JP5859096B2

JP5859096B2 - 切羽封じ込め装置

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Publication number: JP5859096B2
Application number: JP2014228008A
Authority: JP
Inventors: 知伸石山; 小林　誠; 誠小林; 中村　亮; 亮中村; 小林　雅彦; 雅彦小林
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: JP2015052266A

Description

本発明は、トンネル工事において切羽付近から発生する汚染空気が、トンネル内に拡散することを防止し、それを排出する切羽封じ込め装置に関する。

トンネル工事では、爆薬による発破や重機による掘削などのさまざまな作業が行われることから、とくに切羽付近では大量の粉塵や、重機の排気ガス、発破によるガスなどの汚染空気が発生する。発生した汚染空気はトンネル内において拡散し、充満するので、速やかにそれを除去・排出することが望まれる。

そのため、トンネル内に遮蔽物を設けることで、汚染空気を切羽から遮蔽物の間に閉じ込め、集塵機でそれらを除去・排出することが行われている。これらを下記特許文献１乃至特許文献１０に示す。

特開昭６１−２９４１００号公報実開昭６２−１７２８００号公報特開平１−２３９３００号公報実公平３−６７１９号公報実公平３−４８３２０号公報特開平１０−２５２４００号公報特開２００２−２７６３００号公報特開２００２−３４９１９９号公報特開２００３−３１４２００号公報特開２００４−２０４５３９号公報

上記の特許文献１乃至特許文献１０に記載の装置、方法では、汚染空気の遮蔽方法として遮蔽カーテンや遮蔽シート、防音壁などを用いている。しかし、上記特許文献に記載の装置、方法の場合、基本的に、トンネル内の所定位置に固定的に設置される。そのため、掘削が進むと、かかる装置を取り外し、新たな位置に再度、固定設置する必要がある。

また、切羽側の空気が換気により清浄になった場合、すぐに作業を行うために、出来るだけ早く工事機械が出入りできる状況を確保したいという現場の要求がある。さらに、遮蔽をしていない状態では、測量作業等のために、坑口側から切羽側が極力見通せる必要がある。

以上のような課題があるが、従来の装置、方法の場合、固定設置が原則であることから、装置の取り外し、固定設置のたびに手間および時間を要してしまう。また従来の装置、方法では固定設置が原則であるため、移動可能とすることは困難である。仮に移動可能とした場合、高い遮蔽効果を発揮することが出来ない。さらに、遮蔽と開口とを容易に行える必要があるが、従来の装置、方法ではそれを行うことが困難である。

本発明者は上記課題に鑑み、切羽封じ込め装置を発明した。

第１の発明は、排気管が設置されたトンネル工事における汚染空気の拡散を防止する切羽封じ込め装置であって、袋体により形成されるバルーンと、前記バルーンが設置される門形状のバルーン台車と、を有しており、前記バルーンの前記袋体への空気の流入、流出により膨張、収縮を制御し、前記バルーンが膨らんだ状態において、前記バルーンが、前記トンネル内に設置される排気管と、前記トンネルの天井壁面および内壁側面とに密着することで、前記トンネルの天井部、側面部および中心付近の開口部を閉塞し、前記バルーン台車に設置された移動手段によって、前記バルーン台車が移動可能である、切羽封じ込め装置である。

本発明の構成の切羽封じ込め装置では、各バルーンに空気を流入、流出させることでバルーンによる閉塞状態を制御しているので、閉塞状態、開放状態の制御が容易となる。そのため、バルーンを収縮すれば、トンネルの中心付近を車両が通行可能となり、工事機械や車両の出入りを行うことが出来る。また、前方への見通しが確保でき、トンネル工事における測量作業の支障にもならない。さらに、本発明では、バルーンを用いることから軽量化を図ることも出来る。その結果、バルーンを設置したバルーン台車を移動可能とすることも出来る。

上述の発明において、前記バルーンは、前記トンネルの側面部に配置されて該トンネル内壁側面と密着する側部袋体と、前記トンネルの中心部に配置されて前記開口部を開閉する扉部袋体とを備えており、前記トンネルの天井付近には、切羽と前記切羽封じ込め装置との間に空気を送り込む送気管がさらに設置されており、前記送気管からの送気量よりも前記排気管による排気量が多い、切羽封じ込め装置のように構成することもできる。

切羽側に送気管を設置して送気することで新鮮な空気を切羽側に供給することができる。その結果、切羽と切羽封じ込め装置との間の汚染空気の排出をより迅速に行うことが出来る。また、出願人の実験によれば、切羽と切羽封じ込め装置との間の空間を負圧にした場合、切羽封じ込め装置で開口部を形成した状態であっても、トンネル断面の全面を閉塞した状態と同様の換気効果があることが判明した。その結果、本発明のように、切羽と切羽封じ込め装置との間の空間を負圧とすることで、切羽封じ込め装置に開口部を形成したまま集塵作業を行うことが出来る。これにより、集塵作業と車両の通行、すなわち工事での作業とを両立することが可能となる。

