(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管と送気管とが設置されたトンネル工事における汚染空気の拡散を防止する切羽封じ込め方法であって、
トンネルの天井壁面および内壁側面から所定範囲であるトンネル外周部分に、機密性袋体で構成されるバルーンによって隔壁を形成し、
前記隔壁よりも切羽側に前記排気管と前記送気管の一端をそれぞれ設け、
前記送気管からの送気量よりも前記排気管の排気量が多い状態として坑口側から切羽側へ空気を流れさせることで前記切羽から隔壁までの空間を負圧とし、
前記排気管で前記隔壁と切羽との間の空間における汚染空気を集塵することで、前記汚染空気の拡散を防止する、
ことを特徴とする切羽封じ込め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル工事において切羽付近から発生する汚染空気が、トンネル内全体に拡散することを防止し、それを排出する切羽封じ込め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル工事では、爆薬による発破や重機による掘削などのさまざまな作業が行われることから、とくに切羽付近では大量の粉塵や、重機の排気ガス、発破によるガスなどの汚染空気が発生する。発生した汚染空気はトンネル内において拡散し、充満するので、速やかにそれを除去・排出することが望まれる。
【０００３】
そのため、トンネル内に遮蔽物を設けることで、汚染空気を切羽から遮蔽物の間に閉じ込め、集塵機でそれらを除去・排出することが行われている。これらを下記特許文献１乃至特許文献１０に示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２９４１００号公報
【特許文献２】実開昭６２−１７２８００号公報
【特許文献３】特開平１−２３９３００号公報
【特許文献４】実公平３−６７１９号公報
【特許文献５】実公平３−４８３２０号公報
【特許文献６】特開平１０−２５２４００号公報
【特許文献７】特開２００２−２７６３００号公報
【特許文献８】特開２００２−３４９１９９号公報
【特許文献９】特開２００３−３１４２００号公報
【特許文献１０】特開２００４−２０４５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１乃至特許文献１０に記載の装置、方法では、汚染空気の遮蔽方法として遮蔽カーテンや遮蔽シート、防音壁などを用いている。しかし、上記特許文献に記載の装置、方法の場合、基本的に、トンネル内の所定位置に固定的に設置される。そのため、掘削が進むと、かかる装置を取り外し、新たな位置に再度、固定設置する必要がある。
【０００６】
しかしながら従来の装置、方法の場合、固定設置が原則であることから、装置の取り外し、固定設置のたびに手間および時間を要してしまい、より簡便な汚染空気の封じ込め、排出方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は上記課題に鑑み、切羽封じ込め方法を発明した。
【０００８】
第１の発明は、排気管と送気管とが設置されたトンネル工事における汚染空気の拡散を防止する切羽封じ込め方法であって、トンネルの天井壁面および内壁側面から所定範囲であるトンネル外周部分に、機密性袋体で構成されるバルーンによって隔壁を形成し、前記隔壁よりも切羽側に前記排気管と前記送気管の一端をそれぞれ設け、前記送気管からの送気量よりも前記排気管の排気量が多い状態として坑口側から切羽側へ空気を流れさせることで前記切羽から隔壁までの空間を負圧とし、前記排気管で前記隔壁と切羽との間の空間における汚染空気を集塵することで、前記汚染空気の拡散を防止する、切羽封じ込め方法である。
【０００９】
