JP2006028986A - トンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル内ケーブルの耐火保護ボックスにおいて、より優れた断熱機能と施工性を備えた構造を提供する。
【解決手段】トンネル内周壁面１に敷設されたケーブル２を、両側部の基端をトンネル内壁面１に係止して覆う耐火保護ボックス３において、この耐火保護ボックス３が、耐火板７の内周面に非通気性の熱反射シート８を設けた耐火層４と、耐火材層４の内側に位置した耐熱繊維質断熱層５からなり、且つ、耐火層４と耐熱繊維質断熱層５との間に空隙よりなる空気断熱層６を設けたトンネル内ケーブルの耐火保護ボックス。
【選択図】図１

Description

本発明は、トンネルの内壁面に敷設された電気ケーブル・通信ケーブル等のケーブルを車両炎上等の火災から保護する耐火断熱保護ボックスに関する。

従来、トンネル内に敷設された電気・通信ケーブル等のケーブルをトンネル火災（想定火災温度：１２００〜１３５０℃ 想定火災時間：３０〜６０分）から保護する方法として、耐熱繊維のブランケットをケーブルに直接巻き付けた構造が採られてきた。

しかしながら、この構造は火災時の熱エネルギーがケーブル保護構造の全周から作用し、十分な断熱効果が得られない。しかも、ブランケットを幾重にも巻き付けるため、施工に手間がかかり、工期延長や施工コスト高を招く。また、耐熱繊維の飛散や耐水性劣化を防止するために薄鉄板で覆う方法が知られているが、薄鉄板はトンネル内の腐食環境によって耐久性に劣る問題があった。

そこで、トンネル内壁面に両側部の基端を係止した耐火断熱保護ボックスが提案されている（特許文献１参照）。この耐火断熱保護ボックスは火災時の熱エネルギーがトンネル内壁面側からは供給されず、ケーブルに対する断熱保護効果を向上させることができる。しかも、両側部の基端の係止のために迅速な取り付けが可能となる。さらに、外周が耐火板のために腐食や耐熱繊維の飛散・耐水性劣化といった問題もない。

しかしながら、近年の高度情報社会において電気ケーブル・通信ケーブル等のケーブルの防護対策は重要かつ緊急の課題であることから、この耐火断熱保護ボックスについてさらなる耐火断熱保護が強く求められている。
特開２００４−７６５５０号公報

本発明の目的とするところは、トンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックスにおいて、耐火断熱機能および施工性を向上させることにある。

本発明の特徴とするところは、特許請求の範囲に記載した以下のとおりである。

（１）トンネル内壁面に敷設されたケーブルを、両側部の基端をトンネル内壁面に係止して覆う耐火断熱保護ボックスにおいて、耐火断熱保護ボックスが、耐火板の内周面に非通気性シートを設けた耐火材層と、この耐火材層の内側に位置した耐熱繊維質断熱層からなり、且つ、前記の耐火材層と耐熱繊維質断熱層との間に空隙よりなる空気断熱層を設けてなるトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。

（２）耐火板が膨張性黒鉛を１〜１０質量％含む前記（１）記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。

（３）非通気性シートが非通気性熱反射シートである前記（１）または（２）記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。

（４）非通気性シートが背面に膨張性黒鉛層を設けた前記（１）ないし（３）記載のいずれか1項記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。

（５）非通気性シートが伸張自在である前記（１）ないし（４）記載のいずれか1項記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。

（６）耐熱繊維質断熱層の外周面または外周面と内周面に非通気性シートを設けた前記（１）ないし（５）記載のいずれか1項記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。

（７）耐熱繊維質断熱層の覆い断面形状を半弧状とした前記（１）ないし（６）記載のいずれか1項記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。

（８）耐火板の覆いがトンネルの長さ方向に直角の断面において、目地のない一体構造とした前記（１）ないし（７）記載のいずれか1項記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。

