автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Совершенствование воздухообмена и разработка метода расчета продольно-поперечной приточной схемы вентиляции автодорожных тоннелей с учетом естественных факторов

Министерство го делам науки,высшей вщолн и технической политики , ... ' Российской Федерации

''Санкт-Петербургский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революция и ордена Трудового Красного Знамени горный институт им.Г.В.Плеханова

, На правах рукопйси

МАЕВСКИЙ Игорь Юрьевич

совшинстюваше воздухообмена и разработка метода расчета продольно-поперечной приточной схемы

Вентиляции абтодорошд тоннелей, с учетом

•.. естественных факторов

Специальность; Сб.26.01. - Охрана труда и НОжарйая

безопасность

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой сгеленй кандидата технических наук

Санкт-Петербург,1992

/ /,- / 1-/ /

/ 'г / / 1

Работа выполнена во Всесоюзной научно-исследовательском институте гидрошханизацай.санитарно-техничаских и специальных строительных работ / БНИИГС /.

Научный руководитель: доктор технических наук»профессор Медведев И.И.

Научный консультант! кандидат технических наук, . старший научный сотрудник

Барский А.С.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Вассерман А.Д.; кандидат технических наук Фомичев В.И.

Ведущая организация: Всесоюзный проекгно-языскательскяй и научно-исследовательский институт ! "Пщропроект" им.С.Я.^ка,

Санкт-Петербургское отделение.

Защита состоится _ часов

на заседании специализированного Совета Д.063.15.11 при Санкт-Петербургском горном институте им.Г.В.Плеханова по адресу: 199026,г.С.-Петербург,В.О4,21 линия,2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке С.-Петербург-.Ского горного института ш. Г. В. Плеханова.

Автореферат разослан " /У» ¿¿¿Л¿/Л ■

Ученый секретарь Р.М.Проскуряков

специализированного Совета, ' / . доктор технических наук

Ш&у&^ос'? ^абоги. В настоящее время в нашей стране строится и актируется Солее 30 автодорожных тоннелей,в том число болшой ггро-кенности,причем стоимость устройства вентиляции в них. достигает 30% эимости всего тоннеля»

Вопроси организации рациональной вентиляция этих сооружений имеют рвоотепеннов значение не только для обеспечения интенсивного и бет паевого движения,но и для выполнения требований охраны труда,а так-экономии энергетических ресурсов.

Из всего многообразия схем. в 55? случаев вентилируемых тоннелей у ю в стране применяется продольно-поперечная схега.Олнако недоста-гчновть исследований этой схемы в внборё рационального способа пота приточного воздуха в случае приточной продольно-поперечной схе-{,обеспечения равномерности- его раздачи,определении оптямачьного ко-¡чветва приточных отверстий в значительной мере усложняет проведение роехтных работ и не позволяет выбрать и осуществить наиболее эффок-ивные способы проветривания по этой схеме.

Существенное влияние на вентиляцию автодорожных тоннелей оказывают ствствзнныа Факторы и движущийся транспорт.Влияние этих факторов несводимо учесть уже на стадии проектирования вентиляция.Однако ряд опрооов,касающихся воздействия ветрового напора,поршневого йффекта и рочих естественных факторов на проветривание тоннелей,не нашел доля-юго отражения в технической литературе.

В связи с изложенным решение комплекса вопросов,посвященных иссле-юванш работы продольно-поперечной схемы вентиляция с учетом естест-зенных факторов,является актуальной задачей. '

Цель работы,. Разработать рациональный способ организация воздухо-эбмена с ,учетом естественных факторов,обеспечивающий требуемые санитарно-гигиенические условия дум продольно-поперечной приточной схемы вентиляций автодорожных тоннелей и кетод его расчета.Для реализации поставленной цели потребовалось решить следоягйе задачи:

1. На основании олкта эксплуатация ивтодорожннх тоннелей,а также исходя 'из теоретически предпосылок, оценить области применения схемных решений вентиляции тоннелей; '

2. Создать- аэродинамическую модель тоннеля,на которой провести экспериментальную проверку результатов и гипотез предварительно разработав методику физического моделирования процессов вентиляции тоннелей;

3. Разработать макет тоннеля и окружающей его местности д-*я изучения на аэродинамической труба влияния ветровых нагрузок на проветривание тоннеля;

4. В результате изучения взаимодействия струй,а также распределения скоростей и концентраций вредностей в тоннеле, при различных способах организации продольно-поперечной схемы изыскать возмочшость рацио-

нальной организации воздухообмена;

5. Разработать методику расчета продольно-поперечной приточной схемы вентиляции с учетом естественных факторов.

Научная новизна работц заклинается в следующем:

1. Выявлен механизм ь^аямо,действия основной транзитной струи.фор мируемой механической вентиляцией,поршневым действием автомобилей ] естественшма факторами, с попутными приточными струями в тоннеле. Получены расчетные зависимости,

2. Предложен критерий моделирования.движения автотранспорта в то; нале.увязываюадй подвижность воздуха со скоростью движения транспо] та,его интенсивностью и лоСовыы.сопротивлением автомобилей.

