フジタ技術研究報告㻌第㻡㻠号㻌 㻌 㻞㻜㻝㻤年㻌
㻌㻌

トンネル発破音低減システムの開発㻌㻌㻌阿 部 㻌 将 幸㻌㻖㻝㻌㻌

小谷朋央貴㻌㻖㻝㻌漆 戸 㻌 幸 雄㻌㻖㻝㻌

野 間 㻌 達 也㻌㻖㻞㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌概㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 要㻌㻌
山岳トンネル工事における発破掘削は、昼夜を問わず一日に複数回行われ、非常に大きな騒音が発生する。掘削の初期段階では全周波数帯域の音が問題となる一方、掘削距離が進むにつれて可聴音が減衰するため低周波音が卓越した周波数特性になるなど、掘削段階により特性が異なる発破音対策は技術的難易度が高いものとされている。
筆者らは、トンネル発破時の超低周波音を低減させる吸音装置「ドラムサイレンサー」を 2016 年に開発し、これまで様々な現場に適用してきた。本報では新たに開発した、ANC を利用して 100Hz 以下の低周波音を相殺する「アクティブターゲットサイレンサー」、多孔質吸音材と既設坑内設備を組合せ 100Hz 以上の可聴音を低減させる「チューブセルサイレンサー」の二つのシステムについて報告する。
㻌㻌㻌

A㻌Development of a system to reduce tunnel blasting sound 㻌㻌㻌Abstract
Blasting excavation in mountain tunnel construction is conducted several times a day during both day andnight, and a very loud noise is generated. In the initial stage of excavation, entire frequency band blastingsounds become a problem, but as excavation distance progresses, low frequency becomes the predominantfrequency component due to the damping of audible sound. Therefore, it is assumed that measures to control
blasting sound with different characteristics according to the excavation stage have a high level of technicaldifficulty.
In 2016, we have developed a sound absorption system “Drum Silencer” that dampens ultra-low frequency
tunnel blasting sound, and we have applied this to various construction sites. In this paper, we report on thefollowing two systems: the newly developed “Active Target Silencer,” which cancels low-frequency soundbelow 100 Hz using ANC systems, and the “Tube Cell Silencer,” which reduces audible sound above 100 Hz
by combining porous materials with existing equipment in the tunnel.
㻌㻌キーワード：㻌

トンネル発破音、アクティブノイズコ

㻌ントロール、多孔質吸音材㻌
㻌㻌

㻌
−7−㻌

＊㻝㻌 建設本部㻌 建築エンジニアリングセンター㻌＊㻞㻌 建設本部㻌 土木エンジニアリングセンター㻌

フジタ技術研究報告㻌 第㻡㻠号㻌§１㻚㻌 はじめに㻌

一次音源

山岳トンネル工事における発破掘削は、昼夜を問わず

ﾘﾌｧﾚﾝｽﾏｲｸ

ｴﾗｰﾏｲｸ

一次経路

二次音源

㼤（㼚）
㻗

一日に複数回行われ、非常に大きな騒音が発生する。掘

㻯
二次経路

㼥（㼚）
㻙㻴 ﾊｳﾘﾝｸﾞｷｬﾝｾﾗ

削の初期段階では全周波数帯域の音が問題となる一方、
㼃 制御フィルタ

掘削距離が進むと可聴音が減衰するため低周波音が卓越した周波数特性になるなど、掘削段階によりその特性

㻯 二次経路伝達関数が異なることから、近隣の住環境に配慮した発破音対策

㼞（㼚）は技術的難易度が高いものとされている。

㼑（㼚）㻲㼕㼘㼠㼑㼞㼑㼐㻙㼤㻌㻸㻹㻿㻌アルゴリズム フィードフォワード方式

筆者らは、騒音対策として坑口に設置される防音扉で図㻌 㻝㻌 㻌 㻲㼕㼘㼠㼑㼞㼐㻙㼤㻌㻸㻹㻿㻌 アルゴリズムによる㻌
フィードフォワード制御システムのブロック図㻌

は遮ることの難しい 20Hz 以下の超低周波音をトンネル内部で減衰させる吸音装置「ドラムサイレンサー」を開発し、これまで様々な山岳トンネル現場に適用してきた 1)。

