JP2014227787A - トンネル発破用防護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切羽側空間の気密性を確実に維持しつつ、発破時の爆風や飛石による衝撃エネルギーを十分に吸収する。【解決手段】本発明に係るトンネル発破用防護装置１を構成する防護用袋体７は、気密用袋体５及び衝撃吸収用袋体６からなり、いずれも内部に空気を充填できるようになっており、衝撃吸収用袋体６には、内部に充填された空気が排出される排気口１４を気密用袋体５の配置側に設けてあり、発破時の爆風又は飛石が衝撃吸収用袋体６に作用し又は衝突したとき、それらに応答して内部の充填空気が排気口１４から排出されるようになっているとともに、気密用袋体５は、排気口１４の相当位置で該排気口が坑口側空間１５に露出するように空気排出開口１６を形成してあり、衝撃吸収用袋体６内の空気が排気口１４及び空気排出開口１６を介して坑口側空間１５に排出されるようになっている。【選択図】 図１

Description

本発明は、トンネルを発破掘削する際に用いられるトンネル発破用防護装置に関する。

山岳トンネル工事では、地質が岩で構成されていることが多いため、発破による掘削が主として採用されるが、火薬類を爆発させたときには、二酸化炭素や窒素といった無害なガス以外に、一酸化炭素や二酸化窒素をはじめ、爆薬の種類や発破対象となる岩石の種類によっては、塩化水素、二酸化硫黄、硫化水素といったさまざまな有毒ガスが発生する。

そのため、発破によってトンネル掘削を行うにあたっては、後ガスと呼ばれるこれらの有毒ガスに対し、同時に発生する大量の粉塵とともに、適切な安全措置あるいは環境対策が施されなければならない。

一方、発破時においては爆風が空気中を伝播するとともに、発破で生じた飛石が周囲に飛散するため、これらの爆風や飛石がトンネル内の諸設備を損傷させることがないよう、かつ作業員の安全が脅かされることがないよう、適切な対策を施すことも必要不可欠となる。

このような後ガス及び粉塵対策と爆風及び飛石対策を両立可能な措置として、空気が充填された袋体を切羽手前に壁状に立設してなる防護装置が提案されている（特許文献１）。

かかる防護装置においては、トンネル内空間を切羽の手前で仕切ることにより、切羽側空間から坑口側空間への後ガスあるいは粉塵の拡散防止を図りつつ、坑口側空間に設置された換気設備や集塵設備で後ガスや粉塵の処理を行うとともに、発破に伴って生じる爆風や飛石から上述の換気設備や集塵設備を保護することが期待される。

特開２００５−５４３６４号公報

ここで、発破時の爆風は、火薬の爆発によって衝撃波として空気中に伝播し、飛石は、爆破時に切羽から飛び出した破砕片が爆薬の爆轟で発生する衝撃圧と膨張ガスによって加速され飛翔するものであって、それらが防護装置に作用しあるいは衝突したとき、防護装置には大きな衝撃力が瞬間的に作用する。

そのため、上述の防護装置には十分な耐衝撃性能あるいは衝撃吸収性能が求められる。

しかしながら、発破時の爆風や飛石による衝撃力を、防護装置を構成する袋体の強度で支持しようとすると、袋体が破損してその後の使用が不能になり、あるいは防護装置全体が転倒して後ガスや粉塵が切羽側から立坑側へと流出することが懸念される。

一方、発破時の爆風や飛石による衝撃エネルギーを、防護装置を構成する袋体の収縮によって吸収しようとすると、該袋体の収縮変形によってその外周縁部がトンネルの底面や内周面から離脱する事態を招き、いずれにしろ切羽側空間の気密性を維持することは困難となる。

ちなみに、防護装置を切羽から遠ざけた場合には、防護装置の破損や転倒は防止できるものの、後ガスや粉塵の拡散防止が不十分となって換気や集塵に時間を要し、ひいてはトンネル掘削全体の工期を長引かせる結果を招く。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、切羽側空間の気密性を確実に維持しつつ、発破時の爆風や飛石による衝撃エネルギーを十分に吸収することが可能なトンネル発破用防護装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るトンネル発破用防護装置は請求項１に記載したように、トンネルの切羽から離隔した位置であって該トンネルの底面に壁状に立設される防護用袋体を備えたトンネル発破用防護装置において、
前記防護用袋体を、内部に空気その他の気体を充填可能であって該気体が充填された状態において前記切羽の手前に拡がる空間を坑口側空間に対して気密に保持できるように構成された気密用袋体と、内部に空気その他の気体を充填可能であって前記気密用袋体と内部が非連通になるようにその切羽側に配置される衝撃吸収用袋体とで構成してなり、
前記衝撃吸収用袋体は、発破時の爆風又は飛石が該衝撃吸収用袋体に作用し又は衝突したとき、それらに応答して内部に充填された気体が該衝撃吸収用袋体に設けられた排気口から排出されるようになっているものである。

