JP2014074328A - 箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体とトンネル発破音の低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル工事の際に発生する広帯域の周波音からなる発破音の音圧を効果的に低減することができ、中でも低周波音の音圧を効果的に低減することのできる箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体と、この組立体を用いたトンネル発破音の低減方法を提供する。
【解決手段】箱１と、箱１に配設された貫通管２と、からなり、貫通管２が箱１を構成する一つの側面１ａに設けられた孔に固定されて箱状ヘルムホルツ共鳴器１０が構成され、複数の箱状ヘルムホルツ共鳴器１０の全てがそれぞれの一つの側面１ａを同じ方向でかつ端部開口２ａが外部に臨むようにして積層および／または併設され、複数の箱状ヘルムホルツ共鳴器１０のそれぞれが備える貫通管２が、箱状ヘルムホルツ共鳴器１０ごとに異なる断面積および／または管長を有している。
【選択図】図７

Description

本発明は、複数の箱状ヘルムホルツ共鳴器が積層もしくは水平方向に並べられて構成された組立体と、この箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を使用するトンネル発破音の低減方法に関するものである。

山岳トンネル等のトンネルの延伸工事においては、坑口側から順に坑内での発破を繰り返しながらトンネルの延伸作業がおこなわれる場合があるが、この発破の際に生じる発破音は広帯域の周波音を含んでおり、さらに音圧のレベルも極めて高いことが知られている。このような性質の発破音が外部に漏れ出すと、周辺環境への騒音の問題もさることながら、発破音に含まれている周波数50Hz以下のいわゆる低周波音が周辺建物を振動させるといった問題も生じ得る。

このような有害な発破音の漏れ出しを抑制するべく、従来は坑内のたとえば２箇所にトンネル断面を遮断する防音壁を設置するといった対処法が一般におこなわれているが、この方策では、２つの防音壁で囲まれた空間で共振現象によって低周波音を十分に低減できないことをはじめとして遮音性が不十分であり、遮音性のさらなる向上が望まれているのが現状である。

ここで、特許文献１には、トンネル発破音のうちの特に低周波帯域の音（低周波音）についても対処可能な消音技術が開示されている。

この技術は、トンネルの坑口ないし坑内を所定隔壁で閉塞し、一端をトンネル坑内に開口し、他端を閉塞して、それぞれ経路長の異なる複数の管体をこの所定隔壁より切羽側に設置するものである。ここで、トンネル発破音を構成する音のうち、少なくとも低周波音を含む複数の各周波音に関して、該当音の1/4波長の経路長を備えた管体を所定隔壁よりも切羽側に設置することとしている。

このように1/4波長の経路長を備えた管体を使用してたとえば10Hzの低周波音の低減を図ろうとすると、たとえば8.5m程度の長さの管体を必要とし、トンネル内でこのような長尺の管体を収めようとした場合には、管体を途中から折り曲げる等することが余儀なくされる場合が十分に有り得る。なお、特許文献１で開示の技術はこのような管体の折り曲げを積極的におこなおうとするものである。

そして、様々な長さで、かつ上記するように複雑な形状を有する複数の管体をトンネル内で収めようとした場合に、トンネル内で複数の複雑形状の管体が交錯し、トンネル内で重機や作業員の通路が確保できなくなるといった問題も生じ得る。

また、それぞれの管体が個々に固有の３次元形状に曲げられた場合には、それぞれの管体は現在工事中のトンネル工事においてはその延伸過程で転用が可能であるものの、断面寸法や断面形状、縦断線形が確実に異なる他のトンネルへの転用は極めて難しいものとなる。

ところで、トンネルの発破音の低減に関する技術ではないものの、低周波音低減装置に関する技術が特許文献２に開示されている。

この技術は、振動篩や空気圧縮機、燃焼機械等の低周波音を発生する機器をパネルで囲まれた低周波音低減装置内に収容して利用するものであり、音源側に設けられた首部とその背後の空洞部とから構成されるヘルムホルツ共鳴器をパネルに設け、ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数を音源の低周波振動数に実質的に一致させるようにした装置であり、この構成によって装置内部の音源から低周波音を吸音するというものである。

