JP2018204380A - 防音扉 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が通行する通行部の遮音性能を向上させることができる防音扉を提供する。【解決手段】トンネル内への車両の通行を可能にする通行部を備える防音扉であって、通行部が、トンネル軸方向に延び、車両が通行するための通路３０と、トンネル軸方向に離間して設けられ、通路３０を開閉するための複数の通行扉３１、３２とを含み、複数の通行扉３１、３２の一次固有周波数が一致しないように異なる剛性を有する。【選択図】図８

Description

本発明は、トンネル掘削時の騒音を低減させるための防音扉に関する。

山岳トンネル工事では、硬い岩盤を掘削するために、爆薬を使用した発破工法が採用されている。発破工法では、爆薬の爆発により生じるエネルギーが音圧となってトンネル内の空気を伝播し、トンネル坑外の周辺地域へ騒音となって伝達される。周辺地域への騒音を低減させるために、トンネル坑口には、トンネル空間を塞ぎ、遮音するための防音扉が設置されている。

一般に、防音扉の遮音性能は、剛性則（材料の硬さ）と質量則（材料の重さ）に従って向上する。防音扉に隙間がない場合、トンネル坑内で発生した音圧は、防音扉の内面（切羽側）で扉の振動に転換され、扉の外面（坑外側）で再び音圧に転換されて、それが騒音として周辺地域へと伝達されると考えられる。従来では、音の伝搬を仲介する防音扉の振動を小さくするために、より硬く、より重い材料にして防音扉の遮音性能を高めている（例えば、特許文献１参照）。

実開平５−６１３００号公報

防音扉には、重機の搬入や掘削土（岩）の搬出等で大型車両が通行するために、車両通行部として、車両通行扉と該車両通行扉を開閉するための機構とが必要となる。車両通行部は、扉自体を硬くて重い材料にしても、開閉機構を有するために、部材の拘束が弱く、車両通行部以外の防音扉を構成する一般部材に比べて発破音圧により振動しやすい。発破により発生する音には、不快感等の人への影響や、窓の揺れ等の物への影響を及ぼす低周波音が多く含まれており、車両通行部では、特に低周波音に対する遮音性能が低い。

そこで、車両が通行する通行部の遮音性能を向上させることができる防音扉の提供が望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、トンネル内への車両の通行を可能にする通行部を備える防音扉であって、通行部が、
トンネル軸方向に延び、車両が通行するための通路と、
トンネル軸方向に離間して設けられ、通路を開閉するための複数の通行扉とを含み、
複数の通行扉の一次固有周波数が一致しないように異なる剛性を有する、防音扉が提供される。

本発明によれば、車両が通行する通行部の遮音性能を向上させることができる。

従来の防音扉の一例を示した正面図および側面図。 防音扉の構造例を示した図。 図１に示す防音扉の切断線B-Bで切断した断面図。 防音扉の遮音性能を測定する位置について説明する図。 坑内音圧と坑内側防音扉の音響放射との関係を示した図。 坑外音圧と坑外側防音扉の音響放射との関係を示した図。 車両の通行部を備える防音扉の一例を示した側面図。 防音扉の第１の例を示した断面図。 防音扉の第２の例を示した断面図。 防音扉の第３の例を示した断面図。 防音扉の第４の例を示した断面図。

図１は、従来の防音扉の一例を示した正面図および断面図である。図１（ａ）が正面図であり、図１（ｂ）が切断線A-Aで切断した断面図である。防音扉１０は、トンネル坑口を塞ぐように設置され、防音扉１０の本体を構成する一般部材部１１、風管が接続される円形の風管接続部１２と、車両の通行を可能にする車両通行部１３と、作業員等の人の通行を可能にする人用通行部１４とを備える。

一般部材部１１の構造は、例えば図２（ａ）〜（ｄ）に示す構造とされる。図２（ａ）は、２枚の遮音板２０の間に吸音材２１を介在させた構造で、遮音板２０としては、鋼板やアルミニウム板等の金属板、ポリカーボネート等のプラスチック樹脂板等を用いることができる。吸音材２１としては、グラスウールや軟質ウレタンフォーム等を用いることができる。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す構造体とそれに離間して設けたプレート２２との間に砂２３を充填した構造である。プレートは、金属プレートであってもよいし、プラスチック樹脂製のプレートであってもよい。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）のプレート２２に代えてエキスパンドメタル２４を使用し、図２（ａ）に示す構造体とエキスパンドメタル２４との間にコンクリート２５を充填した構造である。図２（ｄ）は、図２（ｃ）と同様の構成であるが、構造体とエキスパンドメタル２４との間隔が図２（ｃ）の構造に比較して広く、コンクリート２５の厚さが厚くなっている。このため、図２（ａ）の構造、図２（ｂ）の構造、図２（ｃ）の構造、図２（ｄ）の構造の順に、重く、硬くなっており、遮音性能が高くなる。

