JP2014202046A - 送気システム - Google Patents

Abstract

【課題】地中に施工された導坑の分岐点で分岐した２以上のトンネルを施工するに当たり、導坑内において配管が敷設困難であるといった課題を解消でき、かつ経済的に２以上のトンネル内を換気するシステムを構築することのできる送気システムを提供する。【解決手段】地中Ｇに施工された導坑３０（立坑）を介し、導坑３０の分岐点３０ａで分岐した２以上のトンネル４０Ａ，４０Ｂのそれぞれに送気する送気システム１０であり、導坑３０の坑外２０（地上）に配設される１台の送風機１と、送風機１に流体連通して導坑３０を通り、分岐点３０ａまで延びる１本の本管２と、分岐点３０ａにおいて１本の本管２から各トンネル４０Ａ，４０Ｂに分岐した２以上の枝管３Ａ，３Ｂとからなり、それぞれの枝管３Ａ，３Ｂには枝管の先端から吐出される空気の送風量を調整する風量調整機４Ａ，４Ｂが装備されている。【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル施工に際してトンネル内へフレッシュな空気を送気する送気システムに関するものである。

トンネルの施工では、トンネルの切羽面にてダイナマイト等による爆破や掘削機械による掘削がおこなわれて掘進が進められ、この爆破や掘削の際に粉塵や排ガス等の汚れた空気がトンネル内に充満し得ることから、坑内環境の保全と視界不良防止等の観点から、坑外からフレッシュな空気をトンネルの切羽方向へ送気し、汚れた空気を坑外へ排気するエア循環が実行されるのが一般的である。

ところで、地中に施工された１つの導坑（本明細書では、立坑や作業坑など、地中に構築されるトンネルと地上等の坑外を直接的もしくは間接的に繋ぐ坑のことを意味する）の分岐点から、断面が同一、もしくは異なる複数のトンネルが複数の方向に構築される場合がある。

このような形態のトンネルの施工に当たって上記するエア循環を実行するには、たとえば地上にトンネル本数と同数台の送風機を配設し、これらの送風機に流体連通したそれぞれの配管を立坑等の導坑を介し、導坑の分岐点を介して各トンネルに配設し、切羽方向に延設して送気する方法が一般に用いられている。たとえば、分岐点を介して５本のトンネルがそれぞれ異なる方向に構築される施工に当たっては、５台の送風機を地上に配設しておき、これら５台の送風機のそれぞれに流体連通した５本の配管を１本の立坑を介してその分岐点まで配設し、分岐点で各トンネルに固有の配管が各トンネル内に配設されるように配管の敷設がおこなわれることになる。

しかし、立坑等からなる導坑は、占有区画制限等からその内空断面が小さいものや、作業足場の敷設や資機材搬出入空間確保等の理由から上記する配管のためのスペースを十分に確保できないものが多く、このようなケースにおいて、立坑等の導坑内に複数の配管を配設するのは極めて困難である。また、分岐点から延びるトンネルの基数に応じた台数の送風機を使用することは、工費を押し上げるものであって不経済である。

このように、地中に施工された導坑の分岐点で分岐した２以上のトンネルを施工するに当たり、トンネルの基数に応じた台数の送風機を使用し、各トンネルに固有の送風機と流体連通する配管を導坑からトンネルの切羽側へ敷設する送気システムにおいては、導坑内における配管の敷設困難性やシステム構築における不経済性等の課題があり、その改善が急務である。

ここで、従来の公開技術として、特許文献１，２には、換気効率に優れたトンネル内の換気方法や、浄化性能に優れたトンネル内の換気方法に関する技術の開示がある。しかしながら、いずれの技術も１本のトンネルを対象としたものであり、上記する課題、すなわち、地中に施工された導坑の分岐点で分岐した２以上のトンネルを施工する送気システムの有する課題である、導坑内での配管の敷設困難性やシステム構築における不経済性といった課題を解消できるものではない。

