JP5984003B2 - トンネル工事における換気システム - Google Patents

Description

本発明は、トンネル工事に際して坑内の空気環境を清浄に維持するための換気システムに関する。

トンネル工事においては坑内の空気環境を清浄に維持するために十分な換気を行うことが必要不可欠であり、そのための換気システムとしてたとえば特許文献１，２に示されるものが知られている。
特許文献１に示される換気装置は、切羽付近の坑内を隔壁により仕切ってその隔壁に集塵機を組み込み、坑口側から切羽に向けて送気しつつ集塵機により集塵を行うというものである。
特許文献２に示されるトンネル区分換気法は、坑内を所定間隔毎に仕切隔壁によって複数の仕切室に区画して、各仕切室毎に送気および排気を行うというものである。

特開昭５２−１２０５２６号公報 特開昭６３−４４１００号公報

特許文献１、２に示されるような従来一般的な換気装置や換気法は、設備全体が過度に大掛かりであるばかりでなく、必ずしも十分な換気効果が得られない場合があり、そのため、より簡易な設備で十分な効果が得られる有効適切な換気システムの開発が望まれているのが実状である。

上記事情に鑑み、請求項１記載の発明は、トンネル工事に際して切羽の近傍位置に配置した吸気口から坑内の空気を吸引して集塵機により集塵を行うとともに、前記吸気口よりも坑口側の位置に配置した送気口から坑内に新鮮空気を送気する構成のトンネル工事における換気システムであって、前記送気口よりも坑口側の位置に坑内を切羽側と坑口側に仕切る防塵隔壁を設け、前記防塵隔壁は、坑内の空気を通気可能かつ空気中の粉塵を捕集可能なフィルターとして機能する通気性シート材により形成されてなることを特徴とする。

本発明によれば、切羽の近傍位置に配置した吸気口から坑内の空気を吸引して集塵機により集塵を行うとともに、吸気口よりも坑口側の位置に配置した送気口から坑内に新鮮空気を送気することにより、送気口と吸気口との間にエアカーテンゾーンを形成したうえでその前方において発生する高濃度粉塵を含む汚染空気を効率的に集塵処理することが可能である。また、送気口よりも坑口側の位置に防塵隔壁を設けたことにより、送気風量と集塵風量とがアンバランスとなった際においても換気効果が低下してしまうことを防止することが可能である。

本発明の実施形態である換気システムの概略構成を示す斜視図である。 同、平面図である。 同、断面図（図２におけるIII−III線視図）である。 同、断面図（図２におけるIV−IV線視図）である。 同、防塵隔壁の他の構成例を示す断面図である。

以下、本発明のトンネル工事における換気システムの一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態の換気システムは請求項２記載の発明に対応するもので、図１〜図２に示すように、トンネル工事に際して切羽１の近傍位置に配置した吸気口４から坑内の空気を吸引して集塵機２により集塵を行うとともに、吸気口４よりも後方（坑口側）の位置に配置した送気口７から坑内に新鮮空気を送気することを基本とする。

具体的には、本実施形態における集塵機２は掘進に追随して坑内を移動可能な自走式のもので、この集塵機２に接続した延伸式の集塵ダクト３の先端を切羽１の近傍位置（たとえば切羽１から5〜10m程度後方の位置）に配置することにより、切羽近傍で発生する高濃度の粉塵を含む汚染空気を集塵ダクト３を通して吸気口４から吸引して集塵処理を行い、集塵後の清浄な空気を坑内の後方（坑口側）に向けて放出するものである。
なお、掘進に伴って集塵ダクト３を漸次前方（切羽側）に延伸していき、かつ集塵機２を漸次前進させていくことになるが、集塵ダクト３はたとえば60〜80m程度の範囲で延伸可能なものとしておくことが好適である。
また、集塵機２の内蔵ファンによる集塵風量（吸気口４からの吸気風量）はトンネル規模その他の状況に応じて適切に設定すれば良いが、本実施形態ではたとえば2400m³/min程度とすることを想定している。

一方、坑内には送気管５も設置されていて、図２に示すようにその送気管５の坑口側の基端部には送気ファン６が接続されているとともに切羽側の先端に送気口７が設けられていて、送気ファン６によって送気管５を通して坑外の新鮮空気が上記の送気口７から坑内に吹き出されるようになっている。
本実施形態における送気口７は、周面に多数の吹出口が形成された筒状体を送気管５の先端部に装着した形態とされていて、それらの吹出口から新鮮空気を図３に示すようにトンネル径方向に向けて放射状に吹き出すものとされている。
その送気口７の位置は集塵機２よりも前方（切羽側）かつ吸気口４よりも後方（坑口側）とされていて、たとえば集塵機２よりも40m程度前方の位置とすることが好ましい（その場合、仮に集塵ダクト３の長さが上記のように60〜80m程度の場合には、送気口７の位置は吸気口４からは20〜40m程度後方の位置となる）。