再び図１を参照して、風管は、トンネル内に空気を供給するための管で、送風機と接続される。風管接続部１２は、風管を接続する風管接続金具を備える。風管接続金具は、例えばフランジとされ、ボルトおよびナット等の締結部材を使用して風管を接続することができる。

車両通行部１３は、重機の搬入や発破により発生した岩石や土砂等のずりの搬出のための車両の通行を可能にし、車両通行扉１５と、車両通行扉１５を一般部材部１１に開閉可能に連結する開閉機構１６とを備える。車両通行扉１５は、左右のそれぞれの端部に取り付けられた開閉機構１６により中央から左右に回転するように開く２枚の扉から構成され、各扉には、Ｌ字形の取手である閂鎹１７が設けられる。また、左右の２枚の扉が一方向にしか開かないように、該一方向とは反対の方向への移動を抑止するための戸当りが設けられる。発破を行う際には、棒状の閂１８を、左右の扉の閂鎹１７に跨るように通し、左右の扉が開かないようにする。図１に示す例では、３つの閂１８により左右の扉が開かないようにしている。

車両通行扉１５も、図２（ａ）〜（ｄ）に示したような一般部材部１１と同様の構造とすることができる。開閉機構１６としては、例えば蝶番（ヒンジ）を用いることができる。

人用通行部１４は、作業員が作業を行うためにトンネル坑内への出入りを可能にし、人用扉１９と、人用扉１９を一般部材部１１に開閉可能に連結する開閉機構とを備える。人用扉１９の構造も、一般部材部１１や車両通行扉１５の構造と同様のものとし、開閉機構も、車両通行扉１５に使用されるものと同様のヒンジ等を用いることができる。なお、人用扉１９は、扉が重すぎると、作業員が開閉することができないので、所定の厚さの鋼板からなるものであってもよい。また、人用扉１９も一方向にしか開かないように、戸当りが設けられる。

図３は、図１に示す防音扉１０の切断線B-Bで切断した断面図である。防音扉１０は、車両の通行を可能にするために開閉される車両通行扉１５が設けられる。発破する際は、遮音のために、車両通行扉１５の左右の扉を閉じる。一方、車両が通行する際は、車両通行扉１５の左右の扉を開く。

ところで、図１に示したような１基の防音扉１０で必要な遮音性能を得ようとすると、扉の一次固有周波数では、面外振動が大きくなるため、遮音性能が低下することが避けられない。防音扉１０は、両端がトンネル側壁に固定されており、音圧がかかると、半波長の波のようにその中央部分が最も大きくトンネル軸方向に振動する。一次固有周波数は、両端が固定された扉を自由振動させた際の該扉に固有の周波数であり、面外振動は、トンネル軸方向の振動成分のことである。遮音性能は、防音扉１０を挟んで坑内側と坑外側で計測した音圧波形をオクターブバンド解析（周波数解析）し、各周波数の差分（坑内音圧−坑外音圧）を、防音扉１０による音の低減効果として評価する。

１基の防音扉で必要な遮音性能が得られない場合、トンネル軸方向に２基以上の防音扉を設置し、その基数を増加することで対応することができる。

ここで、２基の防音扉を設置し、防音扉の遮音性能を測定した結果を、図５および図６に示し、その測定位置を、図４に示す。図４に示すように、測定位置は、トンネルの坑外側の防音扉の一般部材部１１ａ、坑外側の防音扉の車両通行部１５ａ、坑内側の防音扉の一般部材部１１ｂ、坑内側の防音扉の車両通行部１５ｂの４箇所とした。比較のために、坑内、坑外でも音圧を測定した。