3. Установлено,что изменение статаческогфавления по длине тоннв' ад при продольно-поперечной приточной схеме вентиляции оказывает влияние на равномерность раздачи воздуха в тоннель,

Рр^дическад цецноот^ и реализация Результатов работу.

Разработанная методика расчета продольно-поперечной приточной СХ1 ш вентиляции позволяет проектировщикам выбрать рациональный спосо< вентиляции и рассчитать его с учетом естественных факторов.Составл! ны программа дщ расчета па ЭВМ. .

В результате исследований на аэродинамической трубе способов умв] шеаия негативного влияния ветровых нагрузок на-¡проветривание тоннв' лей предложен способ и конструкция ветровой зашиты,на который полу чено авторское свидетельство на изобретение,а такие разработаны ре> командации по совершенствовании конструкции порталов тоннеля в целях уменьшения воздействия ветровых нагрузок.

Результаты исследований ровдухораспрвделения в тоннелях испольэо' вешы; .

- на Ракотскоы автодорожном тоннеле /Грузия/ при реконструкции системы вентиляции о регулировкой приточных отверстий по приведенной в диссертации методике,что позволило подучить экономический эф фект в размере 97 тыс,руб.;

- в автодорожном тоннеле на дороге Фрунзе-0щ /Кыргызстан/ при от ладке системы вентиляции и расстановке сечений приточных вантйляци бншх отверстий.Годовой экономический эффект составил. 32 тыс.руб.;

- при разработке рабочей документации по подводному автодорожное тоннелю 0-1 в комплексе защиты Ленинграда рт наводнений}

- при разработке инструкции -по автоматизированному расчету полупоперечной схемы вентиляции транспортных тоннелеИ,

Апгс^{н:ия рабоуц и публикации.

Результата диссертационной работу доложены и обсуждены на Сойи 9 научно-техьхчедких конференциях аспирантов и молодых специалистов ВШМГС, г. Ленинград, 1307,1539гг;на конкурсах молодых ученых и рпэци ^листов ВШ1ЩХ,1988,1983гт$да Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Охране труда - 86",4енииград

ВНИИ охраны труда ВЦСПС, 1966г;на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов ЛИОТг г.Ленинград, 1988г. ;на постоянном семинаре "Вентиляция,кондиционирование,отопление,очистка воздуха", ЛДНШ,г.Леяшград,19.11.1990г.;на 7°м Мезвдународном симпозиуме по аэродинамике и вентиляция тоннелей,г.Брайтон /Великобрлтания/27-29 ноября lS91r.Ho теме диссертация облицовано 10 печатных работ а полнено 1 авторское свидетельство На изобретение, :

Диссертационная работа состоя? лэ введения,бглав,выводов и приложений, с о держит список литературы из 118 наименований,иллюстрирована 94 рисунками н 4 таблицами.Общий объем работы "01 страница,в том числе 229 страниц основного текста.Объем приложений 32 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ'

Во введении обосновывается актуальность темы и дается общая характеристика работы.

В первой главе освещено состояние вопроса и оформулировшш задачи диссертационной работа.Приведен обзор работ отечественных и зарубежных авторов,посвященных проблемам состояния воздушной среда и вентиляций автодорожных тоннелей,построенных у нас в стране я за рубежом с описанием схем вентиляции в них.

Обеспечение искусственного перемещения воздуха по всему о'бьему тоннеля с целью поддержанйя нормируемых санитарно-гигиенических условий воздушной.среди является основной задачей, вентиляция.

Исследования советских ученых в области вентиляция тоннелей базируются, на доследованиях Г.Н. Абрамовича и получили дальнейшее развитие в работах М.Й.Дандурова,И,Н.Шамелиеа и В.П.Волкова,А.Дандурова, В. Я. Цодикова , АД .Полякова, A.M.Листова, М.В, Иевлева, А. С. Барского, В. И. • Фомичева,Л.В.Маковского,И.1.Ганеса,Э.А.Юшковского,А.Г.Я1!гкуля,В.В.Ско-бунова,С.Г.Гендл0ра,С,В.Мачарашвшш,А.Д,Вассермш!а и др.

Основоцолагающйе работы, в области вентилядал подземных горных выработок были выполнены.йзвеетнши отечественными учеными: ф, А.Абрамовым,В. А»Бо£ко,В.Н.Ворршнш,Й.Е,1^елггаком^^ Новым,В.Б,Коиаровшл,А.Й.Ксенофонтовой,И.И.МедвеД9внм,П.И.^устелем^ А.А.окочинскйМ.К.З.Ушаковш и др.

' . Важные научные исследования в области аэродинамика и вентиляции. автодорожных тоннелей были проведены рядом зарубежных ученых.Среди' них следует отметить работы Т.Бабы.Л.Бутлера.^.ДайманаД.Охаш, Р.Шнтера,К.Пучера,Б.ПэрсаЖта,О.Синг0тада й др. .

