JP2019112785A - Heat exchanger for tunnel, installation method thereof, and cold air generator in tunnel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、掘削中のトンネル内において、冷媒液を冷却し、冷風を発生させるトンネル用熱交換器、その設置方法及びトンネル内冷風発生装置に関する。 The present invention relates to a heat exchanger for tunnel which cools a refrigerant liquid and generates cold air in a tunnel being excavated, a method of installing the same, and a cold air generator in the tunnel.
大規模な地下構造物の構築工事やトンネル掘削工事において、掘削現場は、例えば30℃以上の過酷環境となる。特に、掘削の最先端「切羽」近傍の作業空間には、重機が密集するので、気温が最も上昇し、作業者にとって過酷な労働環境といえる。そのため実際の現場では、体感温度を下げるため発破時等を除き常に換気風量を大風量に設定する場合が多い。
その結果、換気ファンの消費電力が過大となり、例えば掘削作業全体の消費電力の半分を超えることとなる。そのため、換気ファンの消費電力を削減して省エネルギー化を達成することが、従来から強く要望されていた。
In large scale underground construction work and tunnel excavation work, the drilling site becomes a severe environment of, for example, 30 ° C. or more. In particular, heavy machinery is concentrated in the work space near the cutting edge “face” of drilling, so the temperature rises the most, which can be said to be a severe working environment for workers. Therefore, in actual sites, in order to lower the sensible temperature, the ventilation air volume is always set to a large air volume except at the time of blasting and the like.
As a result, the power consumption of the ventilation fan becomes excessive, for example, more than half of the power consumption of the entire drilling operation. Therefore, there has been a strong demand for achieving energy saving by reducing the power consumption of the ventilation fan.
この要望を満たすため、例えば、トンネル内の湧水と熱交換して冷風を発生させることが考えられる。トンネルを囲む地中温度は一年中ほぼ一定の低温(例えば10〜15℃)であり、トンネル内の湧水も同様に低温であるからである。 In order to meet this demand, for example, it is conceivable to exchange heat with spring water in a tunnel to generate cold air. The ground temperature surrounding the tunnel is low (eg, 10 to 15 ° C.), which is almost constant throughout the year, and the spring water in the tunnel is also low.
しかし、この手段は、湧水が無い又は少ない場合には適用できない。そこで、湧水が無い又は少ない場合の手段として、例えば、特許文献1,2が提案されている。特許文献1,2は、地中熱を利用して、供用後のトンネルに、「自然エネルギーの活用、省エネルギー化が図れ、環境にやさしい冷暖房装置、融雪装置、給湯装置等を提供する」ものである。
However, this means is not applicable when there is no or little spring water. Then,
特許文献1の手段は、トンネルの壁面に設置される壁パネルと協働してトンネルの周囲壁面を形成する熱交換用パネルを設置する。この熱交換用パネルは、トンネルの地中又は空気と熱交換するパネル本体と、このパネル本体に設けられ循環流体が流れるパネル内流体路とを有している。熱交換用パネルをトンネルの長手方向に複数設置してトンネル側熱交換部を形成する。
The means of
特許文献2の手段は、トンネル工において、コンクリート覆工の前、又は途中で、このコンクリート覆工の外周の地中と熱交換を行うために地中熱交換システム用流路を形成する。熱交換ユニットとして、熱交換用パイプが固定された金網ユニットをコンクリート覆工内に埋め込む。
The means of
トンネル掘削工法は、シールド工法と山岳工法とに大別することができる。
シールド工法は、セグメントと呼ばれるコンクリート製のものをシールド機の中で設置し、地盤を緩ませることなく地盤を保持する工法である。
Tunneling methods can be roughly divided into shield methods and mountain methods.
The shield construction method is a construction method in which a concrete product called a segment is installed in a shield machine, and the ground is maintained without loosening the ground.
特許文献1は、シールド工法に適用される手段であり、壁パネル(セグメント)の内部にパネル内流体路を設けるため、セグメントを用いない山岳工法には適用できない。
山岳工法は、地盤が自立するので、支保工を建て込み、吹付けコンクリートを施工することで地盤の崩落を防ぐ工法である。
支保工はトンネル岩盤の変形からくる荷重を受け止める機能を持っている。この支保工と吹付けコンクリートが一体となって岩盤からくる荷重を受け止める、すなわち支保する。
岩盤がよほど強固で変形が考えられない場合は支保工を設置しない場合があるが、日本の岩盤はそれほど強固なものはまずないので、通常はトンネル掘削では支保工を設置する。支保工の間隔は岩盤の強度により1.0mあるいは1.2mがあるが、通常は1.2mが多い。
The mountain construction method is a construction method that prevents the ground from falling by building a support and constructing a shotcrete because the ground is self-supporting.
