JP5788688B2

JP5788688B2 - トンネルサイレンサ

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Publication number: JP5788688B2
Application number: JP2011039136A
Authority: JP
Inventors: 秀雄稲葉; 泰孝上田; 伸寺内
Original assignee: Hazama Ando Corp
Current assignee: Hazama Ando Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: JP2012177221A

Description

本発明は、各種のトンネル工事における発破音や作業に伴う各種の騒音を低減するためのトンネル防音設備として使用するトンネルサイレンサに関する。

各種のトンネル工事において掘削に発破を使用する場合、その騒音防止対策としては、トンネルの坑口又は坑内に防音扉を設置するのが一般的である。この種の防音扉は、トンネルの坑口から切羽までの間に、トンネル内空断面を全面的に閉鎖するように設置され、切羽側で発生する発破音や作業に伴う各種の騒音を遮断しようとするものである。このような防音扉が例えば特許文献１に記載されている。

特開２００６−２８３５４５公報

しかしながら、かかる従来の防音扉では、発破音などの騒音を低減するのに、次のような問題がある。
（１）従来の防音扉は発破毎に車両用の扉の開閉が必要なため、トンネルの掘削工事の作業効率が悪くなる。
（２）従来の防音扉は各部の厚さ、重量が大きく、組立、解体作業に多大な労力を必要とし、また、移動が困難である。
（３）従来の防音扉で発破音の低減効果を向上させるには、防音扉を複数設置するか、又は防音扉の厚みあるいは重量を大きくする他なく、いずれの場合でも、扉の開閉による作業効率の悪化や、組立、解体作業の大幅な増加は避けられない。
（４）従来の防音扉は、トンネルの覆工コンクリートを施工するときに、一時的に撤去する必要があり、覆工コンクリートの施工後に再度組み立てを行う必要がある。
（５）従来の防音扉の構造では、周波数３１．５〜６３Ｈｚ付近の遮音特性が低く、発破音特有の低周波音を低減する効果が十分でない。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、トンネル内での設置、移動が容易なトンネル防音設備とし、トンネルの掘削工事の作業効率を低下させることなく、発破音などの騒音を効率よく低減することのできるトンネルサイレンサを提供すること、を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のトンネルサイレンサは、トンネルの坑口と切羽との間に設置され、前記切羽側で発生する騒音を消音するトンネルサイレンサであって、トンネル坑内にトンネル軸方向と略平行に設置され、トンネル軸方向に向けて通路を画成する周面に多数の貫通孔を有するダクトと、前記ダクトの両端開口の周囲にそれぞれトンネル軸方向と略直角に設置され、前記ダクトの外側のトンネル内空断面を閉鎖する２つの隔壁と、前記ダクト、前記各隔壁、及び前記ダクト周囲のトンネル内壁により包囲される前記ダクトと略同じ長さの空間からなる閉鎖空洞部とを備え、トンネルの現場条件に合せて、前記ダクトの貫通孔の大きさや間隔を含む条件と前記閉鎖空洞部の長さ及び体積を任意に設定して、前記ダクト及び前記各隔壁によるトンネル坑内の断面変化により、前記切羽側で発生する騒音を消音し、前記ダクトにより形成される前記通路の周面の多数の貫通孔と、前記多数の貫通孔の背後の前記ダクトと略同じ長さの前記閉鎖空洞部との作用により、前記切羽側で発生する騒音を共鳴吸音する、ことを要旨とする。

また、このトンネルサイレンサは次のような構成を有することが好ましい。
（１）ダクトは多数の貫通孔を有する多孔板により断面略コ字形又は断面略Ｕ字形に形成されてトンネル坑内の床面上に設置され、２つの隔壁はそれぞれ、前記ダクトの開口縁部からトンネル坑内の内壁付近まで広がる前記ダクトの外側のトンネル内空断面に対応する形状に形成されて前記ダクトの開口縁部に接合され、前記ダクトの開口幅、開口高さに工事用車両が通行可能な所定の寸法を設定され、通路はトンネル工事の作業用通路として画成される。
（２）ダクトの開口はトンネル内空断面の水平方向中央の位置に配置される。
（３）ダクトの開口はトンネル内空断面の水平方向中央に対して偏心位置に配置される。
（４）閉鎖空洞部内に吸音材が配置される。
（５）ダクト及び２つの隔壁は一体の防音設備ユニットとして構成され、この防音設備ユニットがトンネル坑内でトンネル軸方向に移動可能に移動手段を併せて備える。この場合、移動手段は、防音設備ユニット又はトンネル坑内の床面のいずれか一方に設置される車輪と、他方に設置されるレールとからなる。
（６）２つの隔壁間にダクトと並列にさらにアクティブ消音用のダクトが貫通して配置され、前記アクティブ消音用のダクト内にアクティブ消音器が設置されて、前記切羽側で発生する騒音を前記アクティブ消音用のダクトを通してアクティブ消音する。