本発明のように、トンネルの天井部および側面部を閉塞しただけで集塵を行う場合であっても、トンネル全体への汚染空気の拡散を大きく抑止することが出来る。この場合、トンネルの天井部および側面部のみを隔壁するので、トンネルの中心付近は開放されている。そのため、トンネル工事に不可欠な測量作業の支障とはならない。また、車両や人の通行の妨げになることもない。従って、トンネル工事作業を続行しながら集塵作業を行うことが可能となり、全体の作業時間の短縮にも繋がる。
【００１１】
また、隔壁よりも切羽側に一端がある送気管を設けて、新鮮な空気を供給することで、切羽と隔壁との間の汚染空気の排出をより迅速に行うことができる。この場合には、送気管の送気量よりも排気管の排気量を多くすることで負圧を維持できる。
【００１３】
さらに、隔壁はいかようにも構成することができるが、バルーンによって形成することが好ましい。バルーンであれば隔壁を軽量化でき、またトンネルの天井壁面および内壁側面と密着するので、封じ込めの効果を高めることが出来るからである。
【発明の効果】
【００１４】
以上の各発明のように構成することで、トンネルの断面全体を閉塞せずとも、トンネルの天井部および側面部を隔壁で閉塞しただけで、トンネル全体への汚染空気の拡散を大きく抑止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】バルーン台車と各バルーンとの関係を模式的に示す図である。
【図２】切羽封じ込め装置のバルーンを膨らませた状態の正面図である。
【図３】トンネル内に切羽封じ込め装置を設置した状態の正面図である。
【図４】切羽封じ込め装置がトンネルに設置される状態を模式的に示す図である。
【図５】実験において各部の断面積を示す図である。
【図６】実験における粉塵濃度の測定地点を示す図である。
【図７】実験における粉塵濃度の測定地点を示す図である。
【図８】実験１における条件、測定結果を示す図である。
【図９】実験１における粉塵濃度の変化を示すグラフである。
【図１０】実験２における条件、測定結果を示す図である。
【図１１】実験２における粉塵濃度の変化を示すグラフである。
【図１２】隔壁付近の空気の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の切羽封じ込め方法では、トンネルの内壁側面Ｗｓおよび天井壁面Ｗｕに隔壁を設置し、トンネルの断面の中心付近は開口した状態を維持する。そしてこの状態において隔壁よりも切羽側を負圧、たとえばトンネルの天井壁面Ｗｕから吊下固定された送気管４からの送気量よりも、トンネルの天井壁面Ｗｕから吊下された第１の排気管５からの集塵量（排気量）が多い状態とする。以下に詳述する。
【００１７】
まず、トンネルの内壁側面Ｗｓおよび天井側面Ｗｕのみに隔壁を設置し、トンネルの断面の中心付近は開口した状態を維持するために、その一例として、以下のような切羽封じ込め装置１を用いる。なお、切羽封じ込め装置１は、内壁側面Ｗｓおよび天井側面Ｗｕに、後述するバルーン３が密着することで、トンネルの側面部および天井部を閉塞する隔壁を形成する装置の一例である。切羽封じ込め装置１は、門形状のバルーン台車２とバルーン３とを少なくとも備えている。図１に、切羽封じ込め装置１におけるバルーン台車２とバルーン３との関係を模式的に示す。
【００１８】
バルーン台車２は、トンネル内部に設置する部材であって、左右の支柱部２１、２２、および左右の支柱部２１、２２の上方とそれぞれ接合する水平部２３とにより、門形状が形成されている。またバルーン台車２には、バルーン３が設置されている。
【００１９】
バルーン３は、トンネルの天井壁面Ｗｓと密着し天井部を閉塞するアーチバルーン３１と、トンネルの右側の内壁側面Ｗｓと密着し、右側の側面部を閉塞する右側バルーン３２と、トンネルの左側の内壁側面Ｗｓを密着し、左側の側面部を閉塞する左側バルーン３３とからなる。
【００２０】
また各バルーン３は袋体が複数連結して形成されており、空気をその内部に流入させることにより膨張する。アーチバルーン３１はトンネルの天井壁面Ｗｕと密着し、トンネルの天井部を閉塞する隔壁となり、右側バルーン３２、左側バルーン３３はトンネルの内壁側面Ｗｓを密着し、トンネルの側面部を閉塞する隔壁となる。
【００２１】