The support works to receive the load from deformation of the tunnel rock. The support and the shotcrete together take on the load coming from the bedrock, ie support.
If the rock is very strong and deformation can not be considered, the support may not be installed. However, since Japanese rock is unlikely to be so strong, the support is usually installed in tunneling. The distance between supports is 1.0m or 1.2m depending on the strength of the rock, but usually 1.2m is more.
山岳工法は、発破掘削の場合と機械掘削の場合とがある。
発破掘削の場合、工事は二つに大別される。第一は、掘削最先端の切羽を先進させるための工事であり、その内容は、削孔、装薬、爆破、ズリ処理、支保工設置、コンクリート吹付け、ロックボルト設置である。第二は、切羽から通常200m以上も坑口側の位置で行う防水工、コンクリート覆工、等の作業である。
なお、機械掘削の場合は、上記の削孔、装薬、及び爆破が、機械掘削に置き換わる。
The mountain construction method is classified into blast drilling and mechanical drilling.
In the case of blasting, construction is divided into two. The first is the work to advance the cutting face at the cutting edge, and the contents are drilling, charging, blasting, scraping, support installation, concrete spraying, and lock bolt installation. The second is the work of waterproofing, concrete lining, etc., which is performed at a position on the wellhead side usually 200 m or more from the cutting face.
In the case of mechanical drilling, the above-mentioned drilling, charging and blasting replace mechanical drilling.
特許文献2の手段は、山岳工法において、「コンクリート覆工の前、又は途中」で、熱交換用パイプが固定された金網ユニットをコンクリート覆工内に埋め込むものである。そのため、掘削直後のトンネル壁面と熱交換用パイプとの間に、支保工、吹付けコンクリート、ロックボルト、防水層、又は覆工コンクリートが介在する。
その結果、特許文献2による熱交換用パイプの位置は、掘削直後のトンネル壁面より内側に大きく離れた位置となる。そのため、トンネルを囲む地中温度が低温(例えば10〜15℃)であっても、熱交換用パイプの周囲温度はトンネル内の環境温度に近い温度となり、熱媒体液との熱交換率が低い。
The means of
As a result, the position of the heat exchange pipe according to
また、トンネル工事においては切羽近傍で作業する作業員が多く、この作業員たちが暑さを感じており、冷風を必要としている。一方、切羽近傍の作業現場から、コンクリート覆工の施工位置は、距離が大きく離れている。すなわちコンクリート覆工の施工位置は、例えば切羽から200m以上離れていることが一般的である。このため、覆工コンクリートに冷却管を設置しても切羽との距離が遠い(長すぎる)ため特許文献2の手段で冷却した熱媒体液(例えば冷却水)を切羽近傍の作業現場まで圧送する間に温度が上昇してしまい、効果が大きく低減する。
In addition, there are many workers who work near the face in tunnel construction, and these workers feel hot and need cold wind. On the other hand, the construction position of the concrete lining is far from the work site near the face. That is, the construction position of the concrete lining is generally separated by, for example, 200 m or more from the face. For this reason, even if the cooling pipe is installed on the lining concrete, the heat medium liquid (for example, cooling water) cooled by the means of
また、特許文献2の手段を、仮に支保工設置又はコンクリート吹付けの直後に実施すると、掘削直後のトンネル壁面は起伏(凹凸)が大きく、トンネル壁面の希望の位置に固定具(金網)を固定することが困難である。
さらに、この場合、支保工がトンネル壁面の内側に突出しているので、複数の金網ユニット上の熱交換用パイプを直列接続することが困難である。
Also, if the method of
Furthermore, in this case, since the support projects to the inside of the tunnel wall surface, it is difficult to connect the heat exchange pipes on the plurality of wire mesh units in series.
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、トンネル壁面の凹凸が大きく、かつ支保工が内側に突出する場合でも、冷媒液を効率よく冷却し、冷風を効率よく発生させることができるトンネル用熱交換器、その設置方法及びトンネル内冷風発生装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems. That is, it is an object of the present invention to provide a tunnel heat exchanger capable of efficiently cooling the refrigerant liquid and efficiently generating cold air, even when the unevenness of the tunnel wall surface is large and the support projects inward. An installation method and a cold air generator in a tunnel are provided.
