JP2009121165A - トンネル内空気浄化施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業員の作業環境を良好とし、且つ作業工程を円滑に継続することのできる空気浄化施工方法を提供する。
【解決手段】可動車輌に水煙発生装置１を設置し、水煙発生装置に備え付けた噴出管３より、作業面或いはその近接場所となる天井面に向けて１０μｍ粒径以下の水粒子よりなる水煙を５００ｍＬ／ｍｉｎ〜１，２００ｍＬ／ｍｉｎ噴出させ、同時に大径風導管４より同方向へ外気を１０ｍ／ｓ〜２５ｍ／ｓの速度で吐出させ、該超微細水粒子によりトンネル内に浮遊している当該粒径とほぼ同一粒径或いはそれ以下の多量の微細浮遊粉塵を吸着させ、該浮遊粉塵を吸着した超微細水粒子を床面及び切羽面に落下させ、更に、超微細水粒子を吸着して湿潤してなる落下した粉塵により床面及び切羽面を僅かに濡らしてなり、それらが再浮遊することなく、且つその後に落下してくる小・大粒径の粉塵に湿気を与えて再浮遊することを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル内の空気を浄化する方法に関し、特にトンネル工事に伴い発生した粉塵を速やかに処理し、作業環境及び作業面を良好な状態として工事を進めることのできるトンネル内空気浄化施工方法に関する。

トンネル工事においては、閉鎖されたトンネル空間内での掘削機や吹付機等を使用しての作業となり、多くの粉塵が飛散し、トンネル内の空気を汚染し、作業員にとっては苛酷な作業環境及び作業面となっている。

上記のように、多量の粉塵を含んだ汚染空気から粉塵を除去する手段として、従来より、汚染空気をそのまま吸引してフィルタを通過させることにより粉塵を除去する方法、吸引した汚染空気をスクラバタンク内の集塵水と接触させて粉塵を捕集する水スクラバ式集塵方法、吸引した汚染空気に水シャワーを噴霧して粉塵を分離除去する方法等の汚染空気をダクト等を利用して所定箇所へ吸引し、当該箇所において処理する粉塵除去方法があった。他方、施工現場において比較的粒径の大きな噴霧状の液体を散布し、この液体により粉塵を捕集する方法があった。
特開２００３−１０６５９３号公報 特開昭５７−６８５００号公報 特開２００３−２７８９９号公報 特公平３−３８４００号公報 特開平１１−２９０６３４号公報

上記フィルタ式集塵方法にあっては、多量の粉塵によりフィルタや吸引ポンプが目詰まりを起こして作業効率を低下させ、且つ粉塵の付着したフィルタの後処理が環境上問題を生じていた。

また、スクラバ手段による集塵方法やシャワー方法の場合は、大量の汚染空気を効率的に処理するには大規模な装置を必要とし、狭いトンネル内の空気を浄化する手段としてはその設置を含め高価なものとなり採用は不可能であった。

更に、上記フィルタ式、スクラバ式或いはシャワー式等は、いずれもトンネル内に設置した集塵機等によりダクトを利用して所定箇所まで浮遊粉塵を吸引し、当該箇所で粉塵処理を行う手段を採用しており、このような方法は、図９に示すように、トンネル内全体に蔓延している浮遊粉塵を集塵機の吸引力により吸引することになるが、その吸引は一定の範囲内のみに有効で、トンネル内において多量の浮遊粉塵が残り、或いは集塵機によりトンネル内空気が撹拌されることになり、作業環境が良好となるとは言えなかった。

他方、噴霧状の液体を施工現場において散布して粉塵を捕集する方法は、図１０に示すように、噴出する大径の水粒子の落下時に、その落下軌道ラインに位置する粉塵を捕獲していくものであるが、大径水粒子により浮遊粉塵を捕獲吸着することができる一方、該水粒子の落下に伴ってその落下軌道に位置する周囲の浮遊粉塵が該水粒子から四方に飛散すること（Ａ方向）及び水粒子間の間隙（Ｂ領域）の浮遊粉塵が残ること等により、浮遊粉塵がトンネル内の空気中に残ることが多かった。また、一定の浮遊粉塵を吸着した液体は床面及び切羽面へ落下し、床面及び切羽面に大量の水分を与え、該床面には切羽面からの流下分を含め多量の水溜りを生じることとなり、その排水のために溝を形成したり、排水ポンプを稼動させての汚水処理を行わなければならなかった。

