JP3796161B2 - 融雪設備 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積雪地域（凍結地域も含む）のトンネル出入口付近の路面の融雪設備に関し、特に山岳地域のトンネルの出入口付近に有用な融雪設備に関する。なお、この明細書において、「融雪」とは「凍結防止」を含み、「融雪設備」とは「凍結防止設備」も含む広い概念で用いる。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
現在、我が国では、欧米に勝るとも劣らない車社会が開花している。これに伴って、道路網も全国に隈なく展開されており、もはや山岳地域とて例外ではない。
ところで、山岳地域の道路では冬季になると積雪するところが多く、しかもこれら冬季の山岳地域のトンネル部分では、該トンネル内とトンネル外での路面の状態が極端に変化することから、トンネル出入口付近での自動車事故が多発しているのが現状である。具体的には、トンネル内では路面上に積雪は殆どなく、一方トンネルの外方の路面上では積雪があり、ドライバーにとって、このように路面状況が急変する箇所では、車のコントロールが難しく、しばしば自動車事故が発生する。
【０００３】
このような状況に鑑み、トンネルの出入口に融雪設備を設けることに関していくつかの提案（発明）が既になされている。
例えば、特開平８−５３８０７号には、トンネル内に複数の地熱吸収用パイプをトンネル壁面から該壁面に直交する方向へ深く延設（埋設）するとともに、トンネル出入口の路面下に融雪用のパイプを埋設して、前記地熱吸収用パイプ群で加温された熱伝達媒体（不凍液等）を、トンネル出入口の路面下に融雪用のパイプに供給するとともに、ここで放熱した熱伝達媒体を再び前記地熱吸収用パイプに還流して再加温するよう構成した融雪設備が記載されている。
【０００４】
しかし、かかる融雪設備の場合には、上記トンネル壁面から内部側へ深く地熱吸収用のパイプを多数埋設しなければならないことから、設備が大がかりとなり、初期投資額が大きくなり、また、前記不凍液等の熱伝達媒体が漏洩することから、定期的に該熱伝達媒体を追加供給しなければならず、現実的には、交通量の少ない山岳道路のトンネルに採用することができない。
【０００５】
本発明は、このような現況に鑑みておこなわれたもので、初期投資額およびランニングコストが低く、且つ環境にも優しい融雪設備を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、以下のような構成からなる融雪設備によって解決することができる。即ち、
本第１の発明にかかる融雪設備は、路面下にパイプを埋設して該路面上に積もった雪を溶かす融雪設備において、
トンネル内に配置されている舗装板（路盤とも呼ばれる）とその下の岩盤の間に通水可能な空間からなる路体が、トンネル内の路面に沿って、該トンネル出口あるいは入口に向かって下がるように傾斜して形成されるとともに、
上記路体の上流部位から該路体内へ水を導いて該路体内をトンネル出口あるいは入口に向かって自然流下させつつ加温し、この加温した水を、近傍の、前記路面下に埋設したパイプに導いて、路面上の雪を融雪するよう構成したことを特徴とする。
【０００７】
しかして、本発明にかかる融雪設備によれば、得られる湧水、または、該湧水が不足する場合には非湧水（例えば、近傍の河川等からの水、雨水、融雪した水）を、舗装板下方の路体内に導いて、厳寒期においても温度が１０℃〜１５℃程度の高い温度を有する岩盤で加温した水を、路面下に埋設したパイプに供給すれば、路面上の積雪しようとする雪を有効に融雪することが可能となる。かかる場合、掘削時に露呈する岩盤と、その上に形成される砕石を敷きつめた路体と、該路体上に形成され、表面が路面となる舗装板とを利用して、この舗装板と岩盤で挟まれた路体内に湧水あるいは河川の水等を導いて加温する。この加温は、無限とも言える岩盤の地熱を利用しておこなわれるため、前記路体内の水を加温することによって、実質上加温能力が時間と共に低減するものではない。また、路体は、通常の道路において必須の構成であり、しかも大きな容積を具備し、且つ、砕石が充填されているため流体抵抗が生じて、水がゆっくりした速度で流下することから、加温するための空間として、極めて有効に作用する。
従って、このように構成された融雪設備は、外気温にあまり影響されることなく、常に一定の融雪能力を奏し、しかも初期投資額およびランニングコストが極めて低い、有用な融雪設備となる。また、融雪用の熱媒体としては、湧水あるいは河川の清水、雨水等を利用するため、仮に、路面下に配設されている配管等から清水が漏洩しても何等環境を汚染することもない。
