綠色施工技術在地鐵盾構施工中的應用研究

白書宏 郭義 王浩楠

中建八局軌道交通建設有限公司 江蘇 南京 210046

地鐵盾構施工通常在城市地下進行，施工過程中會涉及大量土方開挖和隧道建設。如北京軌道交通13號線擴能提升工程土建施工11合同段天通苑站～東三路站區(qū)間，地處天通苑小區(qū)，南側緊鄰清華長庚醫(yī)院，北側緊鄰天通苑小區(qū)，西側與既有5號線換乘，人流量大、交通復雜，周邊環(huán)境敏感，如果沒有采用綠色施工技術，可能會對周圍的環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重影響，綠色施工技術的應用可以最大限度地減少土地破壞、水源污染和生物棲息地損害，確保施工對環(huán)境的影響最小化，地鐵盾構施工通常需要大量的能源和資源，而綠色施工技術的應用可以有效地降低能源消耗和二氧化碳排放，例如采用節(jié)能設備、高效能源利用、廢棄物回收等措施，都有助于減少施工對環(huán)境的能源壓力[1]。本次研究主要是結合綠色施工相關理論，開展綠色施工技術在地鐵盾構施工中的應用研究，為進一步推廣和使用綠色施工技術奠定基礎。

1 綠色施工技術相關理論

1.1 綠色施工

綠色施工的“以人為本”原則意味著在地鐵盾構施工過程中，將人的健康、安全和福祉放在首要位置，確保施工過程對工人、社區(qū)居民和相關利益相關方的影響最小化，以及提供良好的工作環(huán)境和社會環(huán)境。綠色施工重視工人的安全，在盾構施工過程中，施工方會嚴格執(zhí)行安全標準，提供必要的安全培訓，為工人提供個人防護裝備，確保他們在施工現(xiàn)場工作時不受傷害，綠色施工關心施工過程對附近社區(qū)居民的影響，在進行盾構施工時，會采取措施減少噪音、震動和塵土等對周圍居民的干擾，盡量減少施工對生活和工作的影響，綠色施工重視公眾參與和溝通，在盾構施工前，會與相關利益相關方進行充分的溝通，聽取他們的意見和需求，并在施工過程中積極回應公眾關切，綠色施工關注工人的職業(yè)健康，在盾構施工中，會采取措施防止工人暴露在有害物質和環(huán)境中，確保他們的身體健康，綠色施工承擔社會責任，尊重當?shù)匚幕蛡鹘y(tǒng)，積極參與社會公益事業(yè)，回饋社會[2]。

綠色施工中的環(huán)保優(yōu)先原則意味著在地鐵盾構施工過程中，環(huán)保成為首要考慮的因素，確保施工活動對環(huán)境的影響最小化，該原則強調保護自然環(huán)境，降低施工對水、土壤、空氣和生態(tài)系統(tǒng)的不良影響，以及積極推動環(huán)境保護措施的應用。在施工前，進行全面的環(huán)境影響評估，以了解施工活動可能對環(huán)境造成的潛在影響，基于評估結果，采取相應措施，確保施工過程符合環(huán)境保護要求，選擇施工區(qū)域時優(yōu)先考慮不破壞或最小化破壞原有生態(tài)系統(tǒng)的地區(qū)，盡量避免對重要的生態(tài)功能區(qū)進行施工，在施工完成后，采取措施修復施工現(xiàn)場的土地，還原自然生態(tài)，合理規(guī)劃和控制施工過程中產生的廢水排放，確保廢水經過處理后符合環(huán)境標準，不對周邊水體造成污染，同時，采取措施防止施工過程中的泥漿和廢水滲漏進入地下水系統(tǒng)，采用環(huán)保的施工設備和工藝，減少施工活動產生的廢氣和粉塵排放，在施工現(xiàn)場加強粉塵控制，確保空氣質量不受嚴重影響，采取措施降低施工活動產生的噪音和震動對周邊居民的影響，選擇低噪音設備和合理施工時間，確保施工對周邊居民的生活和休息不產生嚴重干擾，合理規(guī)劃廢棄物的處理，鼓勵廢棄物的循環(huán)再利用和資源化利用，最大限度減少廢棄物對環(huán)境的負面影響[3]。

