Научно-методические основы разработки раздельной системы вентиляции станции закрытого типа метрополитена с двухпутным туннелем Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 628.8+622.4+625.042

Л.А.Кияница

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ РАЗДЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

ВЕНТИЛЯЦИИ СТАНЦИИ ЗАКРЫТОГО ТИПА МЕТРОПОЛИТЕНА С ДВУХПУТНЫМ ТУННЕЛЕМ

Аннотация. Дан краткий обзор существующих тенденций строительства метрополитенов в России, заключающихся в возведении станций закрытого типа с двухпутными тоннелями. Обозначена проблема разработки и проектирования систем вентиляции станций закрытого типа с двухпутным тоннелем в условиях резко-континентального климата. Определены зависимости распределения тепловыделений от ходовой части поездов по длине участка «станция—тоннель» в зависимости от протяженности двухпутного тоннеля. Для условий г. Новосибирска, г. Москвы и г. Баку определены зависимости теплового потока от внутренних помещений станции в грунт в течение года от коэффициента температуропроводности окружающих станцию грунтов. Для станции закрытого типа с двухпутным путевым отсеком определены зависимости теплообмена между помещением пассажирской платформы и путевым отсеком через разделительную перегородку от парности движения поездов и от температур воздуха на платформе и в путевом отсеке. Определены суммарные тепловыделения на станции от глубины заложения и времени года. Определен расчетный воздухообмен на станции закрытого типа (пассажирские помещения) от глубины заложения станции. Определен допустимый диапазон доли рециркуляции (%) от общего воздухообмена от глубины заложения станции. Представлена схема раздельной системы вентиляции и обоснованы вентиляционные режимы работы раздельной системы вентиляции и требования к вентиляционному оборудованию.

Ключевые слова: метрополитен, станция закрытого типа, теплоизбытки, воздухообмен, рециркуляция, раздельная система вентиляции, режим проветривания.

DOI: 10.25018/0236-1493-2019-01-0-84-96

Современные тенденции строительства метрополитенов заключаются в возведении станций закрытого типа и двухпутных тоннелей преимущественно мелкого заложения, с использованием как открытого, так и закрытого способа работ [1—3]. Примером тому служит строительство участка двухпутного тоннеля на Фрунзенском радиусе в Санкт-Петербурге и Кожуховской линии в Москве. Принципиальным отличием станции закрытого типа от станций других типов является наличие перегородки, разделя-

ющей пассажирские помещения метрополитена (в первую очередь пассажирскую платформу) и путевой отсек (см. рис. 1). Посадка-высадка пассажиров осуществляется через проемы в ограждающей конструкции путевого отсека, которые открываются автоматически при остановке поезда на станции.

Для обеспечения комфортного пребывания пассажиров и персонала в сооружениях метрополитена предусматривается система вентиляции станций и тоннелей. Ее основная цель — поддер-

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 1. С. 84-96. © Л.А. Кияница. 2019.

жание нормативных параметров микроклимата в помещениях метрополитена, требования к которым определены в нормативных документах [4, 5]. Существующие на данный момент методики проектирования вентиляции станций метрополитена разрабатывались для станций открытого типа, конструкция которых не предусматривает изоляцию внутренних воздушных контуров станции и двухпутного тоннеля. В связи с этим, методики требуют пересмотра. Так же появляется необходимость в разработке новых схем вентиляциистанций закрытого типа и двухпутных тоннелей, обеспечивающих требуемый воздухообмен в тоннеле и на станции.

Целью работы является:

• уточнение требований к параметрам работы системы вентиляции станции закрытого типа и воздухообменов на станции;

• разработка схемы раздельной вентиляции метрополитена с двухпутным тоннелем и станциями закрытого типа для работы в штатных и аварийных ситуациях.

Исследования параметров микроклимата в подземных сооружениях метрополитенов с двухпутными тоннелями и станциями закрытого типа показали, что

требуемый воздухообмен в пассажирских помещениях станций и в тоннелях существенно различается [3]. Поэтому необходимо применять схемы с раздельным проветриванием пассажирских помещений и тоннелей.

На станциях закрытого типа аэротермодинамическая изоляция пассажирских помещений от тоннеля приводит к теплонедостаткам в этих помещениях в холодный период года вследствие теп-лопотерь в грунт.