本発明によれば、掘削方向に間隔を隔てて隣接する支保工に両端が固定され前記掘削方向に平行に配置された複数のタイロッドと、
両端に接続口を有し、中間部がトンネル壁面に沿って近接して位置し前記タイロッドに固定された冷却管と、を備え、
前記冷却管は、前記トンネル壁面に密着する吹付けコンクリートの内部に埋設され、
前記冷却管の前記接続口は、前記吹付けコンクリートの内面より内側に位置する、トンネル用熱交換器が提供される。
According to the present invention, a plurality of tie rods, both ends of which are fixed to adjacent supports spaced apart in the digging direction and arranged parallel to the digging direction,
And a cooling pipe having connection ports at both ends, and an intermediate part located close along the tunnel wall surface and fixed to the tie rod,
The cooling pipe is embedded in shot concrete which is in close contact with the tunnel wall surface;
The heat exchanger for tunnels is provided in which the said connection port of the said cooling pipe is located inside the inner surface of the said shotcrete.
また本発明によれば、(A)掘削方向に間隔を隔てて隣接する支保工に複数のタイロッドの両端を固定するタイロッド固定工程と、
(B)冷却管の両端の接続口を吹付けコンクリートの内側に位置決めし、前記冷却管の中間部をトンネル壁面に沿って位置決めし前記タイロッドに固定する冷却管固定工程と、
(C)前記トンネル壁面にコンクリートを吹付けて、吹付けコンクリート内に前記冷却管の前記中間部を埋設するコンクリート吹付け工程と、を有するトンネル用熱交換器の設置方法が提供される。
Further, according to the present invention, (A) tie rod fixing step of fixing both ends of a plurality of tie rods to adjacent supports spaced apart in the digging direction;
(B) A cooling pipe fixing step of positioning connection ports at both ends of the cooling pipe inside of blown concrete, positioning an intermediate part of the cooling pipe along a tunnel wall surface, and fixing it to the tie rod;
(C) A method of installing a heat exchanger for tunnel comprising the steps of: (C) spraying concrete on the tunnel wall surface and embedding the middle portion of the cooling pipe in the blown concrete.
さらに本発明によれば、上記のトンネル用熱交換器と、
前記接続口の一方から冷媒液を供給し他方から前記冷媒液を取り出す冷媒循環装置と、
トンネル内の空気を前記冷媒液で冷却する空気冷却器と、
前記空気冷却器にトンネル内の空気を供給する送風ファンと、を備える、トンネル内冷風発生装置が提供される。
Further in accordance with the present invention, a heat exchanger for tunnels as described above;
A refrigerant circulating device that supplies a refrigerant liquid from one of the connection ports and takes out the refrigerant liquid from the other;
An air cooler for cooling air in a tunnel with the refrigerant liquid;
An in-tunnel cold air generator is provided, comprising: a blower fan for supplying air in the tunnel to the air cooler.
本発明の構成によれば、切羽近傍の空間において、掘削直後のトンネル壁面の凹凸が大きく、かつ支保工がトンネル壁面の内側に突出する場合でも、複数のタイロッドの両端が隣接する支保工に固定され、冷却管の中間部がタイロッドに固定されてトンネル壁面に沿って近接して位置する。
これにより、吹付けコンクリート内に埋設された冷却管の中間部は、掘削直後のトンネル壁面に沿った近接位置となり、冷却管の周囲温度がトンネルを囲む地中温度に近い低温(例えば10〜15℃)となる。
According to the configuration of the present invention, in the space in the vicinity of the face, even if the asperity of the tunnel wall surface immediately after excavation is large and the support projects inward of the tunnel wall, the plural tie rods are fixed to the support with adjacent ends. And the middle part of the cooling pipe is fixed to the tie rod and located close along the tunnel wall.
As a result, the middle portion of the cooling pipe embedded in the shotcrete becomes a close position along the tunnel wall immediately after excavating, and the ambient temperature of the cooling pipe is a low temperature close to the underground temperature surrounding the tunnel (for example 10-15 ° C).
従って、冷媒循環装置により、吹付けコンクリート内に埋設された接続口の一方から冷媒液を供給し他方から冷媒液を取り出すことにより、冷却管により冷媒液を効率よく冷却することができる。 Therefore, the refrigerant liquid can be efficiently cooled by the cooling pipe by supplying the refrigerant liquid from one of the connection ports embedded in the blown concrete and removing the refrigerant liquid from the other by the refrigerant circulation device.
また、本発明によれば、冷却管は、コンクリート吹付け工程の時点でコンクリート内部に埋設されるので、時間的にも距離的にも後工程となるコンクリート覆工時に埋め込む場合と比較して、冷却管を早期に切羽近傍に設置できる。
従って、冷却管と切羽との距離が近い(短い)ため切羽近傍の作業現場までの冷媒液の温度上昇が少なく、空気冷却器により冷風を効率よく発生させることができる。
Further, according to the present invention, since the cooling pipe is embedded inside the concrete at the time of the concrete spraying step, compared with the case of embedding in concrete lining which is a post process in terms of time and distance, The cooling pipe can be installed early near the face.
