CC BY
2
ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень / MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2023;(9-1):248-269 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL PAPER
УДК 624 DOI: 10.25018/0236_1493_2023_91_0_248
УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ
ЛИНИЙ МЕТРОПОЛИТЕНА, ВКЛЮЧАЮЩИХ В СЕБЯ ДВУХПУТНЫЕ И ОДНОПУТНЫЕ ТОННЕЛИ
С.Г. Гендлер1, М.С. Крюкова1
1 Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия, e-mail: [email protected]
Аннотация: Рассмотрены актуальные вопросы безопасности эксплуатации линий метрополитенов России с двухпутными тоннелями с учетом возможности создания на станциях и тоннелях нормативных санитарно-гигиенических показателей воздушной среды. Для обеспечения этих параметров предложено использовать схемы проветривания, адаптированные для климатических условий, характеризующих районы, где располагаются двухпутные тоннели. Также затронуты вопросы управления термовлажностными параметрами воздушной среды на линиях метрополитена, включающих в себя двухпутные и однопутные тоннели, последующая разработка мероприятий по их управлению. Проведен анализ особенностей формирования теплового режима в двухпутных тоннелях метрополитена. Предложена методика, позволяющая осуществлять тепловые расчеты двухпутных тоннелей с учетом сложного закона изменения температур наружного воздуха. Произведено имитационное моделирование температурного режима двухпутных тоннелей и их анализ. Осуществлены расчеты температур в двухпутных тоннелях московского метрополитена при традиционных схемах вентиляции, предполагающих подачу воздуха через перегонные стволы, и схемах вентиляции, включающих вентиляционный канал и искусственную рециркуляцию воздуха. Установлены значения температур наружного воздуха, при которых целесообразно использовать специально организованную рециркуляцию тоннельного воздуха между центральной частью тоннеля и входом наружного воздуха в подшивной потолок.
Ключевые слова: двухпутные тоннели, тепловой режим, однопутные тоннели, метрополитен, строительство, эксплуатация тоннелей, вентиляция тоннелей, схемы проветривания тоннелей.
Для цитирования: Гендлер С. Г., Крюкова М. С. Управление тепловым режимом линий метрополитена, включающих в себя двухпутные и однопутные тоннели // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2023. - № 9-1. - С. 248-269. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_91_0_248.
Thermal management of metro lines, including double-track and single-track tunnels
S.G. Gendler1, M.S. Kryukova1
1 Saint-Petersburg Mining University, Saint-Petersburg, Russia, e-mail: [email protected]
© С.Г. Гендлер, М.С. Крюкова. 2023.
Abstract: The article deals with topical issues of the safety of operation of Russian metro lines with double-track tunnels, taking into account the possibility of creating regulatory sanitary and hygienic indicators of the air environment at stations and tunnels. To ensure these parameters, it is proposed to use ventilation schemes adapted to the climatic conditions characterizing the areas where double-track tunnels are located. The issues of managing the thermal humidity parameters of the air environment on metro lines, including double-track and single-track tunnels, and the subsequent development of measures for their management were also touched upon. The analysis of the peculiarities of the formation of the thermal regime in the doubletrack tunnels of the metro is carried out. A technique is proposed that allows for thermal calculations of double-track tunnels taking into account the complex law of changes in outdoor air temperatures. Simulation modeling of the temperature regime of double-track tunnels and their analysis was carried out. The calculations of temperatures in the double-track tunnels of the Moscow metro were carried out with traditional ventilation schemes involving air supply through distillation shafts, and ventilation schemes including a ventilation duct and artificial air recirculation. The values of outdoor air temperatures have been established, at which it is advisable to use a specially organized recirculation of tunnel air between the central part of the tunnel and the entrance of outdoor air into the filing ceiling.
Key words: double-track tunnels, thermal regime, single-track tunnels, subway, construction, tunnel operation, tunnel ventilation, tunnel ventilation schemes.
For citation: Gendler S. G., Kryukova M. S. Thermal management of metro lines, including double-trackand single-tracktunnels.MIAB. MiningInf.Anal. Bull. 2023;(9-1):248-269.[InRuss]. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_91_0_248.
Введение
В настоящее время население мегаполисов быстро увеличивается, определяя тренды гражданского строительства, на которые оказывают влияние транспортные потоки, обеспечивающие перемещения людей и грузов из одних частей городов в другие. Логистика пассажиропотоков в направлениях, связывающих промышленные и селитебные зоны с культурными центрами, большие расстояния между ними создают проблему, которую можно решить только путем вывода транспортной системы с поверхности. Данным требованиям в большей части отвечает внеуличный транспорт — метрополитен [1, 2].
В городах-миллионниках России метрополитены следует считать одним из основных видов транспорта, который при высокой мобильности гарантирует необ-
ходимые объемы перевозок пассажиров [3]. Необходимость снижения стоимости перевозок связана с постоянным совершенствованием конструкций перегонных тоннелей и станций, что достигается при использовании инновационных технологий строительства [4, 5], в частности, с помощью тоннелепроходческих щитов.
Высокие скорости развития подземного транспорта требуют применения современных тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК) большого диаметра. Их использование позволяет осуществлять проходку выработок на глубинах более 30 м без нарушения земной поверхности и негативного влияния на состояние зданий и сооружений, что особенно важно для густонаселенных районов мегаполисов [6, 7].
Первое двухпутное метро было построено в Мадриде: за 12 лет — 156 станций и 199 км путей. Поэтому строительство двухпутных тоннелей метро называют «испанским методом». Метод получил мировое признание и широко используется в различных странах мира. Двухпутные линии тоннелей метрополитенов построены в Берлине, Гамбурге, Токио, Сиднее, Филадельфии, Буэнос-Айресе, Торонто, Осаке, Гамбурге, Вене, Будапеште, Афинах, Мадриде, Риме, Неаполе, Копенгагене, Брюсселе, Осло, Нью-Йорке, Чикаго и Бостоне.
Опыт строительства и эксплуатации таких тоннелей показал ряд достоинств использования «испанской технологии». Сооружение таких тоннелей обходится дешевле на 20 — 30%, а также увеличена скорость строительства — примерно 450 м в месяц. Тем самым происходит уменьшение времени строительства в сравнении с традиционными однопутными тоннелями при одновременном снижении сроков работ. Сокращение времени строительства происходит из-за особенностей пространственно-планировочных решений. При сооружении двухпутного тоннеля отпадает необходимость в дорогостоящем и трудозатратном строительстве камер съездов, эвакуационных сбоек и других выработок [7, 8].
Еще одним достоинством является создание требуемых санитарно-гигиенических условий, обеспечение безопасности движение поездов [9] и гарантия безопасной эвакуации пассажиров [10] и персонала в случае возникновения аварийной ситуации, например, пожара [11].
Впервые в России строительство двухпутных перегонных тоннелей метрополитена началось в 2015 г. в Санкт-Петербурге на участках Невско-Василе-островской и Фрунзенско-Приморской линий. В 2018 — 2019 гг. были сданы в эксплуатацию станции метро «Зенит» — «Беговая» и «Проспект Славы» — «Шу-
шары», длина перегонов между которыми составила соответственно 4 и 5 км.
В Москве протяженность участков метрополитена с двухпутными тоннелями составила 7 км на Некрасовской линии (станции метро «Нижегородская» — «Косино») и 12 км на Большой кольцевой линии (станции метро «Мневники» — «Давыдкино», «Кленовый бульвар» — «Текстильщики»).
Таким образом, сооружение и эксплуатация двухпутных тоннелей в городах с многомиллионным населением позволяет решить ряд важных задач: перевозку значительного количества пассажиров, увеличение пропускной способности линий метрополитена, улучшение логистики наземного грузового транспорта, высвобождение больших строительных площадей. Обеспечение ритмичной работы линий метрополитена с двухпутными тоннелями требует создания на станциях и тоннелях санитарно-гигиенических показателей воздушной среды [12], значения которых определены соответствующими нормативными документами.
