地鐵盾構隧道建設期碳排放強度估算及細顆粒物分布特性研究

董雪　侯佳銳　李傳偉

關鍵詞：地鐵盾構隧道；碳排放強度；細顆粒物；分布特性

中圖分類號：X834 文獻標志碼：B

前言

地鐵已經(jīng)成為城市主要的公共交通工具，其在緩解城市交通擁堵、減少城市熱島效應等方面發(fā)揮了重要作用。然而，地鐵隧道建設過程中所產(chǎn)生的碳排放量巨大，如果不加以有效控制將會對環(huán)境造成嚴重影響。

針對地鐵隧道建設過程中的碳排放問題，國內(nèi)外學者主要從施工現(xiàn)場、設備使用、渣土運輸與爆破、材料運輸?shù)确矫骈_展研究。如基于有限元分析的研究方法，估算了地鐵施工過程中碳排放總量；基于統(tǒng)計模型的研究方法，計算了隧道施工過程中碳排放量。但目前對盾構隧道建設過程中碳排放的研究還不夠全面，且盾構隧道建設過程中的細顆粒物濃度分布規(guī)律尚不明確，一些研究方法對數(shù)據(jù)的敏感度不夠高，導致分析結果不可靠。因此，文章通過對地鐵盾構隧道建設過程中碳排放強度及細顆粒物濃度分布規(guī)律進行研究，為盾構隧道施工節(jié)能減排提供參考。

1碳排放強度估算及細顆粒物分布特性分析

1.1建立排放量測算模型

地鐵盾構隧道建設期碳排放強度估算以實際工程內(nèi)容為依據(jù)，包括工程建設階段、施工機械設備運行及掘進階段、渣土運輸與洞內(nèi)爆破階段、材料運輸及吊裝階段以及施工過程中其他相關因素所導致的碳排放量測算。在建立測算模型前，依據(jù)地鐵盾構隧道建設期施工內(nèi)容，確定模型的計算邊界，見圖1。

考慮到建設期不同階段的實際情況，每一階段的碳排放差異，針對盾構隧道施工過程中不同階段的碳排放水平進行分析，并結合隧道建設的實際情況，分別對盾構隧道掘進階段與其他相關因素所導致的碳排放量進行估算。

采用碳排放系數(shù)法進行估算，即對盾構隧道建設過程中所涉及到的不同階段的碳排放量進行量化。結合施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與項目管理軟件中設備運行數(shù)據(jù)，得到各階段碳排放量，并分析各個階段碳排放量。碳排放量測算模型如式（1）：

2實驗研究

2.1實驗準備

在上述理論的支持下，采用對比實驗的形式展開更深層次的分析，以基于有限元分析的估算方法、基于統(tǒng)計模型的估算方法作為對比。實驗以某地鐵盾構隧道土建工程為案例，對工程建設期的不同階段碳排放規(guī)律相關信息數(shù)據(jù)進行采集和統(tǒng)計，基于此，采用碳足跡計算器計算碳排放量并對碳排放數(shù)據(jù)進行匯總。為確保數(shù)據(jù)準確性和可靠性，使用第三方機構對碳排放計量數(shù)據(jù)進行驗證和審核，最后整理工程量清單，將其作為實驗數(shù)據(jù)，用于后續(xù)實驗分析。具體工程建設期碳排放數(shù)據(jù)見表1。

以表1中的數(shù)據(jù)作為實驗數(shù)據(jù)，分別使用不同的估算技術對地鐵盾構隧道建設期不同階段的碳排放量進行估算，對比各個估算方法的估算精度，同時使用各個估算方法對各個階段產(chǎn)生細顆粒物濃度進行空間分布估算，統(tǒng)計出各個估算方法的估算正確比，結合兩組實驗結果，分析各個估算方法的計算敏感性。

2.2實驗結果與分析

在碳排放量估算精度實驗中，設置三個估算階段，分別是建材生產(chǎn)階段，建材運輸階段，施工階段，計算各個估算方法的估算精度，結果見圖2。

如圖2所示，無論在哪一個建設階段，提出的估算方法的估算精度始終處于比較高的水平，且估算精度比較穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)明顯的下降。相比之下，基于統(tǒng)計模型的估算方法估算精度比較低，并且在建材生成階段，整體變化比較大，基于有限元分析的估算方法存在類似的問題，估算精度不高。由此可知，提出的地鐵盾構隧道建設期碳排放強度估算方法精度高，數(shù)據(jù)可靠。

在地鐵盾構隧道中選取多個監(jiān)測點，測點高度為1.5米，使用不同的估算技術估算出細顆粒物在實驗空間內(nèi)的分布情況，計算出估算正確數(shù)據(jù)占所有估算數(shù)據(jù)的比例，根據(jù)正確比計算結果對比分析各個估算方法。在不考慮人員活動對實驗影響的情況下，設計兩種工況，一種是監(jiān)測點位置細顆粒物濃度先增加后減少，另一種是監(jiān)測點位置細顆粒物濃度先減少再增加。經(jīng)過計算機軟件的統(tǒng)計，獲得的實驗結果見表2。

對比各個估算方法的實驗結果可知，提出的估算方法在不同送風角度的影響下依然保持著90%以上的正確比，基于有限元分析的估算方法的估算正確比在70%以上，未達到90%，基于統(tǒng)計模型的估算方法估算正確比在60%～80%之間。由此可知，提出的估算方法正確比更高。結合碳排放量強度估算精度實驗結果分析可明顯看出，提出的估算方法估算數(shù)據(jù)可靠，精度高，對細顆粒物分布相關數(shù)據(jù)足夠敏感，整體性能優(yōu)于現(xiàn)有估算方法。

3結束語

文章以地鐵盾構隧道建設期碳排放強度作為研究重點，同時研究細顆粒物的分布特性，旨在發(fā)現(xiàn)建設施工過程中環(huán)境污染情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并治理，改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)綠色環(huán)保的工程建設。經(jīng)過大量計算和分析發(fā)現(xiàn)，盾構隧道建設期碳排放量主要來源于施工機械設備運行及掘進、渣土運輸、洞內(nèi)爆破、材料運輸及吊裝等；細顆粒物濃度隨著施工機械設備運行及掘進、渣土運輸、洞內(nèi)爆破等環(huán)節(jié)的增加而增大，碳排放強度與施工機械設備運行及掘進成正相關關系。通過對比實驗得出，提出的估算方法估算精度較高，估算正確比保持在90%以上，驗證了估算方法的敏感性和可靠性，為地鐵盾構隧道建設碳排放強度估算和顆粒物分布特性分析提供了一定的技術支撐。