JP6299100B2 - トンネル用消音装置及びトンネル用消音方法 - Google Patents

トンネル用消音装置及びトンネル用消音方法 Download PDF

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本発明は、トンネルの発破音等を消音する装置及び方法に関する。
発破作業を伴うトンネル工事で発破音を消音する方法として、トンネルの坑口と切羽との間に、発破音のうちの低周波帯域の音を対象とした消音装置を設置する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。この方法で用いられている消音装置では、坑口側と切羽側とに開口した通路の周囲に、低周波音の1/4の波長の経路長となる管路が多数設けられており、該管路において逆位相になった音と音源から伝播した音とが干渉することで消音効果が発揮される。また、該消音装置では、坑口側に隔壁が設けられており、この隔壁に通路を開閉する発破騒音対策の防音扉が設置されている。ここで、発破騒音対策の防音扉としては、コンクリート製や砂充填式等の大重量のものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2011−256609号公報 特開2007−277885号公報
トンネル工事での発破作業では、発破音と共に爆風が生じるが、上記消音装置では、この爆風より防音扉が振動して振動による二次的な騒音が発生する。また、トンネル工事での発破作業以外の時でも、開口を有する防音壁等の隔壁でトンネル坑内を仕切り、該開口に防音扉を設置する場合には、トンネル内外での通風や外部からの強風等により防音扉が振動して振動による騒音が発生することがある。この振動騒音は、防音扉の重量を大きくすることで抑制できる。
また、トンネル工事での発破作業では、衝撃的に非常に大きなエネルギーが発生し、発破音は、可聴音から低周波音まで広範囲に及ぶ特徴がある。ここで、防音扉は、主に低周波音よりも高い100Hz以上の騒音(以下、普通騒音という)の対策には有効だが、低周波音を低減するには、防音扉の重量を大きくしたり、扉を複数枚設置したりすること等が必要となる。
即ち、防音扉において発生する振動騒音を抑制したり、防音扉によって低周波帯域の発破音を低減したりするために、防音扉の重量を大きくしたり、扉を複数枚設置したりすると、防音扉の開閉操作に支障をきたす等、工程面に課題が生じ、また、コストにも課題が生じる。一方で、特許文献1に記載の消音装置は、低周波帯域の発破音を対象とするものであり、普通騒音の対策が課題であった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、トンネル用消音装置において発破騒音と爆風その他の強風により発生する振動騒音とを制御することを課題とするものである。
上記課題を解決するために、本発明に係るトンネル用消音装置は、トンネル坑内を隔てる坑口側の隔壁に設けた開口部と切羽側の開口部を出入り口とする通路の少なくともいずれか一方の前記開口部に面して消音器が設置されたトンネル用消音装置であって、前記消音器は、坑口側と切羽側とを連通する通風孔が間に形成されるように、間隔を空けて配された複数の吸音材を備えることを特徴とする。
前記トンネル用消音装置において、前記複数の吸音材が、前記消音器の内周側ほど粗に外周側ほど密に配されて、該複数の吸音材の間に位置する複数の前記通風孔は、前記消音器の外周側より内周側ほど開口率が高く形成されていてもよい。
また、前記トンネル用消音装置において、前記複数の吸音材は、前記消音器を構成する格子状のフレームにおける側板の内面と、該側板の間に配された複数の仕切り板の両面とに張り付けられるとともに、前記側板と前記仕切り板の間、および隣合った前記仕切り板の間に配置される合板の両面に張り付けられて、該合板と前記吸音材とからなる吸音材ユニットを構成し、該吸音材ユニットが、前記フレームに対して着脱可能に設けられていてもよい。
また、前記トンネル用消音装置において、前記通路に面して開口が設けられ、前記消音器が対象とする周波数帯域よりも低周波の帯域の音を対象とする低周波音消音器を備えてもよく、前記消音器は、前記坑口側の隔壁に設けた前記開口部に設置されていてもよい。
また、前記トンネル用消音装置において、前記通路に面して開口が設けられ、前記消音器が対象とする周波数帯域よりも低周波の帯域の音を対象とする低周波音消音器を備えてもよく、前記消音器は、前記坑口側の隔壁に設けた前記開口部と前記切羽側の開口部の双方に設置されていてもよい。
また、本発明のトンネル用消音装置を用いたトンネル用消音方法は、前記通路の出入り口をなす前記開口部に面して、複数の吸音材を、坑口側と切羽側とを連通する通風孔が間に形成されるように間隔を空けて配することを特徴とする。