Схемы проветривания
двухпутных тоннелей
Систему вентиляции метрополитена следует считать одной из важных технических систем, обеспечивающих безопасность при эксплуатации для линий как с однопутными, так и с двухпутными тоннелями [13, 14].
Выбор схем вентиляции двухпутных тоннелей необходимо осуществлять с учетом следующих факторов:
• термодинамических параметров наружного воздуха [15];
• глубины расположения линий метрополитена относительно поверхности земли [16];
• требований к термодинамическим параметрам воздушной среды в перегонных тоннелях и на станциях [17, 18];
• возможности обеспечения безопасной эвакуации пассажиров и персонала, обслуживающего метрополитены, во время возникновения пожара [19, 20];
• температуры пород и их теплофи-зических свойств [21, 22];
• геометрических параметров перегонных тоннелей и станций (протяженность перегонов, сечения и периметра тоннелей, конструкции станций) [23];
• типов метропоездов, парности и скорости их движения;
• аэродинамики поездов при направлении их движения в противоположные стороны, обуславливающей величину поршневого эффекта;
• количества теплоты, выделяющейся при движении поездов, а также от других энергетических источников (освещение, пассажиры, трансформаторы, насосы и т.п.) [24, 25].
Анализ мирового опыта показал, что большинство метрополитенов, находящихся в крупных городах, эксплуатируются в условиях жаркого климата при среднегодовой температуре наружного воздуха, составляющей более 10 °С,
и ее положительных значениях в зимний сезон. По сравнению с зарубежными городами, Москва и Санкт-Петербург располагаются в области умеренного континентального климата, характеризующегося среднегодовой температурой воздуха, не превышающей 4 °С, и температурой наружного воздуха в наиболее холодный зимний месяц (январь), опускающейся ниже минус 7 — 10 °С. В период наиболее холодной пятидневки температура наружного воздуха может опускаться до минус 24 — 25 °С.
При проветривании линий метрополитена с двухпутными тоннелями за рубежом используется схема вентиляции, идентичная схеме, применяемой для метрополитенов с однопутными тоннелями. Воздух с поверхности подается в перегонный тоннель через шахты, расположенные в центре перегонов между станциями, а загрязненный воздух удаляется через вентиляционные шахты, приуроченные к станциям (рис. 1) [7].
Использование схемы проветривания двухпутных тоннелей, показанной на рис. 1, в подавляющем большинстве
*б
11
— +Г Чг С—1 JH
Station I Станция 1 Station I Станция 1 V
9'
1 - вентиляционная шахта для нагнетания воздуха; 2 - нагнетательный вентилятор; 3 - вентиляционная шахта для удаления воздуха со станции; 4 - вытяжной вентилятор; 5 - наружный воздух; 6, 7 - удаляемый воздух; 8 - направление движения поезда; 9 - перегонный тоннель
Рис. 1. Схема вентиляции участка двухпутной линии метрополитена между станциями: [составлено авторами]
Fig. 1. Ventilation system for a two-way subway tunnel [compiled by the authors]
климатических условий России зимой может вызвать понижение температуры воздуха в перегонном тоннеле, в месте его выпуска из нагнетательной шахты, до температуры атмосферного воздуха. При отсутствии циркуляционных потоков воздуха, имеющих место в однопутных тоннелях и повышающих температуру воздуха, использование данной схемы вентиляции приведет в центральной части тоннелей и на участках, прилегающих к ней, к промерзанию водоотводных устройств. Кроме того, обделка тоннеля на этих участках будет подвергаться периодическому влиянию процессов замерзания и оттаивания, что будет снижать ее устойчивость. Для предотвращения этого негативного процесса может потребоваться использование систем искусственного подогрева воздуха, что будет связано с дополнительными энергетическими и стоимостными затратами. Также возможным вариантом для регулирования тепловых условий является установка теплоизоляции на стенки выработки [26].
Другой недостаток обсуждаемой схемы вентиляции заключается в сложно-
сти организации аварийного режима вентиляции, необходимого для обеспечения безопасной эвакуации, эффективного дымоудаления и тушения пожара [7, 27]. Отмеченный недостаток может быть преодолен на основе инновационной схемы вентиляции, предложенной СПГУ совместно с ОАО НИПИИ «Лен-метрогипротранс».
Для реализации этой схемы вентиляции в конструкции двухпутных тоннелей предложено использовать подшивной потолок, прилегающий к кровле тоннеля и связанный одной стороной с нагнетательной шахтой. Наружный воздух подается на перегон по подшивному потолку и выпускается в транспортный отсек через клапаны. Причем необходимое распределение воздуха по длине перегона может быть достигнуто за счет открытия (закрытия) клапанов. Несмотря на то, что похожие технические решения уже применялись в системах вентиляции автодорожных тоннелей [28, 29] для удаления выхлопных газов от автотранспорта, их использование при вентиляции метрополитенов не имеет аналогов в мировой практике [7].
1 - тоннель двухпутный; 2 - станции метро; 3 - вентиляционный канал; 4 - шахта вытяжной вентиляции станции; 5 - шахта приточной вентиляции станции; 6 - вентилятор приточной вентиляции; 7 - вытяжные вентиляторы; 8 - холодный наружный воздух; 9 - вытяжной воздух; 10 - смесь наружного и циркуляционного воздуха; 11 - воздух в тоннеле; 12 - клапан выпуска циркуляционного воздуха; 13 - клапаны выпуска воздуха из вентиляционного канала в тоннеле; 14 - направление движения поездов
Рис. 2. Схема вентиляции двухпутных тоннелей с использованием вентиляционного канала в холодный период [7]
Fig. 2. Schematic diagram of the ventilation system for two-way subway running tunnels operating in winter [7]
j - индекс, определяющим временной период расчета
j = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 - соответствует среднегодовому периоду, среднезимнему периоду, среднеянварскому периоду, периоду наиболее холодной пятидневки, среднелетнему периоду, среднеиюльскому периоду, периоду наиболее жарких суток, периоду наиболее высоких дневных температур
Рис. 3. Схема вентиляции участка сопряжения двухпутного и однопутных тоннелей [составлено авторами]
Fig. 3. Ventilation scheme of the interface section of double-track and single-track tunnels, where is the weight air consumption in a double-track tunnel [compiled by the authors]
Включение подшивного потолка в систему вентиляции перегонных тоннелей позволяет получить дополнительные преференции в части образования искусственных циркуляционных контуров по типу однопутных тоннелей. Циркуляционные контуры создаются между выпускными клапанами в подшивном потоке и вентилятором, нагнетающим воздух в подшивной потолок на станции.
Так как воздух на станции будет иметь положительную температуру, сформировавшуюся в результате ассимиляции теплоты, выделяющейся от поездов и других энергетических источников, то его смешение с наружным воздухом даст возможность повысить температуру поступающего в подшивной потолок воздуха (см. рис. 2). Изменяя расход воздуха в циркуляционном контуре, представляется возможным управлять величиной подогрева наружного воздуха, поступающего в подшивной потолок [30].
Проветривание двухпутного тоннеля осуществляется по однонаправленной схеме с подачей приточного воздуха на перегон и удалением воздуха непосредственно из транспортного отсека, образованного при отделении платформенных участков перегородками с автоматиче-
скими дверьми. Приточные и вытяжные камеры располагаются в торцах станции.
Особенностью проветривания участка между сопряжением двухпутного и однопутных тоннелей является наличие циркуляционного контура в однопутных тоннелях между сопряжением и станцией (рис. 3). Количество воздуха, поступающее на этот участок из двухпутного тоннеля, равно части расхода, нагнетаемого в подшивной потолок через шахту, расположенную у сопряжения двухпутного и однопутных тоннелей [7].
