CC BY
33
УДК [624.19:625.1]:697.9
ОСОБЕННОСТИ СХЕМ ПРОВЕТРИВАНИЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЕЙ В СУРОВЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Иван Владимирович Лугин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник, тел. (383)205-30-30, доп. 179, e-mail: ivlugin@misd.nsc.ru
Елена Леонидовна Алферова
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, младший научный сотрудник, тел. (383)205-30-30, доп. 179, e-mail: alferova@mosk.ru
Рассмотрены схемы проветривания протяженных железнодорожных тоннелей, расположенных в суровых климатических условиях Сибири и Дальнего востока, произведена классификация тоннелей по схемам проветривания. Составлена обобщенная расчетная сетевая схема для продольной схемы проветривания железнодорожных тоннелей с учетом различных источников давления.
Ключевые слова: железнодорожный тоннель, схема проветривания, штольня, естественная тяга, суровые климатические условия.
SPECIFIC AERATION PATTERN FOR EXTENDED RAILWAY TUNNELS IN SEVERE CLIMATE ENVIRONMENT
Ivan V. Lugin
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D., Assistant Professor, Senior Researcher, tel. (383)205-30-30, extension 179, e-mail: ivlugin@misd.nsc.ru
Elena L. Alferova
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Junior Researcher, tel. (383)205-30-30, extension 179, e-mail: alferova@mosk.ru
Ventilation patterns for extended railway tunnels in severe climate environment of Siberia and Far East are considered. Tunnels are classified in terms of ventilation patterns. The researchers worked out the generalized computing network scheme for longitudinal aeration pattern for railway tunnels with allowance for different pressure sources.
Key words: railway tunnel, ventilation pattern, drift way, natural draught, severeclimate environment.
В настоящее время, более десяти железнодорожных тоннелей проектируются и находятся на стадии строительства. Большая часть этих транспортных сооружений предназначена для эксплуатации в Сибири и на Дальнем Востоке. Территория Сибири характеризуется резко континентальным климатом - резкими перепадами температур, как суточных, так и сезонных.Сложные климатические условия эксплуатации усугубляются обводненностью окружающих тоннели грунтов и использованием тягового транспорта с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Учет всех этих факторов со-
здает сложность при проектировании вентиляционных систем железнодорожных тоннелей в условиях Сибири.
Согласно имеющейся классификации схемы проветривания железнодорожных тоннелей подразделяются на продольные и продольно-поперечные [1].
К объектам, для которых характерна продольная схема, относятся однопутные железнодорожные тоннели, где проветривание осуществляется за счет различного сочетания факторов: поршневого действия движущегося по ним транспорта, работы вентиляторов и естественной тяги. Вентиляторы могут располагаться на порталах или по длине тоннеля у кровли, у стен в пределах габарита приближения, или в специально сооруженных нишах [2]. Естественные (гравитационный, барометрический, ветровой напоры), эксплуатационные (поршневой эффект) и искусственные (вентиляционное оборудование) источника тяги в тоннеле могут действовать одновременно, усиливая или компенсируя действие друг друга. Это в одних случаях приводит к интенсификации воздухообмена, а в других к его уменьшению и даже к периодическому изменению направления движения воздуха [2].
Продольно-поперечная схема железнодорожных тоннелей характеризуется влиянием на продольную траекторию движения воздуха поперечных воздушных струй.
Для организации продольно-поперечной схемы проветривания в транспортных тоннелях могут использоваться специальные вентиляционные устройства [2], дополнительные выработки (штольни, служебные тоннели и т.п.), пройденные параллельно основному тоннелю и соединенные с ним сбойками, вертикальные или наклонные стволы, связанные с тоннелями подходными выработками или кроссингами. Например, для вентиляции подводного железнодорожного тоннеля под Ла-Маншем в качестве такой выработки служит специальный служебный тоннель, в который воздух подается через вертикальные стволы, расположенные на побережьях. Из служебного тоннеля воздух по сбойкам распределяется между эксплуатационными тоннелями, которые с целью снижения влияния поршневого действия поездов соединены специальными выработками (каналами) [2]. Таким образом, при общем направлении движения воздуха вдоль оси тоннелей происходит его циркуляция между выработками, соединяющими тоннели.
Применение продольно-поперечной схемы проветривания с использованием вертикальных стволов (шахт) в суровых климатических условиях России привело к большим неудобствам при ее эксплуатации.
