Огнестойкость воздуховодов систем дымоудаления городских автотранспортных тоннелей
На правах рукописи
Солнцев Николай Дмитриевич
ОГНЕСТОЙКОСТЬ ВОЗДУХОВОДОВ СИСТЕМ ДЫМОУДАЛЕНИЯ
ГОРОДСКИХ АВТОТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ
Специальность 05.26.03 «Пожарная и промышленная безопасность».
(Технические наук
и. Отрасль строительство)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва 2006
Работа выполнена на УНК ППБС в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России.
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Есин Владимир Михайлович
Официальные оппоненты: профессор кафедры, Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., профессор Кошмаров Юрий Антонович кандидат технических наук, старший научный сотрудник Голованов Владимир Ильич
Ведущая организация: Институт «Метрогипротранс»
Защита состоится «_» 2006 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 205.002.02 в Академии ГПС МЧС России по адресу: 129366, Москва, ул. Бориса Галушкина, 4.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии ГПС МЧС России.
Автореферат разослан «_» _ 2006 г., исх. №.
Отзыв на автореферат с заверенной подписью и печатью просим направлять в Академию ГПС МЧС России по указанному адресу.
Телефон для справок (495) 683-19-05.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор С.В. Пузач
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы:
В последнее десятилетие из-за быстрого роста автотранспортного парка крупных городов строительство объектов транспортного назначения приобрело масштабный характер. Одним из таких объектов являются тоннели.
Система противодымной защиты является одной из систем, играющих ключевую роль в противопожарной защите подземного сооружения. Она предназначена для исключения заполнения образующимися при пожаре продуктами горения (дымом, токсичными газовоздушными смесями) жизненно важных зон: путей эвакуации;
мест спасения людей;
помещений, требующих постоянного присутствия персонала;
мест проведения боевой работы специальных подразделений по ликвидации чрезвычайной ситуации. Надежное функционирование этой системы при пожаре особенно важно в крупных со сложной планировкой подземных сооружениях и тоннелях.
Актуальность работы обуславливается следующими факторами:
- отсутствием норм и правил (в том числе и противопожарных) для проектирования, монтажа и эксплуатации систем дымоудаления в городских автотранспортных тоннелях;
- отсутствием методики, специально адаптированной для расчетов огнестойкости и параметров огнезащиты воздуховодов дымоудаления городских автотранспортных тоннелей и позволяющей учитывать специфику эксплуатации системы дымоудаления в реальных условиях пожара;
- наличием небольшого отечественного опыта по проектированию, монтажу и эксплуатации систем дымоудаления в подобных сооружениях;
- отсутствием теоретических и экспериментальных исследований в области обеспечения пожарной безопасности людей, материальных ценностей, а также конструкций автотранспортных тоннелей, включая элементы системы дымоудаления при пожаре.
Цель работы:
Разработка методики расчета температуры дымовых газов и стенок воздуховодов системы дымоудаления городских автотранспортных тоннелей (для определения параметров их напряженно-деформированного состояния), являющейся составной частью комплексной методики расчета огнестойкости и требуемых толщин огнезащиты воздуховодов системы дымоудаления автотранспортных тоннелей.
Указанная цель предопределила следующие задачи исследования:
1. Исследование комплексной системы противопожарной защиты городских автотранспортных тоннелей, включая систему дымоудаления с целью ее оптимизации применительно к конкретному объекту;
2. Исследование параметров динамики развития пожара в объеме тоннеля, его температурного режима и распределения температуры газовой среды, воздействующей на воздуховод по его длине;
3. Исследование параметров теплопередачи через обогреваемые и не обогреваемые стенки воздуховода;
4. Определение зависимостей температуры дымовых газов, движущихся внутри воздуховода от:
- схемы движения дымовых газов внутри воздуховода;
- температуры наружной газовой среды;
- массовой скорости поступления горячих газов из дымовой зоны через клапаны дымоудаления;
- интенсивности теплообмена дымовых газов, движущихся внутри воздуховода, с газовой средой дымовой зоны и воздухом неаварийной зоны тоннеля через стенку воздуховода;
- толщины воздушной прослойки между необогреваемыми стенками воздуховода и конструкциями сооружения;
5. Определение огнестойкости элементов системы дымоудаления реального объекта (на примере Лефортовского тоннеля глубокого заложения).
