JP6470660B2

JP6470660B2 - 防音構造体、トンネル防音構造

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Publication number: JP6470660B2
Application number: JP2015163723A
Authority: JP
Inventors: 雄紀佐野; 健一郎露木; 賢二高木
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: JP2017040134A

Description

本発明は、特に低周波音の遮音特性に優れた防音構造体およびトンネル防音構造に関する。

従来から、山岳トンネルを構築するための発破による騒音が問題となっている。発破による騒音を防止する方法として、トンネルの坑口に鋼製等の防音扉・防音壁等の防音構造を設置する方法があった。

また、防音構造としては、可撓性シートに多数の気泡体が形成された遮音シートを用いた方法が提案されている（例えば特許文献１）。

また、吸音材付きのエアバッグを用いた防音装置が提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２００２−１３８５９１号公報特開２００４−３５３４３８号公報

通常、防音構造としては、その質量を大きくすることで、遮音性能が大きくなることが知られている。しかし、質量を大きくすることによる遮音効果は、低周波音域では小さいため、低周波音域の遮音特性としては、質量を増加させた防音構造では十分ではなかった。

一方、低周波音の遮音性能を向上させるためには、防音構造の剛性を上げる方法が効果的である。防音構造の剛性を高めることで、低周波音域の遮音効果を大きくすることができる。しかし、例えばトンネル施工時における発破音のうち、卓越して発生する低周波音域の騒音に対しての防音効果を発揮するためには、従来の防音構造では大規模になる。

また、特許文献１、２のような防音構造では、前述した低周波音域の防音効果としては十分ではなかった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、特に低周波音域の遮音性能に優れ、簡易な構造の防音構造体等を提供することである。

前述した目的を達成するための第１の発明は、複数の方向に形成されたリブを有する枠体と、前記枠体の側面に固定されたエアバッグと、を具備し、前記エアバッグの内圧が、外気圧よりも高く、前記リブは、Ｉビーム、Ｈ鋼、Ｌ型鋼、またはチャンネル材のいずれかからなることを特徴とする防音構造体である。

第１の発明によれば、リブを有する枠体によって、防音構造体全体の剛性を高めることができる。また、枠体にエアバッグが固定されており、エアバッグ内の内圧を高めることで、低周波音域に対する高い遮音効果を得ることができる。

第２の発明は、第１の発明にかかる第１の防音構造体と、前記第１の防音構造体よりも質量の大きな第２の防音構造体と、を具備し、トンネルの内部または坑口に、前記第１の防音構造体と前記第２の防音構造体とが配置され、前記第１の防音構造体は、前記枠体が坑口側に配置されていることを特徴とするトンネル防音構造である。

第２の発明によれば、第１の防音構造によって低周波音域の遮音性能を発揮させ、それより高周波側の音域については、質量の大きな第２の防音構造によって遮音性能を発揮させることができる。したがって、広い周波数帯に対して、優れた遮音性能を発揮させることができる。

本発明によれば、特に低周波音域の遮音性能に優れ、簡易な構造の防音構造体等を提供することができる。

トンネル防音構造１を示す概念図。図１のＡ−Ａ線断面図。防音構造体３を示す斜視図。防音構造体３ａを示す斜視図。図４のＤ−Ｄ線断面図。（ａ）は防音構造体３ｂを示す断面図、（ｂ）は防音構造体３ｃを示す断面図。試験装置２０を示す概念図。防音構造体３の遮音性能を示す図。防音構造体３ａの遮音性能を示す図。

以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、トンネル防音構造１の概要を示す図である。なお、図１において、トンネル７の切羽側を図中左側（図中矢印Ｂ）とし、抗口側を図中右側（図中矢印Ｃ）とする。

