JP6514902B2 - トンネル換気装置および換気方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル施工時に使用するトンネル換気装置および換気方法に関する。

トンネルの施工では、トンネル坑内の環境悪化を防ぐために換気を行う必要がある。
トンネルの換気方式としては、吸引捕集方式（例えば、特許文献１参照）または希釈封じ込め方式（例えば、特許文献２参照）を採用するのが一般的である。

このうち、希釈封じ込め方式によるトンネルの換気は、トンネル坑外から新鮮な空気を切羽に送気するとともに、切羽側に設けられた集塵機によって汚染空気の除塵を行うものであって、集塵機から排出された空気（リフレッシュエア）により、汚染空気を切羽近傍に封じ込むものである。

この集塵機の坑口側の排気口には、トンネル等価直径の５倍程度の長さの風管をトンネル延長方向に沿って設置する必要がある。風管は、設備の配置スペースを確保でき、かつ、運搬車両や施工機器等の移動の妨げにならないように、トンネルの頂部や肩部に吊持させるが一般的である。

特開２００３−２６２１００号公報 特開２００２−２２１０００号公報

集塵機や風管等を備えたトンネル換気装置は、トンネルの掘進（切羽の前進）に伴って前進させる必要があるが、トンネルの上部に設けられた風管の移動に手間がかかるため、装置全体の移動が完了するまでに時間を要する。
このような観点から、本発明は、装置全体の移動を簡易に行うことを可能としたトンネル換気装置およびこれを利用したトンネル施工時の換気方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明のトンネル換気装置は、集塵機と、前記集塵機からトンネルの坑口方向に延設された風管と、前記トンネルの上部から吊持されたレールと、前記トンネルの頂部または肩部に設けられた複数の吊持部材とを備えるものであって、前記風管は前記レールに吊下されており、前記レールは断面Ｉ型または断面コ字状のレール部材をトンネル軸方向に連結することにより形成されており、前記レールには複数の取付部材が取り付けられていて、前記取付部材は前記レールの上側のフランジの下面を転動可能な車輪を備えており、前記レールは前記吊持部材と前記取付部材とを連結することにより吊持されていることを特徴としている。

かかるトンネル換気装置によれば、レールによって風管が吊下されているため、風管を容易に移動させることができる。
また、レールは、トンネルの内壁（頂部または肩部）に直接固定されているのではなく、吊持部材を介して吊持されているため、盛り替えが容易である。
レールの盛り替えは、トンネルの掘進に伴って増設された吊持部材を利用して掘進長分だけ移動させればよい。

なお、前記吊持部材が前記トンネルの頂部または肩部に埋め込まれたアンカーと、前記アンカーに取り付けられたチェーンブロックとを備えたものであれば、特殊な治具を用いておらず、また、チェーンブロックは転用可能なため、経済的である。

前記風管は、前記レールに沿って移動可能に設けられているのが望ましい。
また、前記集塵機と前記風管とが、レジューサーを介して連結されていれば、集塵機と風管との接続性が向上する。

また、本発明の換気方法は、前記トンネル換気装置を利用して切羽近傍の換気を行う換気工程と、トンネルの掘進に伴い、前記トンネル換気装置を切羽側に前進させる移動工程とを備えており、前記移動工程では切羽近傍に最先端の前記吊持部材を設置する作業と、前記レールの先端部を前記最先端の吊持部材に吊持させる作業と、前記集塵機および前記風管を切羽側に前進させる作業とを備えていることを特徴としている。

かかる換気方法によれば、トンネル換気装置の移動が容易なため、トンネルの全体施工に支障をきたすことがなく、また、トンネル坑内の環境を維持することができる。

本発明のンネル換気装置およびこれを利用したトンネル施工時の換気方法によれば、トンネル換気装置全体の移動を簡易に行うことが可能となり、その結果、トンネルの全体施工の工期短縮化を図ることができる。

（ａ）は本発明の実施形態のトンネル換気装置を示す縦断図、（ｂ）は同横断面図である。 （ａ）はトンネル換気装置の一部分を示す拡大縦断図、（ｂ）は同拡大横断面図である。 本実施形態の換気方法の換気工程を模式的に示す平断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の換気方法の移動工程の各作業を模式的に示す縦断図である。

本発明の実施形態では、トンネル施工時の坑内環境の維持を目的として、切羽付近の換気を行うトンネル換気装置１と、このトンネル換気装置１を利用した換気方法について説明する。
本実施形態のトンネル換気装置１は、図１（ａ）に示すように、集塵機２、風管３およびレール４を備えている。

