NO20140149A1 - System og framgangsmåte for ventilasjon av fjellrom, samt en viftekonstruksjon - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system for ventilasjon av fjellrom, så som tunnelløp, omfattende et antall på rekke anordnete vifter tilknyttet fjellromtaket gjennom hele tunnelløpet, som angitt i det etterfølgende krav 1. Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte en fremgangsmåte til ventilasjon av et tunnelløp ved drift av det angitte ventilasjonssystem, hvor systemet omfatter et antall på rekke anordnete vifter tilknyttet tunneltaket gjennom hele tunnelløpet samt en separat ventilasjonskanal langsgående i taket av tunnelen, jfr. det etterfølgende krav 8.

Dessuten vedrører oppfinnelsen en konstruksjon av ventilasjonsvifte med en hylseform med propell og omfattende innløp og utløp for fremdriving av luft gjennom viften slik det framgår av krav 12, og den er særlig for anvendelse i systemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Viftekonstruksjon er særlig for å utføre ventilering generelt, og av fjellhulrom og tunneler spesielt.

Den foreliggende oppfinnelse har særlig befatning med et viftesystem som både kan forbedre ventilasjonen av fjellrom og tunneler i seg selv, men også håndtere situa-sjoner med røykutvikling inne i fjellhulrom og tunneler.

Bakgrunn.

Når det bryter ut brann i en veitunnel er røykdannelse et stort problem. Røyken kan fylle tunnelen og i tillegg til at den er skadelig ved at det oppstår pustevansker, vanskeliggjøres slukningsarbeidet fordi sikten inne i tunnelen blir dårligere. Av samme grunn kan det oppstå farlige trafikksituasjoner, og i tillegg kan personer som forlater kjøretøyer i tunnelen bli desorientert i røyken og alvorlig skadet.

Det er gjort flere forsøk på å løse dette problemet, oftest ved bruk av ventilasjons-viftene som allerede er i tunnelen. De fleste tunneler er utstyrt med et varslings-anlegg for brann, slik at tunnelen kan stenges og viftene kan styres hensiktsmessig i forhold til hvor i tunnelen brannen er. Viftene kan trekke røyken bort fra brannstedet en, men røyken vil komme ut på baksiden av viften og selv om det er flere vifter montert etter hverandre vil tunnelen fylles med røyk, også oppstrøms for viftene, slik viftesystem ene er konstruert i dag.

Formål med oppfinnelsen.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å frembringe et system og en fremgangsmåte for å ventilere fjellhulrom og tunneler, samt en ny viftekonstruksjon som kan benyttes i andre applikasjoner i tillegg til fjellhulrom og tunneler.

Det er særlig et formål med oppfinnelsen å frembringe et system og en metode for utøvelse av en generell ventilasjon av tunneler, dvs. for å ventilere ut eksosgasser som kan forekomme i varierende grad tunneler.

Videre er det et formål med oppfinnelsen å forbedre sikkerheten for personer i kjøre-tøyer som befinner seg i inne i en tunnel, når det oppstår gass- og røykutvikling som følge av branntilløp inne i tunnelen.

Dessuten er det et formål med oppfinnelsen å forbedre tunnelventilasjonen når det oppstår slik utvikling og danning av gasser og røyk ved branntilløp i en tunnel.

Den foreliggende oppfinnelse.

Systemet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved en separat ventilasjonskanal anordnet langs med taket gjennom hele fjellrommet/tunnelløpet, og hver viftes innløp henholdsvis utløp omfatter en luft-ledeenhet som kan omstilles mellom å virke overfor luften i fjellrommet/tunnelløpet og luften i den separate ventilasjonskanal. De foretrukne utførelsene vil fremgå av de uselvstendige kravene 2-7.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det frembringes en strømning av luft gjennom hovedløpet av fjellrommet/tunnelen og gjennom ventilasjonskanalen ved regulering av luftstrømningen gjennom viftene. De foretrukne ut-førelsene av fremgangsmåten fremgår av kravene 9-13.