1.2 綠色施工技術

在開展地鐵盾構施工的過程中，與傳統(tǒng)的施工技術相比，綠色施工技術強調環(huán)保原則，更注重減少對環(huán)境的負面影響，采用環(huán)保的施工設備和工藝，控制廢氣、廢水、噪音和粉塵等的排放，保護周圍的自然生態(tài)環(huán)境，而傳統(tǒng)施工技術可能對環(huán)境造成較大的污染和破壞，綠色施工技術傾向于更高效地利用資源，例如選擇可再生材料、循環(huán)利用廢棄物等，以減少資源的消耗，而傳統(tǒng)施工技術在資源利用方面可能相對較低效，綠色施工技術致力于節(jié)能減排，采用節(jié)能設備和技術，以及優(yōu)化施工方案來減少能源消耗和排放，傳統(tǒng)施工技術可能對能源的消耗和二氧化碳排放較為浪費，綠色施工技術更加關注社會責任，尊重當?shù)厣鐓^(qū)的文化和傳統(tǒng)，積極參與社會公益事業(yè)，傳統(tǒng)施工技術可能較少考慮社會責任和對公眾的影響[4]。綠色施工技術通過降低污染和生態(tài)破壞，能夠更好地保護周圍的自然環(huán)境，確保施工對生態(tài)系統(tǒng)的影響最小化，資源利用效率更高，能夠減少對有限資源的浪費，促進資源的循環(huán)再利用，降低成本，強調可持續(xù)發(fā)展，確保施工過程對未來世代的發(fā)展和生活不造成不良影響，關注環(huán)保和社會責任，更容易獲得公眾的認可和支持，提高項目的社會接受度，通常需要引入新技術和方法，促進施工行業(yè)的創(chuàng)新和進步[5]。

2 綠色施工技術在地鐵盾構施工中的應用研究

2.1 盾構刀具修復及保護刀再造技術

在地鐵盾構施工中，盾構刀具磨損是指盾構機攜帶的刀具在施工過程中由于與地質巖石或其他硬質材料的接觸和切削作用，逐漸失去原有的鋒利度和形狀，從而降低切削效率和施工速度的現(xiàn)象。在盾構施工過程中，盾構刀具與地質巖石表面接觸并進行切削，由于地質巖石硬度較高，會導致盾構刀具表面發(fā)生磨擦，使刀具逐漸磨損，盾構刀具在切削過程中會受到地質巖石的沖擊和擠壓，這些沖擊和擠壓會使刀具表面發(fā)生微小的破損，從而導致刀具磨損，地質巖石中可能存在一些顆粒狀的硬質礦物物質，當盾構刀具與這些顆粒磨料接觸時，會加速刀具的磨損，在長時間的盾構施工過程中，盾構刀具不可避免地會受到頻繁的使用，這也是導致磨損的重要原因。

在地鐵盾構施工中應用綠色施工技術，盾構刀具的修復和保護刀再造技術是重要的環(huán)保措施，在應用該項技術的過程中，定期對盾構刀具進行檢測和評估，查看刀具的磨損情況和受損程度，在施工過程中，要建立健全的刀具管理制度，確保對刀具的定期檢查和評估，根據(jù)刀具檢測和評估的結果，對刀具進行分類處理，對于磨損程度較輕的刀具，可以進行修復；對于無法修復的刀具，可以進行再利用或保護刀再造，對于磨損程度較輕的盾構刀具，進行修復，修復過程包括刀具表面的打磨、拋光和修復損壞的部分，使刀具恢復到較好的工作狀態(tài)。對于無法進行修復的刀具，可以進行再利用或保護刀再造，再利用是指將損壞的刀具經過特殊處理，使其成為適合特定施工環(huán)境的刀具，保護刀再造是指通過技術手段對刀具進行表面改性，提高刀具的耐磨性和使用壽命，對修復或再利用的盾構刀具進行性能測試，確保其質量和性能符合施工要求，合理安排刀具的使用周期和輪換，避免過度使用和損耗，在施工過程中，要加強對刀具的維護和管理，定期對刀具進行清洗和潤滑，確保刀具保持良好的工作狀態(tài)，對于無法修復或再利用的盾構刀具，要進行合理的廢棄物處理，采取環(huán)保的方式處理廢棄刀具，如進行資源回收或進行安全處置。

