JP6468875B2 - 二重防音壁 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの施工の際にトンネル内に設置される二重防音壁に関するものである。

山岳トンネル等のトンネルの延伸工事においては、坑口側から順に坑内での発破を繰り返しながらトンネルの延伸作業がおこなわれる場合があるが、この発破の際に生じる発破音は広帯域の周波数の音を含んでおり、さらに音圧レベルも極めて高いことが知られている。このような性質の発破音が外部に漏れ出すと、周辺環境への騒音の問題もさることながら、発破音に含まれている周波数80Hz以下のいわゆる低周波音が周辺建物の建具などを振動させるといった問題も生じ得る。

このような有害な発破音の漏れ出しを抑制するべく、従来は坑内のたとえば二箇所にトンネル断面を遮断する防音壁を設置して二重防音壁を形成する対処法が一般におこなわれている。

ところで、上記する二重防音壁では、各防音壁に設けられた貫通孔を鋼管等から形成される風管が貫通して設けられている。発破の際には、防音扉が閉じられ、風管が塞がれた後に発破が実施され、発破がおこなわれていない際には、防音扉が開かれてトンネル内を作業員や重機が往来自在とされ、風管に通風がなされてトンネル内換気が実施される。

ここで、特許文献１には、トンネル上部に回転して通風口の出来るユニットパネルを設け、三段カンヌキバーロック装置を手動ウインチによって操作し、風管用の貫通口にダンパを取り付けてなるトンネル工事のための防音扉が開示されている。

一方、特許文献２には、発破等の騒音発生時において、トンネル防音壁の開閉扉を閉じるとともに、開閉体を押圧して移動させることで開閉体が筐体に配設された二つの貫通孔の間に位置し、一方の通風管と他方の通風管との連通を遮断してトンネル坑内から坑外への音漏れを防止するトンネル防音壁の通風路開閉装置が開示されている。この通風路開閉装置によれば、騒音発生時以外においては、トンネル坑内外の通風を確保したい場合にトンネル防音壁の開閉扉を開放するとともに、開閉体の引き手を掴んで開閉体を引っ張ることで開閉体を移動させ、一方の通風管と他方の通風管との連通を確保し、開閉扉、風管及び通風管を介してトンネル坑内外の通風を確保する。

このように、特許文献１，２をはじめとして従来の防音壁に配設された通風管（風管）の開閉制御は手動式もしくは手動操作に基づく電動式（実際には、手動操作にて開閉制御が自動制御されることから、これも手動式ということができる）によるものである。

そのため、風管の状況（現在の開閉状況）を作業員や管理者が把握することが必須となることから、作業員等が風管状況を確認せずに発破に移行した際に、風管の閉塞を忘れてしまうといった状況を完全に解消できない。

登録実用新案第３０１８６５７号公報 特開２０１０−２２９７５９号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、作業員による風管開閉作業を不要としながら、発破時の騒音、中でも低周波音を効果的に消音することのできる二重防音壁を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による二重防音壁は、トンネル工事で適用される二重防音壁であって、防音扉を備えた二つの防音壁が空間を置いて、トンネル断面を遮断するように配設されて二重防音壁を構成し、それぞれの防音壁には風管が貫通する貫通孔が設けてあり、風圧で変形自在な風管がそれぞれの貫通孔を貫通して配設されてトンネルの延伸方向に延びており、二つの防音壁の前記空間において、それぞれの防音壁に対して直交する方向に吸音材が配設されているものである。

本発明の二重防音壁は、二重防音壁を構成する二つの防音壁の貫通孔を貫通して配設されている風管が風圧で変形自在な風管であること、および、二つの防音壁の間の空間においてそれぞれの防音壁に対して直交する方向に吸音材が配設されていることに特徴がある。

これらの特徴構成により、発破時には風管に通風がおこなわれない。したがって風管がしぼんで風管と貫通孔の間に隙間を形成させ、この隙間を介して騒音を空間内に提供し、吸音材で騒音を消音することができる。すなわち、従来は発破の際に風管を完全閉塞していたのに対し、本発明の二重防音壁では発破の際に風管と貫通孔の間に隙間を積極的に形成し、この隙間を介して騒音を二重防音壁の空間内へ取り込むものである。なお、発破が実施されずにトンネル内換気をおこなうべく、風管内に通風する際には、風管が風圧で膨らむことで風管と貫通孔の間には隙間ができず、完全に閉塞される。

トンネル施工に際して二つの防音壁を設置するに当たり、高い遮音性能が必要とされる場合は、トンネルの切羽側の位置と坑口側の位置の二箇所に防音壁を設置して二重防音壁を形成する。

多様な周波数を有するトンネル内におけるたとえば発破音に関し、発破音を構成する各周波数の音はそれぞれに固有の波長を有していて、その1波長や1/2波長が二つの防音壁間の離間長とおよそ一致する場合に二つの防音壁間で共鳴が生じることになる。そして、この共鳴によって防音壁にも大きな振動がもたらされる。

