JPH11241600A - 導坑換気装置とこれに用いる導坑用電気集塵機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 両方のトンネル坑口（工区）から本坑断面を
掘削する場合に、導坑内に容易に設置することができ、
両方の工区を同時に換気することができ、かつ上流側工
区で発生する粉塵を効率的に除去して下流側工区の良好
な視界を確保することができ、集塵した埃等の処理が不
要であり、メンテナンスを大幅に低減することができる
導坑換気装置とこれに用いる導坑用電気集塵機を提供す
る。 【解決手段】 導坑２内に設置され、導坑で連通された
２つの工区１１ａ，１１ｂの間を通風する送風機１２
と、導坑内に移動可能に設置され集塵物を導坑内壁に付
着させる電気集塵機１４とを備える。電気集塵機１４
は、帯電した粉塵を集塵する集塵極１８を有し、この集
塵極が導坑内壁に接地されている。導坑２の壁を逆電位
にして、壁に粉塵を付着させ、粉塵が付着した壁は本坑
掘削時に土砂と一緒に除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大断面トンネルを
掘削する際に、貫通した導坑内に設置して両方の掘削工
区を換気する導坑換気装置とこれに用いる導坑用電気集
塵機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の大断面トンネルの掘削工
法を模式的に示す図であり、図４は図３のＡ−Ａ線にお
ける断面図である。図３及び図４に示すように、自動車
や列車用の大断面トンネルを掘削する際に、カッターヘ
ッドを回転させながら前進するＴＢＭ１（Tunnel Borin
g Mchine: トンネル掘削機）を用いて硬い地盤中に直径
５ｍ前後の先進導坑２（パイロットトンネル）を先行し
て掘削することが広く行われている。この先進導坑２
は、断層などの地質の状況を確実に把握し、トンネルの
切り拡げに先立って、地山の条件に適した工法を準備す
るために利用される。次いで、先進導坑２の後方から、
ベンチカット工法や切羽分割工法により断面を切り拡げ
て大断面トンネルが掘削される。なお、この図で、３は
ロックボルト施工機械、４はドリルジャンボ、５はトラ
クターシャベルとダンプトラック、６はブレーカであ
る。

【０００３】更に、大断面トンネルを効率的に掘削する
ために、図５に模式的に示すように、トンネルの両側か
ら同時に掘削を進める場合がある。この場合には、ＴＢ
Ｍによる先進導坑２が先に貫通して両方のトンネル坑口
を連通する。

【０００４】図３乃至図５に示した掘削中のトンネル内
では、従来、各図に示すように、風管と呼ぶ軽量パイプ
７をトンネル内壁に沿って外部から切羽８まで導き、フ
ァン又はブロア９で風管７を通して外気を切羽に供給す
ることが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、風管７は、設
置を容易にするため軽量なビニール等で造られるため、
トンネル工事現場での損傷（穴や亀裂）が避けがたく、
通常１ｋｍ当たり１０〜１５％程度漏れる。そのため、
風管による換気効率は一般に低くなる問題点がある。ま
た、トンネル工事に支障が出ないように、比較的小径の
風管（例えば直径１ｍ前後）が用いられるので、トンネ
ル内換気を十分に行うために風管内の風速が大きくなり
（例えば１０ｍ／ｓ以上）、そのため圧損が大きく動力
費が高い問題点がある。更に、工区における各作業の進
行に合わせて、風管の設置及び撤去を頻繁に行う必要が
ある。

【０００６】一方、図５に示したように、ＴＢＭで導坑
を掘削した後で、両方のトンネル坑口から本坑断面を掘
削する場合には、導坑を換気用に用いることが考えられ
る。すなわち、貫通した導坑内にファン又はブロアを設
け、一方のトンネル坑口（工区）から反対側の工区に空
気を流すことにより、両方の工区を同時に換気すること
ができる。かかる換気を以下、導坑換気と呼ぶ。

【０００７】しかし、このように導坑を換気用に用いた
導坑換気では、換気の上流側のトンネル工区には新鮮な
空気が流れ込むため換気状態は極めて良好に保たれる
が、下流側のトンネル工区には上流側の工区で発生する
粉塵が直接流れ込み、舞い上がる粉塵により視界が極め
て悪化する問題点がある。従って、下流側の工区にとっ
てこのような導坑換気は到底受入れられない。