盾構刀具修復及保護刀再造技術可以有效地修復和再利用磨損的刀具，延長刀具的使用壽命，這樣可以減少頻繁更換刀具的需求，節(jié)約了大量的原材料和資源，通過修復和再利用刀具，可以減少購買新刀具的成本，同時，采用保護刀再造技術，可以將損壞的刀具改造成適合特定施工環(huán)境的刀具，降低了施工成本，傳統(tǒng)施工中，磨損嚴重的刀具通常被當做廢棄物處理，造成了大量的資源浪費和廢棄物的產生，通過修復和再利用刀具，可以減少廢棄物的產生，有利于環(huán)境保護，盾構刀具修復及保護刀再造技術符合綠色施工的原則，降低了資源的消耗和環(huán)境的影響，使用環(huán)保材料和技術進行修復和再造，減少了能源的消耗和碳排放，刀具的修復和再利用可以保持刀具的良好工作狀態(tài)，提高了切削效率和施工速度，這有助于提高地鐵盾構施工的整體效率和質量。

2.2 同步射流泥餅防治技術

在盾構施工過程中，隧道開挖面會產生大量的泥餅，泥餅是由地層土壤與水泥漿混合后形成的黏性物質，泥餅的形成會導致隧道開挖面的不穩(wěn)定，增加施工風險，同時還可能對地下水系統(tǒng)和地表環(huán)境造成污染。在地鐵盾構施工中應用綠色施工技術，泥餅沖洗裝置是一種用于防治泥餅形成的關鍵設備，該裝置通過高壓水射流的方式，對隧道開挖面的泥餅進行沖洗和清理，以穩(wěn)定開挖面，提高施工效率，并降低對環(huán)境的影響。泥餅沖洗技術通過在裝置中增加高壓水泵，將水泵產生的高壓水導入噴射頭，噴射頭的射流口較小，壓力較高，水流速度也很快，當高壓水射流與泥餅接觸時，會產生高速的沖擊力和剪切力，將泥餅徹底沖洗和分解，使其成為可被排出的泥漿，從而穩(wěn)定開挖面。在該裝置中，高壓水泵用于產生高壓水，將水推送至噴射頭，噴射頭裝置頂端的噴射頭負責將高壓水轉化為高速射流，沖擊和清理泥餅，噴射管道將高壓水從水泵傳送至噴射頭的管道系統(tǒng)，控制系統(tǒng)用于控制高壓水泵的開關和水流的壓力和流量，一般采用自動控制，根據(jù)施工需要調整水流參數(shù)，回收系統(tǒng)負責收集沖洗后產生的泥漿，并進行處理或再利用，這樣可以最大限度地節(jié)約水資源和減少廢棄物的產生。

在開始盾構施工前，需要將泥餅沖洗裝置安裝在盾構機的相應位置，確保高壓水泵、噴射頭、噴射管道和控制系統(tǒng)等組件完好無損，并與盾構機的供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)連接，根據(jù)施工的實際情況，調整噴射頭的噴射角度和位置，使高壓水射流能夠直接沖擊到隧道開挖面，并覆蓋需要處理的區(qū)域，使用控制系統(tǒng)，調整高壓水泵的開關、水壓和流量，一般情況下，需要根據(jù)泥餅的硬度和粘性等特性來確定合適的水壓和流量，以確保高壓水射流能夠有效地沖擊和清理泥餅。在一切準備就緒后，啟動泥餅沖洗裝置，高壓水泵開始工作，將高壓水導入噴射頭，形成高速射流，將噴射頭對準隧道開挖面的泥餅區(qū)域，啟動高壓水射流，高壓水射流沖擊和剪切泥餅，將其徹底清理和分解成泥漿，泥漿會被帶走，形成干凈的開挖面。在施工過程中，定期檢查泥餅沖洗裝置的工作狀態(tài)，確保各個組件的正常運行，根據(jù)施工情況，及時清理泥餅沖洗裝置，以保持其有效性，沖洗后產生的泥漿可以通過回收系統(tǒng)進行收集和處理，這樣可以實現(xiàn)水資源的節(jié)約和廢棄物的減少。泥餅沖洗流量可以根據(jù)地質情況和泥餅特性，可以進行現(xiàn)場試驗，調整沖洗裝置的水壓和流量，觀察沖洗效果。根據(jù)試驗結果，逐步確定合適的沖洗流量，還可以采用理論計算的方法進行沖洗流量的分析，根據(jù)泥餅的特性和沖洗目標，使用相關的公式或模型計算出合理的沖洗流量，在實際施工中，隨著施工的進行，沖洗流量的大小可能需要不斷調整，可以根據(jù)施工經驗和實際效果進行總結和優(yōu)化，找到最佳的沖洗流量。