なお、送気ファン６により坑内に送気する新鮮空気量（送気口７からの送気風量）は、坑内における酸素量の維持や可燃性ガスの希釈、あるいは冷却効果を得るための必要となる所要換気量を考慮して、送気風量をそれと同等ないしそれよりも多く設定することが好ましく、そのうえで集塵風量を送気風量よりも多くして切羽付近がやや負圧となるようにすることが好ましい。すなわち、所要換気量≦送気風量＜集塵風量 とすることが好ましく、本実施形態ではたとえば集塵風量が上記のように2400m³/min程度の場合には送気風量を2000m³/min程度とすることを想定している。

以上の構成のもとに、本実施形態の換気システムでは、切羽近傍位置に設けた吸気口４から汚染空気を吸引して集塵機２により集塵を行うとともに、吸気口４の後方位置に設けた送気口７から新鮮空気を送気することにより、特に切羽近傍の空気環境を清浄に維持することができる。
すなわち、吸気口４が切羽近傍に設けられているので、そこで発生した多量の粉塵を含む高濃度の汚染空気は吸気口４により速やかに吸引されて集塵機２により集塵処理され、それと同時に送気口７から送気された新鮮空気は前方（切羽側）に向かって流れていくので、送気口７よりも前方の坑内においては自ずと前方に向かって一方向に流れるような空気流が形成される。

この場合、送気口７は多数の吹出口から新鮮外気を径方向に放射状に吹き出すので、そのように吹き出された新鮮外気はトンネル断面全体に広がったうえで切羽１に向かって流れることになり、そのような空気流は実質的にエアカーテンとして機能するものとなるから、送気口７と吸気口４との間には坑内を坑口側と切羽側に区画するエアカーテンゾーンが自ずと形成される。
したがって、切羽１で発生した汚染空気はそのエアカーテンゾーンの前方に形成される切羽近傍のごく狭い空間内に封じ込まれたうえで吸気口４から確実かつ速やかに吸引されてしまい、その結果、汚染空気が坑内の広範囲にわたって無用に拡散してしまうことがなく、切羽近傍を除いて坑内全体の空気環境を十分に清浄に維持することが可能である。

このように、本実施形態の換気システムでは基本的に優れた換気効果が得られるものではあるが、汚染空気を処理するために必要となる集塵風量（吸気口４による吸気風量）と、送気口７による送気風量（新鮮空気の供給量）とのバランスによっては換気効果が損なわれることも想定されることから、本実施形態の換気システムではその対策のために坑内を切羽側と坑口側に仕切るための防塵隔壁８を設けている。

すなわち、本実施形態の換気システムでは、坑内を良好な空気環境に維持するためには、上述したように基本的には所要換気量よりも送気風量を多くし、かつ送気風量よりも集塵風量を多くするように設定する（すなわち 所要換気量≦送気風量＜集塵風量 とする）こととして、切羽近傍に対して十分な新鮮空気を供給したうえで切羽近傍をやや負圧にした状態で運転することが好ましいのではあるが、トンネル工事においては様々な事情によりそのような状態を厳密に維持できない場合もあり、ときには吸気風量と集塵風量との適正な風量バランスが崩れて換気効果が損なわれてしまうことも想定される。

たとえば、上記のように 送気風量＜集塵風量 に設定する場合において、切羽１が過度に負圧となると集塵風量の一部が坑口側から切羽側に戻り風となって切羽側へ流れ込んでエアカーテンゾーンの粉塵汚染の原因となる場合がある。
また、所要換気量によっては送気風量を特に多くして上記とは逆に 送気風量＞集塵風量 とする場合もあり、その場合においては切羽側が正圧になるのであるが、切羽側が過度に正圧になると送気風量の一部が切羽側から坑口側に戻り風となって流れ出ることになり、その結果、エアカーテンゾーンが乱れてしまって汚染空気が坑口側に流出する場合もあり得る。
さらに、送気風量＝集塵風量 となる場合も想定されるが、その場合には戻り風は生じないものの集塵機２と送気口７との間においては殆ど空気流が生じないので、そこでは坑内空気が停滞してしまって空気環境を良好に維持し難いものとなる。