この装置は、その内部に低周波音を発生する機器（音源）を収容するものであること、すなわち、音源を包み込んで吸音する装置であることから、仮にこの装置をトンネル内に設置してトンネルの発破の際に適用したとしても、この場合には装置の外側に発破点（音源）があることから、発破の際に発生する低周波音を効果的に吸音できるか否かは定かでない。

特開２０１１−２５６６０９号公報 特開２００１−０７５５７４号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、複雑形状で長尺な管体を使用することなく、また、トンネル内で重機や作業員の通路を保証することができ、多様なトンネル工事への転用が可能であり、さらには、トンネル工事の際に発生する広帯域の周波音からなる発破音の音圧を効果的に低減することができ、中でも低周波音の音圧を効果的に低減することのできる箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体と、この組立体を用いたトンネル発破音の低減方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体は、箱と、箱の内部に配設された貫通管と、からなり、貫通管が箱を構成する一つの側面に設けられた孔と連通するようにして該側面に固定されて箱状ヘルムホルツ共鳴器が構成され、複数の該箱状ヘルムホルツ共鳴器の全てがそれぞれの前記一つの側面を同じ方向でかつ貫通管の端部開口が外部に臨むようにして積層および／または併設されており、前記貫通管が、箱状ヘルムホルツ共鳴器ごとに異なる断面積および／または管長を有しているものである。

本発明の組立体を構成する箱状ヘルムホルツ共鳴器は、箱の側面の一つもしくは複数の孔に連通するように一つもしくは複数の貫通管を側面に固定した、簡易な構成の箱状ヘルムホルツ共鳴器である。なお、この箱状ヘルムホルツ共鳴器は、「箱状レゾネーター」と称することもできる。

そして、組立体を構成する箱状ヘルムホルツ共鳴器の有する貫通管が、共鳴器ごとに異なる断面積および／または管長を有していることにより、トンネルの発破音の有する広帯域の周波音を効果的に吸音し、その音圧を低減することができ、さらには、発破音に含まれる50Hz以下の低周波音の音圧を効果的に低減することができる。

ここで、「箱状ヘルムホルツ共鳴器ごとに異なる断面積および／または管長を有している」とは、たとえば１０基の箱状ヘルムホルツ共鳴器が積層して組立体を構成する場合に、１０基すべてがそれらの有する貫通管の断面積も管長も相違する形態や、断面積のみ、もしくは管長のみ相違する形態、１０基のうちの５基（前者）はそれらの有する貫通管の断面積と管長が同じで、残りの５基（後者）もそれらの有する貫通管の断面積と管長が同じであるものの前者のものとは異なる断面積および長さとなっている形態など、多様な形態を包含する意味である。なお、貫通管の断面形状は、円形、楕円形、正方形や長方形を含む多角形など、多様な形状形態のものが適用できる。

いずれにせよ、箱に一つもしくは複数の貫通管を設けて箱状ヘルムホルツ共鳴器を構成し、この貫通管の断面積もしくは長さ、もしくは断面積と長さの双方が相違する複数の箱状ヘルムホルツ共鳴器を積層したり、水平方向に併設したり、あるいは積層と併設の双方によって組立体が構成されていることから、１つのトンネルでの適用においても、箱状ヘルムホルツ共鳴器ごとに搬送して設置できることからハンドリング性がよく、施工区間によって変化し得る多様なトンネル断面に対しても重機通路や作業員通路を確保しながら所望位置に設置することができ、さらには、多様な断面のトンネルへの転用に際しても箱状ヘルムホルツ共鳴器の積層数や併設数を調整するだけで対応可能となる。

なお、箱状ヘルムホルツ共鳴器を構成する箱は、たとえば金属製の板を立方体や直方体に組み付けたものであり、箱の寸法は、一辺が1m前後の直方体や立方体など、比較的小さな寸法のものでよい。たとえば金属製や樹脂製（塩ビ等）の貫通管の有する２つの端部開口のうち、一方の端部開口のみが箱の一つの側面に固定され、他方の端部開口は箱の内部に位置することより、箱に固定される貫通管の長さは、その延設方向に並行な共鳴器の端辺の長さよりも短いものとなる。