集塵機２は、切羽Ｔ_Ｆ側に配設されていて、トンネルＴの掘削により発生する粉塵を除去する。除塵後のリフレッシュエアは、集塵機２に連結された風管３を介して、坑口側に輸送されて、切羽Ｔ_Ｆから十分に離れた位置に排気される。

本実施形態の集塵機２は、車両２１に搭載されていて、移動可能である。なお、集塵機２は、必ずしも車両２１に搭載されている必要はなく、例えば、台車等を介して、レール上を移動可能に設けられていてもよい。

風管３は、集塵機２からトンネルの坑口Ｔ_Ｅ方向に延設されている。風管３は、トンネル等価直径の５倍程度の長さ（本実施形態では５０ｍ）を有しているのが望ましい。
風管３の切羽Ｔ_Ｆ側の端部はレジューサー５を介して集塵機２の排気口に連結されており、坑口Ｔ_Ｅ側の端部は切羽Ｔ_Ｆから十分に離れた位置において開口している。なお、風管３を集塵機２に直接連結する場合には、レジューサー５を省略してもよい。

風管３は、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、トンネルＴの肩部に設けられたレール４に吊下されていることで、トンネル軸方向に沿って配管されている。なお、風管３の設置個所は、トンネルＴの施工に使用する各設備機器の移動、設置等や、作業員や運搬装置等の移動等の妨げとなることがないように、トンネルＴの上部とするのが望ましい。本実施形態では、トンネルＴの肩部に風管３を配管したが、トンネルＴの頂部に配管してもよい。

風管３は、空気の輸送が可能な筒体であって、レール４に沿って移動可能に設けられている。本実施形態の風管は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、レール４のフランジを走行するトロリー６を介して吊下されている。なお、風管３は、トロリー６を省略して治具によりレール４に取り付けてもよい。

レール４は、図１の（ａ）に示すように、複数のレール部材４１，４１，…をトンネル軸方向に連結することにより所定の長さ（本実施形態では５０ｍ）に形成されている。各レール部材４１の長さは限定されるものではなく、適宜設定すればよい。また、本実施形態では、断面Ｉ型のレール部材を使用しているが、レール４を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、コ字状断面の部材であってもよい。

レール４は、図１（ｂ）に示すように、複数の吊持部材７を介してトンネルＴの肩部に吊持されている。
本実施形態では、吊持部材７として、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、トンネルの肩部において地山または吹付けコンクリートに埋め込まれたアンカー８と、このアンカー８に取り付けられたチェーンブロック９を採用している。なお、吊持部材７は、トンネルＴの頂部に設けられていてもよい。また、吊持部材７の構成は限定されるものではなく、例えば、トンネルＴの支保工の一部を構成する鋼製支保工（図示せず）に取り付け可能な吊持部材を使用してもよい。

アンカー８の端部には、チェーンブロック９を係止可能な係止部材が形成されている。アンカー８とチェーンブロック９との連結方法は限定されるものではなく、例えば治具を介して連結してもよい。

本実施形態では、レール４に取り付けられた取付部材４２を介して、チェーンブロック９とレール４とを連結している。
本実施形態の取付部材４２は、レール４の上側のフランジに係止されている。取付部材４２は、車輪を有しており、上側のフランジの下面を転動可能である。なお、取付部材４２の構成は限定されるものではなく、例えば、レール４等に固定されたフックや等であってもよい。また、チェーンブロック９のフックは、レール４に形成された取付穴に係止してもよい。

次に、本実施形態のトンネル換気装置１を利用したトンネル施工時の換気方法について説明する。
換気方法は、換気工程と移動工程とを備えている。
換気工程は、図３に示すように、切羽Ｔ_Ｆ近傍の換気を行い、掘削に伴う粉塵の除去を行う工程である。換気工程では、トンネルＴ坑内に設置されたトンネル換気装置１を起動させる。

集塵機２は、切羽Ｔ_Ｆ近傍の汚染空気（粉塵を含んだ空気）Ａ_１を吸収し、粉塵を除去する。粉塵が除去されたリフレッシュエアＡ_２は、風管３を介して坑口Ｔ_Ｅ側に輸送され、切羽Ｔ_Ｆから十分に離れた位置に排気される。
なお、トンネルＴ坑内には、トンネル換気装置１とは別に、送気管１０が配管されていて、トンネル坑外の新鮮な空気Ａ_０が切羽Ｔ_Ｆ近傍に送気されている。