Konstruksjon av en ventilasjonsvifte ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet at hver ende av viften er forlenget med en luft-ledeenhet utformet som en kanaldannende husdel med to adskilte åpninger og omfatter et stengeorgan, så som en klaff, som er omstillbar for å muliggjøre luftstrømning vekselvis gjennom de to åpningene.

Ifølge enda en foretrukket utførelse defineres den ene åpning fra husdelen av et kanalbend for å retningsstyre luften, idet det to åpninger definerer innbyrdes parallelle strømningsløp. Fortrinnsvis er klaffen er innrettet til å vippes opp og ned om en hengselakse for å omstilles mellom de to stillingene for åpningene.

Ifølge enda en foretrukket utførelse reguleres klaffens omstilling ved hjelp av elektrisk eller pneumatisk pådragelement.

I noen tunneler er selve tunnelveggen og/eller taket synlig, i andre er hele eller deler av veggen og/eller taket støpt med betong. I noen tunneler, særlig i tunneler hvor det kan være problemer med lekkasje, er hele eller deler av tunnelveggen og/eller taket inne i tunnelen dekt med en kledning. Kledningen er forankret til bergveggen ved hjelp av gjennom kamstålbolter som er satt etter et bestemt mønster. Kledningen kan eksempelvis være sammensatt av duk som er spent opp mellom stålbuer beskrevet i søkerens eget patent NO 180423, betong som er sprøytet på polyetylenmatter, betong som er sprøytet på en membran eller hele prefabrikkerte betongelementer med bakenforliggende membran.

I en tunnel med vegger og/eller tak som helt eller delvis er dekt med kledning, er det et hulrom mellom tunnelveggen/taket og duken, idet kledningen skiller hulrommet fra det indre av tunnelen. Hulrommet mellom duken og tunnelveggen/taket benyttes vanligvis kun til inspeksjon av berg og installasjoner.

Foreliggende system og framgangsmåte for å fjerne røyk fra en tunnel er egnet for tunneler med en kledning som beskrevet ovenfor, eller ved at tunnelen under konstruksjon utstyres med en varme- og brannsikker dukkledning som mellom tunneltaket/-veggene danner et avgrenset separat langsgående hulrom eller ventilasjonskanalen over selve tunnelløpet.

Beskrivelse av figurene.

Oppfinnelsen skal forklares mer detaljert med henvisning til de medfølgende figurer, hvori: Figur 1 viser et tverrsnitt av en vanlig veitunnel gjennom en fjellgrunn, og som omfatter en veggkledning og er utstyrt med en vifte. Figur 2 viser et lengdesnitt av tunnelen med to takvifter beliggende under veggkledningen. Figur 3 viser et perspektiv av den nye viftekonstruksjonen med en luft-ledeklaff i hver ende, hvor den ene er innstilt i en første innstilling for å blåse/suge luft til/fra hoved-tunnelløpet 20. Figur 4 viser samme viftekonstruksjonen hvor luft-ledeklaffen innstilt i en andre innstilling slik at viften 40 blåser/suger luft til/fra kanalen 30 over veggkledningen 15.

Figur 5 viser et tverrsnitt gjennom viften 40 med viftepropellen 42.

Figur 6 viser et langsgående snitt av den nye viften og viser de to stengeklaffene på hver side av propellen innstilt i en første innstilling hvor luft suges inn fra og ut til hoved-tunnelløpet 20. Figur 7 viser samme snitt som figur 6 men hvor de to stengeklaffene på hver side av propellen innstilt i sin andre innstilling hvor luft suges inn fra og ut til luftkanalrommet over kledningen i hoved-tunnelløpet 20. Figur 8a viser et eksempel på en foretrukket innstilling av klaffene til viftekonstruksjoner oppstrøms og nedstrøms for et brannområde i en tunnel som har en lengde for eksempelvis under 5 kilometer. Figur 8b viser en foretrukket vifteinnstilling og ventilasjonsdrift for en lengre tunnel, for eksempel over 5 kilometer.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen.

