新乌鞘岭隧道绿色施工综合技术研究

左军

摘要：针对西北高原寒旱地区的地理特点，并结合当地实际自然条件的需要，采取强有力的冬期绿色保温措施保证冬期施工要求。建设一系列污水处理设施，实现污水处理达标统一排放，水资源循环利用。采取生态草灌袋护坡技术，达到了绿化效果，实现了稳定边坡的目的。采取隧道洞渣再利用技术，将检验达标的隧道洞渣应用于工程，实现了隧道洞渣资源化利用，为项目可持续均衡生产提供条件，环保、经济、社会效益明显，在祁连山保护区内实现“零污染、零排放”，在铁路隧道绿色施工建设中具有借鉴意义。

关键词：高寒气候;生态脆弱;循环利用;零污染;零排放

0   引言

随着我国铁路建设的不断发展和完善，铁路周边生态环境破坏、资源消耗量大等问题日益严重，如何解决铁路建设与环境保护、资源合理利用之间的矛盾，构建铁路绿色施工评价的标准框架尤为重要[1]。

新乌鞘岭隧道地处祁连山国家级自然保护区和饮用水源保护地，项目总体来说具有“三高、两大”的特点即高寒气候、冬施要求高，生态脆弱、环保标准高，地质复杂，安全风险高，施工难度大。

本文依托兰张三四线铁路新乌鞘岭隧道建设，以现行GB/T50905—2014《建筑工程绿色施工评价标准》及TB10501—2016《铁路工程环境保护设计规范》为指导要求，结合高海拔地区施工特点，以配套锅炉系统、污水处理设备、生态草灌袋护坡体系、洞渣再利用等多种手段来达到绿色施工的目的。

1   工程背景

新乌鞘岭铁路隧道地处祁连山中高山区，区域海拔高度2900～3600m，气候垂直分带性明显，气温寒冷，日温差大，阴雨风雪冰雹天气多变，冰冻时间长。隧道所在区域年平均气温0.8℃，最冷月平均气温-11.4℃，极端最高气温28.1℃，极端最低气温-30.6℃。年平均降水量426.8mm，年平均蒸发量1562.4mm。最大积雪厚度36cm，土壤冻结深度200cm。气温寒冷，年均冬施时间长达7个月，对冬施要求高。

兰张三四线铁路新乌鞘岭隧道为设计时速250km/h的特长隧道，位于甘肃省武威市内，隧道洞身通过区属于祁连山东北部中高山区，隧道全长17.125km，为一座双线铁路隧道，处于既有兰武二线乌鞘岭特长隧道东侧、上方，几呈平行之势，是新建兰张三四线铁路控制性工程。

中铁三局承建的XQ2标为隧道出口段全长9.104km，起讫里程为DK168+941～DK178+045，项目具有“三高、两大”的特点。为方便建设，利用原乌鞘岭隧道既有8、9、10号斜井，新建出口横洞一座。其中8、9、10号斜井位于祁连山自然保护区试验区内。新乌鞘岭隧道平面见图1。

2   新乌鞘岭铁路隧道绿色施工方案

2.1   污水利用

通过隧道专用污水处理站、生活区雨污分离及搅拌站砂石料分离，将经过处理的污水，再次用于隧道开挖掘进、道路洒水降尘、混凝土生产，以减少水资源浪费，避免土壤污染[2]。

2.2   低碳供暖

对于不满足排放标准的车辆禁止入场，采用生物质锅炉、空气能热交换系统及量子能锅炉进行采暖，减少煤炭使用，降低对大气的污染[3]。

2.3   表观复绿

弃渣场实施表土剥离集中养护、边坡覆土种植草籽，出口洞门处采用框架梁护坡内植草灌袋进行灌木种植，洞顶覆土种植草籽，新建便道长坡、草灌袋护坡等对施工过程中造成的表观破坏进行修复[4]。

