JP5454369B2 - トンネル発破音消音方法およびトンネル発破音消音器 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル発破音消音方法およびトンネル発破音消音器に関するものであり、具体的には、トンネル発破音のうち低周波帯域の音についても対処可能な消音技術に関する。

山岳トンネルなど発破作業を伴う工事現場では、発破箇所で生じた発破音が外部環境にそのまま漏れ出すことを防止すべく、各種の防音措置がとられてきた。トンネル発破音用の防音技術としては、例えば、トンネル坑口付近に防音扉を設置する技術があげられる。この技術では、鋼鉄製やコンクリート製など剛性や質量が大きい防音扉でトンネル坑口を塞ぐことで遮音効果を狙うものである。

また、そのほかにも従来採用されてきたトンネル発破音の防音技術としては、例えば、鋼管を互いに隣接させた状態で多数並行配置して防音体を構成するとともに、該防音体で仕切られた２つの空間を相互に連通させる連通手段を設けたことを特徴とする防音構造（特許文献１）などが提案されている。

特開平１１−１０７６７２号公報

ところで、トンネル発破音は、低周波帯域から高周波帯域まで幅広い音域を持つ大音量の音である。こうした発破音に対して、従来の防音扉で対処しようとした場合、扉の剛性および質量に応じて高周波帯域の音については遮音できていた。しかし、高い剛性や大きな質量の部材であっても通過しやすい低周波帯域の音については低減効果が小さかった。

そこで本発明では、トンネル発破音のうち低周波帯域の音についても対処可能な消音技術の提供を目的とする。

上記課題を解決する本発明のトンネル発破音消音方法は、トンネルの坑口ないし坑内を所定隔壁で閉塞し、一端をトンネル坑内に開口し他端を閉塞しそれぞれ経路長が異なる複数の管体を、前記所定隔壁よりも切羽側に設置することを特徴とする。また、前記トンネル発破音消音方法において、前記管体として、トンネル発破音を構成する音のうち、少なくとも低周波音を含む複数周波数の各音に関して、該当音の１／４波長の経路長を備えたものを、前記所定隔壁よりも切羽側に設置するとしてもよい。

前記管体に入った音波は、１／４波長の経路長の往復で１／２波長位相が遅れて元の分岐点＝トンネル坑内に戻ることになる。この時、トンネル坑内の発破音源からの音波と、管体から戻った音波とでは逆位相となっており、互いに打ち消し合って消音がなされる。こうした消音機能を備える管体を、発破音を構成する音のうち、少なくとも低周波（例えば、６３ヘルツ以下）の音を含む複数音のそれぞれについて用意し、これを防音扉などの所定隔壁周辺に配置すれば、発破音源から伝わってきた発破音のうち、特に低周波音について効率よく管体内に導いて、消音効果もより高まると言える。

また、前記トンネル発破音消音方法において、前記所定隔壁の壁面から発破箇所方向に向け、前記複数周波数の各音の１／２波長の距離に、該当管体を設置するとしてもよい。発破箇所で生じた発破音は、前記隔壁に衝突して反射し、１／２波長戻った先で音圧最大になる。従って、隔壁ら発破箇所に向かって、１／２波長先の位置に管体を設置すると、音圧最大の音波を管体の管路中に導きやすくなる。ひいては、低周波音を含む発破音について効率的な消音が可能となる。

また、前記トンネル発破音消音方法において、前記所定隔壁の壁面から発破箇所方向に向け、該当音の波長が短い順に管体を順次設置するとしてもよい。周波数が高いと波長は短くなるから、防音扉などの前記隔壁で反射した発破音の音圧最大となる位置も、それだけ隔壁に近くなる。よって、隔壁の壁面から発破箇所方向に向け、該当音の波長が短い順に管体を順次設置すれば、音圧最大の音波を管体の管路中に導きやすくなる。ひいては、低周波音を含む発破音について効率的な消音が可能となる。

また、前記トンネル発破音消音方法において、前記所定隔壁よりも切羽側の空間に、坑内空間をトンネル延長方向で複数に分割する区画構造を設ける、としてもよい。

トンネル坑内の空間幅が、消音対象の音の波長と比べて所定以上大きいと、トンネル坑内の発破音は二次元伝搬で伝わっていくことになりやすく、上述したように各音の波長に応じて管体の配置を行っても、効率的に発破音を管体に導けない恐れもある。そこで、前記区画構造を設けてトンネル坑内の空間幅を狭め、トンネル坑内の発破音の音圧分布が一次元伝搬の形となるよう配慮すれば、効率よく該当周波数の音波を該当管体内に導くことができる。ひいては、前記管体がいわゆる干渉型消音器たるサイドブランチとして効率よく働くことにつながり、消音効果もより高まると言える。