Теоретические положения по расчету теплового режима двухпутных тоннелей метрополитена
Для вычисления распределения температур по длине перегонных тоннелей метрополитена используется одномерная модель, основанная на решении системы уравнений, описывающих изменение температуры воздушного потока в транспортном отсеке и в подшивном потолке.
При этом были приняты следующие допущения:
• для схемы без циркуляции наружный воздух подается в тоннель с поверх-
Рис. 4. Расчетная схема к постановке задачи об изменении температуры в тоннеле (у иг — координатные оси, отсчитываемые от станции т. 1 до выпускного клапана 3 и выпускного клапана до станции т. 2, т. 4 направление в сторону соседней станции в конце перегона) [составлено авторами] Fig. 4. Calculation scheme for the formulation of the problem of temperature change in the tunnel (y and z coordinate axes counted from station 1 to exhaust valve 3 and exhaust valve to station 2, 4 direction towards the neighboring station at the end of the stage) [compiled by the authors]
ности через подшивном потолок и один из открытых клапанов;
• при наличии искусственно организованной циркуляции температура воздуха, подаваемого в подшивной потолок, вычисляется с учетом температуры и расхода циркуляционного воздуха, температуры и расхода воздуха, поступающего с соседнего перегона, а также продолжительности использования циркуляционной схемы [31— 33];
• сложный закон изменения температуры воздуха, подаваемого в тоннель в течение годового периода, описывается ступенчатым законом, при котором температура воздуха в каждый временной период (год, зима, январь, наиболее холодная пятидневка, лето, июль, наиболее жаркие периоды) принимается условно постоянной;
• процессы теплообмена породного массива, окружающего подшивной потолок и тоннель, с воздухом считаются квазистационарными, что позволяет использовать при расчете теплового потока коэффициент нестационарного теплообмена;
• влияние процессов массоперено-са на теплосодержание воздуха учитывается на основе эффективной теплоемкости [34, 35];
• тепловыделение от движущихся источников теплоты, связанное с поездами, принимается равномерно распре-
деленным по длине расчетного участка [36];
• теплообмен между воздухом в подшивном потолке и воздухом в тоннеле учитывается с помощью коэффициента теплопередачи Кт ..
Расчетная схема, соответствующая принятым допущениям, представлена на рис. 4.
Система уравнений, характеризующая изменение температуры в подшивном потолке 9. и тоннеле I на участке протяженностью /_ (тт. 1 — 2), может быть представлена в следующем виде:
<1 е.
а .с, — =
¿у
1 nj эф. П.}
= К-г и
1"(т -Q.) + KT U"(t.-Q.) + Z
" \ Pn.i 1 ) T„J n \ , jl p,
— p
J2Ti эф. Т.
dt.
— = КT
dy T'-T-
u;
Л/
(l)
(2)
-KT U"(f -9•)н—— + Z
Tn.i " V ' 'J I Pr-J
где индекс у принимает значения 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 соответственно для годового периода, зимнего периода, январского периода, периода наиболее холодной пятидневки, летнего периода, июльского периода, наиболее жаркого периода; I/ *, и", ит"' — соответственно периметр подшивного потолка по породе, пери-
Таблица 1
Зависимости для расчета T , T и Z , Z
Pn.j PT.j Pn.j PT.j
Dependencies for calculating T , T and Z , Z
r " Pn.j PT.j Pn.j PT.j
Tp.n.j=i T0 ZPj =0
TPj =ём Z,„., 2 = (T0 "6;=! )
TPj = j ZPJ,.„ = KjU, (T0 - 0;=! ) + KTjU'„ (0;=i - 0j=2 )
TPj = j Zj = KTnt_U: ( -0j==1 ) + KjU* (0;=! — 0;=2 ) + KjU* (0y=2 -0;=3)
=ё j - z,„., . = ()
W =ё j Zp„.„ = KTnj_U: ( — 0;=1) + KTn;U'n (0;=! — 0;=4 )
Wi = j Z; = KTnt_U'n ( —0;=! ) + K;U, (0;=! —0;=4 ) + K^U* (=4 — 0;=5 )
TPji = T0 1=0
Tpj = j Z,.T, 2 = KTrUr" ( - t-1)
Tpj = j = KT)_U7 (To - ihl)+KTU*** (( - т=2)
Tp.Tj.4 = tj=3 Zp.T,_4 = КТ,У:" (T0 - )=1 ) + КТ,У:" (( - )=2 ) KT,y*" (((=2 - t=3 )
Tpj =Jj-4 ZP.Tj-5 - KT) A" (T0 - t-! )
Tpj, =Tj-5 A = KTj_U'T"( -t.=1) + KTjyT-'(( - tj=4)
Jpji i = tj=6 Z) = KtA (T0 - t=! ) KTJA" (( - t=4 ) KTrU'r" ((=4 - t=5 )
метр подшивного потолка, омываемый воздухом; периметр тоннеля без учета периметра подшивного потолка, м; Сп, С2Т_ — весовые расходы в подшивном потолке и в тоннеле между точками 1-2, кг/с; С , С, — эффективные значения теплоемкостей воздуха на участках подшивного потолка и тоннеля между точками 1 — 2, Дж/(кг-К); Т , Т . — расчетные значения температуры по родного массива, окружающего соответственно подшивной потолок и тоннель, °С; 2 , 2 — расчетные значения пара-
Рп/ РТ./ г г _
метра, определяющего дополнительный тепловой поток, поступающий из породного массива к воздуху, вычисляемый в зависимости от выбранного временного периода (зима, январь, наиболее холодная пятидневка, лето, июль, наиболее жаркий период), Вт/м. Выражения для
вычисления Т , Т и 2 , 2 приведе-
_ . Рп/ РТ Рп/ РТ.} г
ны в табл. 1.
9; и tj — средние температуры воздуха по длине подшивного потолка и тоннеля на участке ^ в зависимости от расчетного периода у, °С; К. — коэффициент теплопередачи от воздуха в тоннеле к воздуху в подшивном потолке, Вт/(м2К); К и К — расчетные значения коэффициентов нестационарного теплообмена, характеризующих соответственно тепловой поток от породного массива к воздуху в подшивном потолке и к воздуху в тоннеле, Вт/(м2К); Ыэн. — тепловая мощность энергетиче-их источников теплоты, включая подвижной состав, освещение, технологическое оборудование, пассажиров, Вт.
Система уравнений (1), (2) решается при следующих граничных условиях:
при у = О, —— = О при у = и. йу
Система уравнений (1), (2) преобразуется к неоднородному линейному дифференциальному уравнению второго порядка с постоянными коэффициентами (уравнение Эйлера) относительно температуры воздуха в подшивном потолке:
а% с
—г+Б, — -бД =К. йу2 ' йу
Решение уравнения (4) может быть представлено в виде
К
9у. = Л/1 ехр (г1у.у) + Л/2 ехр (г2у.у) - ,
(4)
(5)
где г , г — корни характеристического уравнения.
(6)
где N , N — постоянные интегрирования, вычисляемые из граничных условий (3):
3
01 В. 21
ехр (г2Д)
г. =
3 -Н
В. 11
ехр(г1у.ц)
г1у. ехр(г1у.Ц)-г2у. ехр (г^)' 2у г1у. ехр(г^)-г2у. ехр(г2у.Ц) '
Б. =
1
к, и -к, и,. к, и,. +к, и,
6 277 ^эф.т.у
(7)
(8)
В: =
_ (кти;+кт_ иг)(кт: и: - кт_ и: )+(кТ; и: )2
^ 1лу ^-эф.п.р 2Ту 7.;
(9)
К,
^ 1пу Сэф.„,6 27у. Сэф Г у.
