(57)【要約】【課題】トンネル壁面に反射面を設けて壁面で反射する騒音をトンネル内集音ゾーンへ反射させ、音波干渉作用で騒音を打ち消す。【解決手段】トンネル内に集音ゾーンを設け、該集音ゾーンに面する反射面であってトンネル中心軸と平行な壁面との成す角を鋭角とする第１の反射面と、該第１の反射面と稜線を介して連なり坑口に面する反射面であってトンネル中心軸と平行な壁面と成す角が鋭角でかつ反射面の延長上に前記集音ゾーンのある第２の反射面とで反射壁面ブロックを構成し、該反射壁面ブロックを多数組み合わせてトンネル軸方向に凹凸のあるじゃばら状を形成する静音型トンネル壁面。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内に集音ゾーンを設け、該集音ゾーンに面する反射面であってトンネル中心軸と平行な壁面との成す角を鋭角とする第１の反射面と、該第１の反射面と稜線を介して連なり坑口に面する反射面であってトンネル中心軸と平行な壁面と成す角が鋭角でかつ反射面の延長上に前記集音ゾーンのある第２の反射面とで反射壁面ブロックを構成し、該反射壁面ブロックを多数組み合わせてトンネル軸方向に凹凸のあるじゃばら状を形成することを特徴とする静音型トンネル壁面。
【請求項２】
上記請求項１記載の静音型トンネル壁面において、トンネル内中央の天井近傍に吸音構造を有する前記集音ゾーンを設けたことを特徴とする請求項１記載の静音型トンネル壁面。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、トンネル壁面に反射面を設けて壁面で反射する騒音をトンネル内集音ゾーンへ反射させ、音波干渉作用で騒音を打ち消す静音型トンネル壁面に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  道路トンネル壁面の表面が滑らかなコンクリート打ちの場合、トンネル内で発生する騒音は反射しやすく、一たん発生した騒音は反響してトンネル内を遠方まで伝わり、坑口から外部へ漏れ出る。トンネル内で発生する騒音の低減対策としては、一般的に、壁面に多孔性の吸音壁材を取り付けて反射を防ぎ、騒音を低減する。
自動車道トンネルの騒音調査によると、走行自動車によるトンネル内騒音の主たる成分は３００Ｈｚ以下の低い周波数帯域の音であることが明らかとなっている。波長が長く低い周波数帯域のトンネル内騒音を低減するためには、吸音壁面を大きくして吸音材の厚みを厚くするなど大規模な工事が必要となり、実用面からみると難しい課題や制約が多く、有効な新技術手法の出現は必ずしも多くはない。【０００３】  一方では、共通の同期運動をする音波が同一方向に逆位相関係で干渉し合うと、干渉による波動吸収によって、波動伝播エネルギーは効率良く消耗されるという騒音低減のメカニズムが例えば特許文献１，特許文献２などに記述されている。
【特許文献１】特開平７−２３４６８９号公報
【特許文献２】特願２００５−２６１２８９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  トンネル内で発生する騒音をトンネル内壁面各所で反射させ、トンネル内騒音の進行方向を一定の方向にコントロールして、トンネル内各所でそれぞれが近似的に同一の方向へ反射されかつ共通の周期運動をする音波の流れの層を逆位相関係で同期進行させて、音波の流れの層間の干渉作用による波動吸収頻度の高まる状態を作り出し、トンネル内騒音の伝播エネルギーの消耗を促進し、トンネル内で発生する騒音をトンネル内で低減することで、坑口から外部へ漏出する騒音を軽減できる静音型トンネル壁面を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  複数の反射面を組み合わせてトンネル軸方向に凹凸のあるじゃばら状を形成するトンネル壁面において、トンネル内に設けられた集音ゾーンと、該集音ゾーンに面する反射面であってトンネル中心軸と平行な壁面との成す角を鋭角とする第１の反射面と、該第１の反射面と稜線を介して連なり坑口に面する反射面であってトンネル中心軸と平行な壁面と成す角が鋭角でかつ反射面の延長上に前記集音ゾーンのある第２の反射面とで反射壁面ブロックを構成する。