図４（ａ）は、トンネル坑外で音圧を測定する様子を示し、図４（ｂ）は、トンネル坑内で音圧を測定する様子を示す。図４（ｃ）は、２基の防音扉の間で、坑内側および坑外側の一般部材部および車両通行部の振動測定箇所を図中に×印で示す。なお、図４（ａ）〜（ｃ）には、風管２６と、音圧を測定するためのマイクロフォン２７が示されている。

図５は、防音扉の振動特性を音響放射（音圧特性）に理論式を用いて変換し、切羽から伝播してくる音圧特性を示し、図６は、扉を通過して坑外に伝播する音圧特性を示した図である。

図５および図６中、丸は、図４（ｃ）に示す車両通行部１３ａ、１３ｂにおける音圧特性を、四角は、図４（ｃ）に示す一般部材部１１ａ、１１ｂにおける音圧特性を、菱形は、図４（ａ）および（ｂ）に示す坑外および坑内における音圧特性を示す。図５と図６の結果を比較すると、高性能（高価）な扉であっても、車両通行部１３ａ、１３ｂの拘束が弱いため、１／３オクターブバンド中心周波数が８Hz以下の低周波数帯で扉が大きく振動し、低周波数成分の遮音性能が一般部材部１１ａ、１１ｂに比べて低下している。オクターブバンドは、ある周波数を中心として上限と下限の周波数の比率が１オクターブになる周波数の幅（帯域幅）で、その中心の周波数が中心周波数である。その結果、車両通行部１３ａ、１３ｂの遮音性能が、坑外に伝播する音圧特性に大きな影響を及ぼすことが分かる。

本発明では、車両通行部１３の遮音性能を向上させるべく、図７に示すように、トンネル軸方向に延び、車両が通行するための通路３０を設ける。図７は、本発明の防音扉の一例を示した正面図および断面図である。図７（ａ）が正面図であり、図７（ｂ）が切断線C-Cで切断した断面図である。

通路３０は、トンネル軸方向に平行に延びる２つの側壁部と、２つの側壁部に跨り、上部を覆う天井部とから構成され、側壁部や天井部は、一般部材部１１や車両通行扉１５と同様の構造とすることができる。また、車両通行部１３には、図７（ｂ）に示すように、トンネル軸方向に離間して設けられ、通路３０を開閉するための複数の通行扉３１、３２を設ける。その他の構成は、図１に示した従来の防音扉と同様とすることができる。

複数の通行扉３１、３２が、各扉の１次固有周波数が一致する、同じ剛性を有するものである場合、その間の空気とともに同じ方向、同じ振幅で振動する可能性がある。ここで、剛性は、曲げに対する変形のしづらさの度合いを示すものである。これでは、複数の通行扉３１、３２を設けても、振動が減衰しないため、遮音性能が１つの通行扉の場合と変わらなくなってしまう。

そこで、本発明では、複数の通行扉３１、３２が、各扉の１次固有周波数が一致しないように異なる剛性を有するものとされる。剛性が異なれば、扉によって振動の仕方が変わるため、少なくとも同じ方向、同じ振幅で振動することはなくなり、確実に振動を減衰させることができる。以下、複数の通行扉３１、３２が、異なる剛性を有するものの例について、図８〜図１１を参照して説明する。

図８に示す例では、複数の通行扉３１、３２が、同じ材質、厚さ、構造とされ、通路３０の両端にそれぞれ設けられるが、扉を開く方向が異なっている。通行扉３１、３２は、閂１８を閂鎹１７に通して閉鎖されるが、扉が反対方向へ開かないように戸当たりが設けられる結果、扉を開く方向に変形しやすい。したがって、扉を開く方向を変えることで、剛性を変えることができる。

図９に示す例では、複数の通行扉３１、３２の厚さは同じであるが、材質が異なっている。材質が変われば、剛性が変わるからである。なお、材質に限らず、構造が異なっていてもよい。例えば、図２（ｂ）に示す構造のものと、図２（ｃ）に示す構造のものを採用することができる。この例では、扉の一部の構造は同じであるが、全体の構造が異なっていてもよい。また、構造は同じで、材質のみが異なっていてもよいし、材質は同じで、構造のみが異なっていてもよいし、その両方が異なっていてもよい。図９に示す例では、材質の違いに加えて、扉を開く方向も変えているが、扉を開く方向は同じ方向であってもよい。

