§ 22. ЕСТЕСТВЕННОЕ ПРОВЕТРИВАНИЕ ТОННЕЛЕЙ
Объем воздуха, необходимый для создания в тоннеле нормальных санитарно-гигиенических условий, обеспечивается в результате естественного или искусственного проветривания.
Возможность естественного проветривания определяется длиной и сечением тоннеля, родом тяги подвижного состава, характером продольного профиля и плана тоннеля и подходов к нему, расположением тоннеля относительно направления господствующих ветров.
Факторами, способствующими возникновению в тоннеле естественной тяги воздуха, являются: различие барометрических давлений у порталов тоннеля, достаточно устойчивые ветровые потоки вдоль его оси и расположение порталов на разных уровнях при наличии разности температур наружного и внутреннего воздуха.
Барометрический напор возникает в случае длинных перевальных тоннелей, пересекающих достаточно высокие хребты.
В этом случае барометрическое давление, приведенное к уровню моря, может быть различно у обоих порталов (рис. 42).
При разности барометрических давлений ΔH мм рт. ст. барометрический напор (мм вод. ст.)

В течение года характер изобар (линий, соединяющих точки на карте с одинаковым барометрическим давлением) изменяется и ΔH представляет собой некоторую наиболее вероятную величину.

Ветровой напор может способствовать проветриванию тоннеля при его расположении под малым углом α к направлению господствующих ветров.
При скорости ветра ω м/с ветровой напор (мм вод. ст.)


где ρt — плотность воздуха при температуре t°С.
В горной местности условия возникновения ветрового напора лучше, чем на равнине, так как складки рельефа служат направляющими для потоков воздуха. Наиболее благоприятно для возникновения ветрового напора расположение тоннеля вдоль узкой глубокой долины, особенно если она перпендикулярна линии морского берега.
Наиболее устойчивым является тепловой напор ht (мм вод. ст.), возникающий при наличии разности Hп высот порталов тоннеля и температур наружного и тоннельного воздуха. В односкатных тоннелях этот напор может достигать значительной величины

где ρн и ρт — значения плотностей наружного и тоннельного воздуха, соответствующие их температурам;
g — ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2).
В зависимости от знака разности температур воздуха внутри и вне тоннеля тепловой напор меняет направление. Его положительное значение соответствует движению воздуха от нижнего портала тоннеля к верхнему, которое происходит обычно в зимнее время. В летнее время направление движения воздуха меняется на обратное.
Суммарный напор естественной тяги воздуха (мм вод. ст.) расходуется на преодоление трения воздуха о стены тоннеля и местных сопротивлений, характеризуемых коэффициентами ζi:


где λ — коэффициент трения воздуха о внутреннюю поверхность тоннеля (для тоннелей с гладкими бетонными стенами при бетонном основании пути λ = 0,028);
L — длина тоннеля, м;
R — гидравлический радиус сечения тоннеля, равный отношению площади сечения к периметру, м;
ve — скорость движения воздуха в тоннеле, м/с.
Скорость (м/с) движения воздуха в тоннеле, создаваемая естественными факторами,


На скорость движения воздуха в тоннеле влияют силы трения и местные сопротивления при входе воздуха (ζ = 0,6) и выходе его (ζ = 1) из тоннеля (если кромки портальных отверстий не скруглены).
Объем (м3) свежего воздуха, поступающего в тоннель в течение 1 ч, должен быть не менее необходимого объема проветривания, т.е.

где F — площадь сечения тоннеля, м2.
В противном случае необходима искусственная вентиляция.
Естественная вентиляция зависит от факторов, которые не являются достаточно устойчивыми и могут действовать с различными знаками, нейтрализуя друг друга. Наиболее надежным является тепловой напор, но и он изменяется в связи с сезонными колебаниями разности температур наружного и тоннельного воздуха. Поэтому в течение года неизбежны периоды, когда естественная тяга воздуха недостаточна и может требоваться применение искусственной вентиляции.