特開２００２−２２１０００号公報 特開平５−１４９１００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、地中に施工された導坑の分岐点で分岐した２以上のトンネルを施工するに当たり、導坑内において配管が敷設困難であるといった課題を解消でき、かつ経済的に２以上のトンネル内を換気するシステムを構築することのできる送気システムを提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による送気システムは、地中に施工された導坑を介し、導坑の分岐点で分岐した２以上のトンネルのそれぞれに送気する送気システムであって、導坑の坑外に配設される１台の送風機と、送風機に流体連通して導坑を通り、分岐点まで延びる１本の本管と、分岐点において前記１本の本管から各トンネルに分岐した２以上の枝管と、からなり、それぞれの枝管には、枝管の先端から吐出される空気の送風量を調整する風量調整機が装備されているものである。

本発明の送気システムは、導坑の分岐点で分岐した２以上のトンネルのそれぞれに送気する送気システムに関し、適用する送風機は１台であり、この１台の送風機に１本の本管が流体連通するとともに、導坑内に配設されて導坑の分岐点にてこの１本の本管からトンネルの本数に応じた数の枝管が各トンネルに延び、切羽側に通じているものである。なお、「２以上のトンネルのそれぞれに送気する」とは、たとえば３つのトンネルがある場合に、３つのトンネル全てに送気することは勿論のこと、そのうちの２つのトンネルのみに送気すればよい場合は当該２つのトンネルのみに送気することを含む意味である。

このように、地中に構築されるトンネルと地上等の坑外を直接的もしくは間接的に繋ぐ導坑（立坑や作業坑など）に配設される配管を１本の本管のみとしたことで、導坑内における配管の敷設困難性といった課題は効果的に解消される。特に、導坑が占有区画制限等からその内空断面が小さいものや、作業足場の敷設や資機材搬出入空間確保等の理由から配管のためのスペースを十分に確保できない場合に本システムの適用は有効である。

加えて、適用される送風機は１台のみでよいことから、導坑内に配設される本管が１本のみでよいことと相俟って、経済的な送気システムを実現することができる。

本管の断面寸法は、たとえば２以上のトンネルの全部に同時に送気を実行する際に必要となる最大風量を満足する寸法に設定しておくのが望ましい。

また、枝管も余裕をもった断面寸法のものを適用することで、頻繁に掘削断面が変化するトンネル内で要求される送風量に臨機に対応することができ、掘削部位が変更されるトンネル内での段取り替えも容易となる。

さらに、分岐点においては、本管に分岐管を取付け、この分岐管の各管口に各トンネル内に延設する枝管が取り付けられた構成が好ましい。

本発明の送気システムは、このように坑外に配設される１台の送風機と、導坑に配設される１本の本管と、分岐点を介して各トンネル内に配設される２以上の枝管からなる特徴構成に加えて、それぞれの枝管には、枝管の先端から吐出される空気の送風量を調整する風量調整機が装備されているという別途の特徴構成を具備するものである。

２以上のトンネルのそれぞれにおいて、必要となる空気の送風量は、トンネルの断面寸法や施工状況等によって異なる。一方で、１台の送風機にて２以上のトンネル内への送気を実行することから、送風機による風量調整では全てのトンネルにおける要求送風量に対応するのが困難である。

そこで、本発明の送気システムでは、１台の送風機から２以上のトンネル内に延設する枝管に送気する構成を適用したことを前提として、枝管の先端から吐出される空気の送風量を調整する風量調整機を各枝管に設けた構成を適用している。

この特徴構成により、１台の送風機のみを適用するにも関わらず、各トンネルに対してそれぞれに要求される送風量を満足するように送気をおこなうことができる。

ここで、風量調整機の一実施の形態として、前記枝管は、その全部もしくはその一部が弾性体から形成されており、前記風量調整機は、前記弾性体の周囲に配設されたワイヤと、該ワイヤを巻いて弾性体の中空断面を絞る巻取り装置とから構成されている形態を挙げることができる。