Изучены многие вопроса, связанные о продольно-струйной системой вентиляции и создана методика ее расчета; из в есгнн? о тделькые работа по исследованию продольно-поперечной и поперечной схем вентиляция; , решались некоторые проблемы,связанные'''в ёстествешой вентиляцией.Од- . нако ряд вопросов до настоящего врэкени остался не изучен.

Трвдшшотша погода расчета -вентиляции не учитывают в полном объема многих факторов и процессов,происходящих в тоннелях,таких как воздействие ветрового напора,иоршневого афректа и других естественных факторов, влияющих на проветривание тоннелей,а также процессов взаимодействия струй и изменения "явлений I» длине тоннеля,что приводит либо к повышенным кошинтршиям вредностей и ухудшению условий труда .либо к перерасходу капитальных и эксплуатационных затрат,

В первой главе дается подробное описание и анализ эффективности работы каздой схемы вентиляц^ тоннеля.

В нашей стране наиболее распространенной является продольно-поперечная схема вентиляций,по которсл. проветривается действующих тоннелей.В то же время остались надо изученные следующие вопроси:

- выбор наиоолаа элективного типа продольно-поперечной схемы вентиляции /приточная,вытяжная или комбинированная/;

- влияние естественных факторов на проветривание тоннелей,в особенности натровых нагрузок;

- выбор наиболее аффективного способа подачи приточного воздуха в тоннель при продольно-поперечной приточной схеме вентиляции /низший, верхний или боковой/;

- не разработана методика расчета воздуховодов равномерной раздачи с учето* снеци1дки движения воздушных потоков в транспортной зоне тоннеля.

При работа традиционной продольно-поперечной приточной схемц приточные струи "экранируют",создают эффект воздушных завес для,транзитной струи,образованной как естественными факторами,так и самими приточными струями.Таким образом,эта схема нуждается в роверменствованш Чтобы решить доставленную задачу,необходимо изучить закономерности ■ развития струи в поперечном потоке.Аналогичные вопросы решались в ку] се гидродинамика рядом советских и зарубежных ученых.Здесь необходим! упомянуть о теоретических работах Г,Н.Абрамовича, Т.А.Гирщович, Е. А. Гд ева,В.В.13лобина,Е,Б.Бруяцкого и экспер!. генгальных работах Ю.В.Иванов Х.Н.Суя,Г.С.№андорова,Х.Ф.Кефера и др.

Изучение.закономерности развития струй в поперечном потоке позвали повысить задекгивность использования приточных струй для разбавления вредностей по всему сечению тоннеля за счет совершенствования методо расчета по определению углов додачи приточного воздуха,размеров приточных отверстий и шага мевду ними.

Таким образам,анализ состояния вопроса по эксплуатации автодорогой тоннелей,схемам и способам вентиляции определяет задача диссертаций! ноМ работы и приводит к следующим выводам:

- существующие метода расчета вентиляции,не учитывающие в полной мере влияние естественных факторов ва Вентиляцию тоннелей,требуют усовершенствования;

- прмюльна-попербчная схема вентиляции нуждается в совершенство-

вании как с точка зрения способов подачи свежего воздуха й тоннель, гак и с точки зрения наиболее эффективного использования приточных струй для равномерного разбавления вредностей по всему сечению тоннеля}

- прй экспериментальном исследовании процессов проветривания автодорожных тоннелей, а также изучений различных способов подачи приточного воздуха, и взаимодействия струй в тоннеле целесообразно применить Метод приближенного физического Моделирования;

- существующий метод расчета воздуховодов равномерной раздачи не (применим для тоннелей и в результате не обеспечивает равномерности раздачи воздуха по всей его длине.

Во второй главе приведены теоретические исследования продольно-поперечной схем« вентиляции тоннелей о учетом естественных факторов и движения транспорт!шх средств.

Исходя из принципа Далймбера-Лагранжа и уравнения Дарси-Вейсбаха для движения воздуха в канале, а такяе из условия неразрывности потока, были получена рзочетныэ зависимости для определения расхода воздуха в тоннеле,вызванного поршневым эффектом движущегося автотранспорта в тоннелях с односторонним и двусторонним движением. • В тоннелях с односторонним движением транспорта количество воздуха, участвующего в воздухообмене,вызванного движущимся транспортом,зависит от скорости,интенсивности и лобового сопротивления транспорта,а такте от Площади сечения и аэродинамического сопротивления тоннеля и определяется по формуле:

' и - ■ , Рт Уо

при двустороннем.движении трансгарта:

г _ ГгУс(^-ц-) »

г . /2/

Исходя из требований СНиД 11-44-78 по ограничению скоростей движения воздуха в тонн еле, а. также используя зависимость для расчета поршневого эффекта в тоннелях о односторс'таям движением, били оценена об- ■ ласти применения различных схем вентиляции в тойнелях с односторонним и двусторонним движением,Сопоставлены с 300-ми эксплуатируемыми в га- : ре автодорожными, тоннелями и удовлетворительно /7С$.'/с ними согласу-. ются: ... • ■

