Автодорожные тоннели, или как построить тоннель?

Автодорожные тоннели - неотъемлемая часть современных мегаполисов - от Москвы до Нью-Йорка. Их использование помогает не только разгрузить наземные магистрали, сократив их протяженность, но и повысить защищенность автодорог от воздействия природных факторов. Большое значение при этом имеет создание под землей необходимых для работы и пребывания людей параметров воздушной среды. Проектировщику необходимо также принять меры для предотвращения вредного влияния самих подземных сооружений на окружающую их местность.

Суть последней проблемы в том, что, являясь частью автодороги, тоннель, подобно ей, оказывает воздействие на окружающую среду. И хотя это воздействие носит локальный характер, интенсивность его зачастую оказывается намного больше, чем при строительстве и эксплуатации дорог.


Основные виды воздействия автодорожных тоннелей на окружающую среду:

* загрязнение атмосферного воздуха;
* загрязнение водного бассейна, в том числе поверхностных и подземных вод;
* загрязнение почвы;
* шумовое и вибрационное воздействие;
* воздействие на историко-архитектурные
ансамбли;
* снижение эстетической ценности районов строительства и эксплуатации;
* потребление возобновляемых и не возобновляемых природных ресурсов.

Взрывать или не взрывать?

Следует отметить, что в период строительства риск и масштабы воздействия перечисленных негативных факторов определяются в основном технологией ведения горнопроходческих работ (буровзрывная технология, комбайновая проходка, проходка с помощью тоннелепроходческих механизированных щитов - ТПМЩ). Зависят эти масштабы и от места расположения тоннеля (тоннели под водными преградами, тоннели в районах плотной городской застройки и т.д.).
По мнению группы ученых ОАО "Ленметрогипротранс" (С. Гендлер, Е. Домпальм, А. Истомина), нашедшему отражение в докладе на Международной конференции "Освоение подземного пространства в городской застройке" (Санкт-Петербург), наиболее неблагоприятной, с точки зрения конечного воздействия на окружающую среду, следует считать буровзрывную технологию. Ее использование не только характеризуется выбросом в окружающую среду вредных газообразных и аэрозольных веществ, являющихся продуктами взрывных работ, но и значительным сейсмическим воздействием.
Напротив, наиболее экологически безопасной, по-видимому, является технология проходки с помощью ТПМЩ, позволяющая предотвратить осадки земной поверхности, изменение уровня грунтовых вод и многократно снизить выбросы в атмосферу загрязняющих веществ.
В период эксплуатации автодорожных тоннелей, при наличии всего спектра влияющих факторов, основное влияние на окружающую среду смещается в сторону воздействия на атмосферный воздух, которое связано с выбросом загрязняющих веществ различной химической и физической природы.


Основными загрязняющими веществами химической природы, которые принимаются во внимание, являются оксиды углерода и азота, углерод (сажа), углеводороды (бензин, керосин), сернистый газ, формальдегид, бенз(а)пирен. Кроме загрязняющих веществ, выделяющихся при работе двигателей внутреннего сгорания, в процессе движения транспорта образуются и частицы так называемой "не выхлопной природы". Эти твердые частицы появляются в результате разрушения резиновых покрышек, тормозных колодок и покрытия дорог.
Очевидно в связи с этим, что одним из факторов, который необходимо учитывать при выборе технологии проходки тоннелей, должна быть оценка воздействия данной технологии на окружающую среду.

Найти и обезвредить

Первым шагом на пути оценки воздействия автодорожных тоннелей на атмосферный воздух, утверждают питерские ученые, должно явиться определение величины выброса от автомашин различного типа и грузоподъемности. Эта величина зависит от уклона тоннеля, скорости движения автотранспортного средства, температуры окружающей среды и высоты тоннеля над уровнем моря.
Кроме того, нормативная величина выброса связана с принятым стандартом топлива (от Евро-1 до Евро-4). Стандарты выбросов для оксидов углерода и азота, сажи (углерода) и твердых частиц "не выхлопной природы", принятые Мировой дорожной
ассоциацией (WRA), ориентированы лишь на расчет количества воздуха, необходимого для подачи в тоннели. К тому же использование этих стандартов для условий России является не вполне легитимным.
Между тем в отечественной нормативной литературе отсутствуют данные, характеризующие величины выбросов в зависимости от всех вышеупомянутых параметров, что приводит к снижению достоверности оценки воздействия выбросов в атмосферу. Это особенно характерно при выполнении прогнозных расчетов на период 10 и более лет.

Таким образом, одной из задач, решение которой необходимо для повышения достоверности оценки воздействия автодорожных тоннелей на окружающую среду, является определение нормативных значений выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта.
Как отмечалось выше, в отличие от автодорог, где выброс загрязняющих веществ распределен по участку дороги в целом равномерно, при эксплуатации тоннелей происходит локальный выброс этих веществ или из портала тоннеля, или из вентиляционной выработки (ствол, штольня и т.д.). При этом загрязняющие вещества накапливаются в воздухе по мере его движения от места подачи в тоннель до места удаления от него. Концентрация загрязняющих веществ в исходящей воздушной струе определяется протяженностью тоннеля, его сечением, профилем трассы, схемой вентиляции и количеством воздуха, интенсивностью и структурой транспортного потока, скоростью движения транспорта, количеством полос, направлением движения транспортных средств (одно - или двунаправленное).
Для автодорожных тоннелей схема вентиляции и расход воздуха выбираются таким образом, чтобы обеспечить концентрацию загрязняющих веществ в удаляемом воздухе в соответствии с требованиями СНиП 32-04-97. Но он определяет при штатном режиме движения автотранспорта лишь предельно-допустимые концентрации оксида углерода, изменяющиеся в зависимости от времени пребывания в тоннелях транспортных средств, - в пределах 21-60 мг/куб. м.

