北京軌道交通施工過程中機(jī)械設(shè)備能源消耗的分析研究

朱拓 北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司

2003 年，在中國剛剛經(jīng)歷了申奧成功，舉國同慶的那個(gè)年代，北京軌道交通建設(shè)也同步駛?cè)肓丝燔嚨?。? 號(hào)線、5 號(hào)線、10號(hào)線的第一輪建設(shè)周期，到如今實(shí)現(xiàn)727 公里（截至2021 年8 月數(shù)據(jù)）運(yùn)營里程的輝煌成就，從明挖法占主體，到明挖、暗挖、盾構(gòu)、蓋挖等多種工法的因地制宜、多項(xiàng)施工方案并舉，北京軌道交通建設(shè)為實(shí)現(xiàn)我國交通強(qiáng)國的夢(mèng)想，貢獻(xiàn)了堅(jiān)實(shí)的力量。

本文以數(shù)據(jù)分析的形式，通過對(duì)正在建設(shè)的北京市軌道交通昌平線南延工程、13號(hào)線擴(kuò)能提升工程中部分具備顯著特點(diǎn)的車站、區(qū)間的燃油機(jī)械設(shè)備的消耗指標(biāo)，并對(duì)比施工定額消耗數(shù)量和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際消耗數(shù)量的差距，得出了一些分析數(shù)據(jù)和結(jié)論，對(duì)主要機(jī)械設(shè)備選型，以及施工機(jī)械低碳化的發(fā)展趨勢(shì)，具備一定的借鑒意義。

一、主要施工工法中燃油機(jī)械設(shè)備消耗的分析研究

燃油機(jī)械設(shè)備作為主要的工程設(shè)備，其應(yīng)用種類之多，使用周期之長(zhǎng)，貫穿著軌道交通施工過程的始終，以下通過不同工法，對(duì)具體實(shí)例進(jìn)行分析。

（一）明挖法車站

1.昌平線南延工程學(xué)清路站，位于學(xué)清路和月泉路（銀泉路）交叉口，沿學(xué)清路西側(cè)南北向設(shè)置，車站采用明挖法施工，為地下明挖二層島式站，采用雙柱三跨框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)496.9m，寬21.1m，深21m。明挖段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm 厚地下連續(xù)墻，支撐采用φ800 鋼支撐。主要燃油機(jī)械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖1 所示。

圖1 學(xué)清路站燃油機(jī)械臺(tái)班消耗示意圖

2.13 號(hào)線擴(kuò)能提升工程回龍觀東站，采用明挖法施工，全長(zhǎng)376.5m，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.74m，基坑深度約為22.7m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm 厚地下連續(xù)墻，支撐采用φ800鋼支撐。主要燃油機(jī)械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 回龍觀東站燃油機(jī)械臺(tái)班消耗示意圖

（二）暗挖法車站

1.昌平線南延工程學(xué)院橋站，為地下兩層島式車站，車站總長(zhǎng)241m，三跨段寬23.1m，高15.5m；四跨段寬30.1m，高15.5m，車站主體結(jié)構(gòu)采用暗挖PBA 工法施工。主要燃油機(jī)械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖3 所示。

圖3 學(xué)院橋站燃油機(jī)械臺(tái)班消耗示意圖

2.13 號(hào)線擴(kuò)能提升工程學(xué)院南路站，采用暗挖PBA 工法施工，車站形式為島式雙層車站，主體采用單柱雙跨結(jié)構(gòu)，車站主體長(zhǎng)度為289.3m，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.74m，深21.8m，主要燃油機(jī)械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 學(xué)院南路站燃油機(jī)械臺(tái)班消耗示意圖

（三）暗挖法區(qū)間

1.昌平線南延工程六道口站-學(xué)院橋站區(qū)間，全長(zhǎng)979.3m，均為地下線，采用礦山法施工，區(qū)間設(shè)置2 個(gè)聯(lián)絡(luò)通道和2 個(gè)泵房，主要燃油機(jī)械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 六道口站-學(xué)院橋站區(qū)間燃油機(jī)械臺(tái)班消耗示意圖

2.13 號(hào)線擴(kuò)能提升工程學(xué)院南路站-撥線點(diǎn)區(qū)間，暗挖段長(zhǎng)387.572m，采用礦山法施工，主要燃油機(jī)械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖6 所示。

圖6 學(xué)院南路站-撥線點(diǎn)區(qū)間燃油機(jī)械臺(tái)班消耗示意圖

（四）盾構(gòu)法區(qū)間

1.昌平線南延工程上清橋站-學(xué)清路站區(qū)間，采用盾構(gòu)法施工，長(zhǎng)1804.212m，區(qū)間設(shè)置3 個(gè)聯(lián)絡(luò)通道和2 個(gè)泵房，主要燃油機(jī)械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖7 所示。