(10)
Зависимость, определяющая распределение температур воздуха в тоннеле на участке между точками 1 — 2, имеет следующий вид:
Л
г. = М1у. ехр (г1у.у) + М2у. ехр (г2у.у) -
КТ, л
КТП и" П
К
-¡--Т . В
\ I
К 2
у у
в. кт и
(11)
где
М = Л/
кт и' кт и'
к, и, С С
М = Л/
> ' 2у 2у
' кт и; кт и; Л кт ип с с
Средние температуры воздуха по длине подшивного потолка 9; и тоннеля г,-между точками 1 — 2 определятся из зависимостей (5) и (11):
=тг[ехр(|1А)-1]+7г[ехр(г^)-1]-у-; (")
М,. Г , ч П М,. Г , ч -I КТ и„ (к К Z,
^ = 7Яехр ^ У-1] ■+ VT [ехр ^ У-1] ■-
Г1уЧ 2 j 1
КТ„ ,U'n
К Г,. и" ; п
К. В.
I i
в. /с и'
V у У У
(13)
Температуры воздуха в расчетных точках 3 0, и 2 Г устанавливаются из зависимостей (11) и (5) соответственно при у = /_ и у = 0:
9, = Л/1у. ехр(г1^1) + Л/2у. ехр(г211)- ^ ; (14)
f2 j=Mli+M2i-
к [в, > + к J
КТ„ у: у Bj чу:
(15)
Вычисление температур в расчетных точках 2 и 3 при отсутствии циркуляции воздуха на участке 1 — 2 осуществляется по формулам (5) — (15). Определение температуры воздуха, поступающего на соседнюю станцию Г 4, при известной температуре 0, выполняется по формуле, аналогичной формуле, полученной в работе [7].
При схеме проветривания с циркуляции воздуха между точками 1 — 2 значения температуры воздуха, подаваемого в подшивной потолок 0.(у = 0), для годового и холодного периода (зимний, январский, наиболее холодной пятидневки) рассчитывается в зависимости от длительности периода использования циркуляционной схемы в Т , Т , Т .В том случае, когда к вытяжной шахте поступает часть
ц.з. ц.ян. ц.н.х.п 7
воздушного потока из соседнего перегона, при расчете 0.(у = 0) следует учитывать температуру воздуха Г и его расход Ст .
Таким образом, средняя температура воздуха, подаваемого в подшивной потолок в течение годового периода, длительностью Тгод, равна
0 _ ^; = 2,ц^~зим. = (16)
Тгод
где Тзим, Тлет — длительность зимнего и летнего периода, сут.
Средняя темпер; рассчитывается как
зим.' лет
Средняя температура воздуха, подаваемого в подшивной потолок зимой, 0 ,
Q _ ®,=2,цТц.3. + tamJ=2 {T3UM. ~Гцз ) ^yj
Тзим.
Средняя температура воздуха, подаваемого в подшивной потолок зимой в период циркуляции 0.=2 , вычисляется с учетом температуры воздуха, выходящего из тоннеля на станцию 11 , температуры воздуха, поступающего из соседнего перегона f , весового расхода циркуляционного воздуха G , а также температуры f 2 и расхода наружного воздуха G0 по формуле
(f, ,G,T +f„ ,GT„ )G +f . ,G„ (Gn-r +G-r. )
q _ \ T-Tj.i 4,y=2 T4y=2 ]ч„ ^ <i'n.i=2 0.., у 2Tj=2 ^ T4j=2 J ^gj
" К +G/, )(G. +G0 ) '
где G0. — весовой расход наружного воздуха, кг/с.
Формулы (17), (18) подставляются в зависимость расчета для температуры воздуха в точке 2 тоннеля, которая записывается для среднегодовой температуры t и среднезимней температуры t , зависящих как от 9 , так и от 0 , которые,
в свою очередь, вычисляются по температурам и Г . Система уравнений относительно температур Г и Г решается итерационным способом. Рассчитанные значения температур далее используются при вычислении среднеянварских (/' = 3) температур и температур наиболее холодной пятидневки (/' = 4). При этом температуры воздуха, подаваемого в подшивной потолок 0.^, 0.. воздуха в период цир формулам (17), (18).
- =з> - =4> и средние температуры воздуха в период циркуляции 0Ц/=3, 0ц/=4 вычисляются по формулам, аналогичным
0 ,7 +t Ат -Т )
f\ H,j=i> ц.ян. am.j=5 \ ян. и,, ян. /
в«=-т-
=5С2Г._
+ f4;=3GT4,
+f . ,Gn
5 J ц]=ъ am.j=b 0js
+ GT
Jv.j=l '
(G„ +G/, )(G. +G0 )
/'=4 Н.Х.П Tm j
(19)
G T +1
eH,j=A Ц.Н.Х.П am.j
;=4
7"
+ f4J=4GT4,=,
)G«4 + ^=4 G0 _. (С2Г_
+ GT
4-1=4
(с2Г +Gr4 )(G +G0 )
(20)
Вычисления по формулам (19), (20) осуществляются итерационным способом совместно с расчетом t. при у = 3 и у = 4 по формуле (11). В результате вычислений находятся температуры воздуха в тоннеле и в подшивном потолке для январского периода и периода наиболее холодной пятидневки.
Особый интерес с точки зрения формирования температур в перегонных тоннелях имеет участок однопутных тоннелей между точкой сопряжения двухпутного и однопутных тоннелей, где происходит смешение воздуха, поступающего из двухпутного тоннеля, и воздуха, циркулирующего в однопутных тоннелях (см. рис. 3). В отличие от стандартной ситуации, типичной для однопутных тоннелей, когда циркуляционный воздух, имеющий температуру, превышающую температуру на станциях, разбавляется более холодным наружным воздухом, нагнетаемым в тоннель по перегонным шахтам, в рассматриваемом случае функцию наружного воздуха выполняет воздух из двухпутного тоннеля, имеющий расход Gaem .n температуру t . Следствием этого может быть повышение температуры воздуха на станциях сверх нормативных значений. Зависимость для расчета температуры воздуха на станции, находящейся на расстоянии Lot участка сопряжения, получена на основе методического подхода, предложенного в работе [7].
. / , Nlt + Лг ехр(-А l)+ tdemj Gdemj G;)
farj = Щ ехр(-АЛ)-"-—-
M„
^ + At. . (21)
M,
где
M. =1-AGexp
"и = (tp1, + B,J)[l-exp(-A l)1, N2j = (тр2; + B2j)[ 1 -exp(-Л2 l)
KyU/ic^iG,
,J+G«)Y>A2J
к12]и/(сэф2]СЦ]У,
тидневки, наиболее жаркого дня) температур наружного воздуха. Она может быть использована для вычисления температур воздуха в двухпутных тоннелях при рассмотренной схеме проветривания с подшивным потолком и на участках сопряжения двухпутных и однопутных тоннелей.
Процедура вычисления температур осуществляется в несколько этапов.
На первом этапе определяются среднегодовые значения температур воздуха, на втором — среднелетние и средне-зимние температуры, на третьем — распределение температур для каждого месяца и, наконец, на последнем этапе — экстремальные температуры для наиболее холодных или теплых периодов.