【０００８】そこで、下流側の工区でも良好な視界を確
保するために、集塵機を導坑内に設置しようとすると、
以下の問題が発生する。すなわち、従来からトンネル工
事に使用されている集塵機（例えばバグフィルター）で
は、通過速度を数１０ｃｍ／ｓ程度に落とす必要があ
り、その結果、大面積を必要とし導坑内への設置が困難
であり、かつ、目詰まり等で圧損が増大しやすく、ファ
ン等の動力費が過大となり、更に、メンテナンスを頻繁
に必要とする問題点がある。

【０００９】更に、微細な粉塵が除去でき、かつ通過風
速を大きくできる点で、電気集塵機の適用が考えられる
が、従来の電気集塵機は、装置が大型で高価であるばか
りでなく、集塵した埃等の処理のため、メンテナンスを
頻繁に必要とする問題点があった。

【００１０】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ＴＢ
Ｍで導坑を掘削した後で、両方のトンネル坑口（工区）
から本坑断面を掘削する場合に、導坑内に容易に設置す
ることができ、両方の工区を同時に換気することがで
き、かつ上流側工区で発生する粉塵を効率的に除去して
下流側工区の良好な視界を確保することができ、集塵し
た埃等の処理が不要であり、メンテナンスを大幅に低減
することができる導坑換気装置とこれに用いる導坑用電
気集塵機を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願発明の発明者は、導
坑換気に電気集塵機を組み合わせ、更に、電気集塵機に
より集塵物を導坑内壁に付着させることにより、上述し
たすべての問題点を一挙に解決した。本発明はかかる新
規の着想の知見に基づくものである。

【００１２】すなわち、本発明によれば、導坑内に設置
され、該導坑で連通された２つの工区間を通風する送風
機と、前記導坑内に移動可能に設置され、集塵物を導坑
内壁に付着させる電気集塵機と、を備えたことを特徴と
する導坑換気装置が提供される。この構成により、導坑
内に設置された送風機により、導坑で連通された２つの
工区間を通風することにより、ＴＢＭ等で導坑を掘削し
た後、両方のトンネル坑口（工区）から本坑断面を掘削
する場合に、両方の工区を同時に換気することができ
る。また、導坑内に移動可能に設置された電気集塵機に
より、上流側工区で発生する粉塵を効率的に除去して下
流側工区の良好な視界を確保することができる。更に、
集塵物を導坑内壁に付着させるので、この集塵物は本坑
断面の掘削の進行と共に除去されるので、集塵物の特別
な処理が不要となり、メンテナンスを大幅に低減するこ
とができる。

【００１３】また、本発明によれば、導坑内に移動可能
に設置され、帯電した粉塵を集塵する集塵極を有し、該
集塵極が導坑内壁に接地されている、ことを特徴とする
導坑用電気集塵機が提供される。この構成により、帯電
した粉塵を集塵極に接地された導坑内壁に集塵し堆積さ
せることができる。また、堆積した集塵物が多くなる
と、電気集塵機の性能が低下するが、この電気集塵機は
導坑内に移動可能に設置されているので、導坑内壁に沿
って移動させることにより、性能を保持することができ
る。

【００１４】本発明の好ましい実施形態によれば、高電
圧発生装置を内蔵している。この構成により、電源供給
ラインの電圧を下げることができ、送電ロスを低減する
ことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
図１は、本発明の導坑換気装置とこれに用いる導坑用電
気集塵機の構成図である。この図において、（Ａ）は全
体構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ部拡大図である。

【００１６】図１（Ａ）に示すように、本発明の導坑換
気装置１０は、送風機１２と電気集塵機１４とを備え、
２つの工区１１ａ，１１ｂを連通する導坑２内に設置さ
れる。導坑２の直径は通常５ｍ前後であり、全長は、長
い場合には数ｋｍになる。本発明の導坑換気装置１０
は、両工区１１ａ，１１ｂでの作業に影響しないよう
に、導坑のできるだけ奥部に設置するのが好ましい。