本発明の二重防音壁では、二つの防音壁の前記空間において、それぞれの防音壁に対して直交する方向に吸音材を配設しておくことで発破音を消音し、その共鳴を解消する。

そのための具体的な構成としては、鉛直方向と水平方向に延びる複数の吸音材を二つの防音壁の間の空間に配設し、該空間を複数の小空間に区画するのがよい。たとえば、空間の寸法を低減したい低周波音の1/4〜1/2波長程度に調整することで高い消音効果が奏される。また、吸音材で形成された小空間の具体的な寸法（小空間の一辺の長さ）としては5〜10m程度が挙げられる。ここで、「空間の寸法」とは、地盤と吸音材との間の距離のことである。地盤と吸音材の離間距離を低減したい低周波音の1/4〜1/2波長程度に調整することで、吸音材の位置が空間の中で粒子速度が最大になる付近となり、吸音材の存在によって音エネルギーが熱エネルギーに変換されて高い消音効果が奏される。なお、本発明の二重防音壁による消音効果は、トンネル横断面積には影響されない。トンネル軸方向の二重防音壁の離間距離は、モード（定在波）が立たない距離、波長に比して十分に短い距離、1/4波長以下の距離、であることが望ましい。

このように、二重防音壁内の空間が鉛直および水平に伸びる複数の吸音材で区画された小空間を具備していることで、特に低周波音に対してはこの小空間が高性能な膨張型消音器として機能し、効果的に低周波音を低減することができる。

なお、風圧で変形自在な風管は、ゴム等の樹脂や布材などから形成でき、吸音材は軽量で多孔質なグラスウールなどから形成されるのが好ましい。

このように軽量素材の吸音材を適用することで、二つの防音壁間の空間への取り付け作業が容易になる。さらに、従来の風管開閉装置の設置費用に比して吸音材の設置費用は格段に廉価となる。

また、発破時に風管の開閉操作（本発明では、風管と貫通孔の間の開閉操作）をおこなう必要がなくなり、風管の開閉操作の完全無人化を図ることができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の二重防音壁によれば、二重防音壁を構成する二つの防音壁の貫通孔を貫通して配設されている風管が風圧で変形自在な風管であること、および、二つの防音壁の間の空間においてそれぞれの防音壁に対して直交する方向に吸音材が配設されていることにより、発破時には通風がおこなわれない風管がしぼんで風管と貫通孔の間に隙間が自動的に形成され、この隙間を介して騒音を空間内に提供することにより、吸音材にて騒音、特に低周波音を効果的に消音、低減することができる。

本発明の二重防音壁を示した模式図である。 図１のII−II矢視図である。 （ａ）は風管が膨らんで貫通孔を閉塞している状況を示した図であり、（ｂ）は風管がしぼんで風管と貫通孔の間に隙間が形成されている状況を示した図である。 数値シミュレーション結果を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の二重防音壁の実施の形態を説明する。

（二重防音壁の実施の形態）
図１は本発明の二重防音壁を示した模式図であり、図２は図１のII−II矢視図である。また、図３ａは風管が膨らんで貫通孔を閉塞している状況を示した図であり、図３ｂは風管がしぼんで風管と貫通孔の間に隙間が形成されている状況を示した図である。

図１で示すように、トンネルＴの施工に際しては、切羽側で発破をおこないながら地盤Ｇ内で掘進を繰り返していくに当たり、トンネルＴ内の切羽側には、防音扉２を備えた二つの防音壁１が空間４を置いて、トンネル断面を遮断するように配設されて二重防音壁１０を構築する。

ここで、防音壁１は、鋼製もしくはコンクリート製などの防音壁体からなり、その下方に二つの防音扉２が観音開き自在に取り付けられている。発破時には防音扉２が閉じられ、発破が実施されない際には防音扉２が開放され、作業員や重機の往来通路が確保される。

防音壁１において、防音扉２の上方には貫通孔３が開設されており、双方の防音壁１の貫通孔３を風圧で変形自在な風管６が貫通して配設されており、この風管６はトンネルＴの切羽側から坑口側に亘って延びている。

ここで、風圧で変形自在な風管６は、ゴム等の樹脂や布材などから形成されている。このように、風管６を剛性の高い鋼管などから形成せず、変形性能に富む樹脂等から形成したことにより、図３ａで示すように風管６内に通風してトンネル内換気をおこなう際には風管６が風圧で膨らんで貫通孔３が完全に閉塞される。一方、図３ｂで示すように発破時等の通風しない際には風管６がしぼんで風管６と貫通孔３の間に隙間ｇが形成される。