Результаты имитационного моделирования температурного режима двухпутных тоннелей и их анализ
На основе использования математической модели, описываемой зависимостями (1) — (21) осуществлены вариант-
Таблица 2
Исходные данные, принятые при осуществлении расчетов The initial data taken in the implementation of calculations
Параметр Значение
Длина перегона, м 2000
Сечение тоннеля, м2 69,4
Сечение подшивного потолка, м2 14,6
Тепловыделение от поездов, кВт 964
Расход воздуха в холодный период, м3/с 90 (60+30)
Расход воздуха в теплый период, м3/с 120 (65+55)
Расход циркуляционного воздуха, м3/с 40
Температуры наружного воздуха: зимняя, январская, наиболее холодной пятидневки, летняя, июльская, самого жаркого дня, °С -2,2; -7,8; -25; 12,6; 18,7; 23
Теплопроводность грунта, Вт/(м-°С) 2,08
Теплоемкость грунта, кДж/кг-°С 1,55
Плотность грунта, кг/м3 1720
Температуропроводность грунта, м2/с 7,8-10"7
в. = №знЛ. + г. ^>/(кх1. и д; вл = 2 + ^ц/^ ид;
АУ = Qсmi / (сэф. т ;
АС. = в . /(в . + вд ).
1 ц да. т.)!•
Тр1Г 1р1Г ТРп,Г ТР7,1 — соответственно расчетные значения температуры породного массива, окружающего тоннель, °С, и значения параметра, определяющего дополнительный тепловой поток, поступающий из породного массива к воздуху при 1 = 2, 3, 4, 5, 6, 7, рассчитываемый по формулам, аналогичным приведенным в табл. 1; Ыэн1 , Ыэн2. — мощности энергетических источников теплоты, кВт; сэф ст. — эффективная теплоемкость воздуха на станции, кДж/кг °С; вц. — расход циркуляционного воздуха, кг/с.
Таким образом, предлагаемая методика расчета дает возможность вычислять распределение температур по длине тоннелей для среднегодовых, средне-зимних, среднелетних,среднемесячных и экстремальных (наиболее холодной пя-
•^Распределен11е температур в летний период Расстояние от места выпуска воздуха Hi 1го открытого
Рис. 5. Сопоставление данных натурных измерений с результатами математического моделирования [составлено авторами]
Fig. 5. Comparison of the data of field measurements with the results of mathematical modeling [compiled by the authors]
ные расчеты действующих и проектируемых линий Московского и Санкт-Петербургского метрополитенов с двухпутными и однопутными перегонными тоннелями. При выполнении расчетов в качестве исходных данных приняты: актуальные схемы проветривания линий метрополитена (см. рис. 2, 3), геометрические размеры (длина, сечение, периметр) тоннелей и подшивного потолка между соседними станциями, климатические характеристики наружного воздуха Москвы и Санкт-Петербурга, теп-лофизические характеристики грунтов, окружающих тоннели и станции, количество воздуха, подаваемого в тоннели в расчете на каждый перегон, в том числе циркуляционного воздуха, количество теплоты, выделяемое движущимися поездами и другими энергетическими источниками.
Верификация математической модели была осуществлена на основе сопоставления расчетных данных и результатов натурных исследований примени-
тельно к условиям двухпутных тоннелей. Эксперимент проводился на двухпутном участке третьей линии Санкт-Петербургского метрополитена, перегон «Приморская» — «Зенит» — «Беговая».
Была осуществлена установка регистраторов температур (измерительного комплекса iBDL Ревизор iBDLR-# ПС 4211-002-75525306-10) в транспортной зоне тоннеля и в вентиляционном канале (ВК). Регистраторы закреплялись в ВК (через каждые 50 м) на тяжах в шелы-ге свода и в клапане вентиляционного окна, в транспортном отсеке на лестницах, ведущих в вентиляционный канал, а также по бокам вне границ зон приближения габаритов и строений. Время фиксирования температур — каждые 2 мин в течение 11 дней. Для сводного графика был выбран временной промежуток летнего периода с 4:50 12 мая 2023 г. по 4:50 13 мая 2023 г. Измерения осуществлены во время движения поездов в дневное время (30 пар поездов/сут) и отсутствия их ночью (рециркуляция в
выбранном временном промежутке отсутствовала).
Фиксация температур осуществлялась по длине двухпутного тоннеля в направлении движения воздуха от точки его выпуска через открытый клапан на расстоянии 550 м от приточной вентиляционной шахты. Погрешность натурных измерений в сравнении с расчетом составляет ±0,5^1,0 °С (см. рис. 5).
Результаты вычислений для типовых исходных данных, характеризующих Московский метрополитен, представлены на рис. 6 — 8.
В зимний период для условий января и наиболее холодной пятидневки (н.х.п.)
использование рециркуляции приводит к заметному повышению температуры воздуха в тоннеле. В период н.х.п. температура подаваемого в тоннель воздуха превышает температуру воздуха при отсутствии рециркуляции на 8 °С. При этом температура воздуха, поступающего на станции, становится выше нормативного значения температуры.
Анализ графиков на рис. 7 дает возможность установить рациональную область использования рециркуляции воздуха в рассматриваемых схемах вентиляции. Она определяется точкой пересечения кривой, характеризующей температуру воздуха, поступающего из
минимально-допустимая температура воздуха
Рис. 6. Результаты расчетов распределения температур по длине подшивного потолка и участков двухпутного тоннеля от центральной части перегона до соседних станций для условий зимнего периода (январские температуры (н.х.м.), температуры наиболее холодной пятидневки (н.х.п.) при схемах вентиляции с рециркуляцией и без рециркуляции воздуха [составлено авторами]
Fig. 6. Results of calculations of the temperature distribution along the length of the ceiling and sections of the double-track tunnel from the central part of the stage to neighboring stations for winter conditions (January temperatures (n.h.m.), the temperature of the coldest five-day period (n.h.p.) with ventilation schemes with and without recirculation of air [compiled by the authors]
Рис. 7. Температура воздуха на станции при схемах проветривания с рециркуляцией и без рециркуляции воздуха [составлено авторами]
Fig. 7. Air temperature at the station with ventilation schemes with and without recirculation of air [compiled by the authors]
тоннеля на станцию, и линиеи, соответствующей минимально допустимой температуре воздуха на станции.
При температуре наружного воздуха, не превышающей -10 °С, температура воздуха на станциях может опускаться ниже минимально допустимой температуры.
Таким образом, это значение температуры наружного воздуха является критической величиной, определяющей не-
обходимость включения в схемы вентиляции рециркуляции воздуха.
В летний период амплитуда изменения температуры воздуха в тоннеле гораздо меньше, чем в зимний (рис. 8). Для летнего периода она не превышает 5,7 °С, а для периодов н.ж.м. и н.ж.д. соответственно 4 °С и 1,9 °С.
Причем во всем диапазоне изменения определяющих параметров температура воздуха на станциях не превосходит
500 1000 Распределение температур в летний период Распределение температур в н.ж.м. -Рапределение температур в н.ж.д.
Рис. 8. Результаты расчетов распределения температур по длине подшивного потолка и участков двухпутного тоннеля от центральной части перегона до соседних станций для условий летнего периода: температуры в летний период, температуры в наиболее жаркий месяц (н.ж.м.), температуры в наиболее жаркий день (н.ж.д.) [составлено авторами]
Fig. 8. The results of calculations of the temperature distribution along the length of the filing ceiling and sections of the double-track tunnel from the central part of the stage to neighboring stations for the conditions of the summer period temperature in summer, temperature in the hottest month (h.m.), temperature on the hottest day (h.d.) [compiled by the authors]
Рис. 9. Температуры воздуха на станции, расположенной за точкой сопряжения участка двухпутного и однопутных тоннелей [составлено авторами]
Fig. 9. Air temperatures at the station located behind the interface point of a section of a double-track tunnel and single-track tunnels [compiled by the authors]
максимально возможной температуры 28 °С.
По сравнению с температурами в однопутных тоннелях, когда их значения на станциях могут достигать 29 — 30 °С, для двухпутных тоннелей характерен более благоприятный температурный режим.
Это может быть объяснено отсутствием связанных с движением поездов циркуляционных потоков, где в течение всего годового периода может аккумулироваться теплота от движущихся поездов, значительная часть которой не удаляется с исходящей воздушной струей из метрополитена [7].