本発明によれば、トンネル用消音装置において発破騒音と爆風その他の強風により発生する振動騒音とを制御することができる。
一実施形態に係るトンネル用の消音装置を示す斜視図である。 一実施形態に係るトンネル用の消音装置を示す斜視図である。 低周波音消音器を透視して示す斜視図である。 普通騒音消音器を示す正面立面図である。 フレームユニットを示す正面立面図である。 測定時の切羽、音源、及び測定点の位置関係を示す図である。 実験で使用した普通騒音消音器の消音ユニットの仕様を説明するための斜視図である。 騒音測定時の発破の諸元を示す表である。 本実験の測定結果を示すグラフである。 普通騒音消音器の変形例を示す斜視図である。 他の実施形態に係る消音装置を示す側面立面図である。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1及び図2は、一実施形態に係るトンネル用の消音装置10を示す斜視図である。これらの図に示すように、消音装置10は、隔壁12と、100Hz未満の低周波帯域の音を対象とする低周波音消音器20と、100Hz以上の普通騒音を対象とする普通騒音消音器30とを備えている。なお、図中手前側が坑口側、図中奥側が切羽側である。
消音装置10には、通路1が形成されており、低周波音消音器20は、通路1の左右に配されている。また、隔壁12は、トンネル坑内の坑口側と切羽側とを隔てる壁であり、通路1の坑口側の出入口となる矩形状の開口部14が形成されている。また、隔壁12の上部には、ダクト2を挿通するための円形の孔16が形成されている。
普通騒音消音器30は、左右一対の消音ユニット31を備えている。この左右一対の消音ユニット31は、隔壁12より坑口側に左右に移動可能に配されており、図1に示すように開口部14を開いたり図2に示すように開口部14を閉じたりすることができる。
図3は、低周波音消音器20を透視して示す斜視図である。この図に示すように、低周波音消音器20は、複数種類の消音管21〜24を備えている。この消音管21〜24は、縦に配列されており、各種の消音管21〜24は、トンネル軸方向に複数配列されている。
消音管21〜23は、断面が矩形状で中間部で屈曲した管体であり、消音管21〜23の一端は、通路1に面した開口25であり、他端は、終端板26で閉塞されている。また、消音管24は、直管であり、下端側面に通路1に面した開口25が設けられ、上端は、終端板26で閉塞されている。ここで、消音管21〜24の開口25から終端板26までの経路長は、複数種類の低周波音(例えば、63Hz、32Hz、16Hz等)のうちの何れかの波長の1/4に設定されている。即ち、消音管21〜24は、干渉型消音器であり、対象とする種類の低周波音を、通路1で伝播する同種類の低周波音とは逆位相にして通路1に戻して、両者が互いに打ち消し合うようにすることにより、対象とする種類の低周波音を消音する。
図4は、普通騒音消音器30を示す正面立面図である。この図に示すように、普通騒音消音器30の左右の消音ユニット31は、格子状のフレーム32と、該フレーム32に設置された吸音材34、36と、フレーム32の底部に取り付けられた台車38とを備えている。
フレーム32は、断面が矩形状の筒状体32Eが縦横に配列され、該筒状体32Eが横に並んでなるフレームユニット33が積み重ねられて結合されている。各フレームユニット33は、左右の側板32A、上板32B、底板32Cと、左右の側板32Aの間に配された複数の仕切り板32Dを備えており、上側のフレームユニット33の底板32Cと下側のフレームユニット33の上板32Bとがボルトで結合されることで、上下のフレームユニット33が結合されている。
吸音材34、36は、グラスウール製の板材である。吸音材34は、側板32Aの内面と仕切り板32Dの両面とに張り付けられている。一方、吸音材36は、合板42の両面に接合されており、これらからなる吸音材ユニット40が、筒状体32E内においてフレームユニット33に取り付けられている。ここで、隣合った吸音材34、36は互いに左右に離間しており、これらの間には縦長でトンネル軸方向に抜けるダクト44が形成されている。
図5は、フレームユニット33を示す正面立面図である。この図では、右側と真中の吸音材ユニット40を取り外した状態を示している。この図に示すように、フレームユニット33の側板32Aと仕切り板32Dとの間、及び隣合った仕切り板32Dの間には、吸音材ユニット40が取り付けられる取付部50が設けられている。この取付部50は、上板32Bと底板32Cとに夫々固定されたガイド52、54と、底板32Cに取り付けられた押え板56とを備えている。