㻸㻹㻿㻌適応制御㻔係数更新部㻕

一次音に基づいて二次音の信号を作成するため、二次本報では、新たに開発したアクティブノイズコントロール

音源から放射された二次音が消したい一次音よりも前に（以下、ANC）を利用し 100Hz 以下の低周波音を相殺す

エラーマイクに到達する必要があり、一次音の伝搬経路る「アクティブターゲットサイレンサー」、多孔質吸音材と既やソフトウェアの演算時間、ハードウェアの応答時間を把設坑内設備を組合せ 100Hz 以上の可聴音を低減させる

握し、リファレンスマイクと二次音源を因果律を満たす距「チューブセルサイレンサー」の二つのシステムについて離をとって設置しなければならない。

報告する。

㻌2.2 制御対象エリア§２㻚㻌 アクティブターゲットサイレンサー㻌

通常、騒音源、二次音源、エラーマイクが直線状に配置されたフィードフォワード（1-1-1）制御方式において、㻌音の波動性を利用した ANC は、波長の長い低周波音制御エリア拡大のためには、二次音源を騒音源近傍に配の低減に適した手法である。最近のデジタル信号処理装置する必要がある。トンネル発破音を対象とする場合、坑置の性能向上と低廉化により騒音対策技術の選択肢の口、若しくは坑内に二次音源を配置することが理想的で一つになりつつあり、様々な分野への適用例が報告されあるが、一般的なスピーカでは発破音と同振幅の逆位相ている 2)3) 。

音を発生させることが困難であり、発破音への適用事例

本章では、ANC による発破音の制御範囲を坑外の特は極めて少ない 4)5)。

定エリアに限定した「アクティブターゲットサイレンサー」シ

ここでは、ANC による制御対象範囲を坑外の特定エリステムの概要と、実際のトンネル発破音に適用した事例をア（近隣民家の敷地内を想定）に限定することにより、二報告する。

次音源の設置数や出力を抑えることを目的とした「アクテ㻌ィブターゲットサイレンサー」システムの効果検証を行った。

2.1 ANCシステム
図 1 に Filterd-x LMS アルゴリズムによるフィードフ制御対象とする近隣民家が坑口から 100m 点に存在すると想定し、坑口と二次音源の距離を 90m、二次音源

ォワード制御システムのブロック図を示す。フィードフォワと制御点の距離を 10m とし、坑口、二次音源、制御点をード方式の ANC システムでは、騒音源に近い上流側で直線状に配置した場合の位相干渉による発破音低減効

参照信号となる一次音を検出するリファレンスマイク、低果を波動音響解析により検証した。

減効果を観測するための制御点（エラーマイク）、一次音解析モデルを図 2 に示す。x-y 面(z=0m)、z-x 面を打ち消す二次音を発生する二次音源装置（スピーカ）(y=0m)を対称面とし、x=0m、y=0m、z=0m に点音源で構成される。リファレンスマイクで検出された参照信号（振幅：100[Pa]、位相 0[deg.]）、x=0m、y=90m、z=0mをエラーマイクの位置で一次音と逆位相となるように制御に 二 次 音 源 （ 点 音 源 ） を 配 置 し 、 x=0m 、 y=100m 、フィルタによって加工し、スピーカから二次音として放射z=1.5m の制御点で音圧が 0 となるよう二次音源の振幅、する。エラーマイクでは一次音と二次音の差分である誤位相を設定した。制御点周辺 x=-25~25m、y=90~140m、差信号を検出し、制御フィルタは誤差信号が最小となるよ

z=1.5m における 16Hz、31.5Hz、63Hz の音圧レベル、うにフィルタの係数を調整し、二次音の信号を作成する。

及び制御前と比較した低減量分布を図 3 に示す。いずフィードフォワード方式ではリファレンスマイクで検出したれの周波数においても、制御点近傍では 10dB 以上の低−8−－㻞－㻌トンネル発破音低減システムの開発㻌

減効果が得られ、二次音源、制御点の直線上に制御エリ

音圧レベル G%+]

低減量 G%
+]

音圧レベル G%
+]