Ухема одностороннее движение чямп полпп ТТИИЖЙНИЯ двустороннее

2 ■: 3 4

естественная продольная продольно-поперечная . поперечная 04-400 ' 4001-1050 1050+1500 1500+со 0+450 450+1150 1150+1600 1600+СЮ 0+500 500+1150 1150+1600 1600+оо 0+500 , 500+1150 1150+1600 1600+ 0+140/160/ , 140+650/1100/ 650+1325/2210/ 1325+ оа

Исходя из основного уравнения гидростатики для несжимаемой жидкости в закона Паскаля,получены теоретические зависимости-для расчета воздухообмена в тоннелях при продольно-поперечных схемах с учетом ветрового давления,поршневого эффекта,перепада плотностей воздуха.включая перепад высотных отметок,справедливость которых подтверждена результатами натурных испытаний на Рлкогском автодорожном тоннеле.

Сценка fiъфективности различных способов ' родольно-поперечной схемы вентиляции осуществляется при гюшци коэффициента воздухообмена К, который определяется как отношение концентрации вредностей в уходящем из тоннеля воздухе к максималиюп концентрации вредностей в тоннеле. Чем выше этот кооОДициент.тем объективнее работает система вентиляции

Taje как при продольно-поперечной приточной схеме вентиляции Кс=1, а в случае вытяжной и комбинированной схем Kc<íC1,to сделан вывод о на' иоодыш^эфрективности продольно-поперечной приточной схеда,которая и исследовалась в дальнейшем.

Разработана методики расчета воздуховодов равномерной раздачи в ав тодорокный тоннель как с односторонним,так и с двусторонним движением транспорта.Предаоженние методы расчета позволяют,во-первых,участь,что на равномерность раздачи воздуха в тоннель существенное влияние оказывает изменение статического давления не только.по длине воздуховода,но и по длине тоннеля;во-вторих,на!!ти местоположение отверстия с максимальным сечением и,задаваясь его размерами,вычислить площади всех отверстий,а также средние скорости воздуха в них.

Ширина отверстий в произвольном сечении воздуховода определяется по известной формуле;

а _ Цснг /,,,

. /3/

Статическое давление в центре приточного отверстия,находящегося на расстоянии х от первого для тоннеля с двусторонним движением транспортр можно' записать в виде:

tUv

I LfieHf

i

i/Щ) + ^

С* 1т

1 1П

Для тоннеля с односторонним движением транспорта:

Pcrf|¿HrJ(~y;)t

irltrzi Уг

■ te-*»./ id" Ът Площадь сечения первого отверстия:

где

L_

m¡.if2i~S

(Mí/L^Y

Ы \Jnrnl

/4/

/5/

/6/ /7/ /Ь/

Следует отметить, что мшгшльшиу значению статического давления соответствует максимальная плошадь сечения отверстия,а на соотноше-ше размеров площадей отверстий влияет не абсолютная величина стати-шского давления,а разность медпу статическими Давлениями в этих от-юрстиях.

По предложенному методу была составлена программа для расчета на ЭВМ ьС-1035.Алгоритм программы предусматривает определение местоположения отверстия с.минимальным статическим давлением,т.е. с максимальном сечением,а затем,при задании его площади из соображений Минималь-ю необходимой скорости для равномерного заполнения приточной струей зечения рабочей зоны тоннеля и возможностей строительных конструкций, определение площади первого и далее по формулам /4/,/5/ и /3/ после-ювательно площадей всех остальных отверстий.йетодика апробирована на 1ействующих автодорожных тоннелях.

Определены допустимые и оптимальные расстояния между приточными от-зерстиями при продольно-поперечной приточной схеме вентиляции и их ко-шчество:

- допустимые расстояния,а следовательно,и допустимое количество приточных отверстий т определяется исходя из требований нормативных доцентов, а также из условий избежания влияния рабогн соседних отвер-зтвй друг на друга.Количество отверстий ттм • тт;а >Лт/15

- оптимальное расстояние между отверстия!,® определяется из условия» Iтоди приточная струя,подходя к последующему приточному отверстие /по зледнему/,после взаимодействия со сносящим потоком полностью раскры-юсь и заполнила все сечение тоннеля.Это расстояние /или количество 1риточных отверстий/ определяется геометрическими размерами тоннеля

I расстоянием от плоскости выпуска приточных струй до дальней рабочей зоны тоннеля. Для тоннелей с односторонним движением транспорта коли-тество приточных отверстий:

т » Ь, {ЩТ^ /9/

ихя тоннелей с двусторонним движением:.

Предложен способ подачи.приточного воздуха в автодорожный тоннель зри продольно-поперечной схеме вентиляции, повгчаювдй эффективность' заботы схемы за счет оптимального воздухораспределения, заключающийся з том,что приточный воздух подается год углами к оси тоннэл. ,язманя-эщикися по его длине,пря котором: ■

в тоннелях с односторонним движением транспортных средств достига-этся эффект дополнительного эжектированяя наружного воздуха и поддер-каняя пориневого эффекта при равномерности заполнения приточными стру-ащ всего сечения то.ннелягкогда: оси приточдых струй после участка раз-зорота оказывается вслязи оси тоннеля;

Ю ■ I

- в тоннелях с двусторонним Жбыеннем предлагаемый способ сникает аа-ч родинамическое сопротивление тоннеля при равномерности заполнения приточными струями всего сечения тоннеля.