また、本発明に係るトンネル発破用防護装置は、前記衝撃吸収用袋体を前記気密用袋体に当接配置したものである。

また、本発明に係るトンネル発破用防護装置は、前記衝撃吸収用袋体を前記気密用袋体に対して着脱自在に構成したものである。

また、本発明に係るトンネル発破用防護装置は、前記排気口を前記気密用袋体が配置される側に設けるとともに該排気口が坑口側空間に露出するように前記気密用袋体を成形したものである。

また、本発明に係るトンネル発破用防護装置は、前記トンネルの底面に載置され前記防護用袋体が取り付けられる取付け架台を備えたものである。

本発明に係るトンネル発破用防護装置においては、トンネルの底面に壁状に立設される防護用袋体を、気体が充填された状態において切羽の手前に拡がる空間を坑口側空間に対して気密に保持できるように構成された気密用袋体と、該気密用袋体と内部が非連通になるようにその切羽側に配置される衝撃吸収用袋体とで構成してあるとともに、衝撃吸収用袋体は、発破時の爆風又は飛石が該衝撃吸収用袋体に作用し又は衝突したとき、それらに応答して内部に充填された気体が該衝撃吸収用袋体に設けられた排気口から排出されるようになっている。

このようにすると、爆風や飛石による衝撃力が作用したとき、衝撃吸収用袋体は、内部の充填気体が排気口から排出されながら全体が収縮するとともに、その収縮変形によって爆風や飛石の衝撃エネルギーが吸収される。

一方、気密用袋体は衝撃吸収用袋体の坑口側に配置してあるので、爆風や飛石による衝撃力は主として衝撃吸収用袋体に作用し、気密用袋体には、作用したとしてもその一部にとどまり、気密性が損なわれる懸念はない。

すなわち、本発明に係るトンネル発破用防護装置は、防護用袋体を衝撃吸収用袋体と気密用袋体という二つの袋体で構成するとともに、爆風や飛石の衝撃エネルギーについては主として衝撃吸収用袋体で吸収し、切羽側空間の気密性については専ら気密用袋体で確保するものである。

気密用袋体は、気体が充填された状態において切羽の手前に拡がる空間を坑口側空間に対して気密に保持できるように構成する必要があるが、この気密構成は、発破を行ってから該発破で生じる後ガスや粉塵が除去されるまでの間、坑口側空間にそれらが実質的に流出しない程度であれば足りるものであって、典型的には、気密用袋体の外周縁部がトンネルの内周面や底面に概ね当接するように構成されるものではあるが、該気密用袋体の外周縁部は、必ずしもトンネルの内周面や底面に全て当接されている必要はない。

例えば、送気管、吸気管その他諸設備を貫通させるための開口を、トンネルの内周面や底面に対向する側が開放された形で設ける必要があって、発破時にはその開口を塞ぐ等の手段により該開口で気密性が損なわれないようにすることができるのであれば、気密用袋体の外周縁部とトンネルの内周面又は底面との間で非当接となる箇所があってもかまわない。

衝撃吸収用袋体に設ける排気口は、充填気体が排出可能であれば足りるものであって、内部に気体を充填するための送気口であっても、例えば該送気口に連通接続されたブロアのスイッチをオフにする等の措置によって該送気口から充填気体を排出させることができるのであれば、該送気口を本発明の排気口としてもかまわない。

衝撃吸収用袋体と気密用袋体は、必ずしも当接させる必要はなく、互いに隙間を設けて配置するようにすれば、上述した役割分担が明確になって、それぞれの設計が容易になるが、衝撃吸収用袋体を気密用袋体に当接配置した構成とするならば、防護用袋体全体の厚みがコンパクトになり、取り扱いや移設が容易になるとともに、爆風や飛石による衝撃力を気密用袋体にも一部負担させることが可能となる。

