В гражданском строительстве прокладка тоннелей – одна из немногих областей, где постоянно исследуются новые горизонты. Это захватывающая и быстро развивающаяся область, в которой новаторские процессы являются обычным явлением, а инновационные идеи продолжают переписывать правила.
Тоннель Кайзермулен в Вене считается самым безопасным автодорожным тоннелем в мире. При общей длине 2 150 м и ежедневной нагрузке в 100 000 автомобилей он является одним из наиболее интенсивно используемых туннелей в Австрии. Он считается самым безопасным автодорожным туннелем, поскольку оснащен лучшим в мире тоннельным оборудованием.
В тоннеле используется более 2 000 ламп для освещения и 104 вентилятора для вентиляции, для автоматического контроля пожара проложено 7,5 км сенсорных кабелей, а два вентиляционных здания с вентиляторами обеспечивают полный обмен воздуха за 10 минут.
В общей сложности 22 ниши для экстренного вызова с шагом 200 м и девять колонн экстренного вызова перед порталами позволяют связаться с охраной тоннеля. 50 роботов-видеомониторов контролируют тоннель. Радиоусилители и антенные кабели на крыше тоннеля обеспечивают связь для обслуживающих команд. Для подачи воды на пожаротушение предусмотрен специальный трубопровод, питающийся от реки Дунай.
Тоннель Кайзермулен
Диспетчерская работает днем и ночью, а охране туннеля помогают 13 автоматических пожарных программ и более 150 программ движения. Лаконичная система управления движением и информации помогает пользователям реагировать на неожиданные ситуации. Три резервные электростанции и аккумуляторы, а также мобильный и стационарный генератор защищают от полного отключения электричества.
В этой статье мы рассмотрим различные установки, необходимые для эксплуатации тоннеля, такие как установки для управления движением, установки для телекоммуникаций, вентиляции, противопожарной защиты, освещения тоннелей и дренажа.
- 3.1 Вентиляция во время строительства
- 3.2 Сервисная вентиляция
1. Установки для управления движением
Установки для управления движением внутри тоннеля включают в себя:
Дорожные знаки и светофоры в туннеле
2. Установки для телекоммуникаций
В туннеле должно быть установлено следующее основное оборудование для телекоммуникаций.
2.1 Оборудование для экстренных вызовов
Оборудование для экстренных вызовов должно быть предусмотрено в тоннелях длиной более 500 м с интервалом между ними 150 м. Порталы и ниши для разворотов также должны быть оснащены оборудованием для экстренных вызовов. Телефонные будки должны иметь стеклянные двери, открывающиеся в сторону тоннеля.
Средства экстренного вызова внутри тоннеля
2.2 Служебные телефоны
В тоннелях длиной более 1 000 м на каждой станции обслуживания, а также в каждом диспетчерском пункте должны быть установлены служебные телефоны. Без них можно обойтись, если предусмотрены средства радиосвязи.
2.3 Радиосвязь
В туннелях длиной более 1 000 м или с высокой интенсивностью движения необходимо обеспечить радиосвязь для пожарной команды, полиции и дорожной администрации, а также для объявлений о движении. Внутри туннеля следует разместить радиовещательное оборудование и громкоговорители для оповещения пользователей туннеля.
3. Вентиляция
Что касается вентиляции тоннеля, то необходимо предусмотреть две различные системы вентиляции. Первая – это вентиляция во время строительства (т.е. во время проходки тоннеля), а вторая – служебная вентиляция (т.е. во время эксплуатации тоннеля). Затраты на последнюю составляют до 30% от общей стоимости строительства.
3.1 Вентиляция во время строительства
Вентиляция во время строительства обеспечивается с целью подачи кислорода. Содержание O2 в воздухе не должно опускаться ниже 20 % от занимаемого объема воздуха. При объеме ниже 18 % дыхание невозможно, поэтому следует использовать защитные маски. Недостаток кислорода обусловлен:
Основной причиной обеспечения подачи кислорода является очистка воздуха во время строительства. Во время строительства необходимо удалить следующие загрязняющие вещества
Вентиляция во время строительства
Мелкая пыль SiO2 с диаметром частиц менее 5 мкм оседает в легких и может вызвать смертельные заболевания, такие как силикоз, затвердевая в легочной ткани. Радиоактивность, обусловленная радоном и продуктами его распада, не должна превышать 1 000 – 3 000 беккерелей на м3 воздуха.