Получены теоретические зависимости для расчета предложенного способа вентиляции. Дчя »того:

- известные закономерности эжешщонной способности струй при работе вентиляторо'л-зжекторов в подземных выработках,выявленные И.И.Медведевым и Т.Е.1Умешок,и работе системы Саккардо распространены на процессы продольно-поперечной вентиляции тоннелей в случав остановки транспортами этом энергия приточных струй используется для эжектированяя дополнительного объема воздуха:

- получена теоретическая зависимость душ определения общего количества воздуха,участвующего в воздухообмене при продольно-поперечной приточной схеме вентиляции с учетом эаекции и поршневого аффекта от одностороннего движения автотранспорте:

или

Мт йа.

/13/

Уо Рогат

где а = Рг^гДлс^ ; , ■

В уретьэй главе приведены результаты экспериментальных исследований вопросов поршневого эффекта и продольно-поперечной схемы вентиляции.

Основвы полольная моделирования аэродинамических процессов базируются на теории подобия М.В;Кирпичёва;рььйм?ой М.А.Михеевым и А.А.Гух-маном.Большой вклад в теории и практику моделирования вентиляционных проц< :сов внесли В.В.Батурин,Е.Б.Кудрявцев,А.М.Дистов.П.И.Мустель, В,Н. 1'алиев,Г.Лайгна,В.Ы.Эльтерман, Д,С.Кляч^о " др.Во ВНИИГСе был накоплен опыт в области физического моделирования процессор вентиляции ИД.Ганесоы.Л.С.Клячко.Л.Б.УопенскрМ.Д.Г.алкулем.И.Д.Дещинской и др. Под научным руководством М.Л.Гааеса и при содействии А.Г.Нскуля.В.В. Никольского была достроена аэродинамическая модель модуля автодорожно го тоннеля длиной 8 метров с имитацией движущимися начетами движения, транспорта и внделения вредностей /см,рис.1/. :

В третье^ т]лаве приведена методика физического моделирования процес сор веитилдадаи автодорожных тоннелей и описана аэродинамическая модел тоннеля.

• Иолучец новый критерий моделирования движения' автотранспорта в тон-

б/ критерием сравнения эффективности способов подачи приточного воздуха явился график распределения отношений максимальней.локальной концентрации вредностей к предельно-допустимой (С{'юУСмк)по длине тоннеля,полученный в результате перемножения ординат графиков (С; /Цр/на

/Г .1£Ч I г \ ' '

(ир/Ьллк) по длине;

в/ коЭ'Й'-гдаеят эжекции линейно зависит от отношения скорости сносящего. потока в тоннеле к скорости приточной струи;

г/ эффективность вентиляция в рабочем режиме для всех способов подачи воздуха выше,чем в аварийном,т.к. в рабочем режиме большое влияние на формирование воздушных потоков в тоннеле будет оказывать поршневой эффект и дополнительная турбулизация воздушных потоков движущимся транспортом,что обеспечивает лучшее перемешивание воздушных масс;

д/ справедливы расчетные зависимости /11/,/12/я/13/ для определения э^екта эжекции и воздухообмена при подаче приточного воздуха под углом к оси тоннеля;

е/ при сильном поршневом эффекте прИЬчные струн в случае продольно-поперечной схемы вентиляции могут создавать дополнительное сопротивление движению основного потока воздуха.Чем меньше угол подачи воздуха,тем меньше величина этого сопротивления;

ж/ при одинаковых соо^чошенлях количества воздуха,вызванного поршневым эффектом,к расходу вентиляцаооного воздуха коэффициент эжекции остается величиной постоянной и на зависит от расхода приточного воздуха;

з/ в результата взаимодействия попутных приточных струй с основной транзитной струей Боздуха в тоннеле координаты приточных струй зависят от отношения скорости сносящего потока к скорости приточной струи,от угла подачи приточной струи и от места удаления струи от приточного отверстия.Лолучена эмпирическая зависимость для расчета координат оси приточной струи в сносящем потоке в тоннеле:

Таким ооразом.в результате теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета оптимальных углов подачи приточного воздуха в тоннель с односторонним и двусторонним движением транспортных средств.Чтобы 01гределить оитимальные углы, неосходто:первоначально задаваясь средним по длине тслнеля углом подачи приточного воздуха, определить суммарный воздухообмен в тоннеле с учетом эжекции по ; формулам /11/или/12/ для режима аварийной остановки транспорта,или/13/ для рабочего режима,а далее, учитывая, что 1/*^ = (£1_"1-8йл определить углц-'/по зависимое« /15/,из учета заполнения приточными струями всего сечения тоннеля/ подучи воздуха по длине тоннеля и в ко- ', нечном итоге провер гь их соответствие в среднем углу, заданному налог первоначшхьно.В случае несоответствия задаться другим средким углом ■