本発明のトンネルサイレンサによれば、上記の各構成により、トンネル内の設置、移動が容易なトンネル防音設備で、トンネルの掘削工事の作業効率を低下させることなく、発破音などの騒音を効率よく低減することができ、特に、発破音特有の低周波音は切羽側から坑口側に向けて進行し、一部がトンネルサイレンサの切羽側の隔壁で反射され、残部がダクト及び２つの隔壁によるトンネル坑内の発破音の伝搬経路の断面変化によりトンネルサイレンサを通り抜ける間に減衰して音圧が低下し、また、この低周波音はトンネルサイレンサを通り抜ける間に、このトンネルサイレンサ内で、ダクトの周面の多数の貫通孔と、これらの貫通孔の背後に包囲されるダクトと略同じ長さの閉鎖空洞部との作用により共鳴現象が発生し、このダクトの通路を進行する低周波音は閉鎖空洞部に共鳴吸音されるので、発破音を効率よく十分に消音することができる、という格別な効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態におけるトンネルサイレンサを示す図同トンネルサイレンサの仕様の説明に用いるダクトの厚さと共鳴周波数との関係を示すグラフ同トンネルサイレンサの仕様の説明に用いる閉鎖空洞部の空気層の厚さと共鳴周波数との関係を示すグラフ同トンネルサイレンサの仕様の説明に用いるダクトの貫通孔のピッチと共鳴周波数との関係を示すグラフ同トンネルサイレンサの仕様の説明に用いるダクトの貫通孔の半径と共鳴周波数との関係を示すグラフ同トンネルサイレンサによる発破音の防音作用を示す図同トンネルサイレンサを模擬した縮尺１／３０のモデルを使って防音性能の実験を行い、その騒音低減効果の測定結果を示すグラフ本発明の第２の実施の形態におけるトンネルサイレンサを示す図同トンネルサイレンサを模擬した縮尺１／３０のモデルを使って防音性能の実験を行い、その騒音低減効果の測定結果を示すグラフ本発明の第３の実施の形態におけるトンネルサイレンサを示す図同トンネルサイレンサを模擬した縮尺１／３０のモデルを使って防音性能の実験を行い、その騒音低減効果の測定結果を示すグラフ本発明の第４の実施の形態におけるトンネルサイレンサを示す図同トンネルサイレンサの特にアクティブ消音用のダクト及びアクティブ消音器を示す図（（ａ）は側面図（ｂ）は正面図）同トンネルサイレンサによる発破音の防音作用を示す図（（ａ）はトンネルサイレンサ全体の断面図（ｂ）はアクティブ消音用のダクト及びアクティブ消音器の側面図）同トンネルサイレンサを模擬した縮尺１／３０のモデルを使って防音性能の実験を行い、その騒音低減効果の測定結果（特に、トンネルサイレンサのアクティブノイズコントロールをＯＦＦした場合の騒音低減効果）を示すグラフアクティブ消音用のダクトの防音性能の実験を行い、その低減効果の測定結果（アクティブノイズコントロールをＯＦＦした場合）を示すグラフアクティブ消音用のダクトの防音性能の実験を行い、その低減効果の測定結果（アクティブノイズコントロールをＯＮした場合）を示すグラフアクティブ消音用のダクトの防音性能の実験を行い、その低減効果の測定結果（アクティブノイズコントロールをＯＮした場合とＯＦＦした場合の低減効果の差で、アクティブノイズコントロールのみによる低減効果）を示すグラフ

