基于SimaPro的公路隧道建造阶段碳排放计算与构成评估

为准确定量计算和评估公路隧道各个建设阶段的二氧化碳排放，明确碳排放的主要来源和影响机制，基于生命周期评价（LCA）方法，从公路隧道碳排放核算边界划分、清单分析、计算模型建立等方面提出标准化的核算流程。结合工程实例，利用生命周期评价工具SimaPro对不同围岩条件下的每延米隧道建设碳排放进行计算和对比分析。结果表明，随着围岩条件的劣化，每延米隧道在材料生产阶段和施工建造阶段的碳排放量显著增长；公路隧道建设中材料生产阶段的碳排放量占比最高，其中二次衬砌材料生产阶段的碳排放量占比较大，改进材料生产技术、开展衬砌结构碳减排设计研究是减少公路隧道建设碳排放总量的重要路径。     

交通隧道工程碳排放核算及研究进展分析

为应对日趋严重的全球气候变暖问题，中国政府提出了“双碳”目标。交通隧道生产活动排放的温室气体是土木工程领域碳排放的主要来源之一，其节能减排工作开展的成效是按时按质完成“双碳”目标的关键。通过统计调研近10年来的相关文献，总结目前交通隧道碳排放计算分析的研究现状。结果表明，目前国内外常基于生命周期评价开展隧道生命周期的碳排放研究，同时选用排放系数法进行计算；多数文献主要围绕公路隧道、盾构隧道施工期的碳排放开展计算和减排分析，并且一般将隧道施工期碳排放划分为材料生产、材料运输和现场施工3个阶段。对隧道施工碳排放的影响因素、预测公式等方面的研究进展进行综合性叙述，可为后续研究提供参考。     

基于机器学习的铁路隧道施工碳排放预测模型研究

为构建适用于铁路隧道施工建设阶段碳排放预测的算法模型，以某铁路隧道建设工程为研究案例，首先基于碳排放计算体系量化得到案例隧道的施工碳排放量与各子阶段碳排放占比；然后采用多种机器学习算法构建不同预测模型，结合动物优化算法对预测模型进行参数调优，选用R²、MAE、MSE、RMSE、MAPE、SMAPE等评价指标对比分析拟合效果，筛选最佳预测模型，并基于SHAP值分析各参数变量的重要性程度。结果显示：建材生产阶段对隧道施工碳排放的贡献最大，建材运输阶段的碳排放最小；BP神经网络相对随机森林、LightGBM、SVR、极限学习机等算法的回归效果更好，并且通过对比使用PSO算法、WOA算法和SSA算法优化后的回归预测模型，WOA-BP算法的拟合效果最好；基于SHAP算法的分析，各参数变量的特征重要性排名依次为：开挖面积>围岩等级>开挖工法>埋深。     

照明对公路隧道全寿命期碳排放的影响分析

为了应对全球气候变化，中国宣布将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施推动碳达峰和碳中和工作。隧道工程在建造和运维过程中会产生大量的碳排放，对其碳排放进行准确量化分析与评估对推动双碳工作具有重要意义。通过LCA方法进行隧道碳排放边界划分，并建立隧道全寿命期的碳排放计算模型；依托工程实例，对隧道全寿命期的碳排放进行计算与评估。结果表明，隧道建造阶段碳排放的主要来源是材料的生产，运维期的碳排放大小与隧道长度有着密切的联系；根据不同长度隧道照明区段能耗占比结果，可得出随着隧道长度的增加，隧道中间段的照明碳排放占比不断提高；由于隧道的照明设置与交通量相关，在结合粒子群算法和考虑交通量变化的因素下开展隧道照明能耗的不确定分析，结果表明，在长度为500～4 000 m的隧道中，入口段照明能耗产生的碳排放在整个照明区段中的占比十分显著，具有较高的节能减排潜力。     

越江盾构隧道全寿命期碳排放特征与减排途径研究

越江隧道是城市网络中的重要交通基础设施，也是城市交通碳排放主要来源之一，对越江隧道的碳排放计量、评估与减排机制进行研究十分必要。首先确定越江隧道全寿命期碳排放计量边界和清单，分为物化阶段和运维阶段两部分。基于清单分析，建立以碳排放因子法为基础的越江盾构隧道全寿命期碳排放计量模型，并系统分析越江隧道全寿命期与工程活动的对应关系，提出绿色技术驱动的越江隧道碳减排效应估算流程，以碳减排效应系数表征绿色技术的碳排放效果。研究表明：国内外对各类绿色技术的碳减排效应量化研究严重不足；在物化阶段，盾构隧道单位碳排放量随直径的增大而增大，在材料和结构设计不发生变革的情况下，物化阶段碳减排潜力有限；在运维阶段，机电设施的碳排放量与物化阶段碳排放量基本相当，从全寿命期考虑，运维阶段碳减排潜力及可控性更大。     

