地鐵盾構隧道建設期碳排放強度估算及細顆粒物分布特性研究

董雪　侯佳銳　李傳偉

關鍵詞：地鐵盾構隧道；碳排放強度；細顆粒物；分布特性

中圖分類號：X834 文獻標志碼：B

前言

地鐵已經成為城市主要的公共交通工具，其在緩解城市交通擁堵、減少城市熱島效應等方面發揮了重要作用。然而，地鐵隧道建設過程中所產生的碳排放量巨大，如果不加以有效控制將會對環境造成嚴重影響。

針對地鐵隧道建設過程中的碳排放問題，國內外學者主要從施工現場、設備使用、渣土運輸與爆破、材料運輸等方面開展研究。如基于有限元分析的研究方法，估算了地鐵施工過程中碳排放總量；基于統計模型的研究方法，計算了隧道施工過程中碳排放量。但目前對盾構隧道建設過程中碳排放的研究還不夠全面，且盾構隧道建設過程中的細顆粒物濃度分布規律尚不明確，一些研究方法對數據的敏感度不夠高，導致分析結果不可靠。因此，文章通過對地鐵盾構隧道建設過程中碳排放強度及細顆粒物濃度分布規律進行研究，為盾構隧道施工節能減排提供參考。

1碳排放強度估算及細顆粒物分布特性分析

1.1建立排放量測算模型

地鐵盾構隧道建設期碳排放強度估算以實際工程內容為依據，包括工程建設階段、施工機械設備運行及掘進階段、渣土運輸與洞內爆破階段、材料運輸及吊裝階段以及施工過程中其他相關因素所導致的碳排放量測算。在建立測算模型前，依據地鐵盾構隧道建設期施工內容，確定模型的計算邊界，見圖1。

考慮到建設期不同階段的實際情況，每一階段的碳排放差異，針對盾構隧道施工過程中不同階段的碳排放水平進行分析，并結合隧道建設的實際情況，分別對盾構隧道掘進階段與其他相關因素所導致的碳排放量進行估算。

采用碳排放系數法進行估算，即對盾構隧道建設過程中所涉及到的不同階段的碳排放量進行量化。結合施工現場監測數據與項目管理軟件中設備運行數據，得到各階段碳排放量，并分析各個階段碳排放量。碳排放量測算模型如式（1）：

2實驗研究

2.1實驗準備

在上述理論的支持下，采用對比實驗的形式展開更深層次的分析，以基于有限元分析的估算方法、基于統計模型的估算方法作為對比。實驗以某地鐵盾構隧道土建工程為案例，對工程建設期的不同階段碳排放規律相關信息數據進行采集和統計，基于此，采用碳足跡計算器計算碳排放量并對碳排放數據進行匯總。為確保數據準確性和可靠性，使用第三方機構對碳排放計量數據進行驗證和審核，最后整理工程量清單，將其作為實驗數據，用于后續實驗分析。具體工程建設期碳排放數據見表1。

以表1中的數據作為實驗數據，分別使用不同的估算技術對地鐵盾構隧道建設期不同階段的碳排放量進行估算，對比各個估算方法的估算精度，同時使用各個估算方法對各個階段產生細顆粒物濃度進行空間分布估算，統計出各個估算方法的估算正確比，結合兩組實驗結果，分析各個估算方法的計算敏感性。

2.2實驗結果與分析

在碳排放量估算精度實驗中，設置三個估算階段，分別是建材生產階段，建材運輸階段，施工階段，計算各個估算方法的估算精度，結果見圖2。

如圖2所示，無論在哪一個建設階段，提出的估算方法的估算精度始終處于比較高的水平，且估算精度比較穩定，沒有出現明顯的下降。相比之下，基于統計模型的估算方法估算精度比較低，并且在建材生成階段，整體變化比較大，基于有限元分析的估算方法存在類似的問題，估算精度不高。由此可知，提出的地鐵盾構隧道建設期碳排放強度估算方法精度高，數據可靠。

在地鐵盾構隧道中選取多個監測點，測點高度為1.5米，使用不同的估算技術估算出細顆粒物在實驗空間內的分布情況，計算出估算正確數據占所有估算數據的比例，根據正確比計算結果對比分析各個估算方法。在不考慮人員活動對實驗影響的情況下，設計兩種工況，一種是監測點位置細顆粒物濃度先增加后減少，另一種是監測點位置細顆粒物濃度先減少再增加。經過計算機軟件的統計，獲得的實驗結果見表2。

對比各個估算方法的實驗結果可知，提出的估算方法在不同送風角度的影響下依然保持著90%以上的正確比，基于有限元分析的估算方法的估算正確比在70%以上，未達到90%，基于統計模型的估算方法估算正確比在60%～80%之間。由此可知，提出的估算方法正確比更高。結合碳排放量強度估算精度實驗結果分析可明顯看出，提出的估算方法估算數據可靠，精度高，對細顆粒物分布相關數據足夠敏感，整體性能優于現有估算方法。

3結束語

文章以地鐵盾構隧道建設期碳排放強度作為研究重點，同時研究細顆粒物的分布特性，旨在發現建設施工過程中環境污染情況，及時發現問題并治理，改善生態環境，實現綠色環保的工程建設。經過大量計算和分析發現，盾構隧道建設期碳排放量主要來源于施工機械設備運行及掘進、渣土運輸、洞內爆破、材料運輸及吊裝等；細顆粒物濃度隨著施工機械設備運行及掘進、渣土運輸、洞內爆破等環節的增加而增大，碳排放強度與施工機械設備運行及掘進成正相關關系。通過對比實驗得出，提出的估算方法估算精度較高，估算正確比保持在90%以上，驗證了估算方法的敏感性和可靠性，為地鐵盾構隧道建設碳排放強度估算和顆粒物分布特性分析提供了一定的技術支撐。