次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。

図１に第１の実施の形態を示している。図１に示すように、トンネルサイレンサ１は、トンネル坑内にトンネル軸方向と略平行に設置され、トンネル軸方向に向けて通路１０を画成する周面に多数の貫通孔１１０を有するダクト１１と、ダクト１１の両端開口１１２、１１３の周囲にそれぞれトンネル軸方向に対して略直角に設置され、ダクト１１の外側のトンネル内空断面を閉鎖する２つの隔壁１２、１３とを備え、トンネルの坑口と切羽との間に設置され、トンネル坑内の断面変化と共鳴吸音作用により切羽側で発生する騒音を消音するトンネル防音設備として構成される。

このトンネルサイレンサ１では、ダクト１１は多数の貫通孔１１０を有する多孔板１１１により断面略コ字形に形成されて全体が半角筒形に形成され、トンネル坑内の床面上に設置される。この場合、ダクト１１を形成する多孔板１１１にアルミ繊維焼結板やパンチングメタルなどの金属板が採用される。この多孔板１１１は厚さが数ｍｍ程度の薄い、重量の軽いものでよい。この金属板に所定の径及び長さを有する多数の貫通孔１１０が所定の間隔で形成される。ダクト１１の開口１１２、１１３はトンネル内空断面の水平方向中央の位置に配置される。ダクト１１の寸法は開口幅が４ｍ程度、開口高さが４ｍ程度で、ダクト１１内部に工事用車両が通行可能になっており、通路１０はトンネル工事の作業用通路として画成される。また、ダクト１１の（トンネル軸方向の）長さは長いほど後述する閉鎖空洞部１４の長さが長くなり、共鳴吸引作用による発破音などの低周波音の低減量が大きくなるので、ダクト１１は所定の長さに形成される。ここでダクト１１の長さは１０ｍ程度を標準とする。２つの隔壁１２、１３はそれぞれ、ダクト１１の開口１１２、１１３縁部からトンネル坑内の内壁付近まで広がるダクト１１の外側のトンネル内空断面に対応する形状、この場合略半円形に形成されてダクト１１の開口１１２、１１３縁部に接合される。この場合、各隔壁１２、１３に鋼板が採用される。この隔壁１２、１３は厚さが数ミリ程度の薄い、重量の軽いものでよい。このようにしてこれらダクト１１及び２つの隔壁１２、１３は一体のトンネル防音設備ユニットとして組み立てられる。
また、このトンネル防音設備ユニットは、トンネル坑内でトンネル軸方向に移動可能に移動手段（図示省略）を併せて備える。この場合、移動手段は、トンネル防音設備ユニットの底面に取り付けられる複数の車輪と、トンネル坑内の床面上に設置されるレールとからなり、このトンネル防音設備ユニットが複数の車輪を介してレールに乗り、トンネル坑内をトンネル軸方向に移動可能になっている。

このようにしてトンネルサイレンサ１は、トンネルの坑口と切羽との間に移動可能に設置され、ダクト１１及び２つの隔壁１２、１３によるトンネル坑内の発破音の伝搬経路の断面変化により、切羽側で発生する騒音を消音し、ダクト１１により形成される通路１０の周面の多数の貫通孔１１０と、これら貫通孔１１０の背後にダクト１１、各隔壁１２、１３、及びダクト１１周囲のトンネル内壁とにより包囲される空間からなる閉鎖空洞部１４との作用により、切羽側で発生する騒音をトンネルサイレンサ１内で共鳴現象を発生させて共鳴吸音するようになっている。なお、閉鎖空洞部１４は完全に密閉された空間である必要はない。
このトンネルサイレンサ１の共鳴周波数は、ヘルムホルツの共鳴理論により、次の式１で求めることができる。この式１により、ダクト１１の貫通孔１１０の大きさや間隔などの条件と閉鎖空洞部１４の体積を任意に設定することによって共鳴周波数を任意に設定することができる。したがって、この場合、トンネルの現場条件に合せてダクト１１の貫通孔１１０の大きさや間隔と閉鎖空洞部１４の体積によりトンネルサイレンサ１の共鳴周波数を設定し、３１．５〜６３Ｈｚ付近の騒音低減効果を高めて、切羽側で発生する発破音などの騒音を効率よく低減するようにする。