低減量 G%
+]

音圧レベル G%+]

低減量 G%
+]

アが広がっていることがわかる。しかしながら、制御点から直線方向に遠ざかるにつれ低減効果が小さくなり、制御点から水平方向に離れるにつれ、一部で増幅エリアが生じていることがわかる。これは、三次元空間での伝搬音は距離の二乗に反比例して減衰するため、坑口からの伝搬音と二次音源からの発生音の振幅のズレが制御点から離れるにつれ大きくなること、坑口からの伝搬音が平面波に近い形状であるのに対し、二次音源からの発生音が球面波に近い形状となり、波長の短い高周波音になるほど位相のズレが大きくなることが要因である（図 4、図 5）。
しかしながら、制御対象を 100Hz 以下の低周波音に限定することで、スピーカ 1 台で約 200 ㎡程度の範囲内を5~10dB 程度低減させることが可能であることや、二次音源を水平方向に並列配置することで水平方向の低減エリアを拡大することも可能であることから、予め制御対象エリアや坑口からの伝搬距離、制御周波数帯域などの条件を確認し、システム設計を行うことで有効な発破音対策ツールとなると思われる。
なお、本検証モデルのように、坑口から 100m 離れた点における制御音圧レベルが約 100dB の場合、音源方向に離隔距離 10m で設置する二次音源は約 117dB/1m程度の出力が必要となるが、これは市販のスピーカでも：二次音源出力可能なレベルであることから、特殊な二次音源を必：制御点図㻌 㻟㻌 㻭㻺㻯制御後の音圧レベル分布、㻌及び低減量分布（㼦㻩㻝㻚㻡㼙）㻌

要とせず、市販品のみでシステム構成が可能であることを確認した。


音圧レベル
G%
音圧レベル G%

坑口からの伝搬音

音波の進行方向位相干渉による低減エリア

二次音源からの発生音



制御点

制御点



計算範囲
P×P

坑口からの伝搬音
平面波増幅エリア

増幅エリア

     

二次音源

二次音源からの発生音
球面波

坑口からの距離 P

図㻌 㻠㻌 音の距離減衰㻌
制御点 二次音源 㻌図㻌 㻡㻌 波面合成㻌

㻌2.3 現場適用実験
実際のトンネル発破音に対する ANC 制御の効果を検証するため、トンネル坑口から約 150m 点の橋上にある工事用ユニットハウスを制御対象とした現場実験を行った。
ANC システムは参照点 1 箇所、制御点、二次音源をそれぞれ 2 箇所とするフィードフォワード（1-2-2）制御とし、坑口点音源 

図 6、写真 1 に示す様に、ユニットハウスからの反射音の影響を最小限に抑えるレイアウトとした。
制御時間は発破音継続時間と同程度とし、発破音を複図㻌 㻞㻌 解析モデル㻌
㻭㻺㻯制御前の音圧レベル分布（㼦㻩㻝㻚㻡㼙）㻌数回制御することにより制御フィルタ（W）を更新した。測定量は 1/3 オクターブバンド音圧レベルの最大値、時間−9−－㻟－㻌フジタ技術研究報告 第重み特性は Slow とした。

号

制御対象ﾕﾆｯﾄﾊｳｽ

発破毎に参照点（R1）-制御点（C1）間の音圧レベル差を測定し、予め ANC 非制御時に測定した参照点（R1）制御点（C1）間の音圧レベル差の 5 回平均値と比較するﾕﾆｯﾄﾊｳｽことで、制御点（C1）における低減効果を求めた。（図 7）。
約ANC の制御回数が増すにつれ徐々に低減量が増大し、参照点制御 4 回目に 31.5Hz、63Hz 帯域で最大 8dB の低減

制御点×二次音源×坑口防音扉効果を確認した。なお、4 回目以降の制御効果には大きな差が見られていないことから、比較的少ない制御回数でも制御フィルタ（W）が収束していることがわかる。同様
図に、参照点（R1）とユニットハウス内受音点（P1～P4）との現場適用実験の概要