На основании анализа результатов математического моделирования тепло-вентиляционных процессов в подземных сооружениях метрополитенов, разработана методика расчета схем с раздельной вентиляцией таких станций, особенностью которой является применение рециркуляции для восполнения теплоне-достатков в пассажирских помещениях путем использования избыточного тепла из тоннелей.

Исследование аэротермодинамических параметров в помещениях станции закрытого типа проведены:

• в объеме отдельных станционных помещений — методами вычислительной аэрогидродинамики и теплообмена (метод конечных элементов и конечных объемов);

Рис. 1. Станция закрытого типа метрополитена с двухпутным тоннелем: 1 — путевой отсек; 2 — пассажирские платформы; 3 — дневная поверхность; 4 — окружающие станцию грунты

Fig. 1. Closed-type station with double-track tunnel: 1—tunnel; 2—passenger platforms; 3—daylight surface; 4—enclosing soil

• для моделирования вентиляционной сети станции закрытого типа в целом со смежными вентиляционными камерами и участками перегонного двухпутного тоннеля — методами теории графов и теории сетей, в частности методом Форда-Фолкерсона [6].

В рамках работы определены зависимости распределения теплопоступле-ний от ходовой части поездов по длине по участку «станция — двухпутный перегонный тоннель». Основным источником тепловыделений от ходовой части поездов является блоки пускотормозных резисторов (ПТР). Способы, которые позволяют определить тепловыделения от ПТР, известны [7, 8].

В общем виде уравнение теплового баланса ПТР для временного интервала (т2—т1) каждой фазы движения п-го цикла можно записать в виде:

2- сптр ■ т„тР

- а • РптА . .

у ч *

Мп + А/ птр + 0Цгр + о I = 0

(1)

где ДТп — изменение кинетической энергии поезда с начала торможения до полной остановки, Дж, учитывается только на фазе торможения; Д/птр — приращение энтальпии ПТР, Дж; 0кптр — количество теплоты, переданное окружающему ПТР воздуху конвекцией, Дж; 0Лптр — количество теплоты переданное окружающему ПТР воздуху радиацией, Дж.

В данной модели приняты следующие допущения:

• движение поезда в тоннеле принимаем равномерным;

• электрическими потерями в блоках ПТР пренебрегаем;

• теплообмен радиацией не учитываем (доля теплопередачи радиацией составляет не более 5% [7]).

Тогда уравнение (1) запишется в виде:

Мп + А/ птр + 0Ктр = 0 (2)

При раскрытии формул получим значение температуры ПТР в конце временного промежутка (т2—т1), для фазы торможения:

2-спгР ■ тптр + « ■ Ртр-(

М • ( &2 - ( + 2- а • Рптр-(т2-Т1).¿о

2 Сптр • тптр + а • Рптр'{Т2-Т1) (3)

для фазы разгона, стоянки, равномерного движения:

и

2 Сптр ■ тптр -

а • РпгА. .

+

2-С„тр ■ тПтр + а ■ РПтр-(

2 а*0 (4)

2 Сптр ■ тптр + а ■ Р„тр-( ъ-ъ)

где в формулах (3) и (4): (т2—т1) — промежуток времени (шаг расчета), с, принимается равный 1 с; сптр — теплоемкость ПТР, Дж/кг ■ °С; тптр - масса ПТР, кг; а — коэффициент конвективной теплоотдачи, средний за временной промежуток (т2—т1), Дж/м2 ■ °С; Рптр — площадь поверхности ПТР, м2; í1 — начальная температура ПТР за промежуток времени (т2—т1), °С; ^ — температура воздуха в тоннеле, °С; Мп — масса поезда с пассажирами, кг; В1, $2 — начальная и конечная скорости поезда за промежуток времени (т2—т1).

Тепловой поток от ПТР и температура ПТР от времени движения по участку «станция — тоннель I = 1 км» приведены на рис. 2.

Площадь фигуры, ограниченной графиком теплового потока и осью абсцисс, является количеством теплоты (тепловыделением), которое передается от ПТР к окружающему воздуху за время движения. Результаты расчета показывают, что доля, %, тепловыделений в окрестностях станций (торможение, стоянка, разгон) составляет для тоннеля длиной I = 1 км и скорости движения поезда 90 км/ч, 32,9%, а в тоннеле (равномерное движение) — 67,1%.