なお、この場合、共鳴周波数をできるだけ小さくしようとすることから、このトンネルサイレンサ１の各部について、図２〜図５に示す数値シミュレーションから次のような寸法値を検討する。
（１）ダクト１１の厚さについて
図２から明らかなように、多孔板１１１の厚さによる影響は少ないことから、多孔板１１１の厚さは６ｍｍで検討を進める。
（２）閉鎖空洞部１４の空気層の厚さについて
図３から明らかなように、空気層が厚いほど共鳴周波数は低くなることから、空気層の厚さは２０００ｍｍで検討を進める。
（３）ダクト１１の貫通孔１１０のピッチについて
図４から明らかなように、ダクト１１の貫通孔１１０のピッチが大きいほど共鳴周波数は小さくなるが、貫通孔１１０の半径の違いによる共鳴周波数の幅が小さくなるので、貫通孔１１０のピッチは４００ｍｍで検討を進める。
（４）ダクト１１の貫通孔１１０の半径について
図５から明らかなように、ダクト１１の貫通孔１１０の半径が小さいほど共鳴周波数は小さくなるが、共鳴吸音のためには有孔率は５〜２０％が望ましいので、貫通孔１１０の半径は５０ｍｍで検討を進める。
（５）閉鎖空洞部１４の長さについて
閉鎖空洞部１４の長さは音の波長に比べて小さい範囲内に保つことが共鳴吸音に効果的とされているので、この点を踏まえて、閉鎖空洞部１４の長さは１０ｍ程度で検討を進める。

このようにこのトンネルサイレンサ１では、トンネル坑内で発生する発破音などの騒音を、従来のようにトンネル内空断面を壁や扉で完全に遮断して防音するのではなく、共鳴吸音の原理を利用して、トンネル坑内を完全には遮蔽せずに防音する。
図６にこのトンネルサイレンサ１による発破音の防音作用を示している。図６に示すように、トンネル坑内の切羽側で発破音が発生すると、この発破音特有の低周波音は切羽側から坑口側に向けて進行し、一部がトンネル坑内に設置されたトンネルサイレンサ１の切羽側の隔壁１３で反射され、残部がダクト１１及び２つの隔壁１２、１３によるトンネル坑内の発破音の伝搬経路の断面変化によりトンネルサイレンサ１を通り抜ける間に減衰して音圧が低下される。また、この低周波音はトンネルサイレンサ１を通り抜ける間に、このトンネルサイレンサ１内で、ダクト１１の周面の多数の貫通孔１１０と、これらの貫通孔１１０の背後に包囲される閉鎖空洞部１４との作用により共鳴現象が発生し、このダクト１１の通路１０を進行する低周波音は閉鎖空洞部１４に共鳴吸音される。このようにして発破音は効率よく十分に消音される。

このトンネルサイレンサ１について、これを模擬した縮尺１／３０のモデルを使って防音性能の実験を行い、その騒音低減効果を測定した。その結果を図７に示す。図７から明らかなように、このトンネルサイレンサの防音性能は、１／３オクターブバンド中心周波数の略全域でよく、特に３３．３〜６６．７Ｈｚ付近で防音効果が高くなっている。

以上説明したように、このトンネルサイレンサ１は、トンネル坑内にトンネル軸方向と略平行に設置され、トンネル軸方向に向けて通路１０を画成する周面に多数の貫通孔１１０を有するダクト１１と、ダクト１１の両端開口１１２、１１３の周囲にそれぞれトンネル軸方向と略直角に設置され、ダクト１１の外側のトンネル内空断面を閉鎖する２つの隔壁１２、１３とを備え、発破音などの騒音を共鳴吸音作用により消音するトンネル防音設備として構成され、ダクト１１の各貫通孔１１０のサイズ、各貫通孔１１０の間隔及び各貫通孔１１０の背後の閉鎖空洞部１４の大きさを適宜設定して、特に周波数３１．５〜６３Ｈｚ付近の騒音低減効果を高めるようにしたので、発破特有の低周波音を効率よく十分に低減することができる。また、このトンネルサイレンサ１は発破音などの騒音を共鳴吸音作用により消音するトンネル防音設備としたことで、ダクト１１や隔壁１２、１３の各部材の厚みは薄く、重量は軽くて済むので、組み立て、設置及び解体が容易で、作業員の労力を少なくすることができる。さらに、このトンネルサイレンサ１は発破音などの騒音を共鳴吸音作用により消音するトンネル防音設備としたことで、ダクト１１の通路１０（工事用車両が通行可能な作業用通路）は開放されたままになっており、従来のように、発破毎に車両用の扉を開閉する必要がなく、また、このトンネルサイレンサ１は車輪、レールからなる移動手段によりトンネル坑内をトンネル軸方向に移動可能になっているので、トンネルの掘削進行とともにトンネルサイレンサ１を容易に移動することができ、トンネルの覆工コンクリートを施工するときでも、従来の防音扉のように一時撤去し、覆工コンクリートの施工後に再度組み立てを行う必要がなく、トンネルの掘削工事の作業効率を従来に比べて大幅に向上させることができる。