更に、上記の通り、切羽面には流下する状態となる多量の水分が付与されるため、次工程となる吹付時における切羽面のセメント粉に過分の水分が付着することになり、それらが水と共に流下し或いは水セメント比の低下による強度不足となり、工事に大きな影響を与えていた。また、そのことを回避するには、切羽面がある程度乾燥されるまで吹付工事を待機する必要があった。

本発明は、上記欠点を解決したもので、トンネル内に浮遊している多量の粉塵に対し、それら粉塵とほぼ同一粒径か或いはそれらとほぼ変わらない小粒径となる超微細水粒子を噴出させて該粉塵へ吸着させることにより落下させ、トンネル内の浮遊粉塵を速やかに処理し、且つ作業床面には水溜りが生じることがなく、且つ切羽面に多量の水が付与されて流下現象が生じることなく、作業員の作業環境を良好とし、且つ作業工程を円滑に継続することのできる空気浄化施工方法を提供することを目的とするものである。

特に、掘削後に続くＮＡＴＭ工法による多量に発生するセメントの粉塵の他、一酸化炭素、窒素化合物、アンモニア等の微細有害物質を含む微細浮遊粉塵に対して、それらと付着又は／及び溶解し易い超微細水粒子を採用することにより作業員に作業環境を極めて良好とする空気浄化施工方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の空気浄化施工方法は、多量の粉塵が発生するトンネル工事の掘削時及び吹付時において可動車輌に水煙発生装置を設置し、該水煙発生装置に備え付けた噴出管より、作業面或いはその近接場所となる天井面に向けて１０μｍ粒径以下の水粒子よりなる水煙を５００ｍＬ／ｍｉｎ〜１，２００ｍＬ／ｍｉｎ噴出させ、同時に大径風導管より同方向へ外気を１０ｍ／ｓ〜２５ｍ／ｓの速度で吐出させ、該超微細水粒子によりトンネル内に浮遊している当該粒径とほぼ同一粒径或いはそれ以下の多量の微細浮遊粉塵を吸着させ、該浮遊粉塵を吸着した超微細水粒子を床面及び切羽面に落下させ、更に、超微細水粒子を吸着して湿潤してなる落下した粉塵により床面及び切羽面を僅かに濡らしてなり、それらが再浮遊することなく、且つその後に落下してくる小・大粒径の粉塵に湿気を与えて再浮遊することを防止し、更に、当該湿気を含んだ切羽面により掘削時における粉塵の発生を緩和し、次工程となる吹付時におけるセメント粉を含む微細浮遊粉塵の飛散防止及びセメントの硬化を促進してなるトンネル内空気浄化施工方法を特徴とする。

また、上記水煙発生装置は、超微細水粒子生成ボールに対し、高圧ノズルにより高圧水を噴射激突させることにより超微細水粒子を生成するトンネル内空気浄化施工方法を特徴とする。

更に、上記水煙発生装置は、超微細水粒子生成棒状体に対し、高圧ノズルにより高圧水を噴射激突させることにより超微細水粒子を生成するトンネル内空気浄化施工方法を特徴とする。

また、上記水煙発生装置は、周囲の側壁によって囲まれた空間の該側壁に対し、高圧ノズルにより高圧水を噴射激突させることにより超微細水粒子を生成するトンネル内空気浄化施工方法を特徴とする。

本発明のトンネル内空気浄化施工方法は、空気浄化装置となる移動水煙発生装置より１０μｍ径以下の超微細水粒子となる水煙を噴出させ、トンネル内に浮遊している超微細粒子の粉塵を付着捕獲し、当該浮遊粉塵を強制的に床面及び切羽面へ落下させることができ、トンネル内の汚染空気を速やかに改善し、従って、トンネル内の作業環境を著しく改善することが可能となった。