ここで、箱に対する貫通管の配設形態として、箱の内部に貫通管が取り付けられている形態や、箱の外部に貫通管が取り付けられている形態、箱の内部〜外部に亘って貫通管が取り付けられている形態などを挙げることができる。さらに、箱の一つの側面が凹部と凸部を有し、該一つの側面の外側面が凹部の位置において、凹部と凸部の間の長さ以下の長さの突出長の貫通管が該凹部から突出している形態も挙げることができる。

また、既述するように、広帯域の周波音を低減するべく、貫通管の長さや断面積は変化させるものの、箱の寸法は組立体を構成する全ての箱状ヘルムホルツ共鳴器で同一寸法のものを使用するのが製作コスト、組立体の組付性等の観点から望ましい。

また、箱同士は単に当接されながら積層姿勢、併設姿勢を形成してもよいし、隣接する箱の一方の当接側面に凸部が、他方の当接側面にこの凸部が嵌り込む凹部が形成され、凹部と凸部の勘合によって箱同士の接続がおこなわれる形態など、箱同士の接続の要否や接続させる場合の接続構造なども多様である。

このように、長さや断面積が共鳴器ごとに相違する（勿論、長さや断面積が同じ共鳴器も存在してもよい）複数の箱状ヘルムホルツ共鳴器が積層および／または併設されてなる組立体をトンネルの発破の際に適用することで、広帯域の周波音を含んだ発破音の音圧を効果的に低減（もしくは消音）することが可能となる。

また、前記貫通管の内部に通気性のある吸音材が収容されている形態や、前記貫通管の端部開口の外側に通気性のある吸音材が配設されている形態、もしくは前記貫通管の端部開口の外側に通気性のある吸音材がキャップされている形態が望ましい。

たとえば、貫通孔の外部に臨む端部開口近傍に通気性のある吸音材を配設しておくことで、既述するように比較的小さな寸法の貫通孔を具備する箱状ヘルムホルツ共鳴器であっても、広帯域の周波音の中でも特に低周波音の音圧を効果的に低減可能となることが本発明者等によって実証されている。貫通孔では低周波音が吸音されるが、共鳴器のそれ以外の部分では中高音域の音の吸音もできることから、より広い周波数帯域の吸音が可能となる。なお、この吸音材としては、グラスウール、ウール等からなる粗毛フェルト、アセテートやナイロン等の化繊系のもの、ウレタン系のものや、連続気泡多孔質材などを挙げることができる。

また、本発明はトンネル発破音の低減方法にも及ぶものであり、この低減方法は、トンネルの坑口側と坑内側にそれぞれ防音壁を設けるとともに２つの防音壁の間に前記箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を配設する、もしくは、トンネルの坑内側に防音壁を設けるとともに前記箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を防音壁よりも坑口側に配設し、さらに該組立体よりも坑口側に別途の防音壁を設けて２つの防音壁の間に該組立体を配設する、第１のステップ、坑内側で発破作業をおこない、発破音を箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体で低減する第２のステップからなるものである。

本トンネル発破音の低減方法の第１のステップでは、組立体の組付けと、防音壁の施工の先後は特に限定されるものではなく、施工性を勘案して設定されるのがよい。

トンネルの延伸には多数回の発破が繰り返されることになるが、発破のたびごとに上記２つのステップでトンネル発破音の音圧の低減が実行される。

また、本発明によるトンネル発破音の低減方法の好ましい実施の形態として、前記第１のステップでは、トンネルの長手方向に直交するトンネル断面の中央空間を重機通路として確保し、該トンネル断面のトンネル壁面側の左右の側方空間を作業員通路として確保し、これら重機通路と左右の作業員通路の間においてそれぞれの通路に前記端部開口が向けられるようにして２列の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を並んだ姿勢で配設する形態を挙げることができる。

比較的小さな寸法の箱状ヘルムホルツ共鳴器を所望に組立てた組立体をトンネル内に配設することにより、このような各種通路や空間の自由な確保が可能となる。

なお、この方法形態では、複数の箱状ヘルムホルツ共鳴器が積層され、かつこの積層体がトンネルの長手方向に併設して帯状の組立体が構成される。トンネル内では、中央に重機通路を確保し、左右に２つの作業員通路を確保するために、重機通路と２つの作業員通路をそれぞれ区画する２つのライン位置に上記する組立体が配設される。しかも、それぞれのライン位置では、２つの組立体を背中合わせで配設し、一方の組立体はその貫通管の端部開口が重機通路に臨むように配設し、他方の組立体はその貫通管の端部開口が作業員通路に臨むように配設される。したがって、合計４つの帯状の組立体がトンネル内に配設されることになる。

