Bố trí hệ thống thông gió dọc với các giếng đứng hút và đẩy gió xen k ẽ.. 129..[r]
Trang 1c ơ sỏ H Ạ T Ầ N G K Ỹ T H U Ậ T BÊN T R O N G C Ô N G TRÌNH H Ầ M GI AO T H Ô N G
C h ư ơ n g V
T rong quá trình khai thác, để bảo đảm an toàn và thoả m ãn các điều kiện vận hành đối với từng loại giao thông trong công trình hầm giao thông, cần phải xem xét bố trí trong hầm các hệ thông kỹ thuật sau:
- Các thiết bị thông gió: hệ thống quạt hút đẩy, thiết bị lọc bụi
- Các thiết bị chiếu sáng và điều chỉnh ánh sáng
- Hệ thống an toàn: các thiết bị phòng ch áy chữa cháy, cửa thoát hiểm
- Hệ thống thoát nước; Các; ga ị hy hể thu và trạm iMm sơ thứ cấp.
- Các thiết bị giám sát, điêu khiển: Hệ th ố n g cam êra, loa phát thanh, các thiết bị thu
n h ậ n được nối với phòng điều khiổn trung tâm
- Hệ thống cấp điện: Máy phát dự phòng, trạm biến thế
- Các thiết bị khác: căn cứ vào diều kiện cụ thê cửa từng cổng trình
5.1 T H Ô N G G IÓ TRONG ĐƯỜNG HAM
5.1.1 K h á i niệm ch u n g
Đ ể duy trì sự sống và hoạt động bình thường, con người cần có đủ lượng không khí sạch để thờ Khi các phương tiện giao thông q u a lại trong hầm , nhiên liệu bị đốt cháy sẽ thải vào trong hầm nhiều loại khí độc cùng với bụi, khói, tiếng ồn, hơi nước, nhiệt độ cao làm cho không khí trong hầm bị nhiẻm bẩn Hầm là m ột kh ô n g gian kín và hẹp, do
đó sự tập trung của các chất khí độc lừ các phương tiện giao thông được tích luỹ dần, gây nguy hại cho sức khoẻ của hành khách vả công nhân k h i lưu thông trong hầm M ặt khác, trong địa tầng cũng tổn tại nhiều loại t h í độc như C 0 2, C H 4, H 2S do quá trình phân huỷ sinh vật hoặc phân giải hoá học củia nước dưới đất
Đ ể đảm bảo sức khoẻ và tính mạng của h àn h khách và công nhân khi lưu thông trong hầm , cần đảm bảo không khí trong hầm có t ỷ lệ chất khí độc và các loại bụi, khói ở dưới mức cho phép của quy phạm vệ sinh công nghiệp và tầm n h ìn đảo bảo cho việc lưu thông xe bình thường trong hẩm
119
Trang 2M uốn không khí trong hầm luôn trong sạch, cần đưa vào hầm m ột lượng không khí sạch cần thiết để hoà loãng và đẩy k h í độc ra ngoài Q uá trình này được gọi là th ô n g gió
Có hai cách để thông gió trong hầm:
- Thông gió tự nhiên: làm cho không k h í chuyển động qua hầm dựa vào các yếu tố tự nhiên: địa hình, độ đốc, hướng g ió
- T hông gió nhân tạo (hay còn gọi là thông gió cơ học): sử d ụ n g các hệ thống dẫn gió, quạt thổi, quạt hút/đẩy gió cùng m ột số các biện pháp nhân tạo khác để thông gió
Q uá trình này đòi hỏi phải có nhiều thiết bị và năng lượng cho hệ thống thông gió hoạt động N hiều trường hợp công trình thông gió chiếm m ộ t tỷ lệ khá lớn trong quá trình xây dựng hầm K hi thiết k ế công trình hầm , cần lưu tâm tới việc thiết k ế th ô n g gió
để tãng cường hiệu quả của thông gió tự nhiên, giảm chi p h í xây dựng hệ thống thông gió nhân tạo