基于全生命周期分析的高速公路减碳技术碳足迹核算研究

为了推动绿色公路建设,识别绿色低碳材料、工艺与技术,本文采用全生命周期碳排放测算方法,对延黄高速公路使用的绿色建造技术进行碳排放测算,采用帕累托法则分析各绿色建造技术建筑材料、机械设备的碳排放数据,结果表明：桥梁上部结构由钢桥变为混凝土预制的减碳率达到55.78%,隧道工程优化为路堑工程的减碳率达44.66%,拱形骨架护坡优化为CBS边坡防护的减碳率达21.36%;钢材和混凝土是公路建设材料的主要碳排放来源,是碳减排重点控制材料,应该通过优化设计、改进施工工艺或使用低碳排放的同类替换材料等方法降低原材料碳排放;小型装载机、凿毛机是混凝土预制桥梁机械设备的主要碳排放来源,30装载机是CBS边坡防护建设中的主要碳排放来源。     

我国交通运输业绿色低碳发展对策

随着温室效应给全球生态系统带来的负面影响越发严重,控制碳排放量的急剧增长刻不容缓。在当今的社会发展中,交通运输行业作为能耗大户和主要的CO₂排放源,已引起人们的广泛关注,引导该行业绿色低碳发展也成为未来的主流趋势。本文主要介绍了我国交通绿色低碳发展现状以及影响碳排放的主要因素,并针对当前绿色低碳交通面临的严峻挑战,提出切实可行的对策,为尽早实现交通领域碳达峰的目标提供理论支撑。     

贵州省道路客运交通运输碳排放清单研究

本文以贵州省道路客运交通运输中出租车和公交车作为研究对象,采用IPCC能耗统计法计算客运交通运输温室气体中CO2的排放、在NEDC工况下对温室气体CH4、N2O排放进行核算,建立了2017年贵州省交通道路运输温室气体碳排放清单。结果显示,贵州省道路客运交通中出租车万人均碳排放量为公交车的2.67倍。CH4排放的主要来源于天然气为燃料的公交车,N2O排放的主要来源于汽油为燃料的出租车。     

公路工程应用工业固废碳减排效果研究

在公路建设中综合利用大宗工业固废可减少资源消耗和降低碳排放,是推动“双碳”目标实现的重要路径。本文以内蒙古包茂高速(包东段)改扩建工程和兴巴高速(清水河段)工程为例,研究工业固废钢渣以及粉煤灰应用于公路工程的碳减排效果。结果表明以钢渣代替碎石用于上基层,八车道每公里可实现碳减排量为58.3tCO₂,钢渣的碳减排率达81%。以粉煤灰与石灰的组合代替水泥,四车道每公里可实现碳减排量为40tCO₂,粉煤灰的碳减排率为12%。本研究认为工业固废代替原筑路材料应用于公路工程的碳减排量受被替代材料的碳排放因子以及各类材料运距的影响显著。     

姜路岭隧道温度场特性分析

对于青藏高原海拔4 000 m以上多年冻土区的长大公路隧道温度场特性的研究,国内尚未见文献报导。文章针对青海省G214线控制性工程姜路岭隧道出口段的围岩、支护结构及洞内外环境温度进行了为期一年的现场实测,运用数理统计的方法,分析研究了沿隧道径向、纵向一定范围内围岩和衬砌结构温度变化规律,并采用正弦函数回归法对隧址区洞内外环境气温进行了拟合分析。结果表明:(1)多年冻土区隧道洞内外气温的相互关系和隧道内围岩及衬砌结构温度的纵向分布规律两方面的变化情况是基本一致的;(2)在隧道施工中,各断面径向温度场伴随着洞外大气温度的变化而不断变化,同时在纵向方向上也发生了变化;(3)多年冻土隧道围岩温度沿径向变化幅度较大的深度约为2.7~3 m,而在季节性冻土隧道中约为10 m。     

基于SVM-MAUT的隧道低碳施工方案优选

在双碳目标背景下，隧道低碳施工方案优选成为一种迫切需求。在多属性决策综合评价体系基础上，对隧道施工过程在不同场景要求下的待评估稳定指标展开讨论，筛选出围岩稳定性、地层稳定性、支护稳定性3个因素，与非稳定性指标平行组构，着重考虑碳排放非稳定性因素，建立隧道低碳施工方案综合评价指标体系。基于支持向量机-多效用度函数法（Support Vector Machine-Multi-Attribute Utility Theory, SVM-MAUT）设计映射模型，以替换传统综合评价方法，探索低碳化隧道施工方案比选方法。将提出的比选方法应用于大凉山1号隧道破碎大变形软岩段施工方法优选，根据玄武岩段、黏土岩段和粉砂质泥岩段的方案效用度大小，选出最优方案组合，相较极端排放量该方案每延米分别减少2 313.01 kg、790.10 kg和717.84 kg的碳排放当量，隧道稳定性符合设计与规范要求，截面收敛变形均在设定控制值内。     

