Управление тепловым режимом линий метрополитена, включающих в себя двухпутные и однопутные тоннели

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.

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.

Гендлер Семен Григорьевич¹ — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: sgendler@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-7721-7246,
Крюкова Милана Сергеевна¹ — аспирант-исследователь, e-mail: s215068@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-9632-3979,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Крюкова М.С., e-mail: s215068@stud.spmi.ru.

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. Гендлер 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., BernardoSánchez 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 теплои 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 firefighting 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 пылевзрывобезопасности 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.