Научная новизна диссертации состоит в том, что впервые:
- разработан алгоритм решения сопряженной задачи расчета мгновенных распределений температуры дымовых газов по длине канала дымоудаления и нестационарных температурных полей в его стенках;
- получено численное решение уравнений сохранения энергии и массы дымовых газов, движущихся внутри воздуховода дымоудаления при пожаре в тоннеле (в одномерном приближении);
- найдено приближенное аналитическое решение интегральным методом задачи о нестационарной теплопередаче от дымовых газов к железобетонной обделке тоннеля через стальную стенку воздуховода и воздушную прослойку.
Объект исследования: воздуховоды систем дымоудаления городских автотранспортных тоннелей.
Предметом исследования является процесс тепломассообмена при движении дымовых газов внутри воздуховодов систем дымоудаления.
Практическая значимость работы заключается в том, что разработанная с учетом диссертационных исследований комплексная методика наиболее адаптирована для применения в расчетах огнестойкости и параметров огнезащиты воздуховодов дымоудаления городских автотранспортных тоннелей. Она позволяет учитывать отличия условий сертификационных испытаний воздуховодов систем дымоудаления от условий их работы при реальных пожарах.
Практическая реализация:
Результаты работы были реализованы при выполнении расчетов огнестойкости и параметров огнезащиты воздуховодов систем дымоудаления следующих объектов:
автотранспортного тоннеля на участке 3-го транспортного кольца г. Москвы от Андреевской набережной до ул. Вавилова;
железнодорожного тоннеля, входящего в состав подземного пространства на участке от Андреевской набережной до ул. Вавилова;
подземного гаража-стоянки, входящего в состав подземного пространства на участке от Андреевской набережной до ул. Вавилова;
Лефортовского тоннеля глубокого заложения.
По результатам проведенных расчетов были выполнены разделы проектов ТЭО, а также рабочая документация данных объектов, о чем свидетельствуют соответствующие акты внедрения.
Кроме того, основные положения представленной методики вошли приложением «Расчет параметров огнезащиты воздуховодов» в проект МГСН 5.03-02 «Нормы проектирования городских автотранспортных тоннелей».
Апробация и реализация результатов работы:
Основные положения работы были доложены на Международной научно-технической конференции «Тоннельное строительство России и стран СНГ», г. Москва, Корпорация «Трансстрой» (2001 г.);
заседании экспертного совета УГПС г.Москвы «Противопожарная защита автотранспортного тоннеля на участке 3-го транспортного кольца г. Москвы от Андреевской набережной до ул. Вавилова», г.Москва, УГПС г.Москвы (2001 г.);
заседании экспертного совета УГПС г.Москвы «Противопожарная защита Лефортовского тоннеля глубокого заложения», г.Москва, УГПС г.Москвы (2002 г.);
расширенном совещании по реализации распоряжения Правительства Москвы № РП-1050 от 25.10.2000 г. «О мероприятиях по обеспечению пожарной безопасности 3-его транспортного кольца» (нормы проектирования городских автотранспортных тоннелей» МГСН 5.03-02), г. Москва, ОАО «ЦНИИС» (2003 г.).
Публикации:
По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы:
Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Содержание диссертации изложено на 152 страницах машинописного текста.
На защиту выносятся:
- алгоритм решения сопряженной задачи расчета мгновенных распределений температуры дымовых газов по длине канала дымоудаления и нестационарных температурных полей в его стенках;
- приближенное аналитическое решение интегральным методом задачи о нестационарной теплопередаче от дымовых газов к железобетонной обделке тоннеля через стальную стенку воздуховода и воздушную прослойку.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, изложены научная новизна, практическая ценность полученных результатов, апробация и реализация результатов работы, а также положения, которые выносятся на защиту.
В первой главе дан краткий обзор российской и зарубежной литературы по состоянию обстановки с пожарами и чрезвычайными ситуациями в транспортных тоннелях, рассмотрены наиболее распространенные причины пожаров в автотранспортных тоннелях.
Выполнен обзор ранее выполненных диссертационных работ на близкие темы: кандидатская диссертация Дечева Д.Д. «Методика расчета огнестойкости строительных конструкций с учетом температурных режимов реальных пожаров» и кандидатская диссертация Валеева Г.Н. на тему «Разработка пожарно-технических требований к поэтажным клапанам систем противодымной защиты многоэтажных зданий».