Therefore, since the distance between the cooling pipe and the face is short (short), the temperature rise of the refrigerant liquid to the work site in the vicinity of the face is small, and the cold air can be efficiently generated by the air cooler.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is common in each figure, and the duplicate description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明によるトンネル内冷風発生装置100の全体構成図である。
この図において、トンネル内冷風発生装置100は、トンネル用熱交換器10、冷媒循環装置50、空気冷却器52、及び送風ファン54を備える。
FIG. 1 is an overall block diagram of a cold
In this figure, the cold
トンネル用熱交換器10は、両端に接続口12a,12bを有し、中間部がトンネル壁面3(後述する)に沿って近接して位置する冷却管12、を備える。接続口12a,12bには、この例でフランジが設けられているが、その他の管継手であってもよい。
The
冷媒循環装置50は、冷却管12の接続口12a,12bの一方(以下、流入口12a)から空気冷却器52を経て冷媒液Lを供給し他方(以下、流出口12b)から冷媒液Lを取り出す。
なお、流入口と流出口は、接続口12a,12bのどちらであってもよい。
The
The inlet and the outlet may be either of the
この図において、トンネル用熱交換器10は、支保工4aを跨いで、掘削方向に隣接する冷却管12の流入口12aと流出口12bを連結する直列連結管16を有する。
直列連結管16は、この例では両端にフランジを有する金属管であるが、フレキシブルホースであってもよい。フレキシブルホースにすることで、支保工4,4aに設置誤差があっても対応ができる。
また、冷却管12の接続は、直列に限定されず、並列接続であってもよい。
In this figure, the
The
Further, the connection of the cooling
冷媒液Lは、好ましくは清水又は不凍液であるが、それ以外の冷媒であってもよい。
冷媒循環装置50は、この例では、冷媒液Lを内部に溜めるタンク50aと、冷媒液Lを加圧して圧送する循環ポンプ50bと、冷媒ライン50cとを有する。
タンク50aと循環ポンプ50bの位置は、この例に限定されず、冷媒液Lの循環経路を形成できるかぎりで、他の位置でもよい。
The refrigerant liquid L is preferably fresh water or an antifreeze liquid, but may be another refrigerant.
In this example, the
The positions of the
冷媒ライン50cは、この例では、冷却管12の流出口12bとタンク50a、タンク50aと循環ポンプ50b、循環ポンプ50bと空気冷却器52、空気冷却器52と冷却管12の流入口12aとをそれぞれ連結する。
冷媒ライン50cは、金属管又はフレキシブルホースであるのがよい。
In this example, the
The
空気冷却器52は、液―ガスの間接熱交換器(例えば、ラジエター)であり、トンネル内の空気Aを冷媒液Lで冷却する。
送風ファン54は、空気冷却器52にトンネル内の空気Aを供給する。
また、空気冷却器52と送風ファン54は、自走可能な車両(例えばトラック)に搭載し、トンネル内を自由に移動できるようにするのがよい。
The
The
In addition, the
上述した構成により、タンク50aの冷媒液Lを循環ポンプ50bで加圧して空気冷却器52に供給し、空気冷却器52において冷媒液Lにより空気Aを冷却し冷風を発生させることができる。
また、空気冷却器52で吸熱により温度上昇した冷媒液Lを流入口12aから冷却管12に供給し、冷却管12において、低温の岩盤と接するコンクリート内部で冷却された冷却管12により冷媒液Lを冷却し、冷却された冷媒液Lを流出口12bからタンク50aに戻すことができる。
With the configuration described above, the refrigerant liquid L in the
In addition, the refrigerant liquid L whose temperature is raised by heat absorption by the
図2は、本発明によるトンネル用熱交換器10を備えたトンネル1の模式的断面図である。
トンネル1は、山岳工法で掘削中のトンネルであり、この図は、支保工4,4aの設置が完了した状態を示している。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a
The
図2において、トンネル1は、地盤2の内部にほぼ水平に設けられた半円形の開口部1aを有する。この例で円弧状の支保工4がトンネル1の内壁(以下、トンネル壁面3)に沿って設置されている。支保工4は、この例では、トンネル頂部1bで連結された図で左右1対の支保工4aからなる。
トンネル壁面3は、掘削直後のトンネル壁面であることが好ましいが、支保工4が露出する限りで、崩落を防止するために薄いコンクリート吹付けを行った直後でもよい。
In FIG. 2, the
The
図2において、コンクリート吹付けによる吹付けコンクリート5の内面5aは支保工4の内面と一致する。すなわち吹付けコンクリート5の最終厚さは、支保工4の高さHと同一であり、支保工4は端面のみが露出した状態で吹付けコンクリート5の内部に埋没することが好ましい。
In FIG. 2, the
なお、本発明はこの例に限定されず、トンネル1及び支保工4の形状は、その他の形状であってもよい。
The present invention is not limited to this example, and the shapes of the
図3は、図2の右半分を示す拡大図である。また、図4は、図3のA−A矢視図、図5は、図4のB−B断面図である。 FIG. 3 is an enlarged view of the right half of FIG. Moreover, FIG. 4 is an AA arrow view of FIG. 3, and FIG. 5 is a BB sectional view of FIG.