本発明では外殻となる耐火材層とその内側に位置した耐熱繊維質断熱層との間に空気断熱層を設けている。耐火材層における耐火板は、ある程度の自由水と結晶水の含有は避けられない。トンネル火災時において被熱初期は耐火板中の自由水が蒸気化し、排出され、空気断熱層の空隙内で熱対流を生じさせる。耐火材が高温に上昇した際には結晶水が分解気化し、水蒸気となって前記と同様に空気断熱層での熱対流の原因となる。そして、水分が無くなった後の耐火板は、その組織中の気孔を通してトンネル内の熱気が空気断熱層に侵入する。しかも、耐火板は高温になると熱輻射による熱伝導が生じる。

ケーブルの耐火保護には、この空気断熱層における熱対流と輻射熱を抑制し、耐火材層から空気断熱層に渡す熱エネルギーを低減することが必要であるが、前記のように単に空気断熱層を設けただけでは十分な断熱保護の効果が得られない。

本発明では空気断熱層の内周面に非通気性シートを設けることで、耐火板からの水蒸気の排出および耐火板の気孔を通しての熱気侵入を阻止することができる。これにより、空気断熱層での熱対流と熱輻射を抑制する。

空気断熱層はトンネルの長さ方向に沿った連続構造である。トンネル火災時の高温下において空気断熱層の空隙によって空気の流れが生じ、抜熱作用を生じる。本願発明の耐火断熱保護ボックスは前記の断熱効果に加えて、この空気断熱層の空隙に空気が流れることによる抜熱作用とが相まって、優れた断熱効果を発揮する。

非通気性シートの背面には膨張性黒鉛層を設けてもよい。膨張性黒鉛層はトンネル火災等の高温下で膨張性黒鉛が膨張し、多孔質層となって断熱効果を付与する。

耐火断熱層に使用する耐火板として、膨張性黒鉛を含む耐火板を使用した場合は、トンネル火災等の高温下で膨張した膨張性黒鉛が耐火板組織の気孔を透して洩出する。そして、耐火板から洩出したこの膨張後の膨張性黒鉛が非通気性シートとの間に断熱層を形成し、断熱効果がさらに向上する。

本発明の耐火保護ボックスは、外殻となる耐火板の内周面に非通気性シートを設けたことで入力熱エネルギーを低減し、耐火材層と耐熱繊維質断熱材層の間に形成した空隙を空気断熱層として十分な効果を発揮させることができる。また、空気断熱層は空気の流れによる抜熱作用をもつ。これらの効果により、トンネル内に敷設されたケーブルをトンネル火災からより確実に保護することができる。また、膨張性黒鉛を含む耐火板の使用でその断熱効果はさらに向上する。

前記膨張性黒鉛を含む耐火板の使用は、前記断熱効果の向上によって、耐火板の厚さを薄くすることができる。その結果、耐火板が軽量化し、耐火断熱保護ボックスは比較的簡単な冶具で十分な係止が可能となり、耐火断熱保護ボックスの取り付け作業の軽減と迅速化にも効果がある。

以下、図面に基づいて本発明の耐火断熱保護ボックスを更に詳しく説明する。図1はトンネルの長さ方向に直角の断面図であって、トンネルの内壁面１に敷設されたケーブル２を耐火保護ボックス３で覆った状態を示す。

耐火断熱保護ボックス３は、耐火板７の内周面に非通気性シート８を設けた耐火材層４と、この耐火材層４の内側に位置した耐熱繊維質断熱層５と、耐火材層４と耐熱繊維質断熱層５との間に空隙よりなる空気断熱層６が設けられている。

ケーブル２の支持構造は特に限定されるのもではなく、図１では耐熱繊維質断熱層５の支持金具９に載置させている。図１には示していないが、この支持金具９とは別にトンネル内壁に吊下げたラックに載置してもよい。

耐火保護ボックス３は両側部の基端をトンネルの内壁面１に係止する。この係止の具体的な構造は限定されるものではなく、図１に示した例では帯状鉄板を耐火板７の内周にそってコの字型に形成した支持金具１０に耐火板７をボルト１１で固定し、さらに支持金具１０の端部をトンネルの１内壁面にアンカーボルト１２で固定している。帯状鉄板からなる支持金具１０は耐火保護ボックス２の長さ方向に適宜間隔をもって設ける。

