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

Description

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。