Подобные расчеты проведены для тоннелей различной протяженности. Выявлено, что доли тепловыделений в окрест-

К:

т + т + т + т

тоннель v торм стоянка разг

(5)

где т — время движения поезда по

то ннель

тоннелю, с; тторм — время торможения поезда, с; тстоянка — время стоянки поезда, с; тразг — время разгона поезда, с;

Для различных величин коэффициента К определены значения процентной доли тепловыделений в окрестностях станции и в тоннеле (рис. 3).

В результате аппроксимации были получены следующие формулы для расчета доли тепловыделений, q, %: • в тоннеле:

Qr

K

0,0032 + 0,0070-K

в окрестностях станции K

р„ = 100-

0,0032 + 0,0070-K

(6)

■ (7)

Уточнены зависимости теплового потока из помещений станции закрытого типа в грунт, учитывающие глубину заложения станции, коэффициент температуропроводности грунтов, а также климатические особенности региона строительства.

Ранее известны работы по определению зависимостей теплового потока из помещений станций и тоннелей в грунт [9, 10]. Данные работы описывают тепловой режим станций открытого типа и однопутных тоннелей. Для современных тенденций строительства новых линий метрополитена в РФ определены закономерности изменения теплового потока из пассажирских помещений станции закрытого типа в грунт для 1 года эксплуатации и для 15 года эксплуатации, в зависимости глубины заложения станции, коэффициент температуропроводности грунтов, а также климатические особенности региона строительства [11].

Формула изменения теплового потока в течении года при продолжительной эксплуатации имеет следующий вид:

20 40 60 Время движения, с

Рис. 2. Тепловой поток и температура ПТР от времени движения при движении поезда по участку «станция — тоннель l = 1 км». На графике: 0...8 с — торможение перед остановкой на станции, 8.38 с — стоянка на станции, 38.46 с — разгон поезда, 46.78 с — движение поезда по тоннелю до момента торможения перед следующей станцией; 1 — температура, 2 — тепловой поток

Fig. 2. Heat flow and temperature of accelerating/ braking resistor versus train travel time in the platform-tunnel section l = 1 km: 0.8 s—deceleration up to break at the platform, 0.38 s—stay at the platform; 38.46 s—acceleration; 46.78 s—travel in the tunnel up to the moment of deceleration before the next platform; 1—temperature; 2—heat flow

ностях станции и в тоннеле от общих на участке зависят от протяженности тоннеля, и соответственно от времени движения поезда по тоннелю. Для количественной оценки доли тепловыделений введен коэффициент:

Рис. 3. Доли тепловыделений, %, на станции и в тоннеле в зависимости от значения коэффициента К: 1 — в тоннеле, 2 — в окрестностях станции

Fig. 3. Heat emissions, %, at the platform and in the tunnel depending on the value of the coefficient K: 1—in the tunnel; 2—at the platform

Рис. 4. Изменение удельного теплового потока, Вт/м2, от станции в грунт в течение 15-го года эксплуатации. Положительные значения — теплопотери в грунт, отрицательные значения — тепло-поступления из грунта: глубина заложения 1 м (а); глубина заложения 5 м (б); глубина заложения 10 м (в)

Fig. 4. Variation of specific heat flow, W/m2, from the platform in soil during the 15th operating year. Positive values—heat loss in soil; negative values—heat inflow from soil: occurrence depth 1 m (a); occurrence depth 5 m (b); occurrence depth 10 m (v)

qh w = KaB (h )• KkB (h)• B (h)+ +KaA (h)• KkA (h)• A (h)•

• cos(0,0172-T + Kam(h)• Kkm (h).®(h))

(8)

где A(h) — амплитуда колебаний величины удельного теплового потока, Вт/м2; 8(h) — среднегодовое значение удельно-

го теплового потока, Вт/м2; <иф) — начальная фаза колебаний величины удельного теплового потока, рад; 0,0172 — угловой коэффициент, 1/сут. Поправочные коэффициенты К п, К ., К , К п, К ., К, с ин-

^ ^ аВ' аА' аи' кВ' кА' ки

дексом «а» — на коэффициент температуропроводности грунта, и с индексом «к» — на наружный климат, определены для