以上のような各バルーン３の袋体に空気を流入させて膨張させることで、図２のようにトンネルの天井部および側面部が、バルーン３による隔壁で閉塞できる。その結果、トンネルの中心付近には、工事機械や車両、作業員が通行可能な空間（開口部７）を形成することが出来る。
【００２２】
上述のアーチバルーン３１、右側バルーン３２、左側バルーン３３の素材としてはナイロンタフタなどを用いることが出来るが、軽量で耐久性があればこれに限定されない。たとえば素材としてナイロンタフタを用いた場合、１ｍ２あたり０．５ｋｇの重量であることから、アーチバルーン３１が２０ｍ２、右側バルーン３２および左側バルーン３３がそれぞれ１５ｍ２であったとした場合、アーチバルーン３１の重量は１０ｋｇ、右側バルーン３２および左側バルーン３３の重量はそれぞれ７．５ｋｇとなり、８０ｍ２の断面積のトンネルの閉塞に用いるナイロンタフタの重量は２５ｋｇで足り、軽量化を実現できる。また、各バルーン３を形成する袋体は、二重構造、多重構造になっていても良く、それぞれに空気を流出させるためのファスナーが取り付けられていても良い。
【００２３】
つぎに本発明の切羽封じ込め方法を、上述の切羽封じ込め装置１を用いて説明する。
【００２４】
まずトンネル工事における切羽から所定距離付近、たとえば切羽から３０メートルや５０メートル付近の位置に、上述の切羽封じ込め装置１を設置する。これを模式的に示すのが図３である。また図４では、実際のトンネル工事における状態を示す。図４（ａ）は切羽封じ込め装置１が設置されたトンネルの縦断面図であり、図４（ｂ）は切羽封じ込め装置１が設置されたトンネル内の上方からの図である。また図４（ｃ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図である。
【００２５】
切羽から切羽封じ込め装置１までの汚染空気を換気するため、トンネルの天井壁面Ｗｕ付近に送気管４、第１の排気管５および第２の排気管６が設置される。この際に、送気管４および第１の排気管５は、切羽封じ込め装置１と同じ位置あるいは切羽封じ込め装置１よりも切羽側に、その一端が設置される。また第１の排気管５の他の一端は、切羽封じ込め装置１と坑口との間の集塵機８に連結しており、集塵機８での集塵作用によって、切羽と切羽封じ込め装置１との空間における粉塵やガスなどを含んだ汚染空気を集塵・排気する。集塵機８には集塵後の空気をトンネルから排気するための第２の排気管６が連結している。第２の排気管６の集塵機８と連結していない他の一端は、トンネルの坑口から外部に位置している。送気管４、第１の排気管５および第２の排気管６はトンネルの天井付近の天井壁面Ｗｕから吊下固定される。図４では、送気管４の他の一端は、トンネル内の所定箇所に設けられた送風口Ｈから、トンネル外部に設置された送風機４１に連結しており、送風機４１からの送風によって、切羽付近に送風する。
【００２６】
以上のように配管することで、送気管４は切羽と切羽封じ込め装置１との間の空間に送風が出来、第１の排気管５は切羽と切羽封じ込め装置１との間の汚染空気を集塵・排気することが出来る。また集塵機８で集塵したあとの空気は、第２の排気管６からトンネルの外部に排気される。
【００２７】
以上のようにして送気管４、第１の排気管５および第２の排気管６などが配管された後、バルーン台車２の各バルーン３に空気を送り込むことで、切羽と坑口との間の空間に、バルーン３による隔壁を設ける。具体的には、バルーン台車２の所定箇所に設置された送風機２４からアーチバルーン３１、右側バルーン３２および左側バルーン３３に対して、送風機２４ａ、２４ｂ、２４ｃで空気を送り込むことで、各バルーンを膨張させる。
【００２８】