圖7 上清橋站-學(xué)清路站區(qū)間燃油機(jī)械臺(tái)班消耗示意圖

2.13 號(hào)線擴(kuò)能提升工程回龍觀東大街站-回龍觀東站區(qū)間，采用盾構(gòu)法施工，長(zhǎng)865.231m，區(qū)間設(shè)置1 座聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。主要燃油機(jī)械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖8 所示。

圖8 回龍觀東大街站-回龍觀東站區(qū)間燃油機(jī)械臺(tái)班消耗示意圖

通過以上各個(gè)工法的實(shí)例，結(jié)合主要燃油機(jī)械設(shè)備使用情況及消耗量對(duì)比分析見表1：

表1 樣本中主要燃油機(jī)械機(jī)械設(shè)備使用情況及分析表（單位：臺(tái)班）

通過以上數(shù)據(jù)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，混凝土輸送泵車消耗數(shù)量存在偏差的主要原因是受交通及場(chǎng)地布設(shè)限制，現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑作業(yè)頻次增加；小翻斗車消耗數(shù)量存在偏差的主要原因是市重大辦在暗挖施工中大力推行使用電動(dòng)三輪車；輪胎裝載機(jī)消耗數(shù)量存在偏差的主要原因是臨時(shí)占地原因引起的暗挖施工場(chǎng)地布置，造成臺(tái)班數(shù)量增加；履帶式起重機(jī)消耗數(shù)量存在偏差的主要原因是現(xiàn)場(chǎng)多使用電力門式起重設(shè)備作為主要提升工具；載重汽車消耗數(shù)量存在偏差的主要原因是施工現(xiàn)場(chǎng)布置限制，個(gè)別鋼筋構(gòu)件存在委外加工現(xiàn)象，增加了運(yùn)輸臺(tái)班消耗；旋挖鉆機(jī)和履帶式液壓抓斗成槽機(jī)消耗數(shù)量存在偏差的主要原因，也多是因場(chǎng)地布置和施工籌劃引起的作業(yè)臺(tái)班消耗數(shù)量變化等。

可以預(yù)見，在“十四五”開局階段及今后很長(zhǎng)的施工周期內(nèi)，特別是降本增效和區(qū)域條件不斷變化的客觀背景下，明挖法（蓋挖法）仍然是北京軌道交通施工過程中常態(tài)化的施工工藝，自卸汽車、挖掘機(jī)、裝載機(jī)等燃油機(jī)械，在整個(gè)施工機(jī)械設(shè)備臺(tái)班數(shù)占比較大，上述施工機(jī)械的電動(dòng)化發(fā)展和革新，必將成為節(jié)能減排、綠色施工的新趨勢(shì)。

二、暗挖工程自發(fā)電分階段能耗統(tǒng)計(jì)

為保證地鐵工程快速進(jìn)場(chǎng)施工，在臨時(shí)用電不能同步到位時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)需要采用燃油自發(fā)電進(jìn)行施工，結(jié)合昌平線南延六道口站—學(xué)院橋站區(qū)間1 號(hào)豎井工程實(shí)例進(jìn)行燃油消耗分析。

根據(jù)用電設(shè)備配置和施工籌劃，施工現(xiàn)場(chǎng)采用內(nèi)燃空壓機(jī)+內(nèi)燃發(fā)電機(jī)（電力供應(yīng)）相配合，以保證施工。

1.施工各階段設(shè)備配置

2.自發(fā)電油料消耗統(tǒng)計(jì)（按照6 個(gè)月）

3.典型工點(diǎn)自發(fā)電燃油消耗曲線圖

如圖9、圖10 所示。通過以上數(shù)據(jù)分析可見，燃油自發(fā)電雖然可以解決施工現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)用電問題，但不能持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)，否則自發(fā)電的能效利用率問題、環(huán)保問題、油料運(yùn)輸問題、維護(hù)保養(yǎng)、施工成本等問題，都會(huì)給施工現(xiàn)場(chǎng)帶來很大困擾，在今后的施工過程中，要盡量減少自發(fā)電施工，在減少能耗的同時(shí)，要積極籌劃，超前布置，確保臨時(shí)用電的及時(shí)接入。

圖9 油量消耗曲線圖

圖10 自發(fā)電油料累計(jì)消耗曲線圖

隨著13 號(hào)線擴(kuò)能提升工程、22 號(hào)線、28 號(hào)線等新線路的開工建設(shè)，在今后新一輪的建設(shè)時(shí)序中，高質(zhì)量提升線路的折返能力和運(yùn)力，可以有效緩解車站限流、改善區(qū)域居民出行條件。在世界經(jīng)濟(jì)正在走向"低碳化"的大趨勢(shì)下，在北京地鐵施工過程中大力推行電動(dòng)機(jī)械設(shè)備，減少燃油排放，對(duì)發(fā)展節(jié)能工業(yè)，重視綠色建造，鼓勵(lì)循環(huán)經(jīng)濟(jì)有著深遠(yuǎn)的意義。