Рис. 5. Тепловые потери по месяцам, ГДж/мес, из помещений станции закрытого типа с двухпутным тоннелем в грунт: глубина заложения 1 м (а); глубина заложения 5 м (б); глубина заложения 10 м (в); сплошная линия — теплопотери в начальный (1-ый год) эксплуатации; пунктирная линия — теплопотери на 15-ом году эксплуатации; положительные значения по оси ординат — теплопотери со станции, отрицательные — теплопоступления из грунта

Fig. 5. Heat loss per months, GJ/month: from the closed-type station with double-track tunnel in soil: occurrence depth 1 m (a); occurrence depth 5 m (b); occurrence depth 10 m (v); solid line—heat loss in the early operation period (1st year); dashed line—heat loss in the 15th operating years; positive values along the ordinate axis—heat loss from the station

Таблица 1

Поправочные коэффициенты на теплофизические свойства грунтов Correction factors for heat-transfer properties of soils

a • 107 4 5 6 7 8

Значения коэффициента KaB для среднегодовой величины теплового потока

h = 1 м 0,82 1 1,17 1,33 1,48

h = 3 м 0,82 1 1,18 1,36 1,53

h = 5 м 0,82 1 1,18 1,36 1,53

h = 10 м 0,83 1 1,17 1,34 1,82

h = 15 м 0,83 1 1,16 1,33 1,79

h = 25м 0,85 1 1,15 1,29 1,7

Значения коэффициента KaA для амплитуды колебаний величины теплового потока

h = 1 м 0,94 1 1,05 1,1 1,14

h = 3 м 0,93 1 1,06 1,11 1,15

h = 5 м 0,9 1 1,08 1,16 1,23

h = 10 м 0,9 1 1,1 1,19 1,32

h = 15 м 0,9 1 1,09 1,17 1,28

h = 25м 0,9 1 1,09 1,17 1,25

Значения коэффициента Каш для начальной >азы колебаний величины теплового потока

h = 1 м 0,98 1 1,02 1,04 1,07

h = 3 м 0,97 1 1,02 1,03 1,05

h = 5 м 0,97 1 1,03 1,07 1,1

h = 10 м 1,02 1 0,99 0,98 1,04

h = 15 м 1,01 1 0,99 0,98 0,96

h = 25м 1,01 1 0,99 0,98 0,98

различных глубин заложения h, м. Изменение теплового потока в грунт для климатических условий г. Новосибирска для 15 года эксплуатации приведены на рис. 4, для 1 года эксплуатации — на рис. 5. Коэффициенты формулы теплового потока (8) приведены в табл. 1 и 2.

Основным отличием станций закрытого типа от станций открытого типа является изоляция путевого отсека от помещения пассажирской платформы. В связи с этим, тепловыделения от поездов попадают на станцию только частично. Поэтому необходимо выявить зави-

Таблица 2

Поправочные коэффициенты для г. Москва и г. Баку Correction factors for Moscow and Baku

h 1 3 5 10 15 25

Москва KkB 0,79 0,81 0,83 0,86 0,89 0,94

Ka 1,1 0,99 0,99 1 1 1

K kto 0,8 0,92 0,98 1 1 1

Баку KkB 0,21 0,32 0,38 0,5 0,6 0,79

Ka 1,07 0,98 0,98 1 1 1

K kto 0,69 0,88 0,97 1 1 0,99

симости теплообмена между путевым отсеком и станцией закрытого типа для учета этой величины в тепловом балансе станции.

Идентифицированы два механизма теплообмена между пространством путевого отсека и пассажирской платформой станции закрытого типа:

• теплообмен через ограждающую конструкцию путевого отсека (стандартная задача строительной теплофизики);

• теплообмен вследствие перетекания нагретого воздуха из путевого отсека на станцию, и наоборот.