また、本発明によるトンネル発破音の低減方法のさらに好ましい実施の形態として、前記第１のステップではさらに、左右に配設されたそれぞれ２列の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体の天井に板状の吸音材を架け渡し、この板状の吸音材の上に前記端部開口をトンネルの天井側の空間に向けた姿勢で箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を配設する形態を挙げることができる。

トンネルの天井空間を伝播する発破音をも吸音して低減するべく、トンネルの左右に配設された２列（各列は上記するように２つの帯状の組立体から構成されることから）の組立体の天井にたとえば板状の吸音材を載置し、この板状の吸音材の上に直接、もしくは板状の吸音材の上に支持板材を載置し、この支持板材の上に、端部開口をトンネルの天井側の空間に向けた姿勢で箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を配設するものである。

以上の説明から理解できるように、本発明の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体とこれを用いたトンネル発破音の低減方法によれば、比較的寸法の小さな複数の箱状ヘルムホルツ共鳴器を積層および／または併設して組立体が構成され、この組立体をトンネルの適所に配設することで、組付性や搬送性が良好となり、トンネル断面の変化に対しても重機通路や作業員通路を確保しながら所望位置に設置することができ、多様な断面のトンネルへの転用を可能としながら、トンネルの発破音の有する広帯域の周波音を効果的に吸音し、その音圧を低減することができるとともに、中でも、低周波音の音圧を効果的に低減することができる。

本発明の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を構成する箱状ヘルムホルツ共鳴器の実施の形態を示した斜視図である。 （ａ）は図１のIIa部の拡大図であり、（ｂ）は図１のIIb部の拡大図である。 吸音材の他の実施の形態を示した図である。 （ａ）〜（ｄ）はいずれも、箱状ヘルムホルツ共鳴器の実施の形態を示した横断面図である。 （ａ）、（ｂ）はいずれも、箱状ヘルムホルツ共鳴器の実施の形態を示した横断面図であり、（ｃ）、（ｄ）はいずれも、吸音材の取付け形態を示した横断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）はともに、本発明の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体の実施の形態を説明した図である。 本発明のトンネル発破音の低減方法を説明した図であって図８のVII−VII矢視図である。 本発明のトンネル発破音の低減方法を説明した図であって図７のVIII−VIII矢視図である。 ２つの防音壁のみのケースに対する、２つの防音壁の間に箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体（吸音材なし）が存在するケース、および２つの防音壁の間に箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体（吸音材あり）が存在するケース、それぞれの音圧低減効果を検証した解析に関し、（ａ）は組立体のモデル概要図であり、（ｂ）は解析結果を示す図である。 箱状ヘルムホルツ共鳴器を500個配置した場合の音圧低減効果を検証した解析モデルと解析結果を示した図である。 貫通管（鋼製パイプ）の長さを変化させた際のパイプ長さ条件を示した表と音圧低減効果を検証した解析結果を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体と、この組立体を使用してなるトンネル発破音の低減方法の実施の形態を説明する。なお、図示例は一つの箱に複数の貫通管が配設されて構成された箱状ヘルムホルツ共鳴器であるが、一つの箱に一つの貫通管が配設されて構成された箱状ヘルムホルツ共鳴器であってもよいことは勿論のことである。

（箱状ヘルムホルツ共鳴器）
図１は本発明の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を構成する箱状ヘルムホルツ共鳴器の実施の形態を示した斜視図であり、図２ａは図１のIIa部の拡大図であり、図２ｂは図１のIIb部の拡大図である。

図示する箱状ヘルムホルツ共鳴器１０（箱状レゾネーターともいう）は、1〜数mm厚の鉄板を直方体に組み付けてなる箱１と、箱１の一つの側面１ａに配設されるとともにその一つの端部開口２ａが外部に臨んで固定されている複数の塩ビ製の貫通管２と、から構成されている。なお、図示例では、９本の貫通管２が箱１の内部に配設されているが、貫通管２の設置基数はこれに限定されるものではないし、箱１の面材や貫通管２の材質も鉄板や塩ビ管に限定されるものではない。