このようにバルーン３に空気を送り込むことで、図２に示すように、切羽封じ込め装置１が設置された位置で、トンネルの天井壁面Ｗｕおよび内壁側面Ｗｓと、アーチバルーン３１、右側バルーン３２および左側バルーン３３とが密着し、天井部および側面部に隔壁が形成される。なお、各バルーン３の大きさは、各バルーン３がトンネルの内壁側面Ｗｓ、天井壁面Ｗｕに密着する大きさまで膨張させられればよい。その結果、トンネルの内壁側面Ｗｓ、天井壁面Ｗｕ付近は、アーチバルーン３１、右側バルーン３２および左側バルーン３３が設置されたまま、中心部付近は車両が通行可能となる。またトンネルの内壁側面Ｗｓ、天井壁面Ｗｕが、凹凸のある吹き付け面となっていることがあるが、バルーン３で空間を区切る構造とすることで、バルーン３と内壁側面Ｗｓ、天井壁面Ｗｕとを密着させることができ、粉塵やガスなどの汚染空気を切羽から切羽封じ込め装置１の間に封じ込めることが出来る。
【００２９】
このようにして切羽から切羽封じ込め装置１の空間と、切羽封じ込め装置１から坑口までの空間とを区切り、送気管４からの送気量と第１の排気管５での集塵量（排気量）とでは、集塵量（排気量）が多くなるように集塵・排気を行う。すなわち切羽から切羽封じ込め装置１の空間が負圧となるようにする。
【００３０】
本発明の切羽封じ込め装置１では、負圧となるように送気管４からの送気量と第１の排気管５での排気量を調整しているため、開口部７を開けたままでも、トンネル全体に粉塵やガスなどの汚染空気が拡散するのを大きく防止することが出来る。
【００３１】
出願人は、模擬トンネル（全長１００ｍ、内空断面積８０ｍ２）にて、開口部７を開けたままでも、トンネル全体に粉塵やガスなどを含んだ汚染空気が拡散するのを大きく防止する効果があることの実験を行った。模擬トンネルの断面積は８０ｍ２、アーチバルーン３１の断面積は２０ｍ２、右側バルーン３２および左側バルーン３３の断面積はそれぞれ１５ｍ２、開口部７の断面積は３０ｍ２である。これを模式的に示すのが図５である。
【００３２】
図６および図７の実験概略図に示すように、本実験では、切羽近傍に粉塵発生装置Ｄを設置する。そして、切羽から１５ｍ地点（Ａ点）、切羽封じ込め装置１の後方５ｍ地点（Ｂ点）、集塵機８の後方で切羽から５０ｍ地点（Ｃ点）の各点の粉塵濃度を測定した。また、Ａ点乃至Ｃ点では、それぞれ３箇所の粉塵濃度を測定し、平均値を採ることで、Ａ点乃至Ｃ点の粉塵濃度（平均粉塵濃度）とした。またＡ点の測定地点であるＰ１、Ｐ３、Ｂ点の測定地点であるＰ４、Ｐ６、Ｃ点の測定地点であるＰ７、Ｐ９は、それぞれ、トンネル地面から１ｍの高さで、それぞれの内壁側面Ｗｓから１ｍ離れた点である。またＡ点の測定地点であるＰ２、Ｂ点の測定地点であるＰ５、Ｃ点の測定地点であるＰ８は、トンネル地面から１ｍの高さで中央の点である。
【００３３】
粉塵濃度の測定は、デジタル粉塵計ＬＤ−３Ｋ（質量濃度変換係数（Ｋ値）＝０．００２（ｍｇ／ｍ３／ｃｐｍ））を用いた。また粉塵濃度（ｍｇ／ｍ３）は、Ｋ値×相対濃度（ｃｐｍ）で表される。
【００３４】
実験は以下の方法で行った。第１に、ゼオライト粉体（ゼオライト＃６００  中心粒径１．９２μｍ）を粉塵とする粉塵発生装置Ｄで切羽に粉塵を発生させる。第２に、図７における測定地点Ｐ１〜Ｐ３の測定値がすべて８ｍｇ／ｍ３を超えた時点で粉塵発生装置Ｄを停止させる。第３に、送風機４１、集塵機８を所定の風量で起動させることで、送気管４からの送気、第１の排気管５からの集塵・排気を所定の風量で行う。第４に、測定地点Ｐ１〜Ｐ３の測定値がすべて３ｍｇ／ｍ３以下になるまで、各測定地点の粉塵濃度を測定する。
【００３５】
まず負圧をせずに、トンネルの断面の閉塞状態に応じて粉塵濃度に差があるかを測定するため、開口部７を設けた状態、トンネルが閉塞されていない状態（全開状態）で測定した（実験１）。図８（ａ）に条件、図８（ｂ）に測定結果、図９（ａ）乃至（ｃ）に、Ａ点乃至Ｃ点の測定値の変化のグラフを示す。
【００３６】
つぎに、負圧とした場合に、トンネルの断面の閉塞状態に応じて粉塵濃度に差があるかを測定するため、開口部７を設けた状態、トンネルが閉塞されていない状態（全開状態）で測定した(実験２）。図１０（ａ）に条件、図１０（ｂ）に測定結果、図１１（ａ）乃至（ｃ）に、Ａ点乃至Ｃ点の測定値の変化のグラフを示す。
【００３７】
