JPH10266799A - トンネル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル火災発生時に被災者が避難坑によっ
て避難する場合、避難者が支障なく避難歩行できるよう
に換気機を制御する。 【解決手段】 避難坑が併設され、この避難坑に通じる
避難扉が設けられたトンネルの、前記避難坑との圧力差
を制御するもので、前記トンネル内の圧力を求める圧力
検出手段11を有する。また、この圧力検出手段11によっ
て求められたトンネル内の圧力に基づき、前記避難坑内
の圧力が、前記トンネル内の圧力より高く、かつトンネ
ル内との圧力差が設定範囲内となるように、避難坑に対
する換気機風量を制御する風量設定手段12を設けてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、避難坑が併設さ
れ、火災発生時に、この避難坑に通じる避難扉が設けら
れたトンネル内の、前記避難坑との圧力差を制御するト
ンネル制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、道路トンネル内で火災が発生し
た場合、車両及び被災者が熱気流や煙に巻込まれること
を防ぐために、トンネル内の風速の制御を行っていた。
通常、火災発生時には火災発生地点（これを火点と称す
る）に向って走行中の車両は停止し、火点から遠ざかる
車両はそのまま運転を続け、トンネル外に脱出する。

【０００３】したがって、一方通行トンネルでは、トン
ネル内の換気風を車両走行方向に吹かせることにより、
火点に向う車両が熱気流や煙に巻込まれることを防いで
いる。なお、火点から遠ざかる方向に走行している車両
は、熱気流や煙よりも速い速度でにげるので安全であ
る。

【０００４】また、対面通行トンネルでは、火点の両側
から車両が近付いてくるため、熱気流や煙の拡散をでき
るだけ抑える目的で、トンネル内の風速がゼロ近傍とな
るように制御している。

【０００５】ところで、このような道路トンネルでは、
トンネル本体に対して避難坑を併設しており、火災発生
時、被災者はこの避難坑を通って外部に避難する。通
常、避難坑内の圧力は、火災によって生じる汚染物質が
避難坑内に逆流しないように、トンネル内より高くなる
ように制御しているが、この圧力差が大きいと、被災者
が避難扉を開けて避難坑に逃げ込もうとしたときに、避
難坑からトンネル内に向って過大な風が発生し、避難歩
行に支障を来すという問題が生じた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の道
路トンネル制御では、火災が発生するとトンネル内を風
速制御するため、トンネル内の圧力が変動し、避難坑と
の間に大きな圧力差が生じることがあり、避難坑からト
ンネル内に向う過大な風によって避難歩行に支障を来す
おそれがある。

【０００７】本発明の目的は、トンネル火災発生時に被
災者が避難坑によって避難する場合、避難者が支障なく
避難歩行できるように換気機を制御するトンネル制御装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のトンネ
ル制御装置は、避難坑が併設され、この避難坑に通じる
避難扉が設けられたトンネルの、前記避難坑との圧力差
を制御するもので、前記トンネル内の圧力を求める圧力
検出手段を有する。また、この圧力検出手段によって求
められたトンネル内の圧力に基づき、前記避難坑内の圧
力が、前記トンネル内の圧力より高く、かつトンネル内
との圧力差が設定範囲内となるように、避難坑に対する
換気機風量を制御する風量設定手段を設けている。

【０００９】請求項２に記載のトンネル制御装置は、前
記トンネル内の交通量、風速等によりトンネル内の縦断
方向の圧力分布を求める圧力分布算出手段を有する。ま
た、この圧力分布算出手段によって算出された圧力分布
から、このトンネル内と避難坑内との圧力差が所定範囲
内になるような、避難坑に対する換気機風量を設定する
風量設定手段を設けている。さらに、避難坑内の風速を
検出する風速検出手段を設けると共に、前記風量設定手
段によって設定された風量と風速検出手段によって検出
された避難坑内の風速とにより、避難坑内の風量を制御
する制御手段を設けたことを特徴とする。