повторить расчет, подобрать оптжальные углы.По этой методике рэзраг.о-

*' *

таны программ« для расчета на ЭВМ,

• В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований йлияния ветрового напора на проветривание тоннелей,проведенных на аэродинамической трубе Ленинградского кораблестроительного института.Для , этой цели в рабочую площадку аэродинамической трубы длиной 2300мм с ди-" амотроы сопел 1750мм помещался экран,на котором.крепилась модель тоннеля' и прилегающей к нему местности,выполненная в масштабе 1:100 /см.рис.2/,

Ветровые нагрузки могут "как способствовать,так и противодействовать проветриванию тоннеля.Ставилась задача снизить нежелательное противодей-. ствие ветровых нагрузок проветриванию тoннeля¿ ■

Ветровые нагрузки рассчитывают на основании данных о скорости ветра Ь'бети его направлении«^ по формулу:

'Риг-Ср^свй, где Ср-коэффициент ветрового давления.В случае подводных автодорожных тоннелей его называют коэффициентом геометрии тоннеля и окружающего пространства. В случае горных тоннелей - коэффициентом формы горной гряды. Таким образом,на аэродинамической трубе экспериментально определялся коэффициент Ср,характеризушлйся рельефом местности и оформлением .портала. !Го результатам экспериментальных исследований было выявлено,что:

- коэффициент ветрового давления Ср подводного тоннеля оказался меньше 1,т.к. часть ветрового потока проходит над подводным тоннелем;

- коэффициент Ср оказался для конкретного тоннеля близок к1,т.К.уклон подъездной дороги к тоннелю незначителен и верхняя отметка парапета над тоннелем находится выше уровня основного дорожного полотна,что отчасти препятствует проскальзыванию ветрового потока;

- ветровой поток попадает в тоннель за счет ветрового давления на обдуваемый /входящий/ портал и за счет эжектярования у! выходного портала;

- здания и сооружения,расположенные над тоннелем,не оказали существенного влияния на аэродинамику потоков в конкретном тоннеле вследствие их значительного удаления от порталов и гэкоторого смещения относительно проезжей части.

Для уменьшения влияния ветровых нагрузок на проветривание тоннеля предлагались различные способы и конструкций ветровой защиты,однако,как показали экспериментальные исследования на аэродинамической трубе,не . .', удалось достичь ожидаемой высокой эффективности их работы.

В результате экспериментального сравнения четырех конструкций ветровой защиты был сделан вывод,что наиболее эффективней из'них является' конструкция рассекателя потока ЛИ,выполненная в виде 2 плоскостей,установленных под углом одаа я другой;вершина рассекателя-расположена на-. йре<!у ветровому потоку.Применение| этой конструкции позволило снизить ¿озффйциент ветрового давления до значения Ср=0,782.

Эпюра давлений,полученная в ходе экспериментальных исследований етой кдус/грукДйи,показала,что ветровой поток,проходящий в этом случае по тоннели принимается к верхней и боковым стенкам тоннеля.Визуальные наблюде-

ния виявшш.что часть воздуха у задуваемого портала ажентирувтся сгшзу за конструкцией и уходит поверх тонне ля. У выходного порт'яа воздух з:хек-тируется сверху над топелем и создает подобие воздушной завесы дня воздуха, выходящего из тоннеля. Следует отметать,что полученные результата справедливы дам конкретного подводного..тоннеля И требуют дополнительных исследований применительно к другим тоннелям.

Была выдвинута гипотеза,что небольшие изменения конструкции порталов могли бы привести к снижению влияния ветровых нагрузок на проветривание тонн.еля.а совместно о конструкцией ветровой защиты и к определенному эффекту. Изменялась форма верха портала /над въездом в тоннель - наличие а отсутствие парапета/.Снятие парапета над порталом позволило значительно снизить коэффициент ветрового давления,г.к.часть ветрового потока проскальзывает над тоннелем,а не- затормаживается у парапета /тарапзт молно рассматривать как загекатель у тройника ка праходЛНаиОольшиЙ эффект был достигнут при снятии парапета и установке рассекателя потока ЛГИ. Итоговое значение коэффициента ветрового давления С^ в этом случае получалось равным 0,58,т.е.удалось почти в 2 раза снизить ветровое давление в тоннеле.