なお、第１の実施の形態では、ダクト１１を多数の貫通孔１１０を有する多孔板１１１により断面略コ字形に形成したが、断面略Ｕ字形に形成して、全体を半円筒形としてもよい。また、トンネルサイレンサ１の移動手段を車輪とレールとにより構成し、トンネルサイレンサ（トンネル防音設備ユニット）の底面側に車輪を設け、トンネル坑内の床面にレールを設置したが、これとは反対に、トンネルサイレンサの底面側にレールを設け、トンネル坑内の床面に車輪を設置してもよい。このようにしても上記と同様の作用効果を得ることができる。

図８に第２の実施の形態を示している。この実施の形態のトンネルサイレンサ２は、ダクト１１の開口１１２、１１３の位置が第１の実施の形態と異なり、その他は第１の実施の形態のトンネルサイレンサ１と共通の構成を備える。図８に示すように、このトンネルサイレンサ２では、ダクト１１の開口１１２、１１３はトンネル内空断面の水平方向中央に対して偏心位置に配置され、通路１０がトンネル内の片側一方の側壁側に近接して形成される。
このようにしてダクト１１の開口の位置を変えることにより、トンネル内空断面の幅方向中央付近は隔壁１２の壁面により閉鎖され、トンネル坑内を発破側から坑口側へ進行する発破音はその中心付近の音圧レベルの高い音波が隔壁１２の壁面で遮断されて音圧レベルが低下し、発破特有の低周波音はさらに効果的に減衰される。

このトンネルサイレンサ２について、これを模擬した縮尺１／３０のモデルを使って防音性能の実験を行い、その騒音低減効果を測定した。その結果を図９に示す。図９から明らかなように、このトンネルサイレンサ２の防音性能は１／３オクターブバンド中心周波数の略全域でよく、第１の実施の形態の防音性能に比べて防音効果が高くなっている。

このようにこのトンネルサイレンサ２では、ダクト１１の開口１１２、１１３がトンネル内空断面の水平方向中央に対して偏心位置に配置され、通路１０がトンネル内の片側一方の側壁側に近接して形成されるので、発破音などの騒音の音圧レベルを低下させて騒音の低減効果をさらに向上させることができる。なお、第１の実施の形態と同様の構成に基づく作用効果は既述のとおりである。

図１０に第３の実施の形態を示している。この実施の形態のトンネルサイレンサ３は、ダクト１１の外側の閉鎖空洞部１４に吸音材１５が配置される点が第１の実施の形態と異なり、その他は第１の実施の形態のトンネルサイレンサ１と共通の構成を備える。図１０に示すように、このトンネルサイレンサ３では、閉鎖空洞部１４内にグラスウールなどの吸音材１５が充填される。
このようにして閉鎖空洞部１４内に吸音材１５が充填されたことで、トンネル坑内を発破側から坑口側へ進行する発破音は、既述のとおり、トンネルサイレンサ３を通り抜ける間に、共鳴現象により、閉鎖空洞部１４に共鳴吸音され、そして、閉鎖空洞部１４内で吸音材１５の消音作用により消音される。

このトンネルサイレンサ３について、これを模擬した縮尺１／３０のモデルを使って防音性能の実験を行い、その騒音低減効果を測定した。その結果を図１１に示す。図１１から明らかなように、このトンネルサイレンサ３の防音性能は１／３オクターブバンド中心周波数の略全域でよく、第１の実施の形態の防音性能に比べて防音効果が高くなっている。