二つの防音壁１の間の空間４には、鉛直方向に延びる吸音材５Ａと水平方向に延びる吸音材５Ｂが配設され、これら複数の吸音材５Ａ，５Ｂによって空間４は複数の小空間４ａ、４ｂに区画されている。ここで、図２の矢印で示す各小空間４ａ，４ｂの寸法は、低減したい低周波音の1/4〜1/2波長程度の長さに設定されている。

吸音材５Ａ，５Ｂは、軽量で多孔質なグラスウールから形成されている。たとえば、密度32kg/m³で厚みが100mm程度のグラスウールを使用できる。吸音材５Ａ，５Ｂの空間４への設置に際しては、軽量ゆえに作業性が良好であり、また、防音壁１の壁面には当初から多数の鋼材等が取り付けられていること（防音壁１の構成部材そのものが鋼材の場合もある）から、特別な取り付け金物などを必要とせず、防音壁１の壁面に容易に取り付けることが可能である。

また、空間４の寸法を低減したい低周波音の1/4〜1/2波長程度に調整することで高い消音効果が奏されるが、吸音材５Ａ，５Ｂで形成された小空間４ａ、４ｂの具体的な寸法（図２における、小空間４ａ，４ｂの一辺の長さｔ１，ｔ２、ｔ３）は5〜10m程度となる。

図３ｂで示すように、発破時には風管６に通風がおこなわれず、風管６がしぼんで風管６と貫通孔３の間に隙間ｇが生じ、この隙間ｇを介して騒音が空間４内に提供される。空間４は鉛直方向および水平方向に延びる吸音材５Ａ，５Ｂで小空間４ａ，４ｂに区画されており、したがって、特に低周波音に対しては各小空間４ａ，４ｂが高性能な膨張型消音器として機能し、効果的に低周波音を低減することが可能になる。

また、図３ｂで示すように、発破時には、風管６に通風が実施されないことで防音壁１の貫通孔３と風管６の間に自動的に隙間ｇが形成され、この隙間ｇを介して騒音が二重防音壁１０の小空間４ａ、４ｂに提供されることから、風管６の開閉制御（もしくは、風管６と貫通孔３の隙間の開閉制御）の完全無人化を図ることができる。

このように、図示する二重防音壁１０は、その構成要素である二つの防音壁１の貫通孔３を貫通して配設されている風管６が風圧で変形自在な素材から形成されていること、および、二つの防音壁１の間の空間４においてそれぞれの防音壁１に対して直交する方向に吸音材５Ａ，５Ｂが配設されて複数の小空間４ａ，４ｂが形成されていることを特徴とするものである。これらの構成により、発破時には風管６に通風がおこなわれず、したがって風管６がしぼんで風管６と貫通孔３の間に隙間ｇが自動的に形成され、この隙間ｇを介して騒音が小空間４ａ、４ｂ内に提供され、吸音材５Ａ，５Ｂにて騒音、特に80Hz以下の低周波音を効果的に消音もしくは低減することができる。

（本発明の二重防音壁による効果を検証する数値シミュレーションとその結果）
本発明者等は、本発明の二重防音壁による効果を検証する数値シミュレーションをおこなった。本シミュレーションでは、実施例として吸音材を備え、防音壁間の空間が複数の小空間に画成されている二重防音壁をコンピュータ内でモデル化し、一方で、比較例として吸音材を具備しない二重防音壁をコンピュータ内でモデル化した。シミュレーション結果を図４に示す。

図４より、低周波音である4〜80Hzの範囲において実施例による低周波音低減効果が奏されることが確認できる。特に低減効果が顕著な周波数帯域では、10dB程度も音圧レベルを低減できる結果が得られている。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…防音壁、２…防音扉、３…貫通孔、４…空間、４ａ，４ｂ…小空間、５Ａ，５Ｂ…吸音材、６…風管、１０…二重防音壁、Ｔ…トンネル、Ｇ…地盤、ｇ…隙間

Claims (2)

1. トンネル工事で適用される二重防音壁であって、
   防音扉を備えた二つの防音壁が空間を置いて、トンネル断面を遮断するように配設されて二重防音壁を構成し、
   それぞれの防音壁には風管が貫通する貫通孔が設けてあり、風圧で変形自在な風管がそれぞれの貫通孔を貫通して配設され、トンネルの延伸方向に延びており、
   二つの防音壁の前記空間において、それぞれの防音壁に対して直交する方向に吸音材が配設されており、
   発破が実施されずにトンネル内換気を行う際は、風管内に通風することにより風管が風圧で膨らんで貫通孔を閉塞し、
   発破の際は、風管内に通風させず、風管をしぼませて風管と貫通孔の間に隙間を形成し、該隙間を介して前記空間に騒音を提供して前記吸音材に該騒音を吸音させる、二重防音壁。
2. 鉛直方向と水平方向に延びる複数の前記吸音材が前記空間に配設されて該空間を複数の小空間に区画している請求項１に記載の二重防音壁。

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