箱状ヘルムホルツ共鳴器１０の寸法は比較的小さく、図示する端辺寸法として、高さt1は1m〜2m(たとえば1.2m)、平面の縦辺の長さt2、横辺の長さt3はいずれも1m程度(たとえば0.9m)に設定される。なお、後述する組立体を構成する全ての箱状ヘルムホルツ共鳴器１０の外形寸法は全て同一のものを使用するのが箱状ヘルムホルツ共鳴器１０の製作コストと組立体の組付性等の観点から好ましい。

また、貫通管２の断面積や長さを調整することで、箱状ヘルムホルツ共鳴器１０によって音圧を低減可能な周波音（音波の周波数帯域）は相違する。

したがって、用意される複数の箱状ヘルムホルツ共鳴器１０は、その外形寸法、t1,t2,t3が同一のものであってよいが、箱状ヘルムホルツ共鳴器１０ごとに、貫通管２の管長t4や管径が相違するものが用意される。

箱１が上記寸法を有する場合には、管長t1は数十cm〜1mの間で変化させることができ、管径は50〜100ｍｍ程度の範囲で変化させることができる。

また、図２ａ，ｂで示すように、各貫通管２の内部で端部開口２ａの近傍（前面）と、箱１内に位置する他方の開口の近傍にはそれぞれ、通気性の吸音材、たとえば連続気泡多孔質材からなる吸音材３、３が取付けられている。

この通気性の吸音材３が貫通管２（の内側）に取付けられていることで、広帯域の周波音を含むトンネルの発破音の中でも、特に低周波音の音圧の低減効果をより一層高めることができる。

なお、吸音材の形態は図２で示す形態以外にも、図３で示すように板状の吸音材３Ａを箱１の側面に配設し、必要に応じて箱１の側面と接着等で固定して貫通管２を閉塞する形態などもあり、このように吸音材３を貫通管２の外側に取付けることによっても高い低周波音の音圧低減効果が期待できる。

また、図４，５には、箱状ヘルムホルツ共鳴器のさらに他の実施の形態を示している。
図４ａで示す箱状ヘルムホルツ共鳴器１０Ａは、図１で示す箱状ヘルムホルツ共鳴器１
０と実質的に同じ構成を有しているが、箱状ヘルムホルツ共鳴器１０に比して長さの短い貫通管２を備えている形態であり、箱状ヘルムホルツ共鳴器１０と同様、貫通管２が箱１内に完全に収容され、貫通管２の端部開口２ａが一つの側面１ａと面一に形成されている。

図４ｂで示す箱状ヘルムホルツ共鳴器１０Ｂは、箱１の内部〜外部に亘って貫通管２が取り付けられている形態である。

図４ｃで示す箱状ヘルムホルツ共鳴器１０Ｃは、一つの側面１ａの外側に貫通管２が取り付けられている形態である。

図４ｄで示す箱状ヘルムホルツ共鳴器１０Ｄは、箱１の一つの側面１ａが凹部１ａ’を有し、凹部１ａ’の外側から、凹部１ａ’と凸部の間の長さと同じ（もしくは短い長さ）の長さの突出長の貫通管２が突出している形態である。

一方、図５ａで示す箱状ヘルムホルツ共鳴器１０Ｅは、図４ａで示す箱状ヘルムホルツ共鳴器１０の貫通管２の端部開口２ａの外側に吸音材３が突出した姿勢で配設されている形態である。

図５ｂで示す箱状ヘルムホルツ共鳴器１０Ｆは、図４ａで示す箱状ヘルムホルツ共鳴器１０の貫通管２のうち、箱１内の端部開口の内側に吸音材３が突出した姿勢で配設されている形態である。なお、図５ｃで示すように、ナイロンシート状に加工された吸音材３’を適用し、その端部３ａを貫通管２に被せ、紐やゴム、テープ等の締め付け材３ｂで締め付けて固定したり、不図示の接着剤で接着して固定する方法がある。また、図５ｄで示すように、吸音材３”に先端が外側に張り出した金具３ｃを設けておき、金具３ｃを貫通管２に挿入して金具３ｃの先端で固定する方法もある。