上述の発明において、前記切羽封じ込め装置は、前記トンネルの内壁側面またはセントルに設置した支持部材にレールを設置し、前記レール上を前記移動手段が移動することで、前記バルーン台車の設置位置が変更可能である、切羽封じ込め装置のように構成することもできる。

本発明のように構成することで、トンネルの床面の掘削仕上げを行う前、行っている状態でもレールを先行設置し、切羽封じ込め装置を用いることが可能となる。

また、トンネル工事の換気方法としては、以下のように構成することができる。すなわち、排気管が設置されたトンネル工事における汚染空気の拡散を防止する換気方法であって、複数の袋体により形成されるバルーンと、前記バルーンが設置される門形状のバルーン台車と、を備えた切羽封じ込め装置を前記トンネル内に設置し、前記バルーンに空気を流入させることで、前記バルーンを、前記トンネルの天井壁面および内壁側面に密着させるまで膨張させて前記トンネルの天井壁面および内壁側面とに密着させることで、前記トンネルの天井部、側面部および中心付近の開口部を閉塞し、さらに、前記バルーンを形成する複数の袋体のうちの前記開口部を閉塞している袋体の空気を排出させ、前記トンネルの中心部付近に前記開口部を形成し、前記切羽封じ込め装置または前記切羽封じ込め装置よりも切羽側に設置された排気管で前記汚染空気の集塵を行う、換気方法とすることができる。

このような換気方法を用いることで、トンネル工事の工事機械や車両、作業員が出入りするトンネル中心付近を開放状態に維持したまま、集塵作業を行うことも出来る。

本発明によって、閉塞状態、開放状態の制御が容易な切羽封じ込め装置が可能となる。この切羽封じ込め装置ではバルーンを用いて閉塞状態を制御しているので、開口部のバルーンを収縮すれば、トンネルの中心付近を車両が通行可能となり、工事機械や車両の出入りを行うことが出来る。また、すべてのバルーンを収縮すれば、前方への見通しが確保でき、トンネル工事における測量作業の支障にもならない。さらに、バルーンを用いることから軽量化を図ることも出来るので、その結果、バルーンを設置したバルーン台車を移動可能とすることも出来る。

切羽封じ込め装置の正面図である。バルーン台車の正面図である。バルーン台車の側面図である。バルーン台車の上面図である。車輪受け部の一例である。バルーン台車と各バルーンとの関係を模式的に示す図である。右側バルーン、左側バルーン、アーチバルーンのそれぞれに空気を充填させた状態の切羽封じ込め装置の正面図である。右側バルーン、左側バルーンのファスナー付近の拡大図である。開口部が形成された切羽封じ込め装置の正面図である。アーチバルーンが膨らんだ状態を模式的に示す図である。３層の袋体からなるアーチバルーンが膨らむ状態を模式的に示す図である。３層の袋体からなるアーチバルーンが収縮する状態を模式的に示す図である。アーチバルーンが水平部に固定される状態の拡大図である。アーチバルーンの収縮・膨張した状態を示す図である。切羽封じ込め装置がトンネルに設置される状態を模式的に示す図である。切羽封じ込め装置がトンネルに設置される状態を模式的に示す図である。トンネルの内壁側面に、車輪受け部をブラケット状にアンカー固定した状態を示す図である。図１７（ｂ）のＡ部の拡大図である。車輪受け部のほかの一例を示す図である。図１９の車輪受け部を用いた切羽封じ込め装置の一例を示す図である。

本発明の切羽封じ込め装置１は、主に、バルーン台車２、車輪受け部３、バルーン４、保持棒５を備えている。切羽封じ込め装置１の正面図を図１に示す。

バルーン台車２を図２乃至図４に示す。図２はバルーン台車２の正面図である。図３はバルーン台車２の側面図である。図４はバルーン台車２の上面図である。バルーン台車２は、トンネル内部に設置する部材であって、左右の支柱部２１、２２、および左右の支柱部２１、２２の上方とそれぞれ接合する水平部２３とにより、門形状が形成されている。左右の支柱部２１、２２、水平部２３の構造は、図１ではトラス構造の場合を示したが、さまざまな構造を採ることができ、バルーン４を支持することが出来る構造であれば如何なる構造であっても良い。

バルーン台車２の水平部２３の下方において、左右にわたりカーテンレール２６が設置されており、そのカーテンレール２６には、カーテンレール２６上を左右に移動可能な複数の滑車２７が取り付けられている。この滑車２７に、後述する左側バルーン４３および右側バルーン４２が取り付けられることで、左側バルーン４３、右側バルーン４２が、カーテンレール２６に沿って左右に移動可能となる。またバルーン台車２の水平部２３の横断面は凹字形状をしており、その底面は鋼材がはしご状に接合している。後述するアーチバルーン４１が収縮した場合に、凹字の窪み部分（水平部２３の底面上）に収容される。

バルーン台車２の幅は、トンネル内に設置できる幅であって、バルーン台車２に後述する右側バルーン４２および左側バルーン４３を取り付け、膨らませた状態において、右側バルーン４２、左側バルーン４３がそれぞれトンネルの内壁側面Ｗｓと密着可能な幅である。また、水平部２３の位置は、アーチバルーン４１を水平部２３の底面に設置し、アーチバルーン４１を膨らませた状態においてトンネルの天井壁面Ｗｕに密着可能な位置になっている。