Y êu cầu chức năng thiết k ế thông gió: Cần kiểm tra xem đ ố i với m ỗi đường hầm ngoài yếu tố thông gió tự nhiên thì có cần phải b ố trí thêm hệ thống thông gió nhân tạo hay không? V iệc thiết k ế thông gió phải được hoả m ãn các yêu cầu:
- T rong trường hợp hoạt động:
+ Người sử dụng bảo dưỡng hầm cần thiết ở lại lâu dài trong hầm không bị nguy hại
do khí độc;
+ Có tầm nhìn lâu dài cần thiết
- T rong trường hợp bị cháy:
- Đ ảm bảo đường thoát, cứu người ra khỏi hầm (thoát khói, th ô n g gió);
+ T ạo điều kiện thuận lợi cho lực lượng thay thế;
+ H ạn c h ế mức thiệt hại (cho người, xe cộ và thiết bị đường hầm )
N hững chỉ tiêu quyết định đến công tác thiết k ế thông gió:
- N hững chỉ tiêu sau đây cần chú ý trong hoạt động giao thông:
+ Loại giao thông (m ột chiểu, hai chiều, hai chiều theo thời kỳ, lực lượng giao thông tối đa, giao thông ách tắc );
+ Tinh hình thiết k ế (chiều dài, chiều cao, cắt ngang, đường thoát );
+ H oàn cảnh m ôi trường (biện pháp bảo vệ)
- N hững chỉ tiêu sau đây cần bổ sung thêm vào trong trường hợp hoả hoạn:
+ Tinh hình đường thoát;
+ Tiềm năng nguy hiểm
Trang 3K hi thiết kế hệ thống thông gió, trước tiên phải xác định đ ộ sạch yêu cầu của không khí d o khói và do hàm lượng khí COx Khói làm đậm đặc không k h í hạn c h ế tầm nhìn
của người điều khiển phương tiện trong hầm K hí C O x tác động trực tiếp đến quá trình
hô hấp, chuyến tải chất hemoglobin trong m áu của con người
Lượng không khí sạch (gió sạch) thổi vào hầm để làm nhạt khói và hạ thấp tỷ lệ các chất k h í độc xuống dưới mức cho phép được gọi là lượng không k h í sạch (gió sạch) cần thiết Đ ể tính lượng không khí sạch cần thiết, cần xác định được lượng k h í độc thải ra trong hầm Lượng khí độc này lại phụ thuộc vào chủng loại, lượng nhiên liệu đã bị đốt
ch áy trong hầm
Sau đây là các giá trị giới hạn khuyến nghị của nồng độ kh ó i và k h í c o ở giờ cao điểm trong hầm, khi mật độ xe đông nhất của hầm giao thông đ ô thị:
5 1 2 Y êu cầu về k h ôn g khí sạch cần th iết
B ảng 5.1 C ác giói hạn tầm n h ìn d o k h ói (g iờ ca o đ iể m )
Tình hình s ử dụng hầm Hệ s ố tan khói K (m'1)
r
Tẩm nhìn (% )
G iao íh ô n g thông suốt - - 0,005 - 0,007 _ _ 5 0 - 6 0
B áng 5.2 C ác giới hạn k h í c o c h o p h ép (g iờ c a o đ iể m )
trong hầm g ia o th ô n g đ ô thị
Tinh hình sử dụ ng hầm Giao thông thông suốt (ppm) Giao thông tắc nghẽn (ppm)
5.1.2.1 Tính toán lượng kh í độc trong hầm
a ) Đ ối với hầm đường sắt, metro
- Lượng than tiêu thụ khi máy chạy:
E = ° ’ 105-a -H -Z m (KGỵh)
Với: a - hệ số cung cấp than, khi đưa than vào lò thủ công a = 1,03 và khi đưa bằng
các thiết bị cơ giới a = 1,0;
H - diện truyền nhiệt và bốc hơi trong nồi supde, rn2;
1 2 1
Trang 4Z m - suất tiêu hao hơi nước của đ ầu m áy trong lh , K G /m 2.h;
