Вентиляция автодорожных тоннелей

 

МОСКОВСКИЙ 
АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ  ИНСТИТУТ 
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Л.В.МАКОВСКИЙ, Ю.В.ТРОФИМЕНКО, 

Н.А.ЕВСТИГНЕЕВА 
 
 
 
ВЕНТИЛЯЦИЯ 
АВТОДОРОЖНЫХ 
ТОННЕЛЕЙ 

 
 
 
 

Учебное пособие 
 
 
 
Допущено УМО вузов РФ по образованию в области  
железнодорожного транспорта и транспортного строительства  
в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся  
по специальности "Автомобильные дороги и аэродромы"  
направления подготовки "Транспортное строительство" 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

МОСКВА 2009 

 
УДК    624.191.941/.946 : 625.712.35 
ББК    39.112 : 38.762.2 
    М 16 

 
Рецензенты: 

 директор НИЦ «Тоннели и мосты» ОАО ЦНИИС, д-р техн. наук, проф., 
академик Российской Академии транспорта  В.Е. Меркин; 

 профессор 
Аэрокосмического 
факультета 
МАИ (ГТУ), 
д-р 
техн. 
наук, проф., академик Российской Академии космонавтики имени 
К.Э. Циолковского, лауреат Государственной премии  Ю.В. Чудецкий 

 
 

 
Маковский Л.В., Трофименко Ю.В., Евстигнеева Н.А. 
М 16 
Вентиляция автодорожных тоннелей: Учеб. пособие / 
МАДИ (ГТУ). – М., 2009. – 148 с. 

 
ISBN 5-7962-0089-5 (978-5-7962-0089-6) 

В пособии изложены основы проектирования и расчета вентиляции 
автодорожных тоннелей. Представлены общие сведения по системам вентиляции, методика и рекомендации по выполнению расчета подаваемого в 
тоннель воздуха (по газо- и тепловыделениям), определению давления воздушного потока при естественном и искусственном проветривании, а также 
выбору необходимого вентиляционного оборудования. Приведены примеры 
расчета естественной и искусственной вентиляции автодорожных тоннелей. 
Пособие подготовлено авторским коллективом кафедр «Мосты и 
транспортные тоннели», «Техносферная безопасность». Предназначено для 
студентов специальностей: 270205.65 «Автомобильные дороги и аэродромы», 270201.65 «Мосты и транспортные тоннели», 280202.65 «Инженерная 
защита окружающей среды» МАДИ (ГТУ), выполняющих курсовые и дипломные проекты по тоннелям. Может быть полезно студентам других специальностей.  
УДК  624.191.941/.946 : 625.712.35 
ББК  39.112 : 38.762.2 

 
ISBN 5-7962-0089-5 (978-5-7962-0089-6) 

© Л.В. Маковский, Ю.В. Трофименко,  
Н.А. Евстигнеева, 2009 
©  Московский автомобильно-дорожный 
институт (государственный технический университет), 2009 

 
- 3 
СОКРАЩЕНИЯ  И  ОБОЗНАЧЕНИЯ  

 
АТП – автотранспортный поток 
АТС – автотранспортные средства 

ОГ –  отработавшие газы 

ПДК – предельно допустимая концентрация 

ТЗТ – транспортная зона тоннеля 

УДС – улично-дорожная сеть 

 
П – периметр поперечного сечения воздуховода, м 

т
П
 – периметр внутреннего очертания тоннеля, м 

В –  барометрическое давление на высоте Н, мм рт. ст. 
В0 –  барометрическое давление на высоте Н0, мм рт. ст. 

)
(i
С
 – концентрация i-го токсичного компонента ОГ в ТЗТ, мг/м3 

Спр (i) – концентрация, i-го компонента в приточном воздухе, мг/м3 

)
(i
Сl
 – содержание i-го компонента ОГ на единице длины всего газового 
шлейфа, мг/м 

)
(
max i
С
– максимальная концентрация  i-го компонента ОГ, мг/м3 

х
С  – коэффициент лобового сопротивления автомобиля  

ср – удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, кДж/(кг·°С) 
D0 – гидравлический диаметр тоннеля, м 

d  – габаритная длина «осредненного» автомобиля,  м 

э
d – эквивалентный диаметр воздуховода некруглого сечения, м 

k
d  – габаритная длина автомобиля k-й группы, м 

min
d
 – минимальная дистанция между АТС, м 

  
0
d  – расстояние между остановившимися АТС, м  

Gт – расход топлива, кг/с 
g – ускорение свободного падения, м/с2

)
(i
gv
 – интенсивность 
выброса 
i-го 
вещества 
автомобилем 
при 
его  
движении с постоянной скоростью v, г/(авт.· ч) 