耐火材層４を構成する耐火板７は断熱と外殻の役割を持つ。耐火板７は耐火性を有す素材であれば何ら限定されるものではなく、セラミック系耐火板、断熱キャスタブル耐火板等とする。例えばアルミナ、シリカ、あるいはアルミナ−シリカ等の耐火性骨材に結合剤を添加して、混練した後、加圧法、抄造法あるいは流し込み法によって成形し、必要によってはさらに焼成することで得られる。

耐火板７として、膨張性黒鉛を含む耐火板を使用した場合は、その耐火板の製造において膨張性黒鉛を１〜１０質量％、さらに好ましくは１〜５質量％含むように調整する。膨張性黒鉛の量が少ないと膨張性黒鉛による断熱効果に乏しく、多すぎると増量効果が小さくなると同時に不経済であり、耐火板が受熱時に膨張過多となって、耐火板の強度不足となる。なお、この膨張性黒鉛を含む耐火板は、事前に膨張性黒鉛が膨張すると本発明の効果が得られないので、耐火板は未焼成品であることが必要である。

トンネル火災では燃焼速度が速いために燃焼部の圧力が高く、火炎流・熱気による対流速度が大きい。耐火板７は、例えば両側部と下方部とが独立したものを支持金具等で組み立てて一体化させるのが一般的な構造であるが、耐火板７の繋ぎ目となる目地からの熱気侵入を防止することが必要である。そこで、耐火板７は目地がない一体構造が好ましい。また、一体構造での製作は、工場や現地での組み立ておよび目地からの熱気侵入防止策の処置が不要となり、耐火材の製作費および工事費が縮減される。

耐火板７の内周面に設ける非通気性シート８は、耐熱性であることが必要である。また、熱輻射をより低減させるために、熱反射性を備えていることが好ましい。

非通気性シート８の材質は、例えばアルミニウム箔あるいはアルミニウム蒸着グラスファイバークロス等のシートを使用することができる。アルミニウム箔は強度面から厚さ０．０５〜０．１ｍｍ程度のものを使用する。アルミニウム蒸着グラスファイバークロスは、グラスファイバークロスにアルミニウムあるいはアルミニウム合金を例えば５００〜１０００Åの厚さをもって蒸着したものである。また、耐火板７内周面に接着剤等をもって貼着することが好ましい。

図２は耐火板７の内周面に非通気性シート８を設けた耐火材層４を模式的に示した一部拡大断面図である。

図２（ａ）は耐火板７の内周面に非通気性シート８を単層に設けた例である。非通気性シート８は強度および断熱効果の面から重ね合わせて複数層にしてもよい。

図２（ｂ）は膨張性黒鉛１３を含む耐火板７を使用した例である。図には示していないがトンネル火災等で高温を受けると膨張性黒鉛１３が膨張し、耐火板７から漏出し、非通気性シート８との間に膨張性黒鉛１３よりなる多孔質層を形成し、断熱効果を向上させる。また、非通気性シート８はこの膨張性黒鉛１３の膨張に追随させるために、より合せによって伸張自在にするのが好ましい。非通気性シート８の伸張自在の構造を同図では波型にしているがこれに限らず、蛇腹状、さらには寄り合わせの箇所が重なるようにしてもよい。

図２（ｃ）は非通気性シート８の背面に膨張性黒鉛層１４を設けた例である。膨張性黒鉛層１４は、取り扱いの便宜上、非通気性シート８の背面への塗布が好ましい。膨張性黒鉛層１４は高温を受けると膨張し、多孔質化して断熱効果を発揮する。同図では前記効果をより顕著に発揮させるために、膨張性黒鉛層１４、非通気性シート８のそれぞれを複数設けた例を示しているが、単層であっても十分な効果が得られる。

この膨張性黒鉛層１４を設ける場合も、非通気性シート８は膨張性黒鉛層１４の膨張に追随するように、図には示していないが前記と同様に、より合せによって伸張自在にしておくことが好ましい。

なお、膨張性黒鉛層１４および耐火板７に使用した膨張性黒鉛１３は、りん片状黒鉛を濃硫酸、硝酸等と過塩素酸、過塩素酸塩、重クロム酸塩、過酸化水素等の強酸化剤で処理し、黒鉛の層間に硫酸、硝酸等が挿入した黒鉛層間化合物である。高温に加熱されると１００〜３００倍に膨張する。その粒度は一般に２０〜８０メッシュであり、市販品より求めることができる。