図4,図5において、複数の支保工4aは、掘削方向に一定の間隔を隔てかつトンネル壁面3に沿って設置されている。隣接する支保工4aの掘削方向の間隔(芯間距離)は、例えば1m〜1.2mであり、掘削中の地盤2(岩盤)の強度に応じて設定される。
この例で支保工4aは、H型鋼である。H型鋼の高さは、例えば125mm又は150mmであり、掘削中の地盤2(岩盤)の強度に応じて設定される。
In FIG. 4 and FIG. 5, a plurality of
In this example, the
図4において、トンネル用熱交換器10は、冷却管12と複数のタイロッド18とを備える。
複数(この例では3本)のタイロッド18は、隣接する支保工4aに両端が固定され、掘削方向に平行に配置される。「掘削方向に平行」とは、各タイロッド18が掘削方向の軸線に平行であることを意味する。なおこの「平行」は掘削方向に延びる限りで、厳密に平行でなくてもよい。
In FIG. 4, the
A plurality (three in this example) of
図4,図5において、タイロッド18は、好ましくは鉄の棒(例えば、丸鋼を加工したもの、或いは鉄筋コンクリートで使用する異径鉄筋)であり、水平に延びる中間水平部18aと、下向きに折り曲げられた1対の両端折曲部18bとからなる。
この例では支保工4a(H型鋼)の内面に、両端折曲部18bが挿入可能な内径を有するタイロッド挿入管6が溶接等で強固に固定されている。
1対の両端折曲部18bの間隔(すなわち中間水平部18aの長さ)は、隣接する支保工4aの間隔(芯間距離)が設定された間隔(例えば1m〜1.2m)になるように設定されている。
上述した構成により、タイロッド18の両端折曲部18bを隣接する支保工4aに設けられたタイロッド挿入管6に挿入するだけで、隣接する支保工4aを掘削方向に所定の間隔で位置決めすることができる。
In FIG. 4 and FIG. 5, the
In this example, a tie
The distance between the pair of
With the above-described configuration, it is possible to position the
図3,図5において、冷却管12の中間部は、トンネル壁面3に沿って近接して位置しタイロッド18に固定されている。
この例において、冷却管12に固定され、タイロッド18に支持される複数のフック19を有する。フック19は、この例では逆U形に折り曲げられた板材であり、その一部が冷却管12の表面に溶接又は接続金物で固定されている。
上述した構成により、冷却管12に固定されたフック19でタイロッド18の一部を挟むことで、冷却管12をタイロッド18に固定することができる。すなわち図に示すように冷却管12に簡単なフック19を予め取り付けておけば、タイロッド18に引っ掛けるだけで簡単に設置できる。
In FIG. 3 and FIG. 5, the middle part of the cooling
In this example, it has a plurality of
With the configuration described above, the cooling
なお冷却管12のタイロッド18への固定は、上述した例に限定されず、結束線(針金)、結束バンド、ケーブルタイ等で固定してもよい。
In addition, fixation to the
図5に示すように、冷却管12及びタイロッド18は、コンクリート吹付けにおいて、トンネル壁面3に密着する吹付けコンクリート5の内部に埋設される。
上述した構成により、冷却管12及びタイロッド18がコンクリート用の鉄筋として機能するので、吹付けコンクリート5を一層強固にすることができる。
As shown in FIG. 5, the cooling
According to the configuration described above, since the cooling
なお上述した冷却管12の接続口12a,12b(流入口12a及び流出口12b)は、吹付けコンクリート5の内面5aより内側に露出して配置する。
The
図3〜図5において、冷却管12は、1対の管端部13a,13b(以下、流入管部13a及び流出管部13b)と、伝熱管部13cと、を有する。冷却管12は、曲げ加工した単一鋼管、又は鋼管と管継手からなるのがよい。
なお、冷却管12は、鋼管に限定されず、その他の金属管(例えば銅管)、又は塩ビなどの非金属管であってもよい。
In FIGS. 3 to 5, the cooling
The cooling
図5において、1対の管端部13a,13bは、接続口12a,12bをそれぞれ有しトンネル1の内方(開口部1a)まで延びる。
図3において、伝熱管部13cは、両端が流入管部13a及び流出管部13bの外方端に接続され、トンネル壁面3に沿って近接して延びる。
トンネル壁面3は、上述したように掘削直後のトンネル壁面であることが好ましい。
「近接」とは、トンネル壁面3に密着することが好ましいが、支保工4aの高さの内側であり、かつ吹付けコンクリート5の内部であればよい。