また、前記トンネル発破音消音方法において、前記管体を含む所定部位の端部に伸縮可能な延伸部を設けて、当該延伸部を適宜伸縮させることで管体とトンネル壁面との間の空隙を塞ぐとしてもよい。

各管体を連結して一体の消音器として運用する場合、当該消音器をトンネル坑内に挿入することになる。この時、消音器外周、つまり各管体の端部とトンネルの壁面との間に空隙があれば、発破音源から発した発破音はその空隙から消音器後方に逃げてしまう。そこで、前記延伸部を伸ばしてトンネル壁面に当接させ、前記空隙を塞ぐこととすれば、発破音漏洩を効果的に抑制し、ひいては消音効果も高まると言える。また、こうした消音器はトンネルサイズに応じて自身のサイズを可変出来るとも言えるので、トンネル間での転用が可能となる効果も奏する。

また、本発明のトンネル発破音消音器は、一端をトンネル坑内に開口し他端を閉塞し、それぞれ経路長が異なる複数の管体が、トンネルの坑口ないし坑内を閉塞する所定隔壁よりも切羽側において一体をなすことを特徴とする。また、前記管体として、トンネル発破音を構成する音のうち、少なくとも低周波音を含む複数周波数の各音に関して、該当音の１／４波長の経路長を備え、一端をトンネル坑内に開口し他端を閉塞した管体であると好適である。

本発明によれば、トンネル発破音のうち低周波帯域の音についても対処可能な消音技術が得られる。

本実施形態におけるトンネル発破音消音方法の適用例を示す図である。 本実施形態における管体設置イメージを示す図である。 本実施形態における周波数と波長、サイドブランチの関係を示す表１示す図である。 本実施形態におけるトンネル発破音消音器の運用例を示す図である。

−−−適用例−−−
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態におけるトンネル発破音消音方法の適用例を示す図である。本実施形態のトンネル発破音消音方法を適用する状況として、例えば、山岳トンネル２０があげられる。山岳トンネル２０では地山１０の岩盤など固い切羽面１１をダイナマイト２３を利用した発破作業で崩し、坑道を掘り進めていく場合がある。この場合の発破箇所は切羽面１１となる。一方、発破箇所である切羽面１１で生じた発破音は、トンネル躯体２５の内空であるトンネル坑内４０を、坑口２１に向かって伝搬していく。

そこで、本実施形態のトンネル発破音消音方法においては、経路長の異なる複数の管体として特に、トンネル発破音を構成する音のうち、少なくとも低周波音、例えば、６３ヘルツ以下の音を含む複数周波数の各音に関して管体１００を予め用意しておく。本実施形態では、一例として、６３ヘルツ、３２ヘルツ、１６ヘルツ、３つの周波数に関して管体１００ａ〜１００ｃを用意している。

こうした管体１００は、図１中の拡大図Ａに示すように、該当音の１／４波長の経路長１０２を備え、一端がトンネル坑内４０に面した開口１０１であり、また、他端が終端板１０３で閉塞された管体となる。トンネル断面という限られた空間内で、管体１００において１／４波長の経路長１０２を稼ぐため、必要に応じて管体は屈曲させるものとする。図３の表１にて示すように、周波数が低くなるほど当然ながら波長は長くなるから、管体１００の経路長１０２も長くする必要がある。また、本実施形態における管体１００の開口１０１は、トンネル坑内空間に直接開口している形態ではなく、トンネル坑内４０に設置されたトンネル発破音消音器２００における連絡路２５０の空間に面している。

こうした管体１００の前記終端板１０３は、図１中の拡大図Ｂ、Ｃに例示するように、管体１００の管路中の所定位置、つまり開口１０１から、該当音の１／４波長の経路長に至る位置に配置される。トンネル間での転用を考える場合、管体１００において、前記終端板１０３の設置位置を可変する機構を備えているとすれば好適である。終端板１０３の設置位置が可変であるならば、１つの管体１００を幾種類もの周波数に対応させることが出来る。管体１００において終端板１０３の設置位置を可変させる機構としては、例えば、終端板１０３を端部に備えた小管体（＝前記管体１００の内空でスライド可能なサイズおよび弾性のもの）が、滑車等の摺動機構を介して前記管体１００の管路中に挿入されており、前記小管体につながり移動距離の目盛りが記された操作棒等を開口１０１で押し引きすることで、前記終端板１０３の位置を調整するといったものがあげられる。

また、こうした管体１００は、トンネル２０の坑口２１ないし坑内４０に備わり、トンネル内空断面を閉塞する所定隔壁よりも切羽側に設置することになる。所定隔壁は、管体１００の設置に先立って予め施工しておく状況が一般的であるが、管体設置後にその位置にあわせて設置するとしてもよい。なお、トンネル坑内４０に設けられる風管１４０を、坑道とは別の発破音伝搬路とみなして、風管１４０の開口を塞ぐ蓋の周辺に管体１００を設置するとしてもよい。