衝撃吸収用袋体は、爆風や飛石による衝撃力に応答して収縮変形することにより、過剰な衝撃力が作用する事態はある程度防止されるものの、衝撃吸収機能を担う以上、一定の損傷を被ることは避けられないが、衝撃吸収用袋体を気密用袋体に対して着脱自在に構成したならば、損傷した衝撃吸収用袋体をあらたな衝撃吸収用袋体に容易に交換することが可能となり、長大トンネルであるために発破回数が多い場合であっても、各発破作業を遅延させることなく、迅速に対応することが可能となる。

衝撃吸収用袋体は、爆風の作用や飛石の衝突に応答して充填気体が排気口から排出されるとともに、それに伴って全体が収縮変形することにより、爆風や飛石の衝撃エネルギーを吸収することができる限り、どのように構成するかは任意であって、例えば衝撃吸収用袋体を気密用袋体よりも一回り小さく成形することで、外周縁部をトンネルの底面や内周面から離隔させるとともに、その外周縁部に排気口を設ける構成を採用することも可能であるが、かかる排気口を気密用袋体と対向する側に設けるとともに該排気口が坑口側空間に露出するように気密用袋体を構成したならば、爆風や飛石による衝撃力が作用したとき、衝撃吸収用袋体内の気体は、衝撃力の作用方向と同じ方向にスムーズに押し出されるため、衝撃吸収用袋体の破裂あるいは破損を未然に防止しつつ、爆風や飛石による衝撃エネルギーをスムーズに吸収することが可能となる。

上述の構成において衝撃吸収用袋体の排気口が坑口側空間に露出するように気密用袋体を構成するには、例えば気密用袋体を、複数の袋体を互いに隣接配置させてなる構成とした上、排気口から坑口側に延びる空間には袋体を配置せず、該空間を取り囲むように袋体を配置したり、排気口に相当する箇所が空いた形状となるように気密用袋体を成形したりといった構成を採用することが可能である。

本発明に係るトンネル発破用防護装置は、小規模なトンネルであれば、上述した防護用袋体単体でもかまわないが、トンネルの底面に載置され防護用袋体が取り付けられる取付け架台を備えるようにしたならば、防護用袋体を容易に立設することができるとともに、移設の際にも取付け架台とともに移動することが可能となり、大規模トンネルにも適用しやすくなる。

本実施形態に係るトンネル発破用防護装置１の分解斜視図。 トンネル発破用防護装置１を構成する防護用袋体７の図であり、(a)は縦断面図、(b)はＡ−Ａ線方向から見た矢視図。 トンネル発破用防護装置１の作用を示した説明図。 気密用袋体５と衝撃吸収用袋体６とを離間配置させてなる防護用袋体の変形例を示した図。 防護用袋体の別の変形例を示した縦断面図。 防護用袋体７を取付け架台６１に取り付けた様子を示した縦断面図。

以下、本発明に係るトンネル発破用防護装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るトンネル発破用防護装置を示した分解斜視図である。同図に示すように、本実施形態に係るトンネル発破用防護装置１は、トンネル２の切羽３から離隔した位置であって該トンネルの軸線に対し壁状にほぼ直交するようにトンネル２の底面４に立設される防護用袋体７を備える。

防護用袋体７は、気密用袋体５及び衝撃吸収用袋体６からなり、いずれも内部に空気を充填できるようになっているが、気密用袋体５は図２(a)に示したように、空気が充填された状態においてその外周縁部１１がトンネル２の底面４及び内周面１１に概ね当接されるように構成してあり、その関係上、トンネル軸線方向から見たときの形状が、トンネル２の横断面形状とほぼ一致するように構成してある。

気密用袋体５は、切羽３の手前側空間１３の気密性が維持されるようにトンネル軸線方向の厚み、換言すればトンネル２の底面４及び内周面１１と当接する外周縁部１１の幅を適宜設定しておく。なお、衝撃吸収用袋体６についても、本実施形態では、トンネル軸線方向から見たときの形状が気密用袋体５と同じになるよう形成してある。

気密用袋体５及び衝撃吸収用袋体６は、内部に空気を充填したとき、収縮状態から上述した形状になるまで膨張展開するように構成してあるが、これらの袋体を製作するにあたっては、弾性、強度特性その他の要求性能に応じて、公知の素材から適宜選択して構成することが可能であり、例えば高い強度特性が望ましいのであれば、「ザイロン（登録商標）」の名称で東洋紡株式会社から販売されているポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維で構成することが可能である。