Innledningsvis skal oppfinnelsen forklares med utgangspunkt i figurene 1 og 2 av en veitunnel med en veggkledning som er festet til fjellet ved hjelp av bolterekker, og det er vist et eksempel med to tunnelvifter festet like under veggkledningen.

Figur 1 viser et tverrsnitt av et fjellhulrom i form av en veitunnel 20, som er avgrenset i en fjellformasjon 10 med tunneltak 11 og tunnelvegger 12 og som omfatter en veggkledning 15 montert i en avstand fra fjellmassivet 10. Veggkledningen er festet og posisjonert i en avstand fra fjellveggen via et nettverk av festebolter 14 slik at det defineres et avgrenset mellomrom i form av en ekstra kanal 30, mellom utsiden av veggkledningen 15 og tunnelveggen 11/12. Tunnelens gulvbunn 13 danner tunnelens 20 kjørebane. Tunnelen 20 har som vist et tilnærmet sirkelbueformet tak- og veggprofil, fremstillet med en og samme bueradius, som fastlegger tunnelens 20 optimale bredde og høyde. Den bueformete veggkledning 15 er vist i tverrsnitt som en to-sjikts konstruksjon bestående av et tett kledningssjikt av betongelementer med bakenforliggende membran eller betong som er sprøytet på polyetylenmatter eller annen tilsvarende løsning.

Figur 1 viser en vifte 40 med propellblader 42 som er montert i tunneltaket, dvs. like oppunder innsiden av kledningen 15. Normalt er hver tunnel utstyrt med flere slike vifter 40, hvor figur 2 viser to vifter 40 av et antall slike vifter som er montert fortløp-ende etter hverandre i tunnelens lengde.

Ifølge oppfinnelsen, hvor man skal forbedre ventilasjonen av en veitunnel, og kunne forsvarlig håndtere røykutvikling i tunnelen, er hele tunnellengden utformet med en mellomromdannende veggkledning som nevnt ovenfor.

Som en ny-konstruksjon, og i de tilfellene hvor tunnelen ikke har noen veggkledning, kan tunnelen også være utstyrt med en separat ventilasjonskanal forløpende i hele tunnelens lengde, fortrinnsvis i taket eller på tunnelens gulvbunn fortrinnsvis lokali-sert bak føringskant i betong, for å utøve fremgangsmåten ved hjelp av den nye viftekonstruksjon ifølge oppfinnelsen.

Siden røyk og farlige gasser normalt stiger opp i tunneltaket, er det ved oppfinnelsen en fordel å gjøre gassutsuget mer effektivt ved å redusere/avgrense kanalrommets 20 strømningstverrsnitt. Dette kan gjøres ved at det på hver side av senter i hele tunnellengden er anordnet en langsgående skillevegg 150 hhv 152 som antydet på figur 1.

Viften ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i to perspektiver på figur 3 og 4. De to figurene skisserer hvordan viften 40 er montert slik tilstøtende til kledningen 15 at dens to luft-ut/innløp i hver vifteende respektive munner ut i selve tunnelrommet 20 og i den overliggende kanalen 30. Viften omfatter en standard og velkjent konstruksjon med et langstrakt hylseformet viftehus 43 som omslutter selve viftepropellen 42 som blåser luft i langsgående retning av tunnelen. Ved å snu rotasjonsretningen kan luft vekselvis blåses i begge retninger.