このように、図示例のごとく多様な形態の箱状ヘルムホルツ共鳴器１０〜１０Ｆが本発明の箱状ヘルムホルツ共鳴器に含まれる。

なお、後述するように、複数の箱状ヘルムホルツ共鳴器を積層したり、あるいは併設して組立体を構成し、この組立体をトンネル等に適用することになるが、この組立体を構成する全ての箱状ヘルムホルツ共鳴器に含まれる貫通管の全てが吸音材を有している形態であってもよいし、吸音材を一切具備しない箱状ヘルムホルツ共鳴器が存在していてもよいし、一つの箱状ヘルムホルツ共鳴器の中でも吸音材を含む貫通管もあれば、吸音材を含まない貫通管もある形態の箱状ヘルムホルツ共鳴器が存在していてもよい。

（組立体）
図６ａ，ｂ，ｃはそれぞれ、本発明の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体の実施の形態を説明した図である。なお、組立体の説明に当たり、箱状ヘルムホルツ共鳴器１０を取り上げて説明する。

図示する箱状ヘルムホルツ共鳴器１０は、これまで述べてきたように、山岳トンネルをはじめとするトンネル施工の中でも、発破を要する施工に主として用いられるものであり、この発破の際に生じる発破音が広帯域の周波音を含むものであることから、比較的小さな寸法の複数の箱状ヘルムホルツ共鳴器１０を積層したり、あるいは併設したり、積層と併設を併用する等して組立体を構成し、トンネル内における発破の際に適用される。

この組立体の形態としては、図６ａで示す組立体１００のように水平方向に併設する形態や、図６ｂで示す組立体１００Ａのように積層した形態、さらには、図６ｃで示す組立体１００Ｂのように積層と併設を併用した形態などがある。

なお、図示を省略するが、組立体１００等を構成する箱状ヘルムホルツ共鳴器１０，１０同士は、単に当接されながら積層姿勢や併設姿勢を形成してもよいし、隣接する箱状ヘルムホルツ共鳴器１０，１０の一方の当接側面に凸部が、他方の当接側面にこの凸部が嵌り込む凹部が形成され、凹部と凸部の勘合によって箱状ヘルムホルツ共鳴器１０，１０同士の接続がおこなわれる形態であってもよく、箱状ヘルムホルツ共鳴器１０，１０同士の接続の要否や接続させる場合の接続構造などは多様である。

（トンネル発破音の低減方法）
次に、図７，８を参照して既述する箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を使用してなるトンネル発破音の低減方法を説明する。ここで、図７は本発明のトンネル発破音の低減方法を説明した図であって図８のVII−VII矢視図であり、図８は本発明のトンネル発破音の低減方法を説明した図であって図７のVIII−VIII矢視図である。

トンネル発破音の低減方法は、まず、第１のステップとして、トンネルＴの坑口側と坑内側にそれぞれ、２つの防音壁４Ａ，４Ｂを設置するとともに、これらの防音壁４Ａ，４Ｂの間の空間に、箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を組立てる。なお、防音壁４Ａ，４Ｂの設置と組立体の組立ての順はこれに限定されるものではなく、最初に坑内側の防音壁４Ｂを設置し、次に、この防音壁４Ｂよりも坑口側の空間に組立体を組立て、さらに組立体よりも坑口側に残りの防音壁４Ａを設置する方法であってもよい。

いずれにしても、２つの防音壁４Ａ，４Ｂの間の空間に箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体が形成される。

図示例では、トンネルＴの内部のうち、中央に重機通路を確保し、左右端にそれぞれ作業員通路を確保し、さらに、天井空間を確保するようにして組立体が形成される。

なお、トンネルＴの延伸に応じて壁面にコンクリートが吹き付けられる等してコンクリート壁６が構築される。

図８の断面において、伝播される発破音は、重機通路や作業員通路のための空間、天井空間などを伝播するが、この伝播する発破音を効果的に吸音してその音圧を低減するべく、それぞれの空間に対して組立体を構成する箱状ヘルムホルツ共鳴器１０の一つの側面１ａ、すなわち、貫通管２の端部開口２ａが臨むようにして組立体が配設される。