たとえば金属製の枝管の途中位置に、ビニル製の風管やゴム等の弾性素材の筒からなる弾性体を介在させ、この弾性体の周囲にワイヤを巻いておき、このワイヤを自動巻取りもしくは手動巻取りできる巻取り装置にて巻き取ることで弾性体の中空断面の大きさを所望に調整することが可能となる。なお、巻取り装置としては、自動巻きウィンチや手動巻きウィンチなどを挙げることができる。

このような形態の風量調整機は、たとえば枝管の一部を構成する弾性体（枝管の全部が弾性体から形成されていてもよい）と、ワイヤ、巻取り装置といった簡易な構成要素から形成されるものであり、機器製作コストも比較的廉価となる。

また、冷暖房設備を使用する場合、各トンネルへの送風量を所望に調整自在であることから、効率のよい温度調整が実現できる。また、トンネルのセントル等に設けられた保温設備からトンネルの各所へ必要な熱風を送ることも可能となる。

なお、通常のトンネルでは、吹付け作業への影響を考慮し、切羽への送風量を大きくしたくない場合もある。このような場合には、「ずい道等建設工事における換気技術指針（設計及び粉じん等の測定）」に記載される必要坑内風速を一定以上確保するべく、枝管の切羽手前付近に風量調整機を設けておき、切羽へ送気する送風量と坑内へ送気する送風量を分け、切羽へ送気する送風量を抑制しながら必要な坑内への送風量を確保するのが望ましい。

また、本発明による送気システムの好ましい実施の形態では、各トンネルには粉じん・ガス濃度センサが配設されており、粉じん・ガス濃度センサで計測された粉塵量もしくはガス濃度に関する計測データが送風量制御装置に送信され、受信された計測データに応じて風量調整機が枝管の中空断面の大きさを調整し、かつ送風機が提供する送風量を調整して枝管の先端から吐出される空気の送風量を調整するようになっているものである。

本実施の形態の送気システムは、トンネル内にさらに粉じん・ガス濃度センサを備えたものであり、この粉じん・ガス濃度センサと送風量制御装置と風量調整機、さらには送風機が連動し、送風量制御装置が粉じん・ガス濃度センサから粉じん量やガス濃度に関する計測データを受信し、この受信した計測データに基づいて自動的に送風量を所望に調整するように風量調整機を制御して送風量を調整したり、送風機を制御して送風機から提供される送風量を調整するように構成されたシステムである。ここで、「粉じん・ガス濃度センサ」とは、粉じん計測計とガス濃度計（それぞれ別体のもの）を備えたものを意味している。

たとえば、風量調整機が上記する自動ウィンチ等からなる巻取り装置を具備する場合には、巻取り装置による巻取り量が計測データに基づいて決定され、巻取り量に応じた弾性体の断面寸法にて枝管から吐出される送風量が所望に調整され、さらには計測データに基づいて送風機から提供される送風量が所望に調整され、粉塵量やガス濃度が勘案された送風量の空気がトンネル内に提供されることになる。この制御では、まず、送風機から提供される送風量が調整され、調整された送風量の空気が各枝管に送られ、次いで各枝管の途中にある風量調整機にて最終的な送風量の調整が実行されて所望の送風量の空気が坑内へ送気される制御形態が好ましい。

以上の説明から理解できるように、本発明の送気システムによれば、導坑の坑外に配設される１台の送風機と、送風機に流体連通して導坑を通り、分岐点まで延びる１本の本管と、分岐点において１本の本管から各トンネルに分岐した２以上の枝管と、からなり、それぞれの枝管には、枝管の先端から吐出される空気の送風量を調整する風量調整機が装備されている構成を具備することによって、導坑内における配管の敷設困難性といった課題を効果的に解消することができ、経済的な送気システムを実現することができる。

