Вентиляция

Для длительной безопасной эксплуатации автотранспортных
и пешеходных тоннелей необходимо создание в них целого комплекса различных устройств и оборудования, обеспечивающих требуемую чистоту, температуру и влажность воздуха, условия видимости, своевременное удаление воды, предотвращение льдообразования, противопожарную защиту.

В тоннелях должно быть организовано удобное и безопасное
движение автотранспортных средств с расчетными скоростями, однородные условия движения, соблюдение принципа зрительной ориентации водителей, необходимое сцепление шин автомобилей с проезжей частью. Кроме того, должны быть предусмотрены меры по предотвращению и быстрому устранению возможных нарушений или аварий.

Для этих целей все крупные автотранспортные тоннели оборудуют системами искусственной вентиляции, освещения, водоотвода, сигнализации, контрольными, противопожарными и другими устройствами, которые должны быть связаны с общей системой наблюдения и регулирования движения на прилегающих дорогах и магистралях. Необходимость применения тех или иных эксплуатационных устройств зависит от вида тоннеля, длины и размеров поперечного сечения, места его расположения, интенсивности движения с учетом его перспективного роста.

Для создания в тоннелях нормальных атмосферных условий устраивают искусственную вентиляцию, периодически подавая свежий воздух и удаляя загрязненный. В соответствии с действующими нормами искусственную вентиляцию предусматривают в горных, подводных городских автотранспортных тоннелях, длина которых превышает 400 м. Тоннели длиной 150-400 м следует оборудовать искусственной вентиляцией только в случае недостаточного естественного проветривания, что возможно при расположении тоннелей на кривых в плане, наличии крутых и затяжных уклонов, значительной интенсивности движения.

Автотранспортные тоннели длиной до 150 м проветриваются за счет естественной тяги воздуха, которая создается потоком движущихся автомобилей, а также под действием ветрового, теплового и барометрического давлений.

Одной из главных задач искусственной вентиляции является удаление вредных газов, выделяемых двигателями автомобилей. При движении автомобилей по тоннелю в воздух попадают различные газы и соединения свыше 100 наименований.

Искусственное проветривание тоннелей производится за счет
воздухообмена путем подачи свежего воздуха (приточная схема),
удаления загрязненного (вытяжная схема) или одновременной подачей свежего и вытяжкой отработанного воздуха (приточно-вытяжная схема). В зависимости от длины тоннеля подачу и вытяжку воздуха осуществляют через порталы (портальная схема) или шахтные стволы (шахтная схема). В некоторых случаях воздухообмен производят одновременно через порталы и шахтные стволы (портально-шахтная схема).

Для подачи и вытяжки воздуха применяют продольную поперечную или комбинированную систему вентиляции, отличающиеся друг от друга характером воздухообмена, направлением движения воздуха, наличием или отсутствием приточных и вытяжных каналов.

При продольной системе воздух подается и удаляется по всему сечению тоннеля вентиляционными установками, располагаемыми у порталов или по трассе тоннеля (рис. 3.2 а) При этом движение воздуха происходит в осевом направлении при отсутствии радиальных составляющих (пульсаций) потока или при их небольших значениях. Продольная система не требует создания специальных вентиляционных каналов, что обуславливает минимальную площадь поперечного сечения выработки и сравнительно невысокую строительную и эксплуатационную стоимость реализации такой системы.

Рис. 17. Продольная система вентиляции:

1-вентиляционная установка; 2-направление движения воздуха; 3-шахтный ствол

В тоннелях длиной более 1 км продольную систему можно
применять с устройством промежуточного шахтного ствола для
удаления загрязненного воздуха. При этом в тоннеле устанавливается встречное движение воздуха, что снижает стабильность проветривания. Более эффективно создание двух шахтных стволов или устройство в одном стволе приточного и вытяжного каналов (рис. 17, б). Наличие по трассе тоннелей глубоких шахтных стволов значительно увеличивает силу естественной тяги воздуха.