このようにこのトンネルサイレンサ３では、閉鎖空洞部１４内に吸音材１５が配置されるので、吸音材１５特有の消音作用により、発破音などの騒音の低減効果をさらに向上させることができる。なお、第１の実施の形態と同様の構成に基づく作用効果は既述のとおりである。

図１２に第４の実施の形態を示している。この実施の形態のトンネルサイレンサ４は、アクティブ消音設備を併せて備える点が第１の実施の形態と異なり、その他は第１の実施の形態のトンネルサイレンサ１と共通の構成を備える。図１２に示すように、このトンネルサイレンサ４では、２つの隔壁１２、１３間にダクト１１と並列にさらに現場条件に合せて複数のアクティブ消音用のダクト１６が貫通して配置され、各アクティブ消音用のダクト１６内にアクティブ消音器１７が設置される。
この場合、ダクト１１の長さは５〜１０ｍ程度とし、２つの隔壁１２、１３の間隔は５〜１０ｍに設定される。各アクティブ消音用のダクト１６は、図１３に示すように、直径１ｍ程度の高密度ポリエチレン製のコルゲートパイプが採用され、その内周面に厚さ数ｃｍ程度の吸音材（例えば、不織布）１８が貼り付けられた構造になっている。各アクティブ消音用のダクト１６に設置されるアクティブ消音器１７は、アクティブ消音用のダクト１６内の所定の位置に配置され、発破音などの騒音を収音する検出マイクロホン１７１と、この検出マイクロホン１７１の位置よりも下流側に配置され、消音用の音波を放射する消音用スピーカ１７２と、この消音用スピーカ１７２の位置よりも下流側に配置され、消音用スピーカ１７２から放射される音波によって騒音を打ち消した後の残留雑音を収音するためのエラーマイクロホン１７３と、ＤＳＰ（ディジタル信号処理装置）やＣＰＵ（中央演算処理装置）などにより構成され、検出マイクロホン１７１から出力される騒音信号に基づいて、発破音などの騒音と実質的に等大で逆位相の音波を放射させるための消音制御信号を生成して、消音用スピーカ１７２に供給し、また、エラーマイクロホン１７３から出力されるエラー信号の信号レベル（残留雑音）を極力小さくするように、適応型ディジタルフィルタ（図示省略）のフィルタ係数を更新するＡＮＣコントローラ１７４とを備えて構成される。
このようにしてトンネルサイレンサ４はダクト１１と２つの隔壁１２、１３からなる既述の消音設備の他に２つの隔壁１２、１３間に閉鎖空洞部１４を通して貫通される複数のアクティブ消音用のダクト１６及びこれらのダクト１６内に設置されるアクティブ消音器１７からなるアクティブ消音設備を備えて、ハイブリッドトンネルサイレンサとして構成され、トンネルの坑口と切羽との間に設置され、切羽側で発生する騒音を、ダクト１１及び２つの隔壁１２、１３によるトンネル坑内の発破音の伝搬経路の断面変化により消音するとともに、ダクト１１により形成される通路１０の周面の多数の貫通孔１１０と、これらの貫通孔１１０の背後にダクト１１、各隔壁１２、１３、及びダクト１１周囲のトンネル内壁とにより包囲される閉鎖空洞部１４との作用によりトンネルサイレンサ１内で共鳴現象を発生させて共鳴吸音し、併せて２つの隔壁１２、１３間にダクト１１と並列に貫通配置される複数のアクティブ消音用のダクト１６内のアクティブ消音器１７の作用により、これらアクティブ消音用のダクト１６内でアクティブ消音する。