)
(
,
i
g
k
xx
 – интенсивность выброса  i-го  вещества автомобилем k-й  группы в режиме холостого хода, г/(авт.· ч) 
Нu – теплота сгорания топлива, Дж/(кг топлива) 

j
k
Нu – теплота сгорания j-го топлива, используемого в двигателе k-й группы 
АТС, МДж/(кг топлива) 

 
- 4 
 
Н, 
0
Н – абсолютные высоты, измеряются от уровня моря, м 

I – интенсивность движения автомобилей, авт./ч 

зап
К
 – коэффициент запаса  

К0,k – коэффициент, учитывающий влияние высоты проезжей части над 
уровнем моря на тепловыделение 
Ку,k – коэффициент, учитывающий влияние уклона проезжей части тоннеля 
на тепловыделение 
К0,k(i) – коэффициент, учитывающий влияние высоты проезжей части над 
уровнем моря на интенсивность выброса i-го вещества  
Ку,k(i) – коэффициент, учитывающий влияние уклона проезжей части тоннеля 
на интенсивность выброса i-го вещества 
k –  коэффициент пропорциональности в зависимости плотности воздуха 
от его температуры и барометрического давления, кг · К/(м3 ·мм рт.ст.)

 
и
k  – коэффициент использования струи 

т
L  – протяженность (длина) тоннеля, км 

сн
l
 – длина сноса газового шлейфа за пределы ТЗТ, м 

М – молярная масса воздуха,  М = 28,29 · 103  кг/моль 

i
М  – число людей  i-й категории, одновременно находящихся в тоннеле 

mv,k (i) – пробеговый выброс i-го вещества одним автомобилем k-й группы при 
движении с постоянной скоростью v, г/(авт. · км) 
N – потребляемая электрическая мощность одновременно включенных 
светильников, кВт 

ш
N  – общее  число газовых шлейфов в конце ТЗТ 

/
ш
N
 – количество газовых шлейфов в конце ТЗТ от  выехавших из нее АТС 

v
N  – количество АТС, одновременно находящихся в ТЗТ 

max
т
N
 – максимальное число АТС, остановившихся в ТЗТ при заторе 

NP – число полос движения АТС в одном направлении 


NP – общее число полос движения (в двух направлениях) 

Ра –  давление, создаваемое эжекционно-поршневым эффектом, Па 
Рб –  давление, вызванное разностью барометрических давлений, Па 
  Рв – давление, создаваемое динамическим действием ветра, Па 

д
P  – давление на создание скоростного напора на выходе из собственной 
вентиляционной сети вентилятора, Па 

.
.в
с
Р
– давление, создаваемое струйным вентилятором, Па 

 
- 5 
Рt – давление, вызванное Архимедовой силой из-за разности температур, 
Па 
Q – фактический расход воздуха, м3/с 
)
(i
Q
 – расход воздуха по условию удаления i-го вредного вещества, м3/с 

Т
Q  – расход воздуха по условию удаления тепловыделений, м3/с 


Q – общий расход воздуха, м3/с 

a
a q
q

 ,
–  удельные тепловыделения от двигателя одного «осредненного» автомобиля при движении в противоположных направлениях с постоянной скоростью v, МДж/(авт. · км) 
  
k
a
q , –  удельное тепловыделение от двигателя k-й группы АТС при движении 
с постоянной скоростью v, МДж/(авт. · км) 
 
k
s
q , –  удельный расход топлива двигателем k-й группы АТС при движении с 
постоянной скоростью  v, л/(авт. · км)  
R –  газовая постоянная, R = 8,314 Дж / (моль · К) 
Rк – термическое сопротивление (сопротивление теплопроводности) ограждающей конструкции, м2 ·°C/Вт 

c
R  – общее сопротивление вентиляционной сети 
c
R , Па · с2/м6 
   Rj – термическое сопротивление отдельного j-го слоя, м2 ·°C/Вт 
Ro – сопротивление теплопередаче ограждающей тоннель конструкции 
(обделки), м2 ·°C/Вт 
  S – площадь поперечного сечения воздуховода (канала, тоннеля), м2 

.
.в
c
S
– площадь поперечного сечения струйного вентилятора на выходе, м2  

k
м
S ,  – площадь миделева сечения автомобиля  k-й группы,  м2 

т
S
 – площадь поперечного сечения тоннеля, м2 

Т –  абсолютная температура воздуха, К 
   t – температура воздуха, °C 
tгр  – средняя температура грунта, °C 
tпр  –  температура приточного (наружного) воздуха, °С 
tт –  температура удаляемого воздуха (температура воздуха в ТЗТ), °С 