Наиболее близкой по тематике является работа Валеева Г.Н., целью которой была разработка пожарно-технических требований к поэтажным клапанам систем противодымной защиты наземных многоэтажных зданий. В данной работе:
определены наиболее жесткие по температуре условия на входе в канал дымоудаления;
разработана математическая модель течения дымовых газов и методика расчета основных параметров газового потока в канале дымоудаления с учетом теплообмена газов с ограждающими конструкциями канала и негерметичности поэтажных клапанов дымоудаления.
Однако математическая модель, разработанная в диссертации Валеева Г.Н.
применительно к системе дымоудаления наземных многоэтажных зданий, не позволяет учитывать такие особенности работы венткоробов дымоудаления тоннелей, как:
а) приход теплоты от горячих газов через стенки венткороба в его внутреннюю полость на участке, расположенном внутри пожарного отсека;
б) теплопередача от дымовых газов к железобетонной обделке тоннеля через необогреваемые стенки венткороба и воздушную прослойку;
в) приток теплоты во внутреннюю полость венткороба через открытые клапаны с газовой средой пожарного отсека, имеющей переменную по продольной координате температуру;
г) лучистый теплообмен в рассматриваемой системе (наряду с конвективным);
д) нелинейность уравнения нестационарной теплопроводности в стенке венткороба с огнезащитой, обусловленную наличием лучистого теплообмена, зависимостью теплофизических характеристик материалов стенки от температуры и термическим разложением огнезащиты.
Результатами работы над первой главой стали актуальность данных диссертационных исследований, определена научная новизна и практическая значимость работы, поставлены цели и задачи.
Во второй главе диссертации представлена разработанная методика расчета температуры дымовых газов и стенок воздуховодов системы дымоудаления автотранспортных тоннелей (для определения параметров их напряженно-деформированного состояния), являющейся составной частью комплексной методики расчета огнестойкости и требуемых толщин огнезащиты воздуховодов системы дымоудаления автотранспортных тоннелей.
На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований, а также анализа современных публикаций по данной проблеме разработаны основные положения комплексной методики расчета огнестойкости и огнезащиты воздуховодов системы дымоудаления городских автотранспортных тоннелей (см. рис.1).
Проведенный анализ показал, что только при условии решения входящих в состав методики задач во всей их совокупности возможно корректное определение фактических пределов огнестойкости основных элементов системы дымоудаления и требуемых толщин их огнезащиты.
Комплексная методика расчета огнестойкости и требуемых толщин огнезащиты воздуховодов системы дымоудаления автотранспортных тоннелей Теплотехнический расчет Статический расчет Расчет динамики развития пожара в Расчет пределов огнестойкости пожарном отсеке (дымовой зоне) вентиляционных коробов, тоннеля, его температурного режима нагруженных внешним или и распределения температуры внутренним давлением воздействующей на воздуховод газовой среды по его длине Расчет перемещений вентиляционных коробов, обусловленных тепловым расширением Расчет нестационарной теплопередачи через обогреваемые и не обогреваемые стенки воздуховода Расчет пределов огнестойкости узлов с огнезащитой крепления вентиляционных коробов к конструкциям рассматриваемого Расчет изменения температуры сооружения дымовых газов, движущихся внутри воздуховода, по его длине Рис. 1. Структурная схема Расчет теплопередачи от дымовых газов к железобетонным комплексной методики конструкциям сооружения через не расчета огнестойкости и обогреваемые стенки воздуховода и требуемых толщин воздушную прослойку огнезащиты воздуховодов системы дымоудаления автотранспортных тоннелей Расчет теплоотдачи от дымовых газов к железобетонным конструкциям канала дымоудаления В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие входящие в состав комплексной методики задачи.
