تهویه تونل

روش‌های مختلفی برای تخلیه هوای گرد و غبار و گازهای سمی در حین احداث و همچنین بهره‌برداری از تونل‌ها وجود دارد. در این مقاله به بررسی سیستم‌های تهویه تونل پرداخته می‌شود.

عملیات ساخت تونل‌ها معمولا به روش سنتی و انفجار ( Drill and Blast ) انجام می‌شود، که به علت انتشار غبار و گازهای سمی باعث ایجاد خطرات امنیتی و مشکلات سلامتی بسیاری می‌گردد. از این رو فراهم آوردن سیستم تخلیه در هنگام احداث تونل‌ها 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 جاده‌ای و ریلی می‌گردد.

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 فشرده‌ای که هنگام انجام عملیات حفاری انتشار می‌یابد به علت وجود روغن و گرد و غبار آلوده می‌باشد. لذا نمی‌توان 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 می‌شود 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 می‌کند:

1- طول تونل و سایز آن

2- میزان مواد منفجره مورد نیاز برای انفجار و فرکانس‌های 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

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

انواع روش‌های تهویه تونل در هنگام ساخت تونل

به طور کلی روش هایی که برای تخلیه هوای تونل در نظر گرفته می‌شود 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 می‌باشد. در ابتدای تونل یا بخشی که تخلیه شروع می‌شود، گازهای آلاینده به وسیله هوای تازه شروع  به حرکت می‌کنند. سپس از دهانه خروجی و یا انتهای تونل هوای آلوده خارج می‌گردد. این موضوع در شکل زیر نشان داده شده است؛

سیستم تخلیه هوای طولی می‌تواند به حالت های دهانه به دهانه، شفت به شفت و دهانه به شفت باشد که در شکل بالا این حالت‌ها نشان داده شده‌اند. در تونل‌هایی که کاربری عبور و مرور افراد دارند و همچنین تونل‌های ریلی از سیستم‌های تخلیه جریان هوای طولی استفاده می‌شود.

روش تخلیه جریان هوای عرضی

در این روش توزیع یکنواخت جریان هوا در راستای طول تونل انجام می‌پذیرد. این روش عمدتا در تونل‌های جاده‌ای استفاده می‌شود. در بعضی موارد ازین روش برای تونل‌های با کاربری رفت و آمد افراد نیز استفاده می‌شود. اگر از این روش استفاده شود سطح دما و و میزان آلاینده‌های در سطح ثابتی باقی می‌ماند. این روش می‌تواند هم به صورت کاملا عرضی و هم به صورت نیمه عرضی باشد.

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

قابلیت‌های 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.

سیستم‌های تخلیه می‌توانند طبیعی و یا مکانیکی باشند.

سیستم‌های تخلیه هوای طبیعی در تونل‌ها

در فاصله یک دهانه از تونل تا دهانه بعدی یک رانش هوایی به صورت طبیعی وجود دارد که باعث ایجاد تهویه تونل می‌شود. 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.

سیستم‌های 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 می‌یابد.

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 می‌تواند بر روی تخلیه طبیعی هوا و به سبب آن میزان آلایندگی تولید شده توسط خودروها تاثیر بگذارد.

سیستم های تهویه تونل مکانیکی

سیستم‌های تخلیه هوای مکانیکی نیازمند دستگاه‌های مکانیکی نظیر فن‌های برقی، فن‌های تخلیه و یا بلورها می‌باشند که باعث تخلیه هوای تونل و دمیدن هوای تازه به تونل می‌شود. این فن ها سه نوع عملکرد می‌توانند داشته باشند:

۱- دمیدن هوا

۲- تخلیه هوا

۳- ترکیب مکش و دهش هوا

سیستم‌های دمش هوا در تونل‌ها

همانگونه که از نام سیستم نیز مشخص است، هوای تازه به وسیله کانال یا لوله توسط یه فن دمنده در تونل دمیده می‌شود. وقتی این هوا به دهانه تونل می‌رسد، گرد خاک و گازهای موجود را با خود به بیرون می‌برد. این سیستم توزیع هوا، تامین هوای تازه در نزدیک محل کار را به سادگی امکان پذیر می‌کند. اما در تونل های بلند،‌ این سیستم معایبی نیز دارند که از جمله آن می‌توان 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 می‌باشد که هوای آلوده و گرد وغبار به وسیله آن از محیط خارج می‌شوند. بدین صورت هوای تازه‌ای که از طریق ورودی تونل وارد می‌شود، در داخل تونل باقی می‌ماند. تخیله سریع دود و گرد و غبار یکی از مزیت‌های سیستم‌های مکش هوا می‌باشد.

سیستم‌های ترکیبی دهش و مکش هوا در تونل‌ها

شکل زیر شماتیک یک سیستم ترکیبی دهش و مکش هوا را نشان می‌دهد. این سیستم از روش‌های پیشین پیشرفته‌تر است که  مزیت‌های هر دو روش اشاره شده در قبل را دارد و عملکرد بهتری از خود در سیستم‌های تهویه هوای تونل نشان می‌دهد.

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 می‌گردد.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 می‌کنند.

سیستم‌های جلوگیری از گرد و غبار در ساخت تونل

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

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

روش های کنترل گرد و غبار در تونل

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

۱- دریل کاری مرطوب (Wet Drilling )

۲- استفاده از هود ویکوم

۳- استفاده از ماسک

امروزه دستگاه‌های 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 می‌گردد.

در روش استفاده از هود برای تخلیه گرد و غبار، یک هود به سطح دریل متصل می‌شود. این هود به یک کانال تخلیه متصل می‌گردد. این کانال گرد و غبار ناشی از عملیات دریل کاری را به بیرون منتقل می‌کند و باعث می‌گردد هیچ گونه ذره‌ای 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.