В последние годы в автотранспортных тоннелях находит применение продольно-струйная система вентиляции, являющаяся разновидностью продольной системы. Сущность ее заключается в том, что размещенные на стенах или потолке тоннеля через определенные интервалы L реверсивные осевые вентиляторы создают высокоскоростной (до 30-40 м/с) поток воздуха, который возбуждает, вторичный воздушный поток в тоннеле, вовлекая в движение основную массу воздуха (рис.18). При этом часть воздуха снова попадает к вентиляторам и выбрасывается ими с большой кинетической энергией в общий поток. Соотношение между вторичным и основным потоками воздуха составляет от 1: 10 до 1: 50.

Для продольно-струйной системы характерно превалирующее действие поршневого эффекта над потерями давления за счет трения и местных сопротивлений, а также инерционность системы при изменении объема газовыделений. Продольно-струйную вентиляцию устраивают в тоннелях длиной до 1 км при встречном и до 3 км при одностороннем движении транспортных средств.

Рис. 18. Продольно-струйная система вентиляции (а) и схемы размещения

вентиляторов (б—г):

1 — струйные вентиляторы; 2 — направление движения воздуха; 3 — направляющие, 4 —
корпус; 5 — электрокабель; 6 — элементы крепления

Основные недостатки продольно-струйной системы вентиляции связаны с сильным шумом, создаваемым осевыми вентиляторами, и выбросом в виде факела загрязненного воздуха на предпортальные участки тоннеля.

Поперечная и комбинированные системы вентиляции. Для
автотранспортных тоннелей большой протяженности целесообразна поперечная система вентиляции. При этом воздух подается и удаляется по специальным каналам, расположенным за пределами габарита приближения строений и оборудования (Рис. 19, а) В тоннелях кругового поперечного сечения приточный канал располагают под проезжей частью, а вытяжной над ней. В тоннелях сводчатого очертания приточный и вытяжной каналы размещают чаще всего над проезжей частью, причем возможна как односторонняя (рис. 19, б), так и двусторонняя (рис. 19, в) подача воздуха. В последнем случае, хотя и увеличивается количество вентиляционных каналов и перегородок, достигается более равномерное проветривание транспортной зоны.

Рис. 19. Поперечная система вентиляции (а) и схемы расположения вентиляционных каналов (б—г):

1 — вентиляционная установка; 2 — направление движения воздуха; 3— вытяжной канал; 4— отверстие в вентиляционной перегородке; 5 — приточный канал; 6 — поперечный канал

В тоннелях прямоугольного поперечного сечения каналы наиболее целесообразно размещать сбоку от проезжей части (рис. 19, г), чтобы не увеличивать высоту тоннеля.

В некоторых случаях может оказаться рациональной полупоперечная система искусственной вентиляции. При этом свежий воздух подается по каналу, а загрязненный удаляется по транспортной зоне тоннеля за счет «поршневого эффекта» и естественной тяги воздуха. Находит применение и полупродольная система, при которой свежий воздух подается по тоннелю, а удаляется по вытяжному каналу. Комбинированные (полупоперечная и полупродольная) системы искусственной вентиляции сочетают в себе достоинства и недостатки продольной поперечной систем и применяются в тоннелях длиной до 1, 2-1, 5 км. Однако использование полупоперечной системы сопряжено с выбросом загрязненного воздуха непосредственно в воздушный бассейн.

Вентиляционные установки размещают непосредственно у порталов или по трассе тоннелей, а также в подземных камерах. При проветривании горных тоннелей вентиляционные установки располагают чаще всего над головным звеном тоннеля, выступающим за пределы лобового откоса подходной выемки (рис. 20, а). Для этого в конструкции портала предусматривают помещение, снабженное проемами с жалюзийными решетками и отверстиями для подачи воздуха в тоннель. Иногда вентиляционное помещение размещают рядом с порталом и соединяют с тоннелем вентиляционными каналами.

При проветривании подводных тоннелей вентиляционные
здания располагают на берегах пересекаемого водного препятствия (рис. 20, б) и используют их не только для установки вентиляционного оборудования, но и для устройства в них диспетчерских и других служебных помещений, необходимых для эксплуатации тоннеля.

Рис. 20. Схемы портально-шахтной (а) и шахтной (б) вентиляции при проветривании горного и подводного тоннелей:

1-портальная вентиляционная установка; 2-вентиляционная установка над шахтным стволом; 3-шахтный ствол; 4-тоннель; 5-направление движения воздуха