トンネル防音構造１は、第１の防音構造体である防音構造体３と、第２の防音構造体である防音構造体５からなる。防音構造体３、５は、トンネル７に防音扉として配置される。

防音構造体３は、トンネル７の切羽側に配置される。防音構造体５は、トンネル７の坑口側に配置される。防音構造体５を防音構造体３より坑口側に配置すること、つまり防音構造体３を切羽側に配置することが低周波騒音を効率的に遮音する上で好ましいが、防音構造体３が坑口側であっても構わない。また、防音構造体３および防音構造体５は、それぞれ複数配置してもよい。防音構造体３と防音構造体５はトンネルの内部であって、坑口近傍に配置されることが好ましい。防音構造体５は、コンクリート製または、鋼製、若しくは、コンクリートまたは、鋼と他の材料との複合構造であって、防音構造体３よりも全体の質量が大きい従来型のものである。

図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。防音構造体３は、トンネル７の内部に設けられる。防音構造体３には、開閉扉９が設けられる。開閉扉９は、発破作業時には閉鎖され、発破作業を行わず、切羽側と坑口側との間を車両等が通行する必要がある時には開放される。なお、図示は省略するが、防音構造体５にも同様に開閉扉が設けられる。

図３は、防音構造体３の構造を示す斜視図である。防音構造体３は、枠体１３と板材１５とから構成される。枠体１３は、リブ１１ａ、１１ｂからなる。リブ１１ａ、１１ｂは互いに直交し、枠体１３は、格子状のリブ１１ａ、１１ｂによって構成される。枠体１３は、例えば鋼製であるが、ステンレス、アルミニウム、セラミック、カーボンなど、剛性を確保できればいずれの材質でも良い。

なお、枠体１３は、必ずしも格子状のリブ１１ａ、１１ｂである必要はなく、複数の方向に形成されたリブによって構成されれば、他の態様であってもよい。例えば、互いに直交する格子状ではなく、ハニカム構造やトラス構造などであってもよい。

また、リブ１１ａ、１１ｂは、例えばＩビームを適用することができるが、Ｈ鋼、Ｌ型鋼やチャンネル材などを用いることもできる。なお、リブ１１ａ、１１ｂの高さは、１００〜５００ｍｍ程度であり、格子のピッチは２００〜１０００ｍｍ程度である。リブの高さが低すぎると、剛性が不十分であり、リブの高さが高すぎると、それ以上の剛性増加の効果が小さくなるとともに、取扱い性やコストの面で望ましくない。また、格子のピッチが広すぎると、剛性が不十分となり、格子のピッチが狭すぎると、軽量化の効果が小さくなる。

枠体１３の少なくとも一方の面には、板材１５が固定される。板材１５は、例えば、枠体１３と同一の材質で構成される。枠体１３と板材１５が鋼製の場合は、溶接で固定できる。その他、ボルト・ナット等の継手により固定することが好ましい。なお、板材１５を枠体１３の両面に配置してもよい。

本実施の形態によれば、防音構造体３は、防音構造体５のように大きな質量を有しないが、極めて高い剛性を有する枠体１３から構成される。また、リブ１１ａ、１１ｂが異なる方向に形成されるため、防音構造体３はいずれの方向の曲げに対しても高い剛性を有する。防音構造体３の剛性を高めることで、低周波音域の遮音性能を得ることができる。また、防音構造体３は、軽量であり、取扱い性にも優れる。

このように、高い剛性を有する防音構造体３は、特に、低周波音域（例えば２０Ｈｚ以下）の遮音性能が優れる。一方、防音構造体５は、これを超える周波数音域の遮音性能が高い。このため、防音構造体３、５によって、低周波域から高周波域までの広い範囲での遮音性能を得ることができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。図４は、防音構造体３ａの構造を示す斜視図である、図５は、図４のＤ−Ｄ線断面図である。防音構造体３ａは、防音構造体３と略同じ構造であるが、板材１５に代えて、エアバッグ１７が固定される点で異なる。

エアバッグ１７は、例えば樹脂製の袋体の内部に、所定の圧力でエアが封入された部材である。エアバッグ１７の内圧は、外気圧よりも高い。例えば、エアバッグ１７の内圧は、外気圧に対して５Ｐａ以上高い。エアバッグ１７の内圧を高めることで、特に低周波音域の遮音性能が向上する。

