地下工程低碳理论与应用 课件 -第1章 绪论

西南交通大学土木工程学院地下工程系《地下工程低碳理论与应用》2025年1月2日西南交通大学土木工程学院地下工程系第6章地下工程施工期低碳节能技术本章内容提要本章教学目标：掌握不同施工方法低碳节能效果计算方法掌握不同施工方法碳排放差异比较方法掌握风仓式通风技术要点

掌握能风机最佳布设方案掌握复杂地下工程通风网络解算不同施工方法低碳节能效果对比1复杂地下工程施工网络通风计算模型多区域混合式施工通风技术本章内容提要23隧道施工减排建议4不同施工方法低碳节能效果对比1不同施工方法低碳节能效果对比一6.1不同施工方法低碳节能效果对比地铁碳排放研究方向各类建筑材料能源的碳排放差异各施工分部工程碳排放量的组成不同施工方法低碳节能效果对比一隧道常用施工工法盾构法钻爆法明挖法不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.1碳排放计算方法排放系数法通过统计汇总地铁隧道施工建设期内建材和能源的工程使用量清单，将各类建材和能源消耗量分别乘上对应的碳排放因子并由下至上累加求和，得到隧道施工碳排放的总体水平。不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.2碳排放计算公式地铁隧道施工建设期间产生碳排放量是建筑材料生产、建材运输和现场施工三个阶段碳排放量的总和。不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.2碳排放计算公式（1）建材生产阶段碳排放量建材生产阶段碳排放量：材料采集获取、原材料运输和建筑材料的生产加工等过程中产生的碳排放建材的生产加工过程中，能源消耗和化学反应释放的二氧化碳贡献了该阶段的主要碳排放。不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.2碳排放计算公式（1）建材生产阶段碳排放量不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.2碳排放计算公式（2）建材运输阶段碳排放量建材的运输过程主要考虑将混凝土等建材从生产加工地运送至隧道施工现场的环节。常用运输方式：公路运输、铁路运输和水路运输不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.2碳排放计算公式（2）建材运输阶段碳排放量不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.2碳排放计算公式（3）现场施工阶段碳排放量地铁隧道的施工开挖将使用诸如盾构机、推土机和起重机等大量机械，并且这些机械主要以柴油、汽油和电力为驱动能源，在其施工作业过程中消耗燃料能源将对外界环境直接排放CO2eq。不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.2碳排放计算公式（3）现场施工阶段碳排放量不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.3不同施工工法碳排放差异分析案例分析——工程概况工程段落案例编号盾构法施工钻爆法施工深圳地铁7号线西丽湖站-西丽站区间案例13.480km——深云站-安托山站区间案例2——6.200km石厦站-皇岗村站区间案例31.642km——福民站-皇岗口岸站区间案例41.344km——皇岗口岸站-福邻区间案例51.784km——赤尾站-华强南站区间案例61.164km——华强南站-华强北站区间案例70.704km——黄木岗-八卦岭区间案例81.782km——八卦岭站-红岭北站区间案例91.614km——田贝站-太安区间案例10——1.290km深云站-安托山站车辆段出入线案例11——6.152km安托山站停车场出入线案例12——4.360km合计31.516km13.514km18.002km不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.3不同施工工法碳排放差异分析案例分析——工程概况运输碳排放在隧道整体施工碳排放量中的占比均在10%以内，主要贡献者是建材生产碳排放和施工能源碳排放。因此对材料运输做一定工程假设：假定工程案例中，隧道施工所需的建材统一采用载重10t的重型柴油货车运输，平均运距取30km。