Проведен ряд вычислительных экспериментов по определению аэротермодинамической картины процесса в программно-вычислительной среде ANSYS [12]. Выявлено, что перетекание теплого

воздуха из более нагретой области (вагон, пассажирская платформа) происходит в верхней трети дверного проема путевого отсека. Исходя из этого тезиса, предложена формула определения теплового потока через открытые дверные проемы путевого отсека:

- hb рв

■ Св ■ (t по - t от)-

2-т„

(9)

пв ■ пп ■ Мп/с -в п п/су 24-1000-3600

где $ — скорость воздуха в верхней трети проема, м/с, определяется экспериментально; Ь ■ Ь — габариты проема, м; рв — плотность воздуха, кг/м3; св — изобарная теплоемкость воздуха, Дж/кг°С;

— температура в путевом отсеке, °С; t — температура воздуха на станции,

Рис. 6. Закономерности изменения теплоизбытков в течении года на станции от глубины заложения станции и от частоты движения поездов по линии метрополитена (11, 28 и 40 пар/ч): глубина заложения 1 м (а); 2 м (б); 5 м (в); 10 м (г); 15 м (д). Знак «+» означает теплоизбытки, знак «-» — теплонедостатки

Fig. 6. Change in excess heat at the station versus the station occurrence depth and the train traffic frequency in the subway line (11, 28 and 40 train pairs per hour) within a year: occurrence depth 1 m (a); 2 m (b); 5 m (v); 10 m (g). Minus means excess heat; plus means deficient heat

°С; пв — количество вагонов в поезде, ваг; пп — количество дверных проемов в одном вагоне, шт; тст — время стоянки поезда на станции, принято 30 с; 2 — значение парности движения составов; Чусут — количество пар поездов в сутки, пар.

Средняя скорость воздуха в верхней трети дверного проема определена экспериментально в зависимости от разницы температур воздуха между путевым отсеком и пассажирской платформой. Путем аппроксимации дискретной зависимости получена формула для определения скорости воздуха в верхней трети тамбура:

3 = 0,013-(гпо - (ст) + 0,174 . (10)

Тепловыделения от людей и персонала, стационарного оборудования и эскалаторов определяются по известным методикам [7].

С учетом выше изложенного, для станции закрытого типа метрополитена с двухпутным тоннелем выявлены закономерности изменения теплоизбытков

в течении года на станции от глубины заложения станции и от частоты движения поездов по линии метрополитена (для г. Новосибирска — на рис. 6).

Из условия удаления избыточного теплового потока, избыточной влажности, выделений СО2, поддержания воздухообмена не менее 3-х крат и подачи свежего воздуха в количестве не менее 30 м3/ч на одного человека, определен требуемый расход воздуха G, кг/с, для различных глубин заложения в теплый период года (для условий г. Новосибирск — рис. 7).

В рамках данной работы определена максимально возможная доля рециркуляционного воздуха от общего воздухообмена на станции закрытого типа метрополитена с двухпутным тоннелем.

Доля рециркуляции г, %, определяет-

ся по формуле:

r ■■

G-G1

min "св

G

(11)

где G — расчетный расход воздуха, кг/с; Gсвmin — минимальный требуемый расход свежего воздуха, м3/с.

Рис. 7. Требуемый расход воздуха для проветривания станции для частоты движения поездов 24 и 40 пар/ч. На графике: 1 — для 40 пар/ч из условия удаления теплоизбытков; 2 — из условия обеспечения трех кратного воздухообмена; 3 — для 24 пар/ч из условия удаления теплоизбытков; 4 — из условия подачи свежего воздуха в количестве 30 м3/ч на 1 чел; 5 — из условия удаления избыточной влаги; 6 — из условия удаления СО2

Fig. 7. Required air flow rate for the platform ventilation versus train traffic frequency of 24 and 40 pairs/hour: 1—40 pairs/hour, based on the condition of excess heat removal; 2—based on the condition of triple air exchange; 2—24 pairs/hour, based on the condition of excess heat removal; 4—based on the condition of fresh air supply at 30 m3/h per man; 5—based on the condition of excess moisture removal; 6—based on the condition of CO removal

Для условий г. Новосибирска по пассажиропотоку и для исходных геометрических характеристик станции закрытого типа на примере станции метро «Гу-синобродская» G = 13,84...18,18 кг/с, Gсвmin = 2,12 кг/с. Тогда максимальная величина доли рециркуляции составит 84,7.88,3%.

