“綠色生態”措施在地鐵明挖基坑施工中的應用

王秋生 張功 李征 凌立靜 張小松 胡敏軍

摘要：傳統地鐵明挖基坑施工通常為露天作業，施工過程中產生的揚塵、噪音等環境問題一直是困擾施工單位影響綠色文明施工的重要原因。北京地鐵12號線三元橋站毗鄰機場高速，周邊辦公環境復雜，環保要求高，為徹底解決明挖施工對周邊環境的不利影響，車站首次采用“綠色生態”隔離棚，有效根治施工揚塵、噪音及光污染問題，使得整體施工環境得到提升，促進與周邊環境的和諧發展。隔離棚的使用有效控制揚塵的外溢，為工程建設節約工期62天，為工程建設質量與現場施工環境創造了良好的條件。

Abstract： Traditional open cut construction is usually open-air operation. Dust and noise will be generated during construction. These problems plagued the construction unit and affected the green and civilized construction progress. Sanyuanqiao Station of Beijing Metro Line 12 is adjacent to the Airport Expressway. The surrounding office environment is complex and environmental protection requirements are high. In order to completely solve the adverse impact of the open-cut construction on the surrounding environment， the station adopted "Green Ecology" dust-proof isolation shed for the first time. This method effectively cures the problem of construction dust， noise and light pollution. The overall construction environment has been improved and the surrounding environment has been harmoniously developed. The use of dustproof isolated shed effectively controls the spillage of dust. This method creates good conditions for engineering construction quality and on-site construction environment. Project construction period saved 62 days.

關鍵詞：防塵隔離棚;綠色環保;揚塵;鋼結構;膜結構

Key words： dustproof isolated shed;green environmental protection;fugitive dust;steel structures;membrane structure

中圖分類號：U231+.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）17-0117-04

0 ?引言

近年來，隨著我國城市建設的標準不斷提升，傳統建筑、市政行業的建造標準、建設需求等得到了極大的改善，在城市化快速發展的過程中充分考慮對環境的影響，將綠色生態施工納入建設考核的重點范疇，國家先后出臺了一系列施工綠色環保政策文件，督促建設行業的綠色建造升級。市政地鐵作為改善民生的重要工程，主要服務于城市緩解交通壓力且地理位置均設置在城市中心地帶。目前傳統明挖車站基坑及主體結構施工通常面臨較多的環境問題，在土方施工階段、混凝土鑿除階段尤其突顯，不僅影響周邊環境的綠色環保，現場施工環境也較惡略影響施工人員的健康，同時受到監管單位的揚塵控制的重點對象，這些都成為制約明挖基坑施工的重要因素;因此，解決揚塵問題，提升明挖施工作業的綠色生態措施成為重點關注對象。

國內大量學者對綠色生態施工進行了相關的研究探索。張希黔等結合我國國情發展及政策，系統闡述了建筑行業綠色施工的理念，綠色施工是對整個施工過程的動態管理，包括施工策劃、施工準備、材料采購、現場施工、工程驗收等各個階段的管理監督[1]。張莉莉等以綠地建筑集群項目工程為例，對工藝進行優化，采取噴淋降塵、支護優化、噴淋養護、LED燈照明等措施實現工程的節能創效綠色施工[2]。張建文等通過BIM技術組織施工現場及臨建布置，采用材料回收、噴淋降塵方式實現環境保護目標[3]。葉克明強調綠色施工要依靠科技創新，從持續教育提升理念，自覺推行綠色施工，提升綠色施工的標準化，創新綠色施工的技術水平[4]。李聰等從綠色施工管理角度闡述了綠色施工推進的管理技術，以管理促進綠色施工水平的提升[5]。

地鐵車站的明挖基坑施工涉及土方、鋼筋、混凝土等各項工序，控制好各階段的揚塵噪音是保證綠色生態施工的重要手段;目前常用綠色環保措施主要是灑水、設置霧炮等形式，因其施做在敞開環境中，僅能對局部控塵起到效果，但不能實現對施工區域內整體的控塵，無法從根本上控制揚塵。針對明挖基坑施工特殊的作業環境和特點，本文首次采用全封閉結構形式“綠色生態”罩棚進行明挖基坑的施工作業，通過在封閉罩棚內配備降塵濾塵設備，通過空氣流動實現了空氣中揚塵顆粒的過濾，施工現場塵土得到有效控制，并確保了施工現場外排空氣質量符合綠色環保要求，整個施工過程中均無揚塵外溢，有效根治了明挖基坑作業施工引起的揚塵環境問題。