トンネル内で発生する騒音の坑口方向へ向かいかつトンネル中心軸と平行な壁面と成す角が小さな入射角で壁面反射される騒音を第１の騒音とし、該第１の騒音以外の壁面反射される騒音を第２の騒音とするとき、前記第１の騒音を前記第１の反射面で前記集音ゾーン方向へ反射させ、前記第２の騒音が前記第１又は第２の反射面で反射されるたび毎に反射方向が変化して逐次坑口方向へ向かいかつトンネル中心軸と平行な壁面と成す角が逐次小さな入射角となるように矯正し、前記第２の騒音を前記第１の騒音と同様に前記第１の反射面で反射されて前記集音ゾーン方向へ反射されように騒音の進行方向を漸次補正する静音型トンネル壁面とする。【０００６】  また、上記の静音型トンネル壁面において、トンネル中央の建築限界内の天井近傍に前記集音ゾーンを設けるとともに、該集音ゾーンを壁面反射板と多孔性材料とから成る吸音構造とする。
【発明の効果】
【０００７】  本発明によるトンネル内騒音低減の技術思想は、上記特許文献１，特許文献２などで提起されたように、騒音の伝播は方向性の与えられた空気粒子の振動の伝播として捉え、騒音の伝播エネルギーを音波干渉による波動吸収で消耗させようとするものであり、音の反射率が高く堅牢な壁面と開口径の大きさに対して十分な長さを有するトンネルの特性を最大限に活用して、トンネル内で発生する騒音を効果的に低減するものである。
このような本発明によれば、トンネル壁面の施工時にコンクリートを流し込む型枠に反射面を有する化粧型枠を使用するなどの簡単な工夫をするだけで、通常の工法と同程度の安価な費用で静音型トンネル工法を実現でき、建設コストを大きく掛けずに、耐久性、耐候性に優れ、設置、維持管理が容易な、実用性が高く有効な静音型トンネル壁面を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  以下、本発明を実施するための最良の形態について図面に基づき詳細に説明する。
なお、各図中、同一部分は同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【０００９】  本発明の静音型トンネル壁面の１実施例を図１、図２，図３によって説明する。
図１は、本発明による実施例１の構成と作用を示す側面図であり、図２は、反射壁面ブロックの斜視図、図３は、静音型トンネル壁面の立面図である。実施例１は、本発明を自動車道トンネルに用いたものである。
図１、図２，図３において、１は第１の反射面、２は第２の反射面、３は稜線、４はトンネル中心軸と平行な壁面、５は集音ゾーン、６は第１の騒音、７は第２の騒音、８は反射壁面ブロック、θ１はトンネル中心軸と平行な壁面と第１の反射面の成す角、θ２はトンネル中心軸と平行な壁面と第２の反射面の成す角である。
図１、図２において、第１の反射面１は音の反射率が高く平坦な長方形のコンクリート平滑面であり、第２の反射面２は第１の反射面１と同様なコンクリート平滑面で、第１の反射面１と第２の反射面２はともにトンネル中心軸と平行な壁面４と成す角θ１、θ２が鋭角であり、第１の反射面１と第２の反射面２は稜線３を介して背中合わせに一体となり、本発明の静音型トンネル壁面の反射壁面ブロック８を構成する。【００１０】  以下、その動作について図１、図２、図３に示した図と共に説明する。
本発明による静音型トンネル壁面は、図３で示すように複数の反射壁面ブロック８を前後あるいはトンネル内周方向につなぎ合わせてトンネル軸方向に凹凸のあるじゃばら状を形成する。