またこの図において、冷却管12は、タイロッド18の外側に位置しているが、タイロッド18の内側であってもよい。
In FIG. 5, the pair of tube ends 13 a and 13 b have
In FIG. 3, both ends of the heat
The
“Proximity” is preferably in close contact with the
Further, in this figure, the cooling
図4において、伝熱管部13cは、複数の縦曲管部14aと横連結部14bとを有する。
In FIG. 4, the heat
複数の縦曲管部14aは、トンネル壁面3に沿って近接して上下方向に延びる。縦曲管部14aは、例えば、支保工4aの外周面よりわずかに小さい半径(例えば半径約5m)で曲げられた曲管である。
縦曲管部14aは、この例では、6本であるが、2本以上であればよい。
The plurality of longitudinally
The number of longitudinally
横連結部14bは、隣接する縦曲管部14aの上端部又は下端部を連結する。横連結部14bは、例えば、曲げ加工した単一の金属管、又は金属管と管継手(例えばエルボ)からなる。
横連結部14bは、この例では、5本であるが、1本以上であればよい。
The
In this example, the number of the horizontal connecting
図6は、伝熱管部13cの別の形態を示す図4と同様の図である。
この図において、伝熱管部13cは、複数の横直管部15aと縦連結部15bとを有する。
FIG. 6 is a view similar to FIG. 4 showing another form of the heat
In this figure, the heat
複数の横直管部15aは、トンネル壁面3に沿って近接して水平方向に延びる。横直管部15aは、支保工4aの間隔より短い直管である。
横直管部15aは、この例では、19本であるが、1本以上の奇数であることが好ましい。
縦連結部15bは、隣接する横直管部15aの端部同士(図では右端部又は左端部)を連結する。縦連結部15bは、例えば、曲げ加工した単一の金属管、又は金属管と管継手(例えばエルボ)からなる。
縦連結部15bは、この例では、18本であるが、2本以上の偶数であることが好ましい。また、縦連結部15bは、無し(0本)でもよい。
その他の構成は、図1〜図5と同様である。
The plurality of horizontal
The number of horizontal
The
The number of vertical connecting
The other structure is the same as that of FIGS.
図7は、本発明によるトンネル用熱交換器10の設置方法を含むトンネル掘削工法の全体フロー図である。この例において、トンネル掘削工法は、山岳工法の発破掘削の場合であるが機械掘削であってもよい。
この図において、山岳工法の発破掘削は、削孔、装薬、爆破、ズリ処理、支保工設置、コンクリート吹付け、ロックボルト設置、防水工、コンクリート覆工、等の作業工程を有する。
FIG. 7 is an overall flow diagram of a tunnel excavation method including the installation method of the heat exchanger for
In this figure, the blast method of the mountain method has work steps such as drilling, charging, blasting, scraping, support installation, concrete spraying, lock bolt installation, waterproofing, concrete lining, and the like.
図7において、トンネル用熱交換器10の設置方法は、支保工設置と並行して実施し、タイロッド固定工程S1、冷却管固定工程S2、及びコンクリート吹付け工程S3を有する。
In FIG. 7, the installation method of the
タイロッド固定工程S1では、支保工設置と同時に実施し、掘削方向に間隔を隔てかつトンネル壁面3に沿って設置された隣接する支保工4aに複数のタイロッド18の両端を固定する。
冷却管固定工程S2では、冷却管12の両端の接続口12a,12bを吹付けコンクリート5の内側に位置決めし、冷却管12の中間部をトンネル壁面3に沿って位置決めしタイロッド18に固定する。
タイロッド固定工程S1と冷却管固定工程S2の順序は同時でもよい。
In the tie rod fixing step S1, the both ends of the plurality of
In the cooling pipe fixing
The order of the tie rod fixing step S1 and the cooling pipe fixing step S2 may be simultaneous.