Концентрация метана от 4 до 14 % объема может привести к взрыву. Вентиляция также служит целям охлаждения. Следует учитывать геотермию. Помимо геотермии, дополнительным источником тепла может быть гидратация бетона. Можно рассмотреть следующие варианты вентиляции:
Приток и вытяжка воздуха во время строительства туннеля обеспечивается с помощью воздуховодов. В основном, воздуховоды представляют собой выдвижные трубы, изготовленные из синтетических или стальных листов. Их поперечное сечение составляет от 1/60 до 1/30 поперечного сечения тоннеля. Необходимое количество свежего воздуха составляет 20 м3/мин на человека.
3.2 Служебная вентиляция
Вентиляция предназначена для защиты от загрязнения, обеспечения видимости и, в случае пожара, для обеспечения путей эвакуации, подъезда спасательных команд и уменьшения ущерба. Необходимый приток свежего воздуха должен быть рассчитан в соответствии с предполагаемым транспортным потоком, чтобы гарантировать, что следующие концентрации не будут превышены:
Концентрация CO < 100 ppm КонцентрацияNOx < 25 ppmПропускная способность: коэффициент экстинкции < 7 x10-3 m-1Скорость воздуха (усредненная по сечению) < 10 м/сОграничения по концентрации загрязняющих веществ внутри туннеля
В железнодорожных туннелях (в частности, метрополитенах) охлаждение, т.е. удаление теплого воздуха (например, из-за локомотивов), также обеспечивается за счет вентиляции.
Автомобильный транспорт производит максимальное загрязнение при скорости 10-15 км/ч. Увеличение количества автомобилей, оснащенных катализаторами, приводит к значительному снижению потребности автодорожных тоннелей в свежем воздухе, которая, в зависимости от соотношения грузовиков и уклона, составляет от 30 до 50%.
Для вентиляции тоннеля после строительства в мире используются четыре типа вентиляционных технологий; эти технологии рассматриваются ниже.
3.2.1 Естественная вентиляция
Естественная вентиляция осуществляется за счет разницы давления между порталами, а также за счет поршневого действия транспортных средств.
3.2.2 Вентиляторы
Вентиляторы должны располагаться на расстоянии, в десять раз превышающем диаметр тоннеля, и обеспечивать продольную вентиляцию. Направление обдува может быть реверсивным. Большие вентиляторы обеспечивают большую тягу, связанную с затратами на установку.
Вентиляторы, установленные внутри туннеля для вентиляции
3.2.3 Полупоперечная вентиляция
Свежий воздух поступает из специальных путей, перпендикулярных продольной оси тоннеля, а загрязненный воздух выходит из порталов. Это подходит для тоннелей длиной от 2 до 4 км со средней транспортной нагрузкой. В качестве альтернативы, использованный воздух удаляется через специальные каналы, а свежий воздух поступает через порталы. Таким образом, наихудшее качество воздуха наблюдается в середине тоннеля. Скорость воздуха достигает максимума вблизи порталов.
3.2.4 Поперечная вентиляция
Свежий воздух поступает, а загрязненный воздух удаляется перпендикулярно оси туннеля. В основном, для поперечной вентиляции используются каналы с площадью поперечного сечения до 25 м2. Воздуховоды проектируются с точки зрения аэродинамики, а площадь воздуховода учитывается с точки зрения технического обслуживания.
Для длинных туннелей могут потребоваться вентиляционные шахты или вентиляционные штольни, которые прокладываются параллельно туннелю. Система вентиляции, представленная в таблице-1, является стандартной системой вентиляции, которая разработана в соответствии с международными стандартами по оборудованию и обслуживанию автодорожных тоннелей. Однако, если тоннель расположен в месте, где воздух более загрязнен, то в дополнение к Таблице-1 следует использовать электростатические фильтры.
Поперечная вентиляция тоннеля
Длина тоннеля в кмДлина тоннеля в км Двунаправленная одна трубаОднонаправленная две трубыВентиляция< 0,4< 0,7естественная вентиляция с предупреждением СО< 2< 4вентиляция< 4< 6вентиляция и вентиляционная шахта< 0,5< 2реверсивная< 1< 2полупоперечная вентиляция< 2< 6поперечная вентиляцияТаблица-1: Система вентиляции, используемая при прокладке тоннелей
4. Противопожарная защита
Меры по борьбе с огнем должны существовать активно и пассивно. Активные меры направлены на тушение пожара с помощью пожарных извещателей, огнетушителей, спринклеров, аварийной вентиляции и телекоммуникационных устройств.
Пассивные меры направлены на минимизацию ущерба, например, с помощью огнестойкого бетона, синтетических материалов, не выделяющих токсичных газов при горении, безопасных электрических кабелей, проложенных под проезжей частью, поперечных дренажных труб, собирающих вытекающее топливо, использования материалов с низкой пористостью, а также четких сигналов, указывающих пути эвакуации.