В то же время предельно-допустимые концентрации упомянутых выше загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, регламентируемые ГН.2.1.6.13.38 - 03, составляют: для СО - 5 мг/куб. м, для М02 - 0,2 мг/куб. м, для сажи (углерода) - 0,15 мг/м куб.

Разница между нормативными предельно-допустимыми концентрациями загрязняющих веществ в воздухе, удаляемом из тоннелей, и ПДК, определяемыми требованиями охраны атмосферного воздуха, приводит к необходимости поиска рациональных решений по минимизации негативного воздействия на окружающую среду. В основе возможных решений должно лежать определение места и способа удаления загрязненного воздуха из тоннеля, что связано с выбором схемы вентиляции.
В качестве иллюстрации ученые рассматривают влияние на распределение концентраций оксида азота в атмосфере вентиляционного воздуха, удаляемого из тоннеля. За источники выброса здесь принимаются вентиляционные шахты и порталы тоннеля. Для расчетов используются концентрация оксида азота в удаляемом из тоннеля воздухе, равном 4 мг/м куб. Расход воздуха 0=200 м куб./с. Величина выброса оксидов азота при этом составит 0,8 г/с.
Результаты вычислений представлены на рисунках 1, 2.

Анализ результатов расчетов, представленных на рисунке 1, показывает, что при удалении загрязненного воздуха через порталы тоннелей расстояние от оси дороги, на котором концентрация оксида азота в атмосферном воздухе достигает предельно-допустимых значений, составляет 350 метров. Причем эти расстояния незначительно зависят от высоты над поверхностью дороги. При выбросе же загрязненного воздуха через вентиляционные стволы высотой 10 м расчетные концентрации оксида азота в атмосферном воздухе не превышают ПДК во всем диапазоне исходных данных (высоты над поверхностью дороги и расстояния от ее оси).
Таким образом, выбор схем проветривания автодорожных тоннелей необходимо осуществлять с учетом экологических требований, подчеркивают авторы доклада.

Свежие решения

Безусловно, большое значение для нормальной работы тоннеля имеет вентиляционное оборудование. Автомобильные тоннели нуждаются в системах вентиляции, которые подают переменный поток воздуха в соответствии с условиями движения транспорта и могут сохранять работоспособность в аварийных ситуациях, при пожаре.

Существует несколько основных способов вентиляции. Поперечный или распределительный, при котором наружный воздух из приточного воздуховода подается в тоннель через специальные отверстия, равномерно расположенные по длине тоннеля, и вытягивается через такие же отверстия, расположенные в вытяжном воздуховоде. Приточные и вытяжные отверстия при этом располагаются в шахматном порядке. При полупоперечном способе чистый наружный воздух подается в тоннель принудительно, как и при поперечном способе, а отработанный проходит по всему тоннелю и выходит наружу через порталы тоннеля или специальные вентиляционные шахты, расположенные по длине тоннеля. Третий способ - продольный, при котором тоннель служит воздуховодом, по которому проходит воздух, необходимый для вентиляции этого тоннеля.


Вентиляторы, принимаемые в тоннелях, должны обладать высоким коэффициентом полезного действия и перегонять большие объемы воздуха. Они должны работать как на прямом, так и на реверсном ходе. Важно, чтобы вентиляционное оборудование имело наименьшие размеры и занимало малую площадь.
Современное оборудование, применяющееся для вентиляции тоннелей, выполняет эту задачу эффективно, надежно и бесшумно. Существует целый спектр осевых вентиляторов, которые отличаются долговечностью, небольшим объемом технического обслуживания, устойчивостью к коррозии и взрывозащищенными двигателями с автоматическим регулированием шага или приводом с переменной скоростью и могут обеспечивать обратный поток (реверсию) до 100 процентов. Такие вентиляционные системы и вентиляторы уже нашли применение во многих тоннелях Европы, Северной Америки, России.

Отверстия для выброса воздуха, удаляемого из тоннеля наружу и содержащего вредные вещества, и рассеивание этих веществ следует предусматривать и обосновывать расчетом. Так, чтобы концентрация их в атмосферном воздухе у ближайших жилых и общественных зданий, а также массивов зеленых насаждений не превышала ПДК, требуемых санитарными нормами проектирования промышленных предприятий для атмосферы населенных пунктов и нормами для зеленых насаждений.
В целом тенденция широкого использования автодорожных тоннелей, характерная для большинства крупных городов мира, в последние годы начинает все активнее проявляться в нашей стране. И очевидно, что ее положительное развитие во многом будет определяться возможностью обеспечения безопасной жизнедеятельности подземных объектов в процессе их строительства и эксплуатации.
***
Современное оборудование, применяющееся для вентиляции тоннелей, выполняет эту задачу эффективно, надежно и бесшумно.

Информация по теме:

Своё мнение: