JP4080783B2

JP4080783B2 - トンネル換気システム及びトンネル換気方法

Info

Publication number: JP4080783B2
Application number: JP2002122964A
Authority: JP
Inventors: 謙二山田; 好男反り目; 昇剱持
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: JP2003314200A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、施工中のトンネル内の換気を行うトンネル換気システム及びトンネル換気方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
山岳トンネルなどの掘削工事を行う際には、掘削作業に伴い大量の粉塵が生ずる。このような粉塵がトンネル内に残存していると、作業者の健康を害するおそれがあるため、粉塵をトンネルの外部に排出するトンネル換気装置が用いられる。このようなトンネル換気装置としては、一般に、いわゆる送気式の換気装置と排気式の換気装置がある。
【０００３】
従来、送気式の換気装置を用いてトンネル内の換気を行う手法として、例えば、特開平１０−２５２４００号公報に記載されるように、トンネルの坑口から切羽に向けて風管を配設し、この風管を介して外部の空気をトンネル内に強制導入する一方、切羽で発生する粉塵等をトンネル内に設置した集塵機により捕集して、トンネル内の換気を行うものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような手法によるトンネル換気では、切羽近傍の換気が十分に行えない場合がある。すなわち、発破などによりトンネル掘削を行う場合、掘削の際の飛び石、爆風などにより、風管の破損及び集塵機の損傷、計器故障などのおそれがあるため、風管及び集塵機を切羽に近づけることが困難である。このため、風管及び集塵機を切羽からある程度離して配置せざるを得ず、切羽近傍への新鮮な空気の送り込み及び切羽近傍における集塵を行うことができず、切羽近傍の換気が不十分となる。
【０００５】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、トンネルを発破などにより掘削する場合でも切羽における換気が容易かつ十分に行えるトンネル換気システム及びトンネル換気方法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】
すなわち、本発明に係るトンネル換気システムは、施工中のトンネルの切羽に向けて風管を通じて空気を送り込み、トンネル内に配置した集塵機により集塵してトンネル内の換気を行うトンネル換気システムであって、風管の先端部が切羽に対して進退自在とされ、切羽と集塵機の間でトンネルの断面方向に沿って開閉自在に設けられ閉じられることによりトンネル断面を仕切って集塵機及び風管を防護する防爆シートを有する防護手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また本発明に係るトンネル換気方法は、施工中のトンネルの切羽に向けて風管を通じて空気を送り込み、トンネル内に配置した集塵機により集塵してトンネル内の換気を行うトンネル換気方法であって、風管の先端部を切羽に対して進退自在とし、切羽と集塵機の間でトンネルの断面方向に沿って開閉自在に設けられ閉じられることによりトンネル断面を仕切って集塵機及び風管を防護する防爆シートを有する防護手段を設置し、切羽を掘削する前に、風管の先端部を防護手段の後方まで後退させるとともに、防護手段を閉じて集塵機及び風管を防護し、切羽の掘削後に、防護手段を開き、風管の先端部を前進させ切羽に近づけて空気を送り込むとともに、集塵機の作動により掘削により生じた粉塵を捕集することを特徴とする。この本発明に係るトンネル換気方法は、望ましくは、切羽の掘削作業を発破により行う場合に適用される。または、切羽の掘削作業を機械掘削により行う場合に適用される。
また本発明に係るトンネル換気システム及びトンネル換気方法において、防護手段として防爆シートの上方に設置される防護板を有し、その防護板として剛性を有する網板が用いられることが好ましい。
【０００８】
これらの発明によれば、発破などによってトンネル掘削をする場合でも、防護手段により集塵機及び風管を防護することによって、集塵機及び風管を切羽の近くに配置できる。このため、切羽近くに新鮮な空気を送り込み、切羽近くの粉塵を捕集して、切羽における換気が十分に行える。
【０００９】
また、集塵機が防護手段により防護されるので、掘削時に集塵機を退避移動させる必要がない。従って、切羽近くの集塵作業に手間がかからず、換気が容易に行える。また、本来、集塵機が持つ集塵能力を最大限に発揮して十分な換気が容易に行える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は本実施形態に係るトンネル換気システムの概要図である。同図に示すように、本実施形態に係るトンネル換気システム１は、施工中のトンネル２の切羽２ａに向けて風管３を通じて空気を送り込み、トンネル２内に配置した集塵機４により集塵してトンネル２内の換気を行うものであり、いわゆる送気式の換気システムである。
【００１２】
風管３は、トンネル２の切羽２ａに空気を供給するものであり、トンネル２の内壁に沿って設置されている。風管３としては、望ましくはシート材を円筒形に形成したものが用いられ、例えばビニール風管が用いられる。この場合、風管３が軽量なものとなり、その支持部材を簡易なものとすることができる。
【００１３】
風管３は、トンネル２の天井部分に設置されるメッセンジャーワイヤ２１を介して取り付けられている。風管３の後端部は、トンネル２の外部まで延在しており、図示しない送気ファンが取り付けられている。この送気ファンの作動により、トンネル外部の新鮮な空気が風管３に導入され、風管３を通じて切羽２ａに送られる。送気ファンは、大型なものを用いることが望ましく、例えばファン風量１７００ｍ³／分程度のものが用いられる。この場合、風管３の先端部３ａからの送気量は、風管３の内部等で発生する摩擦損失を考慮すると、例えば１４００ｍ³／分程度となる。
【００１４】
風管３の先端部３ａは、切羽２ａに対して進退自在となっている。すなわち、空気の吹出し口を有する先端部３ａが切羽２ａに対して接近又は離間するように移動可能となっている。
【００１５】
集塵機４は、トンネル２内の粉塵Ｄを捕集する集塵手段であり、粉塵Ｄを含む汚染空気を吸引部４ａから吸引し、汚染空気に混在する粉塵Ｄを捕集し、排出口４ｂから清浄された空気を排出する。この集塵機４としては、大容量タイプを用いることが望ましく、例えば集塵量１８００ｍ³／分程度のものが用いられる。この場合、後方への送気量は、内部等で発生する摩擦損失を考慮すると、例えば１５００ｍ³／分程度となる。そして、集塵機４としては、例えば車両に搭載されたものが用いられる。これにより、切羽２ａの進行に合わせて、集塵機４が容易に移動可能となる。
【００１６】
また、集塵機４としては、耐振機能を有するものが用いられる。例えば、内蔵される制御盤を耐振ゴムなどを介して取り付けたものが用いられる。これにより、発破などで集塵機４が振動しても、集塵機４の内蔵機器の振動が抑制され、集塵機４が容易に故障することを防止できる。
【００１７】
集塵機４のトンネル２坑口側には、変電台車５が配置されている。変電台車５は、集塵機４などに電力を供給するためのものである。変電台車５を集塵機４のトンネル２坑口側に配置することによって、集塵機４をより切羽２ａに近い位置に配置することが可能となり、集塵時において集塵機４の吸込口側に重機や変電台車５が配置されないため、より集塵効率を高めることができる。
【００１８】
切羽２ａと集塵機４の間には、防護手段として機能する防爆シート６及び防護板７が設けられている。これらの防爆シート６及び防護板７は、トンネル２の断面方向に沿って設けられ、開閉自在となっている。防爆シート６及び防護板７の詳細について、後述する。
【００１９】
図２に風管３の先端部３ａの説明図を示す。
【００２０】
図２に示すように、風管３の先端部３ａは、トンネル２の天井部にメッセンジャーワイヤ２１を介して取り付けられ、切羽２ａに対して進退自在となっている。例えば、メッセンジャーワイヤ２１に金具２２を介してレール２３が設置される。そのレール２３には、遠隔操作によりレール２３に沿って走行する駆動車２４が取り付けられている。また、レール２３には、駆動車２４に牽引されて移動する複数のトロッコ２５が取り付けられている。各トロッコ２５は、風管３の先端部３ａに対し、所定間隔で取り付けられている。
【００２１】
駆動車２４がレール２３に沿って移動すると、その移動に伴ってトロッコ２５が移動し、風管３の先端部３ａも移動する。これにより、風管３の先端部３ａが伸縮する。
【００２２】
また、このようにメッセンジャーワイヤ２１に金具２２を介してレール２３を設置し、そのレール２３に沿って風管３の先端部３ａを移動可能とすることにより、風管３を高い位置に配設することができる。さらに簡易な構造であるため、トンネル２の径が小さい場合にも適用することができ、風管３が作業車両の走行などの邪魔にならず、トンネル掘削工事が円滑に行える。
【００２３】
レール２３の下部には、ラック２３ａが形成されている。ラック２３ａは、多数の凹凸により構成され、レール２３の長さ方向に沿って設けられている。駆動車２４には、ラック２３ａに噛み合うピニオン２４ａが設けられている。ピニオン２４ａは、駆動車２４の駆動力伝達機構の一部として機能するものであり、駆動車２４に設置されるモータ２４ｂの駆動により回転し、駆動車２４を走行させる。
【００２４】
このように、ピニオン２４ａをラック２３ａに噛み合わせて駆動車２４を走行させ風管３の先端部３ａの移動を行うことにより、駆動車２４がレール２３に対して滑ることがないため、風管３の先端部３ａを確実に移動させることができる。また、トンネル２に勾配がある場合に、風管３の先端部３ａがその自重などで移動してしまう不具合を防止できる。特に、トンネル２の勾配が大きいときに有効である。
【００２５】
レール２３は、複数のレール部材２３ｂを連結して構成されている。レール部材２３ｂ、２３ｂの連結部分には連結具２３ｃが配置され、レール部材２３ｂ、２３ｂの端部を結合している。
【００２６】
図３、図４に防爆シート６及び防護板７の説明図を示す。
【００２７】
図３は防爆シート６及び防護板７を閉じたときの状態を示しており、図４は防爆シート６及び防護板７を開いたときの状態を示している。図３に示すように、防爆シート６は、トンネル２断面の下部の防護を行うものであり、トンネル２の断面方向に沿って設けられ、開閉自在となっている。例えば、トンネル２の横断方向にワイヤ６１が張設され、そのワイヤ６１に複数のランナ６２が移動自在に取り付けられ、そのランナ６２に防爆シート６の上端が取り付けられている。これにより、防爆シート６は、カーテンのように、トンネル２の横断方向に沿って開閉することができる。
【００２８】
掘削ずりの搬出、支保工の建込み、コンクリートの吹き付け、ロックボルト打設などの作業の際には、図４のように、防爆シート６を開くことにより、作業機械の移動が可能となるとともに、空気のトンネル２内の流通が可能となる。一方、発破掘削の際には、図３のように、防爆シート６を閉じることにより、発破による飛び石、爆風などから集塵機４を防護することができる。
【００２９】
防護板７は、トンネル２断面の上部の防護を行うものであり、防爆シート６の上方に設置され、開閉自在となっている。例えば、防護板７は、トンネル２の天井部から二本のワイヤ７１、７１により吊り下げられて構成される。防護板７の端部などにロープ７２を接続しそのロープ７２を引っ張ることにより、防護板７を回転させて、防護板７を開くことができる。
【００３０】
その際、ワイヤ７１、７１は、天井取付位置ｐ１が防護板７の接続位置ｐ２より内側（トンネル２の中央部分寄り）に来るように設けることが望ましい。このようにすることによって、防護板７を回転し易くすることができ、防護板７を容易に開くことができる。
【００３１】
また、防護板７としては、エキスパンドメタルなどの剛性を有する網板を用いることが望ましい。この場合、飛び石が衝突しても容易に変形することが防止される。さらに、爆風を通過させるので防護板７が発破時に爆風で吹き飛んでしまうなどの不具合を防止できる。
【００３２】
なお、図３では、防護板７の形状が長方形となっているが、トンネル２の断面形状に合わせて、円弧状、半円状などにしてもよい。
【００３３】
この防護板７は、掘削ずりの搬出、支保工の建込み、コンクリートの吹き付け、ロックボルト打設などの作業の際には開かれ、風管３を切羽側へ移動することが可能となる。一方、発破掘削の際には、防護板７が閉じられ、発破による飛び石などから風管３を防護することができる。
【００３４】
次に、トンネル掘削における本実施形態に係るトンネル換気システムの動作及びトンネル換気方法について説明する。
【００３５】
まず、図１に示すように、トンネル２内に風管３を設置し、集塵機４を配置する。風管３は、先端部３ａを切羽２ａ側へ前進させたときにその最先端部が切羽２ａから３０ｍ程度の位置に来るように設置する。集塵機４は、切羽２ａから４０ｍ程度の位置に配置する。そして、防爆シート６及び防護板７を集塵機４の切羽２ａ側に設置する。
【００３６】
そして、トンネル２の切羽２ａを発破により掘削する際には、風管３の先端部３ａを防護板７の後方位置まで後退させ退避させる。このとき、風管３の移動は、上述した遠隔操作により行えるため、容易である。
【００３７】
そして、図３に示すように、防爆シート６及び防護板７を閉じる。このとき、集塵機４を退避移動させる必要がないため、発破掘削の準備が迅速かつ容易に行える。
【００３８】
そして、切羽２ａを発破により掘削する。その際、飛び石が飛散し爆風が発生する。しかし、防爆シート６により集塵機４が防護されるため、集塵機４の損傷、故障などを防止できる。また、風管３は防護板７により防護されるため、飛び石の衝突などによる破損を防止できる。
【００３９】
図１に示すように、発破により切羽２ａに粉塵Ｄが発生する。発破後、すぐに防爆シート６及び防護板７を開き、風管３の先端部３ａを切羽２ａ側へ前進させる。そして、風管３の先端部３ａから新鮮な空気を切羽２ａに向けて噴出するとともに、集塵機４により粉塵Ｄを含む汚染空気を吸引し集塵する。
【００４０】
このとき、風管３の先端部３ａ及び集塵機４が切羽２ａから３０〜４０ｍ程度という近距離に位置するため、切羽２ａの空気清浄が効果的に行われ、十分な換気が可能となる。
【００４１】
そして、トンネル２内では、空気清浄された環境の中で、掘削ずりの搬出、支保工の建込み、コンクリートの吹き付け、ロックボルト打設などの作業が順次行われる。
【００４２】
そして、トンネル２の掘削がある程度進んだときには、風管３の先端部３ａ、集塵機４、防爆シート６及び防護板７の切羽２ａ側への移動作業が行われる。この移動作業は、風管３による新鮮空気噴出位置及び集塵機４による汚染空気吸引位置を切羽２ａから一定の距離に維持して切羽２ａの換気効果を維持するために、行われるものである。
【００４３】
集塵機４の移動は、集塵機４を搭載する車両を移動させて行えばよい。一方、風管３の先端部３ａの移動は、レール２３を切羽２ａ側へ移動させることにより行われる。例えば、トンネル２坑口側に位置する最後部のレール材２３ａを取り外し、切羽２ａ側へ持って行き切羽側の最前部のレール材２３ｂの前方側に連結する。これにより、風管３の先端部３ａの可動範囲が切羽２ａ側へ移動する。このとき、レール２３全体を切羽２ａ側へ移動する必要がなく、レール材２３ｂの一部を移動させればよいため、移動作業が容易に行える。また、レール材２３ｂは、軽量であり人力により搬送でき、移動作業が容易に行える。従って、短時間でレール２３の移動が行える。
【００４４】
防爆シート６及び防護板７の移動は、人力により行われる。このとき、防護手段として機能する防爆シート６及び防護板７が簡易な構造であるので、その移動作業も容易である。