Разработана схема раздельной вентиляции станции закрытого типа метрополитена мелкого заложения с двухпутным тоннелем (рис. 8). Схема разработана для компоновочного решения станции с пристроенными венткамерами (без перегонных венткамер) [13]. Основными достоинствами такой схемы являются:

• возможность погодозависимого поддержания параметров микроклимата на станции;

• проветривание станции и двухпутного тоннеля осуществляется одними и

заложения с двухпутным тоннелем

Fig. 8. Separate ventilation scheme for shallow closed-type subway station with double-track tunnel

теми же вентиляторами в пристанционных венткамерах;

• все вентиляционное оборудование находится в пределах станции и доступно службам эксплуатации для надзора и ремонта.

В штатном режиме проветривания система вентиляции работает следующим образом. В летний период необходимое количество воздуха для проветривания станции и тоннеля забирается снаружи, часть воздуха поступает в тоннель, часть — проходя по байпасу в установке смешения и рециркуляции — подается на станцию. Приточный воздух, проходя через пассажирскую платформу и вестибюли, ассимилирует теплоизбытки и выбрасывается через выходы на поверхность.

В зимний период приточный воздух после приточной венткамеры в мини-

венткиоск

-vfN

вытяжная В&тяжнди венткамера

47

\У

Рис. 9. Схема системы раздельной вентиляции станции закрытого типа метрополитена мелкого заложения с двухпутным тоннелем. Работа в штатном режиме проветривания

Fig. 9. Separate ventilation scheme for shallow closed-type subway station with double-track tunnel. Normal ventilation mode

мально допустимом количестве попадает в установку рециркуляции, смешивается с вытяжным тоннельным воздухом, подающимся из вытяжной венткамеры, подогревается в калорифере и подается на станцию. Воздушная смесь восполняет теплонедостатки и выбрасывается через выходы на поверхность.

Схема работы системы вентиляции в штатном режиме приведена на рис. 9.

В аварийном режиме работа системы вентиляции отличается от работы в штатном режиме. Приточная вентуста-новка реверсируется и начинает работать на вытяжку. Воздух поступает через выходы на поверхность в вестибюль, далее на пассажирскую платформу и в путевой отсек на встречу путям эвакуации

пассажиров и персонала. В вентиляционном канале путевого отсека открываются два пожарных клапана — по бокам от горящего вагона.

Воздух, поступивший в путевой отсек с пассажирской платформы, смешивается с продуктами сгорания и удаляется через пожарные клапаны в вентиляционный канал, затем в венткамеры и выбрасывается наружу. Схема работы системы вентиляции в аварийном режиме представлена на рис. 10.

Заключение

1. Определены зависимости распределения удельной доли тепловыделений от поездов по длине участка «станция — двухпутный перегонный тоннель».

8,5 м3/с

8,5 м3/с

76 м/с

^9,5м3/с 9,5m VC

76m

Элементы

тоннельное: вентиляции Контуры станции

вентилятор Заслонка

\У А

76 м '/с

Рис. 10. Схема системы раздельной вентиляции станции закрытого типа метрополитена мелкого заложения с двухпутным тоннелем. Работа в аварийном режиме проветривания

Fig. 10. Separate ventilation scheme for shallow closed-type subway station with double-track tunnel. Emergency ventilation mode

2. Для станции закрытого типа определены зависимости теплового потока из помещений станции закрытого типа в грунт, учитывающие глубину заложения станции, коэффициент температуропроводности грунтов, а также климатические особенности региона строительства.

3. Для станции закрытого типа определены зависимости теплового потока между пассажирскими помещениями станции и путевым отсеком (двухпутным тоннелем) от частоты движения поездов и температур воздуха в пассажирских помещениях и путевом отсеке.

4. Для станции закрытого типа метрополитена с двухпутным тоннелем выявлены закономерности изменения избыточного теплового потока на станции,

подлежащих удалению системами вентиляции, от глубины заложения станции и от частоты движения поездов по линии метрополитена.

5. Определена максимально возможная доля рециркуляционного воздуха от общего воздухообмена на станции закрытого типа метрополитена с двухпутным тоннелем.

6. Разработана схема раздельной вентиляции станции закрытого типа метрополитена с двухпутным тоннелем в штатном и аварийном режимах.

Полученных результатов достаточно для расчетов системы раздельной вентиляции станции закрытого типа метрополитена с двухпутным тоннелем на стадии проектирования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мельник А.П., Мельник Г.А., Полянкин А. Г. Внедрение современных технологий при строительстве подземного участка городской внеуличной транспортной системы в Москве // Метро и тоннели. - 2013. - № 1. - С. 12-14.

