2577

Рис. 10.20. Схема гидроизоляции болтового соединения тюбингов и стыка между ними: а – до затяжки болта; б – после затяжки; 1 – болт; 2 – асбобитумная шайба; 3 – асбобитум; 4 – чеканочная канавка; 5 – уплотняющийматериал

донепроницаемости железобетонных элементов обделки достигают путем покрытия их наружной поверхности оклеечной изоляции с защитной железобетонной оболочкой либо покрытия тонкими стальными листами толщиной 6 8 мм.

Г л а в а 11

ВЕНТИЛЯЦИЯ, ОСВЕЩЕНИЕ И СИГНАЛИЗАЦИЯ

В АВТОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЯХ

11.1. ЗАДАЧИ ВЕНТИЛЯЦИИ

Для безопасной эксплуатации автотранспортных и пешеходных тоннелей необходимо обеспечить достаточно благоприятную атмосферу при движении в них автомобилей и пешеходов, т.е. чистоту, нормальную температуру и влажность воздуха, достаточные условия видимости.

При эксплуатации тоннелей во время движения автомобилей атмосфера тоннеля загрязняется. Двигатели автомобилей выделяют выхлопные газы, тепло, большое количество водяных паров и масляных аэрозолей; дизели также выделяют дым. Вследствие износа дорожного покрытия и шин в воздухе подни-

162

мается пыль. Стационарное оборудование и светильники выделяют тепло. Кроме того, тепло в тоннель может поступать от окружающего горного массива, имеющего температуру выше температуры воздуха в тоннеле.

Вредные газы, дым, пыль, повышенная температура и влажность воздуха создают условия, затрудняющие нормальную эксплуатацию и пребывание людей в тоннеле. Кроме того, от этих вредностей коррозируют стальные элементы обделки и оборудования. Выхлопные газы автомобилей содержат оксид углерода СО, углекислый газ СО2, оксид азота NO, метан CH4, акролеин CH2, альдегиды и прочие газы. Эти газы в своем большинстве токсичны, раздражают глаза и органы дыхания. Наиболее опасным газом для здоровья людей является оксид углерода из-за высокой токсичностиизначительногосодержанияеговвыхлопныхгазах.

Безопасная эксплуатация автодорожных тоннелей и работа в них обслуживающего персонала определяется предельно допустимой концентрацией (ПДК) оксида углерода в зависимости от продолжительности нахождения людей в тоннеле, интенсивности движения автомобилей и высоты расположения тоннеля над уровнем моря. При нормальном режиме движения и проезде автомобилей в тоннеле не более 5 мин ПДК СО в транспортной зоне должна составить 60 мг/м3, при проезде в течение 10 мин – 35 мг/м3, в течение 20 мин – 21 мг/м3, а при движении в замедленном режиме (скорость транспорта менее 20 км/ч) и кратковременных остановках длительностью до 15 мин – 200 мг/м3.

Дизельные двигатели выделяют двуокись углерода и окислы азота, которые не так токсичны, как оксид углерода, но они вытесняют кислород и создают задымленность воздуха в тоннеле. Если количество автомобилей с дизельными двигателями в общем потоке составляет более 10 20 %, то задымление может стать основным фактором, который нужно учитывать при вентиляции тоннеля. Предельно допустимая степень задымления в тоннеле устанавливается по условиям видимости и соответствует содержанию 2 10 мг дыма в 1 м3 воздуха. Кроме того, дизельные двигатели выделяют большое количество альдегидов, в том числе акролеин СН2, который весьма ядовит и действует на

163

слизистые оболочки горла, носа и глаз. Допустимая концентрация акролеина в воздухе составляет 2 мг/м3 при отсутствии пешеходного движения в тоннеле и 0,7 мг/м3 – при наличии пешеходного движения.

Предельно допустимая концентрация пыли, образуемой за счет износа дорожного покрытия, шин автомобилей, эрозии об-

делки, зависит от ее вида (глинистой, окремненной) и изменяется от 1 до 10 мг/м3.

В пешеходных тоннелях допустимая среднесуточная концентрация СО составляет 1 мг/м3, максимальная разовая – 6

мг/м3, а предельно допустимая концентрация акролеина – 0,3 мг/м3.