バルーン台車２の右支柱部２１、左支柱部２２の底面には車輪２５が設けられており、バルーン台車２をトンネルに対して前後方向に移動可能としている。なお車輪２５の個数には制限がないが、好ましくは右支柱部２１、左支柱部２２の前後方向にそれぞれ一つずつ、合計２個ずつが一例としてある。

バルーン台車２は、トンネル内の床面（地面など）に設置された車輪受け部３上に車輪２５を介して設置される。図５に車輪受け部３の一例を示す。

図５では、車輪受け部３として溝形鋼であるレール３２を用いた場合である。レール３２の溝に沿って車輪２５が移動することで、バルーン台車２は車輪受け部３上を移動可能となる。そのため、レール３２の溝は、車輪２５の幅よりも広い必要がある。

車輪受け部３の長手方向の長さは、バルーン台車２の右支柱部２１、左支柱部２２の前後の車輪２５の間隔よりも長くなっていることが必要であり、好ましくは、２倍以上あるとよい。

なお上述ではバルーン台車２には車輪２５が設けられた場合を説明したが、車輪２５以外の移動手段を用いても良い。たとえば無限軌道を用いても良い。また、コロを配置して移動手段としても良い。

バルーン４は、バルーン台車２に設置される。バルーン４は、好ましくは右側バルーン４２、左側バルーン４３、アーチバルーン４１からなるが、本発明は、これに限定されるものではない。バルーン４は、空気をその内部に流入させることにより膨張させ、各バルーン４がトンネルの内壁側面Ｗｓと天井壁面Ｗｕと密着しトンネルを閉塞させることで切羽と坑口との空間を区切る一方、空気をその内部から流出させることにより収縮させ、内壁側面Ｗｓと天井壁面Ｗｕから離間すると、切羽と坑口との空間が連通する役割を果たす。

図６に切羽封じ込め装置１と各バルーン４との関係を模式的に示す。図６（ａ）がバルーン台車２および車輪受け部３の正面図、図６（ｂ）が右側バルーン４２の正面図、図６（ｃ）が左側バルーン４３の正面図、図６（ｄ）がアーチバルーン４１の正面図、図６（ｅ）が各バルーン４をバルーン台車２に取り付けた状態（バルーン４が収縮した状態）を示す図である。

右側バルーン４２、左側バルーン４３は、縦長の袋体が左右方向に複数連結しており、各袋体の連結部の所定箇所に設けられた通気孔を介して連通している。従って、この通気孔を通じて隣接する袋体同士で空気の行き来が可能となる。また右側バルーン４２、左側バルーン４３の上方先端部付近には、複数のハトメ４２０、４３０がそれぞれ設けられている。このハトメ４２０、４３０に、カーテンレール２６上の滑車２７に取り付けられたフック体を吊下することで、右側バルーン４２、左側バルーン４３がそれぞれ、カーテンレール２６に沿って左右方向に移動可能となる。このように、右側バルーン４２、左側バルーン４３の２つのバルーン４を用いる場合には、各バルーン４２、４３の横方向の長さは、各バルーン４２、４３に空気を充填させた状態において、外側の端部がトンネルの内壁側面Ｗｓに密接する大きさであることが好ましい。また各バルーン４２、４３の高さは、各バルーン４２、４３に空気を充填させた状態において、トンネルの床面からカーテンレール２６に到達し、アーチバルーン４１が膨らんだ状態において、アーチバルーン４１の下面と密着する程度の高さであることが好ましい。また、右側バルーン４２、左側バルーン４３は、空気を充填させた状態において、トンネルの内壁側面Ｗｓに密着することから、右側バルーン４２、左側バルーン４３のトンネル中心側に位置する袋体よりも、トンネルの内壁側面Ｗｓ側に位置する袋体の高さが低くなっていても良い。

なお右側バルーン４２、左側バルーン４３はさらに扉部の袋体４２２、４３２と側部の袋体４２１、４３１とに分かれており、ファスナー４２３、４３３で仕切られている。ここで側部の袋体４２１、４３１は、右側バルーン４２、左側バルーン４３のうち、トンネル内壁側面Ｗｓから所定数の袋体である。一方、扉部の袋体４２２、４３２は、右側バルーン４２、左側バルーン４３のうち、側部の袋体４２１、４３１以外の袋体であって、トンネルの中心方向に位置する袋体である。図７に右側バルーン４２、左側バルーン４３、アーチバルーン４１のそれぞれに空気を充填させた状態の切羽封じ込め装置１を示す。

