龚 静

(重庆高速公路集团有限公司，重庆 401120)

0 引言

2020年，我国提出2030年前达到CO2排放峰值，2060年前实现碳中和。当前交通运输CO2排放量约占中国CO2总排放量的10%，是社会CO2控制的关键领域之一[1]，是我国实现碳中和目标的主要着力点。公路交通是交通领域的主要碳排放来源，近十年我国公路交通碳排放增速在5%以上，是交通运输领域节能减排的重点。研究表明，隧道建设期间消耗的能源、材料高于其他公路交通设施，施工期间排放的温室气体强度更大[2]。大量的隧道建设刺激了我国交通、经济发展，同时也增加了大量材料、能源消耗，产生了大量温室气体。因此，为实现公路乃至交通行业的碳达峰、碳中和，作为公路交通“咽喉”的隧道应首当其冲，其低碳化水平直接决定着公路交通的绿色程度。

近年来，学者们针对公路隧道温室气体排放进行了相关研究。陈灵均[2]基于全生命周期视角，分析了隧道施工各个阶段碳排放来源，探究了隧道建设碳排放机理。黄旭辉[3]采用LCA理论对盾构隧道施工设备温室气体排放进行了估算。郭春等[4]总结了目前隧道施工建设碳排放计算方法，并使用统计分析方法探明了碳排放关键影响因素。这些研究主要基于全寿命周期的综合分析，着眼于公路隧道建设阶段的碳排放情况尚不清楚，且缺乏具有针对性的公路隧道碳排放预测模型。本文基于碳排放因子法建立了碳排放模型，结合实际案例分析了公路隧道建设期间碳排放情况，厘清碳排放主要贡献者；并运用eviews软件建立了碳排放预测模型，为实际隧道建设减碳减排工作提供参考。

1 隧道建设碳排放边界与计量模型

1.1 系统边界

1.1.1 研究范围

公路隧道建设期施工工序一般包括超前支护、隧道开挖、围岩支护、二次衬砌、路面工程、装饰工程、通风与照明等工序环节，各施工工序均有材料与能源的投入。为使研究结果更加准确合理，本文研究范围包括整个公路隧道建设阶段全部工序。

1.1.2 碳排放边界

IPCC国家温室气体指南主要认定的温室气体包括二氧化碳(CO2)、氧化亚氮(N2O)、甲烷(CH4)、六氟化硫(SF6)，本文基于IPCC温室气体的定义，主要研究广义的温室气体排放，并将这些温室气体根据其温室效应贡献转化为CO2当量。

1.1.3 功能单位

由于不同隧道之间长度差异显著，为了能更好的反映公路隧道建设期间能耗情况与碳排放量，本文取1 m公路隧道作为1个基本单元，产生的碳排放量形式为公路隧道建设期内每1 m CO2排放量，具体排放表示为t/m。

1.2 碳排放计量模型

本文参考全寿命周期理论，根据隧道建设期间碳排放产生方式，将隧道建设期碳排放分为材料物化、车辆运输、现场施工3个阶段。

1)材料物化阶段：公路隧道施工所需各类原材料在采掘、加工等生产过程中产生的碳排放，包含水泥、炸药、钢材、铁件、砂石等。

2)车辆运输阶段：包含原材料从生产地到施工现场以及施工过程中使用的移动车辆消耗能源所产生的碳排放，包含卡车、自卸汽车、装载机等。

3)现场施工阶段：隧道建设过程中各项施工机械与人员活动现场施工所产生的碳排放，包含挖掘机、凿岩车、混凝土喷射机、通风机等。

在明确隧道碳排放产生来源基础上根据《公路工程预算定额》《全国统一机械台班费用定额》获得隧道工程、材料采集加工和运输等过程中的材料消耗和机械台班数据。结合碳排放因子法，将每消耗单位质量或体积的材料与能源乘以对应的碳排放因子系数，便可得到对应的碳排放量，由于人员生理活动产生碳排放数量极少，在此忽略不计。以此原理得到公路隧道建设材料物化阶段、车辆运输阶段、现场施工阶段CO2排放量模型如下。

C1=∑(Ai×Bi)

C2=∑(Dj×Ej×Fj)

C3=∑(Dk×Ek×Fk)

