تهویه تونل

روش های مختلفی برای تخلیه هوای گرد و غبار و گازهای سمی در حین احداث و همچنین بهره برداری از تونل ها وجود دارد. در این مقاله به بررسی سیستم های تهویه تونل پرداخته می شود.

عملیات ساخت تونل ها معمولا به روش سنتی و انفجار ( Drill and Blast ) انجام می شود، که به علت انتشار غبار و گازهای سمی باعث ایجاد خطرات امنینی و مشکلات سلامتی بسیاری می گردد. از این رو فراهم آوردن سیستم تخلیه در هنگام احداث تونل ها امری الزامی است.

مهمترین اهداف ایجاد سیستم تخلیه هوای تونل عبارتند از:

• فراهم آوردن هوای تازه برای کارگران
• خارج کردن دود و گازهایی که برای سلامت افراد حاضر مضر است و همچنین قابلیت انفجار دارند
• برای خارج کردن گازهای منتشر شده حاصل از عملیات حفاری، تخریف و انفجار

فراهم آوردن یک سیستم تخلیه هوا در هنگام ساخت تونل و همچنین پس از تکمیل آن امری ضروری است که در نهایت منجر به تسهیل عملکرد، راحتی و ایجاد محیطی امن برای هر دو کاربری جاده ای و ریلی می گردد.

چرا در هنگام ساخت تونل سیستم تهویه تونل نیاز است؟

در هنگام کار در تونل، باید به ازای هر کارگر به طور پیوسته حدود 200 تا 500 فوت مکعب هوای تازه تامین گردد. هوای فشرده ای که هنگام انجام عملیات حفاری انتشار می یابد به علت وجود روغن و گرد و غبار آلوده می باشد. لذا نمی توان آن را به عنوان منبع هوا در عملیات تامین هوا در نظر گرفت.

بعد از هر انفجار، سطح منطقه کاملا با هوایی که سرشار از دود و گرد و غبار است پوشیده می شود که این هوا برای تنفس مناسب نیست. لذا قبل از اینکه شخص بخواهد آثار و تلفات ناشی از انفجار را تخلیه کند باید هوای آلوده آن ناحیه به توسط سیستم تخلیه هوا خارج شده و هوای تازه جایگزین آن شود.

بین عملیات انفجار و عملیات پاک سازی یک فاصله 30 دقیقه ای وجود دارد که سیستم تخیله هوا باید در این حین آلودگی های ناشی از گازهای سمی و همچنین گرد و غبار ایجاد شده را خارج کرده و هوای تازه را جایگزین آن نماید.

به طور کلی سه عامل، شیوه و ظرفیت سیستم تخلیه هوای تونل را تعیین می کند:

1- طول تونل و سایز آن

2- میزان مواد منفجره مورد نیاز برای انفجار و فرکانس های ناشی از آن

3- میزان دما و رطوبت داخل تونل

محیط کاری در داخل تونل

شرایط کاری داخل تونل تابع موارد زیر است:

• گازها و گرد و غبار ساطع شده در حین عملیات ساخت تونل
• گازهای اگزازست ساطع شده ناشی از عملیات دیزل
• گازهای سمی و یا قابل انفجار ساطع شده. به عنوان مثال نیتروژن اکسید، هیدروژن سولفید، گازهای اسیدی سولفوری، کربن مونواکسید.
• گازهای قابل اشتعال و یا کمبود گاز اکسیژن در درون زمین. به عنوان مثال متان، کربن مونواکسید و هیدروژن سولفید.
• میزان دما و رطوبت محیط

جدول 1 – چگالی گرد و غبار صادر شده ناشی از ساخت تونل

مرحله ساخت تونل	چگالی غبار ایجاد شده بر حسب  mg/m3
حفاری	1000 -10
جمع آوری مواد ناشی از حفاری	1000 -10
پاک سازی	100- 10
دریل کردن	50-1
انفجار	300-100
بتن پاشی	200-10

جدول زیر میزان چگالی مجاز گازهای سمی داخل تونل را نشان می دهد.

انواع روش های تهویه تونل در هنگام ساخت تونل

به طور کلی روش هایی که برای تخلیه هوای تونل در نظر گرفته می شود به شرایط عادی و اضطراری بودن، سایز، سطح مقطع و میزان ترافیک و غیره بستگی دارد.