【０００８】
そして、前記舗装板がトンネル内に配置されている舗装板であると、有効な融雪設備となる。
【０００９】
また、前記融雪設備において、前記路体へ導かれる水の少なくとも一部が、非湧水であってもよく、かかる場合には、トンネル内等の湧水の量が不足する場合にも、稼働可能な融雪設備を実現できる。
【００１０】
また、前記融雪設備において、前記路体が、トンネル内の路面に沿って、該トンネル出口あるいは入口に向かって下がるように傾斜して形成されており、前記供給される水が該傾斜して形成されている路体の上流部位から供給され、該路体内をトンネル出口あるいは入口に向かって自然流下するよう構成されていると、水を自然流下する際に徐々に加温しつつ必要なトンネル外の路面下に埋設されているパイプに供給することができる点で好ましい実施形態となる。また、路体に水を通過させるための動力は不要な構成となる。
【００１１】
また、前記融雪設備において、前記トンネル内の路面に沿って傾斜して形成されている路体の途中に、補助加熱装置として、少なくとも一つの貯水槽が形成されていると、岩盤によって加温される延べ時間を増加させることができ、融雪に必要な温度に合致するよう加温することが可能となる。前記貯水槽は、路体の下方あるいは側方であってよい。
【００１２】
また、前記融雪設備において、前記トンネル外の路面下に埋設されたパイプを通過し終えた水を、前記トンネル内の路体に再び導いて加温し、再び融雪に使用するよう構成すると、湧水が少なく非湧水を利用する形態の融雪設備であっても、設備全体の熱効率を高めることができる。つまり、湧水に比べて比較的温度の低い非湧水は、一度路体内で加温されてから、その後融雪設備内で循環的に使用されることから、時間的に長い目で捉えると、設備全体の熱効率は湧水を使用する場合に比べてほぼ同じとなる。この結果、厳寒期にも有効に機能させる融雪設備を実現できる。また、融雪の結果生じた水自身も使用できることから、湧水あるいは河川の流水等の少ない地域のトンネルに有用な融雪設備となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかる融雪設備について、山岳トンネルに適用した場合について、より具体的に且つ詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施形態にかかる融雪設備の概略の構成をモデル化して示した図である。
【００１５】
図１，図３において、１はトンネル、２（２Ａ，２Ｂ）は路面で、３（３Ａ，３Ｂ）は路面２を表面とする舗装板である。一般に、トンネル１内の路面２Ａは、図１に図示するように、一方の坑口１Ａから他方の坑口１Ｂに向けて下方に傾斜した「片勾配」のもの（図１の傾斜角α参照）、あるいは図３に図示するように、トンネルの中間部（例えば、中央部）から両側に下方に傾斜した所謂「両勾配」のものがある。
（実施形態１）
そして、図２に図示するように、トンネル１外の路面２Ｂは、舗装板３Ｂの表面に形成されており、この舗装板３Ｂ内には、パイプ２１が平面視においてジグザグ状に配置され、該パイプ２１内を通過する加温された水によって、路面２Ｂに積雪しようとする雪を融雪しあるいは凍結を防止するよう構成されている。前記パイプ２１の配置状態は、ジグザグ状に限定されるものでなく、平面視において格子状であっても、あるいはアトランダムに密度高く配置されていてもよい。
【００１６】
また、前記トンネル１外側の路面２Ｂに連続して、トンネル１内には路面２Ａが形成され、この路面２Ａは舗装板３Ａの表面によって形成されている。
また、この舗装板３Ａは、一般にコンクリートによって形成され、この舗装板３Ａの下方には、砕石４ａが層状に突き固められることによって形成されている路体４が設けられている。この路体４が、前記舗装板３Ａを下方から支持している。なお、この路体４の両側面は、下記の岩盤５によって囲まれている。
さらに、この路体４の下方には、トンネル１掘削時に上方に露呈した岩盤５が位置し、この岩盤５上に、前記路体４が下方から支持されている。
そして、前記路体４は、トンネル１の坑口１Ａ，坑口１Ｂの位置で、トンネル１の幅方向（道路の幅方向）に延設されるコンクリート等で構成される仕切壁（インバートコンクリート）６で、仕切られている。この坑口１Ｂ側の仕切壁６の上部には、前記パイプ２１の始端２１ａが路体４に向けて開口し、前記坑口１Ａ側の仕切壁６の上部には、前記パイプ２１の終端２１ｅが路体４に向けて開口している。この仕切壁６は、下記のトンネル１上方からの湧水および岩盤５側からの湧水を路体４内に所定の水位を有して堰止める機能を有する。