2.3 施工廢水循環(huán)利用技術

在盾構施工過程中，會產生大量的廢水，包括洗刷隧道開挖面時產生的泥漿廢水、沖洗泥餅時產生的廢水等，傳統(tǒng)做法通常是將這些廢水排放到外部環(huán)境或進行簡單處理后排放，這會對周圍環(huán)境和水資源造成污染。施工廢水循環(huán)利用的原理是將產生的廢水進行收集和處理后再利用于施工過程中，從而達到資源節(jié)約、環(huán)境保護和提高施工效率的目的，其主要由五部分構成：①廢水收集系統(tǒng)，施工現(xiàn)場會產生多種類型的廢水，包括洗刷隧道開挖面時產生的泥漿廢水、沖洗泥餅時產生的廢水等，廢水收集系統(tǒng)負責將這些廢水進行有效的收集，避免廢水的散亂和浪費；②廢水處理設備，收集的廢水需要經過處理才能達到再利用的要求，廢水處理設備包括過濾器、沉淀池、脫水設備等，用于去除廢水中的固體顆粒、懸浮物、油脂等污染物，使廢水達到再利用標準；③廢水儲存設施，經過處理的廢水會暫時儲存在廢水儲存設施中，這些設施通常是水箱或水池，用于儲存處理后的廢水，以備再利用；④再利用系統(tǒng)，儲存的廢水經過再利用系統(tǒng)送回施工過程中，例如沖洗泥餅時可以再利用處理后的廢水進行沖洗，避免對新水的需求，提高施工效率；⑤監(jiān)測與控制系統(tǒng)，施工廢水循環(huán)利用過程中需要進行廢水質量的監(jiān)測和控制，監(jiān)測系統(tǒng)可以對廢水進行實時監(jiān)測，確保處理后的廢水符合再利用標準，控制系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測結果進行調整，以確保再利用的廢水質量穩(wěn)定可靠。

在地鐵盾構施工過程中，收集產生的廢水，包括洗刷隧道開挖面時產生的泥漿廢水、沖洗泥餅時產生的廢水等，設置合適的廢水收集點和管道，確保廢水能夠有效地被收集起來，將收集到的廢水送入廢水處理設備進行處理，廢水處理設備通常包括過濾器、沉淀池、脫水設備等，用于去除廢水中的固體顆粒、懸浮物、油脂等污染物，使廢水達到再利用標準，經過處理的廢水會暫時儲存在廢水儲存設施中，例如水箱或水池，儲存的廢水應保持清潔和密封，以防止再污染，處理后的廢水經過再利用系統(tǒng)送回施工過程中，例如沖洗泥餅時可以再利用處理后的廢水進行沖洗，避免對新水的需求，提高施工效率，廢水處理設備和廢水儲存設施需要定期維護，確保其正常運行和穩(wěn)定性，同時對再利用系統(tǒng)進行定期檢查和維護，以保證廢水再利用效果的持續(xù)穩(wěn)定。

3 結論

綠色施工屬于地鐵盾構施工的重要發(fā)展方向，綠色施工指的是在保障施工安全和質量的基本前提下，全面達到節(jié)約資源以及減少環(huán)境污染的目標，在施工中需要對機械設備和材料進行合理的利用，并引進先進的綠色施工技術，以可持續(xù)發(fā)展為指導，實現(xiàn)減少環(huán)境污染和資源高效利用的目的。