不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.3不同施工工法碳排放差异分析案例分析——隧道施工碳排放强度计算分析（1）盾构法施工隧道盾构隧道主要建材和能源工程量清单（教材表6-2）地铁隧道施工建设期间产生碳排放量建材生产阶段碳排放量建材运输阶段碳排放量现场施工阶段碳排放量不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.3不同施工工法碳排放差异分析项目案例1案例3案例4案例5案例6案例7案例8案例9平均值区间里程（km）3.481.6421.3441.7841.1640.7041.7821.6141.689碳排放总量（t）28502.47356.714879.914931.28861.58196.616352.310442.613690.4碳排放强度（t/km）8190.34480.311071.48369.57613.011642.99176.46470.08104.4建材生产碳排放量（t）23797.95237.912067.212987.38076.96088.314339.38569.711395.6占比（%）83.571.281.186.991.174.388.982.182.4建材运输碳排放量（t）353.3796.5837.3843.8101.745.4379.7110.2433.5占比（%）1.210.85.65.71.20.51.01.03.4现场施工碳排放量（t）4351.31322.21975.41100.1682.92062.91633.31762.61861.4占比（%）15.318.013.37.47.725.210.016.914.2案例分析——隧道施工碳排放强度计算分析（1）盾构法施工隧道建材生产阶段对隧道施工总体碳排放的贡献最大不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.3不同施工工法碳排放差异分析案例分析——隧道施工碳排放强度计算分析（1）盾构法施工隧道建材生产阶段对隧道施工总体碳排放的贡献最大。建材生产阶段释放的CO2eq是隧道施工期造成环境影响的最主要原因。其次是现场施工阶段的碳排放。建材运输碳排放的占比最小。建材生产阶段＞现场施工阶段＞建材运输阶段不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.3不同施工工法碳排放差异分析案例分析——隧道施工碳排放强度计算分析（1）盾构法施工隧道盾构法施工案例隧道单位里程碳排放强度不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.3不同施工工法碳排放差异分析案例分析——隧道施工碳排放强度计算分析（2）钻爆法施工隧道项目案例2案例10案例11案例12平均值区间里程（km）6.2001.2906.1524.3601.853碳排放总量（t）65468.956493.980067.270246.568069.1碳排放强度（t/km）10559.543793.713014.816111.615124.8建材生产碳排放量（t）52290.551620.965576.557468.656739.1占比（%）79.991.481.981.883.8建材运输碳排放量（t）1004.5422.31300.41132.8965.0占比（%）1.50.71.61.61.3现场施工碳排放量（t）12174.34450.713190.311645.110365.1占比（%）18.67.916.516.614.9建材生产阶段对隧道施工总体碳排放的贡献最大不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.3不同施工工法碳排放差异分析案例分析——隧道施工碳排放强度计算分析（2）钻爆法施工隧道爆法施工案例隧道单位里程碳排放强度不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.3不同施工工法碳排放差异分析案例分析——隧道施工碳排放强度计算分析（3）两种工法的碳排放强度对比分析单位里程产生的碳排放量：盾构法＜钻爆法原因：盾构机械可对隧道区间提供一种临时性的支撑稳定效果，人工、建材使用量减少预制盾构管片相较于现浇混凝土对于混凝土、水泥浆的能耗量和碳排放量都更少不同施工方法低碳节能效果对比一6.1.3不同施工工法碳排放差异分析案例分析——敏感性分析分析要点：明确两类工法施工碳排放的主要贡献源调整各类主要材料、能源的相关参数，分析这个改变对于隧道施工总体碳排放量带来的变化结果最终形成高能耗、高排放隧道建设项目的控碳、减排建议多区域混合式施工通风技术2多区域混合式施工通风技术二风仓式通风：在施工现场布设一密闭仓体，仓体以月牙形和长方体形为主，月牙形风仓可以更好地与隧道顶部贴合，长方体形风仓则更容易进行加工制作。采用风仓式通风方法，可将风仓布设于隧道分岔处，仅设置一个或两个风仓进风口，便有效减少了送风风管数量。同时风管不会出现大角度弯折的情况。