3 - đương lượng kỹ th u ật của than, kcal.kg
Lượng than tiêu thụ khi m áy đ ỗ trong hầm hoặc đóng m áy xuống dốc trong hầm:
Với: z 0 - suất tiêu thụ hơi nước của đầu m áy khi đứng im, K G /m 2.h;
- K hi hầm có nhiều đường vằ nhiều đầu m áy chạy qua:
E=ẳ Eii = l v v i /
(K G /h)
Với: /j - chiều dài đoàn tàu thứ i, m ;
Vj - vận tốc của đoàn tàu thứ i, km /h;
- Lượng nhiên liệu tiêu thụ do đầu m áy điezen:
E = Ẽ G it,( K G )
i = l Với: tj - thời gian đầu m áy chạy trên m ột đoạn hầm , phút;
Gj - lượng nhiên liệu tiêu thụ trên đoạn hầm tương ứng, K G /phút;
- Lượng khói do 1 kg than thải ra:
A p
a
2 3 ,6 V5- C p + 8 H p - O p + S p
(KG)
Với: ^ - hệ số cháy thực tế, = (0,85 H- 0,95);
a - hệ số dư không khí, = 1,50;
A p, c p , H p, O p, s p - trọng lượng của nitơ, cacbon, hydro, oxy, lun huỳnh tring
1 kg than
- Lượng khói do đầu m áy thải ra trong lh :
b) Đ ôi với hầm đường bộ
Lượng khí độc chủ yếu là c o và C 0 2 do việc đ ố t cháy xăng và dầu củ a đ ộ n g cơ tiải
ra Lượng khí này phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
+ Số lượng xe chạy trong hầm , N
+ T ốc độ x e chạy trong từng đoạn, vk
Trang 5+ Lượng nhiên liệu mà xe tiêu thụ, qc
+ H àm lượng oxitcacbon có trong khí thải
- Lượng nhiên liệu do xe tiêu thụ trong ls:
q « = q ' S f e (8/giây>
- Lượng khí độc do ôtô thải ra trên mỗi đoạn hầm:
b, = 6,06.qc [1+ 0,022H - <x.( 1 - 0,023H )]
Với: H - độ chênh cao của cửa hầm so với mực nước biển, m;
a - hệ số dư không khí, = 0,85 -r 0,95
- Lượng khí độc do ôtô thải ra trên đoạn đường hầm dài 1 km , trên đ ó có các đoạn lên dốc và xuống dốc:
Với: A | - tỷ lệ xe lên dốc;
At - tỷ lê xe xuống dốc;
rriị - tỷ lệ xe tương ứng theo từng loại xe;
b'j - lượng khí độc do xe thải ra trong đoạn lên dốc;
b"| - lượng khí độc do xe thải ra trong đoạn xuống dốc
- K hi các xe cùng chuyển động theo một hướng:
Trị số N và các hệ số A |, A2 cần cho trước các giá trị tương ứng trong m ột tương lai gần để phù hợp với niên hạn sử dụng của các thiết bị thông gió
5.1.2.3 Tính toán lượng k h ôn g kh í sạch cần thiết
K hông khí sạch cần thiết được cung cấp cho công trình hầm giao thông nhằm thoả
m ãn 2 m ục tiêu chính sau đây:
- H oà loãng không khí đậm khói trong hầm để không ảnh hưởng tới tầm nhìn của người điều khiển phương tiện trong hầm,
- H oà loãng các khí COx trong hầm (Khí C O x, bồ hóng và k h ó i bẩn là những yếu tố
ch ín h quan tâm Do nồng độ khí N O x và các khí khác thường có nồng đ ộ thấp hơn khí
C O x nên nếu hệ thống thông gió được thiết kế đủ để giảm bớt k h í C O x thì cũng đảm bảo làm giảm bớt khí N O x và các khí khác)
123
Trang 6Có hai giả thiết đ ể tính toán lượng không k h í sạch cần thiết, đó là:
a) G iả thiết 1