背斜核部区隧道初期支护变形机理及支护对策

为了给背斜核部区隧道设计施工提供参考和技术支持,文章针对周公山隧道K8+559～K8+527过背斜段开展了专项测试。测试结果表明:测试断面拱顶部位接触压力及变形较拱腰、边墙大;对比分析测试断面和验证断面结果,接触压力有所降低,说明采用"先让后抗"、适当增大预留变形量的方案有效合理;结合隧址区地质条件,认为隧道变形由其赋存的地质环境所决定,欠合理的施工方法及各不利因素的组合是其诱发因素;变形破坏过程可概括为:"开挖—卸荷—差异性回弹变形—离层—顶板简支梁式弯折破坏"。研究结果为理论分析提供了计算参数,为后续研究提供了基础数据,积累了复杂应力条件下特长隧道的设计施工经验。     

绿色新材料在内蒙古公路护栏中的应用研究

以Q415NH、Q450NH、Q700NH三种轻量化耐候钢替代传统Q235普通碳素钢生产的公路护栏,其“轻量化、少污染、低排放、高耐久、便养护”的特点,在满足公路护栏安全性能要求的同时,通过用钢量的降低和免镀锌处理,可降低公路波形梁护栏全生命周期内CO₂和各种污染物的排放量,降低护栏生产成本5%～10%,降低施工和养护成本25%以上。以内蒙古公路交通投资发展有限公司在建的3390延公里护栏为例,可节约护栏生产成本1.2亿元,降低用钢量6.16万吨,护栏生产运输环节减少CO₂排放13.41万吨。     

吉林省交通运输碳排放灰色关联与预测分析

基于吉林省交通运输能源消耗量的基础数据,应用碳排放量测算模型测算了1999—2015年吉林省交通运输碳排放量,分析了其时序变化特征。在此基础之上,应用灰色关联分析模型探究了吉林省交通运输碳排放量与其相关因素的关联程度。构建了吉林省交通运输碳排放量预测模型,应用模型预测了2016—2020年交通运输碳排放量。结果表明:1999—2015年,吉林省交通运输碳排放量时序变化过程表现为三个阶段:稳中有升阶段→高速增长阶段→低速增长阶段,数量由99万t增加到359万t。柴油、原煤、电力、汽油的碳排放量所占比例较大,为影响碳排放总量的主要因素。其中,柴油碳排放量的时序变化趋势和碳排放总量变化趋势基本一致。吉林省交通运输碳排放量与各相关因素之间存在密切关系,灰色关联度的排序依次为GDP>城市化率>人口数量>单位GDP能耗>交通运输投资额>私家车数量。根据预测模型,按照现有经济发展态势,未来五年吉林省交通运输碳排放量将呈现低速增长趋势。为有效保证经济增长速度,遏制碳排放增长趋势,早日实现交通运输碳排放量负增长,吉林省应当在5个方面采取相应策略:(1)健全法规标准,改善政策环境;(2)加强低碳创新,调整能源结构;(3)发展公共交通与现代低碳物流业;(4)控制人口增长速率,提升人口环境素质;(5)控制私家车数量,推广应用低碳汽车。     

近距离桩基施工对既有盾构隧道的振动影响分析

为分析预制桩打桩施工中冲击荷载作用下邻近既有盾构隧道的动力响应，依托成都轨道交通18号线倪家桥站—火车南站区间隧道工程，引入无限元静-动力统一人工边界，结合实际工程地质条件构建“桩-土-隧”三维动力有限元-无限元耦合模型进行数值试验，对比土工离心试验结果，验证了数值模型的有效性。基于此，研究了不同打桩参数对邻近既有隧道振动的影响规律，提出针对类似工程打桩施工引起的隧道峰值振动界限值。研究结果表明：（1）衬砌最大振动速度的分布位置反映振源与隧道的相对方位。隧道受打桩影响最不利的振动位置一般出现在隧道近桩侧1/4圆弧或者1/2圆弧上；（2）振动速度随打桩深度的增加而增大，当打桩深度超过隧道底部时，打桩深度增加对隧道振动的影响不再显著；（3）当在隧道上覆土柱范围内进行打桩施工时，桩隧水平间距对隧道振动的影响小于打桩深度的影响。     