тах
t
 – максимальная температура наружного воздуха по СНиП 2.04.05-91* 
(параметры «Б») 
 v –  скорость движения АТП, км/ч 
   Wa – тепловыделение автомобильных двигателей, Вт 
Wгр – теплоприток «+» из окружающего грунтового массива или теплоуход («– ») в массив, Вт 
Wизб –  суммарные теплоизбытки в тоннеле, Вт 
Wл – тепловыделение находящихся в тоннеле людей, Вт 

 
- 6 
Wосв – тепловыделение устройств искусственного освещения, Вт 
хk – доля автомобилей  k-й  группы в АТП 
 

 – коэффициент Кориолиса  

αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей 
конструкции, Вт/(м2 ·°C) 
αн –  коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей 
конструкции, контактирующей с грунтом, Вт/(м2 ·°C) 
β – доля электроэнергии, переходящей в тепло 

  –  угол между направлением ветра и осью тоннеля 

  δj – толщина j-го слоя, м 


  – интервал времени между въездами АТС в ТЗТ, с 

   ΔН – разность высотных отметок противоположных порталов тоннеля, м 

ву
P

 – потери давления в вентиляционной установке, Па 

сопрот
Р

 – потери давления на аэродинамические сопротивления, Па 


Р

 – потери давления на сопротивление трения по длине воздуховода, 
Па 


Р

 – потери давления на местные сопротивления, Па 

тр

 – коэффициент сопротивления трения воздуха о внутренние стенки 
воздуховода 
λj – расчетный коэффициент теплопроводности i-го слоя, Вт/(м ·°C) 

k
  – доля тепловыделения от двигателя  k-й группы АТС 

 
пр

 – плотность наружного (приточного) воздуха при температуре tпр , кг/м3

ρт  – плотность воздуха в тоннеле при температуре  tт ,  кг/м3 

  
t  – плотность воздуха при температуре t, кг/м3 

j
k
 – плотность j-го топлива, используемого в двигателе k-й группы АТС, 
кг/л  

i
 – коэффициент i-го местного сопротивления 

проветр

 –  время полного проветривания ТЗТ с момента въезда в него одиночного автомобиля, с 

v
  – время движения автомобиля по ТЗТ с постоянной скоростью v,  c 

  – скорость воздушного потока в тоннеле, м/с 

в
 – скорость ветра, м/с 

вых

– скорость воздушного потока на выходе из ТЗТ, м/с 

.
.в
с

 – скорость движения воздуха у выходного отверстия струйного 

 
- 7 
вентилятора, м/с 

ср

 – средняя скорость движения воздуха по воздуховоду, м/с 

т
ср.

 – средняя скорость движения воздуха в ТЗТ, м/с 

)
(
* i

 – максимальная скорость движения воздуха, при которой обеспечивается  ПДК(i) в ТЗТ, м/с 

л
i

 – удельное тепловыделение от  i-й  категории людей, Вт/чел. 

 

j
ш
l
N
i
С


 )
(
– содержание i-го компонента на единице длины газового шлейфа 
на j-й полосе движения при встречном движении воздуха и АТС, 
мг/м 

j
ш
l
N
i
С


 )
(
–содержание i-го компонента на единице длины газового шлейфа 
на j-й полосе движения при попутном движении воздуха и АТС, 
мг/м 

j

v
v
I
i
g






)
(
– пробеговый выброс i-го вещества АТП на j-й полосе движения, 
г/км 

j

v
v
I
i
g










)
(
– пробеговый выброс i-го загрязняющего вещества АТП на j-й полосе при встречном движении автотранспортного и воздушного 
потоков, г/км  

j

v
v
I
i
g












)
(
– пробеговый выброс i-го загрязняющего вещества АТП на j-й полосе при попутном движении автотранспортного и воздушного 
потоков, г/км 

j
v
I 





– плотность АТП на  j-й полосе движения, авт./км 

 

 
- 8 
ВВЕДЕНИЕ 

Рост численности автомобильного парка в мегаполисах, дефицит площадей территорий для развития дорожной или улично-дорожной сети (УДС), мест парковки, стоянки, хранения транспортных 
средств, обострение экологических проблем вызвали необходимость прокладки новых транспортных тоннелей. В настоящее время 
только 
в 
г. 
Москве 
находится 
в 
эксплуатации 
более 
50 автодорожных тоннелей общей протяженностью более 25 км. До 
2025 г. в городе планируется построить еще несколько тоннелей, 
протяженностью 12,5 км. 
Автодорожные тоннели предназначены для: 
 развязки транспортных потоков в разных уровнях в наиболее загруженных узлах с интенсивностью движения более 6…8 тыс. авт./ч 
на подходах к узлу или при интенсивности левоповоротного движения более 1,2 тыс. авт./ч;  
 увеличения или выравнивания пропускной способности отдельных 
участков улично-дорожной сети (при наличии плотной капитальной 
застройки, вдоль набережных рек и каналов); 