1 ?工程背景

北京地鐵12號線三元橋站地處北三環核心地帶，周邊建筑林立且為集中商務辦公區，緊鄰“國賓道”機場高速（圖1）;傳統明挖基坑施工作業無法滿足對周邊的綠色環保要求，開創明挖綠色生態施工新模式勢在必行。

三元橋站為明挖地鐵車站，全場240m，標準段寬23.5m，埋深28m。兩側場地寬度8-11m。采用全封閉式防塵隔離棚進行明挖基坑施工，首先要綜合考慮大型機械設備的選用和高度控制、現場施工機械、物料設備的通行，滿足現場施工的基本需求，其次要考慮封閉條件下施工的光照、空氣流通、溫度、濕度及內部空氣的揚塵顆粒物濃度等。

2 ?“綠色生態”罩棚設計與施工

常規大跨度鋼結構主要采用桁架結構或網架結構形式，用鋼量大且施工困難;本工程所設計的罩棚以綠色生態環保為特點，主體結構采用新型輕旋鋼結構，罩棚整體結構由53榀鋼骨架組成，全部采用裝配式鋼結構，各類部件實現工廠化、模塊化及標準化加工。為解決鋼結構跨度大造成的用鋼量增加，在鋼架橫梁的下弦增加預應力鋼絞線，使結構頂部形成自平衡體系，減小水平推力。該結構的優點是在豎向荷載作用下，進一步減小了梁端彎矩、優化了梁柱截面，并充分利用預應力鋼絞線高強抗拉力的特點，減少鋼結構用量。

罩棚外封材料首次采用張懸膜結構形式，由工字鋼骨架、張拉索構成。各桿件單元間通過法蘭現場拼接，方便安裝和拆卸。膜結構屋面共劃分為14個膜單元，膜單元與桿件采用螺栓連接。膜材結構機械強度高，經緯向抗拉強度達5000N/5cm，表面涂層為聚偏二氟乙烯（PVDF）成份，穩定性強，在高溫下對很多種類的化學品具有完全抵抗性，此外還具有耐滲透性、自潔性好，具有較高的透光性等優點。用鋼量減少三分之一，共計約204噸。

罩棚結構示意圖與實際效果圖如圖2、圖3所示。

此外，明挖基坑罩棚因其體量龐大，除滿足現場施工的標準化要求外，更要滿足控塵環保、內部通排風及其作業環境舒適度要求。因此，罩棚在設計過程中在材料采光、棚內通風、揚塵控制與排放等均作了詳盡的考慮。

3 ?綠色環保施工措施

3.1 采光及整體效果

膜結構宣傳滿足強度、耐久性、透光率、自潔性及防火要求，選用透光率為7%的藍、白色膜材，最大限度采用自然光照。根據《建筑照明設計標準》（GB 50034-2013）及設計要求，現場施工所需照度應不低于300lm/0.75m2。罩棚內日常施工滿足光照需求，且有效控制棚內的整體溫度，避免夏季高溫棚內溫度較高導致工人中暑。考慮現場施工區域僅為車站基坑內及周邊，面積約為6500m2，采用800W功率的LED塔吊燈55套作為照明燈具，滿足了夜間施工照度的要求。

3.2 通排風及降塵控制

根據現場風向確定棚內的空氣循環及流通的主方向，在棚內南、北兩側布置兩排窗戶（窗戶凈間距1.8，雙層塑鋼窗尺寸4.2m*1.5m），并將現場出入大門設置在北側便于現場施工機械車輛的進出。通過計算分析棚內空間通風量為82338m3/h，為滿足棚內空氣循環流通，在棚內南側安裝主動排風系統，排風量為123507m3/h，壓力910Pa，轉速960r/min，通過排風機開啟將棚內南側空氣排出形成負壓環境，北側空氣通過門窗進入棚內形成空氣正壓環境，借助正負壓環境的移動實現了棚內空氣的循環流通。

為嚴格落實環保責任，保證棚內排風不引起周邊環境的二次污染，通過在排風口及風道每隔5m處安裝三層不同孔徑濾塵網（100μm，50μm，10μm）以控制PM10為指標，在軸流風機驅動下實現降塵排風效果，濾塵網材每天專人負責清理確保揚塵止于棚內。通排風循環系統如圖5所示。

