技報第 30 号

2021

増風により火災検知器汚損を防止するダクトの開発
阪神高速技術(株)工事部四つ橋事業所
司馬 竜也
阪神高速技術(株)工事部工事統括課
平井暁
阪神高速技術(株)工事部神戸設備事業所工事課 花坂 謙一………………………………………………………………………………
要旨

トンネル内火災を検出するために，トンネル等級に応じて火災検知器を設置している．火災検知機能を維持するためには，受光窓の汚損率が悪化しないように清掃しなければならない．トンネルによっては煤塵の付着しやすい環境も存在するため，標準としている周期以上に清掃をしている箇所も存在する．
今回，煤塵の付着を抑制すべく，CFD 解析を用いた受光窓周りの流速を改善するためのダクトを製作し，神戸
長田トンネルおよび正蓮寺川トンネルにて長期検証を行ったところ，ダクトなしの火災検知器に対して，およそ30%の汚損抑制を行うことができた．
キーワード:トンネル火災検知器，CFD 解析，汚損防止ダクト

はじめに
火災検知器本体は，検知器箱の中に入っており，トンネル内をお客さまに安全に通行頂くために

図-1 のような構造になっている．検出部である

火災検知器は大変重要な役割を担っている．事故「右目」並びに「左目」はガラスの受光窓に覆わ等により発生したトンネル内火災をいち早く検出れており，それぞれの目が火災検知器の右側領域，し，交通指令台やお客さまに対して火災を知らせ，左側領域を監視している．自己診断機能も備わっ被災者を出さないためである．いつ発生するか分ており，毎日 1 回試験灯グローブより照射されるからない有事に確実に対応できるように 24 時間光量の減光率を計測し受光窓の汚損状況を確認す

365 日機能を維持することが求められている．

るセルフチェックを実施している．

１．火災検知器の機能を維持するための現在の取り組み
火災検知器を常時健全な状態に保つために，火災検知器において想定される様々な故障パターンを踏まえ，予防的に以下のような対策を実施している．
図-1 火災検知器の構造 1)- 135 -

1-1 火災検知器の単体故障
火災検知器は精密機器であり，回路部分の偶発故障も一定数存在する．これらの故障を予知する

表-1 火災検知器設置状況
地区

ことは難しいため，1 台が故障しても継続監視がトンネル
等級

能⼒

設置数
上り

下り

総計

伊丹トンネルAA25m

343771

正蓮寺川トンネル

AA25m

190

195385⼤阪 ⼤和川第１トンネル

AA50m

353671

⼤和川第２トンネル

AA50m

192039⼤和川第３トンネル

AA50m

164

162

326

442

450

892

AA25m

389

393

782

暫定A50m

5858

116

AA25m

192

237

429

A25m

5655

111

695

743

1,438

1,137

1,193

2,330

可能になる仕組みで対応している．
具体的には，火災検知器の能力だけでなく，道トンネル路線形も考慮して設置間隔を決定し，同エリアを⼤阪 ⼩計前後の火災検知器で二重監視するようにしている．
新唐櫃トンネル

また，予備の火災検知器を常備し，迅速な復旧を行える準備も行っている．

有⾺北トンネル
総計

2021年3⽉末時点

1-2 火災検知器信号線の断線
火災検知器の信号線が断線した場合，受信機側に火災信号が送れなくなってしまう．その対策と2-2 現在の点検周期
火災検知器は，「機械設備の点検要領」2)によして，断線を検知した場合自動で別の信号線を使う幹線補償という機能を備えさせている．って表-2 の項目の点検を実施している．点検周期は工事計画書に記載し，3 ヵ月に 1 回の周期で巡回点検，6 ヵ月に 1 回の周期で定期点検を実施

1-3 火災検知器の汚損
トンネル内は煤塵や埃が多く，汚損しやすい環することとなっている．

境であり，トンネル壁面に設置されている火災検知器も汚損しやすい．火災検知器は，炎から放射される赤外線エネルギーを監視しているため，汚表-2 火災検知器の点検要領
No.