耐火板７の内側に位置させる耐熱繊維質断熱層５は、断熱保護と、耐火板７との間の空気断熱層６の形成との役割をもつ。耐熱繊維質断熱層５は、耐火板７と空気断熱層６の存在によって受熱温度が２００℃程度以下と低いので、ロックウール、グラスファイバー、ニードルファイバー等の低温用耐熱繊維よりなるフェルトやマットを使用することができる。

耐熱繊維質断熱層５は長繊維が絡んだ疎な集合体であるが故に、表面と背面に温度分布が生じ、高温になると内在する空気の移動（対流）により断熱性が低下する。この対策として、前記した非通性シート８と同様のアルミニウム箔、アルミニウム蒸着グラスファイバー、あるいはアルミニウム箔を積層してなる非通気性シートをもって、無機繊維断熱層５の入力熱面側（背面側）を覆うことが好ましい。また、必要によっては、さらに無機繊維断熱層５の内周面にも非通気性シートを設けてもよい。これにより、無機繊維断熱層５の持つ本来の断熱機能を十分に発揮することができる。

耐熱繊維質断熱層５の覆い形状は、耐熱繊維質断熱層５が可塑性を有することで任意に定めることができる。図３は耐熱繊維質断熱層５をトンネルの長さ方向に直角の断面で示したもので、図３（ａ）は矩形状、（ｂ）は半弧状である。建築限界の制限から断熱保護ボックスの高さは一定の範囲内に留める必要があり、ケーブル本数が増える場合、耐熱繊維質断熱層５は、図３（ｃ）のように半弧状の放物線高さを低くし、断熱保護ボックス全体の高さを抑えることが好ましい。

図４は耐熱繊維質断熱層５の形状を半弧状にした場合を例に挙げた取付け構造の斜視図である。耐熱繊維質断熱層５の内周面に、一定の間隔をおいて金属製帯１５を設ける。金属製帯１５にボルト１６をもって耐熱繊維質断熱層５を着設させる。金属製帯１５の両端上部は内側に折り曲げ、この折り曲げた箇所１７をトンネル内壁面にアンカーボルトで固定する。金属製帯１５は耐熱繊維質断熱層５の着設支持とともに、ここではケーブルを載置台としての役割をもつ。

耐火材層４と耐熱繊維質断熱層５との間に形成される空気断熱層６は、その厚さが大き過ぎると耐火材層４の設置断面積が大きくなって不経済であり、また建築限界で制限される。空気断熱層６となる耐火材層４と耐熱繊維質断熱層５との空隙は幅５〜１００ｍｍ、さらに好ましくは１０〜８０ｍｍの間隔が好ましい。

表１、表２は実施例及び比較例における耐火保護ボックスの構造とその試験の結果である。各例は外側高さ２００ｍｍ、幅４００ｍｍの耐火保護ボックスであり、耐火材層の内側にロックウールからなる耐熱繊維質断熱層を設けたものである。

耐火試験では、トンネル天井面を想定したコンクリート壁に長さ８００ｍｍの耐火保護ボックスを支持金具により取り付け、火災想定曲線としてＲＡＢＴ−３０分（５分で１２００℃、３０分後まで１２００℃、１４０分後に常温に戻る）を採用し、加熱した。試験中、ケーブル温度をＫ型熱電対により測定した。ケーブル温度は最高温度に到達するまで実施した。なお、通常ケーブルの耐火保護に必要な許容温度は８５℃である。

実施例１〜７はアルミナ−シリカ質セラミック系耐火板の内周面に、表に示す熱反射シートを設けてなる耐火材層の内側に断熱層を設けると共に、耐火材層と耐熱繊維質断熱層との間に空気断熱層となる空隙を設けたものである。耐火保護試験においてはいずれもケーブル温度は許容温度である８５℃の範囲であった。