Den nye viftekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen er utformet ved at viftehuset 43 med hylseformen som omslutter viftepropellen 42 er forlenget i hver ende fra viften, og omfatter en kammerdannende husdel eller boks 45 hhv 46 definerer som et åpent hovedutløp 36 hhv 37 vendende ut i tunnelhovedløpet 20 på hver side av propellen 42. Dessuten er husdelen (dvs. en på hver side) 45,46 utformet med oppadvendende åpning 48,49 som kan danne luftstrømningsforbindelse til ventilasjonskanalen 30 over kledningsduken 15. Innvendig i husdelen 46 er det videre utformet en klaff eller spjell 50 hhv 51 (en på hver vifteende) som kan omstilles mellom å stenge åpningen (48) 49 opp mot det ekstra kanalløpet 30 og å stenge hoved-ut/innløpet (36) 37fra viften. Klaffene er uformet med passende tetning langs randsidene for å hindre lekkasje av luft til det avsperrede løpet.

Ifølge en foretrukket utførelse er hver klaff 50 hhv 51 en hengslet til å vippes opp og ned om en respektiv hengselakse 52 hhv 53 for å utøve de to stenge/åpne stillingene. Denne funksjonen kan også gjennomføres ved hjelp av allerede kjente ventil løsninger der klaffene eller spjeldene vippes/kjøres oppad eller nedad ved hjelp av elektriske eller pneumatiske pådragelement.

Videre munner de to oppadvendende åpningene 48,49 ut i respektive kasse- eller rørbend 60 hhv 62 med åpninger 61 hhv 63 som vender i langsgående retning av det ekstra kanalløpet 30 slik at luftutblåsingen i kanalen 30 kan retningsstyres. Dvs. geometrisk sett munner de ut i den ekstra kanalen og er vendt i innbyrdes motsatte retninger bort fra selve viften 42, og parallelt med strømningsløpet i ventilasjonskanalen 30. Figur 6 viser en stilling av de to klaffene 51 hhv 51 hvor luften kun opererer på luften i hovedtunnelløpet 20. Klaffene er beliggende horisontalt i respektive hus 45,46. Figur 7 viser en innstilling hvor begge klaffene stenger begge innløpene fra tunnel-løpet 20. Isteden trekker viften 42 (antydet med pilen 64) luft ned fra det ekstra kanalløpet 30 gjennom kassebendet 60 og blåser den ut igjen gjennom kassebendet 62 på den andre siden. Derved frembringes det en luftstrømning fra venstre mot høyre gjennom kanalen 30 på figuren.

I tilknytning til hver viftekonstruksjon kan klaffene innstilles valgfritt til for eksempel å frembringe en luftstrøm i bare den ene eller begge av de to kanalene 20 hhv 30.

Figur 8a og 8b viser to eksempler på viftene i det nye systemet kan kjøres i en lengre (figur 8a) og en kortere (figur 8b) tunnel i forhold til et brannforløp, for å oppnå et ønsket strømningsmønster. De to luftstrømnings-løpene 20 og 30 er vist. Dette er bare skissert som eksempler, idet skillet mellom en kort og en lang tunnel kan gå ved en lengde 5 kilometer.

Figurene viser et kjøretøy 18 som står i brann et stykke inn i tunnelen. I forhold til hovedstrømningen gjennom tunnelen, fra venstre mot høyre, er klaffene i vifteboks-ene oppstrøms for brannen innstilt slik det opprettholdes en normal luftstrøm 37 gjennom tunnel-hovedløpet 20. Slik kan viftene oppstrøms for brannstedet reguleres både i kortere og lengre tunneler. Alternativt kan viftene oppstrøms kobles helt av.

Som figuren 8a for en kortere tunnel viser, kan alle klaffene i viftene nedstrøms for brannen 18 innstilles til å blåse luften opp i ventilasjonskanalen 30.