なお、前記所定隔壁としては、図１で示すように、トンネル発破音消音器２００（各周波数向けの管体１００を組み合わせて一体としたもの）における開口２０５に設置する防音扉３００を例示している。しかしながら、前記所定隔壁としては、トンネル坑口２１の開口断面の全面を閉塞する防音扉３００ａ、切羽面１１と坑口２１との間のトンネル坑内４０に設置される隔壁３００ｂであってもよい。

また、前記管体１００は、トンネル坑内４０に存在する複数の隔壁それぞれに設置するとしてもよい。いずれにしても、隔壁から見て坑外方向の空間ではなく、発破箇所である切羽面１１の側の空間に管体１００を設置する。こうした設置形態を採用することは、発破箇所から伝わってくる発破音を消音するために当然と言えるが、他にも、前記管体１００を干渉型消音器として効率よく働かせるための意図がある。

干渉型消音器はサイドブランチとも呼ばれ、音源に接続されている主たる管路＝この場合は発破箇所につながるトンネル坑内４０（すなわち連絡路２５０。以下同様）に対し、例えば分岐する形で管を設け、主たる管路とサイドブランチとで音波の干渉をさせて音量を低減させるものとなる。前記管体１００の開口１０１でトンネル坑内４０から分岐した音波は、管体１００の経路長１０２の往復で１／２波長位相が遅れて元の分岐点＝トンネル坑内４０に戻る。この時、トンネル坑内４０の発破音源からの音波と、管体１００から戻った音波とでは逆位相となっており、互いに打ち消し合って消音がなされる。

こうした前提において、発破箇所である切羽面１１で生じた発破音は、前記防音扉３００に衝突して反射し、１／２波長戻った先で音圧最大になる（図２の「トンネル内での音圧分布イメージ図」参照）。従って、前記防音扉３００から発破箇所である切羽面１１に向かって、１／２波長先の位置に管体１００を設置すると、音圧最大の音波を管体１００の管路中に導きやすくなる。上述の、６３ヘルツ、３２ヘルツ、１６ヘルツ、３つの周波数に関して管体１００ａ〜１００ｃを組み合わせて配置するとすれば、図２の「管体組み合わせイメージ平面図」に示すように、防音扉３００からそれぞれについて１／２波長戻った先の位置に、６３ヘルツ用、３２ヘルツ用、１６ヘルツ用、の各管体１００が順次配置された形態となる。この配置は、該当音の波長が短い順に、防音扉３００の壁面から発破箇所である切羽面１１に向けて管体１００を順次設置したとも言える。

これによれば、トンネル発破音のうち、従来の防音扉のみでは消音が難しかった低周波音（例：６３ヘルツ以下の音）についても、前記管体がいわゆる干渉型消音器たるサイドブランチとして働き、主管路内＝トンネル坑内の音源からの音波と逆位相の音波を生じさせ、消音効果を奏することになる。

上述してきた各周波数向けの管体１００を組み合わせて一体としたのがトンネル発破音消音器２００となる。本実施形態のトンネル発破音消音器２００においては、上述で述べたように、異なる周波数用の管体１００（例：管体１００ａ〜１００ｃ）を防音扉３００から該当音の波長が短い順に順次配置して一体としている。図１の拡大図Ａなどでわかるとおり、１種の周波数用の管体１００を、その開口１０１がトンネル断面の高さ方向で積層するよう多段配置すれば、トンネル路面１１０から開口天井１１１の付近まで全面にわたって該当音を管路中に導入し効率的に消音できることになり、好適である。つまり、本実施形態の場合、防音扉３００から近い順に、６３ヘルツ用の管体群たる管体１００ａ、３２ヘルツ用の管体群たる管体１００ｂ、１６ヘルツ用の管体群たる管体１００ｃが、一体となって、トンネル坑内４０を、トンネル路面１１０から開口天井１１１まで覆っている構造となる。

なお、本実施形態におけるトンネル発破音消音器２００では、ダンプトラック等の出入口として開口２０５が設けられており、この開口２０５はトンネル発破音消音器２００をトンネル延長方向に貫く連絡路２５０を介し、トンネル坑内４０とつながっている。この開口２０５に設けられている隔壁が前記防音扉３００となる。この防音扉３００の切羽側すなわち連絡路２５０の空間に関して、トンネル延長方向で複数に分割する区画構造を設けるとしてもよい。本実施形態の場合、前記区画構造として坑道分割板１３０を想定している。この坑道分割板１３０は、図１の拡大図Ｃ、および上断面図に示すように、連絡路２５０の空間において、トンネル路面１１０から開口天井１１１の空間を、４分割する板材である。拡大図Ｂ、Ｃに示すように、この坑道分割板１３０は、不使用時にはヒンジ１３１を介して折り畳む構造となっている（拡大図Ｂでは参考に為、１枚の坑道分割板１３０の可動形態のみ示したが、他の坑道分割板も同様）。

連絡路２５０の空間幅が、消音対象の音の波長と比べて所定以上大きいと、連絡路２５０に入ってきた発破音は二次元伝搬で伝わっていくことになりやすく、上述したように各音の波長に応じて管体１００の配置を行っても、効率的に発破音を管体１００に導けない恐れもある。そこで、前記区画構造たる坑道分割板１３０を設けて連絡路２５０の空間幅を狭め、連絡路２５０の発破音の音圧分布が一次元伝搬の形となるよう配慮すれば、効率よく該当周波数の音波を該当管体内に導くことができる。ひいては、前記管体１００がいわゆる干渉型消音器たるサイドブランチとして効率よく働くことにつながり、消音効果もより高まると言える。

トンネル発破音消音器２００は、トンネル坑内４０に挿入設置される形態が想定できるが、トンネル毎にその坑内サイズは異なる。トンネル発破音消音器２００の端部と、トンネル坑内４０の壁面との間に空隙があれば、発破音源から伝わってきた発破音はこの空隙から坑外に漏れ出るおそれがある。そこで図４に示すように、本実施形態では、前記管体１００と、その他の所定部位の端部に伸縮可能な延伸部１５０を設けて対応するものとする。この延伸部１５０は、消音機能には無関係のものであり、例えば、管体１００の端部を内包し、摺動可能な中空体を採用できる。また、他の所定部位としては、トンネル発破音消音器２００のうち風管周りの部位があげられる。したがって、この風管周りの部位にも前記伸縮部１５０を設ける。その他、前記空隙が生じている部位についても同様に前記伸縮部１５０を設けることとする。

こうした伸縮部１５０を、トンネル坑内４０のサイズに応じて適宜伸縮させてトンネル壁面に当接させ、管体１００とトンネル壁面との間の空隙を塞ぐことができる。こうした措置を行うことで、発破音漏洩を効果的に抑制し、ひいては消音効果も高まると言える。また、こうしたトンネル発破音消音器２００はトンネルサイズに応じて自身のサイズを可変出来るとも言えるので、トンネル間での転用が容易となる効果も奏する。

以上、本実施形態によれば、トンネル発破音のうち低周波帯域（例：６３ヘルツ以下）の音についても対処可能な消音技術が得られる。

以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１０ 地山
１１ 切羽面（発破箇所）
２０ 山岳トンネル
２１ トンネル坑口
２３ ダイナマイト
２５ トンネル躯体
４０ トンネル坑内
１００ 管体
１０１ 開口
１０２ 経路長
１０３ 終端板
１１０ トンネル路面
１１１ 開口天井
１３０ 区画構造（坑道分割板）
１３１ ヒンジ
１４０ 風管
１５０ 延伸部
２００ トンネル発破音消音器
３００ 防音扉（所定隔壁）

Claims (7)

1. トンネルの坑口ないし坑内を所定隔壁で閉塞し、一端をトンネル坑内に開口し他端を閉塞しそれぞれ経路長が異なる複数の管体を、前記所定隔壁よりも切羽側に設置することを特徴とするトンネル発破音消音方法。
2. 請求項１において、
   前記管体として、トンネル発破音を構成する音のうち、少なくとも低周波音を含む複数周波数の各音に関して、該当音の１／４波長の経路長を備えたものを、前記所定隔壁よりも切羽側に設置することを特徴とするトンネル発破音消音方法。
3. 請求項２において、
   前記所定隔壁の壁面から発破箇所方向に向け、前記複数周波数の各音の１／２波長の距離に、該当管体を設置することを特徴とするトンネル発破音消音方法。
4. 請求項２において、
   前記所定隔壁の壁面から発破箇所方向に向け、該当音の波長が短い順に管体を順次設置することを特徴とするトンネル発破音消音方法。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記所定隔壁よりも切羽側の空間に、坑内空間をトンネル延長方向で複数に分割する区画構造を設けたことを特徴とするトンネル発破音消音方法。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記管体を含む所定部位の端部に伸縮可能な延伸部を設けて、当該延伸部を適宜伸縮させることで管体とトンネル壁面との間の空隙を塞ぐことを特徴とするトンネル発破音消音方法。
7. 一端をトンネル坑内に開口し他端を閉塞し、それぞれ経路長が異なる複数の管体が、トンネルの坑口ないし坑内を閉塞する所定隔壁よりも切羽側において一体をなすことを特徴とするトンネル発破音消音器。