Coi hầm như m ột binh kính trong đó đang chứa m ộ t k h ố i lượng k h í độc C ần đưa vào trong hầm m ột lượng không k h í sạch là Q (m V giây) để hoà loãng k h í độc đến n ồ n g độ cho phép K hi đó, lượng không k hí sạch cần đưa vào hầm cho chiều dài lk m được tính theo công thức sau:
Q = - ^ (mVgiây) Với: B - lượng k h í độc do xe thải ra, g/giây;
D - nồng độ k h í độc ch o phép, m g/lit hoặc g /m 3
G iả thiết này cho phép việc tính toán đơn giản nhưng k h ô n g ch ín h xác do khi độc trong không k hí bị hoà loãng còn bị đẩy ra ngoài d o hầm có hai cửa thông nhau Giả thiết này phù hợp cho hầm đường bộ
b ) G iả thiết 2
G iả thiết khi thổi khí sạch vào hầm , k h í độc vừa bị hoà loãng, vừa bị đẩy ra ngoài
G iả thiết này phù hợp ch o hầm đường sắt, metro
- N ồng độ k hí độc sau khi tàu đi qua hầm:
Q = c k + ệ Với: c k - nồng độ k h í độc khi tàu chưa vào hầm ;
B - lượng k h í độc do tàu thải ra;
V - thể tích của hầm , m 3;
- T ốc độ chuyển động của luồng gió thổi vào hầm : với giả th iết lưu lượng k h ô n g k h í sạch cần thiết Q (m 3/h) thổi vào hầm nhằm làm giảm nồng độ k h í độc từ Cọ xuống c k trong khoảng thời gian thông gió tk:
Với: F - diện tích tiết diện ngang của hầm , m 2;
- Lượng không kh í sạch cần lưu thông:
PIA R C (H ội nghị thường trực H iệp hội Đ ường bộ Q u ố c tế) năm 1987 và 1991 đua ra các công thức tính toán lượng không k h í sạch cần th iết như sau:
Trang 7K hông khí sạch để làm nhạt khói:
Với: Q| - lượng không khí sạch cần thiết trong mỗi giây, trên m ỗi km chiều dài của
từng làn xe (mVs.km.làn);
q"T - giá trị cơ bản của khói thải ra (m 2/h.xe);
fjV - hệ số độ dốc f, hoặc hệ số tốc độ fv;
f|ị - hệ số độ cao;
D hv - số lượng xe tải trên mỗi km chiều dài của từng làn xe (xe/km làn);
V
M hv - lưu lượng giao thông cùa xe tải trong mỗi giờ trên từng làn xe (xe/h.làn);
V - tốc độ trung bình của xe tải (kni/ỉì);
K lim - sự tập trung khói tôi đa cho phép (rrf ');
K hông khí S i k l i dể làm giảm hàm lượng khí C O x:
Q _ M q ) f| -fyfn
Với: Qj - lượng không khí sạch cần thiết trong mỗi giây, trên m ỗi km chiều dài của
từng làn xe (rrr/s.km làn);
q°co - giá trị cơ bản của khí COx do xe khách thải ra (m 2/h.xe);
fj - hệ sô độ dốc;
fv - hệ số tốc độ;
fH - hộ số độ cao;
Dpt - số lượng xe khách trên mỗi km chiều dài của từng làn xe (xe/km làn)
M
pc
Mpc - lưu lượng giao thông tối đa cùa xe khách trong m ỗi giờ trên từng làn xe
(xe/h.làn);
V - tốc độ trung bình cứa xe khách (km /h):
C 0 ljm - sự tập trung khí COx tối đa cho phép (m ■'):
Các giá trị q"] và q11^ , Khm, CO|im được quy định trong luât vé khí thải của từng quốc gia
Trang 8Đ ể lưu lưọng không k hí sạch Q vào hầm có nhiều cách, trong đó việc để không k h í tự lưu thông qua hầm do tác động của các điều kiện tự nhiên, gọi là thông gió tự nhiên Theo quy định của T C V N 4527:1988 - nhóm H, k h ô ng cần b ố trí thông gió nh ân tạo trong các trường hợp sau:
- H ầm đường bộ có chiều dài đến 150m,
- H ầm đường sắt có chiếu dài đến 300m , nằm trên đường có m ật độ tàu thông qua lớn: 8 đôi tàu/ngàyđêm (tàu chạy bằng đầu m áy đ iện ) và 6 đôi tàu / ngàyđêm (tàu chạy bằng đầu m áy hơi nước và điezeỉ)
H ướng luồng gió tự nhiên có thể cùng chiều hoặc ngược ch iểu với luồng kh ô n g k h í thông gió trong hầm T hông thường, tốc độ gió tự nh iên lý tưởng trong hầm là từ 2 đến 3m/s Tốc độ 2,5m /s thường được lấy làm tốc độ gió tính toán trừ trường hợp có số liệu đặc biệt
Có nhiều điều kiện tự nhiên tác động làm không k h í lưu thông qua hầm :
5.1.3.1 Chênh lệch áp suất không khí do sự chênh lệch cao độ giữa hai cửa hầm
G iữa hai cửa hầm có độ chênh cao H (m ) thì chiều cao cộí nước thuỷ ngân của k h í áp
k ế có ch ên h lệch độ cao là Ah Vì thế:
h H = 13,6 - Ah (m m cột nước) Phía cửa hầm thấp sẽ có áp suất lớn hom và không k h í sẽ ch u y ển động qua hầm đ ể lên cửa hầm cao, là nơi có áp suất nhỏ hơn
5.1.3.2 Chênh lệch áp suất do chênh lệch nhiệt độ giữa, trong và ngoài hầm
Về m ùa hè, nhiệt độ không k h í bên ngoài hầm cao hơn n h iệt độ trong hầm , n h iệt độ ở cửa hầm thấp lớn hơn nh iệt độ ở cửa hầm cao Do k h ô n g k h í trong hầm lạnh hơn nên áp suất không khí ở trong hầm sẽ lớn hơn áp suất k h ô n g k h í phía cửa hầm thấp nên có sự chuyển động của không k h í từ trong hầm xuống cửa hầm thấp
v ể m ùa đông, hiện tượng ngược lại và có sụ c h u y ển động củ a không k h í từ cửa hầm thấp lên cửa hầm cao
V ì thế, độ chênh lệch áp suất giữa trong và ngoài hầm tín h th eo công thức:
h, = ỵ„.H ** ~ tn (m m côt nước)
1 " 173 + t, Với: Yn - trọng lượng riêng của không k h í ngoài hầm ;
H - chênh lệch cao độ giữa hai cửa hầm ;
tt - nhiệt độ không khí ở trong hầm ;
tn - nhiệt độ không k h í ở ngoài hầm
5.1.3 Thông gió tự nhiên
Trang 95 1 3 3 Chênh lệch áp suất do chuyên đ ộ n g của g ió thiên n h iên bên ngoài hầm
K hi bên ngoài hầm có gió thiên nhiên chuyển động, không k h í sẽ được thổi vào trong hầm Á p suất do gió thiên nhiên tuỳ thuộc vào tốc độ chuyển động của chúng và hướng gió so với cửa hầm Nếu cửa hầm thẳng với hướng gió thì áp suất lớn và luồng không k h í vào hầm nhiều, còn khi cửa hầm vuông góc với hướng gió thì gió chỉ lướt qua m à không vào được bên trong hầm
Á p suất chênh lệch do gió thiên nhiên gây ra:
Với: y - trong lượng riêng của không khí;
V - vận tốc gió thiên nhiên bên ngoài hầm;
g - gia tốc trọng trường;
a - góc hợp bởi phương của hầm với hướng gió chủ đạo
5 1 3 4 Tổng họp
- T ổng áp suất gây ra thông gió tự nhiên là:
Với: p - mật độ không khí trong hầm, k g s2/m 4;
fa - hệ số ma sát giữa không khí với vỏ hầm , lấy bảng 0 ,0 0 7 nếu vỏ hầm bằng đá hoặc bêtông, lấy bằng 0,006 nếu vỏ hầm nhẵn;
L - chiều dài hầm, m;
R - bán kính thuỷ lực của tiết diện hầm , băng thương số củ a diện tích tiết diện với chu vi tiết diện;
