(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの坑口先端より突出して設けられたアーチの先端開口面に設けられる防音壁と、該防音壁に設けた開口を開閉する防音扉本体からなるトンネル工事における防音扉において、
前記防音壁及び防音扉本体は、厚肉の鋼材からなる遮音パネルとしての覆工板により構成され、かつＨ型鋼からなる柱の間に溶接固定されているとともに、該遮音パネルの背面に吹付けコンクリートをライニングしたものであり、
前記アーチ上部には遮音パネルに上下両側部を囲われ、かつ後部開口した空間室からなるダクト工を設け、このダクト工とアーチ先端とをダクト孔を介して連通したことを特徴とするトンネル工事における防音扉構造。
【請求項２】
前記ダクト工内部を遮音パネルからなる複数の間仕切り壁によりダクト孔から後部開口までを櫛の歯状に複数に仕切ったことを特徴とする請求項１に記載のトンネル工事における防音扉構造。
【請求項３】
前記間仕切り壁に用いる遮音パネルは、通気性を有し、中間に吸音材をサンドイッチした遮音板を二重壁としたパネル構造体であることを特徴とする請求項２に記載のトンネル工事における防音扉構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削工事の発破時に発生する圧力波を遮断低減するための防音扉構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルの施工において、発破時の爆圧により発生する圧力波は、無指向性の超低周波音であり、唯一の通り道であるトンネル坑を伝播し、坑口より外部に抜け、坑口付近の建物などに振動や騒音を与える原因となる。そこで、トンネルの坑口に低周波音対策用防音扉を設け、発破時にはこの防音扉を閉じておくことによって、爆圧を閉じこめる方法が採用されている。
【０００３】
この防音扉は、従来ではＨ型鋼材による格子状の骨組に、３×６尺程度の遮音パネルを取付けた構造が一般に採用されている。この遮音パネルは、例えば、高速道路、高速鉄道などで用いられる可聴音（騒音）防止対策用の遮音パネルと同様に、中間に吸音材をサンドイッチした厚さ１〜２ｍｍ程度の遮音板を二重壁とした多孔のパネルであり、それ自体は通気性を持っているが、遮音板による遮音効果に加えて、内部の吸音材により振動エネルギーを熱に変えることで、振動を減衰する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、防音扉の遮音効果は大きく分けて、可聴音と低周波音との二種に区分される。従来の一般的な防音扉（Ｈ鋼を支柱としてその間に防音パネルを挟む（落し込む）タイプの防音扉）は、高い周波数（可聴音）ほど大きな効果があるが、発破により発生する低周波音に対する効果はほとんど期待できない。また、低い周波数の音では扉全体が変形し振動することから、この振動が外部に低周波音として二次放射されるため、遮音効果は可聴音より低くなる。
【０００５】
可聴域の音に対する対策は防音扉のみならず防音壁等の一般的な対策により十分対応が可能であるが、発破に伴って問題となる家屋の振動や、窓ガラス・扉のがたつきなどのほとんどが低周波音（数Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度の周波数帯の騒音−空気振動）により発生する。従って、低周波音を如何に低減するかが実質的な対策のポイントとなる。この低周波対策としては、上記扉の二重化や、扉重量の増加による低周波遮音効果（重量則と呼ばれる）に着目した水槽式防音扉などがある。二重扉は効果的な間隔が確定しづらいこと、設置区間長が要るため、掘削初期段階での防音効果が必要な場合、特に坑口から入ってすぐに発破を使用する必要がある場合などに対応が難しいなどの問題がある。また、重量則による遮音効果も、やはり周波数に比例する（高い周波数では高い遮音効果、低い周波数では低い遮音効果）などの問題がある。
【０００６】
要するに、前記遮音パネルは、可聴音周波数帯域で有効で遮音効果が高いが、発破により発生する４〜５０Ｈｚの低周波音にはあまり大きな効果は期待できなかった。また、以上の低周波数振動は、扉全体に変形を及ぼす振動であることから、その遮音効果は、扉の剛性と比例する傾向となるが、従来では、Ｈ型鋼材からなる柱で防音扉全体の剛性を維持しているために、約０．０１ｋｇ／ｃｍ２  （１００ｍ２  で１０ｔ）になる爆風圧が作用する発破音により、防音扉は変形する。さらに遮音パネルの剛性も小さいため、それぞれ変形していた。その結果、外部に低周波音を二次放射するため、可聴音の効果に比べて遮音効果は低いものとなる。
【０００７】
また、遮音パネルは、前述のごとく薄いため、発破時の岩石の飛散による破損を危惧して、その発破掘削位置は、扉より５０〜１００ｍ離れた位置とし、それまでは機械掘削を実施していたが、機械掘削位置で固い岩盤となった場合には、装置の摩損が著しく、掘進速度も著しく低くなるため、コスト、工期の点で好ましくなかった。
【０００８】