2. Старков А. Ю. Технология строительства двухпутного перегонного тоннеля Санкт-Петербургского метрополитена // Метро и тоннели. — 2011. — № 2. — С. 8—9.

3. Krasyuk A. M., Lugin I. V., Alferova E. L., Kiyanitsa L. A. Evaluation of ventilation flow charts for double-line subway tunnels without air chambers // Journal of mining science, 2016. vol. 52. No 4. pp. 740—751.

4. СП 120.13330.2012. Метрополитены. Актуализированная редакция СНиП 32-02-2003: утв. Приказом Минрегион РФ 30.06.2012: дата введ. 01.01.2013. — М., 2013. — 260 c.

5. СП 2.5.2623-10 Санитарные правила эксплуатации метрополитенов. Изменения и дополнения № 1 к СП 2.5.1337-03 : утв. Пост. Главного государственного санитарного врача РФ от 30.04.2010: дата введ. 08.06.2010. — М., 2010. — 15 с.

6. Кузнецов А. С., Лукин С. М. Об одном подходе к расчету воздухораспределения в рудничных вентиляционных сетях / Управление газодинамическими явлениями в шахтах: сборник научных трудов. — Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1986. — С. 37—39.

7. Цодиков В.Я. Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов. Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Недра, 1975. — 568 с.

8. Красюк А. М. Тоннельная вентиляция метрополитенов. — Новосибирск: Наука, 2006. — 164 с.

9. Лугин И. В., Алферова Е.Л. Влияние годовой цикличности изменения теплового потока в грунт на расчетный тепловой баланс двухпутного тоннеля метрополитена // Интерэкспо ГеоСибирь. — 2016. —Т. 2. — № 3. — С. 191—196.

10. Пьянкова А.Ю. Прогнозирование тепловых режимов подземных сооружений метрополитенов мелкого заложения в условиях Западной Сибири: Дис.канд. тех. наук: 25.00.20. — Новосибирск, 2016. — 211 с.

11. Кияница Л.А., Лугин И. В. Тепло-влажностный баланс как определяющий расчетный параметр раздельной вентиляции метрополитена со станциями закрытого типа // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2016. — № 3. — т. 2. — С. 86—91.

12. Федорова Н. Н., Вальгер С. А., Данилов М. Н., Захарова Ю. В. Основы работы в ANSYS 17. — М.: ДМК Пресс, 2017. — 210 с.: ил.

13. Красюк А. М., Лугин И. В., Павлов С. А. и др. Патент 2556558 РФ, МПК E 21 F 1/08. Способ вентиляции метрополитена. № 2014122746/03, заявл. 03.06.2014, опубл. 10.07.2015, Бюл. № 19. — 8 с.: ил. ИТШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ

Кияница Лаврентий Александрович — аспирант, инженер, е-mail: [email protected].

Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения РАН.

ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2019. No. 1, pp. 84-96.

Scientific and methodical design framework for separate ventilation systems for closed-type stations and double-track subway tunnels

Kiyanitsa L.A., Graduate Student, Engineer, e-mail: [email protected], Chinakal Institute of Mining of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630091, Novosibirsk, Russia.

Abstract. The article reviews briefly the current trends in construction of subways in Russia, which are mostly building of closed-type stations and double-track tunnels. The problem of development and design of ventilation systems for the closed-type stations and double-track tunnels under conditions of the subarctic climate is specified. For the closed-type subway station with the double-track tunnel, the rela-

tions between the train heat buildup along the platform-tunnel section and the length of the double-track tunnel are determined. For the conditions of subways in Novosibirsk, Moscow and Baku, the relations between the seasonal heat flows from the station halls to soil and the thermal conductivity coefficient of soil are found. Furthermore, the heat exchange between the passenger platform and the double-track tunnel through a baffle is related with the two-train movement as well as with the air temperatures at the platform and in the tunnel. Total heat emission at the station is determined as function of the station occurrence depth and season. The heat exchange versus occurrence depth of the closed-type station is estimated. Permissible range of air recirculation (%) in the total air exchange is calculated subject to the occurrence depth of the station. The separate ventilation scheme is presented, as well as the modes and equipment requirements for the separate ventilation system are substantiated.