本発明の送気システムの実施の形態１の縦断面図である。 （ａ）は図１のII−II矢視図であり、（ｂ）は図２ａの変形例を示した図である。 図１において風量調整機を拡大した図である。 図３のIV−IV矢視図である。 本発明の送気システムの実施の形態２の縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の送気システムの実施の形態を説明する。なお、図示例は導坑が立坑である形態を示したものであるが、導坑はこれ以外にも、地下で立坑とトンネルを繋ぐ作業坑等であってもよいことは勿論のことである。また、図示例は送風機が配設される坑外が地上である形態を示したものであるが、坑外は地上以外にも立坑等（坑外が立坑の場合、導坑はトンネルと立坑を繋ぐ作業坑となる）であってもよいことは勿論のことである。

（送気システムの実施の形態１）
図１は本発明の送気システムの実施の形態１の縦断面図であり、図２ａは図１のII−II矢視図である。また、図３は図１において風量調整機を拡大した図であり、図４は図３のIV−IV矢視図である。

図示する送気システム１０は、地中Ｇに施工された導坑である立坑３０を介し、立坑３０の分岐点３０ａで分岐した２以上のトンネル４０Ａ，４０Ｂのそれぞれに送気する送気システムである。

具体的には、立坑３０の坑外（地上２０）に配設される１台の送風機１と、送風機１に流体連通して立坑３０を通り、分岐点３０ａまで延びる１本の本管２と、分岐点３０ａにおいて１本の本管２から各トンネル４０Ａ，４０Ｂに分岐した２以上の枝管３Ａ，３Ｂとから構成されており、それぞれの枝管３Ａ，３Ｂには、枝管３Ａ，３Ｂの先端から吐出される空気の送風量を調整する風量調整機４Ａ，４Ｂが装備されている。

送風機１としては高圧のジェットファンやコントラファンが適用でき、不図示の大型集塵機等で排ガスや粉塵等の集塵がおこなわれる。

立坑３０には、フレッシュな空気を各トンネル４０Ａ，４０Ｂに送気するための本管２が１本配設されているのみでよく、この構成により、占有区画制限等から立坑３０の内空断面が小さい場合や、作業足場の敷設や資機材搬出入空間確保等の理由から立坑３０内で複数本の配管をおこなうスペースを十分に確保できない場合であっても、配設の敷設困難性を来たすことはない。

本管２は、金属製の管路のほか、ビニル製の風管やゴム等の樹脂素材のホースなどから形成される。本管２の断面寸法は、２以上のトンネル４０Ａ，４０Ｂの全部に同時に送気を実行する際に必要となる最大風量を満足する寸法に設定されている。そして、地上２０から立坑３０の下端に位置する分岐点３０ａ付近まで延びた本管２は、その下端に分岐管２’の一端開口が取付けられ、分岐管２’の他端開口には、２つのトンネル４０Ａ，４０Ｂに配設される枝管３Ａ，３Ｂがそれぞれ取付けられている。

枝管３Ａ，３Ｂも本管２と同様に、金属製の管路のほか、ビニル製の風管やゴム等の樹脂素材のホースなどから形成されており、その先端は各トンネル４０Ａ，４０Ｂの切羽４０Ａａ，４０Ｂａの近傍まで延びている。

枝管３Ａ，３Ｂはいずれも、その途中にたとえばビニル製の風管からなる弾性体３Ａ’、３Ｂ’を備えており、これら弾性体３Ａ’、３Ｂ’の周囲に弾性体３Ａ’、３Ｂ’の中空断面寸法を変化自在な風量調整機４Ａ，４Ｂが取付けられている。なお、枝管３Ａ，３Ｂがその全長に亘ってビニル製の風管からなる場合は、その途中位置に別途の弾性体３Ａ’、３Ｂ’を介在させるまでもなく、それらの全長のいずれかの位置に風量調整機４Ａ，４Ｂが取付けられる。