また、図１に図示するように、前記坑口１Ｂ側のトンネル１外方の舗装板３Ｂに埋設されているパイプ２１の終端２１ｅはポンプＰに接続され、このポンプＰによって、パイプ２２を介して、前記坑口１Ａ側のトンネル１外方の舗装板３Ｂに埋設されているパイプ２１の始端２１ａに接続されている。この際、実際には、前記パイプ２１の終端２１ｅとポンプＰとの間に、図示しない貯水のための空間（タンク）を形成して、パイプ２２側へ圧送するよう構成している。このパイプ２２は、図ではトンネル１外に配置されているが、実際には路体４内を通過するよう配置されるのが望ましい。
また、トンネル１の上方を覆う外壁７の下端には、前記路体４につながる図示しない開口（隙間）が形成され、トンネル１の外壁７に沿ってトンネル１上方の地盤から流下する湧水を路体４内に導くよう構成されている。
【００１７】
しかして、このように構成された融雪設備によれば、トンネル１上方あるいは側方等の地盤から又は岩盤５側からの湧水が、前記開口（隙間）から路体４内に導かれるとともに、該湧水は、路体４内を路面２Ａの傾斜に沿って、坑口１Ａ側から坑口１Ｂ側に向かって、重力により自然流下する。この湧水の自然流下は、前記路体４内の砕石４ａによる流体抵抗によって、ゆっくりした速度で流下する。そして、この自然流下の際、路体４内を流れる湧水は、下方の岩盤５からの地熱によって徐々に加温される。そして、本発明にかかる融雪設備は、路体４そのものに形成された空間（隙間）内を湧水が自然流下するよう構成されているため、また、路体４そのものが砕石４ａによって構成されて流体抵抗が大きいためにゆっくりと流れ、岩盤５からの熱量を十分吸収し、大きな熱エネルギーが湧水に与えられる。このため、厳寒期であっても、湧水が十分な場合には、東北以南の地域では、十分融雪することが可能となる。本発明者の実際のトンネルを使用した実験によると、日本国の中国地方の山間部のトンネルを使用しておこなった計測データからの検証では、外気温度が−４℃のときに、路体４の長さ７００ｍを３０分かかって湧水を自然流下させたところ、約５．７℃の水が約７．５℃に加温された。
そして、このように路体４で加温された水は、まず、坑口１Ｂ側のトンネル１外方の舗装板３Ｂに埋設されているパイプ２１に供給されて、該舗装板３Ｂを加温して、路面２Ｂ上に積雪しようとする雪を融雪する。次に、このパイプ２１の終端２１ｅから、坑口１Ａ側のトンネル１外方の舗装板３Ｂに埋設されているパイプ２１の始端２１ａへ、パイプ２２を介して、ポンプＰで供給され、坑口１Ａ側のトンネル１外方の舗装板３Ｂを加温して、同様に融雪する。この際、実際には、前記パイプ２１の終端とポンプＰとの間に、図示しない貯水のための空間を形成して、パイプ２２側へ圧送するよう構成している。
そして、坑口１Ａ側のトンネル１外方の舗装板３Ｂを加温した水は、パイプ２１の終端から、再びトンネル１内の坑口１Ａから路体４内に供給され、再び路体４内で下方の岩盤５からの地熱によって加温されるという、一連の繰り返しをおこなって、トンネル１の坑口１Ａおよび坑口１Ｂの外側の路面２Ｂに積雪しようとする雪を融雪する。
（実施形態２）
次に、トンネル１の中間部（この実施形態では中央部位）が最も高い、所謂「両勾配」のトンネルに実施した場合について、図３を用いて、説明する。
基本的には、前記実施形態１の場合と同じであるが、かかる場合には、路体４内に集められた湧水は、該路体４内をトンネル１の最も高い中央部位１Ｍから、両側の坑口１Ａ，１Ｂ側へ該路体４内を自然流下し、この際、前記実施形態１の場合と同様にゆっくりした速度で流下し、下方の岩盤５によって加温される。
そして、加温された水は、それぞれ、トンネル１の路体４から、パイプ２１に供給されて、トンネル１の坑口１Ａおよび坑口１Ｂの外側の路面２Ｂに積雪しようとする雪を融雪する。
かかる場合、融雪に寄与した水は、実施形態１の場合と同様に、図示しない貯水のための空間（タンク）に溜められて、ポンプＰとパイプ２２を介して、トンネル１の中央部位１Ｍに戻して再利用してもよいが、湧水が豊富なトンネルの場合、あるいは湧水が豊富な時期においては、前記路面２Ｂの融雪を終えた湧水は、路肩の側溝等に廃棄してもよい。なお、図１と同じあるいは対応する、図３に示す実施形態の構成については、同じ参照番号を付す。
（実施形態３）
前記実施形態１および２において、湧水だけでは融雪するのに利用する水が不足する場合には、図４に図示するように、トンネル１近傍の河川Ｒからの流水をポンプＰ２で汲み上げて、路体４内に供給するよう構成しても好ましい実施形態となる。なお、その他の基本的な構成は図１と同じであり、この図１と同じあるいは対応する構成については、同じ参照番号を付す。また、この実施形態の場合にも、パイプ２１の終端２１ｅとポンプＰの間に、図示しない貯水のための空間（タンク）にパイプ２１側から排出された水を溜められて、ポンプＰでパイプ２２を介して、坑口１Ａ側のパイプ２１の始端２１ａ側へ送るよう構成されている。