このうち、非通気性シートを膨張性黒鉛含有アルミニウム蒸着グラスファイバークロスとした実施例６、７は、加熱時に膨張性黒鉛が膨張して耐火板の内周面に多孔質の断熱層が形勢され、断熱効果が一段と向上した。また、非通気性シートをより合わせで伸張自在に設けていたことで、膨張性黒鉛は非通気性シートに阻止されることなく膨張した。

実施例２〜５は耐熱繊維質断熱層にも非通気性シートを設けた例である。断熱効果が一層向上した。

実施例８〜１０は耐火板に、膨張性黒鉛含有の耐火板を使用した例である。加熱試験では膨張性黒鉛の膨張によって耐火板から漏出した膨張性黒鉛が非通気性シートとの間に多孔質層を形成し、断熱効果が向上した。

実施例７は空間層を狭くした場合であるが、本発明による優れた断熱効果によって、この場合もケーブル温度は許容温度以内に保持できた。

これに対し、比較例１は耐火材層と耐熱繊維質断熱層との間に空気断熱層が存在せず、その分、断熱層の厚さを大きくしているが、それでもなお断熱効果に劣る。比較例２は空気断熱層を設けているが非通気性の熱非通気性シートがない。その結果、これらの比較例１，２は、いずれも許容温度を満足しなかった。また、比較例２からは、耐火板の内周面に熱非通気性シートを設けていないものは、熱対流の影響で空気断熱層が十分に機能していないことが分かる。

また、この比較例２と実施例１との比較から、非通気性の反射シートの効果が高いことが理解できる。これはその構造から、蒸気、熱気の遮断により空間層の熱対流の抑制によって空気の持つ本来の断熱効果の発現と、耐火断熱保護ボックスの長さ方向への抜熱作用によるものと推定される。また、この非通気性シートは同時に放射熱を反射するため、入力熱の減少が功を奏したと考えられる。

比較例３，４は膨張性黒鉛を含有した耐火板を使用したが、非通気性シートを設けない例である。膨張性黒鉛は加熱を受けて膨張し、耐火板から漏出たが、非通気性シートがないために膨張後の膨張性黒鉛は耐火板の内周面に留まらず、膨張性黒鉛による多孔質層が形成されないことで断熱効果に劣る。

本発明の耐火保護ボックスの一例を示す断面図である。 本発明の耐火材層の横断面図である。 本発明の耐熱繊維質断熱層の横断面図である。 本発明の耐熱繊維質断熱層の形状を半弧状にした例の取付け構造の斜視図である。

符号の説明

１：トンネルの内壁面
２：ケーブル
３：耐火保護ボックス
４：耐火材層
５：耐熱繊維質断熱層
６：空気断熱層
７：耐火板
８：非通気性シート
９：支持金具
１０：支持金具
１１：ボルト
１２：アンカーボルト
１３：膨張黒鉛
１４：膨張性黒鉛層
１５：金属製帯
１６：ボルト
１７：折り曲げた箇所

Claims (8)

1. トンネル内壁面に敷設されたケーブルを、両側部の基端をトンネル内壁面に係止して覆う耐火断熱保護ボックスにおいて、耐火断熱保護ボックスが、耐火板の内周面に非通気性シートを設けた耐火材層と、この耐火材層の内側に位置した耐熱繊維質断熱層からなり、且つ、前記の耐火材層と耐熱繊維質断熱層との間に空隙よりなる空気断熱層を設けてなるトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。
2. 耐火板が膨張性黒鉛を１〜１０質量％含む請求項1記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。
3. 非通気性シートが非通気性熱反射シートである請求項1または２記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。
4. 非通気性シートが背面に膨張性黒鉛層を設けた請求項1ないし３記載のいずれか1項記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。
5. 非通気性シートが伸張自在である請求項1ないし４記載のいずれか1項記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。
6. 耐熱繊維質断熱層の外周面または外周面と内周面に非通気性シートを設けた請求項1ないし５記載のいずれか1項記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。
7. 耐熱繊維質断熱層の覆い断面形状を半弧状とした請求項1ないし６記載のいずれか1項記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。
8. 耐火板の覆いがトンネルの長さ方向に直角の断面において、目地のない一体構造とした請求項1ないし７記載のいずれか1項記載のトンネル内ケーブルの耐火断熱保護ボックス。
   

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