本発明の目的は、防音扉全体の剛性を高くすることで、遮音効果を高め、また防音扉そのものの変形も抑制できるようにしたトンネル工事における防音扉構造を提供するものである。また、本発明は、単なる遮断だけでなく、爆圧エネルギーを効果的に減衰させた状態で、坑口とは反対側の外部に逃すことが出来るようにすることを他の目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明は、トンネルの坑口またはトンネル坑内に架設される防音壁と、該防音壁に設けた開口を開閉する防音扉本体からなるトンネル工事における防音扉において、前記防音壁及び防音扉本体は、厚肉の鋼材からなる遮音パネルとしての覆工板により構成され、かつＨ型鋼からなる柱の間に溶接固定されているとともに、該遮音パネルの背面に吹付けコンクリートをライニングしたものであり、前記アーチ上部には遮音パネルに上下両側部を囲われ、かつ後部開口した空間室からなるダクト工を設け、このダクト工とアーチ先端とをダクト孔を介して連通したことを特徴とする。従って、本発明によれば、従来に比べて遮音パネルそのものの剛性が高く、防音壁及び防音扉全体の剛性を確保することができ、さらにある程度の重量を持たせることができ、理論上の低周波音に対する遮音効果は防音壁及び防音扉の剛性に比例する傾向であることから、遮音効果を十分に高めることができる。
【００１０】
この発明において、前記遮音パネルが覆工板であり、Ｈ型鋼からなる柱の間に溶接固定されるものであるので、全体の水平、鉛直方向の剛性を高めることができる。
【００１１】
また、前記遮音パネルの背面に吹付けコンクリートをライニングしたものであることにより、剛性とともに、コンクリートによる密閉性、面密度が高まり、さらに遮音効果が高いものとなる。
【００１３】
さらに、アーチ上部には遮音パネルに上下両側部を囲われ、かつ後部開口した空間室からなるダクト工を設け、このダクト工とアーチ先端とをダクト孔を介して連通したことで、発破時の爆圧エネルギーを坑内に閉じこめることなく、山側に逃すことが出来、坑口周囲に対する影響を最小限とすることが出来る。
【００１４】
さらにまた、前記ダクト工内部を遮音パネルからなる複数の間仕切り壁によりダクト孔から後部開口までを櫛の歯状に仕切ったことにより、爆圧エネルギーは間仕切り壁通過毎に、振動エネルギーが減衰し、後部開口より吹出した時点では、その衝突回数に応じて、極めて小さな振動、騒音となる。
【００１５】
またさらに、前記間仕切り壁に用いる遮音パネルは、通気性を有し、中間に吸音材をサンドイッチした遮音板を二重壁としたパネル構造体であることにより、爆圧エネルギーの外部への放出がスムーズに行えるとともに、遮音パネル個々の遮音性能は小さくても、繰返し衝突により、十分な減衰効果をもたらすことが出来る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図１，２は本発明に係る防音扉構造の全体的構造を示している。
【００１７】
図において、トンネルの入口には本坑より突出してこれに連続するアーチ１が形成されている。アーチ１の前面開口にはその全体を覆う防音壁２が設けられ、防音壁２の中央に約４×６ｍの車両用通路となる開口部３が開口し、開口部３には一対の防音扉本体４が左右観音開き状に取付けられている。
【００１８】
防音壁２は例えばＨ型鋼を柱５とし、この柱５の間に例えば覆工板により構成された複数の遮音パネル６の両端を挟持した状態に配置し、さらに柱５間を複数のブレース７，桟８により連結したものである。
【００１９】
遮音パネル６として使用されている覆工板は、道路工事などの覆工に用いられるもので、車両荷重を支持できる程度の高い剛性を有する溶接可能な厚肉の鋼材であって、溶接により柱５と一体化することで、強固な構造とすることができる。柱５の幅は、遮音パネル６の厚みより厚くし、その裏面に図示しない吹付けコンクリートをライニングし、これによって、密閉性と面密度を確保し、遮音効果を高めるようにしている。
【００２０】
また、アーチ１の天端にはダクト工９が施され、その後部開口より爆風を矢印に示すごとく、後部側に逃すようにしている。なお、このダクト工９については後述する。
【００２１】
防音扉本体４は、図３に示すように、両側面をＨ型鋼からなる柱１０及び上部を同じくＨ型鋼からなる梁１１で構成し、両者を当て板１２で連結し、さらに柱１０の下部及び中間部前面にコ字型鋼からなる桟１３により連結したもので、両柱１０間に前記と同様に、覆工板からなる複数の遮音パネル１４の長手方向両側を挟持状態に固定し、柱１０の下部に連結したアングル材１５により遮音パネル１４の下部を支持している。
【００２２】
また、遮音パネル１４の後部側において、柱１０間の底部には平板状の底板１６が配置され、この底板１６と柱１０及び梁１１で囲われる空間には、防音壁２と同様に、吹付けコンクリート１７を約２０ｃｍ程度ライニングし、同じく密閉性と面密度とを確保し、遮音効果を高めるようにしている。なお、双方の扉本体４を閉じた状態では、所定の隙間ｄが形成されている。
【００２３】
以上の構成からなる防音扉本体４は極めて重量が重く、これの開閉には油圧機構が用いられる。図４はその油圧開閉機構を示すものである。同図においては、防音壁２の開口部柱５の近傍において、扉本体４はヒンジ１８により開閉可能に蝶着されている。