1. Расчет изменения температуры дымовых газов, движущихся внутри воздуховода дымоудаления, по его длине Локальная среднемассовая температура газа в сечении воздуховода, расположенном на определенном расстоянии от входа в воздуховод, определяется из решения уравнения сохранения энергии в газовом потоке:
( ) & d IдM д & = с f Tn mnbn + cbTb M b + q П q qc Пс, & (1) dx где I д = сдTд - энтальпия дымовых газов;
сд - среднеинтегральная теплоемкость дымовых газов;
с f - среднеинтегральная теплоемкость газовой среды пожарного отсека;
сb, Tb - среднеинтегральная теплоемкость и температура газов за & пределами пожарного отсека;
M д ( x ) = Vд ( x ) д - массовый расход дымовых газов через сечение воздуховода, расположенное на расстоянии х от линии растекания;
Vд – объемный расход дымовых газов;
д – плотность дымовых газов;
Тn – температура газов на входе в воздуховод за клапаном дымоудаления, расположенным на расстоянии xn от линии растекания;
mn - массовый & газоприход через n- ый клапан дымоудаления;
bn – ширина отверстия n – го & клапана дымоудаления;
M b - массовый газоприход через неплотности закрытого клапана (за пределами пожарного отсека);
q - плотность суммарного конвективно-лучистого теплового потока, поступающего от внутренней поверхности стенок к потоку дымовых газов;
qc – плотность суммарного теплового потока от дымовых газов к необогреваемой поверхности стенок воздуховода;
Пс – необогреваемый периметр сечения воздуховода;
Пq – обогреваемый периметр сечения воздуховода;
х - продольная координата.
Зависимость расхода дымовых газов через сечение воздуховода от координаты х (расстояние от линии растекания) определяется на основании закона сохранения массы, математическое выражение которого в рассматриваемом случае имеет вид:
& dM д & = mn ( x)bn + M b ( x), (2) & dx Распределение давления по длине венткороба определяется с помощью формулы Дарси-Вейсбаха:
2 ( x) p0 = p( x) +, (3) где p0 – разрежение, создаваемое вентилятором дымоудаления;
p(х) – распределение статического давления по длине венткороба;
- коэффициент трения на внутренней поверхности венткороба (гидравлического сопротивления).
Перепад давления на открытом клапане дымоудаления определяется также с помощью формулы Дарси-Вейсбаха:
f кл ( x) p ( x кл ) = p f, (4) – давление внутри тоннеля;
- коэффициент гидравлического где pf сопротивления клапана.
Массовый газоприход через неплотности закрытого клапана (за пределами пожарного отсека) определяется из соотношения:
p f p(x z ) & Mb =, (5) S где p(xz) – давление внутри венткороба в зоне закрытого клапана;
S характеристика клапана газопроницанию.
Плотность конвективного теплового потока q определяется по формуле:
[ ] q = Tд ( x ) T y0 ( x ), (6) где - суммарный коэффициент теплообмена;
Тд, Ту0 – температуры дымовых газов и внутренней поверхности воздуховода.
Суммарный коэффициент теплообмена определяется из соотношения:
( )( ) = вн + Авн Т д + Т 20 Т д + Т y0.
(7) у В случае вынужденного движения газа во внутренней полости воздуховода коэффициент конвективного теплообмена рассчитывается по формуле:
Nu = 0,021 Re0,8 Pr0,43(Pr/ Prw)0,25 l R ш;
(8) где Nu = вн d э д - число Нуссельта;
д – теплопроводность дымовых газов;
Re = vdэ/ - число Рейнольдса;
v - средняя скорость потока;
Prw - число Прандтля при температуре стенки;
l, R, ш - поправки, определяемые в соответствии с рекомендациями.
Коэффициент лучистого теплообмена между внутренней поверхностью воздуховода и движущимися внутри него дымовыми газами определяется из соотношения:
Авн = 1 (1 вн + 1 w 1);
(9) где вн – коэффициент излучения газа, заполняющего внутреннюю полость воздуховода;
w - степень черноты поверхности.
Проводя «сквозной» расчет температуры дымовых газов от входа в канал дымоудаления до вентилятора для различных моментов времени от начала пожара, удается определить изменение температуры перед вентилятором в зависимости от времени.
2. Расчет теплопередачи от дымовых газов к железобетонным конструкциям через не обогреваемые стенки воздуховода и воздушную прослойку Краевая задача нестационарной теплопроводности в железобетонных конструкциях обделки формулируется следующим образом:
T T с = ;
(10) t y y T = c (Tд Tc );
(11) y y = где с, - теплоемкость и плотность бетона;
- теплопроводность бетона;
с = k - эффективный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к c железобетонным конструкциям, учитывающий термическое сопротивление воздушной прослойки;
Тд, Тс – температуры дымовых газов и поверхности железобетонных конструкций.