また、トンネル内へ大径風導管により新鮮な空気を送り込むと同時に、水煙として噴出される超微細水粒子の上方から下方への流れを作り出すことができ、トンネル内全体の浮遊粉塵を素早く且つほぼ完全に除去することが可能となった。

更に、水煙発生装置は、車輌と一体化されており、トンネル内を自由に移動することができるので、掘削や吹付け等の施工の進捗状況に応じて機敏に対応することが可能となった。

また、強制的に落下した超微細水粒子を吸着した微細粉塵は、乾燥状態で浮遊していたポーラスな或いは水分を吸着しやすい乾燥状態の粉塵に湿潤を与えて落下させているので床面及び切羽面に水溜りができてしまうことがなく、従って、排水手段を設ける必要がない。更に、工事の進行に伴って順次床面及び切羽面に落下してくる粉塵に対して湿気を与えることができ、トンネル内の床面及び切羽面を水を薄く散布したような状態とすることが可能となった。

更に、上記の通り、切羽面には適度な湿気が付与されるため、掘削時における粉塵の発生を緩和することができ、且つそれに続く工程となる吹付時には、セメント粉と直ちに結合して硬化が促進されることになり、切羽面に対して勢いよく噴出されるセメント粉のはね返りによる飛散を緩和することが可能となった。

以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１及び図２は、本発明の一実施の形態で、浮遊粉塵を排除するために水煙を発生させて所定方向への水煙流を形成しているトンネルの断面図を示している。１は、水煙発生装置で、トンネル内を自由に可動できる車輌手段に設置されて移動水煙発生装置とされている。該水煙発生装置１は、数台の水煙発生ユニット２を備え、トンネルの掘削面或いは吹付面となる切羽面の粉塵発生源或いはその周辺の天井面に向けて可動自在となる噴出管３を設けている。

上記噴出管３より水煙を所定方向に向けて噴出させるため及び新鮮な空気をトンネル内に導入するために、トンネル外にその一端部が開口した大径風導管４を設けている。該大径風導管４のトンネル内の開口部側には、分岐路５を設け、該分岐路５により一方はトンネル内の切羽面に向かって送風する大径風導開口部６に至る送風路とし、他方は上記水煙発生ユニット２へ外部の新鮮な空気を供給する手段としての空気供給管７を形成している。

該大径風導管４は、トンネルの施工長に応じて延設連結することを可能とし、更に、該空気供給管７は、該大径風導管４に設けた分岐路５のための開口部に装着することにより、水煙発生装置１の水煙発生ユニット２と連結することができる。該大径風導管４からは切羽面となる作業面或いはそれらに近接した天井面方向に向けて１０ｍ／ｓ〜２５ｍ／ｓの速度で外気を吐出させる。

図３に示すように、上記水煙発生ユニット２は、水煙となる水を供給する水供給タンク８、高圧ポンプ９、上記空気供給管７の先端部側に設けた空気を供給する給気ファン１０並びに水及び空気により超微細水粒子を発生させる水煙発生ボックス１１とより形成されている。

図４は、水煙発生装置１における超微細水粒子を生成させる一手段を示したもので、超微細水粒子生成ボール１２に対し、高圧ノズル１３より高圧水を噴射激突させることにより超微細水粒子を生成し、それらに空気圧をかけることにより水煙として噴出するものである。上記高圧水の噴射激突により超微細水粒子として１０μｍ以下の粒径とした水煙が作成されることになる。

上記超微細水粒子となる水煙の作成は、上記実施例の他、高圧水の噴射激突の手段として、その激突の対象物を棒状体としたり、周囲を側壁によって囲まれた空間の該側壁としたり、或いは上記実施例を含めて、それらの組み合わせ等が考えられる。しかし、それらのものに限定されるものではない。

水煙の噴霧量としては、例えば、対応作業断面積が５０ｍ^２〜８０ｍ^２の場合、水煙噴霧量は５００ｍＬ／ｍｉｎ〜１，２００ｍＬ／ｍｉｎが良好である。浮遊粉塵量に応じて上記範囲内で適宜対応することになる。その際の電源はＡＣ１００Ｖ、消費電力は約４ｋＷである。