図８にバルーン４２、４３の拡大図を示す。図８（ａ）は左側バルーン４３の拡大図であり、図８（ｂ）は右側バルーン４２の拡大図である。なお、左側バルーン４３と右側バルーン４２は左右対称で同じ構造であることが好ましい。右側バルーン４２、左側バルーン４３の扉部の袋体４２２、４３２と側部の袋体４２１、４３１とは、その境目の連結部分がファスナー４２３、４３３にて仕切られているので、仕切ファスナー４２３、４３３を閉じると、扉部の袋体４２２、４３２と側部の袋体４２１、４３１との間で空気の流通が遮断される。また仕切ファスナー４２３、４３３を開くと、扉部の袋体４２２、４３２と側部の袋体４２１、４３１との間で空気の流通が可能となる。

側部の袋体４２１、４３１、扉部の袋体４２２、４３２の所定箇所には、空気を流出させるための開口部が設けられており、開口部はファスナー４２４、４２５、４３４、４３５で開閉が可能である。図８（ａ）に示す左側バルーン４３では、仕切ファスナー４３３を閉めた状態で、扉部ファスナー４３５を開けると、左側バルーン４３のうち、扉部の袋体４３２の空気のみが流出し、側部の袋体４３１は空気が充填された状態を維持することが出来る。また側部ファスナー４３４を開けると、側部の袋体４３１の空気を流出させることも出来る。なお左側バルーンのみならず右側バルーン４２にも、仕切ファスナー４２３、側部ファスナー４２４、扉部ファスナー４２５が備えられ、同様の機能を果たす。

このように開口部を、ファスナー４２４、４２５、４３４、４３５を用いて空気の流出を制御することで、側部の袋体４２１，４３１、扉部の袋体４２２、４３２を収縮させる場合には、迅速に空気を流出させることが出来る。なお、ファスナー４２４、４２５、４３４、４３５の代わりに、開口部に蓋材を面ファスナーで固定、取り外しすることで空気の流出を制御しても良い。

側部ファスナー４２４、４３４、扉部ファスナー４２５、４３５は、各袋体のそれぞれに設けられていても良いし、側部の袋体４２１、４３１、扉部の袋体４２２、４３２に一つずつ、あるいは複数ずつ設けられていても良い。

このような右側バルーン４２、左側バルーン４３をバルーン台車２に取り付けることで、側部の袋体４２１、４３１、扉部の袋体４２２、４３２のそれぞれに空気を充填させ、かつカーテンレール２６上を右側バルーン４２、左側バルーン４３をそれぞれ移動させ、密着させることで、図７に示すように、切羽と坑口との間の空間を区切ることが出来る。

また、右側バルーン４２、左側バルーン４３の仕切ファスナー４２３、４３３を閉め、扉部ファスナー４２５、４３５を開けることで、扉部の袋体４２２、４３２の空気が流出する。また、扉部の袋体４２２、４３２の空気が流出して、収縮させて、それぞれ側部の袋体４２１、４３１側にカーテンレール２６に沿って移動させると、車両が通行可能な空間（開口部８）を形成することが出来る。これを模式的に示すのが図９である。

なお、上述の右側バルーン４２、左側バルーン４３は、側部の袋体４２１、４３２と、扉部の袋体４２２、４３２が、仕切ファスナー４２３、４３３により仕切られている状態であったが、仕切ファスナー４２３、４３３を設ける代わりに、それぞれが独立した袋体であってもよい。すなわち、右側バルーン４２は、側部の袋体４２１と扉部の袋体４２２とからなり、それぞれが分離・独立しており、空気を充填させた状態で側部の袋体４２１と扉部の袋体４２２とが密着することで、閉塞状態を作り出しても良い。左側バルーン４３についても同様に、側部の袋体４３１と扉部の袋体４３２とからなり、それぞれが分離・独立しており、空気を充填させた状態で側部の袋体４３１と扉部の袋体４３２とが密着することで、閉塞状態を作り出しても良い。

図１０に、アーチバルーン４１が膨らんだ状態を模式的に示す。図１０（ａ）はアーチバルーン４１が膨らんだ状態を示す斜視図である。図１０（ｂ）はアーチバルーン４１が膨らんだ状態のアーチバルーン４１と保持棒５の正面図である。図１０（ｃ）はアーチバルーン４１が膨らんだ状態のアーチバルーン４１と保持棒５の側面図である。

アーチバルーン４１はバルーン台車２の水平部２３に設置され、図１０に詳細を示すように、横長の袋体が上下方向に複数連結しており、各袋体の連結部の所定箇所に設けられた通気孔４１５を介して連通している。従って、この通気孔４１５を通じて隣接する袋体同士で空気の行き来が可能となる。また、アーチバルーン４１は、水平部２３上に設置されることから、バルーン台車２の水平部２３よりも上方に対して膨張することとなる。そのため、アーチバルーン４１の袋体のうち、トンネルの天井壁面Ｗｕ側よりもトンネルの中心側（水平部２３側）に位置する袋体の方が長さが長くなっている。