音圧レベル差を ANC 非制御時の 5 回平均値と比較した結果を図 8 に示す。50Hz 以上の低減量に多少のバラつきがあるものの、ユニットハウス内の各点で制御点と同様の低減効果が得られていることを確認した。
ここで、ANC 制御 5 回目に観測したユニットハウス内平均音圧レベルと、各受音点にユニットハウス内の低減量（図 8）を加算した後に平均した ANC 非制御時の室内音圧レベル推定値との比較を図 9 に示す。ANC 非制御時のユニットハウス内音圧レベルは 25～63Hz 帯域が卓越した周波数特性であったと推定されたが、ANC 制御により卓越成分が低減され、騒音レベルで 7.0dB、低周波写真音レベルで 4.1dB 低減できていることがわかる。
実際のトンネル現場では発破ごとに防音扉を開閉する

現場適用実験状況

回目

ため、坑口付近に二次音源や参照点を固定配置すること回目での低減量業を行う必要がある。制御対象エリアを限定した「アクティ回目

回目回目

制御点

ブターゲットサイレンサー」の場合、参照点や二次音源、ユニットハウス内の低減量回目が難しく、発破の直前に二次音源を配置し、経路同定作制御点を対象エリアに近接して固定配置する為、発破毎の機材配置や経路同定作業も不要になるなど、発破の作周波数

周波数業効率の低下を防げることも特長の一つである。

図
制御点（ ）
における低減量§３ チューブセルサイレンサー

図
ユニットハウス内低減量（回目）（推定値）

切羽から坑口までの距離減衰が見込めない発破掘削（ 回目）の初期段階では、防音扉設置後も 100Hz 以上の可聴音最大音圧レベルが問題となることがある。
そこで筆者らは、既設作業台車に多孔質吸音材を取付けることで坑内にサイレンサー構造を形成し、100Hz以上の可聴音を低減させる「チューブセルサイレンサー」システムを考案した。本章では実際のトンネル現場への適用事例と低減効果について報告する。
3.1 システム概要

周波数

トンネル A、B に導入した「チューブセルサイレンサー」

図

システムの概要を表 1、図 10、図 11 に示す。何れのト−10−－ －ユニットハウス内平均音圧レベル

トンネル発破音低減システムの開発㻌

ンネルもシート張り台車の骨組部や作業床、手摺部を利吸音材
直行方向用してグラスウールボード（以下、吸音材）を複層させて取直行手摺付けることで開口サイズの異なる多数の消音ダクト構造を形成した。吸音材は作業床の裏面、及びトンネル進行方向に直行した手摺部にも取付けている。て利用した後、作業床の吸音材を撤去することで通常の吸音材
水平方向作業足場として利用することが可能であり、設置コストも抑

