Вентиляция тоннеля

Трасса тоннеля.

2.1. Продольный профиль и план тоннеля.

Применение тоннелей на высотных участках железнодорожных и автодорожных линий расширяет возможности их трассирования и улучшает условия эксплуатации. План и профиль пути в тоннеле проектируют по нормам, установленным для открытых участков трассы с учетом особенностей, связанных с расположением линий в подземной выработке.

Рекомендуется располагать тоннели на прямых участках пути, так как тоннели, расположенные на кривых, имеют существенные недостатки. К ним относятся: необходимость увеличения ширины проезжей части с устройством виражей для обеспечения безопасности движения; трудности подземной разбивки оси сооружения; ухудшения видимости, имеющей большое значение в тоннеле для безрельсового транспорта, особенно при встречных потоках автомобилей.

Для сокращения длины тоннеля, уклоны на подходах к нему принимаются максимально допустимые. Внутри горного массива не следует допускать уклоны более 40‰, так как при больших уклонах резко возрастает расход топлива и соответственно увеличивается объем воздуха, необходимого для вентиляции.. По условию отвода воды из тоннеля i_min =4 ‰.

В нашем случае:

Уклон на подходах к тоннелю принимаем максимальным i_max= i_p = 30‰.

Уклоны в тоннеле принимаем из следующих соображений: в горных массивах, в большинстве случаев, крутизна склонов увеличивается с подъемом и в нижней части горного массива небольшое смещение тоннеля кверху вызывает значительное сокращение его длины; также известно, что двускатные тоннели более удобны в эксплуатации и не требуют искусственного водоотлива при проходке; таким образом, принимаем следующие уклоны внутри горного массива: 30‰, 10‰, 4‰, 15‰, 18‰, 30‰.

2.2.Определение длины тоннеля.

Окончательная длина тоннеля определяется из места нахождения порталов. Она определяется исходя из равенства стоимости 1п.м. выемки 1 п.м. тоннеля.

Опыт проектирования и эксплуатации тоннеля показывает, что максимальная глубина выемки, которая принимается в грунтах с коэффициентом крепости f = 0,5-3 составляет H_max = 10-15 метров, а в грунтах с коэффициентом крепости f > 3 составляет H_ma _x = 15-25 метров. В нашем случае принимаем H_ma _x = 10м.

С учётом всех этих требований западный портал тоннеля устраиваем на пикете ПК16+290,00, а восточный портал – на пикете ПК17+460,00. Полная длина тоннеля составляет L_т =1170,00 метров.

Вентиляция тоннеля.

3.1. Определение объемов воздуха для проветривания.

При проектировании автодорожного тоннеля, вопрос о вентиляции решается до проектирования тоннельных конструкций, поскольку выбор системы вентиляции в тоннелях длиной более 300м в большинстве случаев определяет размеры их поперечного сечения.

Вентиляцию транспортных тоннелей следует предусматривать естественной или с механическим побуждением в зависимости от длины тоннеля и в соответствии с указаниям, приведенным в [1, с.52], [8, пункт 7.26-7.34].

Вентиляция должна обеспечивать эксплуатацию тоннеля в следующих режимах:

А – нормальный – осуществляется безостановочное движение транспорта с максимальной разрешенной скоростью при интенсивности, соответствующей часу «пик»;

Б – замедленный – осуществляется безостановочное движение транспорта со скоростью менее 20 км/час.;

В – транспортная пробка – имеет место остановка транспорта с работающими двигателями длительностью до 15 мин.

В курсовом проекте расчет вентиляции производится для нормального режима эксплуатации (режим А).

Целью проектирования вентиляции тоннелей является разработка мероприятий, обеспечивающих подачу в тоннель чистого воздуха в таком количестве, при котором вредные газовые примеси (интегральный показатель – окись углерода) разбавляются до безопасных предельно допустимых концентраций (ПДК).

Таблица 1.