Key words: subway, closed-type station, excess heat, air exchange, recirculation, separate ventilation system, ventilation mode.

DOI: 10.25018/0236-1493-2019-01-0-84-96

REFERENCES

1. Mel'nik A. P., Mel'nik G. A., Polyankin A. G. Vnedrenie sovremennykh tekhnologiy pri stroitel'stve podzemnogo uchastka gorodskoy vneulichnoy transportnoy sistemy v Moskve [Introduction of modern technologies in construction of underground space interval of the off-street transportation system in Moscow], Metro i tonneli. 2013, no 1, pp. 12-14. [In Russ].

2. Starkov A. Yu. Tekhnologiya stroitel'stva dvukhputnogo peregonnogo tonnelya Sankt-Peterburgskogo metropolitena [Technology of double-track main line tunnel construction in the Saint-Petersburg Metro], Metro i tonneli. 2011, no 2, pp. 8-9. [In Russ].

3. Krasyuk A. M., Lugin I. V., Alferova E. L., Kiyanitsa L. A. Evaluation of ventilation flow charts for doubleline subway tunnels without air chambers, Journal of mining science, 2016. vol. 52. No 4, pp. 740—751.

4. SP 120.13330.2012. Aktualizirovannaya redaktsiya SNiP 32-02-2003 [SP 120.13330.2012. Updated edition Construction norms and regulations SNiP 32-02-2003], Moscow, 2013, 260 p.

5. SP 2.5.2623-10 Sanitarnye pravila ekspluatatsii metropolitenov. Izmeneniya i dopolneniya No 1 k SP 2.5.1337-03 [SP 2.5.2623-10 Sanitary regulations for subway operation. Changes and amendments No. 1 to SP 2.5.1337-03], Moscow, 2010, 15 p.

6. Kuznetsov A. S., Lukin S. M. Ob odnom podkhode k raschetu vozdukhoraspredeleniya v rudnichnykh ventilyatsionnykh setyakh [An approach to calculation of air distribution in mine ventilation networks], Uprav-lenie gazodinamicheskimi yavleniyami v shakhtakh, Collection of scientific papers. Novosibirsk, IGD SO AN SSSR, 1986, pp. 37—39. [In Russ].

7. Tsodikov V. YA. Ventilyatsiya i teplosnabzhenie metropolitenov. Izd. 2-e [Ventilation and heating in subways, 2nd edition], Moscow, Nedra, 1975, 568 p.

8. Krasyuk A. M. Tonnel'naya ventilyatsiya metropolitenov [Subway tunnel ventilation], Novosibirsk, Nau-ka, 2006, 164 p.

9. Lugin I. V., Alferova E. L. Vliyanie godovoy tsiklichnosti izmeneniya teplovogo potoka v grunt na raschet-nyy teplovoy balans dvukhputnogo tonnelya metropolitena [Influence of seasonal cycling of heat flow in soil on estimated temperature balance in double-track subway tunnel], Interekspo Geo-Sibir'. 2016, vol. 2, no 3, pp. 191—196. [In Russ].

10. P'yankova A. Yu. Prognozirovanie teplovykh rezhimov podzemnykh sooruzheniy metropolitenov melkogo zalozheniya v usloviyakh Zapadnoy Sibiri [Prediction of thermal conditions in underground structure of shallow subway in West Siberia], Candidate's thesis, Novosibirsk, 2016, 211 p.

11. Kiyanitsa L. A., Lugin I. V. Teplo-vlazhnostnyy balans kak opredelyayushchiy raschetnyy parametr razdel'noy ventilyatsii metropolitena so stantsiyami zakrytogo tipa [Heat-and-moisture balance as a key design parameter of separate ventilation in subways with closed-type stations], Fundamental'nye i prikladnye voprosy gornykh nauk. 2016, no 3, vol. 2, pp. 86—91. [In Russ].

12. Fedorova N. N., Val'ger S. A., Danilov M. N., Zakharova Yu. V. Osnovy raboty v ANSYS 17 [Basics of working in ANSYS 17], Moscow, DMK Press, 2017, 210 p.

13. Krasyuk A. M., Lugin I. V., Pavlov S. A. Patent RU 2556558, MPK E 21 F 1/08. 10.07.2015.

A