北京軌道交通施工過程中機械設(shè)備能源消耗的分析研究

朱拓 北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司

2003 年，在中國剛剛經(jīng)歷了申奧成功，舉國同慶的那個年代，北京軌道交通建設(shè)也同步駛?cè)肓丝燔嚨馈? 號線、5 號線、10號線的第一輪建設(shè)周期，到如今實現(xiàn)727 公里（截至2021 年8 月數(shù)據(jù)）運營里程的輝煌成就，從明挖法占主體，到明挖、暗挖、盾構(gòu)、蓋挖等多種工法的因地制宜、多項施工方案并舉，北京軌道交通建設(shè)為實現(xiàn)我國交通強國的夢想，貢獻了堅實的力量。

本文以數(shù)據(jù)分析的形式，通過對正在建設(shè)的北京市軌道交通昌平線南延工程、13號線擴能提升工程中部分具備顯著特點的車站、區(qū)間的燃油機械設(shè)備的消耗指標(biāo)，并對比施工定額消耗數(shù)量和現(xiàn)場實際消耗數(shù)量的差距，得出了一些分析數(shù)據(jù)和結(jié)論，對主要機械設(shè)備選型，以及施工機械低碳化的發(fā)展趨勢，具備一定的借鑒意義。

一、主要施工工法中燃油機械設(shè)備消耗的分析研究

燃油機械設(shè)備作為主要的工程設(shè)備，其應(yīng)用種類之多，使用周期之長，貫穿著軌道交通施工過程的始終，以下通過不同工法，對具體實例進行分析。

（一）明挖法車站

1.昌平線南延工程學(xué)清路站，位于學(xué)清路和月泉路（銀泉路）交叉口，沿學(xué)清路西側(cè)南北向設(shè)置，車站采用明挖法施工，為地下明挖二層島式站，采用雙柱三跨框架結(jié)構(gòu)，長496.9m，寬21.1m，深21m。明挖段圍護結(jié)構(gòu)采用800mm 厚地下連續(xù)墻，支撐采用φ800 鋼支撐。主要燃油機械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖1 所示。

圖1 學(xué)清路站燃油機械臺班消耗示意圖

2.13 號線擴能提升工程回龍觀東站，采用明挖法施工，全長376.5m，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.74m，基坑深度約為22.7m，圍護結(jié)構(gòu)采用800mm 厚地下連續(xù)墻，支撐采用φ800鋼支撐。主要燃油機械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 回龍觀東站燃油機械臺班消耗示意圖

（二）暗挖法車站

1.昌平線南延工程學(xué)院橋站，為地下兩層島式車站，車站總長241m，三跨段寬23.1m，高15.5m；四跨段寬30.1m，高15.5m，車站主體結(jié)構(gòu)采用暗挖PBA 工法施工。主要燃油機械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖3 所示。

圖3 學(xué)院橋站燃油機械臺班消耗示意圖

2.13 號線擴能提升工程學(xué)院南路站，采用暗挖PBA 工法施工，車站形式為島式雙層車站，主體采用單柱雙跨結(jié)構(gòu)，車站主體長度為289.3m，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.74m，深21.8m，主要燃油機械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 學(xué)院南路站燃油機械臺班消耗示意圖

（三）暗挖法區(qū)間

1.昌平線南延工程六道口站-學(xué)院橋站區(qū)間，全長979.3m，均為地下線，采用礦山法施工，區(qū)間設(shè)置2 個聯(lián)絡(luò)通道和2 個泵房，主要燃油機械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 六道口站-學(xué)院橋站區(qū)間燃油機械臺班消耗示意圖

2.13 號線擴能提升工程學(xué)院南路站-撥線點區(qū)間，暗挖段長387.572m，采用礦山法施工，主要燃油機械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖6 所示。

圖6 學(xué)院南路站-撥線點區(qū)間燃油機械臺班消耗示意圖

（四）盾構(gòu)法區(qū)間

1.昌平線南延工程上清橋站-學(xué)清路站區(qū)間，采用盾構(gòu)法施工，長1804.212m，區(qū)間設(shè)置3 個聯(lián)絡(luò)通道和2 個泵房，主要燃油機械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖7 所示。