トンネル内に浮遊している掘削時の破壊や削岩によって生じた浮遊粉塵並びに吹付時、例えばＮＡＴＭ工法によるセメント等の吹き付けによって生じるセメントを含む一酸化炭素、窒素化合物、アンモニア等の有害物質よりなる浮遊粉塵は、図５に示すように、アスベストの大きさと同程度かそれより小さな大きさであり、１０μｍ以下とした超微細水粒子は、該浮遊粉塵と接触すると乾燥した及び／或いはポーラスな該浮遊粉塵に吸収されることになり、そのことにより浮遊粉塵に水粒子の重さが加わり、浮遊状態から下方へと落下することになる。

トンネル内の爆破によって生じた浮遊粉塵或いは吹き付けによって生じたセメントの微粒子等の浮遊粉塵は、１０μｍ以下の粒径のものが多く、それ以上のものにあっては、その自重によって自ら下方へ落下する確率が高いものである。

図６は、トンネル内の浮遊微細粒子の粒度分布を示したグラフで、粒度分布測定装置（シスメックス）によれば、粒子径はほぼ１０μｍ以下がほとんどであり、５μｍ前後のものが多く存在することがわかる。従って、１０μｍ以下の粒子径の超微細水粒子を噴出させることにより該浮遊粉塵への吸着が行われることになる。特にセメントの場合は、水と吸着して凝縮しやすく、速やかに落下することになる。

トンネル内寸法として横幅１１，２００ｍｍ×最大高さ７，１００ｍｍにおいて（作業断面積約６５ｍ^２）、切羽面から５０ｍ地点での作業時の粉塵濃度は、図７に示すように、空気浄化装置の稼動前に５．６ｍｇ／ｍ^３であったものが、稼動後の５分後には０．８ｍｇ／ｍ^３に激減した。これは、安衛法（労働安全衛生法）の規準である「切羽面から５０ｍ地点における粉塵濃度は３ｍｇ／ｍ^３以下とする」を稼動後の３分後には達成できたものである。

図８に示すように、４０％以上の湿度が浮遊粉塵に与えられると、該浮遊粉塵は不活性化し、下方へ落下することになるが、湿度がそれ以下、特に１８％以下となると粉塵の浮遊状態が続き、上記１０μｍ以下の粉塵は鼻孔より肺へと入り易くなる。鼻毛により３〜１０μｍ径の粉塵を捕獲し、或いは気管においてはその粘膜により２〜５μｍ径の粉塵を捕獲することが可能ではあるが、その一部は捕獲されることなく肺胞へと入り込むことになる。更に、３μｍ径以下の粉塵はその多くが肺胞へと直接入り込むことになる。そのことによりトンネル内での作業員には、マスク等の防塵対策を行ったとしても、当該マスク面又は隙間等より、或いはマスクを外したとき等の一瞬の間に超微細粉塵は肺胞へと進入してくることになるのであるが、本発明のトンネル内空気浄化方法によれば、湿気を与え、且つ超微細水粒子によりそれら肺胞へ取り込まれ易い超微細粉塵をトンネル内の浮遊状態から早期に不活性化して床面及び切羽面へ落下させることができ、肺胞への粉塵の入り込みを防止することができる。

上記水煙発生装置１からの超微細水粒子の噴出は、トンネル坑の掘削時の他、その掘削後に施工されるトンネルの支保手段としてのＮＡＴＭ工法等に継続して有効に作用させることができる。ＮＡＴＭ工法は、掘削面支保としてトンネル内壁が崩れることを防止するもので、その保持のために何等かの部材を介して或いは介さずして直接急結材等を混入した吹付けコンクリート（以下、モルタル等という）により覆工を施工する工法である。上記トンネル内の掘削面の被覆手段は、上記した介在物となる支保工やロックボルト、吹付けモルタル等によるものであり、掘削が行われた切羽面にできる限り接近し、且つ早期に上記吹付けモルタル等を施すことが重要となる。従って、トンネル工事においては掘削に引き続き被覆面を施工することが望ましい工事となるが、掘削によって生じた浮遊粉塵が生じている状態に加え、遮蔽板を使用してのモルタル等の吹き付けによっても、更なる浮遊粉塵が生じることになり、トンネル内の環境を一層劣悪な状態としていた。