またアーチバルーン４１は、膨らんだ状態における略半月形状のうち、左右から１／３程度の位置に、略円柱形状の空間４１１を形成するために左右から挟み込む形で密着部４１２が形成される。これは、バルーン台車２の水平部２３よりも上方には、切羽付近の汚染空気を集塵・排気するため、送気管６、第１の排気管７がトンネルの天井壁面Ｗｕから吊下固定されているためである。すなわち、アーチバルーン４１は膨らんだ状態において、送気管６、第１の排気管７およびそれらの吊下部材であるターンバックルなどと密着可能なように、送気管６、第１の排気管７とほぼ同形状に空間４１１が形成されている。そのため、天井壁面Ｗｕから吊下された送気管６、第１の排気管７、吊下部材に、アーチバルーン４１が膨らんだ状態で密着し、閉塞することが出来る。なお、第１の排気管７のみの場合には、その位置のみに略円柱状の空間４１１、密着部４１２が形成されていても良い。

水平部２３の略中央部付近には、垂直方向に延設される保持棒５の下端が固定される。この保持棒５は、アーチバルーン４１の略中央部付近に設けられた複数の円環状のフック４１４に通される。これによって、アーチバルーン４１が膨張する段階においてフック４１４が保持棒５に沿って上方に移動し、アーチバルーン４１の中心がずれないように保持したまま膨張させることが可能となる。このようにフック４１４などのガイド手段が保持棒５に沿って上下移動することで、膨張・収縮時のずれを抑止することが出来る。なお、ガイド手段としては、フック４１４に限定されるものではない。

また、アーチバルーン４１の所定箇所（好ましくは最下層の袋体）にはファスナーが設けられており、開閉が可能となる。ファスナーが閉まっている状態で送風機２４ｃからアーチバルーン４１内に空気が送られると、アーチバルーン４１内に空気が充填され、ファスナーが開いている状態ではアーチバルーン４１から空気が流出する。

図１１に３層の袋体からなるアーチバルーン４１が膨らむ状態を模式的に示す。アーチバルーン４１が膨らむ場合には、アーチバルーン４１の最下層の袋体に取り付けられた送風機２４ｃから空気が袋体に送り込まれる（図１１（ａ１）、（ａ２））。最下層の袋体が空気で充填されると、その上の袋体（２層目の袋体）と連通している通気孔４１５を通じて、２層目の袋体に空気が最下層の袋体を介して送風機２４ｃから送り込まれる（図１１（ｂ１）、（ｂ２））。そして２層目の袋体が空気で充填されると、その上の袋体（３層目の袋体）と連通している通気孔４１５を通じて、３層目の袋体に空気が最下層の袋体、２層目の袋体を介して送風機２４ｃから送り込まれる（図１１（ｃ１）、（ｃ２））。そして３層目の袋体まで空気が充填されると、アーチバルーン４１の空気が充填された状態となり、天井壁面Ｗｕ、送気管６、第１の排気管７、吊下部材に密着することが出来る（図１１（ｄ１）、（ｄ２））。

図１２に３層の袋体からなるアーチバルーン４１が収縮する状態を模式的に示す。アーチバルーン４１の各袋体の空気が充填されている状態（図１２（ａ１）、（ａ２））から、アーチバルーン４１の所定箇所（好ましくは最下層の袋体）に設けられたファスナーを開放することによって、自重により最下層の袋体内の空気が、開放されたファスナー部から流出する（図１２（ｂ１）、（ｂ２））。最下層の袋体の空気が流出すると、２層目の袋体内の空気が、最下層の袋体と連通している通気孔４１５を通じて、ファスナー部から流出する（図１２（ｃ１）、（ｃ２））。そして２層目の袋体の空気が流出すると、３層目の袋体内の空気が、２層目の袋体、最下層の袋体と連通している通気孔４１５を通じて、ファスナー部から流出する（図１２（ｄ１）、（ｄ２））。

以上のように、アーチバルーン４１の膨張、収縮の際には、フック４１４が保持棒５に沿って上下移動することで、アーチバルーン４１の中心がずれずに膨張／収縮を繰り返すことが出来る。

図１３に示すように、アーチバルーン４１の下方には複数のさる環４１３が設けられている。このさる環４１３と水平部２３の鋼材とが紐４１６で結束されることで、アーチバルーン４１が水平部２３に固定される。図１３（ａ）はアーチバルーン４１のさる環４１３付近の横断面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ部の拡大図である。すなわち、さる環４１３と水平部２３とを紐４１６で結び固定することで、アーチバルーン４１をバルーン台車２の水平部２３に固定することが出来る。また図１４に、アーチバルーン４１の収縮・膨張した状態を示す。図１４（ａ）はアーチバルーン４１が膨張した状態であり、図１４（ｂ）はアーチバルーン４１が収縮した状態である。

図１４に示すように、アーチバルーン４１に空気が充填された状態であっても、空気が流出してなくなった状態であってもアーチバルーン４１と水平部２３の鋼材とが紐４１６で結束されていることから、アーチバルーン４１の底面を水平部２３に固定することが出来る。