トンネルＴ坑内では、送気管１０による新鮮な空気Ａ_０の送風量と、トンネル換気装置１から排気されたリフレッシュエアＡ_２の風量とのバランスにより、風管（送気管と風管３）のラップ部にエアカーテン効果が発生するため、汚染空気Ａ_１の坑口Ｔ_Ｅ側への拡散が防止される。

移動工程は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、トンネルＴの掘進に伴い、トンネル換気装置１を切羽Ｔ_Ｆ側に前進させる工程である。
移動工程では、まず、切羽Ｔ_Ｆ側に吊持部材７を新設する（図４（ａ）参照）。吊持部材７の新設は、アンカー８をトンネルＴの肩部に打ち込み、このアンカー８にチェーンブロック９を取り付けることにより行う。

吊持部材７を設置したら、レール４の後端に配設されたレール部材４１を取り外し、切羽Ｔ_Ｆ側に移設する。このレール部材４１は、レール４の先端に連設するとともに、新設の吊持部材７を介してトンネル肩部に配設する（図４（ｂ）参照）。このとき、レール部材４１とともに、当該レール部材４１を吊下していたチェーンブロック９も盛り替えるのが望ましい。

レール４（レール部材４１）を盛り替えたら、集塵機２および風管３を切羽Ｔ_Ｆ側に前進させる（図４（ｃ）参照）。このとき風管３は、レール４を移動させることで前方に移動させる。
トンネル換気装置１の移動が完了したら、トンネル換気装置１を起動して、坑内の換気を行う（換気工程）。

本実施形態のトンネル換気装置１および換気方法によれば、トンネル換気装置１の移動が容易なため、トンネル換気装置１の移設がトンネルの全体施工に支障をきたすことがない。
また、トンネル換気装置１の移動を迅速に行うことで、トンネルＴ坑内の環境を維持することができる。

風管３がレール４に沿って移動可能であるため、風管３の移動が容易である。
また、レール４は、トンネルＴの内壁（頂部または肩部）に直接固定されているのではなく、吊持部材７を介して吊持されているため、盛り替え（取り外しと取り付け）が容易である。
レール４の盛り替えは、トンネルＴの掘進に伴って増設された吊持部材７を利用して掘進長分だけ行えばよい。

吊持部材７として、特殊な治具を用いておらず、調達が容易なアンカー８とチェーンブロック９を利用しているため、安価である。
また、チェーンブロック９は転用可能なため、経済的である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、集塵機２の軸線と風管３の中心軸とが、上下方向で平行となるように配設されているが、集塵機２の軸線と風管３の中心軸は偏心していてもよい。

前記実施形態では、後端部のレール部材４１を、前方に盛り替えることにより、レール４を切羽側に移動させる場合について説明したが、レール４の移動方法は限定されるものではなく、例えば、レール４の全体を前方に盛り替えてもよい。また、取付部材４２を利用してレール４を切羽Ｔ_Ｆ側に摺動させてもよい。

１ トンネル換気装置
２ 集塵機
３ 風管
４ レール
５ レジューサー
６ トロリー
７ 吊持部材
８ アンカー
９ チェーンブロック

Claims (5)

1. 集塵機と、
   前記集塵機からトンネルの坑口方向に延設された風管と、
   前記トンネルの上部から吊持されたレールと、
   前記トンネルの頂部または肩部に設けられた複数の吊持部材と、
   を備えるトンネル換気装置であって、
   前記風管は、前記レールに吊下されており、
   前記レールは、断面Ｉ型または断面コ字状のレール部材をトンネル軸方向に連結することにより形成されており、
   前記レールには、複数の取付部材が取り付けられていて、
   前記取付部材は、前記レールの上側のフランジの下面を転動可能な車輪を備えており、
   前記レールは、前記吊持部材と前記取付部材とを連結することにより吊持されていることを特徴とする、トンネル換気装置。
2. 前記吊持部材は、前記トンネルの頂部または肩部に埋め込まれたアンカーと、前記アンカーに取り付けられたチェーンブロックと、を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のトンネル換気装置。
3. 前記風管が、前記レールに沿って移動可能に設けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のトンネル換気装置。
4. 前記集塵機と前記風管とが、レジューサーを介して連結されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のトンネル換気装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のトンネル換気装置を利用して切羽近傍の換気を行う換気工程と、
   トンネルの掘進に伴い、前記トンネル換気装置を切羽側に前進させる移動工程と、を備えるトンネル内の換気方法であって、
   前記移動工程では、切羽近傍に最先端の前記吊持部材を設置する作業と、
   前記レールの先端部を前記最先端の吊持部材に吊持させる作業と、
   前記集塵機および前記風管を切羽側に前進させる作業と、を備えていることを特徴とする、換気方法。

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