ve - tốc độ gió chuyển động trong hầm , m /giâv;
- các trớ lực cục bộ trong hầm, do thay đổi tiết diện hầm ;
- T ừ đó, xác định được tốc độ gió tự nhiên trong hầm:
- M uốn đạt được thông gió tự nhiên thì tổng áp suất gây ra th ô n g gió tự nhiên phải
th ắn g được các tổn thất áp suất trong hầm Lưư lượng không khí q ua hầm đạt được do
th ô n g gió tự nhiên là:
h = y — co s2 a (m m c ô tn ư ớ c )
2g
hs = h H i h, i h v (lYìiĩì eột iiưưc)
- A p suât tôn thất trong hầm được tính theo công thức sau:
127
Trang 10Q e = 3600.F.ve (m ?/h) Với: F - tiết diện ngang tĩnh không trong hầm (m 2);
ve - tốc độ gió chuyển động trong hầm , m /giây
C ố gắng tận dụng thông gió tự nhiên N ếu Q e lớn hơn lưu lượng thông gió cần th iết thì chỉ cần thông gió tự nhiên cho công trình N gược lại, cần b ố trí các hệ thống thông gió nhân tạo
N goài ra, hiệu ứng thông gió do các phương tiện giao thông đem lại (hiệu ứng pittông của phương tiện - thông gió giao thông) cũng có vai trò q u an trọng trọng việc thông gió dọc dầm Tuy nhiên, hiệu ứng này chỉ có tác d ụ n g đối với những hầm dài, phương tiện lưu thông theo m ột chiều, không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng ùn tắc xe trong hầm
5.1.4 T h ô n g gió n h â n tạ o
K hi lượng k h ô n g k h í ra vào hầm d o th ô n g g ió tự n h iê n h o ặc tá c d ụ ng p ittô n g của
đo àn tàu ch ạy q ua k h ô n g đảm b ảo lưu lượng k h ô n g k h í sạch cần th iết và đối với những hầm dài thì phải bố trí th ô n g gió nh ân tạo (h ay c ò n gọi là th ô n g g ió c ơ h ọc)
T heo q u y đ ịn h của T C V N 4 5 2 7 :1988 - n h ó m H , p h ải bô trí th ô n g gió n h ân tạo tro n g
các trường hợp sau:
- H ầm đường bộ:
+ Chiều dài hầm lớn hơn 400m ,
+ C hiều dài hầm từ 150 đến 400m nhưng thông g ió tự nh iên không đảm bảo
- H ầm đường sắt:
+ C hiều dài hầm lớn hơn lOOOm với hầm đường sắt tuyến đơn dùng đầu m áy hơi nước và điezel,
+ C hiều dài hầm lớn hơn 1500m với hầm đường sắt tuyến đơn dùng đầu m áy điện, + C hiều dài hầm lớn hơn 3000m với hầm đường sắt tu y ến đôi,
+ H ầm nằm trên đường có m ật độ tàu thông qu a lớn: 8 đôi tàu/ngàyđêm (tàu chạy bằng đầu m áy điện) và 6 đôi tàu/ngàyđêm (tàu c h ạy bằng đầu m áy hơi nước và điezel), + N hiều hầm ngắn nối nhau liên tiếp, cách n h au m ột khoảng n h ỏ hơn 4m và tổng chiều dài các hầm này lớn hơn 1500m,
+ H ầm nằm trong vùng đ ịa tầng có khí nổ, k h í cháy,
+ Các hầm khác nhưng thông gió tự nhiên không đảm bảo
T h ô n g gió n h ân tạo thực h iện bằng c ách đ ư a k h ô n g k h í sạch vào hầm v à hút
k h ô n g k h í b ẩn bèn tro n g hầm ra ng o ài bằn g c ác th iế t bị q u ạ t gió và d ẫn gió Có ba hệ
th ố n g th ố n g gió n h ân tạo cơ bản phân c h ia th e o h ư ớ n g th ô n g g ió đối với hướng trục dọc c ủ a hầm :