Коэффициент k рассчитывается по формуле:
k = 1 1 + c п (12) п, где с - коэффициент суммарной теплоотдачи от дымовых газов к поверхности стенки воздуховода;
п – толщина воздушной прослойки между не обогреваемыми стенками воздуховода и железобетонными конструкциями;
п – эффективная теплопроводность воздушной прослойки, учитывающая естественную конвекцию воздуха и лучистый теплообмен между стенками воздуховода и поверхностью железобетонных конструкций.
Текущие значения температуры не обогреваемых стенок воздуховода:
Tc + Bi п Tд Tc = (13) 1 + Bi п, п с где Bi п = - число Био воздушной прослойки.
п Зависимость температуры поверхности железобетонных конструкций сооружения от времени имеет вид:
( ) Tc = T0 + (Tд Т 0 ) 1 +, (14) 2t где = с - безразмерное время.
c Формула для расчета теплового потока от дымовых газов к не обогреваемым стенкам воздуховода:
qc = (Tд Т c ), (15) c Коэффициент суммарной теплоотдачи от дымовых газов к поверхности не обогреваемой стенки воздуховода:
( )( = вн + Авн Т д + (Tc )2 Т д + Т c ).
(16) с Математические модели и алгоритмы решения остальных частей теплотехнической и статической задач были взяты у других авторов (Ю.А.
Кошмарова, В.Л. Страхова, Вл.О. Каледина) В третьей главе проведена экспериментальная проверка полученного решения теплотехнической задачи.
Перечислены нормативные требования при проведении испытаний на огнестойкость воздуховодов систем дымоудаления, даны критерии огнестойкости (согласно НПБ 239-97 «Воздуховоды. Метод испытания на огнестойкость»).
С целью проверки разработанной методики была проведена серия расчетов применительно к экспериментальным данным, приведенным в отчетах ВНИИПО МЧС РФ по результатам испытаний металлических воздуховодов с огнезащитными покрытиями. Удовлетворительное согласование расчета с экспериментом подтвердило правомерность использования методики при практических расчетах (рис. 2).
Температура, С 25 100 125 150 175 0 Время, мин Рис. 2. Зависимость температуры от времени при огневых испытаниях ВНИИПО образцов стальных воздуховодов с огнезащитой на основе состава Signulan толщиной 25 мм: 1 – температура газовой среды в печи;
2 – температура стальной стенки воздуховода, расположенной внутри печи;
3 – температура наружной поверхности огнезащиты на необогреваемой части воздуховода;
расчет;
•• - эксперимент.
Четвертая глава посвящена проведению численных расчетов огнестойкости и параметров огнезащиты воздуховода системы дымоудаления на основе диссертационных исследований для реального объекта (на примере Лефортовского тоннеля глубокого заложения).
В состав подсистемы противодымной защиты Лефортовского тоннеля глубокого заложения входит вытяжной канал и специальные вентиляторы дымоудаления.
Вытяжной вентиляционный канал (дымоудаления) тоннеля выполняет две функции. При обычной эксплуатации сооружения он служит для вентиляции тоннеля, а при пожаре используется для удаления дыма из аварийного участка тоннеля.
Основным элементом вентиляционного канала (дымоудаления) является стальной венткороб, расположенный в верхней зоне тоннеля (см. рис. 3). Три грани венткороба плоские, а четвертая (верхняя) изогнута по форме цилиндрической поверхности обделки тоннеля и примыкает к последней через воздушный зазор. В нижней части венткороба расположены клапаны дымоудаления.
Рис. 3. Схема размещения вытяжного вентиляционного канала (дымоудаления) в тоннеле: 1 – венткороб дымоудаления.
Согласно принятой концепции обеспечения пожарной безопасности Лефортовского тоннеля глубокого заложения возможны два сценария развития пожара и, соответственно два варианта работы системы дымоудаления:
а) очаг пожара располагается в центре дымовой зоны, и удаление дыма осуществляется тремя дымовыми зонами (из дымовой зоны, где произошел пожар – через три клапана дымоудаления с расходом 400 000 м3/час, из двух прилегающих дымовых зон – через клапаны дымоудаления с расходом по 200 000 м3/час в каждой зоне);
б) очаг пожара располагается на границе между двумя дымовыми зонами, и удаление дыма осуществляется через 6 клапанов дымоудаления с расходом 800 000 м3/час.
В качестве расчетного был выбран второй вариант работы системы, как наиболее теплонапряженный для конструкций канала дымоудаления.