C4=C1+C2+C3

模型中：C1为材料物化阶段碳排放量，i为材料类别，Ai为i类材料消耗量，Bi为i类材料对应的碳排放因子;C2为车辆运输阶段碳排放量，j为车辆种类，Dj为j类车辆单位时间能源消耗，Ej为能源对应的碳排放因子，Fj为运输时间;C3为现场施工阶段碳排放量，k为机械种类，Dk为k类机械单位时间能源消耗，Ek为能源对应的碳排放因子，Fk为工作时间;C4为碳排放总量。

2 隧道建设案例碳排放计算分析

2.1 公路隧道建设碳排放案例计算

在此以重庆DBS隧道为例，该隧道为双向行驶双洞四车道高速公路特长隧道，总长13 574 m，设计时速80 km/h。

根据项目勘察设计及工程量清单等资料，得到隧道各能源、材料消耗量(见表1)，将其带入1.2碳排放模型，得到该隧道建设碳排放(见表2)。碳排放因子来源于IPCC及其他文献。

表1 DBS隧道建设阶段各工序及其能源、材料消耗表

表2 DBS隧道1 m功能单位材料、能源碳排放清单

经过计算，该隧道建设期间碳排放量为26.341 t/m，其中材料物化阶段占比最大，碳排放占比82.1%，车辆运输阶段最少为4.1%，现场施工阶段为13.8%。

2.2 结果分析

1)机械施工阶段碳排放占比为13.8%，可通过机械配置优化一定程度减少碳排放，但效果未必显著。材料物化阶段为隧道建设期间碳排放主要来源，超过85%碳排放未在施工现场直接产生，因此，想要减少公路隧道建设期间碳排放，应整顿施工上游产业链，从源头出发，在各类材料、能源生产地作采取减碳减排措施。

2)根据隧道建设期间各个工序碳排放情况，路面工程、围岩支护、二次衬砌为碳排放重点工序，合计占比超过70%，其中路面工程最高为26.11%，围岩支护与二次衬砌碳排放占比分别为22.78%、25.93%，其余工序均超过10%。因此，想实现公路隧道建设期间的减碳工作，应把重心放在该3个工序，从路面施工与支护施工寻找减碳潜力空间，从而较大程度实现隧道碳减排。

3 高速公路建设碳排放预测模型

为方便从业者快速估算公路隧道建设期间碳排放量，本文通过调查研究，收集了大量案例，选择了西部地区27条公路隧道作为研究对象，隧道主要分布于重庆、四川、陕西。根据前文碳排放计量模型，计算出各个公路隧道建设期间碳排放量(见表3)。

表3 公路隧道建设期碳排放汇总表

对数据进行拟合，运用eviews软件进行回归分析，得到隧道建设期间碳排放与隧道长度的一元回归模型，其碳排放预测模型如下：

Y=26.761 9X+24 558.42

式中：X为自变量隧道长度，单位为m，Y为因变量隧道建设期间碳排放，单位为t。

修正后的相关系数(R2)为0.959 943，表明该公式具有非常强的可信度，随后对该预测方程进行显著性检查，P值(sig)小于0.01，表明该预测模型有显著的线性关系，因此本预测公式可用于实际生活，方便从业者对不同公路隧道建设期间碳排放进行快速估算。

4 结语

1)本文统一公路隧道建设期碳排放系统边界，基于生命周期评价理论，将隧道建设期碳排放划分为材料物化阶段、车辆运输阶段、现场施工阶段，结合碳排放系数法建立了隧道建设期碳排放计量模型。以DBS隧道为案例，进行了施工碳排放计量分析，计算得到其建设期碳排放为26.341 t/m，其中材料物化阶段碳排放占比最高为82.1%，路面工程、围岩支护、二次衬砌是碳排放重点工序，水泥与钢材是碳排放主要贡献材料，是隧道建碳减排的重点。

2)本文通过调查研究，收集了大量数据并筛选了其中27条隧道进行了碳排放计算，通过eviews软件对其进行线性拟合，得到了以隧道长度为自变量，隧道建设期碳排放为因变量的一元回归方程，通过技术经济学方法验证了其可行性，为公路交通行业隧道建设期碳排放计算提供了依据。