点検項⽬

巡回 定期損が進行するとその監視機能が働かなくなってし1

外部の汚れ・損傷・発錆の有無の確認◯◯

まう．そのため，受光窓の減光率が悪化しないよ

2

受光窓の清掃◯◯うに火災の検出部を覆っている受光窓の清掃を定

3

銘板等の汚損・損傷の有無の確認◯◯

期的に実施している．

4

周囲の障害物の有無確認

◯

◯

5

防災受信盤の表⽰確認◯

6

防災中央装置の表⽰確認◯

7

機器の据え付け状態の確認◯

8

検知器テスターによる動作時間の測定(左⽬)◯9検知器テスターによる動作時間の測定(右⽬)◯

２．火災検知器機能維持に関する問題点
先述の機能を維持する取り組みの中で，今後の新規路線供用を踏まえると，汚損対策の清掃作業

10

費用の増加が問題になってくる．

検知器テスターによる動作確認時の試験ランプ及び動作確認灯の点灯確認◯

2-3 トンネル換気方式と汚損の相関

2-1 阪神高速道路における火災検知器の設置数
表-1 は現在供用している路線の火災検知器設

火災検知器の汚損状況は，交通量の違いにより置数量である．大阪・神戸地区合わせて 2,330 台

トンネルによって異なることは当然ながら，トンの火災検知器が設置されている．今後供用予定のネル内であっても換気方式により汚損状況は大き

淀川左岸線二期・延伸部等は，大部分がトンネルく異なる．

であることから更に火災検知器の数量は増加予定である．

トンネルには，出口坑口環境の保全およびトンネル内環境の安全性確保のために，自然換気と異- 136 -なる換気方式を採用することがある．表-33)は一気が発生し，検知器が誤作動する可能性があるこ

般的な縦流換気方式の種類とその特徴を表していとと，布が外れて飛散することが懸念される．以る．長大トンネルにおいては，集中排気方式をベ上の対策案および想定される問題点から，一つ目ースとした，ジェットファン併用の方式を採用しの受光窓付近の風速を上げることで対策を行うこている．これらのトンネルでは，トンネル内の風ととした．

速が低くなる集中排気口付近が特に汚損しやすい区間になる．また，集中排気口よりも下流側は，４．対策内容

進行方向に対して逆風の区間になる．
4-1 CFD 解析条件
表-3 縦流換気方式における主な種類と特徴

現状の流速と，対策案の比較をするために，CFD 解析を用いた．検知器モデルは，現場に設置された状態を考慮するために，検知器箱に収納された状態とした．風速条件は，トンネル壁面付近で大型車が通過した際の風速実測値の平均である 4.0m/s を採用した．
4-2 CFD 解析結果および考察
現状の CFD 解析結果の上面図を図-2 に示す．
色は流速を表現しており，赤色に近づけば流速が高く，青色に近づけば流速が低くなっている．この図を見ると，受光窓は流線型であるため風の流れを阻害していないが，検知器箱の形状の影響で３．対策検討

側面に当たった風が淀んでしまい，受光窓付近の流速低下が懸念される結果であった．そのため，火災検知器機能維持に関する問題の対策として箱の形状の工夫で受光窓付近の流速改善が可能では，今後増加が見込まれる中で設置環境に影響をあると考えた．火災検知器の火災検知能力を落と受けること無く，清掃頻度をいかに低減するかでさないために，ダクト設置による検出部の死角発ある．そこで，火災検知器受光窓の汚損対策とし生を無くさなければならない．死角を作らず空気て，次のような提案を行った．
一つ目は，受光窓付近の風速を上げて埃を付着しにくくするダクトの付加である．火災検知器受光窓も流線型であり，これは流速改善を行うことで，汚損低減に効果があるためである．
二つ目の対策案は，受光窓に風を当てないようにするダクトの付加である．既に製品化してあるダクトの流用になるが，集中排気口の下流側においては効果が小さくなると考えた．