В результате проведенного анализа пожароопасных ситуаций, конструктивного исполнения и функционирования вентиляционного канала дымоудаления Лефортовского тоннеля глубокого заложения была разработана расчетная схема газообмена при пожаре в тоннеле, представленная на рис 4.
Y 1 X 2 Тд Tf 90 T Tf (x, t) Tд(x, t) X Vд, м3/ч X Рис. 4. Схема газообмена и теплопередачи в системе дымоудаления из дымовой зоны (условного пожарного отсека) тоннеля глубокого заложения: 1 – стальная стенка вытяжного вентиляционного канала (дымоудаления);
2 – воздушная прослойка между верхней стенкой канала и поверхностью обделки тоннеля;
3 – обделка тоннеля;
4 – грунт;
5 – дымовая зона (условной пожарный отсек);
6 – поток атмосферного воздуха;
7 – железобетонная плита основания проезжей части;
Tf – температура газовой среды пожарного отсека;
Тд – температура дымовых газов;
Vд – расход дымовых газов.
В диссертационной работе были рассмотрены два варианта конструктивного исполнения венткоробов дымоудаления Лефортовского тоннеля глубокого заложения: конструкция ОАО «Гипростроймост» и конструкция ОАО «Метрогипротранс». Эти конструкции отличаются друг от друга, в основном, размерами ребер жесткости и их расположением на стенках венткороба.
В результате анализа расчетных данных, полученных Вл.О. Калединым, были определены значения критической температуры стали венткоробов:
а) для конструкции института «Метрогипротранс» - 596 °С;
б) для конструкции института «Гипростроймост» - 550 °С.
Типичные результаты теплотехнических расчетов приведены на рис. 5.
Немонотонный характер распределения температуры стенок венткороба по длине дымовой зоны объясняется неравномерным нагревом, обусловленным соответствующим изменением температуры припотолочного слоя продуктов горения (максимум температуры расположен над очагом горения). Значительное снижение температуры дымовых газов, движущихся внутри воздуховода, по сравнению с температурой газовой среды аварийного пожарного отсека, обуславливается их смешиванием и разбавлением с воздухом уже имеющегося и перемещаемого в объеме воздуховода, а также подсосами воздуха из неаварийных пожарных отсеков тоннеля через неплотности закрытых клапанов дымоудаления. Можно видеть, что температура стенок воздуховода достаточно близка к температуре дымовых газов, движущихся внутри него. Это объясняется тем, что стенки подвергаются двустороннему нагреву. Относительно невысокий уровень нагрева железобетонной обделки тоннеля, к которой прилегает (через воздушный зазор) верхняя грань венткороба, объясняется значительным стоком теплоты в толщу бетонной обделки и грунта.
T°C X,м 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 Рис. 5. Распределение по длине дымовой зоны температуры: 1 – обогреваемой поверхности огнезащитного покрытия, 2 – стальной стенки воздуховода под огнезащитным покрытием, 3 – дымовых газов, движущихся внутри воздуховода, 4 – необогреваемых стенок воздуховода, 5 – поверхности огнезащиты железобетонной обделки тоннеля, к которой прилегают необогреваемые поверхности венткороба (через воздушную прослойку).
Момент времени – 120 минут от начала огневого воздействия на обогреваемые поверхности венткороба.
В результате расчетов было установлено, что выполнение условия непревышения критического уровня температурой стенок венткоробов в течение 2-х часов огневого воздействия обеспечивается следующими толщинами огнезащиты:
1. Для конструкции института «Метрогипротранс»:
а) в случае покрытия «Доссолан-3000» - 20 мм;
б) в случае покрытия «Фиброгейн» - 22 мм;
2. Для конструкции института «Гипростроймост»:
а) в случае покрытия «Доссолан-3000» - 22 мм;
б) в случае покрытия «Фиброгейн» - 24 мм.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Проведен анализ характерных пожаров и других чрезвычайных ситуаций в подземных транспортных сооружениях, их причин, особенностей пожарной опасности, как самих тоннелей, так и автотранспортных средств.
2. На основании известных методов исследованы параметры динамики развития пожара в объеме тоннеля, его температурного режима и распределения температуры газовой среды, воздействующей на воздуховод по его длине (в зависимости от принятой концепции развития ЧС на рассматриваемом объекте);
нестационарной теплопередачи через обогреваемые и не обогреваемые стенки воздуховода с огнезащитой.