6.2.1风仓式通风技术多区域混合式施工通风技术二本案例为一地下储油洞室工程，主要内容包含：5条储油洞室、5条水幕巷道、1条施工巷道、3条连接巷道、1座通风竖井、2座进出油竖井、2个泵坑、2条通风连接巷道、6个密封塞以及其他相关配套工作。6.2.2工程案例多区域混合式施工通风技术二本工程施工阶段：2#施工巷道对上部连接巷道和储油洞室上层进行施工对中部连接巷道、下部连接巷道、储油洞室中层和储油洞室下层进行施工作业6.2.2工程案例多区域混合式施工通风技术二风管压入式通风方式：管路进风口设在洞外，出风口设在掌子面附近，在风机的作用下，新鲜空气从洞外经管路送到掌子面，稀释污染物，污浊空气则由隧洞排至洞外。在本案例工程中，风管压入式通风方式的具体布置方法为：在2#施工巷道洞口外布设轴流风机，风机连接风管并延伸至各个施工掌子面附近。6.2.3通风方式多区域混合式施工通风技术二风管压入式通风方式：管路进风口设在洞外，出风口设在掌子面附近，在风机的作用下，新鲜空气从洞外经管路送到掌子面，稀释污染物，污浊空气则由隧洞排至洞外。6.2.3通风方式在本案例工程中，风管压入式通风方式的具体布置方法为：在2#施工巷道洞口外布设轴流风机，风机连接风管并延伸至各个施工掌子面附近。缺点：隧洞内会存在大量风管风管之间还需要上下穿插，压缩施工空间管道弯折，增加风机负担多区域混合式施工通风技术二风仓式通风的布置方法：在2#施工巷道外布置轴流风机，用于将新鲜空气运送至各个施工掌子面。在2#施工巷道内，使用隔板风道代替传统的风管风道。6.2.3通风方式在上层连接巷道内布设一个大型风仓在施工上较为困难，考虑布设五个小型风仓，风仓之间通过风管连接，风仓内部布设变频轴流风机，风仓外连接风管并延伸至施工掌子面处。多区域混合式施工通风技术二采用风仓式通风方法后，隧洞内的风管数量大幅度降低，而且风管不再存在大角度弯折的情况，这意味着通风系统的阻力更小。6.2.3通风方式多区域混合式施工通风技术二在实际工程中，风仓的具体参数会对通风效率产生极大的影响。轴流风机的轴功率和电机功率计算公式：6.2.3通风方式多区域混合式施工通风技术二风机环境压力会影响轴流风机的功率。风机的环境大气压越大，则轴流风机效率越高。对于风仓而言，风仓的形状、长度、宽度、高度、风仓内隔板的布设方式和长度、风仓内风机的距离等因素均会影响风仓内环境压力。6.2.3通风方式复杂地下工程施工网络通风计算模型3复杂地下工程施工网络通风计算模型三6.3复杂地下工程施工网络通风计算模型常用计算模型：回路风量法节点风压法复杂地下工程施工网络通风计算模型三6.3.1通风网络基本定律及简单风网介绍计算基础（三大定律）：风量平衡定律回路风压平衡定律通风阻力定律复杂地下工程施工网络通风计算模型三6.3.1通风网络基本定律及简单风网介绍（1）风量平衡定律在通风网络中，流入某节点的风量必然等于流出某节点的风量，即是通风网络中流入与流出任一节点的风量代数和为零。（2）风压平衡定律在通风网络中任一网孔中各分支风道通风阻力代数和为零。当网孔中不存在自然风压、交通风、风机等作用时：当网孔中存在风机、自然风压以及交通风压时：复杂地下工程施工网络通风计算模型三6.3.1通风网络基本定律及简单风网介绍（3）通风阻力定律在通风网络中各分支风道的阻力与风量的平方成正比。复杂的通风网络系统中两种基础风网：串联风网和并联风网，其遵循风网流动的基本规律，具有以下特点：（1）串联风网风量分布特点。在串联风网中，通过各分支风道的风量相等。（2）串联风网风压分布特点。在串联风网中，通过各分支风道的风压之和等于串联风网的总风压。复杂地下工程施工网络通风计算模型三6.3.1通风网络基本定律及简单风网介绍（3）串联风网风阻分布特点。在串联风网中，各分支风道的风阻之和等于串联风网的总风阻。（4）并联风网风量分布特点。（5）并联风网风压分布特点。（6）并联风网风阻分布特点。复杂地下工程施工网络通风计算模型三6.3.2复杂地下工程通风网络建立对于存在多洞室的复杂地下结构的通风系统，可将其整体抽象为一个复杂的通风网络。对于任一复杂通风网络，不妨设其存在条分支和个节点，基于通风网络三大平衡定律可建立如下方程组。复杂地下工程施工网络通风计算模型三6.3.3复杂地下工程通风网络解算进行泰勒级数展开：采用矩阵表示：复杂地下工程施工网络通风计算模型三6.3.3复杂地下工程通风网络解算此时即为牛顿法，也即是通过矩阵J和矩阵H来确定余支增量，再确定出余支风量，再由QLC来确定出其他分支的风量。在这种情况下即为采用一阶导来逼近牛顿法的迭代法，也称作拟牛顿法。在此情况下需要求一阶导数的逆矩阵。复杂地下工程施工网络通风计算模型三6.3.3复杂地下工程通风网络解算此时即为斯考得——恒斯雷法。该方法先将J矩阵变形为J0矩阵，之后再完成迭代。以上方法中C表示回路矩阵，Q=(QL,QT)，其中QL表示余支风量，QT表示树枝风量。当令此时有：隧道施工减排建议4隧道施工减