図示例では、中央の重機通路と左右端の作業員通路の間の２つのライン位置にそれぞれの空間側に一つの側面１ａが対向するように２つの箱状ヘルムホルツ共鳴器１０を併設するとともにこれを４段積層し（図８参照）、この積層体をトンネルＴの長手方向に７組併設して（図７参照）一つの組立体１００Ｃを構成している。

左右にある２つの組立体１００Ｃ，１００Ｃによって、重機通路と左右２つの作業員通路が確保され、坑内における良好な作業性を保証することができる。

しかも、この組立体１００Ｃの構築においては、比較的小寸法で軽量な箱状ヘルムホルツ共鳴器１０を順次設置していくだけでよいことから、組立体１００Ｃの組付性も極めて良好である。このことは、その後の解体作業や移送作業、さらに延伸後の盛替作業においても同様に良好な作業性を保証できることを意味している。

２列の組立体１００Ｃ，１００Ｃが構築されたら、その天井に板状の吸音材５を架け渡し、その上に、端部開口２ａをトンネルの天井空間に向けた姿勢で複数の箱状ヘルムホルツ共鳴器１０を水平方向に面的に併設し（図７，８参照）、別途の組立体１００Ｄを構築する。

図示するように、それぞれの空間に端部開口２ａが臨むようにして形成された組立体１００Ｃ，１００Ｄにより、トンネルの発破音を構成する広帯域の周波音がこれらの組立体によって効果的に吸音され、ここでその音圧の低減が図られる。中でも、発破音のうちの50Hz以下の低周波音の音圧をより効果的に低減することができる。

そして、比較的寸法の小さな箱状ヘルムホルツ共鳴器１０を所望に組付けて所望形状の組立体を構築できることから、図示するトンネルＴがその延伸過程で断面変化した場合でも、中央の重機通路や左右の作業員通路を常に確保しながら、効果的な発破音の吸音とその音圧低減を実行することができる。また、断面寸法も断面形状も、さらには縦断線形も異なる他のトンネルへの転用も十分に可能であることから、今後の発破を要するトンネル施工にとって画期的な発破音低減方法と言える。

［２つの防音壁のみのケースに対する、２つの防音壁の間に箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体（吸音材なし）が存在するケース、および２つの防音壁の間に箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体（吸音材あり）が存在するケース、それぞれの音圧低減効果を検証した解析とその結果］
本発明者等は、トンネル内で２つの防音壁のみが間隔を置いて設置されてなるケース（ケース１）と、さらに２つの防音壁の間の空間に図９ａで示すモデル概要の組立体を具備するケース（ケース２）、ケース２に対してさらに箱状ヘルムホルツ共鳴器の具備する貫通管が吸音材を備えているケース（ケース３）に関して、発破音に対する各ケースの周波音ごとの音圧を求め、ケース１の結果からケース２およびケース３の結果を差し引いて、ケース１に対するケース２、ケース３それぞれの音圧低減量を求める解析をおこなった。ただし、解析範囲は図８に示した重機通路とし、この重機通路を伝わる低周波音のみを解析対象としている。解析結果を図９ｂに示す。

同図より、ケース２，３ともに50Hz以下の低周波音領域において音圧低減効果が得られることが実証されている。

より詳細に分析するに、ケース２では音圧低減効果が得られる周波音範囲が15〜20Hz程度の範囲で限定的なのに対して、ケース３では5〜50Hzと低周波音のほぼ全領域で音圧低減効果が得られることがわかった。

この解析結果より、本発明の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体においては、特に低周波音領域における音圧低減効果が得られること、箱状ヘルムホルツ共鳴器の具備する貫通管が吸音材を具備する場合には音圧低減効果が得られる周波音範囲がより広範囲に及ぶことが実証されている。

[箱状ヘルムホルツ共鳴器を500個配置した場合の音圧低減効果を検証した解析とその結果]
本発明者等は、箱状ヘルムホルツ共鳴器を500個配置した場合の音圧低減効果を検証する解析をおこなった。図１０は、解析モデルと解析結果を示した図である。なお、本解析は図８で示す解析範囲に限定されるものではなく、トンネル全体について解析を実施した。