そこで本実施形態の換気システムでは、集塵風量と送気風量との適切な風量バランスがくずれたような場合においても換気効果が大きく損なわれてしまうことを防止するべく、図１〜図２に示すように、送気口７よりも坑口側の位置に防塵隔壁８を設けている。

本実施形態における防塵隔壁８は、坑内の空気を通気可能でありかつその空気中の粉塵を捕集可能なフィルターとして機能する通気性シート材により形成されているもので、図４に示すように集塵ダクト３および送気管５はこの防塵隔壁８の上部を貫通する状態で設置されている。
また、防塵隔壁８の中央部には作業車両等を通過させるための開口部が設けられているとともに、その開口部には同じく通気性シート材からなる巻き取り可能なシャッター９が設けられていて、通常時においてはシャッター９を降ろしてその両側部をファスナーによって仕防塵隔壁８に対して固着することにより開口部を閉じておき、必要時にのみシャッター９を巻き上げて開口部を開くことにより作業車両等を支障なく通過させることができるようにされている。
なお、防塵隔壁８の設置位置は掘進に応じて漸次前方に移設していく必要があるので、可及的に簡易に盛り代え可能に設置し得るものとしておくことが望ましい。

このような防塵隔壁８によって坑内を坑口側と切羽側に区画することにより、切羽側が過度に負圧あるいは正圧になったとしても、それに起因して上記のように換気効果が損なわれてしまうことを有効に防止することができる。

すなわち、送気風量＜集塵風量 として運転している場合において、何らかの事情により切羽側が過度に負圧となって切羽側に向かって戻り風が生じる事態となった際には、その戻り風は防塵隔壁８を形成している通気性シート材を通過して坑口側から切羽側に向かって流れることになるが、その際に防塵隔壁８はそれ自体がフィルターとして機能して戻り風中の粉塵を捕集してしまい、したがって切羽側の粉塵濃度の上昇を有効に防止可能である。
逆に、送気風量＞集塵風量 となって切羽側が過度に正圧になった場合には切羽側から坑口側に向かって戻り風が生じる事態となるが、その際にはその戻り風が防塵隔壁８を形成している通気性シート材を通過する際に防塵隔壁８がフィルターとして機能して戻り風中の粉塵を捕集するので、坑口側からの汚染空気がそのまま多量に流出してしまうことを防止可能である。
なお、上記のように防塵隔壁８はそれ自体が両方向の戻り風に対してフィルターとして機能するものであって、戻り風の方向によって坑口側あるいは切羽側の表面において粉塵を捕集するものであるから、捕集した粉塵を除去するための保守作業を定期的あるいは必要に応じて適宜実施すれば良い。
また、防塵隔壁８は必ずしもその全面を通気性シート材により形成することはなく、想定される通気量と通気抵抗を考慮して必要最少限の範囲に通気性シート材を用いるとともに他の部分は通気性を有しない通常のシート材を用いることも考えられ、場合によっては開口部に設けるシャッター９のみを通気性シート材により形成して防塵隔壁８自体は通常のシート材とする（あるいは逆に、防塵隔壁８自体を通気性シート材により形成してシャッター９は通常のシート材とする）ようなことも考えられる。

以上のように、本実施形態の換気システムによれば、切羽１の近傍位置に配置した吸気口４から坑内の空気を吸引して集塵機２により集塵処理を行うとともに、吸気口４よりも坑口側の位置に配置した送気口７から坑内に新鮮空気を送気することにより、送気口７と吸気口４との間にエアカーテンゾーンを形成したうえでその前方において発生する高濃度粉塵を含む汚染空気を効率的に集塵処理することが可能である。
しかも、送気口７よりも坑口側の位置にフィルターとして機能する防塵隔壁８を設けたことにより、送気風量と集塵風量との風量バランスが大きくくずれたような場合においても換気効果が低下してしまうことを有効に防止でき、トンネル内の空気環境を常に良好に維持できるものである。
勿論、本実施形態における防塵隔壁８は土木建築工事分野において仮設資材等として多用されている安価な通気性シート材を利用することで簡易に設置することができるし、その防塵隔壁８を利用して戻り風に対する粉塵捕集を行うために何らの操作や制御も必要としないから、これを設置するために要する設備費のコスト増は些少であるし、それを設置したがために換気に要する運転費が増大することもない。