ガイド52、54は、ガイド溝52A、54Aが設けられた棒状の部材である。ガイド溝52A、54Aは、トンネル軸方向に対して平行に、かつ互いに上下に対向するように配されている。また、押え板56は、底板32Cの前面側(坑口側)の側面にガイド溝54Aを塞ぐように配されている。ここで、押え板56は、底板32Cに溶接されたナット(図示省略)とボルト58とにより底板32Cに取り付けられている。即ち、押え板56は、底板32Cに着脱可能に取り付けられており、吸音材ユニット40は、取付部50に着脱可能に取り付けられている。
以上のような構成の消音装置10による消音効果を確認する実験を行ったので、以下説明する。図6は、測定時の切羽、音源、及び測定点の位置関係を示す図である。この図に示すように、切羽すなわち実際の発破音の音源の位置は、坑口から330mの位置であり、発破音を模した広帯域の衝撃性擬似音源の位置は、坑口から切羽側に75mの位置であり、測定点の位置は、坑口から坑外側に30mの位置である。
図7は、実験で使用した普通騒音消音器30の消音ユニット31の仕様を説明するための斜視図である。この図に示すように、消音ユニット31のフレーム32は、高さ4m、幅2m、奥行き1.8mであり、普通騒音消音器30全体では、高さ4m、幅4m、奥行き1.8mとなる。それに対して、通路1の開口は、高さ4m、幅4mである。また、各消音ユニット31には、5行6列のダクト44が設けられており、各ダクト44は、幅が0.4m、高さが0.8m、長さが1.8mとなっている、また、吸音材34は、1枚の厚さ50mmのグラスウール、又はこれを2枚貼り合わせたものであり、吸音材36は、2枚の厚さ50mmのグラスウールを貼り合わせたものである。
図8の表には、騒音測定時の発破の諸元を示している。この表に示すように、切羽位置は坑口から約330m、岩盤等級はDI、雷管はDS電気雷管である。また、消音装置10の設置前と設置後とで各2回計4回測定したが、消音装置10の設置前の全装薬量は約6kgと約5kg、設置後の全装薬量は2回とも約7kgである。
図9は、本実験の測定結果を示すグラフである。このグラフの縦軸の挿入損失(dB)は、消音装置10の設置前後の音圧レベルの差である。また、100Hz未満の測定結果は、発破音によるものであり、100Hz以上の測定結果は、擬似音源によるものである。また、折れ線Aは1/3オクターブバンドの分析結果を示し、折れ線Bはオクターブバンドの分析結果を示している。また、折れ線Cは、下記参考文献に記載されているグラスウール充填鋼板防音扉にコンクリートを吹き付けた防音扉の測定結果を示している。なお、このグラフでは、暗騒音の影響を受けた周波数帯域を除いて測定値をプロットしている。
(参考文献:日本音響学会建設工事騒音予測調査研究委員会,“建設工事騒音の予測モデル”ASJ CN-Mode12007,音響学会誌,64,pp229-260,2008.)
このグラフからかわるように、1/3オクターブバンド分析では、16Hz〜5kHzの帯域(100Hzの帯域を除く)において、約10〜30dBの低減効果が得られ、オクターブバンド分析では、16Hz〜4kHzの帯域において、約10〜25dBの低減効果が得られた。また、折れ線Cで示す防音扉と比較しても、16Hz〜1kHzの帯域で大きく、2〜4kHzの帯域で同等であり、騒音レベルでは2dBほど大きい。
以上説明したように、本実施形態に係るトンネル用の消音装置10では、坑口側と切羽側とに開口した通路1に面して普通騒音消音器30が設置されており、この普通騒音消音器30には、複数の吸音材34、36が、坑口側と切羽側とを連通するダクト44が間に形成されるように、間隔を空けて配されている。これにより、発破作業において生じた普通騒音の周波数帯域の発破音が、ダクト44を通過する際に吸音材34、36に吸音されて低減されると共に、発破作業において生じた爆風がダクト44を通過することで、爆風による振動で二次的に発生する騒音が低減される。ここで、鋼製のフレームに吸音材34、36を設けた構成の普通騒音消音器30により、爆風による振動で二次的に発生する騒音を低減できることによって、開口部14を開閉する防音扉の重量化により対応する場合のように開口部14の開閉操作に支障をきたすこともない。
また、上述の普通騒音消音器30と共に、低周波帯域の発破音を対象とする低周波音消音器20を設置したことにより、普通騒音の周波数帯域の発破音と低周波帯域の発破音とを同時に消音できる。ここで、普通騒音消音器30を低周波音消音器20よりも坑口側に設置して上流側で低周波帯域の発破音を消音し、普通騒音消音器30では、普通騒音のみを対象としたことにより、効率よく普通騒音を消音できる。
また、吸音材ユニット40をフレーム32に着脱可能に設けたことにより、吸音材36が旧くなったり破損したりした場合に交換ができると共に、後述するように、吸音材34、36を、場所毎に粗に配したり密に配したりすることが可能になる。