また上述のアーチバルーン４１、右側バルーン４２、左側バルーン４３の素材としてはナイロンタフタなどを用いることが出来るが、軽量で耐久性があればこれに限定されない。たとえば素材としてナイロンタフタを用いた場合、１ｍ^２あたり０．５ｋｇの重量であることから、アーチバルーン４１が２０ｍ^２、右側バルーン４２および左側バルーン４３がそれぞれ３０ｍ^２であったとした場合、アーチバルーン４１の重量は１０ｋｇ、右側バルーン４２および左側バルーン４３の重量はそれぞれ１５ｋｇとなり、８０ｍ^２の断面積のトンネルの閉塞に用いるナイロンタフタの重量は７０ｋｇで足り、軽量化を実現できる。また、各バルーン４を形成する袋体は、二重構造、多重構造になっていても良く、それぞれに各ファスナーが取り付けられていても良い。なお、本明細書で説明する袋体としては、一定の空気を貯留させることが可能な袋体であって、圧力をかけた状態では若干の空気が抜けていく袋体であるが、圧力をかけた状態で機密性を維持する機密性袋体であっても良い。

つぎに本発明の切羽封じ込め装置１の使用の仕方を説明する。切羽封じ込め装置１がトンネル内の所定箇所に設置された状態を模式的に示すのが図１５である。このようにすべてのバルーン４が収縮している状態であれば、切羽封じ込め装置１は、ほぼバルーン台車２だけになるので、前方の測量作業の支障とならない。

まずトンネル工事における切羽から所定距離付近、たとえば切羽から３０メートルや５０メートル付近の位置に、車輪受け部３を左右の内壁側面Ｗｓ付近に、バルーン台車２の右支柱２１、左支柱２２の車輪２５の位置に合わせて設置する。そして車輪受け部３のレール３２に、バルーン台車２の車輪２５を乗せ、バルーン台車２がレール３２に沿って移動可能とする。

そしてバルーン台車２のカーテンレール２６上の滑車２７に取り付けられたフック体に、バルーン台車２に向かって右側に、右側バルーン４２のハトメ４２０を、向かって左側に、左側バルーン４３のハトメ４３０を吊下することで、右側バルーン４２および左側バルーン４３をバルーン台車２に取り付ける。

また、アーチバルーン４１をバルーン台車２の水平部２３に取り付ける。具体的には、まずアーチバルーン４１におけるフック４１４を水平部２３の保持棒５に通す。またアーチバルーン４１の下方に複数設けられたさる環４１３と水平部２３のトラス構造の金属部材とを紐４１６で結び、固定する。

以上のようにすることで、バルーン台車２にアーチバルーン４１、右側バルーン４２および左側バルーン４３を取り付けることが出来る。なお、これらの取り付け方法は一例に過ぎず、異なる順番で行っても良いし、異なる方法で行っても良い。また、バルーン台車２にアーチバルーン４１、右側バルーン４２および左側バルーン４３を取り付けた上でバルーン台車２を車輪受け部３に乗せても良い。

またアーチバルーン４１、右側バルーン４２および左側バルーン４３に空気を送り込むため、それぞれの所定箇所に送風機２４ａ、２４ｂ、２４ｃが取り付けられ、それらがバルーン台車２に固定される。また、送風機２４ａ、２４ｂ、２４ｃは右側バルーン４２、左側バルーン４３、アーチバルーン４１にそれぞれセットされる。

以上のようにして切羽封じ込め装置１がトンネル内の所定箇所に設置される。図１６では、実際のトンネル工事における状態を示す。図１６（ａ）は切羽封じ込め装置１が設置されたトンネルの縦断面図であり、図１６（ｂ）は切羽封じ込め装置１が設置されたトンネル内の上方からの図である。また図１６（ｃ）は図１６（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図である。

切羽から切羽封じ込め装置１までの空気を換気するため、トンネルの天井壁面Ｗｕ付近に送気管６、第１の排気管７、第２の排気管７１が設置される。この際に、送気管６および第１の排気管７は、切羽封じ込め装置１と同じ位置あるいは切羽封じ込め装置１よりも切羽側に、その一端の開口部が設置される。また第１の排気管７は他の一端で、切羽封じ込め装置１と坑口との間の集塵機９に連結しており、集塵機９での集塵作用によって、切羽と切羽封じ込め装置１との空間における汚染空気などを集塵・排気する。集塵機９には集塵後の空気をトンネルから排気するため、さらに第２の排気管７１が連結している。第２の排気管７１の集塵機９と連結していない他の一端は、トンネルの坑口から外部に位置している。送気管６、第１の排気管７および第２の排気管７１はトンネルの天井付近の天井壁面Ｗｕから吊下固定される。図１６では、送気管６の他の一端は、トンネル内の所定箇所に設けられた送風口Ｈから、トンネル外部に設置された送風機６１に連結しており、送風機６１からの送風によって、切羽付近に送風する。

以上のように配管することで、送気管６は切羽と切羽封じ込め装置１との間の空間に送風が出来、第１の排気管７は切羽と切羽封じ込め装置１との間の汚染空気を集塵・排気することが出来る。また集塵機９で集塵したあとの空気は、第２の排気管７１からトンネルの外部に排気される。

以上のように送気管６、第１の排気管７および第２の排気管７１などが設置された後、バルーン台車２の各バルーン４に空気を送り込むことで、切羽と坑口との間の空間を区切る。具体的には、バルーン台車２の所定箇所に設置された送風機２４からアーチバルーン４１、右側バルーン４２および左側バルーン４３に対して、送風機２４ａ、２４ｂで空気を送り込むことで、各バルーンを膨張させる。