以上で本発明の基本的な一実施形態について説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、たとえば以下のような変形や応用が可能である。

本発明では上記実施形態（請求項２記載の発明に対応）のように防塵隔壁８がフィルターとして機能するように構成することが好ましく、そのために防塵隔壁８の少なくとも一部を通気性シート材により形成することが最適ではあるが、本発明はそれに限るものではなく、請求項３に記載の発明のように防塵隔壁８を通気不能に形成したうえで、図５に示すようにその防塵隔壁に坑内の空気を通過させつつ集塵処理を行うために内蔵ファンを備えた集塵装置１０を組み込む構成とすることも考えられる。
この場合、防塵隔壁８としては通気性を有しない通常のシート材により形成することが現実的であるが、あるいは適宜の壁パネル等の壁材を利用することでも良い。いずれにしても、上記実施形態の場合と同様に掘進に応じて防塵隔壁８の設置位置を適宜変更する必要があるので、可及的に簡易にかつ安価に設置し得るものであることが望ましく、作業車両等を通すための開口部とそれを開閉するシャッターないし扉を設けておけば良い。
また、その防塵隔壁８に組み込む集塵装置１０は、上記実施形態と同様に、切羽側が過度に負圧となった場合における坑口側から切羽側へ向かって流れる戻り風と、逆に切羽側が過度に正圧となった場合における切羽側から坑口側に向かって流れる戻り風の双方に対して集塵処理を行うことが好ましい。
そのためには双方向の集塵機能を有する集塵装置１０を用いるか、あるいはいずれか一方向の集塵機能を有する少なくとも２台の集塵装置１０を逆向きとして設置することでも良い。なお、戻り風がいずれか一方向にのみ生じることを想定することで十分な場合（他方向の戻り風を考慮する必要がない場合）には、その方向の戻り風に対する集塵処理を行うための集塵装置１０を設置すれば良い。いずれにしても、防塵隔壁８の前後の差圧に応じて集塵装置１０を適切に運転し制御するように構成すれば良い。

さらに、本発明では上記各実施形態のように防塵隔壁８の前後において差圧が生じた際には坑内空気を通過させてその際に集塵処理を行うように構成することが好ましいが、要は請求項１に記載の発明のように送気口７よりも坑口側の位置に防塵隔壁８を設けることによって防塵効果が確保できれば良く、その限りにおいて防塵隔壁８は坑内空気の通過を完全に遮断するものであって良い。
その場合、防塵隔壁８は図５に示した実施形態と同様に通気性を有しないシート材や適宜の壁パネル等の壁材により構内を単に気密裡に区画するものとして設置すれば良く、必要に応じて作業車両等を通すための開口部とそれを開閉するシャッターないし扉を設けておけば良い。
この場合には、防塵隔壁８よりも切羽側の領域は坑口側とは完全に仕切られた閉鎖空間となるので、切羽近傍で発生する汚染空気が坑口側に流出したり坑口側から切羽側に向かって坑内空気が無用に流入することを確実に防止できる。
但し、この場合は必然的に 送気風量＝集塵風量となるように双方の風量を制御する必要があるし、送気風量≠集塵風量 の場合には集塵機２の内蔵ファンと送気ファン６の能力およびこの換気システム全体の通風抵抗との兼ね合いによって自ずと一定の風量にバランスすることになる。そのため、この場合には送気口７と吸気口４との間では十分な空気流が生じてそこにはエアカーテンゾーンが安定に形成されるものの、防塵隔壁８と送気口７との間においては殆ど空気流が生じないのでそこでは坑内空気が停滞してしまうから、その領域では空気環境が良好に維持されないことが許容される場合に限って適用すべきである。

１ 切羽
２ 集塵機
３ 集塵ダクト
４ 吸気口
５ 送気管
６ 送気ファン
７ 送気口
８ 防塵隔壁
９ シャッター
１０ 集塵装置

Claims (1)

1. トンネル工事に際して切羽の近傍位置に配置した吸気口から坑内の空気を吸引して集塵機により集塵を行うとともに、前記吸気口よりも坑口側の位置に配置した送気口から坑内に新鮮空気を送気する構成のトンネル工事における換気システムであって、
   前記送気口よりも坑口側の位置に坑内を切羽側と坑口側に仕切る防塵隔壁を設け、
   前記防塵隔壁は、坑内の空気を通気可能かつ空気中の粉塵を捕集可能なフィルターとして機能する通気性シート材により形成されてなることを特徴とするトンネル工事における換気システム。

Images