圖7 上清橋站-學(xué)清路站區(qū)間燃油機械臺班消耗示意圖

2.13 號線擴能提升工程回龍觀東大街站-回龍觀東站區(qū)間，采用盾構(gòu)法施工，長865.231m，區(qū)間設(shè)置1 座聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。主要燃油機械設(shè)備消耗數(shù)據(jù)如圖8 所示。

圖8 回龍觀東大街站-回龍觀東站區(qū)間燃油機械臺班消耗示意圖

通過以上各個工法的實例，結(jié)合主要燃油機械設(shè)備使用情況及消耗量對比分析見表1：

表1 樣本中主要燃油機械機械設(shè)備使用情況及分析表（單位：臺班）

通過以上數(shù)據(jù)分析，結(jié)合現(xiàn)場實際施工情況，混凝土輸送泵車消耗數(shù)量存在偏差的主要原因是受交通及場地布設(shè)限制，現(xiàn)場混凝土澆筑作業(yè)頻次增加；小翻斗車消耗數(shù)量存在偏差的主要原因是市重大辦在暗挖施工中大力推行使用電動三輪車；輪胎裝載機消耗數(shù)量存在偏差的主要原因是臨時占地原因引起的暗挖施工場地布置，造成臺班數(shù)量增加；履帶式起重機消耗數(shù)量存在偏差的主要原因是現(xiàn)場多使用電力門式起重設(shè)備作為主要提升工具；載重汽車消耗數(shù)量存在偏差的主要原因是施工現(xiàn)場布置限制，個別鋼筋構(gòu)件存在委外加工現(xiàn)象，增加了運輸臺班消耗；旋挖鉆機和履帶式液壓抓斗成槽機消耗數(shù)量存在偏差的主要原因，也多是因場地布置和施工籌劃引起的作業(yè)臺班消耗數(shù)量變化等。

可以預(yù)見，在“十四五”開局階段及今后很長的施工周期內(nèi)，特別是降本增效和區(qū)域條件不斷變化的客觀背景下，明挖法（蓋挖法）仍然是北京軌道交通施工過程中常態(tài)化的施工工藝，自卸汽車、挖掘機、裝載機等燃油機械，在整個施工機械設(shè)備臺班數(shù)占比較大，上述施工機械的電動化發(fā)展和革新，必將成為節(jié)能減排、綠色施工的新趨勢。

二、暗挖工程自發(fā)電分階段能耗統(tǒng)計

為保證地鐵工程快速進場施工，在臨時用電不能同步到位時，現(xiàn)場需要采用燃油自發(fā)電進行施工，結(jié)合昌平線南延六道口站—學(xué)院橋站區(qū)間1 號豎井工程實例進行燃油消耗分析。

根據(jù)用電設(shè)備配置和施工籌劃，施工現(xiàn)場采用內(nèi)燃空壓機+內(nèi)燃發(fā)電機（電力供應(yīng)）相配合，以保證施工。

1.施工各階段設(shè)備配置

2.自發(fā)電油料消耗統(tǒng)計（按照6 個月）

3.典型工點自發(fā)電燃油消耗曲線圖

如圖9、圖10 所示。通過以上數(shù)據(jù)分析可見，燃油自發(fā)電雖然可以解決施工現(xiàn)場的臨時用電問題，但不能持續(xù)時間太長，否則自發(fā)電的能效利用率問題、環(huán)保問題、油料運輸問題、維護保養(yǎng)、施工成本等問題，都會給施工現(xiàn)場帶來很大困擾，在今后的施工過程中，要盡量減少自發(fā)電施工，在減少能耗的同時，要積極籌劃，超前布置，確保臨時用電的及時接入。

圖9 油量消耗曲線圖

圖10 自發(fā)電油料累計消耗曲線圖

隨著13 號線擴能提升工程、22 號線、28 號線等新線路的開工建設(shè)，在今后新一輪的建設(shè)時序中，高質(zhì)量提升線路的折返能力和運力，可以有效緩解車站限流、改善區(qū)域居民出行條件。在世界經(jīng)濟正在走向"低碳化"的大趨勢下，在北京地鐵施工過程中大力推行電動機械設(shè)備，減少燃油排放，對發(fā)展節(jié)能工業(yè)，重視綠色建造，鼓勵循環(huán)經(jīng)濟有著深遠的意義。