Моделирование влияния ветра и температуры воздуха на распределение токсичных газов и дыма при пожаре на метромосту

В настоящее время интенсивно развивается транспортная система города Москвы, в том числе идет активное освоение подземного пространства. Строятся новые ветки московского метрополитена – большая кольцевая линия, Сокольническая, Солнцевская, Люблино-Дмитровская, Троицкая, Рублево-Архангельская, Бирюлевская линии и большое количество соединительных веток и съездов в депо. Ряд веток метрополитена, прокладываемых на поверхности, часто включают метромосты, которые являются участками повышенной опасности при пожарах. Эти участки и являются объектом данного исследования. В настоящее время нет нормативных и методических документов, позволяющих оценить уровень безопасности принятых проектных решений по конструкциям метромоста. Для обоснования специальных технических условий и принимаемых проектных решений использована программа Ansys CFD. Для определения начальных и граничных условий для моделирования были проведены исследования климата района, где расположен метромост. При моделировании изучалась газовая динамика токсичных продуктов горения СО СО2 HCl и дыма на различных участках метромоста. Проведенные исследования показали, что наиболее худшая ситуация возникает при штиле. Наличие ветра ускоряет вынос токсичных газов и дыма. При этом на различных участках метромоста по-разному осуществляется вынос опасных примесей. Так моделированием установлено, что в припортальной части метромоста, где имеются бетонные ограждения, происходит накопление вредных примесей и дыма. Для таких участков необходимо разрабатывать дополнительные мероприятия по обеспечению пожарной безопасности. Расчетами установлено влияние температуры воздуха на процессы естественного проветривания метромоста в случае пожара.

Кобылкин С. С., Каледина Н. О., Кобылкин А. С. Моделирование влияния ветра и температуры воздуха на распределение токсичных газов и дыма при пожаре на метромосту // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 11. – С. 147–162. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_11_0_147.

Кобылкин Сергей Сергеевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: kobylkin.s@misis.ru, ORCID ID: 0000-0002-2626-208X,
Каледина Нина Олеговна¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: nok52@mail.ru,
Кобылкин Александр Сергеевич — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: aleksandr@kobylkin.ru, ORCID ID: 0000-0002-1512-890Х, Институт проблем комплексного освоения недр РАН,
¹ ГИ НИТУ «МИСиС».

Кобылкин С.С., e-mail: kobylkin.s@misis.ru.

1. Куликова Е. Ю., Конюхов Д. С. Мониторинг риска аварий при освоении подземного пространства // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 1. — С. 97–103. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_1_0_97.

2. Куликова Е. Ю., Потапова Е. В. Синтез управленческих решений для обеспечения безопасности подземного строительства // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 2. — С. 62–69. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_2_0_62.

3. Kulikova E., Ivannikov A. Geographic information systems in geological monitoring during the construction of urban underground structures / Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment. Conference Proceedings, Monitoring 2019. 2019, pp. 1—5. DOI: 10.3997/2214-4609/201903192.

4. Ryzhova L. V., Titova T. S., Gendler S. G. Ensuring environmental safety during the construction and operation of tunnels in residential areas // Procedia Engineering. 2017, vol. 189, рр. 404–410. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.05.064.

5. Krasyukova E., Aynbinder I., Ivannikov A. A rational approach to the management of underground mining in complex hydrogeological and geomechanical conditions based on a risk assessment // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021, vol. 684, no. 1, article 012006. DOI: 10.1088/1755-1315/684/1/012006.

6. Maslak V., Boytsov D., Danilov A., Levina E., Gendler S. Innovative engineering solutions for improving operational safety and efficiency of subways with two-way tunnels // Procedia Engineering. 2016, vol. 165, pp. 214–223.

7. Каледина Н. О., Кобылкин С. С., Кобылкин А. С., Кондрев Р. С., Белецкий Д. Н. Оценка эффективности естественного проветривания метромоста в случае возгорания кабеля с учетом защитных конструкций от климатических осадков // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 10-1. — С. 17—28. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2021_101_0_17.

8. Суриков А. В., Лешенюк Н. С. Расчет видимости в помещениях в условиях пожара с применением программного комплекса FDS // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. — 2018. — Т. 2. — № 2. — С. 147—160.

9. Кобылкин С. С., Тимченко А. Н., Кобылкин А. С. Применение компьютерного моделирования при выборе параметров работы пылеотсоса, встраиваемого в проходческие комбайны // Безопасность труда в промышленности. — 2021. — № 3. — С. 21—27. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-3-21-27.

10. Маркова Т. В., Жлуктов С. В. Развитие моделей горения в ПК FlowVision / Инженерные системы-2012: Труды Международного форума. — М.: МАКС Пресс, 2012. — C. 89—95.

11. Yu H. Comparison of the spreading characters of fire products in the typical metro stations of Washington, D.C. and Guangzhou // Urban Rail Transit. 2021, vol. 7, pp. 269–284. DOI: 10.1007/s40864-021-00160-9.

12. Jiaqiang Han, Zihao Wang, Pengqiang Geng The effect of blockage and tunnel slope on smoke spread and ceiling temperature distribution in a natural-ventilated metro depot // Energy and Buildings. 2021, vol. 253, article 111540. DOI: 10.1016/j.enbuild.2021.111540.

13. Kubinyecz V., Teodosiu C. Review of numerical studies on ventilation systems for subway networks in emergency situations // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021, vol. 664, no. 1, article 012093. DOI: 10.1088/1755-1315/664/1/012093.

14. Król A., Król M. Some tips on numerical modeling of airflow and fires in road tunnels // Energies. 2021, vol. 14, no. 9, article 2366. DOI: 10.3390/en14092366.

15. Kubinyecz F.-V., Teodosiu C. Verification of ventilation system efficiency in a curved subway tunnel in case of fire using numerical modeling / Proceedings of 10th International Conference on Energy and Environment (CIEM 2021). 2021. DOI: 10.1109/CIEM52821.2021.9614790.

16. Król A., Król M. Study on hot gases flow in case of fire in a road tunnel // Energies. 2018, vol. 11, no. 3, article 590. DOI: 10.3390/en11030590.

17. Juraeva M., Ryu K. J., Jeong S.-H., Song D. J. Influences of the train-wind and air-curtain to reduce the particle concentration inside a subway tunnel // Tunnelling and Underground Space Technology. 2016, vol. 52, pp. 23—29. DOI: 10.1016/j.tust.2015.11.008.

18. Flores-Herrera L. A., Sandoval-Pineda J. M., Silva-Rivera U. S., Tamayo-Meza P. A., Rivera-Blas R. CFD simulation of obstructed ventilation ports in a subway tunnel section // International Journal of Simulation Modelling. 2017, vol. 16, no. 3, pp. 386—398. — DOI: 10.2507/ IJSIMM16(3)2.380.