На температуру воздуха на станции, расположенной за точкой сопряжения участка двухпутного тоннеля и однопутных тоннелей, как уже отмечалось, влияют циркуляционные потоки, инициируемые движущимися поездами, температура воздуха, поступающего из двухпутного тоннеля (см. рис. 3).
Как свидетельствуют выполненные расчеты (рис. 9), на температуру воздуха на станции при прочих равных условиях (тепловыделение поездов, расстояние между станцией и сопряжением двухпутного и однопутных тоннелей, ин-
тенсивность и скорость поездов, определяющих расход циркуляционного воздуха) оказывает влчияние количество воздуха, поступающее из двухпутного тоннеля. Так, при увеличении количества воздуха в 1,5 раза с 40 м3/с до 60 м3/с даже при его неизменной температуре удается снизить температуру воздуха на станции до нормативного значения 28 °С.
Выводы
1. Развитие метрополитенов в России связано с сооружением двухпутных тоннелей с помощью тоннелепроходче-ских комплексов, позволяющих сократить затраты на строительство примерно на 20—30% при одновременном увеличении скорости проходки до 450 м/мес. Безопасность эксплуатации линий метрополитена с двухпутными тоннелями определяется возможностью создания на станциях и тоннелях нормативных санитарно-гигиенических показателей воздушной среды, для обеспечения которых необходимо использовать схемы проветривания, адаптированные для климатических условий, характеризующих районы, где располагаются двухпутные тоннели.
2. Термодинамические параметры тоннельного воздуха на линиях метрополитена, включающих двухпутные и однопутные тоннели, и последующая разработка мероприятий по управлению этими параметрами должны устанавливаться на основе предложенной методики расчета распределения температур для условий среднегодовых, среднезим-них, среднелетних, среднемесячных и экстремальных (наиболее холодной пятидневки, наиболее жаркого дня) температур наружного воздуха.
3. Для схем проветривания двухпутных тоннелей, в которых одним из элементов вентиляционной системы является подшивной потолок, в зимний период времени при температуре наружного воздуха ниже значений минус 8 — 10 °С следует использовать специально организованную рециркуляцию тоннельного воздуха между центральной частью тоннеля и входом наружного воздуха в подшивной потолок.
4. По сравнению с однопутными тоннелями, где значения температур на стан-
циях могут достигать 29—30 °С, для двухпутных тоннелей характерен более благоприятный температурный режим, что может быть объяснено отсутствием связанных с движением поездов циркуляционных потоков,где в течение всего годового периода может аккумулироваться теплота от движущихся поездов, значительная часть которой не удаляется с исходящей воздушной струей из метрополитена.
5. На температуру воздуха на станции, расположенной за точкой сопряжения участка двухпутного тоннеля и однопутных тоннелей, влияют циркуляционные потоки в однопутных тоннелях, инициируемые движущимися поездами, а также расход и температура воздуха, поступающего из двухпутного тоннеля. Снижение температуры воздуха на станции до нормативного значения 28 °С быть может быть обеспечено за счет увеличения количества воздуха, поступающего из двухпутного тоннеля, величина которого устанавливается расчетом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Красюк А. М., Лугин И. В. Вентиляция метрополитенов. - Новосибирск: Наука, 2019. - 316 с.
2. Вальков В. А., Виноградов К. П., Валькова Е. О., Мустафин М. Г. Создание растров высокой информативности по данным лазерного сканирования и аэрофотосъемки // Геодезия и картография. - 2022. - № 11. - С. 40-49. DOI: 10.22389/0016-7126-989-11-40-49.
3. Bykowa E, Skachkova, M, Raguzin I., Dyachkova I., Boltov M. Automation of negative infrastructural externalities assessment methods to determine the cost of land resources based on the development of a «thin client» model. Sustainability. 2022, vol. 14, no. 15, article 9383. DOI: 10.3390/su14159383.
4. Карасев М. А., Нгуен Т. Т. Метод прогноза напряженного состояния обделки подземных сооружений квазипрямоугольной и арочной форм // Записки Горного института. -2022. - Т. 257. - С. 807-821. DOI: 10.31897/PMI.2022.17.
5. Волохов Е. М., Мукминова Д. З. Оценка деформаций при строительстве эскалаторных тоннелей метрополитена способом искусственного замораживания грунтов для стадии формирования ледопородного ограждения // Записки Горного института. - 2021. -Т. 252. - С. 826-839. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.5.
6. Протосеня А. Г., Алексеев А. В., Вербило П. Э. Прогноз напряженно-деформированного состояния и устойчивости лба забоя тоннеля при пересечении нарушенных зон
грунтового массива // Записки Горного института. - 2022. - Т. 254. - С. 252-260. DOI: 10.31897/PMI.2022.26.
7. Гэндлер С. Г., Крюкова М. С. Проблемы эксплуатации линий метрополитена с двухпутными тоннелями в условиях холодного климата // Известия ТулГУ. Науки о Земле. -2022. - № 2. - С. 77-87. DOI: 10.46689/2218-5194-2022-2-1-77-87.
8. Menéndez J., Fernández-Oro J. M, Merlé N., Galdo M, Álvarez L., López C., Bernardo-Sánchez A. Auxiliary ventilation systems in mining and tunnelling: Air leakage prediction and system design to optimize the energy efficiency and operation costs // Tunnelling and Underground Space Technology. 2023, vol. 140, article 105298. DOI: 10.1016/j.tust.2023.105298.
9. Louie A., Li S, Marsico S, Seo B. R, Nishimura N. How many trains should be allowed in a vent zone? / 18th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels, ISAVFT 2019. 2019, pp. 561-575.
10. Klein R., Maevski I., Ko J., Li Y. Fuel pool development in tunnel and drainage as a means to mitigate tunnel fire size // Fire Safety Journal. 2018, vol. 97, pp. 87-95. DOI: 10.1016/ j.firesaf.2017.09.007.
11. Гайнуллин Д. Э., Аксенов С. Г К вопросу об обеспечении пожарной безопасности на метрополитене // E-Scio. - 2022. - № 11 (74). - С. 353-357.
12. Родионов В. А., Цыганков В. Д., Жихарев С. Я., Кормщиков Д. С. Методика исследования аэродинамических свойств каменноугольной пыли в протяженных горизонтальных выработках // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2021. -№ 10. - С. 69-79. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-10-0-69.
13. Свердлов А. В., Волков А. П., Рыков С. В., Волков М. А., Барафанова Е. Ю. Моделирование процессов дымоудаления в подземных сооружениях транспортного назначения //Вестник международной академии холода. - 2019. - № 1. - С. 3-10. DOI: 10.17586/1606-4313-2019-18-1-3-10.
14. Azuma T., Ichikawa A., Akaishi M, Azuma S., Sasagawa Y., Yuhara M. Application of Model-based Predictive Ventilation Control (MPVC) to misty haze prevention in tunnels / 17th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels 2017, ISAVFT 2017. 2017, pp. 741-747.
15. Лугин И. В., Алферова Е. Л. Комплексный анализ эффективности схем вентиляции для метрополитена с двухпутным тоннелем // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. - 2018. - Т. 5. - № 1. - С. 268-273.
16. Кияница Л. А. К вопросу определения аналитических зависимостей теплового потока в грунт из подземных сооружений станций закрытого типа метрополитена мелкого заложения с двухпутным тоннелем // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2018. - № 2. - С. 89-102. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-2-0-89-102.
17. Gosset P., Gourdache M, Vassoudevane S, Musluoglu E. Global assessment to confirm the need of tunnel cooling in modern automatic metro under very hot climate and way of optimization: application on the Doha metro / 17th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels 2017, ISAVFT 2017. 2017, pp. 725-740.