衝撃吸収用袋体６は図２(a)でよくわかるように、気密用袋体５の切羽側に当接配置してあるが、気密用袋体５とは独立した別の袋体であって、内部は非連通となっている。

衝撃吸収用袋体６には、内部に充填された空気が排出される排気口１４を、横２列、縦４段、計８個となるように気密用袋体５の配置側に設けてあり、発破時の爆風又は飛石が衝撃吸収用袋体６に作用し又は衝突したとき、それらに応答して内部の充填空気が排気口１４から排出されるようになっている。

一方、気密用袋体５は、排気口１４の相当位置で該排気口が坑口側空間１５に露出するように空気排出開口１６を形成してあり、図２(b)に示すように衝撃吸収用袋体６内の空気が排気口１４及び空気排出開口１６を介して坑口側空間１５に排出されるようになっている。

なお、空気排出開口１６は、気密用袋体５の外部空間として形成されるものであり、例えば気密用袋体５を構成する袋体布地のうち、互いに対向する箇所に貫通孔をそれぞれ穿孔して該貫通孔に空気排出管を挿通し、該空気排出管の各端と各貫通孔とを気密処理するようにすれば、該空気排出管の内側空間が空気排出開口１６となる。

本実施形態に係るトンネル発破用防護装置１を用いて発破を行うには、図３に示すように、切羽３から所定距離だけ離間した位置にトンネル発破用防護装置１を設置し、発破に備える。

トンネル発破用防護装置１を設置するには、ブロア等を用いて気密用袋体５及び衝撃吸収用袋体６の内部空間にそれぞれ空気を充填することにより、気密用袋体５及び衝撃吸収用袋体６をそれぞれ膨張展開し、トンネル軸線方向に直交するように位置決めしつつ、トンネル２の底面４に立設する。

ここで、気密用袋体５については、その外周縁部１１とトンネル２の底面４及び内周面１２との当接状態が発破の前後にわたって維持されるよう、必要に応じてブロア等による空気充填を継続する。

また、衝撃吸収用袋体６については、発破時において衝撃を吸収できる程度の空気量あるいは空気圧が確保されるように構成するものとし、例えば、通常時は閉じた状態であって衝撃力載荷時は開くように構成された排気弁（図示せず）を排気口１４に取り付けておく。

トンネル発破用防護装置１の設置が完了したならば、同図に示すように切羽３を発破掘削する。

このようにすると、発破に伴って爆風が衝撃吸収用袋体６に作用しあるいは該衝撃吸収用袋体に飛石が衝突したとき、衝撃吸収用袋体６は、図３に示すように内部の充填空気が排気口１３及び空気排出開口１６から坑口側空間１５に向けて排出されながら全体が収縮するとともに、その収縮変形によって爆風や飛石の衝撃エネルギーが吸収される。

一方、気密用袋体５は、衝撃吸収用袋体６の坑口側に配置してあるので、爆風や飛石による衝撃力は主として衝撃吸収用袋体６に作用し、気密用袋体５には、作用したとしてもその一部にとどまり、外周縁部１１がトンネル２の底面４や内周面１２から離脱する懸念はない。

発破が完了したならば、トンネル発破用防護装置１に貫通配置された吸気管（図示せず）を介して切羽側空間１３内の後ガスや粉塵を吸引するとともに該後ガスや粉塵をフィルター式集塵機等で処理した後、トンネル発破用防護装置１を撤去すればよい。

以上説明したように、本実施形態に係るトンネル発破用防護装置１によれば、防護用袋体７を衝撃吸収用袋体６と気密用袋体５という二つの袋体で構成し、爆風や飛石の衝撃エネルギーについては主として衝撃吸収用袋体６で吸収し、切羽側空間１３の気密性については専ら気密用袋体５で確保するようにしたので、発破時に生じる後ガスや粉塵を切羽側空間１３に閉じ込めつつ、発破時の爆風や飛石による衝撃エネルギーを吸収することが可能となり、かくして後ガスや粉塵を拡散させることなく短時間に処理することができるとともに、集塵機その他の設備が爆風や飛石で破損しさらには作業員に危害が及ぶのを未然に防止することが可能となる。