トンネル内で発生された騒音は、騒音発生源を起点として放射状に球面が大きく膨張するように、すべての方向へ等しい確率で均一に放射、拡散される。このときの個々の騒音の進路は、ダイレクトに坑口へ向かうルートを進む騒音と、路面や壁面、天井面で一たん反射された後に、次々と反射を繰り返すルートを進む騒音とに大別することができるが、本発明による静音型トンネル壁面は、後者のトンネル内の各所で反射される騒音について扱うものである。【００１１】  トンネル内の騒音発生源から放射された騒音のうち、坑口方向へ向かいかつトンネル中心軸と平行な壁面４と成す角が小さな傾斜角で反射壁面ブロック８へ入射される第１の騒音６は、トンネル内に設けられた集音ゾーン５に面する第１の反射面１で反射される。第１の反射面１は音の反射率が高く平坦な長方形のコンクリート平滑面であり、トンネル中心軸と平行な壁面４との成す角θ１が鋭角を成していて、第１の反射面１へ入射される第１の騒音６は、予め設定された集音ゾーン５の方向へ、第１の反射面１の長方形の平滑面に見合った形状の波面となって反射される。
同様に、反射壁面ブロック８の前方、すなわち坑口を背にしてトンネル内側につなぎ合わされた反射壁面ブロック８ａの第１ａの反射面１ａへ入射される騒音は、第１の騒音６と同期進行してきた騒音であって、予め設定された集音ゾーン５の方向へ第１ａの反射面１ａの長方形の平滑面に見合った形状の波面で反射される。【００１２】  第１の反射面１と第１ａの反射面１ａとで反射されて進む音波の流れの層を、反射音の進行方向に垂直な面で切断するものとして、このときの面内を通過する共通の周期運動をする周波数の波面間の性状は、双方の音波の反射面の位置の違いに対応した位相差が与えられたものとなる。
双方の音波の反射面の位置の違いによる距離差や異なるルートを進む音波の距離差が制御対象周波数の１／２波長に相当する差となるとき、双方の音波の流れの層は伝播方向が同一方向でかつ互いに逆位相の関係で同期進行する状態となり、双方の騒音の伝播エネルギーは音波干渉によって波動吸収される。騒音の低減度合いは、制御対象周波数の波長が短く高い周波数の音になるほど干渉頻度が高くなるため、波動吸収効率も高くなる。【００１３】  トンネル内の騒音源から放射された騒音のうち、トンネル中心軸と平行な壁面４と成す角が大きな傾斜角で反射壁面ブロック８へ入射される第２の騒音７は、第１の反射面１又は第２の反射面２で反射される。第２の反射面２は、第１の反射面１と同様に音の反射率が高く平坦な長方形のコンクリート平滑面であり、第１の反射面１と稜線３を介して連なり坑口に面する反射面であってトンネル中心軸と平行な壁面４と成す角θ２が鋭角でかつ反射面の延長上が集音ゾーン５となるように坑口側にわずかに傾斜する反射面として設定されている。したがって、第１の反射面１又は第２の反射面２へ入射される第２の騒音７は反射される方向が対向するトンネル内反対側の壁面に向かうものとなり、それぞれ反射壁面ブロック８で反射されるたび毎に反射方向がトンネル中心軸と平行な壁面４と成す角が逐次変化し、進む方向が坑口方向へと逐次修正されていく。そして、ついにはトンネル中心軸と平行な壁面４と成す角が小さくなって進む。このようなルートを進む第２の騒音７は、取りも直さず上述の第１の騒音６と同様に扱いうるように修正さて、第１の反射面１によって予め設定された集音ゾーン５の方向へ、第１の反射面１の長方形の平滑面に見合った形状の波面の流れの層を成して反射される。
【実施例２】
【００１４】  図４に基づいて実施例２を説明する。
図４は、吸音構造を用いた集音ゾーンの図である。実施例２は、本発明による実施例１の静音型トンネル壁面を改良したものであって、自動車道トンネルに用いたものである。図１、図２、図３と共通の部分は、共通の符号を付してある。
９は壁面反射板、１０は多孔性材料、１１は吸音構造である。
図４は、本発明による静音型トンネル壁面において、トンネル中央の建築限界内の天井近傍に集音ゾーン５を設けて、第１の反射面１で第１の騒音６および進行方向の補正された第２の騒音７を反射させるとともに、集音ゾーン５を壁面反射板９と多孔性材料１０とから成る吸音構造１１とした静音型トンネル壁面である。【００１５】  以下、その作用について図４に示した図とともに説明する。