実験１では負圧をかけていない（送気量と排気量はともに１０００ｍ３／ｍｉｎ）。この場合、開口部７を設けた状態と全開状態とでは、粉塵濃度に大きな差が見られず、とくにＢ点においては開口部７を設けた状態と全開状態とでは粉塵濃度に大きな差がない。
【００３８】
一方、実験２では送気量が７５０ｍ３／ｍｉｎ、排気量が１０００ｍ３／ｍｉｎであり、切羽と隔壁との間が負圧となっている。この場合、開口部７を設けた状態と全開状態とでは、実験１よりも粉塵濃度は低くなり、さらに、Ｂ点およびＣ点では粉塵濃度に差が見られる。とくに、Ｃ点では粉塵濃度に著しい差がある。
【００３９】
このように、切羽と隔壁との間を負圧にしている場合、隔壁はトンネル外周部分のみに設置するだけで、粉塵やガスなどを含んだ汚染空気を切羽側にとどめる効果が非常に高いことが判った。つまり、この形態で切羽付近の換気を行うことで、集塵作業中であっても開口部７を形成できるため、車両が切羽と坑口との間を通行可能な状態を保持することが出来る。その結果、切羽での作業と集塵作業とを並行することも出来る。
【００４０】
これは次のような理由によるものと考察する。図１２は、切羽封じ込め装置１付近の空気の流れを示す図である。切羽から隔壁の空間が負圧となることで、切羽封じ込め装置１による隔壁から坑口までの空間の空気は、切羽から隔壁までの空間に流入しやすくなる。一方、トンネルの内壁側面Ｗｓに沿って切羽から坑口側に流出しようとする汚染空気は、隔壁となる切羽封じ込め装置１の右側バルーン３２、左側バルーン３３で抑止され、トンネルの内壁側面Ｗｓと右側バルーン３２、左側バルーン３３に沿って、切羽側に向かう流入空気により、流れの向きが切羽の方向に変えられる。その結果、右側バルーン３２、左側バルーン３３付近に到達した汚染空気は、右側バルーン３２、左側バルーン３３付近で、再度、切羽側に流れることとなる。これは、アーチバルーン３１がある天井部であっても同様である。
【００４１】
このように、切羽からの粉塵やガスなどを含んだ汚染空気は、トンネルの内壁側面Ｗｓ、天井壁面Ｗｕに沿って流れるが、天井部および側面部は各バルーン３によって閉塞されており、また負圧のため、切羽封じ込め装置１から坑口側に漏れにくくなる。その結果、開口部７を設けたとしても、汚染空気が切羽封じ込め装置１から坑口側に漏れにくくなる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のように構成することで、トンネルの断面全体を閉塞せずとも、トンネルの天井部および側面部を隔壁で閉塞しただけで、切羽からの粉塵やガスなどを含んだ汚染空気の拡散を大きく防止することが出来る。また、トンネルの天井部および側面部のみを隔壁するので、トンネルの中心付近は開放されているため、トンネル工事に不可欠な測量作業の支障とはならない。さらに、車両や人の通行の妨げになることもないので、トンネル工事作業を続行しながら集塵作業を行うことが可能となり、全体の作業時間の短縮にも繋がる。
【符号の説明】
【００４３】
１：切羽封じ込め装置
２：バルーン台車
３：バルーン
４：送気管
５：第１の排気管
６：第２の排気管
７：開口部
８：集塵機
２１：右支柱部
２２：左支柱部
２３：水平部
２４：送風機
３１：アーチバルーン
３２：右側バルーン
３３：左側バルーン
４１：送風機
Ｗｓ：トンネルの内壁側面
Ｗｕ：トンネルの天井壁面
Ｈ：送風口
Ｄ：粉塵発生装置
【図１】
0005757758.tif 000002
【図２】
0005757758.tif 000003
【図３】
0005757758.tif 000004
【図４】
0005757758.tif 000005
【図５】
0005757758.tif 000006
【図６】
0005757758.tif 000007
【図７】
0005757758.tif 000008
【図８】
0005757758.tif 000009
【図９】
0005757758.tif 000010
【図１０】
0005757758.tif 000011
【図１１】
0005757758.tif 000012
【図１２】
0005757758.tif 000013