なお、エアバッグ１７の枠体１３への固定は、図６（ａ）に示す防音構造体３ｂのように、エアバッグ１７を枠体１３と幅板１９を用いて挟むなどとしてもよい。また、図６（ｂ）に示す防音構造体３ｃのように、枠体１３を第１の枠体として第２の枠体１３ａと第１の枠体１３とをエアバッグ１７の両側に配置して、エアバッグの内圧を外圧より高く設定することで実質的に枠体１３、１３ａに固定することができる。ただし、トンネル工事の場合は、発破による爆薬の起爆時には、爆風がエアバッグ１７に作用して、エアバッグ１７は坑口側に配置された枠体１３に押し当てられるので上記のような固定方法は必ずしも必要としない。エアバッグ１７の内圧を外気圧より高く設定することで枠体に固定される。

本実施の形態によれば、剛性を有する枠体１３等に対して、エアバッグ１７を接合しても、内圧を高めることで、板材１５を接合した際と同等の低周波音域の遮音性能を得ることができる。

次に、防音構造体の遮音性能について評価した結果について説明する。図７は、試験装置２０を示す図である。外枠２１の内部に砂２５を充填し、砂２５内に内枠２３を配置する。すなわち、外枠２１と内枠２３との間に砂２５が充填される。

内枠２３の内部には、スピーカ２９が配置される。スピーカ２９にはアンプ３１が接続される。アンプ３１によって、スピーカ２９からは所定の周波数の音が発生する。

内枠２３の内部と外部とには、それぞれ、マイク２７ａ、２７ｂが配置される。マイク２７ａ、２７ｂには騒音計３３が接続され、マイク２７ａ、２７ｂで検出された音圧レベルを検出することができる。

内枠２３の上部は蓋によって塞がれており、蓋には防音構造体３５が配置される。すなわち、マイク２７ａによって、内枠２３内のスピーカから発せられた音の音圧レベルを検出し、マイク２７ｂによって、防音構造体３５を透過した音の音圧レベルを検出することができる。それぞれのマイク２７ａ、２７ｂで検出された音圧レベル差の平均から、各周波数域における防音構造体３５の遮音性能を評価することができる。すなわち、平均音圧レベル差が大きい方が、遮音性能が高いこととなる。

まず、防音構造体３５として、図３に示す防音構造体３のような、５ｍｍ厚の板材（３００×３００ｍｍ（枠体のリブピッチ３００ｍｍ相当））からなるものを作成した。

この様な構造の防音構造体３５を用いて、各周波数帯における遮音性能（平均音圧レベル差）を測定した。結果を図７に示す。

図８に示すように、２０Ｈｚ以下の低周波音域においても、これを超える周波数音域と同等以上の遮音性能を得ることができた。特に、２０Ｈｚ以下の周波数域においては、平均音圧レベル差が３５ｄＢ以上であった。

次に、防音構造体３５として、図４に示す防音構造体３ａのような、枠体とエアバッグ（２００×２００ｍｍ（枠体のリブピッチ２００ｍｍ相当））からなるものを作成した。また、エアバッグの内圧を外気圧に対して変化させて評価した。結果を図９（ａ）に示す。

図中のＥは、エアバッグの内圧を外気圧と同一としたもの（差圧０Ｐａ）であり、Ｆは、エアバッグの内圧を外気圧に対して５Ｐａ高くしたものであり、Ｇは、エアバッグの内圧を外気圧に対して１０Ｐａ高くしたものであり、Ｈは、エアバッグの内圧を外気圧に対して２０Ｐａ高くしたものである。

結果より、エアバッグの内圧が外気圧と同一の圧力であるＥは、２０Ｈｚ近傍での遮音性能が十分ではなかった。一方、エアバッグの内圧を外気圧に対して５Ｐａ以上高くしたものでは、２０Ｈｚ以下の周波数域において、前述した板材を用いた場合とほぼ同等の、十分な遮音性能を得ることができた。