２以上のトンネル４０Ａ，４０Ｂのそれぞれにおいて必要となる空気の送風量は、トンネル４０Ａ，４０Ｂの断面寸法や施工状況等によって異なる。その一方で、１台の送風機１にて２以上のトンネル４０Ａ，４０Ｂ内への送気を実行することから、送風機１による風量調整では全てのトンネル４０Ａ，４０Ｂにおける要求送風量に対応するのが困難である。そこで、送気システム１０では、１台の送風機１から２以上のトンネル４０Ａ，４０Ｂ内に延設する枝管３Ａ，３Ｂに送気する構成を適用したことを前提として、枝管３Ａ，３Ｂの先端から吐出される空気の送風量を調整する風量調整機４Ａ，４Ｂを各枝管３Ａ，３Ｂの途中位置に設けた構成を適用している。

地上２０にある送風機１から提供されたフレッシュな空気は、立坑３０内にある本管２を介して立坑３０の分岐点３０ａまで送られ（Ｘ１方向）、分岐点３０ａにある分岐管２’を介して各トンネル４０Ａ，４０Ｂに送られ（Ｘ２方向）、枝管３Ａ，３Ｂの途中にある弾性体３Ａ’、３Ｂ’の中空断面寸法がその周囲に配設された風量調整機４Ａ，４Ｂで調整されて、それぞれのトンネル４０Ａ，４０Ｂで要求される風量の空気がそれぞれの切羽側に提供される（Ｘ３方向）。

なお、立坑３０から構築されるトンネルの本数や延伸方向などは図２ａで示す形態に限定されるものではなく、たとえば図２ｂで示すように、立坑３０から１２時、３時、６時、９時の４つの方向に延伸する４つのトンネル４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄを備えたものであってもよいし、その他の本数でかつ延伸方向のトンネルを有する形態であってもよい。

図２ｂで示す形態においては、４つのトンネル４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄにおいてそれぞれの切羽４０Ａａ，４０Ｂａ，４０Ｃａ，４０Ｄａ付近まで延びる枝管３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが配設され、それらの途中位置に弾性体３Ａ’，３Ｂ’，３Ｃ’，３Ｄ’が配設され、各弾性体３Ａ’，３Ｂ’，３Ｃ’，３Ｄ’の周囲に風量調整機４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが配設されている。

ここで、風量調整機の具体的構成をトンネル４０Ａに配設された風量調整機４Ａを取り上げて説明する。

図３で示すように、枝管３Ａはトンネル４０Ａの壁面の天井付近にアイボルトやターンバックル、シャックルなどの係止手段５０にて吊持されており、枝管３Ａと弾性体３Ａ’はファスナー継手３Ａａを介して接続されている。そして、図３，４で示すように、風量調整機４Ａは、弾性体３Ａ’の周囲に配設されたワイヤ４Ａ２と、ワイヤ４Ａ２を巻いて弾性体３Ａ’の中空断面を絞る巻取り装置４Ａ３と、巻取り装置４Ａ３を固定するとともにワイヤ４Ａ２の一端を固定し、他端を巻取り装置４Ａ３に巻取り自在とした架構４Ａ１とから構成されている。

架構４Ａ１は、トンネル４０Ａの天井の中央位置よりも側方に偏った位置において、アイボルトやターンバックル、シャックルなどの係止手段６０にて吊持されており、トンネル４０Ａの断面寸法や施工状況等に基づいて、必要となるフレッシュな空気を切羽側の空間に提供するべく、巻取り装置４Ａ３を構成する手動ウィンチのレバーを回動させて（Ｙ方向）ワイヤ４Ａ２を所望に巻き取り、弾性体３Ａ’の中空断面寸法を所望に調整することができる。なお、図示を省略するが、ワイヤ４Ａ２の巻き取りによって所望の断面寸法の弾性体３Ａ’が形成され、所望の風量が確保されたことを確認するべく、弾性体３Ａ’よりも切羽側の枝管３Ａやトンネルの切羽側の空間に風量表示機を設けておくのがよい。