复杂地质条件深埋特长隧道地应力场智能反演研究

为提高复杂地质条件深埋特长隧道地应力反演的精度和效率，构建了一种基于构造分析+RBF（径向基函数）神经网络的复杂地质条件深埋特长隧道地应力智能反演方法，该方法的主要流程包括：首先通过区域地质条件及构造分析，建立隧址区三维地质模型，通过海姆假说和金尼克假说共同确定构造应力边界条件的范围，作为智能反演的训练样本，利用RBF神经网络方法计算寻优，获得最优应力边界条件，再以此最优应力边界条件进行地应力反演计算。选择西南地区某深埋特长隧道作为研究对象，将建立的地应力场智能反演方法应用于实际工程，并将反演计算获得的地应力值与实测地应力值进行拟合对比，其中最大主应力反演值拟合误差总体在10%左右，拟合精度近90%，说明该方法可行且反演计算结果较合理。     

大变形隧道初期支护受力特征及对策研究

由于隧址区岩体具有大变形效应,渝利铁路大梁隧道在初期支护施作后拱腰、拱脚等部位相继出现喷混凝土开裂、剥落、掉块等现象。为了保证隧道结构安全,采用现场测试(解除应力测试和松动圈测试)、数值模拟(试算/正演计算)等方法对该段支护结构的受力特征进行了研究,并提出了相应的对策措施。结果表明:在此地质条件下,初期支护配筋为6.36 cm~2时,结构将产生破坏(最大弯矩处安全系数为1.0),而实际配筋只有5.07 cm~2,所以初期支护内的配筋(格栅钢架)不能满足工程实际需要,必须调整类似地质条件的支护参数才能保证隧道整体稳定性;同时研究获得的松动圈范围为2.29 m,与地质雷达的松动圈测试结果相吻合,验证了该方法的可行性及结果的准确性。     

饱和Q2黄土地层引水隧洞衬砌外水压力折减系数研究

外水压力折减系数取值对水工隧洞衬砌结构的设计影响较大。以某引水隧洞穿越Q₂黄土地层工程为背景，通过室内试验和原位抽水试验，研究了原状及重塑Q₂黄土的饱和渗透特性；并通过模型试验和FLAC 3D程序的流-固耦合分析原理，对比研究了不同地层条件、限量排放率、隧道尺寸、地下水位高度、地层注浆圈厚度等5种因素下，衬砌上的外水压力折减系数变化规律。结果表明：隧洞限量排放率和注浆加固圈厚度的增大会明显降低衬砌外水压力折减系数；地层渗透系数的增大，会引起外水压力折减系数呈对数函数增大趋势；随着隧洞等效半径的增大，外水压力折减系数先减小后增大，而地下水位高度对外水压力折减系数影响可忽略不计。对本工程而言，外水压力折减系数建议取值为0.57～0.71。     

岩溶隧道施工过程中大型溶洞的综合预报及治理方案研究

根据尚家湾隧道隧址区地表水文点观察情况,并结合地形地貌特征、岩性和构造条件,判断尚家湾隧道在施工过程中可能揭露大型溶洞,出现突水突泥等工程灾害。文章针对前期隧道施工风险评价结果,采用综合地质预报方法对隧道前方不良地质体进行探测:采用TSP(隧道地震预测)法对ZK67+835处溶洞位置进行了准确预报;采用地质雷达法准确预报了YK67+805处的溶洞;采用超前钻探探明了溶洞在隧道底板下方的具体位置、走向及规模。探测结果表明,左右线隧道溶洞相互连通,为特大下伏无充填型溶洞。针对揭露的溶洞特点,分别采取填堵法和跨越法进行治理。左线在雨季期间无水流通过,采取填堵法;右线采取跨越法,梁板分离,分别承担隧道结构荷载和路面车辆荷载。通过对治理后围岩的变形监测,验证了治理方案的有效性,为后期类似溶洞治理提供了借鉴。     

特长公路隧道运营通风多模式转换及节能研究

为降低多竖(斜)井复杂运营通风系统的能耗，将运营通风多模式转换系统应用于特长公路隧道分段纵向通风中。基于隧道内回路风压平衡和通风网络理论，提出隧道通风模式初拟、极限交通承载量计算、动态化通风模式选择、射流风机台数确定及通风能耗对比优化的通风设计流程，研究多模式通风转换系统的运作方式，对比分析常规分段纵向通风方式和多模式转换通风方式的运营能耗。结果表明，隧道远期设计高峰小时交通量达到最大值3 137 veh/h时，需开启29组射流风机，此时隧道各段风速小于8 m/s；一天中31.25%的时段通过模式1即能满足通风要求，52.08%的时段需要通风模式4才能满足通风要求，多模式转换通风较仅通过模式4进行通风总功率减少20.71%；交通量小于1 726 veh/h时，3#竖井排风量可降低为93 m³/s，隧道内风机总功率可减少37.57%。