コンクリート吹付け工程S3では、トンネル壁面3にコンクリートを吹付けて、吹付けコンクリート内に冷却管12の中間部を埋設する。コンクリート吹付け工程S3は、吹付けコンクリート内に冷却管12の中間部を埋設する点以外は、従来と同様である。
In the concrete spraying step S3, concrete is sprayed onto the
上述した設置方法により、コンクリート覆工内に埋め込む場合と比較して、トンネル用熱交換器10を切羽近傍に設置できる。
By the above-described installation method, the
次いで、設置されたトンネル用熱交換器10を用いてトンネル内で冷風を発生させるために、冷媒液冷却工程S4と冷風発生工程S5を実施する。
Next, in order to generate cold air in the tunnel using the installed
冷媒液冷却工程S4では、上述した冷媒循環装置50を準備し、接続口12a,12bの一方から冷媒液Lを供給し他方から冷媒液Lを取り出す。
冷風発生工程S5では、上述した空気冷却器52及び送風ファン54を準備し、タンク15aの冷媒液Lを循環ポンプ50bで加圧して空気冷却器52に供給し、空気冷却器52において冷媒液Lにより空気Aを冷却し冷風を発生させる。
In the refrigerant liquid cooling step S4, the refrigerant circulating
In the cold air generation step S5, the
上述した本発明の実施形態によれば、以下の効果が得られる。 According to the embodiment of the present invention described above, the following effects can be obtained.
(1)掘削直後のトンネル壁面3の凹凸が大きく、かつ支保工4aがトンネル壁面3の内側に突出する場合でも、複数のタイロッド18の両端が隣接する支保工4aに固定され、冷却管12の中間部がタイロッド18に固定されてトンネル壁面3に沿って近接して位置する。
これにより、吹付けコンクリート内の冷却管12の中間部は、掘削直後のトンネル壁面3に沿った近接位置となり、冷却管12の周囲温度がトンネル1を囲む地中温度に近い低温(例えば10〜15℃)となる。
(1) Even when the asperity of the
As a result, the middle portion of the cooling
従って、冷媒循環装置50により、吹付けコンクリート内に埋設された接続口12a,12bの一方から冷媒液Lを供給し他方から冷媒液Lを取り出すことにより、冷却管12により冷媒液Lを効率よく冷却することができる。
Therefore, the refrigerant liquid L is efficiently supplied from the cooling
また、本発明によれば、冷却管12は吹付けコンクリート5の内部に埋設されるので、コンクリート覆工内に埋め込む場合と比較して、冷却管12を切羽近傍に設置できる。
従って、冷却管12と切羽との距離が近い(短い)ため切羽近傍の作業現場までの冷媒液Lの温度上昇が少なく、空気冷却器52により冷風を効率よく発生させることができる。
Further, according to the present invention, since the cooling
Therefore, since the distance between the cooling
(2)また、後方で覆工コンクリートを打設するときはセントルと呼ぶ移動式の型枠をトンネル内側に設置し、吹付けコンクリート5と型枠との間に覆工コンクリートを打設する。この周辺で作業する作業員も暑さを感じ冷風を必要とする。本発明では吹付けコンクリート5の中に冷却管12を埋設するので、後方で覆工コンクリートを打設するときにも冷却管12を活用し、冷風を発生させることができる。
(2) Further, when casting lining concrete at the rear, a movable form called a center is installed inside the tunnel, and lining concrete is cast between the
(3)上述した直列連結管16を用いて掘削方向に隣接する冷却管12の流入口12aと流出口12bを直列に連結することにより、冷却管12の伝熱面積を大きくすることができる。同様に並列接続により冷媒液Lの流量を増大することもできる。
またこの構成により、支保工4,4aに穴開けなどの加工が不要となり、従来の支保工4,4aの強度を維持し、かつ設置作業への影響をなくすことができる。
(3) The heat transfer area of the cooling
Further, with this configuration, it is possible to eliminate the need for processing such as drilling the
(4)隣接する支保工4,4aの間に冷却管12とタイロッド18を設置する構成により、吹付けコンクリート5だけの従来構造よりも地盤2の支保強度を高めることができる。
(4) By providing the cooling
なお本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
A 空気、L 冷媒液、1 トンネル、1a 開口部、1b トンネル頂部、
2 地盤(岩盤)、3 トンネル壁面、4,4a 支保工、
5 吹付けコンクリート、5a 内面、6 タイロッド挿入管、
10 トンネル用熱交換器、12 冷却管、12a 接続口(流入口)、
12b 接続口(流出口)、13a 管端部(流入管部)、
13b 管端部(流出管部)、13c 伝熱管部、14a 縦曲管部、
14b 横連結部、15a 横直管部、15b 縦連結部、16 直列連結管、
18 タイロッド、18a 中間水平部、18b 両端折曲部、19 フック、
50 冷媒循環装置、50a タンク、50b 循環ポンプ、50c 冷媒ライン、
52 空気冷却器、54 送風ファン、100 トンネル内冷風発生装置
A air, L refrigerant liquid, 1 tunnel, 1a opening, 1b tunnel top,
2 ground (bedrock), 3 tunnel wall, 4,4a support work,
5 Shotcrete, 5a inner surface, 6 tie rod insertion tube,
10 heat exchanger for tunnel, 12 cooling pipes, 12a connection port (inlet),
12b connection port (outlet), 13a pipe end (inflow pipe),
13b tube end portion (outflow tube portion), 13c heat transfer tube portion, 14a longitudinal curved tube portion,
14b horizontal connection part, 15a horizontal straight pipe part, 15b vertical connection part, 16 serial connection pipe,