このようにこのトンネルサイレンサ４では、トンネル坑内で発生する発破音などの騒音を、従来のようにトンネル内空断面を壁や扉で完全に遮断して防音するのではなく、共鳴吸音の原理とアクティブノイズコントロール（Active Noise Control：ＡＮＣ）を利用して、トンネル坑内を完全には遮蔽せずに防音する。
図１４にこのトンネルサイレンサによる発破音の防音作用を示している。図１４（ａ）に示すように、トンネル坑内の切羽側で発破音が発生すると、発破音特有の低周波音は切羽側から坑口側に向けて進行し、一部がトンネル坑内に設置されたトンネルサイレンサ４の切羽側の隔壁１３で反射され、残部がダクト１１及び２つの隔壁１２、１３によるトンネル坑内の発破音の伝搬経路の断面変化によりトンネルサイレンサ４のダクト１１を通り抜ける間に減衰して音圧が低下し、また、この低周波音はトンネルサイレンサ４のダクト１１を通り抜ける間に、このトンネルサイレンサ４内では、ダクト１１の周面の多数の貫通孔１１０と、これらの貫通孔１１０の背後に包囲される閉鎖空洞部１４との作用により、共鳴現象が発生し、このダクト１１の通路１０を進行する低周波音は閉鎖空洞部１４に共鳴吸音される。また、この切羽側で発生する発破音は、アクティブ消音用のダクト１６を通してアクティブノイズコントロールにより消音される。すなわち、図１４（ｂ）に示すように、発破音の騒音がこれらのアクティブ消音用のダクト１６に進入すると、この騒音は検出マイクロホン１７１により収音されて、この検出マイクロホン１７１から騒音信号が出力され、ＡＮＣコントローラ１７４に入力される。ＡＮＣコントローラ１７４は、この騒音信号に基づいて、上記騒音と実質的に等大で逆位相の音波を放射させるための消音制御信号を生成し、消音用スピーカ１７２に供給する。消音用スピーカ１７２から、騒音と実質的に等大で逆位相の音波がアクティブ消音用のダクト１６内に放射され、騒音が打ち消される。そして、消音用スピーカ１７２の放射音波によって騒音を打ち消した後の残留雑音はエラーマイクロホン１７３により収音され、このエラーマイクロホン１７３からエラー信号が出力され、これがＡＮＣコントローラ１７４に入力される。ＡＮＣコントローラ１７４は、このエラー信号の信号レベル、すなわち残留雑音が極力小さくなるように、適応型ディジタルフィルタのフィルタ係数を更新し、適応動作する。
このように発破音は、切羽側の隔壁１３での反射とダクト１１及び２つの隔壁１２、１３によるトンネル坑内の発破音の伝搬経路の断面変化により、また、ダクト１１の通路１０を通して共鳴吸引により、さらに、複数のアクティブ消音用のダクト１６を通してアクティブノイズコントロールにより、そして、これら発破音の伝搬経路の細分化により消音され、発破音は効率よく十分に消音される。

このトンネルサイレンサ４について、これを模擬した縮尺１／３０のモデルを使って防音性能の実験を行い、その騒音低減効果を確認した。その結果を図１５に示す。なお、図１５はハイブリッドトンネルサイレンサのアクティブノイズコントロールをＯＦＦした場合の騒音低減効果を示す。
トンネルサイレンサ４に配置されるアクティブ消音用のダクトについて、防音性能の実験を行い、その騒音低減効果を確認した。その結果を図１６から図１８に示す。なお、図１６はアクティブ消音用のダクトのアクティブノイズコントロールをＯＦＦした場合の騒音低減効果を示し、図１７はアクティブ消音用のダクトのアクティブノイズコントロールをＯＮした場合の騒音低減効果を示す。また、図１８はアクティブ消音用のダクトのアクティブノイズコントロールをＯＮした場合とＯＦＦした場合の騒音低減効果の差を示し、アクティブノイズコントロールのみによる騒音低減効果を示す。
実際にトンネルに配置されるトンネルサイレンサ４の騒音低減効果は、図１５に示す騒音低減効果と図１７に示す騒音低減効果を複合したものであり、図１５及び図１７から明らかなように、このトンネルサイレンサ４の防音性能は、略全域の周波数に対してよく、周波数３１．５〜６３Ｈｚ付近の騒音低減効果も高い。