また、この実施形態の場合、前記河川の流水に代えて、道路側溝等から集めた雨水、あるいは融雪して得られた水等の非湧水を総合して使用することも、あるいは選択的に使用するよう構成してもよい。
（実施形態４）
また、路体４内で加えられる熱エネルギーが融雪に要するエネルギーに比べて不足する場合、例えば、前記実施形態３のように、湧水が少ないために温度の低い河川の流水を利用するような場合、あるいはトンネル１内の路面２Ａ（路体４）の傾斜が大きく、自然流下する速度が大きい場合、あるいはトンネル１自体の全長が短く路体４の長さが短い場合には、図５に図示するように、路体４の自然流下する途中で仕切壁９を設けて仕切り、この仕切壁９に隣接して岩盤５を下方に掘削することによって貯水槽１０を形成して、該貯水槽１０内で水を時間的に余分に滞留させて、加温させるよう構成することも望ましい構成となる。なお、図５において、１９は上流側の路体４から貯水槽１０に水を供給するためのパイプ、２０は下流側の前記仕切壁９に形成された通水穴である。
このような、仕切壁９と貯水槽１０は、必要に応じて適宜数だけ形成すればよい。
また、上記貯水槽１０は、路体４の下方でなく、路体４の側方に隣接して、あるいは路体４から離間して、設けてもよい。
【００１８】
前記いずれの実施形態にかかる融雪設備の場合にも、基本的に従来のトンネルに必須の構成である、舗装板３および岩盤５と、該舗装板３と岩盤５の間に設けられていた路体４とを利用して、該路体４内（路体４の空間内）に湧水あるいは河川等の水を通過させることによって、下方の岩盤５からの地熱によって加温するよう構成しているため、初期投資の少ない且つランニングコストが極めて低い融雪設備を実現できることになる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、トンネル特有の構造を極めて有効に利用することによって、しかも大きな接触面積を岩盤との間で形成することによって、効果的に岩盤からの地熱を吸収して、湧水あるいは近傍の河川の流水を加温して、融雪することができる。従って、初期投資額が小さく且つランニングコストを低くすることができ、しかも構成的に極めてシンプルであるため、メンテナンス性の高い融雪設備を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態（実施形態１）にかかる融雪設備の概略の構成をモデル化して示した図である。
【図２】 図１に示すトンネルの一方の坑口近傍の構成を示す斜視図である。
【図３】 図１に示すトンネルとは異なる形態のトンネルにおける融雪設備の概略の構成をモデル化して示す図である。
【図４】 湧水が不足する場合にトンネル近傍の河川から水を汲み上げて加温する融雪設備の概略の構成をモデル化して示す図である。
【図５】 路体の途中に補助加熱装置として設けられた貯水槽の概略の構成を示す部分斜視図である。
【符号の説明】
１……トンネル
２Ｂ……トンネル外の路面
３……舗装板
４……路体
５……岩盤
２１……パイプ（トンネル外の路面下に埋設したパイプ）

Claims (4)

1. 路面下にパイプを埋設して該路面上に積もった雪を溶かす融雪設備において、
   トンネル内に配置されている舗装板とその下の岩盤の間に通水可能な空間からなる路体が、トンネル内の路面に沿って、該トンネル出口あるいは入口に向かって下がるように傾斜して形成されるとともに、
   上記路体の上流部位から該路体内へ水を導いて該路体内をトンネル出口あるいは入口に向かって自然流下させつつ加温し、この加温した水を、近傍の、前記路面下に埋設したパイプに導いて、路面上の雪を融雪するよう構成したことを特徴とする融雪設備。
2. 前記路体へ導かれる水の少なくとも一部が、非湧水であることを特徴とする請求項１記載の融雪設備。
3. 前記トンネル内の路面に沿って傾斜して形成されている路体の途中に、補助加熱装置として、少なくとも一つの貯水槽が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の融雪設備。
4. 前記トンネル外の路面下に埋設されたパイプを通過し終えた水を、前記トンネル内の路体に再び導いて加温し、再び融雪に使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の項に記載の融雪設備。

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