Обычно расчет воздухообмена производят по содержанию СО, так как при его уменьшении до допустимых пределов одновременно обеспечивается снижение до нормы концентрации других вредных газов и задымления в тоннеле. Объем вентиляции при этом должен быть достаточным и для уменьшения излишнего количества тепла, чтобы обеспечить благоприятный температурный режим в тоннеле. Температура воздуха в тоннеле не должна превышать 35 °С.

Расчет по тепловыделениям следует производить с учетом интенсивности движения транспортных средств, а также эффекта накопления и отдачи тепла породами, в которых заложен тоннель. Принимаются во внимание тепловыделения двигателей автомобилей, включенных светильников, находящихся в тоннеле людей, а также тепло, уходящее через обделку тоннеля в окружающий породный массив, если температура воздуха в тоннеле выше, чем температура породы, или притекающее в тоннель из породного массива, если температура породы выше, чем температура воздуха в тоннеле.

Для расчетов принимают расход воздуха Qp, наибольший из рассчитываемых по СО или тепловыделениям.

Таким образом, основными задачами вентиляции в тоннелях являются: снижение концентрации вредных газов, прежде всего оксида углерода и акролеина, до допустимой нормы; устранение задымленности и запыленности воздуха; установление нормального температурного режима.

164

11.2. ЕСТЕСТВЕННОЕ ПРОВЕТРИВАНИЕ ТОННЕЛЕЙ

Объем воздуха, необходимый для создания в тоннеле нормальных условий при эксплуатации, обеспечивается в результате устройства принудительной искусственной вентиляции или естественного проветривания. Возможность естественного проветривания определяется наличием ряда факторов, которые следует учитывать, и которые могут создавать в тоннеле благоприятные или неблагоприятные условия воздушной атмосферы.

Такими факторами являются: давление от динамического действия ветра, попадающего в тоннель; давление, вызываемое разностью температур воздуха на поверхности и в тоннеле; давление от разности барометрических давлений у порталов, расположенных на разной высоте; давление, вызываемое поршневым действием автомобилей, движущихся по тоннелю в одном направлении.

165

– угол между направлением ветра и осью тоннеля, град.

Весьма устойчивым является давление, вызванное различием температур воздуха на поверхности и в тоннеле и разностью высот порталов тоннеля. Движение воздуха меняет свое направление в зависимости от разности температур, и, следовательно, от плотности воздуха внутри и вне тоннеля. Зимой температура в тоннеле выше, чем на поверхности, и воздух движется от нижнего портала к верхнему. Летом, наоборот, температура воздуха на поверхности выше температуры воздуха в тоннеле, и движение воздуха происходит от верхнего портала к нижнему.

Давление, вызываемое разностью температур Pt, Па:

Pt 9,81 н т H ,

где н, т – плотности воздуха на поверхности и в тоннеле, кг/м3;Н – разность высот порталов, м.

В длинных перевальных тоннелях, пересекающих высокие хребты, одним из важнейших факторов является разность барометрических давлений у порталов Рб, Па, расположенных на различной высоте:

Pб Pб1 Pб2,

где Рб1, Рб2 – барометрические давления у порталов, Па.

Также учитывается давление Ра, Па, вызываемое поршневым действием автомобилей, движущихся в одном направлении, и зависимое от интенсивности и скорости движения транспорта:

Pa 0,5 SaSт Ca т Na Va Vв 2,

где Sa – площадь поперечного сечения автомобиля, м2; Sт – то же тоннеля, м2; Na – количество автомобилей, одновременно находящихся в тоннеле, шт.; Va – скорость движения транспорта в тоннеле, м/с; Vв – скорость движения воздуха в тоннеле, м/с; Са – коэффициент лобового сопротивления автомобиля.

Определив суммарное давление от действия вышеуказанных факторов РЕ, Па:

PE Pв Pt Pб Pa

и учитывая, что оно расходуется на преодоление сопротивлений, возникающих в тоннеле (трение воздуха о стены тоннеля и местные сопротивле-

166

ния на входе и выходе, а также на поворотах), вычисляют скорость движения воздуха в тоннеле VE, м/с, от действия естественных факторов:

где тр – коэффициент трения воздуха о внутреннюю поверхность тоннеля; L – длина тоннеля, м; dэт – эквивалентный диаметр тоннеля, м, dэт = 4Sт/Пт; i – коэффициент местных сопротивлений в тоннеле; Пт – периметр внутреннего контура тоннеля, м.

Затем проверяют условие VE Qp Sт , при соблюдении ко-

торого достаточность естественного проветривания можно считать обоснованной. В противном случае необходима принудительная искусственная вентиляция.