本解析の結果、二重防音扉のみの場合に比して、二重防音扉内に500個の箱状ヘルムホルツ共鳴器からなる組立体を配設した場合には二重防音扉の坑口側において15dB程度の音圧低減効果が得られることが実証されている。

[貫通管（鋼製パイプ）の長さを変化させた際の音圧低減効果を検証した解析とその結果]
本発明者等は、貫通管（鋼製パイプ）の長さを変化させた際の音圧低減効果を検証する解析をおこなった。図１１は、パイプ長さ条件を示した表と解析結果を示した図である。なお、解析結果は、二重防音扉のみの場合の音圧と、異なる長さのパイプ（貫通管）を備えた箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を二重防音扉内に配設した場合の音圧を解析し、前者に対する後者の遮音性能の上昇量を求めたものである。

解析の結果、いずれのケースにおいても、２つの防音壁の間で低周波音が共振によって増幅し易い16Hz付近に最も大きな音圧低減効果が得られる結果となっている。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…箱、１ａ…一つの側面、１ａ’…凹部、２…貫通管、２ａ…端部開口、３，３Ａ，３’,３”…吸音材、３ａ…フィルム端部、３ｂ…締め付け材、３ｃ…金具、４Ａ…防音壁（坑口側の防音壁）、４Ｂ…防音壁（坑内側の防音壁）、５…天井遮音材、６…コンクリート壁、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ…箱状ヘルムホルツ共鳴器、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ…組立体（箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体）、Ｔ…トンネル

Claims (8)

1. 箱と、箱に配設された貫通管と、からなり、貫通管が箱を構成する一つの側面に設けられた孔と連通するようにして該側面に固定されて箱状ヘルムホルツ共鳴器が構成され、複数の該箱状ヘルムホルツ共鳴器の全てがそれぞれの前記一つの側面を同じ方向でかつ貫通管の端部開口が外部に臨むようにして積層および／または併設されており、
   前記貫通管が、箱状ヘルムホルツ共鳴器ごとに異なる断面積および／または管長を有している箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体。
2. 箱の内部に、もしくは箱の外部に、もしくは箱の内部〜外部に亘って、貫通管が取り付けられている請求項１に記載の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体。
3. 前記貫通管の内部に通気性のある吸音材が収容されている、もしくは、前記貫通管の端部開口の外側に通気性のある吸音材が配設されている請求項１または２に記載の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体。
4. 前記貫通管の端部開口の外側に通気性のある吸音材がキャップされている請求項１または２に記載の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体。
5. 箱の前記一つの側面が凹部と凸部を有し、該一つの側面の外側面が凹部の位置において、凹部と凸部の間の長さ以下の長さの突出長の貫通管が該凹部から突出している請求項２または請求項２に従属する請求項３または４に記載の共鳴型吸音体。
6. トンネルの坑口側と坑内側にそれぞれ防音壁を設けるとともに２つの防音壁の間に請求項１〜５のいずれかに記載の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を配設する、もしくは、トンネルの坑内側に防音壁を設けるとともに請求項１または２に記載の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を防音壁よりも坑口側に配設し、さらに該組立体よりも坑口側に別途の防音壁を設けて２つの防音壁の間に該組立体を配設する、第１のステップ、
   坑内側で発破作業をおこない、発破音を箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体で低減する第２のステップからなる、トンネル発破音の低減方法。
7. 前記第１のステップでは、トンネルの長手方向に直交するトンネル断面の中央空間を重機通路として確保し、該トンネル断面のトンネル壁面側の左右の側方空間を作業員通路として確保し、これら重機通路と左右の作業員通路の間においてそれぞれの通路に前記端部開口が向けられるようにして２列の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を並んだ姿勢で配設する請求項６に記載のトンネル発破音の低減方法。
8. 請求項７に記載のトンネル発破音の低減方法において、
   前記第２のステップではさらに、左右に配設されたそれぞれ２列の箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体の天井に板状の吸音材を架け渡し、この板状の吸音材の上に前記端部開口をトンネルの天井側の空間に向けた姿勢で箱状ヘルムホルツ共鳴器の組立体を配設するトンネル発破音の低減方法。

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