なお、可聴音が問題となる掘削初期にサイレンサーとしえられることを特長としている。
3.2 現場適用実験

レール幅 

シート張り台車への吸音材設置前後の音圧レベルを測図㻌 㻝㻜㻌 㻌 トンネル㻭㻌 吸音材設置レイアウト㻌

定することにより、吸音材の設置効果を検証した。図 12に測定点、音源位置を示す。
実発破では、吸音材設置前後の切羽状況や火薬量、吸音材
直行方向

直行
手摺

坑内設備のレイアウト等を同一条件で評価することが困難であるため、検証用音源には発破音を模した広帯域の衝撃性音源装置 6)を用いた。写真 2 に音源装置の概要

吸音材
水平方向シートを取付けている。エアーコンプレッサーにより管内を加圧し、取付けた PET シートを破裂させることで圧縮空

を示す。内径 0.15m、長さ 1m の塩化ビニル管を 2 本連結し、一方を閉管、もう一方の開口部に厚さ 1 ㎜の PET

気を瞬時に放射し、広帯域の周波数成分を含む衝撃音を発生させた。

レール幅 

シート張り台車の中心から前後 20m 点に設置した P1P2 間の音圧レベル差をそれぞれ 5 回測定し、吸音材設

図㻌 㻝㻝㻌 㻌 トンネル㻮㻌 吸音材設置レイアウト㻌

置前後で比較することで低減量を求めた。測定量は 1/3
シート張り台車オクターブバンド音圧レベルの最大値、時間重み特性はFast とした。

3

図 13 に吸音材設置による音圧レベル低減量を示す。
トンネル A、B とも 250～500Hz 帯域の低減量が最も大

3

ｍ

きく、最大 5～6dB の低減効果が得られている。また、
1kHz 以下の周波数では、シート張り台車の奥行が長いトｍ

模擬音源

ｍ

図㻌 㻝㻞㻌 㻌 坑内測定点㻌

表㻌 㻝㻌 「チューブセルサイレンサー」システムの概要㻌
トンネル$
吸音材

トンネル%
グラスウールWPP（NJP）

吸音材設置前

吸音材設置後吸音材設置前

吸音材設置後写真

内空断面積

P

P

シート台車奥行

P

P

吸音材設置面積

P

P

−11−－㻡－㻌フジタ技術研究報告㻌 第㻡㻠号㻌

ンネル A に比べ、奥行きが短いものの吸音材の設置面積

3(7ｼｰﾄ破裂状況が大きいトンネル B の低減量が大きく、100～1kHz 帯域で 4~5dB 程度の低減効果を確認した。
なお、高音域の吸音率が高い多孔質吸音材を設置しているにも関わらず 1kHz 以上の帯域で低減効果が殆どｴｱｰｺﾝﾌﾟﾚｯｻｰ得られていない。これは、坑内路面や周壁の吹付コンクリ

3(7ｼｰﾄ㎜

模擬発破音発生装置ートが高音域で比較的高い吸音性能を有しており、吸音材設置による坑内吸音力の増加が見込めないことが要因であると考えられる。

§４㻚㻌 まとめ㻌㻌㻌
ANC を利用し 100Hz 以下の低周波音を局所的に相殺する「アクティブターゲットサイレンサー」、多孔質吸音

写真㻌 㻞㻌 模擬発破音発生装置の概要㻌
㻌

材と既設坑内設備を組合せ 100Hz 以上の可聴音を低減させる「チューブセルサイレンサー」の二つのシステムをトンネル$

確認した。坑口防音扉や、既報 1)の超低周波音吸音装置「ドラムサイレンサー」と組合せることで全周波数帯域を効率的に低減させることが可能となった。
何れのシステムも特殊な装置を必要とせず、汎用品の音圧レベル低減量 G%開発し、波動音響解析、現場適用実験により低減効果をトンネル%

みで構成することができるため、比較的低コストで実現可能である。今後は、システム改良による低減効果の拡大を図るとともに、周辺環境配慮技術として当社のトンネル現

場に積極的に適用していく。









周波数 +]

㻌参㻌 考㻌 文㻌 献㻌1)
2)
3)
4)
5)

6)

図㻌 㻝㻟㻌 吸音材設置効果㻌

阿部将幸、小谷朋央貴、漆戸幸雄、野間達也：トンネル発破時の超低周波音低減システムの開発、フジタ技術研究
報告第52号、2016.
漆戸幸雄、阿部将幸：建設重機が発生する低周波音のア
クティブノイズコントロールによる制御、フジタ技術研究報
告第49号、2013.
西村正治、宇佐川毅、伊勢史郎、梶川嘉延：新版 アクティブノイズコントロール、コロナ社、2017.
稲葉秀雄、福田雅司、上田泰孝：アクティブノイズコントロールによる発破音低減の試み、土木学会第67回年次学術講演会論文集、2012.9.
後藤達彦、江波戸明彦、西村修、佐野雄紀、三浦悟、松井信行：トンネル発破音に対するアクティブノイズコントロ
ール適用性の検討、日本音響学会2012年秋季研究発表
会講演論文集、2012.9
横田孝俊、土肥哲也、牧野康一、岡田恭明、吉久光一：
広帯域・高音響エネルギーレベル衝撃性音源の開発と伝搬実験への適用、日本音響学会2007年春季研究発表会
講演論文集、2007.3

㻌㻌
ひ と こ と 㻌
防音扉による受動制御、㻭㻺㻯による能動制御、共鳴器型吸音、多孔質型消音機構、それぞれ異なる特長を活かし、周辺環境に合わせた最適な発破音低減システムを提案します。㻌
阿部㻌 将幸㻌㻌㻌㻌㻌㻌−12−－㻢－㻌