■ В пятой глава приводятся результаты натурных исследований систем вентиляции на действующих тоннелях.С целья> проверки выдвинутых гипотез,полученных теоретических зависимостей,а также сопоставления результатов лабораторных исследований били проведены натурные испытания на Рикотс-ком автодорожном тоннеле /Грузия/ и на Сусамырском тоннеле /Кыргызстан/. Результаты этих исследований показали,что;

- величина коэффициента ветрового давления в горних юннелях,как правило,больше 1,в то время как в подземных /подводных/ -меньше 1,т.к.склон горн задерживает ветровой ноток,который устремляется в тоннель.Аэродинамическая картина течений вблизи портала очень сложная и во многом определяется рельефом местности.На Рикотском тоннеле С =1,4;на Сусашреком Ср=4,7;

- справедливы полученные теоретические расчетные зависимости для расчета продольно-поперечной приточной,вытяжной и комбинированной схем вентиляции с учетом естественных факторов;

- по параметру распределения концентраций вредностей по длине Рикотско-го тоннеля был сделан вывод,что в рабочем режиме продольно-поперечная приточная схема предпочтительнее вытяжной и комбинированной схем;

- по коэффициенту качества,характеризующему распределен з концентраций вредностей по сечению тоннеля,сделан вывод, что наибольшая равномерность разбавления вредностей достигается при приточной схеме /верхняя раздача_ воздуха/,что подтверждает хорошую эффективность ае работы.Ира витялной схеме повышенные концентрация иоино ожидать в иикней и верхней зонах тоннеля,при комбинированной - в верхней зоне.

В шестой глада приведена кетоди-'...' расчета продольно-поперечно!', схаги

1Ъ

вентиляция и дано технико-экономическое обоснование диссертационных решений.

Расчет производится по следующему плану:

1.Расчет треоуемого количества воздуха для разбавления вредностей в тоннеле. .

2.Расчет естественной тяги.

3.Обоснование необходимости механической вентиляции и выбор схещ. 4.Расчет схемы /продольно-поперечной приточной/ вентиляции, Б.Корректировочная оценка влияния ветровнх нагрузок при выбранной схеме. Описываются алгоритмы программы дня расчета на ЭВМ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЖОДЫ.

Выполненные в работе теоретические, и экспериментальные исследования' позволили детально проанализировать существующие схемы вентиляции ав-тодорояшых тоннелей и определить области их применения,повысить эффективность работы продольно-поперечной приточной схемы вентиляции и разработать методику расчета продольно-поперечной приточной схемы.Учет естественных факторов позволяет более полно отразить характер аэродинамических процессов,происходящих в тоннеле, и выбрать наиболее аффективный способ проветривания тоннеля. ,

Материалы,рассмотренные в диссертации,позволяют сделать следующие, выводы:

1» Приведенные данные свидетельствуют о специфических особенностях вентиляции автодорожных тоннелей.Традиционные методы расчета вентиляции не учитывают в полном объеме многих факторов и процессов,происходящих в тоннелях,таких как воздействие ветрового напора,поршневого эффекта, и других естественных факторов,влияющих на проветривание тоннелей, а также процессов взаимодействия струй и изменений давлений по " длинв тоннеля,что приводит либо к повышенным концентрациям вредностей-и ухудшению условий труда,либо к перерасходу капитальных'и эксплуата- . ционных яаграт.

2. Получена"расчетные зависимости для определения количества воздуха в,тоннеле,вызванного поршневым эффектом движущегося транспорта в тоннелях с односторонним и двусторонним движением транспорт-..

3. Получены завпоймостя. для расчета воздухообмена в тоннелях при. продольно-поперечных схемах с учетом ветрового давления, поршневого эффекта, перепада плотностей воздуха.

. 4, Из. сравнения по коэффициенту воздухообмена' различных способов продольно-поперечной схемы вентиляции вытекает,что наиболее эффективна продольно-поперечная.приточная схема..

, .Б, .Установлено,что на равномерность раздачи ьиздуха из вентканала в тоннель при продольно-поперечной приточной, вентиляции существенное , влияние оказывает изменение статического., давления не только, по длина

воздуховода,но а по длине тонаеля.С учетом этого (¿.актора разработана методика- расчета воздуховодов равномерной раздачи в тоннель.

6.Учитывая фактор взаимодействия струй в тоннеле и способность струй заактировать дополнительные объем« воздуха,предложен способ вентиляции автодорожных тоннелей по продольно-поперечной приточной схеме,заключающийся В т*:.л,что приточный воздух- подается под углами к оси тоннеля, изменяющимися по его длине.

7.Предложен новый критерий для моделирования движения автотранспорта, ■увязывающий подвижность воздуха со скоростью движения транспорта,его •■•

интенсивностью и лобовым сопротивлением.С учетом предложенного критерия разработана методика моделирование аэродинамических процессов в автодорожных тоннелях.Во ВНИИГСе создана физическая воздушная модель автодорожного тоннеля с имитацией движения транспорта и газовых выделений.

8.Для изучения влияния ветровых нагрузок на проветривание тоннеля была создана модель тоннеля и окружающей его местности,помещенная в рабочую зону аэродинамической трубы.На этой модели определялась величина коэффициента ветрового давления подводного тоннеля при различных конфигурациях порталов и конструктивных элементах ветровой защиты.Наибольший эффект был добтигнут при снятии парапета и установке рассекателя ЛГИ.

'9.В результате натурньс испытаний на Рикотском тоннеле и на Сусамыр-схом тоннеле подтверадены выводы о работоспособности продольно-поперечной' приточной схемы рентиляции и влиянии естественных факторов на про-.ветривание тоннелей.Теоретические и полуэмпарическиа зависимости для расчету продольно-поперечной приточной схеш с учетом естественных факторов подтверждены натурными испытаниями.