空気の淀み

最後に三つ目の対策案は，布が風でなびくことで汚れを叩き落とす工夫である．最も効果が得ら

図-2 現状の火災検知器における CFD 解析結果れる一方で，乾いた布と受光窓の摩擦により静電- 137 -の淀みを発生させない形状として，図-3 のよう排除するため，ダクト有りの火災検知器とダクトに淀み点にスロープを設けるような形状とした．

無しの比較用火災検知器のペアを 3 組用意した．
比較には，各火災検知器の受光窓を清掃してから1 ヶ月経過後の汚損率を用いることとした．汚損率とは，火災検知器付属の試験灯から照射する赤外線の減光率より算出した値である．ダクトの設
置場所は，車両通過時に進行方向と同じ向きに風が流れるとして，車の流れの上流側にのみダクトを設置した．図-5 に汚損防止ダクトを設置した火災検知器の状況を示す．

図-3 対策ダクト形状
4-3 CFD 解析結果比較
対策ダクト有無による流速分布の比較を行った．
図-4 は，断面 1 におけるそれぞれの状態での流速分布断面図である．低流速を表す青色の部分が大きく減少していることが分かる．

図-5 火災検知器ダクト設置状況
5-2 検証結果
汚損率比較結果を下図に示す．図-6 は，DB129 と DB-130 のそれぞれダクト設置側にあたる
左目の汚損率比較結果である．比較 1 回目は 9 月の 1 ヶ月で，6 回目の 2 月まで 1 ヶ月毎に汚損率

図-4 断面 1 での流速分布を比較したものである．

５．汚損防止ダクトの効果検証
DB-129(左目) vs DB-130(左目)
汚損率比較

5-1 現場での効果検証条件
70

CFD 解析結果にて，ダクト設置で受光窓付近を行い火災検知器にダクトを設置し，効果検証を行った．場所は，過去に汚損予告信号が発報した汚損率[%]の流速改善が見込まれたため，ダクトの実機製作

比較的汚れやすい場所とし，換気方式も考慮して集中排気口の下流側であることも条件に加え，神60

DB‐129(ダクトあり)

50

DB‐130(ダクトなし)

40
30
20100
1回目

戸長田トンネル上り線の神戸長田出路分岐後の本線部を選定した．道路線形による結果への影響を- 138 -

図-6

2回目

3回目

4回目

5回目

6回目

DB-129vs130(左目)汚損率比較結果各回ともダクト有無による差は見られない．一要である．

方，図-7 および図-8 の汚損率比較では，ダクト有無により差が見られる結果であった．約 30%の汚損率低減ができていた．
なお，全体的に 5，6 回目の汚損率が高いのは，冬季の埃が堆積しやすい時期に差し掛かったためである．

DB-160(左目) vs DB-161(左目)
汚損率比較
70

図-9 汚損防止ダクト設置位置図

60
汚損率[%]

50

DB-160(ダクトあり)

5-4 別トンネルにおける長期検証

40

DB-161(ダクトなし)

30

別トンネルで汚損防止効果の再現性確認と,清20

掃周期の延長可能期間を調査すべく正蓮寺川トン

10ネルにて長期スパンでの検証を行った．検証条件

0
1回目

図-7

2回目

3回目

4回目

5回目

6回目

は，点検結果をもとに汚損しやすい 2 つのエリア

DB-160vs161(左目)汚損率比較結果

で，ダクトありの検知器とダクトなしの検知器が交互になるようダクトを設置し，汚損率 75%にて自動発報する汚損予告まで受光窓を清掃しないとDB-162(左目) vs DB-163(左目)汚損率比較いうものである．

70

検証結果を表-4 に示す．120 日経過した時点で，60DB-162(ダクトあり)

その時点での汚損予告発生個数はダクトありが 9DB-163(ダクトなし)

表-4 汚損防止長期検証結果

汚損率[%]