For lengre tunneler kan det oppstå et kapasitetsproblem ved at man får for lite areal i ventilasjonskanalen 30, dvs. bak hvelvet/i kanalen. Denne kapasitetsbegrensningen oppstår som følge av at kanalen 30 blir for trang i forhold til den mengden luft man forsøker å trykke gjennom/inn og man kommer til et brytningspunkt hvor man mister utstrømningseffekt når flere vifter blåser luft -her blandet med røykgasser - vist ved tallet 19 på figuren, opp i ventilasjonskanalen 30. I det skisserte tilfellet på figur 8a, kan man variere klaffinnstillingene henover nedstrøms for brannen i tre ulike innstillinger, slik at slik at noen vifter blåser opp i ventilasjonskanalen 30, noen blåser fort-løpende gjennom hovedløpet 20, mens noen, så som viften helt til høyre på figur 8b, kun forsterker luftstrømningen i ventilasjonskanalen 30. Det viste blåsemønsteret på figurene 8a og 8b er kun ment å være eksempler på praktiske innstillinger og vifte-kjøringer, og vil i realiteten tilpasses til den enkelte tunnel og dens stigningsforhold.

Ved en punktbrann inne i tunnelen, vil den detaljerte viftereguleringen også ta hensyn til tettheten av røyk 19 i luften i tunnelløpet nedstrøms for brannstedet. En viss andel røykgasser 19 vil uansett forekomme i hovedløpet også, uten at det trenger å være farlig å puste inn eller forstyrre redningsarbeidet.

I lengre tunneler med høyere trafikk kan det under normale forhold, uten noen røyk-utviklende brann, bli en økende eksoskonsentrasjon med redusert sikt desto lengre inn i tunnelen man kommer. For å forbedre friskluftstrømmen i hovedløpet er det ønskelig ifølge oppfinnelsen at hver enkelt vifte tvangsinnstilles for aktivt å opprette en luftstrømning i begge kanalene 2o0 og 30. Dette kan gjøres ved at et antall av de første viftene til venstre på figur 8a og 8b vekselvis kjøres slik at de to strømningene av luft gjennom løpene 20 og 30 opprettholdes. Dvs. at for å bedre friskluften i hovedløpet kan man, fra et stykke for eksempel midtveis inn i tunnelen, enten føre friskluft ned i hovedløpet 20 fra ventilasjonskanalen 30, eller stille viftene slik at en større andel av røykgassene føres opp i ventilasjonskanalen 30 for fremføring ut av tunnelen.

Generelt kan innstillingen av viftene med en konstruksjon som ifølge oppfinnelsen, innstilles ut ifra hvilke luftstrømninger man ønsker i en tunnel, basert på tunnelens egenart, dens lengde, stigning, teknisk utrustning og trafikkmengden. Ikke minst må man ta hensyn til strømningskapasiteten til den nye ventilasjonskanalen ifølge oppfinnelsen. Videre må man ta hensyn til disse forholdene under prosjektering av en ventilasjonskanal slik at den får den nødvendige kapasitet under ulike driftsforhold.

Claims (15)

1. System for ventilasjon av fjellrom, så som tunnelløp (20), omfattende et antall på rekke anordnete vifter (40) tilknyttet fjellromtaket (11) gjennom hele tunnelløpet,karakterisert ved en separat ventilasjonskanal (30) anordnet langs med taket gjennom hele tunnelløpet, og hver viftes (40) innløp henholdsvis utløp omfatter en luft-ledeenhet (45,46) som kan omstilles mellom å virke overfor luften i hovedtunnelløpet (20) og luften i den separate ventilasjonskanal (30).

2. System i samsvar med krav 1,karakterisert vedat hver luft-ledeenhet (45,46) omfatter en boks med en åpning som vender mot hovedtunnelløpet (20) og åpning som vender mot ventilasjonskanalen (30).

3. System i samsvar med krav 1-2,karakterisert vedat hver boks omfatter en klaff (50) som er svingbar til å omstilles mellom å åpne for luftstrømning inn fra/ut mot hovedtunnelløpet (20) og å åpne for luftstrømning inn fra/ut mot ventilasjonskanalen (30).

4. System i samsvar med krav 1-3,karakterisert vedat åpningen som vender mot ventilasjonskanalen (30) er anordnet i et bend (60,62) av boksen som rager inn kanalen (30), hvilken åpning vender i langsgående retning av kanalløpet (30).

