基于LCA的公路隧道环境影响评价

边亚东，杨龙龙，洪诚 ，王盟盟

BIAN Ya-dong,YANG Long-long,HONG Cheng,WANG Meng-meng

（中原工学院）

(Zhongyuan University of Technology)

1 引言

近几年，我国综合国力的增强，我国公路隧道迎来一个发展的高潮。据统计，2015年我国运营的公路隧道达14006座，总长12684km[1]，伴随着公路隧道的迅速发展，公路隧道在建造、运营、拆除过程中对环境的影响受到人们的关注。

目前，我国在工程材料、建筑及桥梁方面开展了大量的生命周期环境影响评价研究[2]，公路隧道方面研究较少。西南交通大学徐建峰、郭春[3]等人利用生命周期评价理论研究了施工阶段有害气体的排放。论文对公路隧道的生命周期环境影响进行系统量化的分析，提出公路隧道绿色发展建议。

2 生命周期评价理论的概念

生命周期评价（Life Cycle Analysis,LCA)是一种分析评价产品从原材料的开采、材料制成成品、产品报废后处理过程中资源、能源的消耗对环境造成影响的理论。国际环境毒理学和化学学会和国际标准化组织提出的生命周期技术框架分为四部分，即目标和范围的确定、清单分析、影响评价和结果解释[4]。

3 工程实例分析

论文工程实例为郑州市航空港区某隧道工程，项目于2016年9月至2017年12月，工程全长770m，其中主隧道封闭段长215m,南侧引坡敞口段长250m，北侧引坡敞口段长305m。

3.1 评价的目的和范围

论文对公路隧道的评价范围为工程材料生产、施工、运行维护、拆除及固体废弃物处理阶段等4个阶段，利用simapro软件对四个阶段的能源、资源的消耗、污染物的排放进行量化分析，得出污染最大阶段，提出解决措施。

3.2 清单计算模型

公路隧道整个生命周期内资源、能源的消耗及对环境有害的物质排放总量为：

其中 ：Nij、Sik、Pil分别为第i阶段中的能源消耗，资源消耗，排出对环境有影响物质的总量； R、S、T分别为能源，资源，有害物质种类数。

3.3 清单分析

（1） 工程耗材

论文主要研究工程实例使用量较大的材料，包括防水卷材、钢材、木材、C40商品混凝土等，其中混凝土、防水卷材的在运输过程中的损耗率分别为1.5%、5%。通过对上述几种材料的分析，确定建材生产过程对环境的影响。表1、表2、表3汇总了上述几种材料在该工程中的使用总量，该数据中施工阶段为设计计算量。工程实例尚在建造阶段，没有维修数据，此处运行维护阶段的数据参考李小翠[5]的相关研究。

（2） 能源消耗

工程实例生命周期内柴油、汽油、电能的消耗总量如表4所示。

（3）污染物排放

工程实例在建造、运营及拆除过程中消耗大量的材料及能源，产生大量的污染物。其中污染物包括大气、水污染物，固体废弃物。工程实例整个生命周期内污染物的排放值如表5所示。

表1 公路隧道生命周期内消耗材料量

表2 材料生产资源消耗总量

表3 材料生产资源消耗总量

表4 公路隧道生命周期内消耗的能源数量

表5 公路隧道生命周期内污染物排放值

3.4 环境影响评价

（1）软件模拟

将清单分析结果输入simapro软件中利用Eco-indicator99法进行模拟，得出评价结果如表6、图2所示。

表6 公路隧道全生命周期内各阶段环境类别的特征值和损害值

图2 全生命周期内各阶段对各类环境影响的贡献值

4 结果解释

综上可得公路隧道生命周期内对环境影响最大的阶段为工程材料生产阶段，占总环境负荷值的75.5%，其次为运营阶段占总环境负荷值的22%。

主要原因为材料生产阶段消耗了大量的钢材及商品混凝土，钢材和商品混凝土的生产过程中排放出了大量的污染物。运行维护阶段位居第二的原因为该阶段100年内隧道照明、维护消耗了大量的能源和材料。

建议在材料生产阶段，从源头遏制污染物的排放；减少维修频率，利用检测仪器搜集隧道主体结构性能变化的数据，通过总结数据规律将大修和定期维护交叉进行，达到减少维修次数的目的。

5 结论

论文基于生命周期评价理论，建立了环境影响清单分析模型，利用simapro软件对工程实例进行模拟，量化分析了公路隧道生命周期内各个阶段对环境的。结果表明，公路隧道整个生命周期内各阶段对环境影响的大小顺序为材料生产阶段＞运行维护阶段＞施工阶段＞拆除及固体废弃物处理阶段。

公路隧道各个阶段的工序复杂多样，数据收据困难，对研究结果的精确度产生了一定的影响。在以后的科研工作中，将相关数据进行有效的收集与整理，使得公路隧道的生命周期环境影响评价更加准确、精确，为实际工程提供更为准确的参考资料。