انواع روش های تهویه تونل

روش تخلیه جریان هوای طولی

در این روش جریان هوا به صورت طولی می باشد. در ابتدای تونل یا بخشی که تخلیه شروع می شود، گازهای آلاینده به وسیله هوای تازه شروع  به حرکت می کنند. سپس از دهانه خروجی و یا انتهای تونل هوای آلوده خارج می گردد. این موضوع در شکل زیر نشان داده شده است.

سیستم تخلیه هوای طولی می تواند به حالت های دهانه به دهانه، شفت به شفت و دهانه به شفت باشد که در شکل بالا این حالت ها نشان داده شده اند. در تونل هایی که کاربری عبور و مرور افراد دارند و همچنین تونل های ریلی از سیستم های تخلیه جریان هوای طولی استفاده می شود.

روش تخلیه جریان هوای عرضی

در این روش توزیع یکنواخت جریان هوا در راستای طول تونل انجام می پذیرد. این روش عمدتا در تونل های جاده ای استفاده می شود. در بعضی موارد ازین روش برای تونل های با کاربری رفت و آمد افراد نیز استفاده می شود. اگر از این روش استفاده شود سطح دما و و میزان آلاینده های در سطح ثابتی باقی می ماند. این روش می تواند هم به صورت کاملا عرضی و هم به صورت نیمه عرضی باشد.

روش های تخلیه عرضی و نیمه عرضی برای تونل های بزرگتر از ۴ یا ۵ کیلومتر از روش تخلیه طولی بهتر است.

قابلیت های سیستم تهویه تونل و نوع آن به مواردی مانند شرایط هوا، میزان هوای موجود در تونل که باید بر اساس شرایط ترافیک محاسبه شود، میزان انتشار گازها در داخل تونل، استانداردهای میزان آلودگی  و همچنین استاندرهای آلودگی محلی به نوعی که فضاهای اطراف تونل نیز آلوده نشوند و آسیب نبینند، بستگی دارد.

سیستم های تخلیه می توانند طبیعی و یا مکانیکی باشند.

سیستم های تخلیه هوای طبیعی در تونل ها

در فاصله یک دهانه از تونل تا دهانه بعدی یک رانش هوایی به صورت طبیعی وجود دارد که باعث ایجاد تهویه تونل می شود. این روش زمانی کاربردی است که طول تونل کوتاه باشد. در مواردی که طول تونل زیاد است، این چنین سیستم های تخلیه طبیعی کافی نبوده و باید سیستم تهویه مکانیکی به صورت جداگانه برای تخلیه هوا تامین گردد.

سیستم های تهویه تونل و تخلیه هوای طبیعی تونل می تواند به حالت دهانه به دهانه، شفت به شفت و یا دهانه به شفت باشد. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، هوا سرعت تقریبا ثابتی در مسیر دارد. دما و همچنین سطح آلایندگی در نزدیکی دهانه خروجی یا شفت خروجی افزایش می یابد.

اگر شرایط هوایی تونل بر عکس شود، سرعت، دما و میزان آلودگی افزایش می یابد. اختلاف فشار بین دو دهانه تونل، که به وسیله اختلاف ارتفاع و دمای محیط و باد به وجود می آید عامل اصلی تعیین این شرای هوایی است.

تغییر ناگهانی در مسیر و یا سرعت باد می تواند بر روی تخلیه طبیعی هوا و به سبب آن میزان آلایندگی تولید شده توسط خودروها تاثیر بگذارد.

سیستم های تهویه تونل مکانیکی

سیستم های تخلیه هوای مکانیکی نیازمند دستگاه های مکانیکی نظیر فن های برقی، فن های تخلیه و یا بلورها می باشند که باعث تخلیه هوای تونل و دمیدن هوای تازه به تونل می شود. این فن ها سه نوع عملکرد می توانند داشته باشند:

۱- دمیدن هوا

۲- تخلیه هوا

۳- ترکیب مکش و دهش هوا

سیستم های دمش هوا در تونل ها

همانگونه که از نام سیستم نیز مشخص است، هوای تازه به وسیله کانال یا لوله توسط یه فن دمنده در تونل دمیده می شود. وقتی این هوا به دهانه تونل می رسد، گرد خاک و گازهای موجود را با خود به بیرون می برد. این سیستم توزیع هوا، تامین هوای تازه در نزدیک محل کار را به سادگی امکان پذیر می کند. اما در تونل های بلند،‌ این سیستم معایبی نیز دارند که از جمله آن می توان به ایجاد سطحی مه مانند در هنگام تخلیه دود، گرد و غبار و هوا در داخل تونل اشاره نمود.