【００１０】これらの発明によると、避難坑内圧力を、
前記トンネル内の圧力より高く、かつトンネル内との圧
力差が設定範囲内となるように、避難坑に対する換気機
風量を制御するので、被災者が避難扉を開けて避難坑に
逃げ込む際に、避難歩行に支障を来すような過大な風が
発生することはなく、支障なく避難を行うことができ
る。また、汚染物質の避難坑への逆流を生じることもな
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面を参照して説明する。まず、本発明が対象とする道路
トンネルについて説明する。このトンネルは、図示しな
いが、避難坑を併設したもので、トンネル内の複数箇所
には、避難坑に通じる避難扉が設けられている。また、
トンネル内には、ジェットファンや電気集塵機、縦坑送
排風機などの換気機が設けられている。さらに、避難坑
にも、例えば、その両坑口から中央に向って風を送る独
自の換気機が設けられている。

【００１２】次に、このようなトンネルに対する制御装
置を図１を用いて説明する。この制御装置は大別する
と、トンネル内の圧力を求める圧力検出手段11と、この
圧力検出手段11によって求められたトンネル内の圧力に
基づいて、避難坑に対する換気機風量を制御する風量制
御手段12とを有する。

【００１３】圧力検出手段11はトンネル内に設けた圧力
センサーによって直接圧力を測定してもよいが、図示実
施形態では、トンネル内の縦断方向の圧力分布を演算に
より推定する圧力分布算出手段13を用いている。この圧
力分布算出手段13は、トンネルからの各検出量を入力
し、所定の演算式を用いてトンネル内縦断方向の圧力分
布を演算する。

【００１４】ここで、トンネル内縦断方向圧力分布の推
定方法は公知であるため、詳細な計算式は省略するが、
この圧力分布は次の各要素によって決定される。 （ａ）トンネル内の各換気機（前述したジェットファ
ン、電気集塵機、縦坑送排風機等）の昇圧力 （ｂ）通行車両による交通換気力 （ｃ）車道内風速 （ｄ）トンネル内の圧力損失 これら各要素を求めるために、圧力分布算出手段13に
は、トンネル内換気機運転負荷、交通量、車道内風向風
速計の各値が入力される。

【００１５】そして、上記（ａ）はトンネル内の各換気
機の運転負荷の情報を用いて、昇圧モデルにより演算さ
れる。（ｂ）は交通量計測値或いは交通量予測値を用
い、交通換気力モデル式により演算される。（ｃ）は風
向風速計の出力により得られる。（ｄ）はトンネル内の
圧力損失モデルから演算される。これらの演算の結果、
トンネル内の縦断方向圧力分布が、図２のグラフａのよ
うに推定される。そしてこの測定値を、本実施形態では
トンネル内圧力検出値として用いる。

【００１６】風量制御手段12は、この圧力検出手段11に
よって求められたトンネル内の圧力に基づいて、避難坑
内の圧力が、前記トンネル内の圧力より高く、かつトン
ネル内との圧力差が設定範囲内となるように、避難坑に
対する換気機風量を制御する。このような機能を達成す
るため、風量制御手段12は、避難坑内の風量制御手段1
4、避難坑内の風速目標値演算手段15、避難坑内の風速
をフィードバックする制御手段16、換気機風量指令手段
17を有する。

【００１７】上記風量制御手段14は、トンネル内と避難
坑内との圧力差をある許容範囲に収めるべく、避難坑内
の風量を設定するものである。すなわち、火災時に被災
者が避難扉を開けたとき、避難扉の位置に対応する上記
圧力差にほぼ比例する風速で、避難坑内からトンネル内
に向って風が吹くため、避難に支障が生じない範囲にこ
の圧力差を管理する。

【００１８】ここで、避難坑内の圧力分布は、例えば図
２のグラフｂのようになる。この例は、避難坑の両坑口
から中央に向って風を流した場合の圧力分布を示してお
り、このグラフｂのレベル（値の大きさ）及び傾きは、
避難坑内の風量の設定によって変化する。したがって、
グラフａとグラフｂとの圧力差を許容範囲内に収めるた
めには、グラフｂの圧力分布パターン、つまりは避難坑
内の風量を適正に設定すればよい。