【００２４】
ヒンジ１８の後部側において、防音壁２側には油圧シリンダ１９が揺動可能に取付けられ、その先端プランジャ１９ａを防音扉４側に補強材２０を介して固定されたブラケット２１に連結しており、シリンダ１９のプランジャ１９ａを突出させた状態で閉扉され、この状態からプランジャ１９ａを没入することで破線で示すように、開扉される構造となっている。
【００２５】
次に、上述したダクト工９について図５，６を用いて説明する。まず、図５は平面配置を示し、（ａ）はアーチ１の天端に矩形状平面をなして作られた基礎２２及び根太２３の配列を示し、基礎２２の先端一側部には前記アーチ１の先端内部に連通する矩形状のダクト孔２４が開口されている。（ｂ）は根太２３上に立てられた柱２５及び各柱２５間に配置された外壁及び天版を構成する遮音パネル２６、及び内部側にあって柱２５間に配置される間仕切り壁として用いられる第二の遮音パネル２７を示し、（ｃ）は天井部の梁２８の配置を示している。第二の遮音パネル２７は、前述のごとく高速道路、高速鉄道などで用いられる可聴音防止対策用の遮音パネル等が用いられ、外壁及び天版によって囲われる空間内に間仕切り壁として櫛の歯状に配置されている。
【００２６】
また、図５及び図６（ｃ）に示すように後部外壁面の半分は外部に開口２９されており、従って、防音扉本体４が閉じられている状態で、発破時の爆圧は、ダクト孔２４を通じてダクト工９の内部空に入り、順次間仕切り用の遮音パネル２７に衝突し、ここを通過する毎に振動エネルギーの一部を熱エネルギーに変換して減衰しつつ、唯一の通過位置である後部開口２９より吹出す。
【００２７】
従って、第二の遮音パネル２７の個々の振動減衰能力は低いとしても、爆圧による振動は、各遮音パネル２７を多重に通過することで、十分に減衰され、またその放出される残りの振動エネルギーは坑口とは逆の山側に吹出すため、坑口付近の建物に対する振動、騒音を十分に防止できることになる。
【００２８】
また、岩石などの飛散は、専ら防音扉側で分担し、遮音パネル２７側は単にアーチ１とダクト孔２４により連通され、ここまでは飛散するおそれがないため、防音扉施工後は、坑口近傍から直ちに発破作業を実施できることになる。
【００２９】
本実施の形態にかかる防音扉構造によれば、次のような作用効果が得られる。▲１▼全体を極力一体化して組み立てること、及び扉閉時に油圧ジャッキにより開口部を締め付けることにより、防音扉全体の剛性を向上させているので、壁全体の変形による振動が著しく小さくなり、実験の結果、扉単体での実測遮音効果は低周波音域の各周波数において２０〜３５ｄＢ、ＳＰＬ（総合音圧）でも２５ｄＢ程度の低周波逓減効果を得ることができることが分かった。従来の防音扉では理想的な設置状況における効果が一重で１２〜１５ｄＢ程度、二重扉でも１８〜２２ｄＢ程度であり、通常はこれ以下の効果となる。従って、本構造によれば、理想状態の二重扉以上の遮音効果を得ることができる。
▲２▼理論上の剛性による遮音効果と同様に、低い周波数ほど効果がある結果となった。家屋や、窓・扉が振動する５〜５０Ｈｚにおける遮音効果が２０ｄＢ以上あることから、近隣民家に対する実質的な遮音効果は非常に高いと言える。
▲３▼低周波音に対する遮音効果は、約５０％程度であった。
▲４▼防音扉背面に吹付けコンクリート１７を施工したことにより、剛性と重量の向上だけでなく、近接した切羽での発破に対しても十分な強度を得ることができる。実積距離４４ｍで発破作業を行ったが特に問題はなかった。
▲５▼吸音材を用いていないので、撤去後の養生・廃棄等が容易である。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明によるトンネル工事における防音扉構造にあっては、防音扉そのものの剛性を高くすることで、遮音効果を高め、また防音扉そのものの変形も抑制できる。また、本発明は、単なる遮断だけでなく、爆圧エネルギーを効果的に減衰させた状態で、坑口とは反対側の外部に逃すことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による防音扉構造の全体的構成を示す斜視図である。
【図２】同正面図である。
【図３】防音扉本体の三面図及び一部拡大図である。
【図４】防音扉本体開閉のための機構を示す部分図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はダクト工の各部平面図である。
【図６】（ａ）は同ダクト工の側面図、（ｂ），（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線における断面図である。
【符号の説明】
１  アーチ
２  防音壁
３  開口
４  防音扉本体
５、１０  柱
６、１４、２６  遮音パネル（覆工板）
９  ダクト工
１７  吹付けコンクリート
２４  ダクト孔
２７  遮音パネル（間仕切り壁）
２９  後部開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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