このＮＡＴＭ工法では、上記モルタル等による微細粒子の他、一酸化炭素、窒素化合物、アンモニア等の有害微細粒子もトンネル内に飛散することになるが、本実施例ではそれらは水煙発生装置１からの超微細水粒子と付着し或いはそれらにより溶解し、床面及び切羽面へと落下することになり、それら微細粉塵が浮遊する状態を直ちに解決することが可能となった。

上記微細粉塵を捕捉した超微細水粒子は、床面及び切羽面を湿潤させた状態とすることができる。上記湿潤した切羽面にモルタル等が吹き付けられると、モルタルのセメント成分が当該面に付着し易くなり、はね返って空間内に飛散する量を減少させ、且つモルタルのセメントと凝結し易い施工面が完成され、掘削に引き続き継続状態で早期にＮＡＴＭ工法を含め覆工を有効に施すことが可能となった。

本発明のトンネル内での空気浄化装置による空気の浄化方法を示す縦方向断面図。 本発明のトンネル内での空気浄化装置による空気の浄化方法を示す横方向断面図。 本発明のトンネル内での空気浄化装置における浮遊粉塵の除去方法を示す概略図。 １０μｍ以下の超微細水粒子を製造する方法を示す一実施例の概略図。 １０μｍ以下の超微細水粒子とアスベスト等の大きさとの比較を示す図。 トンネル内の浮遊粉塵の粒度分布を示したグラフ。 空気浄化装置を稼動した後の粉塵濃度を示したグラフ。 超微細粉塵が肺胞へ入り込む状態を示す概略図。 従来の集塵機システムによるトンネル内の浮遊粉塵の除去を示す概略図。 従来の水粒子による浮遊粉塵の除去を示す概略図。

符号の説明

１ 水煙発生装置
２ 水煙発生ユニット
３ 噴出管
４ 大径風導管
５ 分岐路
６ 大径風導開口部
７ 空気供給管
８ 水供給タンク
９ 高圧ポンプ
１０ 吸気ファン
１１ 水煙発生ボックス
１２ 超微細水粒子生成ボール
１３ 高圧ノズル

Claims (4)

1. 多量の粉塵が発生するトンネル工事の掘削時及び吹付時において可動車輌に水煙発生装置を設置し、該水煙発生装置に備え付けた噴出管より、作業面或いはその近接場所となる天井面に向けて１０μｍ粒径以下の水粒子よりなる水煙を５００ｍＬ／ｍｉｎ〜１，２００ｍＬ／ｍｉｎ噴出させ、同時に大径風導管より同方向へ外気を１０ｍ／ｓ〜２５ｍ／ｓの速度で吐出させ、該超微細水粒子によりトンネル内に浮遊している当該粒径とほぼ同一粒径或いはそれ以下の多量の微細浮遊粉塵を吸着させ、該浮遊粉塵を吸着した超微細水粒子を床面及び切羽面に落下させ、更に、超微細水粒子を吸着して湿潤してなる落下した粉塵により床面及び切羽面を僅かに濡らしてなり、それらが再浮遊することなく、且つその後に落下してくる小・大粒径の粉塵に湿気を与えて再浮遊することを防止し、更に、当該湿気を含んだ切羽面により掘削時における粉塵の発生を緩和し、次工程となる吹付時におけるセメント粉を含む微細浮遊粉塵の飛散防止及びセメントの硬化を促進してなることを特徴とするトンネル内空気浄化施工方法。
2. 水煙発生装置は、超微細水粒子生成ボールに対し、高圧ノズルにより高圧水を噴射激突させることにより超微細水粒子を生成することを特徴とする請求項１記載のトンネル内空気浄化施工方法。
3. 水煙発生装置は、超微細水粒子生成棒状体に対し、高圧ノズルにより高圧水を噴射激突させることにより超微細水粒子を生成することを特徴とする請求項１記載のトンネル内空気浄化施工方法。
4. 水煙発生装置は、周囲の側壁によって囲まれた空間の該側壁に対し、高圧ノズルにより高圧水を噴射激突させることにより超微細水粒子を生成することを特徴とする請求項１記載のトンネル内空気浄化施工方法。

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