【００１７】送風機１２は、この例では、ケーシング、
モータ、モータシャフト、インペラ（動翼）、静翼等を
備えた軸流ファンであり、工区１１ａから１１ｂに送風
し、上流側の工区１１ａを外気により、下流側の工区１
１ｂを、上流側工区１１ａから供給される空気により換
気するようになっている。なお、この送風機１２は逆転
可能であり、空気の流れを逆にし、工区１１ｂから１１
ａに送風できるようになっているのが好ましい。また、
送風機１２は、電気集塵機１４と共に、或いは別個に、
導坑２内を移動できるように設置するのが好ましいが、
ブースターファンのように、天井部等に固定してもよ
い。

【００１８】電気集塵機１４は、導坑の軸方向に移動可
能な台車１５と、台車１５上に載せられた高電圧発生装
置１６と、互いに絶縁された放電極１７と集塵極１８と
を備え、放電極１７と集塵極１８との間に電圧を印加す
るようになっている。放電極１７及び集塵極１８は、単
一であっても、複数設けてもよい。更に、この集塵極１
８は、導坑内壁に接地され、集塵物を導坑内壁に付着さ
せるようになっている。なお、この集塵極１８は、接地
を確実にするために、別個に設けるのが好ましいが、台
車１５の車輪等を介して接地するようにしてもよい。

【００１９】高電圧発生装置１６は、ＡＣ２００〜４０
０Ｖの通常の電源から電気集塵に必要な高電圧（例えば
数ｋＶ〜数１０ｋＶ）に昇圧するようになっている。放
電極１７と集塵極１８は、一方が正極（＋）に他方が負
極（−）に印加され、その間にコロナ放電を発生させ、
粉塵に帯電されるようになっている。例えば、放電極１
７を正極（＋）に、集塵極１８を負極（−）にすること
により、粉塵を正（＋）に帯電させ、集塵極１８が接地
した導坑内壁に集塵物（粉塵）を付着させることができ
る。

【００２０】図２は、電気集塵機の原理図である。この
図において、電気集塵機は、帯電部と集塵部を有し、帯
電部は放電極１７とその陰極１７ａで構成され、集塵部
は陽極１８ａと集塵極１８で構成されている。帯電部の
放電極１７と陰極１７ａの間にはコロナ放電が形成さ
れ、この部分を通過した粉塵は正（＋）に帯電され、そ
の下流に位置する集塵部の集塵極１８に引き寄せられて
付着する。従って、粉塵を含む空気をクリーンな空気に
清浄化することができる。

【００２１】本発明の導坑用電気集塵機では、図２に示
した電気集塵機において、集塵極１８が導坑内壁に接地
され、かつ集塵極１８が占める面積が小さく設定されて
いる。この構成により、集塵極１８と同電位（例えば
負）の導坑内壁に帯電した粉塵を付着させることができ
る。なお、本発明による電気集塵機１４は、図２に例示
した構成に限定されず、例えば、帯電部と集塵部を一体
化し、放電極１７と集塵極１８とで構成してもよい。

【００２２】表１は、従来の風管による換気（ケース
１）と本発明の導坑換気装置を用いた導坑換気（ケース
２）とを比較したものである。なお、この表は、第二東
名高速道路の４０００ｍのトンネルを両側から掘削する
場合を想定した試算したものである。

【００２３】

【表１】

【００２４】更に、表１の結果のみを比較したのが、表
２である。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２から、本発明の導坑換気装置を用いた
導坑換気は、従来の風管換気と比較して、ファン必要風
量を約２／３に、必要圧力を約１／９に、ファン動力を
約１／６に、動力費を約１／６に、設備費を約１／４
に、それぞれ大幅に低減できることがわかる。

【００２７】上述したように、本発明の導坑換気装置の
構成により、導坑内に設置された送風機１２により、導
坑２で連通された２つの工区１１ａ，１１ｂの間を通風
することにより、ＴＢＭ等で導坑を掘削した後、両方の
トンネル坑口（工区）から本坑断面を掘削する場合に、
両方の工区１１ａ，１１ｂを同時に換気することができ
る。