5. System i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat ventilasjonskanalen (30) er en separat kanal montert til tunneltaket i hele tunnelens lengde, hvor viftene (40) på rekke er montert tilstøtende til kanalens underside.

6. System i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat ventilasjonskanalen (30) er definert av et rom som defineres mellom en tunnelkledning (15) og fjellveggen (11) hvor kanalen forløper i hele tunnelens lengde.

7. System i samsvar med krav 5 - 6,karakterisert vedat rommet (30) er videre avgrenset av en langsgående skillevegg (150) hhv (152) på hver side av senter i hele tunnellengden, hvor de langsgående kantsider av skilleveggen er festet i kledningsduken (15) hhv tunneltaket (11).

8. Fremgangsmåte til ventilasjon av et tunnelløp ved drift av ventilasjonssystemet ifølge de foregående krav, hvor systemet omfatter et antall på rekke anordnete vifter tilknyttet tunneltaket gjennom hele tunnelløpet samt en separat ventilasjonskanal langsgående i taket av tunnelen,karakterisert vedat det frembringes en strømning av luft gjennom hovedløpet av tunnelen og gjennom ventilasjonskanalen ved regulering av luftstrømningen gjennom viftene.

9. Fremgangsmåte i samsvar med krav 8,karakterisert vedat for normal ventilasjon av tunnelen er alle viftene (40) fram til et gitt punkt inne i tunnelen innstilt på forflytting/blåsing av luft gjennom hovedløpet (20), og hvorfra innstilles viftenes klaffer slik at flere, for eksempel annenhver vifte, starter å blåse friskluft ned fra den overliggende kanalen 30 og inn i hovedløpet 20 for å bedre luftkvaliteten i hovedløpet 20.

10. Fremgangsmåte i samsvar med krav 8,karakterisert vedat når det oppstår en punktbrann med gass- og røykutvikling inne i tunnelen, for eksempel i et kjøretøy, kan et antall av viftene tilstøtende til røykutslippet innstilles slik at de starter å blåse røykgassene opp i den øvre kanalen (30) slik at røyken for en stor del fjernes fra hovedløpet (20), og at et antall av viftene deretter, for eksempel hver andre vifte (40) i rekken gjennom tunnelen, er innstilt til å blåse og forsterke luftstrømningen gjennom den ekstra kanalen (30) uten å berøre hovedløpet (20).

11. Fremgangsmåte i samsvar med krav 8-9,karakterisert vedat alle vifter (40) over en gitt strekning, bringes til å blåse luften (røyken) opp i kanalen (30), mens viftene oppstrøms frem til røykutslippet blåser som vanlig luft fremover hoved løpet (20) og/eller vekselvis blåser friskluft ned i tunnelløpet (20) fra den overliggende kanalen 30.

12. Konstruksjon av ventilasjonsvifte (40) med en hylseform med propell (42) og omfattende innløp og utløp for fremdriving av luft gjennom viften,karakterisert vedat hver ende av viften (40) er forlenget med en luft-ledeenhet utformet som en kanaldannende husdel (45,46) med to adskilte åpninger (36, 48; 37,49), og omfatter et stengeorgan, så som en klaff (51), som er omstillbar for å muliggjøre luftstrømning vekselvis gjennom de to åpningene.

13. Konstruksjon av ventilasjonsvifte i samsvar med krav 12,karakterisert vedat den ene åpning fra husdelen (45,46) defineres av et kanalbend for å retningsstyre luften, idet det to åpninger definerer innbyrdes parallelle strømningsløp.

14. Konstruksjon av ventilasjonsvifte i samsvar med et av kravene 12-13,karakterisert vedat klaffen (50,51) er innrettet til å vippes opp og ned om en hengselakse (52,53) for å omstilles mellom de to stillingene for åpningene (36, 48;

37,49).

15. Konstruksjon av ventilasjonsvifte i samsvar med et av kravene 12-14,karakterisert vedat klaffens omstilling reguleres ved hjelp av elektrisk eller pneumatisk pådragelement.