【００１９】この風量設定手順具体例を以下に示す。 ［ステップ１］避難坑内の風量の設定値を仮定する。 ［ステップ２］仮定された避難坑内の風量に相当する避
難坑用換気機の運転負荷を設定する。 ［ステップ３］避難坑内の圧力分布演算を行う（グラフ
ｂを求める）。 ［ステップ４］演算されたグラフｂとグラフａとの差異
が許容範囲より大きければ避難坑内の風量の設定値を減
少させ、逆に許容範囲より小さければ避難坑内の風量の
設定値を増加させ、ステップ２に戻る。

【００２０】すなわち、このような演算を、満足なグラ
フｂが得られるまで繰り返し行えばよい。なお、避難坑
内の圧力分布の計算式についても、トンネル内と同様に
公知であり、ここでは省略する。

【００２１】また、風量設定手段14では、設定した避難
坑内の風量に相当する避難坑用換気機器の運転負荷の演
算も行う。前記風速目標値演算手段15は、避難坑内の風
量設定値を同避難坑内の風速目標値ＶREF に変換する。
この変換は、風速と避難坑内の断面積との積が風量とな
る関係式により行う。すなわち、前述のように設定され
た風量設定値により、避難坑内の実際の風量が設定値通
りになっているかチェックし、もし設定値通りになって
いない場合は、避難坑用換気機の運転負荷を修正する必
要があるが、風量の検出は、実際には風速の検出で代用
されることになるので、上述した風量／風速の返還が必
要になる。

【００２２】前記制御手段16は、上述のように求めた避
難坑内の風速目標値ＶREF と避難坑内の実際の風速検出
値Ｖとの偏差に応じて、避難坑用の換気機の運転負荷修
正量を演算する。この制御手段16としては、一般のプロ
セス制御によく採用されている比例積分形の制御（ＰＩ
制御）等を用いればよい。

【００２３】換気機風量指令手段17は、制御手段16の出
力である避難坑用の換気機運転負荷修正量を、風量設定
手段14にて演算された避難坑用換気機運転負荷に加算す
ることにより、最終的な換気機風量設定値を求め、これ
を出力する。この出力により、避難坑内の風量は、風量
設定手段14によって設定された風量設定値通りの風量に
設定される。

【００２４】次に、誤差修正手段18を説明する。この誤
差修正手段18は、演算に用いた数式モデルの誤差によ
り、予想した通りの圧力差が実現しなかった場合に、風
量設定値を補正するもので、トンネル内と避難坑内との
圧力差を検出する圧力差検出手段19、避難坑内の風量設
定値修正手段20を有する。

【００２５】風量設定値修正手段20は、圧力差検出手段
19により検出された圧力差が所定範囲内となるように、
避難坑内の風量設定値を修正する。例えば、図３のよう
な形でトンネル縦断方向の各位置における圧力差が検出
されたとする。このとき、ある位置の圧力差が高過ぎた
ならば、その位置では図２のグラフａとグラフｂとの差
が大であることを意味するので、風量設定手段14に対
し、避難坑内の風量設定値を低下させる処理を行い、圧
力差を減じさせる。逆に、ある位置の圧力差が低過ぎた
ならば、その位置では図２のグラフａとグラフｂとの差
が小であることを意味するので、風量設定手段14に対
し、避難坑内の風量設定値を増加させる処理を行い、圧
力差を増加させる。

【００２６】上記構成において、トンネル内で火災が発
生した非常時制御では、通行車両及び被災者が熱気流や
煙に巻込まれないように換気機を制御しなければならな
い。すなわち、トンネル内の風速は、このような被災者
保護の観点から制御されるが、このような制御を行う
と、トンネル内と避難坑内との間に極端に大きな圧力差
が生じることがある。もし、このような極端な圧力差が
生じた箇所の近くの避難扉を開けると、避難坑からトン
ネル内に向かって過大な風が発生し避難歩行を妨げる可
能性がある。

【００２７】そこで、このような場合に、避難坑内を流
れる風量を制御することにより、避難坑内の縦断方向の
圧力分布を修正し、上述した極端な圧力差が生じないよ
うに制御を行う。