Огнетушители и спринклеры, установленные внутри туннеля
5. Освещение автодорожных тоннелей
Автодорожные тоннели должны быть достаточно освещены. Освещенность постепенно снижается от портала по направлению к внутренней части туннеля. Как правило, тоннель делится на три основные части по освещенности.
Первые два – это входная и переходная секции. Длина входного участка – это длина для остановки транспортного средства. На переходном участке освещенность постепенно снижается. Его длина зависит от следующих величин:
Основная освещенность относится к остальной части туннеля. Яркость должна составлять 3 кд/м2, где снижение на 30% учитывает загрязнение и старение (единица измерения яркости – кд/м2). Яркость должна быть равномерной в пределах туннеля.
Освещение автодорожных туннелей
Чтобы облегчить адаптацию глаза, порталы должны быть как можно более темными. Поэтому, если это возможно, следует использовать галереи и конструкции для снижения освещенности. Для достижения максимальной освещенности и легкой очистки внутренние стены туннеля должны быть покрыты ярким и отражающим, но не ослепляющим покрытием, которое необходимо регулярно очищать.
Хорошим решением является установка эмалевых панелей на стену туннеля. Целями внутренней отделки являются:
Во время отключения электроэнергии ниши для экстренного вызова и некоторые промежуточные точки, а также перекрестки должны быть освещены.
6. Дренаж
Дренаж является очень важным элементом тоннеля. Когда грунтовые воды взаимодействуют с тоннелем, становится важным собрать и отвести воду, чтобы сохранить работоспособность тоннеля. Необходимо собирать и отводить следующие воды:
В отличие от смешанной системы, где все типы воды собраны вместе, грунтовые воды, с одной стороны, вода осадков (поступающая из порталов) и техническая вода (используемая для обслуживания или пожаротушения), с другой стороны, отводятся в отдельные трубы, называемые раздельной системой (двойная дренажная система). В случае вытекания горючих жидкостей необходимо предусмотреть меры по предотвращению распространения огня.
По бокам тоннеля устанавливаются продольные дренажи. Их диаметр зависит от уклона (не менее 0,5%) и от материала трубы и должен составлять не менее 15 см. Очистные и промывочные шахты следует предусматривать с шагом 50-65 м. Вода удаляется с проезжей части с помощью продольных дренажей диаметром ≥ 20 см, с уклоном ≥ 0,5% и очистных шахт с шагом, например, 110 м. Следует учитывать возможную агрессивность воды, а также опасность замерзания.
Часто задаваемые вопросы
Какова цель монтажа эмалевых панелей на стене тоннеля?
Целями монтажа эмалевых панелей на стене тоннеля являются:
1. Идентификация выравнивания с помощью разницы в освещенности между стенами и поверхностью дороги
2. Предоставление водителям возможности оценить расстояние до стен
3. Скрытие проводов и труб, отвлекающих внимание водителей.
Каковы активные и пассивные меры противопожарной защиты в тоннеле?
Активные меры направлены на ликвидацию пожара с помощью пожарных извещателей, огнетушителей, спринклеров, аварийной вентиляции и телекоммуникационных устройств. Тогда как пассивные меры направлены на минимизацию ущерба, например, с помощью огнестойкого бетона, использования синтетических материалов и т.д.
Каковы типы туннельной вентиляции?
Ниже перечислены типы туннельной вентиляции:
1. Естественная вентиляция
2. Вентиляторы
3. Полупоперечная вентиляция
4. Поперечная вентиляция
Тоннелепроходческая машина: Работа гиганта тоннелестроения
Неудачи при прокладке тоннелей – причины и способы устранения [PDF]
Новый австрийский метод прокладки тоннелей (NATM): Проектирование и эксплуатация
Читайте далее:- Тоннель под Ла-Маншем: Строительство самого длинного в мире подводного тоннеля.
- Вентиляция в тоннелях – Типы вентиляционных систем при строительстве тоннелей.
- Туннель Атал Рохтанг: Строительство самого длинного в мире автодорожного тоннеля на высоте 10 000 футов.
- Тоннель Ченани-Нашри: Самый длинный в Индии двунаправленный автодорожный тоннель.
- Готардский базовый тоннель: Особенности строительства самого длинного в мире тоннеля.
- Выравнивание тоннеля: В чем его важность при строительстве тоннелей?.
- Подводный плавучий тоннель: Принцип, особенности и проблемы.