図１０に示す例では、複数の通行扉３１、３２の材質や構造は同じであるが、厚さが異なっている。厚さが変われば、剛性が変わるからである。例えば、図２（ｃ）に示す構造のものと、図２（ｄ）に示す構造のものを採用することができる。複数の通行扉３１、３２が異なる剛性を有すればよいので、厚さとともに材質や構造を変えてもよい。図１０に示す例では、厚さの違いに加えて、扉を開く方向も変えているが、扉を開く方向は同じ方向であってもよい。

図１１に示す例では、複数の通行扉３１、３２の材質、構造、厚さのいずれも同じであるが、表面の形状が異なっている。図１１に示す例では、通行扉３１の表面は平坦であるが、通行扉３２の表面（坑内側）には凹凸３３が設けられている。表面に凹凸加工を施す等して凹凸３３を設けることで、通行扉３２の曲げ剛性を高めることができ、平板状の通行扉３１とは異なる剛性を有するものとすることができる。ここでは、表面に凹凸３３を設けることを一例として挙げたが、突起のみ、あるいは溝のみを設ける等して、異なる剛性を有するものとしてもよい。また、シート状物を貼付する等して、異なる剛性を有するものとしてもよい。この場合も、複数の通行扉３１、３２について、表面の形状を変えることに加えて、材質、構造、厚さ、扉を開く方向の少なくとも１つを変えてもよい。

複数の通行扉３１、３２を離間して設置する場合、扉間の空間の共鳴に起因する性能低下が問題となる。扉間の間隔が入射した音波（入射波）の半波長と一致すると、通行扉３２で反射した音波が通行扉３１に戻り再度折り返す際、再度折り返した音波（再反射波）と通行扉３１に入射された音波とが強め合うように重なり合う共鳴という現象が発生する。共鳴が発生すると、通行扉３２に大きな振動をもたらし、より大きな音圧となって音波が坑外へ出射されることになる。

しかしながら、低周波音は、波長が数十ｍと長く、その半波長と一致する扉間隔にするには、長い通路３０が必要になり、コストや通路３０の設置作業等を考慮すると、現実的ではない。数ｍ程度の通路３０では、共鳴が発生するにしても、わずかに強め合うだけであり、上述したように、通行扉３１、３２を異なる剛性を有するものとすることで、１つの通行扉のみの場合に比べて遮音性能を向上させることができる。

なお、複数の通行扉３１、３２の扉間隔は、一定距離以上離間していればよく、例えば０．５ｍ〜３ｍとすることができる。

以上のようにして、防音扉１０の車両通行部１３に、通路３０と、複数の通行扉３１、３２とを設け、複数の通行扉３１、３２の剛性を異ならせることにより、従来の１つの通行扉のみを有する防音扉に比較して、特に低周波数の音の遮音性能を向上させることができる。また、既存の防音扉が、通路３０に相当するものが既に設けられ、１つの通行扉が取り付けられている場合、該１つの通行扉に離間して新たに通行扉を取り付けるだけで、遮音性能を向上させた防音扉を安価で提供することができる。さらに、人用通行部１４も、車両通行部１３と同様の通路と複数の通行扉とを備える構成とし、人用通行部１４の遮音性能を向上させることもできる。

これまで本発明の防音扉について図面に示した実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…防音扉
１１、１１ａ、１１ｂ…一般部材部
１２…風管接続部
１３、１３ａ、１３ｂ…車両通行部
１４…人用通行部
１５、１５ａ、１５ｂ…車両通行扉
１６…開閉機構
１７…閂鎹
１８…閂
１９…人用扉
２０…遮音板
２１…吸音材
２２…プレート
２３…砂
２４…エキスパンドメタル
２５…コンクリート
２６…風管
２７…マイクロフォン
３０…通路
３１、３２…通行扉
３３…凹凸

Claims (2)

1. トンネル内への車両の通行を可能にする通行部を備える防音扉であって、
   前記通行部が、
   トンネル軸方向に延び、前記車両が通行するための通路と、
   前記トンネル軸方向に離間して設けられ、前記通路を開閉するための複数の通行扉とを含み、
   前記複数の通行扉の一次固有周波数が一致しないように異なる剛性を有する、防音扉。
2. 前記複数の通行扉が、材質、厚さ、構造、表面形状、開閉方向のうちの少なくとも１つが異なることにより前記異なる剛性を有する、請求項１に記載の防音扉。