3.3 環境監測系統

環境監測系統實現可視化管理，監測項目包括揚塵、噪音、風力、溫濕度、PM10及PM2.5等環境數據。該監控系統主要由現場各終端采集器、數據處理器、終端顯示器組成。系統具有超標自動報警功能，通過系統平臺給揚塵、噪音等各監測項設定一個警戒數值，當監測數據超過該警戒數值且持續超過所設定的時間，系統迅即自動報警并啟動噴淋降塵系統并加大通風除塵系統工作強度，同時將報警信息轉發給責任監管人員，監管人員可針對重點區域情況進行手動調節。

3.4 降塵系統

在鋼支撐及基坑周邊進行噴淋系統的布設并在基坑四角布置霧炮機，通過安裝智能檢測控制實現噴淋設備根據現場揚塵情況及部位實時開啟，使棚內PM10指標能夠有效控制在100以內，符合環保要求。在噴射過程中，嚴格控制水霧噴射的壓力，確保水顆粒粒徑尺寸，能夠與空氣中懸浮顆粒物結合降落，起到有效降塵的控制目的。降塵噴淋系統如圖6所示。

3.5 沖洗設備

在棚內設置雨水收集通道，在棚內出入口位置設置有雨水收集池（8m*4m），棚面雨水通過匯水管道流入供車輛沖洗及場地內曬水使用;采用自動感應式洗車平臺，利用多方位高壓水槍對車輛進行沖洗，確保上路車輛清潔干凈，避免泥頭車污染道路環境。沖洗用水實現三級沉淀后循環使用。沖洗設備如圖7所示。

4 ?綠色效果驗證

4.1 降塵降噪效果

為驗證棚內過濾系統外排空氣的質量，分別由北京市環境保護科學研究院及北京市天衡誠信環境評價中心兩家環境監測單位對棚內排風污染進行監測，通過連續5天棚內、外的環境監測，證明通過使用過濾系統后，外排空氣質量符合環保要求，降塵削減達到68.6%。

防塵隔離棚建成后對棚外噪音進行24小時監測，使用罩棚后棚內高峰施工的最高噪音值61dB，棚外此時僅為52dB，噪音削減率達到14%。

4.2 其他效果

使用防塵隔離棚后，工程冬季施工期間棚內地表溫度較室外溫度高5℃，地面以下5m處的溫度較室外地表溫度高出9-11℃，對于冬季施工不僅為現場工人提供了較為舒適的工作環境，且由于棚內溫度較高，為冬施混凝土的養護提供良好的條件。自防塵隔離棚2018年7月建成到12月期間，因下雨、大風、降雪及其政治活動影響，共為工程建設節約工期62天。

5 ?總結

作為一種新型的“綠色生態”防塵隔離棚，能夠有效控制傳統明挖基坑施工作業所產生的揚塵、噪音問題：

①使用罩棚過濾系統后棚內揚塵削減達到68.6%，有效改善棚內施工作業環境，也確保了外排空氣符合北京空氣質量排放相關要求;

②罩棚能夠起到降噪的功能，尤其在夜間施工環境，降噪率達到14%，滿足了夜間施工要求;

③作為一種新型綠色生態方案，提升了當前明挖基坑綠色文明施工作業的標準，促進了行業綠色施工的整體提升。

6 ?討論

目前現狀來看，由于工程建設周期3年左右，施做防塵隔離棚一次性投入較大，若能實現隔離棚生產的標準化、模數化，實現棚子整體的使用周轉次數，對于項目工程來說可大大的減少投入成本，也將更有利于綠色文明施工水平的整體提升。

參考文獻：

[1]張希黔，林琳，王軍.綠色建筑與綠色施工現狀及展望[J].施工技術，2011，40（339）：1-7.

[2]張莉莉，高山，李玉建，等.北京綠地中心工程綠色施工技術[J].建筑技術，2015，46（4）：309-313.

[3]張建文，蔡向陽.綠色施工技術在南陽市三館一院工程中的應用[J].建筑技術，2017，48（7）：714-716.

[4]葉可明.依靠科技創新不斷提高綠色施工水平[J].施工技術，2011，40（1）：8-15.

[5]李聰，姜娟，姜龍華，等.淺談綠色施工技術管理[J].施工技術，2017，46（增）：1323-1325.