黃伸龍

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

預制拼裝地下廊道雙模掘進機的節(jié)能減排效益分析

黃伸龍

（中交二航局成都城市建設工程有限公司 610000）

中交二航局研發(fā)了淺埋廊道掘進裝配一體化施工技術，并在成都北改線B標段綜合管廊項目應用。與傳統(tǒng)施工方法相比，該設備及施工技術具有施工安全、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，符合建筑產(chǎn)業(yè)綠色、節(jié)能的建筑理念。經(jīng)應用驗證，達到了節(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。

預制裝配；移動支護；節(jié)能減排；效益

1 項目概況

1.1 項目背景

隨著我國建筑技術的提高，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。我國開始推行建筑工業(yè)化，并明確提出成都為四川省建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化試點城市之一。

成都北改線B標段綜合管廊工程作為工業(yè)化裝配式施工試點的示范性項目，采用中交二航局自主研發(fā)的具有專利產(chǎn)權的預制拼裝地下廊道雙模掘進機，優(yōu)化管廊結構形式，配合基于該設備的機械化快速施工方法進行施工，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 項目內容

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

2 節(jié)能減排原理

利用掘進裝配一體化施工技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的施工技術，降低設備使用量，節(jié)省圍護結構、耗油量，減少了污染物排放量，達到節(jié)能減排的目的。

3 技術內容

3.1 實施方案

淺埋廊道掘進裝配一體化施工技術工藝流程主要為：管片進場→管片拼裝→前艙支護板內土方開挖→設備頂推→同步注漿→尾艙支護板內土方回填。該技術主要通過以下兩方面達到節(jié)能減排的效果：預制標準段采用新設備，雙模掘進機自帶支護板，節(jié)省了圍護樁，節(jié)約圍護結構施工所需的機械設備油耗，減少碳排放；預制標準段采用新工藝，能提高工效、縮短工期。

圖1 設備實物圖

圖2 設備效果圖

3.2 技術特點

（1）新技術-淺埋廊道掘進裝配一體化施工技術

淺埋廊道掘進裝配一體化施工技術主要依靠中交二航局自主研發(fā)的預制拼裝地下廊道雙模掘進機及配套的機械化快速施工方法。集開挖支護、管片拼裝、吊裝、頂進、同步注漿、土方回填等功能于一體?；硬捎迷O備自帶的支護板進行支護，支護板隨設備推進而推進，達到移動支護的效果，可減少傳統(tǒng)明挖挖法施工給地面交通帶來的不利影響， 同時具有施工組織靈活，施工效率高等特點。

（2）新設備-預制拼裝地下廊道雙模掘進機

為了實現(xiàn)淺埋廊道掘進裝配一體化施工技術，中交二航局自主研發(fā)的預制拼裝地下廊道雙模掘進機，是一種用于分片預制裝配化地下管廊的管片拼裝設備，該設備已申請專利。

（2）管廊預制管片采用“馬蹄形”斷面結構設計

預制管片采用“馬蹄形”斷面結構設計，具有結構受力更合理，斷面利用率高等特點。構件結構尺寸更小，有利于工業(yè)化預制生產(chǎn)及運輸。通過增加豎向隔墻，可實現(xiàn)單倉變雙倉，雙倉變三倉的自由組拼，有利于管片預制生產(chǎn)工業(yè)化，斷面示意詳見圖5-7。管片接頭處采用止水橡膠密封止水，設計使用壽命可達100年。與傳統(tǒng)矩形節(jié)段預制管廊相比，分片式預制管廊整環(huán)結構重量減輕了40%，大幅降低了運輸安裝的難度和成本。

表1 斷面形式對比表

3.3 技術關鍵點

采用預制拼裝地下廊道雙模掘進機進行施工，該設備其主要結構由開挖支護艙、管片拼裝艙、回填支護艙等五大結構、七大系統(tǒng)和其他配套系統(tǒng)組成?？赏竭M行土方開挖、管片吊拼裝與廊道延伸、土方回填等多道工序，它將傳統(tǒng)施工工藝升級并應用到分片預制管片的施工中，能極大的提高施工效率，也能很好的控制成本。設備結構如圖8。

圖3 五大結構和七大系統(tǒng)

4 推廣應用條件

4.1 應用條件

淺埋廊道掘進拼裝一體化施工技術是國內首次采用分片預制、掘進機裝配一體化施工的一種全新的地下綜合管廊建造技術，具有高效節(jié)能、質量更優(yōu)、綠色環(huán)保等多項優(yōu)點。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。根據(jù)應用總結，該技術適用于粘土、粉質粘土、松散卵石等地質情況。

4.2 存在問題

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

（1）復雜的地上、地下管線對設備頂進影響較大；

（2）同步回填功能暫未達到預期效果。

4.3 推廣建議

（1）增加自掘進功能，取代挖機開挖，提高開挖工效，減少排放。

（2）增加皮帶傳送機，搭配設備自掘進功能，提高同步回填工效。

（3）增加可調擋板，實現(xiàn)不遷改管線，設備即可通過。

5 效益分析

5.1 節(jié)能效益

結合傳統(tǒng)的綜合管廊現(xiàn)澆施工經(jīng)驗，從地基處理、圍護結構施工、主體結構施工直至覆土回填完成，相比淺埋廊道掘進裝配一體化施工技術，其中主要耗能過程分別為圍護樁施工、噴射混凝土，則本項目760m預制段若采用傳統(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)工藝能耗分析計算表

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

389*150=58350KW

電能標準煤轉換系數(shù)為0.33。則760m預制段施工消耗的標準煤為

58350×0.33/1000=19.3t

柴油比重按0.86kg/L計，標準煤按每噸柴油折標準煤系數(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)約標準煤: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裝配一體化施工技術每延米節(jié)省耗油量90.3L，每延米節(jié)約標準煤0.113t，每延米二氧化碳減排量0.28t。

5.2 經(jīng)濟效益

對傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工方案與分塊預制裝配施工方案的投資費用作對比，測算表詳見表3、表4，含預制拼裝地下廊道雙模掘進機設備攤銷費用。

根據(jù)測算，蜀龍五期綜合管廊340m現(xiàn)澆段總投資額3109.14萬元，340m現(xiàn)澆段總成本2953.68萬元，760m預制段總投資額4552.58萬元，760m預制段項目總成本4324.95萬元，則可得以下結論

（1）采用淺埋廊道掘進裝配一體化施工技術，每延米節(jié)省投資為

3109.14/340-4552.58/760=3.15萬元

采用淺埋廊道掘進裝配一體化施工技術，每延米利潤為

（4552.58-4324.95）/760=0.3萬元

預制拼裝地下廊道雙模掘進機設備購置費用1288萬元，則設備投資回收里程為

1288/0.3=4.3Km

6 結語

項目實施過程中，積極宣傳貫徹節(jié)能減排政策，收集國內外管廊施工的先進技術，通過召開知識講座與知識競賽的方式提高項目部人員節(jié)能環(huán)保意識和技能水平，將先進的節(jié)能環(huán)保技術與理念引入到項目日常管理中，對節(jié)能減排工作有極大的促進作用。

新工法、新結構、新設備三管齊下，淺埋廊道掘進裝配一體化施工技術實現(xiàn)了工廠化預制、機械化快速拼裝，填補了國內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，并有力推動了地下工程裝配化建造技術的進步，對未來城市建設具有革新式影響。

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1007-6344（2021）01-0097-02