預制拼裝地下廊道雙模掘進機的節能減排效益分析

黃伸龍

Energy conservation and environmental protection 節能環保

預制拼裝地下廊道雙模掘進機的節能減排效益分析

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、綠色環保等優點，符合建筑產業綠色、節能的建筑理念。經應用驗證，達到了節約材料、降低施工能耗、減少碳排量的節能環保效果；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，以現澆為主的傳統建筑產業并不能滿足節能減排的建筑理念。我國開始推行建筑工業化，并明確提出成都為四川省建筑產業現代化試點城市之一。

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的具有專利產權的預制拼裝地下廊道雙模掘進機，優化管廊結構形式，配合基于該設備的機械化快速施工方法進行施工，相比傳統明挖現澆施工，可節省能耗，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米采用明挖法現澆施工。

2 節能減排原理

利用掘進裝配一體化施工技術代替傳統的施工技術，降低設備使用量，節省圍護結構、耗油量，減少了污染物排放量，達到節能減排的目的。

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，節省了圍護樁，節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。基坑采用設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

為了實現淺埋廊道掘進裝配一體化施工技術，中交二航局自主研發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，有利于工業化預制生產及運輸。通過增加豎向隔墻，可實現單倉變雙倉，雙倉變三倉的自由組拼，有利于管片預制生產工業化，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。與傳統矩形節段預制管廊相比，分片式預制管廊整環結構重量減輕了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、七大系統和其他配套系統組成?？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

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，具有高效節能、質量更優、綠色環保等多項優點。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，實現不遷改管線，設備即可通過。

5 效益分析

5.1 節能效益

結合傳統的綜合管廊現澆施工經驗，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預制段若采用傳統現澆施工方案施工，所產生的能耗如下表2。

表2 傳統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環預制管片，根據截至目前的耗電量取平均值,設備每拼裝掘進1環耗電量為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1.4571,替代燃油量為

19.3*1000/1.4571/0.86=15401.7L

節省耗油量：84005.7-15401.7=68604L

節約標準煤: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省耗油量90.3L，每延米節約標準煤0.113t，每延米二氧化碳減排量0.28t。

5.2 經濟效益

對傳統現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。

根據測算，蜀龍五期綜合管廊340m現澆段總投資額3109.14萬元，340m現澆段總成本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能環保意識和技能水平，將先進的節能環保技術與理念引入到項目日常管理中，對節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，順應了建筑行業智能建造、綠色環保的發展方向，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。

K928

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1007-6344（2021）01-0097-02