По действующим нормам естественное проветривание допускается в автодорожных тоннелях длиной до 150 м без расчета, при длине от 150 до 400 м – по расчету, если создается естественная тяга воздуха, которая обеспечивает предельно допустимую концентрацию вредных газов и нормальный температурный режим в тоннеле. В железнодорожных тоннелях естественное проветривание допускается при длине тоннеля до 1000 м при электровозной и до 300 м – при тепловозной тяге.

11.3. СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

Автодорожные тоннели длиной от 150 до 400 м оборудуются искусственной вентиляцией только при недостаточном естественном проветривании, что возможно при расположении тоннелей на кривых в плане, при наличии крутых и затяжных уклонов и при значительной интенсивности движения.

При длине автодорожных тоннелей свыше 400 м, а железнодорожных – свыше 1000 м при электровозной тяге искусственная вентиляция обязательна независимо от установленной расчетом возможности естественного проветривания.

167

Искусственная вентиляция тоннелей производится за счет воздухообмена путем принудительной подачи свежего воздуха, удаления отработанного или одновременной подачи свежего и вытяжки загрязнённого воздуха. При этом применяют различные системы вентиляции (продольную, поперечную, комбинированные – полупоперечную и полупродольную), отличающиеся друг от друга характером воздухообмена, направлением движения воздуха, наличием или отсутствием специальных вентиляционных каналов.

При продольной системе воздух перемещается по всему сечению тоннеля с помощью вентиляционных установок, располагаемых у порталов (рис. 11.2). Система проста в выполнении, не требует устройства специальных вентиляционных каналов, стоимость ее невелика. Продольную систему вентиляции наиболее целесообразно применять в тоннелях с односторонним движением, причем направление воздушного потока в тоннеле должно совпадать с направлением движения автомобилей. При

Рис. 11.2. Продольная схема вентиляции: 1 – вентиляционная установка; 2 – направление движения воздуха; 3 – вентиляционный ствол

этом интенсивность проветривания может повышаться за счет создаваемого автомобилями поршневого эффекта и естественной тяги воздуха.

168

По действующим нормам скорость воздушного потока в транспортной зоне тоннеля не должна превышать 6 м/с и , как исключение, 10 м/с. Это ограничение следует из условия создания благоприятного режима для присутствия людей и исключения сквозняка.

Максимальная длина автодорожного тоннеля, проветриваемого с порталов по продольной системе, как правило, не должна превышать 1 1,5 км. При большей длине тоннеля применяют промежуточные шахты и штольни с установкой дополнительных вентиляторов (см. рис. 11.2, б).

Наиболее эффективно эту систему можно использовать с применением проходческих осевых вентиляторов, размещенных непосредственно в тоннеле. Такая разновидность продольной вентиляции называется струйной. Сущность ее заключается в том, что расположенные под сводом или в нишах через определенные интервалы осевые вентиляторы создают дополнительный высокоскоростной, до 30 40 м/с, поток воздуха, который включается в общую струю воздуха и позволяет обеспечить нормальное проветривание тоннеля. Расстояние между вентиляторами по длине тоннеля, при котором обеспечивается достаточно полное перемешивание воздуха и заданная скорость движения воздуха, составляет (12 13) dэт, но не менее 50 м (рис. 11.3).

Струйную вентиляцию применяют обычно в тоннелях длиной до 1,5 3 км, но в последнее время эту систему успешно используют и в более протяженных тоннелях. В Японии продольноструйную систему вентиляции успешно применяли в тоннелях длиной до 10 км. Струйная вентиляция отличается простотой, удобством в эксплуатации, позволяет легко менять направление и скорость движения воздуха. При возрастании интенсивности движения автомобилей в тоннеле расход воздуха можно увеличить установкой дополнительных вентиляторов. Основной недостаток струйной системы заключается в сильном шуме от работы вентиляторов.

169

Наиболее эффективной для автодорожных тоннелей является поперечная система вентиляции. В сечении тоннеля устраиваются два параллельных продольных канала (приточный и вытяжной), расположенных за пределами габарита приближения строений и служащих для подачи свежего и удаления отработанного воздуха (рис. 11.4).

В тоннеле сводчатого очертания каналы размещаются над проезжей частью, причем возможна как односторонняя, так и двусторонняя подача воздуха. В тоннелях кругового очертания

Рис. 11.4. 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

171