【００４５】
そして、各移動作業が完了したら、発破準備、発破掘削、トンネル換気及び掘削ずりの搬出などの作業が順次繰り返し行われる。
【００４６】
以上のように、本実施形態に係るトンネル換気システム及びトンネル換気方法によれば、発破によるトンネル掘削をする場合でも、防護手段である防爆シート６及び防護板７により集塵機４及び風管３を防護することによって、集塵機４及び風管３を切羽の近くに配置できる。このため、切羽近くに新鮮な空気を送り込み、切羽近くにおける粉塵を含む汚染空気を吸引し集塵して、切羽における換気が十分に行える。
【００４７】
また、集塵機４が防爆シート６により防護されるので、発破時に集塵機４を退避移動させる必要がない。従って、切羽近くの集塵作業に手間がかからず、換気が容易に行える。
【００４８】
なお、本実施形態ではトンネル掘削を発破により行う場合について説明したが、この掘削作業は機械掘削する場合もある。例えば、自由断面掘削機などを用いてトンネル掘削を行う場合に、上述したトンネル換気システム及びトンネル換気方法を適用してもよい。この場合でも、上述したトンネル換気システム及びトンネル換気方法と同様な作用効果が得られる。すなわち、防護手段である防爆シート６及び防護板７により掘削時の飛び石などから集塵機４及び風管３を防護することによって、集塵機４及び風管３を切羽の近くに配置でき、切羽における換気が十分に行える。また、集塵機４を防爆シート６により防護して、掘削時に集塵機４の退避移動を不要とし、切羽近くの換気が容易に行える。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、切羽における換気が容易かつ十分に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るトンネル換気システムの概要図である。
【図２】図１のトンネル換気システムにおける風管の説明図である。
【図３】図１のトンネル換気システムにおける防爆シート及び防護板の説明図である。
【図４】図１のトンネル換気システムにおける防爆シート及び防護板の説明図である。
【符号の説明】
１…トンネル換気システム
２…トンネル
２ａ…切羽
３…風管
３ａ…先端部
４…集塵機
６…防爆シート
７…防護板
Ｄ…粉塵

Claims

施工中のトンネルの切羽に向けて風管を通じて空気を送り込み、前記トンネル内に配置した集塵機により集塵して前記トンネル内の換気を行うトンネル換気システムにおいて、
前記風管の先端部が前記切羽に対して進退自在とされ、
前記切羽と前記集塵機の間で前記トンネルの断面方向に沿って開閉自在に設けられ閉じられることによりトンネル断面を仕切って前記集塵機及び前記風管を防護する防爆シートを有する防護手段を備えたこと、
を特徴とするトンネル換気システム。
前記防護手段は、前記防爆シートの上方に設置される防護板を有し、その防護板として剛性を有する網板が用いられることを特徴とする請求項１に記載のトンネル換気システム。
施工中のトンネルの切羽に向けて風管を通じて空気を送り込み、前記トンネル内に配置した集塵機により集塵して前記トンネル内の換気を行うトンネル換気方法において、
前記風管の先端部を前記切羽に対して進退自在とし、前記切羽と前記集塵機の間で前記トンネルの断面方向に沿って開閉自在に設けられ閉じられることによりトンネル断面を仕切って前記集塵機及び前記風管を防護する防爆シートを有する防護手段を設置し、
前記切羽を掘削する前に、前記風管の先端部を前記防護手段の後方まで後退させるとともに、前記防護手段を閉じて前記集塵機及び前記風管を防護し、
前記切羽の掘削後に、前記防護手段を開き、前記風管の先端部を前進させ前記切羽に近づけて前記空気を送り込むとともに、前記集塵機の作動により掘削により生じた粉塵を捕集すること、
を特徴とするトンネル換気方法。
前記防護手段は、前記防爆シートの上方に設置される防護板を有し、その防護板として剛性を有する網板が用いられることを特徴とする請求項３に記載のトンネル換気方法。