実施例２は、トンネル中央の建築限界内の天井近傍に集音ゾーン５を設けて、集音ゾーン５に壁面反射板９と多孔性材料１０を設けた静音型トンネル壁面であって、トンネル内で発生された騒音の第１の騒音６および第２の騒音７を、反射壁面ブロック８の第１の反射面１および第２の反射面２で反射させて集音ゾーン５へ導き、制御対象周波数の波長が短く高い周波数帯域の音から波長が長く低い周波数帯域の音までの全周波数帯域の騒音を効果的に低減するものである。
反射壁面ブロック８による反射によって異なるルートを進む音波の流れの層間に距離差から生ずる位相差を与え、伝播方向を同一方向に整えて、それぞれの音波の流れの層間で音波干渉させて騒音の伝播エネルギーを波動吸収させるまでの作用と効果は、実施例１の場合と同様である。【００１６】  集音ゾーン５へ導かれたトンネル内騒音に対して、集音ゾーン５に壁面反射板９や例えばグラスウールなどの多孔性材料１０から成る吸音構造１１を設けることによって、集音ゾーン５へ導入される騒音が、特に波長が長く低い周波数帯域の騒音であったり、過大な音圧レベルであったり、トンネルの長さが短いトンネルなどの場合であっても、トンネル内の騒音を確実に捕捉して、効果的な消音機能を発揮できる静音型トンネル壁面を得る。【００１７】  空気を伝播媒体として壁面反射板９と多孔性材料１０から成る吸音構造１１へ入射された騒音の伝播エネルギーは、空気の粘性抵抗や多孔性材料との摩擦などでエネルギーの一部が熱変換される。一方、騒音の波動としての空気粒子の振動は、密度が小さく透過損失の極めて小さい多孔性材料１０内をくぐり抜けるとき、各所で反射と散乱が繰り返されるため、波動としての振動の方向性が次第に乱雑となり、ついには振動の方向性のランダムな音波となって次々と伝播していく。多数の周波数成分によって構成される各周波数の音波は、それぞれ波動としてのベクトルの方向性の失われたランダムな空気粒子の振動の音波に変換される。
集音ゾーン５へ集められた騒音が吸音構造１１を構成する壁面反射板９やトンネル天井によって反射されて多孔性材料１０内に滞留するとき、多孔性材料１０の容積を決める寸法の大きさが低減目標とする騒音の周波数の最大周波数の１／４波長以上に設定されていると、上述のとおり、波動としてのベクトルの方向性のランダムな共通の同期運動をする同一周波数成分の音波が各所で様々な態様で重ね合わされる。このときの音波の波動としての伝播エネルギーは、確率的な頻度で、同一周波数であり同一方向の波動のベクトルが逆位相関係で干渉をし合うこととなり、このとき音波の波動としての伝播エネルギーは瞬時かつ劇的に低減される。
【産業上の利用可能性】
【００１８】  上記実施形態においては本発明を、自動車道トンネルに適用した場合について説明したが、本発明は、新幹線トンネルのような長く大口径のトンネルの騒音を低減するための静音型トンネル壁面としても有効である。
その他、圧縮空気の管路などの吸吐出音の騒音対策など、通気は必要だが騒音の漏出は防止したいといった用途に威力を発揮できるため、産業上の利用の可能性は多岐にわたるものであり、上記実施形態と同様に本発明を適用することが可能である。そして、このように本発明を適用した場合においても、上記実施形態と同様な作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による実施例１の構成と作用を示す側面図である。
【図２】本発明の反射壁面ブロックの斜視図である。
【図３】本発明の静音型トンネル壁面の立面図である。
【図４】吸音構造を用いた集音ゾーンの図である。
【符号の説明】
【００２０】  １    第１の反射面
２    第２の反射面
３    稜線
４    トンネル中心軸と平行な壁面
５    集音ゾーン
６    第１の騒音
７    第２の騒音
８    反射壁面ブロック
９    壁面反射板
１０  多孔性材料
１１  吸音構造
θ１  トンネル中心軸と平行な壁面と第１の反射面の成す角
θ２  トンネル中心軸と平行な壁面と第２の反射面の成す角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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