Projekt tunelu Chunfeng w Shenzhen

Zastosowano niestandardowe wentylatory do usuwania pyłu metodą elektrostatyczną, dzięki czemu stopień usuwania cząsteczek PM2,5 przekracza 85 %, rozwiązując problem wentylacji jednootworowej dwupoziomowej oraz osiągając niskie zużycie energii i wydajne oczyszczanie.

I. Charakterystyka projektu tunelu Chunfeng w Shenzhen

1. Tunel o nadzwyczaj dużym średnicy, jednotorowy, dwupoziomowy, z wyjątkowymi wymaganiami dotyczącymi wentylacji

Tunel Chunfeng ma łączną długość 5078 m, w tym 4600 m przekroju podziemnego. Zbudowany jest za pomocą tarczy tunelowej o nadzwyczaj dużej średnicy wynoszącej 15,8 m, tworząc „jednotorowy tunel dwupoziomowy” przeznaczony do ruchu drogowego, w którym zarówno górny, jak i dolny poziom są wykorzystywane do przewozu pojazdów. Powoduje to bardzo dobrze zamkniętą przestrzeń wewnętrzną oraz złożone ścieżki przepływu powietrza. Standardowa wentylacja poprzeczna jest ograniczona, dlatego konieczne jest zastosowanie scentralizowanych stacji wentylacyjnych na wschodnim i zachodnim końcu tunelu, w których wysokoprądowe wentylatory strumieniowe współpracują z systemem wentylacji podłużnej.

2. W pełni podziemna miejska droga szybkiego ruchu z wysokimi wymaganiami dotyczącymi jakości powietrza

Jako miejska autostrada łącząca dzielnice Luohu i Futian tunel ma obsługiwać ponad 60 000 pojazdów dziennie. Spaliny pojazdów zawierają wysokie stężenia cząsteczek PM2,5 i PM10 oraz tlenków azotu (NOx) oraz innych zanieczyszczeń, co stawia niezwykle wysokie wymagania wobec zdolności systemu wentylacyjnego do rozcieńczania i usuwania zanieczyszczeń. Wentylatory muszą nie tylko zapewniać podstawową richę wymiany powietrza, lecz także współpracować z jednostkami oczyszczania powietrza w celu osiągnięcia skutecznej eliminacji zanieczyszczeń.

3. Głęboka integracja technologii BIM i inteligentnego monitoringu

Technologia BIM została zastosowana na całym etapie realizacji projektu, a opracowano „Platformę Kontroli Ryzyka Bezpieczeństwa”, integrującą trójwymiarowy system GIS, satelitarne zdalne sensingowe pomiary metodą InSAR oraz algorytmy sztucznej inteligencji do monitorowania w czasie rzeczywistym parametrów budowlanych i danych środowiskowych. System ten obejmuje również eksploatację i zarządzanie urządzeniami wentylacyjnymi, wspierając prognozowanie stanu pracy wentylatorów oraz ostrzeganie przed awariami.

II. Analiza trudności związanych z budową i eksploatacją

1. Skrajna trudność w ograniczaniu hałasu i drgań o niskiej częstotliwości z powodu bliskości obszarów zamieszkania

Obiekty pomocnicze tunelu (np. stacja rozdzielania zawiesiny) znajdowały się kiedyś w odległości zaledwie ok. 100 m od kompleksu mieszkaniowego Ludan Mingyuan. Drgania o niskiej częstotliwości generowane przez pracujące urządzenia powodowały u mieszkańców uczucie zawrotów głowy, szumu w uszach, a nawet pęknięcia ścian w ich domach.

Podczas uruchamiania i próbnej eksploatacji wentylatorów systemu HVAC oraz urządzeń pomocniczych, jeśli środki zapobiegawcze przeciw drganiom są niewystarczające (np. brak zastosowania sprężynowych podpór izolujących drgania, brak połączeń elastycznych), drgania mogą łatwo przenosić się przez grunt, wywołując efekt NIMBY („Nie w moim ogródku”).

Ostatecznie przedsiębiorstwo budowlane zostało zmuszone do przeniesienia oczyszczalni zawiesin o 300 m na zachód, aby złagodzić skargi społeczeństwa, co odzwierciedla poważne wyzwania związane z wczesnym etapem oceny oddziaływania na środowisko oraz planowaniem rozmieszczenia urządzeń.

2. Duże obciążenie systemu oczyszczania powietrza – wentylatory muszą być dopasowane do jednostek filtracji wysokiej wydajności

Aby poradzić sobie z wysokimi stężeniami PM2,5, PM10 i NOx w spalinach pojazdów, po jednym systemie oczyszczania powietrza zainstalowano na każdym z końców – wschodnim i zachodnim – wykorzystując technologię wielostopniowej filtracji + osadzania elektrostatycznego + utleniania katalitycznego.

Wentylatory systemu wentylacji, ogrzewania i klimatyzacji (HVAC) muszą zapewniać stabilne ciśnienie statyczne i przepływ powietrza, aby zagwarantować jednolite rozprowadzanie powietrza przez moduły oczyszczające, unikając lokalnego zatorowania lub spadku wydajności.

W trakcie długotrwałej eksploatacji nagromadzenie się pyłu na ośrodku filtrującym powoduje wzrost oporu systemu. Dlatego wentylatory muszą być wyposażone w falowniki (VFD), umożliwiające dynamiczną regulację mocy, co pozwala utrzymać skuteczność oczyszczania przy jednoczesnej oszczędności energii.

3. Złożona geologia – trudna instalacja fundamentów urządzeń

Tunel przechodzi przez 11 stref uskoku i pęknięć, a wytrzymałość skał osiąga 173 MPa. Zakłócenia gruntu podczas budowy zagrażają stabilności fundamentów obiektów pomocniczych, takich jak pomieszczenia maszyn wentylacyjnych.

Pomieszczenia maszynowe na głębokich poziomach (aż do 49 m poniżej powierzchni ziemi) są wilgotne i trudno dostępne. Duże wentylatory muszą być transportowane w częściach i montowane na miejscu, co zwiększa ryzyko błędów montażowych oraz późniejszych drgań.

4. Wysoki stopień złożoności koordynacji i uruchamiania wielosystemowej infrastruktury

System wentylacji musi współdziałać z systemem gaszenia pożarów/wydmuchiwania dymu, monitorowaniem stanu konstrukcji, sygnalizacją ruchu oraz innymi systemami. Na przykład w przypadku pożaru wentylatory muszą szybko przełączyć się w tryb wydmuchiwania dymu, aktywując wentylatory strumieniowe w celu stworzenia kierunkowego przepływu powietrza i zapewnienia bezpiecznej ewakuacji personelu.

W gęstym środowisku miejskim sekwencje uruchamiania i zatrzymywania wentylatorów muszą również unikać powodowania fluktuacji ciśnienia lub nakładania się hałasu, które mogłyby wpływać na pobliskie budynki.