図10は、普通騒音消音器30の変形例を示す斜視図である。この図に示すように、本実施例では、普通騒音消音器30の最上段、最下段、左端の列、及び右端の列には、吸音材ユニット40が設置されているのに対して、これらの内周側には、吸音材ユニット40が設置されていない。即ち、普通騒音消音器30の外周部には、吸音材34、36が密に配されているのに対して、普通騒音消音器30の内周部には、吸音材34、36が外周部よりも粗に配されている。
ここで、発破作業で生じる爆風は、風圧が中心ほど強く外側ほど弱いため、中心ほど振動による二次騒音が生じ易くなる。そこで、本実施例では、吸音材34、36を、普通騒音消音器30の内周側ほど粗に外周側ほど密に配して、普通騒音消音器30の内周側ほど開口率を高くすることにより、爆風が中心ほど普通騒音消音器30を抜け易くなるようにして、振動による二次騒音を抑制している。
図11は、他の実施形態に係る消音装置100を示す側面立面図である。この図に示すように、消音装置100では、低周波音消音器20の坑口側のみならず切羽側にも普通騒音消音器30が設置されており、通路1が、低周波音消音器20とその前後両側に配された一対の普通騒音消音器30とにより囲まれている。
これにより、低周波帯域の発破音が、低周波音消音器20とその前後両側に配された一対の普通騒音消音器30とにより囲まれた空間で多数回反射して減衰する。従って、低周波帯域の発破音を効果的に消音できる。
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、干渉型消音器である低周波音消音器20を設けたが必須ではなく、これに替えて防音壁を設ける等してもよい。また、吸音材34、36を開口部14に面する範囲にのみ設けたが、トンネル坑の断面全体に設ける等してもよい。
また、吸音材として板状のグラスウールを用いたが、岩綿吸音板や有孔ボード等の他のものを用いてもよい。さらに、発破作業で生じる発破音と爆風とを対象にした例を挙げたが、その他のトンネル工事で生じる騒音や、トンネル坑外からの強風等を対象にしてもよい。
1 通路、2 ダクト、10 消音装置、12 隔壁、14 開口部、16 孔、20 低周波音消音器、21〜24 消音管、25 開口、26 終端板、30 普通騒音消音器、31 消音ユニット、32 フレーム、32A 側板、32B 上板、32C 底板、32D 仕切り板、32E 筒状体、33 フレームユニット、34 吸音材、36 吸音材、38 台車、40 吸音材ユニット、42 合板、44 ダクト、50 取付部、52 ガイド、52A ガイド溝、54 ガイド、54A ガイド溝、56 押え板、58 ボルト、100 消音装置

Claims (6)

  1. トンネル坑内を隔てる坑口側の隔壁に設けた開口部と切羽側の開口部を出入り口とする通路の、少なくともいずれか一方の前記開口部に面して消音器が設置されたトンネル用消音装置であって、
    前記消音器は、坑口側と切羽側とを連通する通風孔が間に形成されるように、間隔を空けて配された複数の吸音材を備えることを特徴とするトンネル用消音装置。
  2. 前記複数の吸音材が、前記消音器の内周側ほど粗に外周側ほど密に配されており、
    該複数の吸音材の間に位置する複数の前記通風孔は、前記消音器の外周側より内周側ほど開口率が高く形成されていることを特徴とする請求項1に記載のトンネル用消音装置。
  3. 前記複数の吸音材は、前記消音器を構成する格子状のフレームにおける側板の内面と、該側板の間に配された複数の仕切り板の両面とに張り付けられるとともに、
    前記側板と前記仕切り板の間、および隣合った前記仕切り板の間に配置される合板の両面に張り付けられて、該合板と前記吸音材とからなる吸音材ユニットを構成し、
    該吸音材ユニットが、前記フレームに対して着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のトンネル用消音装置。
  4. 前記通路に面して開口が設けられ、前記消音器が対象とする周波数帯域よりも低周波の帯域の音を対象とする低周波音消音器を備え、
    前記消音器は、前記坑口側の隔壁に設けた前記開口部に設置されている請求項1から請求項3までの何れか1項に記載のトンネル用消音装置。
  5. 前記通路に面して開口が設けられ、前記消音器が対象とする周波数帯域よりも低周波の帯域の音を対象とする低周波音消音器を備え、
    前記消音器は、前記坑口側の隔壁に設けた前記開口部と前記切羽側の開口部の双方に設置されている請求項1から請求項3までの何れか1項に記載のトンネル用消音装置。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載のトンネル用消音装置を用いたトンネル用消音方法であって、
    前記通路の出入り口をなす前記開口部に面して、複数の吸音材を、坑口側と切羽側とを連通する通風孔が間に形成されるように間隔を空けて配することを特徴とするトンネル用消音方法。
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