18. Protosenya A. G., Karasev M. A., Belyakov N. A. Method of predicting earth surface subsidence during the construction of tunnels using TBM with face cantledge on the basis of multivariate modeling // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2018, vol. 9, no. 11, pp. 1620-1629.
19. Алферова Е. Л., Лугин И. В. К вопросу создания и поддержания требуемых параметров внутреннего воздуха в тоннелях метрополитена в теплый период года // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2018. - № 11. - С. 63-69. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-11-0-63-69.
20. Krasyuk A. M, Lugin I. V., Pavlov S. A. Experimental research into air distribution in a terminal subway station // Tunnelling and Underground Space Technology. 2019, vol. 85, pp. 21-28. DOI: 10.1016/j.tust.2018.11.049.
21. Свердлов А. В., Волков А. П., Рыков С. В., Гордеева Э. А., Волков М. А. Проектирование систем противодымной вентиляции современных автостоянок закрытого типа с использованием математических моделей процессов тепло- и массообмена на основе числа Фруда // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование». - 2018. - № 1. - С. 47-56.
22. Коршунов Г. И., Спицын А. А., Баженова В. А. Разработка способа снижения выделения респирабельной фракции пыли в атмосферу разреза за счет рекультивации пылящих источников // Безопасность труда в промышленности. - 2022. - № 6. - С. 27-32. DOI: 10.24000/0409-2961-2022-6-27-32.
23. Klein R., Maevski I., Bott J., Calado A. Estimating water density for tunnel fixed fire-fighting system and ventilation requirements to control fires in road tunnels // Fire Safety Journal. 2021, vol. 120. DOI: 10.1016/j.firesaf.2020.103180.
24. Thompson J. A., Graham C. J. The impact of groundwater flow on tunnel heat transfer / 17th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels 2017, ISAVFT 2017, 2017, pp. 695-709.
25. Лугин И. В., Алферова Е. Л. Параметры оборудования систем адиабатического охлаждения воздуха в подземных тоннельных сооружениях метрополитена // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. - 2021. - Т. 8. - № 1. - С. 244-251.
26. Кияница Л. А. Научно-методические основы разработки раздельной системы вентиляции станции закрытого типа метрополитена с двухпутным туннелем // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2019. - № 1. - С. 84-96. DOI: 10.25018/02361493-2019-01-0-84-96.
27. Корнев А. В., Спицын А. А., Коршунов Г. И., Баженова В. А. Обеспечение пы-левзрывобезопасности подземных горных выработок в угольных шахтах: методы и современные тенденции // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2023. -№ 3. - С. 133-149. DOI: 10.25018/0236-1493-2023-3-0-133.
28. Каледина Н. О., Малашкина В. А. Индикаторная оценка надежности функционирования шахтных вентиляционно-дегазационных систем // Записки Горного института. -2021. - Т. 250. - С. 553-561. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.8.
29. Agnese L, Baudienville G., Fournier L, Soler B. Air quality and long term thermal prediction in complex underground systems: application to the Grand Paris Express metro / 17th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels 2017, ISAVFT 2017. 2017, pp. 711-724.
30. Плотникова Ю. А., Майбенко Н. И., Мартынов А. А. Теплоизоляция стенок горных выработок как способ регулирования тепловых условий в глубоких шахтах // Научные труды КубГТУ. - 2019. - № 3. - С. 421-430.
31. Maevski I., Louie A., Colino M., Lampkin B., Newman D. G. Non-emergency ventilation in enclosed road, rail and mass transit facilities / 18th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels, ISAVFT 2019. 2019, pp. 27-35.
32. Зайцев А. В., Бородавкин Д. А., Поляков И. В., Власова Е. М. Нормирование температурного режима в условиях нагревающего микроклимата горных выработок // Известия ТулГУ. Науки о Земле. - 2021. - № 4. - С. 145-158. DOI: 10.46689/2218-5194-2021-41-145-158.
33. Ko J., Maevski I., Grella J. Holistic approach to improve air quality and provide smoke management for Chicago Union Station and tunnels using hybrid longitudinal and semi-transverse ventilation / 17th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels 2017, ISAVFT 2017. 2017, pp. 105-118.
34. Lei P., Chen C., Jiao W, Shi C. Experimental study on collaborative longitudinal ventilation of smoke control for branched tunnel fires considering different branch angles // Tunnelling and Underground Space Technology. 2023, vol. 136. DOI: 10.1016/j.tust.2023.105097.
35. Ковальский Е. Р., Конгар-Сюрюн Ч. Б., Петров Д. Н. Проблемы и перспективы внедрения многостадийной выемки руды при отработке запасов калийных месторождений // Устойчивое развитие горных территорий. - 2023. - Т. 15. - № 2. - С. 349-364. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-2-349-364.
36. Смирняков В В., Родионов В. В., Смирнякова В. В., Орлов Ф. А. Влияние формы и размеров пылевых фракций на их распределение и накопление в горных выработках при изменении структуры воздушного потока // Записки Горного института. - 2022. -Т. 253. - С. 71-81. DOI: 10.31897/PMI.2022.12. ЕШ
REFERENCES
1. Krasyuk A. M., Lugin I. V. Ventilyatsiya metropolitenov[Subway ventilation], Novosibirsk, Nauka, 2019, 316 p.
2. Valkov V. A., Vinogradov K. P., Valkova E. O., Mustafin M. G. Creating rasters of high information content based on laser scanning and aerial photography. Geodesy and cartograph. 2022, no. 11, pp. 40-49. [In Russ]. DOI: 10.22389/0016-7126-989-11-40-49.
3. Bykowa E., Skachkova, M., Raguzin I., Dyachkova I., Boltov M. Automation of negative infrastructural externalities assessment methods to determine the cost of land resources based on the development of a «thin client» model. Sustainability. 2022, vol. 14, no. 15, article 9383. DOI: 10.3390/su14159383.
4. Karasev M. A., Nguyen T. T. Method for predicting the stress state of the lining of underground structures of quasi-rectangular and arched forms. Journal of Mining Institute. 2022, vol. 257, pp. 807-821. [In Russ]. DOI: 10.31897/PMI.2022.17.
5. Volokhov E. M., Mukminova D. Z. Deformations assessment during subway escalator tunnels construction by the method of artificial freezing of soil for the stage of ice wall formation. Journal of Mining Institute. 2021, vol. 252, pp. 826-839. [In Russ]. DOI: 10.31897/ PMI.2021.6.5.
6. Protosenya A. G., Alekseev A. V., Verbilo P. E. Prediction of the stress-strain state and stability of the front of tunnel face at the intersection of disturbed zones of the soil mass. Journal of Mining Institute. 2022, vol. 254, pp. 252-260. [In Russ]. DOI: 10.31897/PMI.2022.26.
7. Gendler S. G., Kryukova M. S. Problems of operation of metro lines with double-track tunnels in cold climate. News of the Tula state university. Sciences of Earth. 2022, no. 2, pp. 7787. [In Russ]. DOI: 10.46689/2218-5194-2022-2-1-77-87.
8. Menéndez J., Fernández-Oro J. M., Merlé N., Galdo M., Álvarez L., López C., Bernardo-Sánchez A. Auxiliary ventilation systems in mining and tunnelling: Air leakage prediction and system design to optimize the energy efficiency and operation costs. Tunnelling and Underground Space Technology. 2023, vol. 140, article 105298. DOI: 10.1016/j.tust.2023.105298.
9. Louie A., Li S., Marsico S., Seo B. R., Nishimura N. How many trains should be allowed in a vent zone? 18th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels, ISAVFT2019. 2019, pp. 561-575.
10. Klein R., Maevski I., Ko J., Li Y. Fuel pool development in tunnel and drainage as a means to mitigate tunnel fire size. Fire Safety Journal. 2018, vol. 97, pp. 87-95. DOI: 10.1016/ j.firesaf.2017.09.007.
