أنظمة التهوية والتحكم في الدخان في الأنفاق
تمثل الأنفاق تحدياً هندسياً فريداً؛ فبمجرد دخول المركبات إلى هذا الحيز المغلق، تبدأ الملوثات والحرارة في التراكم. وفي حال نشوب حريق، يتحول النفق إلى "مدخنة أفقية" محبوسة، مما يجعل أنظمة التهوية (Ventilation) والتحكم في الدخان (Smoke Control) الركيزة الأساسية التي تقوم عليها استراتيجيات السلامة الحديثة.
أولاً: الأهداف الاستراتيجية لأنظمة التهوية
تنقسم مهام هذه الأنظمة إلى حالتين رئيسيتين:
1. الظروف التشغيلية العادية: تهدف إلى الحفاظ على جودة الهواء عبر طرد غازات العادم (مثل أول أكسيد الكربون CO وأكاسيد النيتروجين NOx) وضمان وضوح الرؤية للسائقين.
2. ظروف الطوارئ (الحريق): تهدف إلى السيطرة على حركة الدخان، وتوفير مسار آمن لإخلاء الركاب، وتسهيل وصول فرق الإطفاء إلى بؤرة الحريق.
ثانياً: أنواع أنظمة التهوية وتصميماتها الهندسية
1. نظام التهوية الطولية (Longitudinal System)
1. هو النظام الأكثر شيوعاً في الأنفاق التي لا يتجاوز طولها 3-5 كيلومترات, لكن يُفضل >500م "الرابطة الدولية الدائمة لمؤتمرات الطرق"."Permanent International Association of Road Congresses (PIARC). "السرعة الحرجة"
2. الفكرة الهندسية: تعتمد على مبدأ "نقل الزخم" (Momentum Transfer). يتم تركيب مراوح نفاثة (Jet Fans) في سقف النفق على مسافات محسوبة. تقوم هذه المراوح بسحب كمية من الهواء ونفثها بسرعة عالية، مما يؤدي إلى سحب الهواء المحيط ودفع كامل الكتلة الهوائية داخل النفق نحو المخرج.
3. المميزات: تكلفة إنشائية منخفضة لعدم الحاجة لقنوات هواء (Ducts).
4. التحدي الهندسي: في حالة الحريق، يجب أن تكون سرعة الهواء أعلى من "السرعة الحرجة" لمنع الدخان من الارتداد فوق السيارات العالقة.
2. نظام التهوية العرضية الكاملة (Full Transverse System)
يُستخدم في الأنفاق الطويلة جداً أو المزدحمة بكثافة (مثل أنفاق القنوات المائية).
1. الفكرة الهندسية: يتم إنشاء قنوات ضخمة موازية للنفق أو فوق سقفه المستعار. توجد فتحات لإدخال الهواء النقي عند مستوى الرصيف (غالباً)، وفتحات أخرى في السقف لسحب الهواء الملوث.
2. المميزات: توفر تحكماً كاملاً في توزيع الهواء والدخان في كل متر من النفق، ولا تعتمد على طول النفق.
3. التحدي الهندسي: تتطلب مساحة إنشائية ضخمة (مساحة القنوات تصل 20-30% ؛ تُستخدم في أنفاق >6 كم أو مزدحمة (مثل نفق القناة الإنجليزي)، مما يرفع تكلفة الحفر بشكل هائل.
3. نظام التهوية شبه العرضي (Semi-Transverse System)
التصميم: يتم استخدام قناة واحدة فقط (إما للتموين بالهواء أو للسحب).
آلية العمل: إذا كانت القناة للسحب، فإنها تشفط الدخان من السقف، بينما يدخل الهواء النقي من بوابات النفق بشكل طبيعي , يُستخدم في أنفاق متوسطة (2-6 كم) لتوفير تكلفة.
ثالثاً:إجراءات السلامة وبروتوكولات الطوارئ
تعتبر إجراءات السلامة في الأنفاق "ديناميكية"، أي أنها تتغير فورياً بناءً على نوع الحادث:
1. معيار السرعة الحرجة (Critical Velocity)
في هندسة السلامة، يتم حساب السرعة الحرجة باستخدام معادلات رياضية معقدة (مثل معادلة Oka and Atkinson).
• الهدف: ضمان أن ضغط الهواء المدفوع بواسطة المراوح أقوى من ضغط تمدد الدخان الساخن. إذا كانت سرعة الهواء أقل من السرعة الحرجة، سيتحرك الدخان في الاتجاهين (Backlayering)، مما يؤدي لاختناق الأشخاص خلف الحريق.
2. استراتيجية ضغط الهواء الموجب (Positive Pressure)
تطبق هذه الاستراتيجية في ممرات الهروب (Emergency Exits):
• يتم تزويد ممرات الإخلاء بمراوح خاصة تحافظ على ضغط هواء "أعلى" من الضغط داخل النفق الرئيسي.
• النتيجة: عند فتح باب الطوارئ، يندفع الهواء من الممر إلى النفق وليس العكس، مما يمنع دخول أي ذرة دخان إلى مسار هروب المشاة.
3. الكشف التلقائي عن الحريق (FDS - Fire Detection System)
لا يعتمد المهندسون على الحواس البشرية، بل على أنظمة متكاملة:
• كابلات الاستشعار الحراري الليفية (Fiber Optic LHD): كابل يمتد بطول النفق يكتشف بدقة سنتيمترية مكان ارتفاع الحرارة.
• كاشفات الدخان البصرية: تعمل بالأشعة تحت الحمراء لاكتشاف الدخان حتى في وجود عوادم السيارات العادية.
4. وضعية "التحكم في الدخان" (Smoke Management Mode)