 улучшения конфигурации (планировочной структуры) УДС, сокращения площади территории, занимаемой движущимися и стоящими 
автомобилями;  

 сохранения природных национальных парков, охраняемых природных территорий, рекреационных зон, памятников истории, культуры и археологии; 

 организации подъездных путей к подземным автостоянкам и гаражам, торговым центрам, складам, вокзалам, аэропортам и пр.; 

 преодоления высотных или контурных препятствий (холмов, возвышенностей, насыпей, автомобильных и железных дорог, взлетнопосадочных полос аэродромов, дамб рек, каналов) по трассе городских улиц и дорог;  

 для решения экологических проблем населения, проживающего на 

 
- 9 
отдельных участках территории. 

Решая данные проблемы, тоннели, являясь сложными инже
нерными сооружениями, сами могут стать источниками негативного 
воздействия на окружающую природную и социальную среду.  

В самом тоннеле могут создаваться повышенные концентра
ции загрязнения воздуха движущимися транспортными средствами, 
продуктами износа дорожного покрытия, изменения температуры, 
давления, скорости воздушных масс. Так, проведенные специалистами МАДИ (ГТУ) совместно с ГУП «Мосэкомониторинг» результаты 
измерений загрязнения воздуха в Лефортовском тоннеле показали, 
что концентрация оксида углерода СО в воздухе доходила до  
150 мг/м3, что в случае возникновения заторовых или других ситуаций, увеличивающих время пребывания людей в тоннеле, опасно 
для здоровья, так как может вызвать необратимые изменения в организме при времени пребывания более 1 часа.  

Неблагоприятное экологическое воздействие автодорожных 

тоннелей на «внешнюю» окружающую среду заключается в: изменении гидрогеологических условий территории; виброакустическом 
воздействии на близкорасположенные объекты; повышенном загрязнении атмосферного воздуха токсичными веществами вблизи 
порталов и вентиляционных киосков; в изменении уровня благоустройства территории. Велико влияние данного сооружения на социальную среду – проживающее вблизи население, водителей и пассажиров автотранспортных средств, работников различных служб, 
находящихся в тоннелях.  

Поэтому на всех этапах проектирования, в процессе строи
тельства и эксплуатации необходимо оценивать воздействие тоннеля на окружающую среду. При этом следует принимать проектные 
решения, уменьшающие это воздействие, и, в частности, предусматривающие специальные меры по улучшению градостроительных и архитектурно-планировочных решений; повышению безопасности дорожного движения; охране памятников истории, культуры и 
археологии; улучшению качества воздушного и водного бассейнов; 

 
- 10 
снижению загрязнения и эрозии почв; предотвращению нарушений 
режима грунтовых вод; развитию карстовых и суффозионных процессов; снижению уровня шума, вибраций, электромагнитного излучения и др. 

Основной способ снижения концентраций токсичных веществ в 

воздухе тоннелей – вентиляция. Одновременно она служит для поддержания температурно-влажностного режима в тоннелях, а также 
подачи свежего воздуха и дымоудаления при возникновении пожаров и других чрезвычайных ситуаций.  

В данном учебном пособии систематизированы и актуализиро
ваны сведения о системах вентиляции автодорожных тоннелей, выбросах загрязняющих веществ транспортными средствами, приведены инженерные методы расчета расхода воздуха, подаваемого в 
тоннель по газо- и тепловыделениям, расчет кратности воздухообмена, избыточного давления воздуха, выбора вентиляционного оборудования. Приведены примеры расчета естественной и искусственной вентиляции тоннеля.  

Предназначено для студентов специальностей: 

 270205.65 «Автомобильные дороги и аэродромы» (направление 
подготовки 270200.65 «Транспортное строительство») – по дисциплине «Инженерные сооружения в транспортном строительстве»; 

 270201.65 «Мосты и транспортные тоннели» (направление подготовки 270200.65 «Транспортное строительство») – по дисциплине 
«Проектирование и строительство транспортных тоннелей»; 

 280202.65 «Инженерная защита окружающей среды» (направление 
подготовки 280200.65 «Защита окружающей среды») – по дисциплине «Инженерная защита окружающей среды при проектировании 
транспортных сооружений». 

Может быть полезно студентам других специальностей.