2.4   洞渣利用

合理利用隧道开挖洞渣，将其用于便道修筑及邻近标段的路基填料，使资源得到合理利用[5]。

3   新乌鞘岭铁路隧道绿色施工技术

3.1   污水处理技术

3.1.1   隧道污水處理技术

隧道内施工污水经过隧道洞口设置的污水处理站进行沉淀、净化，处理后的清水再次循环利用于隧道内施工及降尘。

废水工艺采用物理处理工艺如下：通过平流沉砂池对废水中的泥砂和悬浮物进行去除，通过在平流沉砂池末端加入PAC（管道混合），使污水中硅酸盐、胶体、硝酸盐、微小悬浮物凝聚成较大颗粒，进行二次沉淀。在混凝沉淀池完成后，经过一体化过滤设备的石英砂作为一级过滤，去除悬浮物及浊度，再经过精密过滤器去除更小颗粒的污染物，最后进入回用水池进行二次回用。整个处理过程全自动化控制，有效降低维护费用，保证出水水质达标。

3.1.2  生活区污水处理技术

生活、办公区洗漱、洗澡污水排放通过污水管道引排到营地污水处理站内。污水管道采用直径300mm的污水管，埋置深度不小于2.5m。各个生活、办公区均预留污水支管，通过支管将水汇集到驻地群污水主管道，污水主管道顺着驻地便道直流进污水处理站内，处理达标后排放。雨水通过地上明沟汇集至蓄水池内，实现雨污分离[6]。

3.2   绿色供热体系

混凝土搅拌站供热保温措施如下：混凝土搅拌站供暖，采取生物质锅炉和发热电缆双重集中供暖方式，料仓大棚及蓄水池的搅拌用水采取生物质锅炉恒温供暖。砂石料骨料仓分为常温仓和加热仓，加热仓采取地埋热水管道和发热电缆的形式进行集中供暖。料仓大棚采用5cm厚的玻璃棉板全封闭，并喷涂5cm厚的聚氨酯泡沫进行隔热密封。

3.2.1   生物质锅炉供暖

生物质锅炉工作原理是燃烧生物质燃料，经过生物质专用锅炉进行气化收集再排放的一个过程。生物质燃料为锯末、木屑等农林废弃物物理加工成型的燃料，是可再生的纯天然清洁燃料，其不含硫、环保、零排放、成本低。生物质燃料燃烧采用专用的生物质锅炉，常压运行，无需审批[7]。

根据混凝土搅拌站的规模，结合气象资料及供暖设备厂家的相关资料，考虑搅拌站料棚为高大厂房，保温隔热性能较差，为了保证冬季料棚内砂石料的温度，须给砂石料持续加热。其目的有二：一是化解新进入料棚内的冰冻砂石料的潜热量损失，二是持续加热提高料棚内的砂石料温度。

采用2套120万kcal的生物质热水锅炉系统，以满足搅拌站料仓大棚冬季保温需求。供热管线路采用钢管，料仓大棚四周布设管路搭焊在墙内侧预埋件上，并采取有效措施防止上料装载机破坏。

根据材料堆码数量，在主管道外接出若干支管（约6m长），随时观测室内温度变化，保证暖棚内温度控制在10℃以上。蓄水池搅拌用水采用2套60万kcal的生物质常压热水锅炉采暖系统，出水温度保证在55℃以上。同时采取板式换热器热水循环加热的模式，以满足150t/天的热水需求[8]。

3.2.2   发热电缆供暖

发热电缆工作原理是以电力为能源、电热膜为热媒，将电能转换为热能，把热量以对流和辐射方式传递到空间的方式。电热膜采暖系统无污染、节能、易施工、管理方便。该采暖系统是把发热缆安装在面层下混凝土中间，通电后，工作温度为85～90℃，通过混凝土面层导热将热量传递到室内，使室内的温度升高，从而达到取暖的目的。

