Продольная система вентиляции тоннелей

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-вы-тяжная 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. 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 обусловливает минимальную площадь поперечного сечения выработки и сравнительно невысокую строительную и эксплуатационную стоимость реализации такой системы.

Продольную систему целесообразно применять в тоннелях с односторонним движением транспортных средств, причем направление воздушного потока в тоннеле должно совпадать с направлением движения автомобилей, что повышает интенсивность проветривания за счет создаваемого автомобилями "поршневого эффекта". К недостаткам такой системы относится неравномерность проветривания по длине, поскольку проходящий по тоннелю воздух постепенно загрязняется. Следует также отметить подверженность системы естественной тяге воздуха, когда нестабильный ветровой или тепловой напоры могут "опрокинуть" создаваемый вентиляторами поток воздуха. Продольная система небезопасна в противопожарном отношении, поскольку при возгорании автомобиля в тоннеле продукты горения и дым переносятся воздушным потоком. Применение продольной системы ограничено тоннелями длиной до 1 км (при портальной схеме). Это связано в тем, что по действующим нормам скорость движения воздуха в транспортной зоне тоннеля не должна превышать 5-6 м/с и, как исключение, 8 м/с без учета влияния транспортного потока. 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. Наличие по трассе тоннелей глубоких шахтных стволов значительно увеличивает силу естественной тяги воздуха.

Продольно-струйная система вентиляции

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 , 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. 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. Продольноструйную вентиляцию устраивают в тоннелях длиной до 1 км при встречном и до 3 км при одностороннем движении транспортных средств. В последние годы эту систему успешно применяют и в более протяженных тоннелях. Так, в Японии ею оборудованы более 50 тоннелей, среди которых тоннель Цируга длиной 3 км, Эна-Сан длиной 8,6 км и Канэтцу длиной 10,8 км. В последнем тоннеле установлено 128 струйных вентиляторов, которые прогоняют воздух через порталы и два шахтных ствола при интенсивности движения 1820 авт/ч и средней скорости движения 60 км/ч. В нашей стране продольно-струйную систему вентиляции применили в тоннелях на автомобильной дороге Сочи - Ку-депста под мысом "Видный", на обходе г. Гагра, в Миатлинском тоннеле, в транспортном тоннеле Токтогульской ГЭС и др. Осевые высокоскоростные вентиляторы в коротких цилиндрических кожухах диаметром 400-1500 мм (реже до 3000 мм), закрепляют на стенах или потолке тоннеля над тротуарами или непосредственно над проезжей частью так, чтобы ось каждого вентилятора была параллельна оси тоннеля. Для повышения коэффициента полезного действия вентиляторов и экономии площади их можно располагать в специальных нишах сбоку или над проезжей частью, что сопряжено, однако, с дополнительными затратами. Кроме того, возникают дополнительные местные сопротивления, зависящие от формы и размеров ниши, расстояния от стен тоннеля до оси подвески вентилятора, угла наклона выступа ниши, диаметра насадки. Для снижения шума корпус вентилятора покрывают звукоизолирующим материалом. С этой же целью к обоим концам корпуса прикрепляют трубообразные глушители, являющиеся одновременно направляющими элементами для воздушного потока. Значительное снижение потребляемой энергии (до 20 %) может быть достигнуто за счет оснащения струйных вентиляторов насадками, выравнивающими скорость и давление воздуха. В качестве насадок используют конические переходники и диффузоры, устанавливаемые непосредственно за крыльчаткой вентилятора. Для обеспечения свободного перемещения воздушных струи и поддержания заданной скорости движения воздуха расстояния между осевыми вентиляторами принимают не менее 50 м. Возможно устанавливать одиночные вентиляторы или группировать их вместе по нескольку штук. В некоторых случаях находят применение низкоскоростные вентиляторы. Несмотря на то, что количество таких вентиляторов в тоннеле должно быть в 2 с лишним раза больше, чем высокоскоростных, они расходуют в 3-3,5 раза меньше энергии, что значительно сокращает эксплуатационную стоимость. Струйная вентиляция отличается простотой, удобна в эксплуатации, позволяет легко менять направление и скорость движения воздуха, не требует громоздких вентиляционных установок у порталов тоннеля или над шахтными стволами. В случае возрастания интенсивности движения автотранспортных средств в тоннеле расход воздуха можно увеличить установкой и подключением дополнительных осевых вентиляторов. Основные недостатки продольно-струйной системы вентиляции связаны с сильным шумом, создаваемым осевыми вентиляторами, и выбросом в виде факела загрязненного воздуха на предпортальные участки тоннеля.