10.Разработан метод расчета продольно-поперечной приточной схемы вентиляции автодорожных тоннелей с учетом естественных факторов,включающий в себя методику расчета воздуховодов равномерной раздачи и определения оптимальных углов подачи приточного воздуха о учетом специфических особенностей раздачи воздуха в автодорожный тоннель,

По разработанным методикам составлены программы для расчета на ЗШ.

Экономический эффект'от внедрения результатов дисоертацпонних исследований составил 129 тыс.рублей. .и,

Основные положения диссертация опубликованы в следующих работах:

1.Исследование аэродинамических характеристик воздушйых потоков в автодорожных тоннелях//йндустриальные отопительно-венти&ящююше и сани-тарно-техническиа системы и технология их монтажа:Сб.науч. трудов ВШМГС, Л. ,1986,с.14-20/соавторы:Ганес И.Л..Никольский В.В..Яшкуль А.Г./.

2.Естественная вентиляция ц область ее применения при проектировании , автодорожных тоннелей с односторонним движением транспортных средств// Монтажные и специальные строительные работы.Серия Монтаж Сантехнических и вентиляционных устройств.Зкспресо-информацая.Ы.', 1937,К&с. 12-13.

3.Естественная вентиляция автодорожных тоннелей//йентиляция шахт к

рудников.Комфортность:'^"безопасность атмосферы:Сб.науч.трудов ЛГИД., 1968,с.£1-95/соавтор:Барский A.C./.

4,Новый метод расчета воздуховодов в автодорожных тониеля£//Транопорт~ ное строительство,М., 1989,ИО,с. 18-19/соавторы:Едина H.A.,Барский A.C./.

Б.Воздузораслределеняе в автодорожных тоннелях, с односторонним движешь--ем тренспорт/шх средств при продольно-попэречной.схема вентиляции//Йн-v дустриальные системы вентиляция и кондиционирования воздуха:Сб.науч.трудов ВНШГС, Л. ,1990,0.82-88. > • ".:, -.'

6.Проектирование продолыго-полэречной схемы вентиляции автодорожных # тоннелей с двусторонним движением транспортных средств//Энергетика и ' электрификация,Гидроэлектростанции,гидротехническое строительство.Экспресс-информация Jí8 ,М., 1м{юрмэнерго, 1990, с. 13-18.

7. Способ проветривания горных выработок.Авторское свидетельство №1621883 бюллетень Л'1,1989 /соавторы.-Барский A.C..Баранов B.C./.

8.Характерные черты вентиляция автодорожных тоннелей в Советском Союзе /на англ.Язнке///Аэродшамика и вентиляция транспортных тоннелей.Великобритания, 19S1,с.861-1.76 /соавтор-.Барский A.C./. •

9. Совершенствование продольно-поперечной с хеш вентиляции автодорожных тоннелей /на э;-.гл.языке///Аэрод1шамик.а. и вентиляция транспортных тоннам ' лей.Великобритания, 1991,с.877-902 /соавтор-.Барский A.C./,

Ю.Методика расчета воздуховодов равномерной раздачи, воздуха в тонне-лях/Щормационный листок Ж 870-91, ЛенЦНТИ, 1991. ' ' '

11.Проектам вентиляция тоннелей - научное обоснование.Забой.Ньюолегтер подземного строительства,Jf£,T»lP,M., 1991,

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ■ '.

ßx,h.-размеры приточного отверстия,м;С -концентрация вредностей,кг/иР, с -коэффициент лобового, сопротивления машины; Е> -гидравлический /эквивалентный/диаметр,ы; F -площадь поперечного сечения,м2; /ф-площадь миделево го сечения маииян,м2;#-площадь сечения первого отверстия,f.;2; ^ -ускорение свободного падения, м/с2; Кс-козфф:.ци0нт воздухообмена; ^^-коэффициент &жекгрш;L -объемный расход воздуха,м3/с; 6-длина,к;|Т)-количество приточных отверсткй,мт;//-порядкмзый номер отверстия;П--число машин,од-. повременно находящихся в тоннеле на одной-полосе движения,шт;Р-давление, Па; Vo-скорость движения транспорта до тоннелю, м/с; if -скорость воздуха, vjс;х,у-координаты по длине и высоте/ширине/,м; I -число полос движения в тоннеле -угол подачи приточного воздуха к.оси тоннеля,град; cL -угол направления ветра к оси тоянвля,град; о^-полравочный,коэффициент на скоростное давление;^ -удельный„вес воздуха,Н/м ; J-коэффициент гидравлического сопротивления;А -коэффициент гидравлического трения воздуха о стенки ;Д-гоэффициент расхода; J1 -плотность воздуха,кг/м3.

'- ИНДЕКСЫ . . ' • .'. в -вангканал;вент -вентиляция;вет -вегер;вх -входящий;к -канал;отв -отверстие;^ -приточный;сн -сносящий;ср -среднее;ст:-стртическое;стр -струя; т - тоннель; .ух - уходящий; .эж. - зжектируемый. _____ .'