【００２８】すなわち、まず、圧力分布算出手段13の演
算により、トンネル内の縦断方向の圧力分布が現在どの
ような状態になっているかを推定する。そして、この推
定結果に基づき、風量設定手段14によって避難坑内の適
正な圧力分布を実現するための避難坑内の風量設定値を
演算すると共に、この設定値にしたがって、避難坑用各
換気機の風量を設定する。そしてこの風量設定値を達成
すべく換気機風量指令手段17を介して換気機に風量指令
を出力し、換気機を制御する。

【００２９】また、前記風量設定値を、風速目標値演算
手段15によって風速目標値に変換する。そして避難坑内
の風速をこの風速目標値にフィードバック制御すべく、
制御手段16が動作し、避難坑内風速計による実測データ
との偏差に応じた換気機運転負荷修正量を出力し、これ
を風量設定値に対応した換気機運転負荷量に加算して換
気機風量指令手段17から出力する。この結果、避難坑内
の風量は設定風量に制御される。

【００３０】しかし、演算で用いた数式モデルの誤差な
どにより、上記風量制御によってもトンネル内と避難坑
内との圧力差が許容範囲内に収まらないことも考えられ
る。このような場合の対策として、圧力差検出手段19に
よってトンネル内と避難坑内との圧力差を実測し、一部
の箇所において許容値以上の圧力差が検出された場合
は、この圧力差に基づき、風量設定値修正手段20によっ
て、前記風量設定手段14によって算出された風量設定値
を修正する。

【００３１】このような誤差修正機能により、トンネル
内と避難坑内との圧力差を確実に許容範囲内に収めるこ
とができる。このように、トンネル内の換気制御によっ
て変動する、トンネル内縦断方向の圧力分布に連動して
避難坑内の風量の設定値を決定するため、トンネル内と
避難坑内との圧力差を許容範囲内に収めることができ、
過大な圧力差に起因する問題点を解消することができ、
しかも火災により発生した汚染物質が避難坑に逆流する
こともない。

【００３２】上述の実施形態では、避難坑内の風量設定
値を風速設定値に変換した後、避難坑内の風速の検出値
を風速目標値に制御する方式を採用しているが、避難坑
内の風速の検出値を風量に変換し、この風量を避難坑内
の風量設定値にフィードバック制御する方式としてもよ
い。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、トンネル
火災発生時に被災者が避難坑によって避難する場合、ト
ンネル内と避難坑内との圧力差を許容範囲内に収めるこ
とができるので、過大な圧力差に起因して被災者の避難
歩行に支障を与えるような強い風が生じることはなく、
安全かつ確実に避難を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるトンネル制御装置の実施の一形態
を示すブロック図である。

【図２】トンネル内及び避難坑内の縦断方向圧力分布を
対比して示すグラフである。

【図３】トンネル内と避難坑内部の圧力差の分布を示す
グラフである。

【符号の説明】

11…圧力制御手段、12…風量制御手段、13…圧力分布算
出手段 14…風量設定手段、16…制御手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 避難坑が併設され、この避難坑に通じる
   避難扉が設けられたトンネルの、前記避難坑との圧力差
   を制御するトンネル制御装置において、 前記トンネル内の圧力を求める圧力検出手段と、 この圧力検出手段によって求められたトンネル内の圧力
   に基づき、前記避難坑内の圧力が、前記トンネル内の圧
   力より高く、かつトンネル内との圧力差が設定範囲内と
   なるように、避難坑に対する換気機風量を制御する風量
   制御手段と、 を備えたことを特徴とするトンネル制御装置。
2. 【請求項２】 避難坑が併設され、この避難坑に通じる
   避難扉が設けられたトンネルの、前記避難坑との圧力差
   を制御するトンネル制御装置において、 前記トンネル内の交通量、風速等によりトンネル内の縦
   断方向の圧力分布を求める圧力分布算出手段と、 この圧力分布算出手段によって算出された圧力分布か
   ら、このトンネル内と避難坑内との圧力差が所定範囲内
   になるような、避難坑に対する換気機風量を設定する風
   量設定手段と、 避難坑内の風速を検出する風速検出手段と、 前記風量設定手段によって設定された風量と風速検出手
   段によって検出された避難坑内の風速とにより、避難坑
   内の風量を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とするトンネル制御装置。