18 tie rods, 18a middle horizontal part, 18b bent parts at both ends, 19 hooks,
50 refrigerant circulation system, 50a tank, 50b circulation pump, 50c refrigerant line,
52 air cooler, 54 blower fan, 100 cold air generator in tunnel
Claims (8)
両端に接続口を有し、中間部がトンネル壁面に沿って近接して位置し前記タイロッドに固定された冷却管と、を備え、
前記冷却管は、前記トンネル壁面に密着する吹付けコンクリートの内部に埋設され、
前記冷却管の前記接続口は、前記吹付けコンクリートの内面より内側に位置する、トンネル用熱交換器。 A plurality of tie rods, both ends of which are fixed to adjacent supports spaced in the digging direction and arranged parallel to the digging direction;
And a cooling pipe having connection ports at both ends, and an intermediate part located close along the tunnel wall surface and fixed to the tie rod,
The cooling pipe is embedded in shot concrete which is in close contact with the tunnel wall surface;
The heat exchanger for tunnels, wherein the connection port of the cooling pipe is located inside the inner surface of the shotcrete.
両端が1対の前記管端部の外方端に接続され、前記トンネル壁面に沿って近接して延びる伝熱管部と、を有する、請求項1に記載のトンネル用熱交換器。 The cooling pipe has the connection port and a pair of pipe ends extending inward of the tunnel;
The heat exchanger for tunnel according to claim 1, further comprising: a heat transfer tube portion connected at the both ends to the outer end of the pair of tube ends and extending closely along the tunnel wall surface.
隣接する前記縦曲管部の上端部又は下端部を連結する横連結部と、を有する、請求項2に記載のトンネル用熱交換器。 The heat transfer tube portion includes a plurality of longitudinally curved tube portions extending in the vertical direction in close proximity along the tunnel wall surface;
The heat exchanger for tunnels according to claim 2, further comprising: a horizontal connection portion connecting the upper end portion or the lower end portion of the longitudinally curved tube portion adjacent to each other.
隣接する前記横直管部の端部同士を連結する縦連結部と、を有する、請求項2に記載のトンネル用熱交換器。 The heat transfer tube portion includes a plurality of horizontal straight tube portions extending horizontally and closely along the tunnel wall surface;
The tunnel heat exchanger according to claim 2, further comprising: a longitudinal connection portion connecting end portions of the adjacent horizontal straight pipe portions.
前記接続口の一方から冷媒液を供給し他方から前記冷媒液を取り出す冷媒循環装置と、
トンネル内の空気を前記冷媒液で冷却する空気冷却器と、
前記空気冷却器にトンネル内の空気を供給する送風ファンと、を備える、トンネル内冷風発生装置。 The heat exchanger for tunnels according to claim 1;
A refrigerant circulating device that supplies a refrigerant liquid from one of the connection ports and takes out the refrigerant liquid from the other;
An air cooler for cooling air in a tunnel with the refrigerant liquid;
And a blower fan for supplying air in the tunnel to the air cooler.
(B)冷却管の両端の接続口を吹付けコンクリートの内側に位置決めし、前記冷却管の中間部をトンネル壁面に沿って位置決めし前記タイロッドに固定する冷却管固定工程と、
(C)前記トンネル壁面にコンクリートを吹付けて、吹付けコンクリート内に前記冷却管の前記中間部を埋設するコンクリート吹付け工程と、を有するトンネル用熱交換器の設置方法。 (A) tie rod fixing step of fixing both ends of a plurality of tie rods to adjacent supports spaced apart in the digging direction;
(B) A cooling pipe fixing step of positioning connection ports at both ends of the cooling pipe inside of blown concrete, positioning an intermediate part of the cooling pipe along a tunnel wall surface, and fixing it to the tie rod;
(C) A concrete heat-exchanger installation method comprising the steps of: blowing concrete on the wall of the tunnel and embedding the middle portion of the cooling pipe in the blown concrete;
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