本実施形態では特に言及しなかったが、衝撃吸収用袋体６を気密用袋体５に対して着脱自在に構成したならば、損傷した衝撃吸収用袋体６をあらたな衝撃吸収用袋体に容易に交換することが可能となり、長大トンネルであるために発破回数が多い場合であっても、各発破作業を遅延させることなく、迅速に対応することが可能となる。

また、本実施形態では、気密用袋体５と衝撃吸収用袋体６とを互いに当接配置して防護用袋体７を構成するようにしたが、これらは必ずしも当接させる必要はなく、図４に示すように隙間δを設けて立設するようにしてもかまわない。

このようにすれば、気密用袋体５に衝撃力がほとんど及ばないようにすることが可能となり、上述した衝撃吸収用袋体６との役割分担はより明確となる。

なお、上記構成においては、衝撃力作用時に衝撃吸収用袋体６から排出される空気が気密用袋体５に作用することがないよう、気密用袋体５の空気排出開口を同図に示すように空気排出管４１で構成するとともにその基端側を衝撃吸収用袋体６の側に延設して排気口１４に接続しておく。

このようにすれば、衝撃吸収用袋体６から排出される空気は、気密用袋体５に作用することなく、排気口１４及び空気排出管４１を介して坑口側空間１５へとスムーズに排出される。

また、本実施形態では、トンネル軸線方向から見た衝撃吸収用袋体６の形状を気密用袋体５とほぼ同様とすることで、気密用袋体５に爆風や飛石が及ばないようにしたが、場合によっては、これに代えて、図５に示すように、気密用袋体５ａと該気密用袋体よりも一回り小さく形成した衝撃吸収用袋体６ａとで本発明の防護用袋体を構成するようにしてもかまわない。

かかる構成においては、衝撃吸収用袋体６ａの外周縁部がトンネル２の底面４や内周面１２と離間するため、該外周縁部に排気口５１を設けることが可能となり、気密用袋体５ａには、上述した実施形態記載の空気排出開口１６を設ける必要がなくなり、より簡易な構造となる。

また、本実施形態では特に言及しなかったが、図６に示すように、トンネル２の底面４に載置される取付け架台６１を別途備えるようにし、該取付け架台に防護用袋体７を取り付けるようにしてもよい。

かかる構成によれば、同図に示すように防護用袋体７を取付け架台６１に挟み込むように取り付けることができるため、立設が容易となるほか、移設の際にも取付け架台６１とともに防護用袋体７を移動することができるので、大規模トンネルにも適用しやすくなる。

１ トンネル発破用防護装置
２ トンネル
３ 切羽
４ トンネルの底面
５，５ａ 気密用袋体
６，６ａ 衝撃吸収用袋体
７ 防護用袋体
１１ 外周縁部
１２ トンネルの内周面
１３ 切羽側空間
１４，５１ 排気口
１５ 坑口側空間
１６ 空気排出開口
６１ 取付け架台

Claims (5)

1. トンネルの切羽から離隔した位置であって該トンネルの底面に壁状に立設される防護用袋体を備えたトンネル発破用防護装置において、
   前記防護用袋体を、内部に空気その他の気体を充填可能であって該気体が充填された状態において前記切羽の手前に拡がる空間を坑口側空間に対して気密に保持できるように構成された気密用袋体と、内部に空気その他の気体を充填可能であって前記気密用袋体と内部が非連通になるようにその切羽側に配置される衝撃吸収用袋体とで構成してなり、
   前記衝撃吸収用袋体は、発破時の爆風又は飛石が該衝撃吸収用袋体に作用し又は衝突したとき、それらに応答して内部に充填された気体が該衝撃吸収用袋体に設けられた排気口から排出されるようになっていることを特徴とするトンネル発破用防護装置。
2. 前記衝撃吸収用袋体を前記気密用袋体に当接配置した請求項１記載のトンネル発破用防護装置。
3. 前記衝撃吸収用袋体を前記気密用袋体に対して着脱自在に構成した請求項１記載のトンネル発破用防護装置。
4. 前記排気口を前記気密用袋体が配置される側に設けるとともに該排気口が坑口側空間に露出するように前記気密用袋体を成形した請求項１乃至請求項３のいずれか一記載のトンネル発破用防護装置。
5. 前記トンネルの底面に載置され前記防護用袋体が取り付けられる取付け架台を備えた請求項１乃至請求項４のいずれか一記載のトンネル発破用防護装置。

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