以上説明したように、このトンネルサイレンサ４は、ダクト１１と２つの隔壁１２、１３からなる既述の消音設備の他に２つの隔壁１２、１３間に閉鎖空洞部１４を通して貫通される複数のアクティブ消音用のダクト１６及びこれらのダクト１６内に設置されるアクティブ消音器１７からなるアクティブ消音設備を備えて、ハイブリッドトンネルサイレンサとして構成され、切羽側で発生する発破音を、切羽側の隔壁１３での反射と、ダクト１１及び２つの隔壁１２、１３によるトンネル坑内の発破音の伝搬経路の断面変化とにより消音し、また、発破音を、ダクト１１の通路１０を通して共鳴吸引により、さらに、複数のアクティブ消音用のダクト１６を通してアクティブノイズコントロールにより、またさらに、これら発破音の伝搬経路の細分化により消音するようにしたので、発破音特有の低周波音を（第１の実施の形態の防音効果よりも）より効率よく高度に低減することができる。なお、第１の実施の形態と同様の構成に基づく作用効果は既述のとおりである。

１、２、３、４トンネルサイレンサ
１０通路
１１ダクト
１１０貫通孔
１１１多孔板
１１２、１１３開口
１２、１３隔壁
１４閉鎖空洞部
１５吸音材
１６アクティブ消音用のダクト
１７アクティブ消音器
１７１検出マイクロホン
１７２消音用スピーカ
１７３エラーマイクロホン
１７４ＡＮＣコントローラ
１８吸音材

Claims

トンネルの坑口と切羽との間に設置され、前記切羽側で発生する騒音を消音するトンネルサイレンサであって、
トンネル坑内にトンネル軸方向と略平行に設置され、トンネル軸方向に向けて通路を画成する周面に多数の貫通孔を有するダクトと、
前記ダクトの両端開口の周囲にそれぞれトンネル軸方向と略直角に設置され、前記ダクトの外側のトンネル内空断面を閉鎖する２つの隔壁と、
前記ダクト、前記各隔壁、及び前記ダクト周囲のトンネル内壁により包囲される前記ダクトと略同じ長さの空間からなる閉鎖空洞部と、
を備え、
トンネルの現場条件に合せて、前記ダクトの貫通孔の大きさや間隔を含む条件と前記閉鎖空洞部の長さ及び体積を任意に設定して、
前記ダクト及び前記各隔壁によるトンネル坑内の断面変化により、前記切羽側で発生する騒音を消音し、
前記ダクトにより形成される前記通路の周面の多数の貫通孔と、前記多数の貫通孔の背後の前記ダクトと略同じ長さの前記閉鎖空洞部との作用により、前記切羽側で発生する騒音を共鳴吸音する、
ことを特徴とするトンネルサイレンサ。
ダクトは多数の貫通孔を有する多孔板により断面略コ字形又は断面略Ｕ字形に形成されてトンネル坑内の床面上に設置され、２つの隔壁はそれぞれ、前記ダクトの開口縁部からトンネル坑内の内壁付近まで広がる前記ダクトの外側のトンネル内空断面に対応する形状に形成されて前記ダクトの開口縁部に接合され、前記ダクトの開口幅、開口高さに工事用車両が通行可能な所定の寸法を設定され、通路はトンネル工事の作業用通路として画成される請求項１に記載のトンネルサイレンサ。
ダクトの開口はトンネル内空断面の水平方向中央の位置に配置される請求項１又は２に記載のトンネルサイレンサ。
ダクトの開口はトンネル内空断面の水平方向中央に対して偏心位置に配置される請求項１又は２に記載のトンネルサイレンサ。
閉鎖空洞部内に吸音材が配置される請求項１乃至４のいずれかに記載のトンネルサイレンサ。
ダクト及び２つの隔壁は一体の防音設備ユニットとして構成され、この防音設備ユニットがトンネル坑内でトンネル軸方向に移動可能に移動手段を併せて備える請求項１乃至５のいずれかに記載のトンネルサイレンサ。
移動手段は、防音設備ユニット又はトンネル坑内の床面のいずれか一方に設置される車輪と、他方に設置されるレールとからなる請求項６に記載のトンネルサイレンサ。
２つの隔壁間にダクトと並列にさらにアクティブ消音用のダクトが貫通して配置され、前記アクティブ消音用のダクト内にアクティブ消音器が設置されて、前記切羽側で発生する騒音を前記アクティブ消音用のダクトを通してアクティブ消音する請求項１乃至７のいずれかに記載のトンネルサイレンサ。