なお、いずれの場合においても、５０Ｈｚを超える周波数範囲において、遮音性能が低下するが、この領域の遮音性能は、従来のコンクリート製などの大きな質量の防音部材による遮音効果が大きい。このため、これらを組み合わせることで、低周波音域から高周波音域までの広い範囲の周波数域に対して十分な遮音測定を得ることができる。

図９（ｂ）は、図９（ａ）と同様に、３００×３００ｍｍ（枠体のリブピッチ３００ｍｍ相当）のエアバッグを用いた結果である。

図中のＩは、エアバッグの内圧を外気圧と同一としたもの（差圧０Ｐａ）であり、Ｊは、エアバッグの内圧を外気圧に対して５Ｐａ高くしたものであり、Ｋは、エアバッグの内圧を外気圧に対して１０Ｐａ高くしたものであり、Ｌは、エアバッグの内圧を外気圧に対して２０Ｐａ高くしたものであり、Ｍは、エアバッグの内圧を外気圧に対して４０Ｐａ高くしたものである。

格子ピッチを３００ｍｍに広げた場合でも、前述した結果と同様に、エアバッグの内圧が外気圧と同一の圧力であるＩは、２０Ｈｚ近傍での遮音性能が十分ではなかった。一方、エアバッグの内圧を外気圧に対して５Ｐａ以上高くしたものでは、２０Ｈｚ以下の周波数域において、遮音性能が向上した。

しかし、格子ピッチが３００ｍｍの場合では、格子ピッチ２００ｍｍの場合と比較して、エアバッグの内圧を外気圧に対して５Ｐａ高くしたＪの遮音性能が低い。一方、エアバッグの内圧を外気圧に対して１０Ｐａ以上高くしたものでは、２０Ｈｚ以下の周波数域において、十分な遮音性能が得られた。

このように、外圧に対するエアバッグの内圧差が小さくなると遮音性能が低下し、また、格子ピッチが広がると遮音性能が低下する要因としては、例えば、枠体によって拘束されていない部位のエアバッグにかかる張力が影響を及ぼしている可能性がある。このように、格子ピッチが広げる場合には、より高い内圧とすることで、十分な遮音性能を得ることができる。

このように、本発明によれば、板材にリブ構造を有する枠体を接合することで、低周波音域の遮音性能を確保することができる。また、軟質のエアバッグを用いても、内圧を高めることで、略剛体である板材を用いた場合と同等の遮音性能を得ることができる。したがって、板材を用いる場合と比較して、より軽量な防音構造を得ることができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、図１に示す例では、本発明にかかる防音構造体を、トンネル防音構造１の防音扉に適用する例について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、防音壁や防音ハウスに対しても適用可能である。

１………トンネル防音構造
３………防音構造体
５………防音構造体
７………トンネル
９………開閉扉
１１ａ、１１ｂ………リブ
１３、１３ａ………枠体
１５………板材
１７………エアバッグ
１９………幅板
２０………試験装置
２１………外枠
２３………内枠
２５………砂
２７ａ、２７ｂ………マイク
２９………スピーカ
３１………アンプ
３３………騒音計
３５………防音構造体

Claims

複数の方向に形成されたリブを有する枠体と、
前記枠体の側面に固定されたエアバッグと、
を具備し、
前記エアバッグの内圧が、外気圧よりも高く、
前記リブは、Ｉビーム、Ｈ鋼、Ｌ型鋼、またはチャンネル材のいずれかからなることを特徴とする防音構造体。
請求項１に記載の第１の防音構造体と、
前記第１の防音構造体よりも質量の大きな第２の防音構造体と、
を具備し、
トンネルの内部または坑口に、前記第１の防音構造体と前記第２の防音構造体とが配置され、
前記第１の防音構造体は、前記枠体が坑口側に配置されていることを特徴とするトンネル防音構造。