このようにバルーン４に空気を送り込むことで、図７に示すように、切羽封じ込め装置１が設置された位置で、トンネルの断面を各バルーン４で区切ることが出来る。なお、各バルーン４の大きさは、各バルーン４がトンネルの内壁側面Ｗｓ、天井壁面Ｗｕに密着する大きさまで膨張させられればよい。またトンネルの内壁側面Ｗｓ、天井壁面Ｗｕが、凹凸のある吹き付け面となっていることがあるが、バルーン４で空間を区切る構造とすることで、バルーン４と内壁側面Ｗｓ、天井壁面Ｗｕとを密着させることができ、汚染空気を切羽から切羽封じ込め装置１の間に封じ込めることが出来る。

このようにして切羽から切羽封じ込め装置１の空間と、切羽封じ込め装置１から坑口までの空間とを区切ると、切羽から発生する汚染空気がトンネル内全体に拡散することがなくなる。すなわち、汚染空気は、切羽から切羽封じ込め装置１の空間に滞留するが、それを集塵機９が第１の排気管７を通して集塵していることから、切羽から切羽封じ込め装置１の空間の汚染空気を集塵・排気することとなる。

なお、集塵の際には、送気管６からの送風量と第１の排気管７での排気量とでは、排気量が多くなるようにする。すなわち切羽から切羽封じ込め装置１の空間が負圧となるようにすることが好ましい。

また本発明の切羽封じ込め装置１では、集塵を行いながら、トンネル工事の作業を行うことができる。その場合、車両がトンネル内を通過する必要がある。車両が通行する場合には、そのままでは切羽封じ込め装置１がトンネルの空間をバルーンで閉鎖していることから、車両は通行できない。そこで、切羽封じ込め装置１における右側バルーン４２および左側バルーン４３のそれぞれの仕切ファスナー４３３を閉じた上で、扉部ファスナー４３５を開け、側部の袋体４２１、４３１の空気を排出させる。また、扉部の袋体４２２、４３２の空気が排出後、扉部の袋体４２２、４３２をカーテンレール２６に沿って左右に移動させることで、トンネルの中心部付近に開口部８を形成することが出来る。すなわち、図９に示すように、トンネルの内壁側面Ｗｓ、天井壁面Ｗｕ付近は、アーチバルーン４１、右側バルーン４２の側部の袋体４２１、４３１および左側バルーン４３の側部の袋体４２２、４３２が設置されたまま、中心部付近は車両が通行可能となる。

本発明の切羽封じ込め装置１では、負圧となるように送気管６からの送風量と第１の排気管７での排気量を調整しているため、開口部８を開けたままでも汚染空気を封じ込める効果が高い。

なお、トンネルの掘削作業が進行すると、切羽が前方に移動する。その場合には、一旦、各バルーン４から空気を排気して収縮させた後、車輪受け部３のレール３２に沿ってバルーン台車２を前方に移動させることで、容易に、切羽封じ込め装置１を前方に移動させられる。

また、車輪受け部３のレール３２の先端部までバルーン台車２が到達した場合には、車輪受け部３であるレール３２をその先端部の先にさらに設置することで、移動を行える。

なお、トンネル床面の掘削が続行中等の理由でトンネル内の床面の凹凸が激しい場合には、トンネル内に車輪受け部３が設置できない。そこで、このような場合には、ブラケット状の支持部３１’とレール３２’とを有する車輪受け部３’を、トンネルの内壁側面Ｗｓにアンカー固定することも出来る。これを模式的に示すのが図１７である。図１７（ａ）は車輪受け部３’をトンネルの内壁側面Ｗｓに支持部３１’を水平方向にアンカー固定した場合の正面図、図１７（ｂ）は、切羽封じ込め装置１の上方からの図である。図１８は図１７（ｂ）のＡ部の拡大図である。なお支持部３１’としては、鋼材などを用いることが出来る。

支持部３１’はトンネルの左右の内壁側面Ｗｓに水平にアンカー固定されている。また支持部３１’の上面には、レール３２’が設置されており、レール３２’の溝に、バルーン台車２の右支柱部２１、左支柱部２２の各車輪２５が乗せられる。従って、レール３２の溝に沿ってバルーン台車２を前後方向に移動可能となる。なおトンネルの左右の内壁側面Ｗｓに設置された支持部３１’上のレール３２’は、バルーン台車２の右支柱２１、左支柱２２の車輪２５の間隔に合わせて設置される。

またトンネルの掘削作業が進行し、切羽が前方に移動した場合には、それに合わせて新たな支持部３１’をトンネルの左右の内壁側面Ｗｓにアンカー固定することで、トンネルの床面に車輪受け部３を設置できない場合にも、それらの位置まで切羽封じ込め装置１を移動、設置することが出来る。これは、切羽封じ込め装置１が、バルーン台車２と各バルーン４で構成されており、軽量であるために可能な構成である。なお、トンネルの左右の内壁側面Ｗｓにアンカー固定するほか、セントルにブラケット状に設置をしても良い。このような車輪受け部３’とすることで、トンネルの床面の掘削仕上げを行っている状態、あるいは掘削仕上げを行う前の状態でも、レール３２’の先行設置が可能となる。

