yù)制管片的施工中，能極大的提高施工效率，也能很好的控制成本。設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖8。

圖3 五大結(jié)構(gòu)和七大系統(tǒng)

4 推廣應(yīng)用條件

4.1 應(yīng)用條件

淺埋廊道掘進(jìn)拼裝一體化施工技術(shù)是國(guó)內(nèi)首次采用分片預(yù)制、掘進(jìn)機(jī)裝配一體化施工的一種全新的地下綜合管廊建造技術(shù)，具有高效節(jié)能、質(zhì)量更優(yōu)、綠色環(huán)保等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。適用于埋深8米，曲線半徑大于300m的分片式地下綜合管廊建設(shè)。根據(jù)應(yīng)用總結(jié)，該技術(shù)適用于粘土、粉質(zhì)粘土、松散卵石等地質(zhì)情況。

4.2 存在問(wèn)題

淺埋廊道掘進(jìn)拼裝一體化施工技術(shù)，減少了基坑暴露時(shí)間，對(duì)周邊建筑物影響較小，噪音污染小，減少了城區(qū)施工對(duì)周邊居民的打擾，但仍存在一些問(wèn)題仍需改進(jìn)：

（1）復(fù)雜的地上、地下管線對(duì)設(shè)備頂進(jìn)影響較大；

（2）同步回填功能暫未達(dá)到預(yù)期效果。

4.3 推廣建議

（1）增加自掘進(jìn)功能，取代挖機(jī)開(kāi)挖，提高開(kāi)挖工效，減少排放。

（2）增加皮帶傳送機(jī)，搭配設(shè)備自掘進(jìn)功能，提高同步回填工效。

（3）增加可調(diào)擋板，實(shí)現(xiàn)不遷改管線，設(shè)備即可通過(guò)。

5 效益分析

5.1 節(jié)能效益

結(jié)合傳統(tǒng)的綜合管廊現(xiàn)澆施工經(jīng)驗(yàn)，從地基處理、圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、主體結(jié)構(gòu)施工直至覆土回填完成，相比淺埋廊道掘進(jìn)裝配一體化施工技術(shù)，其中主要耗能過(guò)程分別為圍護(hù)樁施工、噴射混凝土，則本項(xiàng)目760m預(yù)制段若采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工方案施工，所產(chǎn)生的能耗如下表2。

表2 傳統(tǒng)工藝能耗分析計(jì)算表

淺埋廊道掘進(jìn)裝配一體化施工技術(shù)：本項(xiàng)目760m預(yù)制段共389環(huán)預(yù)制管片，根據(jù)截至目前的耗電量取平均值,設(shè)備每拼裝掘進(jìn)1環(huán)耗電量為150KW，則760m預(yù)制段施工該設(shè)備耗電量為

389*150=58350KW

電能標(biāo)準(zhǔn)煤轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.33。則760m預(yù)制段施工消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤為

58350×0.33/1000=19.3t

柴油比重按0.86kg/L計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)煤按每噸柴油折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)1.4571,替代燃油量為

19.3*1000/1.4571/0.86=15401.7L

節(jié)省耗油量：84005.7-15401.7=68604L

節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤:68604*0.86*1.4571/1000=85.9t

二氧化碳減排量:85.9×2.4567=211.03t

則采用淺埋廊道掘進(jìn)裝配一體化施工技術(shù)每延米節(jié)省耗油量90.3L，每延米節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤0.113t，每延米二氧化碳減排量0.28t。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工方案與分塊預(yù)制裝配施工方案的投資費(fèi)用作對(duì)比，測(cè)算表詳見(jiàn)表3、表4，含預(yù)制拼裝地下廊道雙模掘進(jìn)機(jī)設(shè)備攤銷費(fèi)用。

根據(jù)測(cè)算，蜀龍五期綜合管廊340m現(xiàn)澆段總投資額3109.14萬(wàn)元，340m現(xiàn)澆段總成本2953.68萬(wàn)元，760m預(yù)制段總投資額4552.58萬(wàn)元，760m預(yù)制段項(xiàng)目總成本4324.95萬(wàn)元，則可得以下結(jié)論

（1）采用淺埋廊道掘進(jìn)裝配一體化施工技術(shù)，每延米節(jié)省投資為

3109.14/340-4552.58/760=3.15萬(wàn)元

采用淺埋廊道掘進(jìn)裝配一體化施工技術(shù)，每延米利潤(rùn)為

（4552.58-4324.95）/760=0.3萬(wàn)元

預(yù)制拼裝地下廊道雙模掘進(jìn)機(jī)設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用1288萬(wàn)元，則設(shè)備投資回收里程為

1288/0.3=4.3Km

6 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，積極宣傳貫徹節(jié)能減排政策，收集國(guó)內(nèi)外管廊施工的先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)召開(kāi)知識(shí)講座與知識(shí)競(jìng)賽的方式提高項(xiàng)目部人員節(jié)能環(huán)保意識(shí)和技能水平，將先進(jìn)的節(jié)能環(huán)保技術(shù)與理念引入到項(xiàng)目日常管理中，對(duì)節(jié)能減排工作有極大的促進(jìn)作用。

新工法、新結(jié)構(gòu)、新設(shè)備三管齊下，淺埋廊道掘進(jìn)裝配一體化施工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工廠化預(yù)制、機(jī)械化快速拼裝，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)綜合管廊裝配化施工空白，突破了傳統(tǒng)綜合管廊施工效率低、成本高、交通影響大的桎梏，順應(yīng)了建筑行業(yè)智能建造、綠色環(huán)保的發(fā)展方向，并有力推動(dòng)了地下工程裝配化建造技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)未來(lái)城市建設(shè)具有革新式影響。

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1007-6344（2021）01-0097-02