50403020

検知器

100
1回目

図-8

2回目

3回目

4回目

5回目

DB-77

6回目

ダクト
取付
○DB-7987

DB-102

120以上

DB-103

120以上

DB-104○120以上DB-105120以上

DB-106○120以上DB-107

100

DB-108○120以上DB-10967

DB-11068

DB-111○DB-825-3 結果考察
DB-129，および各場所の右目については汚損

DB-83
DB-84

率の低減は見られなかった．DB-129 については，

DB-85

設置箇所が左カーブ直後の直線部であり，うまくDB-87ダクト内に車両通過風を誘導できなかったことが原因と推定する．図-9 に試験時に汚損防止ダク

DB-86

63DB-112○76DB-113

120以上

DB-114○120以上DB-115120以上

DB-116○120以上DB-117107

DB-118○120以上DB-119100

DB-120

DB-90
DB-91

トを設置した火災検知器の位置を示す．

○DB-88
DB-89

DB-92

また，右目について，ダクトによる汚損防止効

DB-93

果が見られなかったが，これは増風効果が小さかDB-94った可能性があるため，別途対応方法の検討が必DB-96- 139 -DB-95[⽇]
DB-101

DB-80
DB-81

検知器

92

DB-78

DB-162vs163(左目)汚損率比較結果

汚損予告までの期間

ダクト取付○汚損予告までの期間[⽇]117120以上○87○78

○112

○117

○119

○120以上○120以上○120以上○120以上

7676
114
94
100
105
112
100
112

個，ダクトなしが 15 個 と汚損防止効果は十分再現在，標準としている清掃周期以上に清掃を行現できている．ダクト有無による差が見られないっている場所もあり，標準周期を満足させるだけ連続した区間もあるが，それは非常駐車帯もしくで年間約 1,300 万円のランニングコスト低減も可は左カーブであった．赤枠の DB-86～89，103～

能となる．ダクト設置のイニシャルコストを考慮

106 の区間が非常駐車帯である．この長期検証のしても，4 年でトータルコストとして有利となる結果からも，汚損防止効果を得られにくい場所が見込みである．更には，監査路のない新神戸トンあることが確認できた．

ネルについても，清掃回数が減少することで規制回数も削減できることから，お客さまへ快適に走６．まとめ行頂く環境を提供することが可能となる．更には，作業員の安全にも寄与することが可能となるためダクトにより受光窓近傍の風速を増風させるこ

引き続き汚損防止技術の検討を進めていく．とで，汚損防止に効果があることが確認できた．
一方で，非常駐車帯や左カーブなど，トンネルの構造的な条件によっては汚損防止ダクトの効果が見られない環境も存在するため，これらの場所に対しても汚損防止効果が得られる改良が必要となる．

参考文献
1) 能美防災株式会社：RDCJ003A-D 型ふく射式火災検知器取扱説明書
2) 阪神高速道路株式会社，阪神高速技術株式会社：機械設備の点検要領，2020.11
3) 阪神高速道路株式会社：トンネル換気設計要領，
2020.9DEVELOPMENT OF THE ANTIFOULING DUCT TO PROTECT TUNNEL FIRE SENSORSFROM DUST POLLUTION BY USING INCREASED WIND
Tatsuya SHIBA, Akira HIRAI and Kenichi HANASAKATunnels on the expressway are equipped with fire sensors as required according to the class of each tunnel.
In order to maintain proper functioning of the system, the sensor lens must be kept always clean so as not
to affect the transmittance. In some tunnels with an environment where soot and dust easily adhere, firesensors need to be cleaned more frequently than the standard period. For the purpose of reducing theadhesion of soot and dust, an antifouling duct was developed to improve the flow velocity around the lensby using the CFD analysis. Its long term verification by implementation was conducted at the Kobe Nagata
and Shorenjigawa Tunnels. It was demonstrated that the stain on the fire sensor was reduced by about 30%.

司馬 竜也

平井 暁

阪神高速技術株式会社
工事部 四つ橋事業所
Tatsuya SHIBA

阪神高速技術株式会社
工事部 工事統括課
Akira HIRAI- 140 -

花坂 謙一

阪神高速技術株式会社
工事部 神戸設備事業所 工事課
Kenichi HANASAKA