【００２８】また、導坑２内に移動可能に設置された電
気集塵機１４により、上流側工区（例えば１１ａ）で発
生する粉塵を効率的に除去して下流側工区（１１ｂ）の
良好な視界を確保することができる。更に、集塵物を導
坑内壁に付着させるので、この集塵物を本坑断面の掘削
の進行と共に除去でき、集塵物の特別な処理が不要とな
り、メンテナンスを大幅に低減することができる。

【００２９】また、本発明の導坑用電気集塵機の構成に
より、帯電した粉塵を集塵極１８に接地された導坑内壁
に集塵し堆積させることができる。また、堆積した集塵
物が多くなると、電気集塵機の性能が低下するが、この
電気集塵機１４は導坑内に移動可能に設置されているの
で、導坑内壁に沿って移動させることにより、性能を保
持することができる。

【００３０】上述したように、本発明は電気集塵機の原
理を応用したもので、プラスかマイナスかいずれかの電
極を導坑内に設置し、これにより粉塵を帯電させ、導坑
２の壁を逆の電位にして、壁に粉塵を付着させるもので
ある。設備としては基本的に高電圧を発生させる装置
（高電圧発生装置１６）と電極（放電極１７と集塵極１
８）でよく、粉塵が付着する壁は本坑掘削時に土砂と一
緒に除去されるので、粉塵を除去する装置は不要とな
る。このため、設備費はトンネルの供用後の換気に使用
される電気集塵機よりかなり安くできるし、他の現場へ
の転用も簡単で費用も安い。集塵効率を上げるために
は、電極の長さを長くしたり、本数を増やすことで対応
できる。換気ファンは集塵機に隣接して設置し、導坑内
に風門を設けてやることにより換気のための風管は不要
となる。

【００３１】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】上述したように本発明の装置を用いた導
坑換気は、以下の利点を有している。 漏風が無く、換気効率が高い。 風管で換気するよりも電力費がはるかに安い。 風管が不要で、風管に要する費用が節約でき、風管を
設置する手間もなくなる。 ２つの工区の風量が流れるため、本坑内の風速が速く
換気効果が高い。 従来の換気方式では、切羽に集塵機が必要だが、本発
明では少なくとも上流側の工区には不要となる。 導坑内への設置が容易である。 目詰まり等がなく圧損が小さく、ファン等の動力費が
小さい。 集塵物の処理が不要であり、メンテナンスをほとんど
必要としない。

【００３３】すなわち、本発明の導坑換気装置とこれに
用いる導坑用電気集塵機は、ＴＢＭで導坑を掘削した後
で、両方のトンネル坑口（工区）から本坑断面を掘削す
る場合に、導坑内に容易に設置することができ、両方の
工区を同時に換気することができ、かつ上流側工区で発
生する粉塵を効率的に除去して下流側工区の良好な視界
を確保することができ、集塵した埃等の処理が不要であ
り、メンテナンスを大幅に低減することができる、等の
優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導坑換気装置とこれに用いる導坑用電
気集塵機の構成図である。

【図２】電気集塵機の原理図である。

【図３】従来の大断面トンネルの掘削工法の模式図であ
る。

【図４】図３のＡ−Ａ線における断面図である。

【図５】トンネルの両側から同時に掘削を進める工法の
模式図である。

【符号の説明】

１ ＴＢＭ ２ 導坑 ３ ロックボルト ４ ドリルジャンボ ５ トラクターシャベルとダンプトラック ６ ブレーカ ７ 風管 ８ 切羽 ９ ファン又はブロア １０ 導坑換気装置 １１ａ，１１ｂ 工区 １２ 送風機 １４ 電気集塵機 １５ 台車 １６ 高電圧発生装置 １７ 放電極 １８ 集塵極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導坑内に設置され、該導坑で連通された
   ２つの工区間を通風する送風機と、前記導坑内に移動可
   能に設置され、集塵物を導坑内壁に付着させる電気集塵
   機と、を備えたことを特徴とする導坑換気装置。
2. 【請求項２】 導坑内に移動可能に設置され、帯電した
   粉塵を集塵する集塵極を有し、該集塵極が導坑内壁に接
   地されている、ことを特徴とする導坑用電気集塵機。
3. 【請求項３】 高電圧発生装置を内蔵することを特徴と
   する、請求項２に記載の導坑用電気集塵機。