ПДК окиси углерода в воздухе транспортной зоны тоннеля, мг/куб.м.:

Время нахождения транспортных средств в тоннеле t, мин	Т о н н е л ь
железнодорожный	автодорожный

При выборе схем и систем вентиляции следует иметь ввиду, что скорость воздуха в транспортной зоне тоннеля не должна превышать 6 м/с., а в вентиляционных выработках и каналах – 20 м/с.

В автодорожных тоннелях расход воздуха определяется по трем параметрам: из условий снижения до допустимой концентрации СО (Q_со), обеспечения необходимой видимости (Q_в) и обеспечения нормального температурного режима в тоннеле (Q_т). Из трех полученных расходов воздуха выбирается максимальный, который и принимается в качестве расчетного. В курсовом проекте расчет расхода воздуха выполняется из условий снижения до допустимой концентрации СО (Q_со).

Исходные данные: длина тоннеля L_т =1170,00 м, уклоны профиля:30 %_o ,10 %_o ,4 %_o,

15 %_o ,18 %_o ,30 %_o,плотность движения автомобилей на 1км тоннеля – N=120 авт/км, доля грузовых машин в общем потоке n = 0.8.

Скорость движения воздуха в транспортной зоне должна быть не выше 6 м/с., в вентиляционных каналах - 20 м/с.

Требуемый для проветривания 1 км тоннеля расход воздуха по СО (м³/с) можно определить по эмпирической зависимости:

где q_со – базовое значение эмиссии СО для одного автомобиля, м³/ч.,

N – плотность движения автомобилей, авт./км,

D _со– ПДК СО в воздухе тоннеля, мг/м³

D¹ _со= 5-10 мг/ м³– фоновая концентрация СО в приточном воздухе,

К₁, К₂, К₃ – коэффициенты, учитывающие скорость движения автомобилей, уклон проезжей части тоннеля и высоту над уровнем моря.

Объем газовыделений двигателями автомобилей различных моделей при разных скоростях движения (базовое значение эмиссии СО) определяется по их топливным характеристикам с учетом процентного содержания СО в выхлопных газах при различных режимах движения. При скорости движения 60 км/ч. можно пользоваться данными, приведенными в таблице 2.

q_со=(0,034 0,2 + 0,068 0,8 ) = 0,0612

Таблица 2

Тип автомобиля	Базовые значения эмиссии СО по годам, м³/ч
2010г.	2015г.
Легковые с карбюраторным двигателем	0,038	0,034
Легковые с дизельным двигателем	0,010	0,010
Грузовые массой до 10т.	0,071	0,068

Для определения значений коэффициента К₁ можно воспользоваться графиком, приведенным на рис.1.

Рис.1. Значения коэффициента К₁.

В нашем случае К₁= 0,83(3).

Коэффициент К₂ = 1 - при движении на спуск, К₂ = 1,3 - при движении на подъем с уклоном от 2%₀ до 12%₀. Значение коэффициента К₃ меняется в пределах от 1 до 2 в зависимости от высоты расположения тоннеля над уровнем моря от 0 до 1000м. В нашем проекте Н=38м, интерполируя соответствующие значения, получаем К₃=1,038.

Определяем площадь вентиляционного канала:

Определяем скорость воздуха в транспортной зоне тоннеля:

, где F_T – площадь транспортной зоны.

3.2. Выбор системы вентиляции.

При выборе систем и схем вентиляции необходимо иметь в виду, что скорость движения воздуха по тоннелю не должна превышать 6 м/с, а по вентиляционным каналам – 20 м/с, оптимальная величина площади сечения приточного вентиляционного канала при полупоперечной вентиляции автодорожных тоннелей составляет 12 – 14 м².

В нашем случае все вышеизложенные требования выполняются, таким образом, выбираем полупоперечную систему вентиляции, которую применяют при длине тоннеля свыше 700м и большой интенсивности движения транспорта. Для этого в подсводовой части располагают вентиляционный канал, требуемую площадь которого мы определили выше.