3.2.3   大棚喷涂保温

料仓大棚建设完成后，为了减少室内热量的散失，达到隔热保温的效果，在大棚内部岩棉板表面喷涂一层厚5cm的聚氨酯泡沫喷层，喷涂范围为料仓大棚顶部及四周墙壁[9]。

3.3   生态草灌袋护坡技术

生态草灌袋护坡系统是一种在生态袋中装入植物生长基质，沿着边坡表面一层一层堆叠，形成一层适宜植物生长的环境，然后在堆叠好的袋面采用绿化手段播种或栽植植物，达到恢复植被的目的。

选取的生态袋必须具备过滤功能，且能防止袋内的植物生长基质流失，实现水分在袋体与袋体、袋体与土壤等多层面的高效流动，能够保证植物生长水分的需求。在植物生长起来之后，根系进入工程基础土壤中，再次稳固边坡基础，且时间越长越牢固。应用该系统能有效降低维护费用，实现建造稳定性永久边坡的目的[10]。

3.4   隧道洞渣再利用技术

隧道洞渣再利用原理主要是通过在在建线路上布设碎石加工设备，应用二级破碎工艺，采用源头优选、晾晒石渣等方法加强质量控制。用隧道洞渣和挖方路基石渣，加工出满足工程要求的碎石，将其应用于工程建设，实现了资源化利用，有利于节约投资，减少占地，保护生态环境。主要工艺如下：

3.4.1   开挖

采用爆破方式配合挖掘机开挖洞渣、石渣。开挖后先对渣样进行现场初步检测，即根据经验采用目测观察和应用铁锤等工具进行敲击检测。初步检测符合相关要求之后送试验室进行精确检测，检测合格之后才可以进行运输[11]。

3.4.2   运输

采用装载机配合自卸汽车装渣，自卸汽车运输到碎石加工厂原材区。本标段符合原材标准的石方填料都运至ZQ4标一工区路基级配碎石处理厂。

3.4.3   加工

加工采用二级破碎工艺。一级破碎采用颚式破碎机，其主要用于对各种矿石与大块物料进行粗碎和中碎加工。二级破碎采用反击破碎机，其利用冲击能来破碎石料，主要用在集料的二次加工。

加工方法为振动给料机喂料，一破采用PE600型颚式破碎机。配备条形隔片筛，用于过滤泥土和细长扁平块石，将直径500mm的石料破碎至直径130mm以下。二破采用PF1315型反击式破碎机，将直径130mm的石料破碎至直径40mm以下。然后将破碎的石料经过振动筛分档成最终产品，即直径4.75～9.50mm、0～9.5mm、9.5～19.0mm、19.0～31.5mm。超粒径颗粒返回到反击式破碎机再次进行破碎，将石料破碎成最终产品[12]。

3.4.4   检测应用

加工出的最终产品在使用前，送第三方检测机构进行检测，检测合格后方可使用。

4   结束语

本文基于西北地区独特的自然环境，结合当地实际自然条件的需要，在临建施工过程中采取强有力的冬期保温措施，保温效果明显，满足冬期施工要求。采取生态草灌袋护坡技术，达到了绿化效果，实现了稳定边坡的目的。采取隧道洞渣再利用技术，将检验达标的隧道洞渣应用于工程，实现了隧道洞渣资源化利用，为项目可持续均衡生产提供条件，环保、经济、社会效益明显。

通过使用混凝土搅拌站供热保温系统，每年冬天可节约标准煤的使用，降低了环境污染。同时通过对搅拌站大棚进行保温喷涂，增加了隔热性，对取暖要求进一步降低，节约了燃烧碳排放，也节约了用电。

通过采用污水处理站对施工及生活废水的处理，杜绝了水资源浪费。通过利用污水处理站净化水进行道路降尘，洞内开挖，节约了净水资源，保证施工用水不占用饮用水。

对新修施工便道采用草灌袋护坡体系，有利于及早恢复原有生态植被，保护原有生态状况，同时降低了新建便道水土流失，保证了新建坡道的稳固，降低后期修补带来的二次费用。

降隧道洞渣再利用，让原本作为固体垃圾的洞渣得到二次利用，不仅降低了材料成本，同时也节约大量的土地资源，省去了建设弃渣场费用。

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