11. Gainullin D. E., Aksenov S. G. On the issue of ensuring fire safety on the subway. E-Scio. 2022, no. 11 (74), pp. 353-357. [In Russ].
12. Rodionov V. A., Tsygankov V. D., Zhikharev S. Ya., Kormshchikov D. S. Research procedure for coal dust aerodynamics in long roadways. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2021, no. 10. С. 69-79. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-10-0-69.
13. Sverdlov A. V., Volkov A. P., Rykov S. V., Volkov M. A., Barafanova E. Yu. Modeling of smoke removal processes in underground transport facilities. Journal international academy of refrigeration. 2019, no. 1, pp. 3-10. [In Russ]. DOI: 10.17586/1606-4313-2019-18-1-3-10.
14. Azuma T., Ichikawa A., Akaishi M., Azuma S., Sasagawa Y., Yuhara M. Application of Model-based Predictive Ventilation Control (MPVC) to misty haze prevention in tunnels. 17th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels 2017, ISAVFT2017. 2017, pp. 741-747.
15. Lugin I. V., Alferova E. L. Comprehensive analysis of the effectiveness of ventilation schemes for a subway with a double-track tunnel. Mining sciences: fundamental and applied issues. 2018, vol. 5, no. 1, pp. 268-273. [In Russ].
16. Kiyanitsa L. A. Determining analytical dependences for heat flow in soil from enclosed-type shallow underground subway stations with double-track tunnels. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2018, no. 2, pp. 89-102. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-2-0-89-102.
17. Gosset P., Gourdache M., Vassoudevane S., Musluoglu E. Global assessment to confirm the need of tunnel cooling in modern automatic metro under very hot climate and way of optimization: application on the Doha metro. 17th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels 2017, ISAVFT2017. 2017, pp. 725-740.
18. Protosenya A. G., Karasev M. A., Belyakov N. A. Method of predicting earth surface subsidence during the construction of tunnels using TBM with face cantledge on the basis of multivariate modeling. International Journal of Civil Engineering and Technology. 2018, vol. 9, no. 11, pp. 1620-1629.
19. Alferova E. L., Lugin I. V. Generation and maintenance of the required air parameters in subway tunnels during warm seasons. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2018, no. 11, pp. 63-69. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-11-0-63-69.
20. Krasyuk A. M., Lugin I. V., Pavlov S. A. Experimental research into air distribution in a terminal subway station. Tunnelling and Underground Space Technology. 2019, vol. 85, pp. 21-28. DOI: 10.1016/j.tust.2018.11.049.
21. Sverdlov A. V., Volkov A. P., Rykov S. V., Gordeeva E. A., Volkov M. A. Designing smoke ventilation systems of modern closed-type parking lots using mathematical models of heat and mass transfer processes based on the Froude number. Scientific journal NRU ITMO. Series «Refrigeration and Air Conditioning». 2018, no. 1, pp. 47-56. [In Russ].
22. Korshunov G. I., Spitsyn A. A., Bazhenova V. A. Development of the method for reducing the release of respirable dust fraction into the mine environment due to the reclamation of dusty sources. Occupational Safety in Industry. 2022, no. 6, pp. 27-32. [In Russ]. DOI: 10.24000/0409-2961-2022-6-27-32.
23. Klein R., Maevski I., Bott J., Calado A. Estimating water density for tunnel fixed fire-fighting system and ventilation requirements to control fires in road tunnels. Fire Safety Journal. 2021, vol. 120. DOI: 10.1016/j.firesaf.2020.103180.
24. Thompson J. A., Graham C. J. The impact of groundwater flow on tunnel heat transfer. 17th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels 2017, ISAVFT 2017, 2017, pp. 695-709.
25. Lugin I. V., Alferova E. L. Parameters of equipment for adiabatic air cooling systems in underground tunnel structures of the metro. Mining sciences: fundamental and applied issues. 2021, vol. 8, no. 1, pp. 244-251. [In Russ].
26. Kiyanitsa L. A. Scientific and methodical design framework for separate ventilation systems for closed-type stations and double-track subway tunnels. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2019, no. 1, pp. 84-96. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-01-0-84-96.
27. Kornev A. V., Spitsyn A. A., Korshunov G. I., Bazhenova V. A. Preventing dust explosions in coal mines: Methods and current trends. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2023, no. 3, pp. 133-149. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2023-3-0-133.
28. Kaledina N. O., Malashkina V. A. Indicator assessment of the reliability of mine ventilation and degassing systems functioning. Journal of Mining Institute. 2021, vol. 250, pp. 553561. [In Russ]. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.8.
29. Agnese L., Baudienville G., Fournier L., Soler B. Air quality and long term thermal prediction in complex underground systems: application to the Grand Paris Express metro. 17th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels 2017, ISAVFT2017. 2017, pp. 711-724.
30. Plotnikova Yu. A., Maybenko N. I., Martynov A. A. Thermal insulation of the walls of mine workings as a way of regulating thermal conditions in deep mines. Scientific Works of the Kuban State Technological University. 2019, no. 3, pp. 421-430. [In Russ].
31. Maevski I., Louie A., Colino M., Lampkin B., Newman D. G. Non-emergency ventilation in enclosed road, rail and mass transit facilities. 18th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels, ISAVFT2019. 2019, pp. 27-35.
32. Zaitsev A. V., Borodavkin D. A., Polyakov I. V., Vlasova E. M. Normalization of the temperature regime in the conditions of the heating microclimate of mine workings. News of the Tula state university. Sciences of Earth. 2021, no. 4, pp. 145-158. [In Russ]. DOI: 10.46689/22185194-2021-4-1-145-158.
33. Ko J., Maevski I., Grella J. Holistic approach to improve air quality and provide smoke management for Chicago Union Station and tunnels using hybrid longitudinal and semi-transverse ventilation. 17th International Symposium on Aerodynamics, Ventilation and Fire in Tunnels 2017, ISAVFT2017. 2017, pp. 105-118.
34. Lei P., Chen C., Jiao W., Shi C. Experimental study on collaborative longitudinal ventilation of smoke control for branched tunnel fires considering different branch angles. Tunnelling and Underground Space Technology. 2023, vol. 136. DOI: 10.1016/j.tust.2023.105097.
35. Kovalski E. R., Kongar-Syuryun Ch. B., Petrov D. N. Challenges and prospects for several-stage stoping in potash minining. Sustainable Development of Mountain Territories. 2023, vol. 15, no. 2, pp. 349-364. [In Russ]. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-2-349-364.
36. Smirnyakov V. V., Rodionov V. A., Smirnyakova V. V., Orlov F. A. The influence of the shape and size of dust fractions on their distribution and accumulation in mine workings when changing the structure of air flow. Journal of Mining Institute. 2022, vol. 253, pp. 71-81. [In Russ]. DOI: 10.31897/PMI.2022.12.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Гендлер Семен Гэигорьевич1 - д-р техн. наук,
профессор, зав. кафедрой, e-mail: [email protected],
ORCID ID: 0000-0002-7721-7246,
Крюкова Милана Сергеевна1 - аспирант-исследователь,
e-mail: [email protected],
ORCID ID: 0000-0001-9632-3979,
1 Санкт-Петербургский горный университет.
Для контактов: Крюкова М.С., e-mail: [email protected].
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
S.G. Gendler1, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of Chair, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-7721-7246, M.S. Kryukova1, Graduate Student, Researcher, 1 Saint-Petersburg Mining University, 199106, Saint-Petersburg, Russia.
Corresponding author: M.S. Kryukova, e-mail: [email protected].
Получена редакцией 03.05.2023; получена после рецензии 24.07.2023; принята к печати 10.08.2023. Received by the editors 03.05.2023; received after the review 24.07.2023; accepted for printing 10.08.2023.