Обследования систем вентиляции тоннелей Байкало-Амурской магистрали, выполненные сотрудниками Санкт-Петербургского горного института и Северобайкальской дистанции пути по обслуживанию тоннелей в 1985 - 1993 годах, показали, что в условиях сурового климата применение шахтной системы вентиляции приводит к обмерзанию ствола в зимний период и оттаиванию и обрушению наледей на дно ствола весной. Последнее затрудняет организацию проветривания тоннелей в этот период и приводит к необходимости удаления из тоннеля больших объемов воды.
Таким образом, область использования шахтных систем вентиляции железнодорожных тоннелей, расположенных в суровых климатических условиях, при отсутствии подогрева воздуха ограничена лишь весенне-летне-осенним периодом, причем для тоннелей на дизельной тяге возникает необходимость дополнительного применения регулирующих устройств, способствующих выравниванию количеств воздуха по крыльям тоннеля (вентиляционные завесы, шиберы, ворота и т.п.) [3].
Наиболее сложным, по условиям эксплуатации, является Северомуйский тоннель, расположенный на Байкало-Амурской железнодорожной магистрали. Тоннель был сдан в эксплуатацию в 2003 году.
Длинна железнодорожного тоннеля составляет 15.3км. Параллельно ему имеется рабочая дренажная штольня, соединенная с тоннелем сбойками.. Вентиляция сооружения осуществляется через порталы и четыре вентиляционных ствола. У восточного и западного порталов имеются здания с калориферными установками. В тоннеле имеются источники воды с содержанием радона. Концентрация радона в воздухе тоннеля в некоторых местах превышает предельно допустимые концентрации (ПДК) в 1,5 раза. Концентрация радона в штольне, в некоторых местах, превышает ПДК в 2,53,5 раз. В период с ноября по март, в средней части тоннеля на протяжении 2000 м происходит обледенение внутренней обделки тоннеля, образуются сосульки и наледи на стенах и своде. Для поддержания безопасных условий прохождения составов, наледи и сосульки скалывают. Эти работы осуществляются обслуживающим персоналом вручную, что повышает эксплуатационные затраты.
Решение выше перечисленных проблем возможно путем совершенствования системы вентиляции. Для разработки математической модели вентиляционной сети необходима достоверная информация об аэродинамических сопротивлениях всех выработок и о расходах воздуха в характерных сечениях. На первом этапе работ была изучена техническая документации Северомуйского тоннеля. Проведен обзор имеющихся публикаций по вопросам системы вентиляции Северомуйского тоннеля. Выполнен анализ мониторинга по содержанию радона в атмосфере тоннеля и штольни. Сравнивая концентрации радона в воздухе подземных выработок ж/д тоннеля сделанных в 2008 г. и в 2011 г., можно заметитьдинамику изменений. На рис. 1, 2 приведены данные мониторинга в дренажной штольне.
ЭРОА, Бк/м
0
/., км
15 10 15
Рис. 1. Распределение ЭРОА радона по длине штольни, 2008 год
3
Сравнивая графики распределения ЭРОА по длине штольни в 2008 и 2011 годах, прослеживаются увеличение концентрации радона к середине тоннеля, преимущественно, у подземных выработок вблизи второго ствола.
ЭРОА, Ък/м5
портал портал
Рис. 2. Распределение ЭРОА радона по длине штольни, 2011 год:
1 - содержание радона в воздухе тоннеля при отключенной системе вентиляции тоннеля; 2 -содержание радона в воздухе тоннеля при включенной системе вентиляции тоннеля
Анализ информации о водопритоках от источников с проявлениями радона в тоннеле и штольне также показал существенную неравномерность расходов. Максимальный водоприток на западном портале в 2008 году составил 6080 м3/ч, а в 2011 году - 5400 м3/ч. На восточном портале в 2008 году водоприток был 8460 м3/ч, в 2011 году 9700 м3/ч.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Фомичев В. И. Вентиляция тоннелей и подземных сооружений. - Л.: Стройиздат, 1991.- 200 с.
2. Отчёт по договору №2620 от 01.08.2008 г. «Разработка рекомендаций по выбору схем вентиляции и определению их параметров при строительстве и эксплуатации Кузнецовского железнодорожного тоннеля. Этап III. Выбор и определение параметров вентиляционного оборудования для выбранной схемы проветривания и разработка рекомендаций по проектированию АСУ ТП в части контроля и управления состоянием воздушной среды». СПб. Фонды ОАО «ЛМГТ», 2010.
3. Федеральный закон 123. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности (с изменениями на 3 июля 2016 года). - Одобрен Советом Федерации 11 июля 2008 года. - Москва: [б.и.], 2016.
© И. В. Лугин, Е. Л. Алферова, 2017