図示する送気システム１０によれば、地中Ｇに構築されるトンネル４０Ａ、４０Ｂと地上２０を直接的に繋ぐ立坑３０に配設される配管を１本の本管２のみとしたことで、立坑３０内における配管（本管２）の敷設困難性といった課題は生じ得ない。加えて、適用される送風機１は１台のみでよいことから、立坑３０内に配設される本管２が１本のみでよいことと相俟って、経済的な送気システム１０を実現することができる。さらに、各トンネル４０Ａ，４０Ｂ内で必要となるフレッシュな空気の風量は、それぞれのトンネル４０Ａ，４０Ｂ内に配設された枝管３Ａ，３Ｂの途中位置に設けられた風量調整機４Ａ，４Ｂにて個別に調整されることから、１台の送風機１と１本の本管２から送気された空気を各トンネル４０Ａ，４０Ｂに分流させ、かつ、それぞれのトンネル４０Ａ，４０Ｂに所望風量の空気を提供することができる。

（送気システムの実施の形態２）
図５は本発明の送気システムの実施の形態２の縦断面図である。図示する送気システム１０Ａは、図１で示す送気システム１０に対して各トンネル４０Ａ，４０Ｂ内において粉塵量やガス濃度を検知する粉じん・ガス濃度センサ７０Ａ，７０Ｂと送風量制御装置８０を加えたものであり、かつ、手動調整される巻き取り装置に代えて、粉じん・ガス濃度センサ７０Ａ，７０Ｂで計測された粉塵量もしくはガス濃度に関する計測データを送風量制御装置８０が受信し（Ｚ１方向）、受信された計測データに応じて空気の風量を自動調整する自動巻き取り装置を備えた風量調整機４Ａ’,４Ｂ’に制御信号を送信して（Ｚ２方向）、枝管３Ａ，３Ｂの中空断面の大きさを自動調整したり、さらには、受信された計測データに応じて送風機１に送風量を調整する信号を送信し（Ｚ３方向）、送風機１から提供される送風量を調整することにより、所望の送風量の空気を自動的にトンネル内に提供することができるシステムである。

送気システム１０Ａによれば、システム全体が全て自動化されていることから、人手による必要風量調整の際の調整ミスなどは生じ得ず、このような調整管理のための人員を不要とでき、人員削減に起因した工費の節減と精緻な機械的風量調整に起因した施工安全性の向上を期待することができる。

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…送風機、２…本管、２’…分岐管、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…枝管、３Ａ’，３Ｂ’，３Ｃ’，３Ｄ’…弾性体、４Ａ，４Ａ’，４Ｂ，４Ｂ’，４Ｃ，４Ｄ…風量調整機、４Ａ１…架構、４Ａ２…ワイヤ、４Ａ３…巻取り装置（ウィンチ）、１０，１０Ａ…送気システム、２０…坑外（地上）、３０…導坑（立坑）、３０ａ…分岐点、４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ…トンネル、４０Ａａ，４０Ｂａ，４０Ｃａ，４０Ｄａ…切羽、７０Ａ，７０Ｂ…粉じん・ガス濃度センサ、８０…送風量制御装置

Claims (3)

1. 地中に施工された導坑を介し、導坑の分岐点で分岐した２以上のトンネルのそれぞれに送気する送気システムであって、
   導坑の坑外に配設される１台の送風機と、
   送風機に流体連通して導坑を通り、分岐点まで延びる１本の本管と、
   分岐点において前記１本の本管から各トンネルに分岐した２以上の枝管と、からなり、
   それぞれの枝管には、枝管の先端から吐出される空気の送風量を調整する風量調整機が装備されている送気システム。
2. 前記枝管は、その全部もしくはその一部が弾性体から形成されており、
   前記風量調整機は、前記弾性体の周囲に配設されたワイヤと、該ワイヤを巻いて弾性体の中空断面を絞る巻取り装置とから構成されている請求項１に記載の送気システム。
3. 各トンネルには粉じん・ガス濃度センサと送風量制御装置が配設されており、粉じん・ガス濃度センサで計測された粉塵量もしくはガス濃度に関する計測データが送風量制御装置に送信され、受信された計測データに応じて風量調整機が枝管の中空断面の大きさを調整し、かつ送風機が提供する送風量を調整して枝管の先端から吐出される空気の送風量を調整するようになっている請求項１または２に記載の送気システム。

Images