3. Разработана методика расчета температуры дымовых газов и стенок воздуховодов системы дымоудаления автотранспортных тоннелей (для определения параметров их напряженно-деформированного состояния), включающая:
алгоритм решения сопряженной задачи расчета мгновенных распределений температуры дымовых газов по длине канала дымоудаления и нестационарных температурных полей в его стенках;
численное решение уравнений сохранения энергии и массы дымовых газов, движущихся внутри воздуховода дымоудаления при пожаре в тоннеле (в одномерном приближении);
аналитическое решение интегральным методом задачи о нестационарной теплопередаче от дымовых газов к железобетонной обделке тоннеля через стальную стенку воздуховода и воздушную прослойку.
4. На основе результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований и анализа современных публикаций по рассматриваемой проблеме разработаны основные положения комплексной методики, а также алгоритм расчета огнестойкости и огнезащиты воздуховодов системы дымоудаления городских автотранспортных тоннелей.
5. По разработанной методике проведены расчеты параметров огнезащиты конструкций вытяжного вентиляционного канала системы дымоудаления Лефортовского автотранспортного тоннеля глубокого заложения. Полученные по результатам проведенных расчетов параметры толщин огнезащитного покрытия венткороба в тоннеле к настоящему моменту реализованы.
Основные положения представляемой методики вошли приложением «Расчет параметров огнезащиты воздуховодов» в проект МГСН 5.03-02 «Нормы проектирования городских автотранспортных тоннелей».
6. Применение на практике разработанной методики обеспечивает дифференцированный подход к назначению требуемых толщин огнезащиты с учетом конкретных особенностей конструктивного исполнения воздуховодов и условий их работы при пожаре. Это дает возможность уменьшить расход огнезащитных составов и снизить стоимость работ по огнезащите конструкций.
Статьи.
Результаты диссертации опубликованы в следующих научных работах:
1. Н.Ф. Давыдкин, В.Л. Страхов, Е.А. Мешалкин, Н.Д. Солнцев, В.В.
Парцевский. Комплексная система противопожарной защиты городских автодорожных тоннелей // Труды Международной научно-практической конференции «Тоннельное строительство России и стран СНГ в начале века:
опыт и перспективы», Москва, Россия, 28-31 октября 2002 г. - М.: Тоннельная Ассоциация России. 2002. - С.279-284.
2. Н.Ф. Давыдкин, В.Л. Страхов, Вл.О. Каледин, Е.А. Мешалкин, Н.Д.
Солнцев, А.М. Бутко. Расчет огнезащиты металлических воздуховодов системы дымоудаления зданий и сооружений // Подземное пространство мира. – М.:ТИМР. 2003.№ 1-2. - С. 51-57.
3. Н.Ф. Давыдкин, Н.Д. Солнцев, А.М. Бутко. Моделирование и расчет вероятностей возникновения пожаров и ЧС в автодорожном тоннеле. // Сборник научных трудов. Вопросы строительной механики, пожаробезопасности конструкций и расчет гидротехнических сооружений. Московский государственный университет природообустройства. – М.:ООО «Трансстройиздат». 2003. – С.136-146.
4. Н.Ф. Давыдкин, В.Л. Страхов, Е.А. Мешалкин, Н.Д. Солнцев. Пожарная опасность городских автотранспортных тоннелей и комплексная система их противопожарной защиты. // Подземное пространство мира. – М.:ТИМР. 2003.
№ 5. – С. 43-47.
5. Н.Ф. Давыдкин, Т.В. Кузнецова, Е.А. Мешалкин, Н.Д. Солнцев, М.М.
Любимов. Системные решения безопасности автотранспортных тоннелей в мегаполисах // Ведущие компании. Комплексная автоматизация, безопасность и связь.- М.: Системсервис. 2004. - С. 14-16.
6. Н.Ф. Давыдкин, В.Л. Страхов, Вл.О. Каледин, Н.Д. Солнцев. Расчет огнезащиты венткороба дымоудаления Лефортовского тоннеля глубокого заложения // Подземное пространство мира. – М.: ТИМР. 2004. № 1. – С. 40-45.
7. Н.Д. Солнцев. Расчет пределов огнестойкости и требуемых толщин огнезащиты покрытий воздуховодов системы дымоудаления тоннелей // Материалы четырнадцатой научно-технической конференции «Системы безопасности - 2005». – М.: Академия ГПС МЧС России. 2005. – С. 216-220.