سیستم های مکش هوا در تونل ها

این سیستم تهویه تونلی شامل یک  داکت تخلیه در نزدیکی محل کار می باشد که هوای آلوده و گرد وغبار به وسیله آن از محیط خارج می شوند. بدین صورت هوای تازه ای که از طریق ورودی تونل وارد می شود، در داخل تونل باقی می ماند. تخیله سریع دود و گرد و غبار یکی از مزیت های سیستم های مکش هوا می باشد.

سیستم های ترکیبی دهش و مکش هوا در تونل ها

شکل زیر شماتیک یک سیستم ترکیبی دهش و مکش هوا را نشان می دهد. این سیستم از روش های پیشین پیشرفته تر است که  مزیت های هر دو روش اشاره شده در قبل را دارد و عملکرد بهتری از خود در سیستم های تهویه هوای تونل نشان می دهد.

روش کار : بعد از انجام عملیات انفجار یا تخریب، برای بازه زمانی در حدود ۱۵ تا ۳۰ دقیقه سیستم تخلیه هوای تونل کار می کند.‌  بدین وسیله هوای آلوده و مضر به سرعت تخلیه می گردد.  سپس،  سیستم دهش هوا به طور پیوسته کار میکند تا بتواند هوای تازه را تا زمان عملیات تخریب بعدی تامین کند.

در شکل ۴، D فن را نشان می دهد که این فن طوری طراحی شده که تنها در یک راستا گردش کند. باز و بسته بودن ولوهای A، B و C دمنده یا مکنده بودن این فن را تعیین می کنند.

سیستم های جلوگیری از گرد و غبار در ساخت تونل

بعد از انجام عملیات تخریب، انفجار و دریل گرد و غبار زیادی در داخل تونل انباشته می شود. اگر میزان این گرد و غبار انباشته شده فراتر از حد مجاز رود، بر سلامت افراد و محیطی که در آنجا کار می کنند اثرات مخربی می گذارد.

انفجار سنگ به عنوان بخشی از عملیات حفاری تونل مقادیر زیادی سیلیکا در محیط آزاد می کند. تنفس این مقدار باعث بیماری به نام سیلیکاسیس (silicosis)  می گردد که بیماری کشنده است.

روش های کنترل گرد و غبار در تونل

روش هایی که برای کنترل تجمع گرد و غبار استفاده می شوند عبارتند از:

۱- دریل کاری مرطوب (Wet Drilling )

۲- استفاده از هود ویکوم

۳- استفاده از ماسک

امروزه دستگاه های دریل کاری پیشرفته ای ساخته شده اند، که از آب برای دریل کاری استفاده می کنند. با این روش سطحی که قرار است سوراخ گردد مرطوب شده و باعث کاهش انتشار گرد و غبار می گردد.

در روش استفاده از هود برای تخلیه گرد و غبار، یک هود به سطح دریل متصل می شود. این هود به یک کانال تخلیه متصل می گردد. این کانال گرد و غبار ناشی از عملیات دریل کاری را به بیرون منتقل می کند و باعث میگردد هیچ گونه ذره ای در فضای داخل تونل باقی نماند.

شیوه رایج و موثر دیگری که برای کنترل گرد و غبار استفاده می شود، استفاده از ماسک های مخصوص است. این ماسک ها به شیوه ای مخصوص طراحی شده و توسط کارگرانی که مدام در معرض گرد و غبار می باشند پوشیده می شوند.

جهت مطالعه بیشتر راجع به تونل ها می توانید به مقالات زیر مراجعه فرمایید:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0886779805000374

https://link.springer.com/article/10.1007/s11265-016-1123-8

همچنین جهت مشاهده مشخصات جت فن های ایماک می توانید به صفحه مشخصات جت فن ها مراجعه نمایید.