さらに上述とは異なる形態として、車輪受け部３’’を、図１９に示すように、架台３１およびレール３２から構成することも出来る。レール３２は、少なくとも２以上の架台３１の上面に設置する。このレール３２の溝に、車輪２５が載置されることで、車輪２５が溝に沿って移動可能となる。図２０に車輪受け部３’’にバルーン台車２が設置された状態を示す。なお、図１９では、架台３１は、トラス構造である台形状で示したが、それ以外であっても良い。

また車輪受け部３’’のレール３２の先端部までバルーン台車２が到達した場合には、架台３１をうって返し、レール３２を盛り代えて移動を行う。

なお車輪受け部３は、上述のように、レール３２の溝に車輪２５を載置する構成のほか、鉄道の軌条のように、車輪に設けられた溝に、レールを嵌合させて移動可能なように構成することもできる。

上述の実施例における切羽封じ込め装置１では、右側バルーン４２および左側バルーン４３が、側部の機密性袋体４２１、４３１と、扉部の機密性袋体４２２、４３２とが仕切ファスナー４２３、４３３で空気の流通が制御される構造となっているが、側部の機密性袋体４２１、４３１と、扉部の機密性袋体４２２、４３２とを独立したバルーン４として構成しても良い。すなわち右側バルーン４２および左側バルーン４３を、２以上の独立したバルーンから構成しても良い。

また、上述の実施例におけるバルーン４について、アーチバルーン４１と右側バルーン４２と左側バルーン４３とが一体的に形成されていても良い。

１：切羽封じ込め装置
２：バルーン台車
３：車輪受け部
４：バルーン
５：保持棒
６：送気管
７：第１の排気管
８：開口部
９：集塵機
２１：右支柱部
２２：左支柱部
２３：水平部
２４：送風機
２５：車輪
２６：カーテンレール
２７：滑車
３１：架台
３１’：支持部
３２、３２’：レール
４１：アーチバルーン
４２：右側バルーン
４３：左側バルーン
６１：送風機
７１：第２の排気管
４１１：略円柱形の空間
４１２：密着部
４１３：さる環
４１４：フック
４１５：通気孔
４１６：紐
４２０、４３０：ハトメ
４２１、４３１：側部の袋体
４２２、４３２：扉部の袋体
４３３：仕切ファスナー
４３４：側部ファスナー
４３５：扉部ファスナー
Ｗｓ：トンネルの内壁側面
Ｗｕ：トンネルの天井壁面
Ｈ：送風口

Claims

排気管が設置されたトンネル工事における汚染空気の拡散を防止する切羽封じ込め装置であって、
袋体により形成されるバルーンと、
前記バルーンが設置される門形状のバルーン台車と、を有しており、
前記バルーンの前記袋体への空気の流入、流出により膨張、収縮を制御し、
前記バルーンが膨らんだ状態において、前記バルーンが、前記トンネル内に設置される排気管と、前記トンネルの天井壁面および内壁側面とに密着することで、前記トンネルの天井部、側面部および中心付近の開口部を閉塞し、
前記バルーン台車に設置された移動手段によって、前記バルーン台車が移動可能である、
ことを特徴とする切羽封じ込め装置。
前記バルーンは、前記トンネルの側面部に配置されて該トンネル内壁側面と密着する側部袋体と、前記トンネルの中心部に配置されて前記開口部を開閉する扉部袋体とを備えており、
前記トンネルの天井付近には、切羽と前記切羽封じ込め装置との間に空気を送り込む送気管がさらに設置されており、
前記送気管からの送気量よりも前記排気管による排気量が多い、
ことを特徴とする請求項１に記載の切羽封じ込め装置。
前記切羽封じ込め装置は、
前記トンネルの内壁側面またはセントルに設置した支持部材にレールを設置し、
前記レール上を前記移動手段が移動することで、前記バルーン台車の設置位置が変更可能である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の切羽封じ込め装置。
排気管が設置されたトンネル工事における汚染空気の拡散を防止する換気方法であって、
複数の袋体により形成されるバルーンと、前記バルーンが設置される門形状のバルーン台車と、を備えた切羽封じ込め装置を前記トンネル内に設置し、
前記バルーンに空気を流入させることで、前記バルーンを、前記トンネルの天井壁面および内壁側面に密着させるまで膨張させて前記トンネルの天井壁面および内壁側面とに密着させることで、前記トンネルの天井部、側面部および中心付近の開口部を閉塞し、
さらに、前記バルーンを形成する複数の袋体のうちの前記開口部を閉塞している袋体の空気を排出させ、前記トンネルの中心部付近に前記開口部を形成し、
前記切羽封じ込め装置または前記切羽封じ込め装置よりも切羽側に設置された排気管で前記汚染空気の集塵を行う、
ことを特徴とする換気方法。