阪神高速道路株式会社
技報第 23 号 2006

神戸長田トンネル換気設備の運転コスト削減
保全施設部 施設管理グループ
神戸管理部 施設保全グループ
阪神高速技術㈱ 維持事業部 京橋事業所

原 秀史
松尾俊宏
弦巻 淳

………………………………………………………………………………
要旨

神戸市道高速道路 2 号線の神戸長田トンネルは，都市トンネルの問題とされる坑口部大気環境保全対策として坑口集中排気を設けるなど坑外環境の面で厳しい条件を持つトンネルである．特に南行線は約 3%の下り勾配となっておりトンネル内空気の坑外への持出しを抑制するため，蓮宮換気所の排風機の稼働率が高く，高い排気風量が維持された運用が行なわれている．この維持動力は電力料金に直結し，運転コストが嵩む要因となっている．
今回，南行線神戸長田出路の坑口部大気環境を保全する換気運用を行ないつつ，運転コストの削減を図る方策
として，蓮宮換気所に加え中央換気所排風機を併用する運用方法について，検討結果を報告するものである．
キーワード:都市トンネル，坑口部の大気環境保全，坑口集中排気，運転コスト削減

はじめに

一方，南行線のトンネル換気は，蓮宮・中央換気所が受け持っており，通常は蓮宮換気所の坑口

神戸市道高速道路 2 号線の神戸長田トンネルは集中排気を主とした換気運転を行い，神戸長田出暫定供用区間長が約 2.2km で南側端部に神戸長田路から本線にかけての渋滞時や火災などの非常時入出路を持つ構造となっている（図-1 参照）．には蓮宮・中央換気所で換気又は排煙運転を行な

このトンネルの換気方式は，渋滞時や火災などうこととしている．の非常時の排気及びトンネル内の排気ガスを含ん

しかし，坑口集中排気運転は常に高風量を必要だ空気の持出しによる坑口部の大気環境保全対策とするため換気設備の運転コストが嵩む要因となのため，蓮宮・中央・妙法寺の 3 換気所による横っている．特に南行線の神戸長田出路においては流換気方式に加え，両坑口での集中排気方式を併

排気ダクトが坑口集中排気と横流排気を兼用して用している．

いるため北行より圧力損失が高く風量の増加が顕図-2，図-3 に神戸長田トンネル換気概略図を示す．

著に現れている．
今般，神戸長田トンネル南行線について，坑口北行線のトンネル換気は主として，妙法寺換気部の大気環境保全を考慮した上での運転コスト削所が受け持っており，通常は妙法寺換気所の坑口減の方策として，渋滞や火災などの非常時に運転集中排気を主とした換気運転を行い，火災などのする中央換気所排風機と蓮宮換気所排風機との併非常時には妙法寺・中央・蓮宮換気所で排煙運転用運転による坑口集中排気の可能性についての検を行なうこととしている．

証結果を報告する．

神戸長田トンネル暫定供用区間

約2.2km

蓮換気所
蓮宮換気所

駒栄換気所

妙法寺換気所
神戸長田入出路
中央換気所

図-1 神戸長田トンネル概要図

中央換気所

妙法寺方面

排気ダクト

①

切替ダンパ１

蓮宮換気所③

切替ダンパ２

W-1
TCTC

長田方面

W -2
CO -1
VI -1

TC

排 気 口 仕 切 ﾀﾞﾝ ﾊ ﾟTC

集中排気口

TC台
C O-2
送気ダクト

長田出路

④②W-3

TC

① 排 気 容 量 ： 200[m 3/s]
② 送 気 容 量 ： 92[m 3/s]
③ 排 気 容 量 ： 300[m 3/s]
④ 送 気 容 量 ： 92[m 3/s]

VI

- 煙霧透過率測定装置③ 、 ④ ：蓮 宮 換 気 所（渋滞時、火災時等）

CO- 一酸化炭素検出装置③、④：蓮宮換気所

W① 、 ② ：中 央 換 気 所①､②：中央換気所（通常時、渋滞時、火災時）

TCTC- 風向風速計

TC台- 大型、全台、車速、渋滞TC- 車速、渋滞検知器

検知器

図-2 神戸長田トンネル換気概略図（南行線）

妙法寺換気所

妙法寺方面①排気ダクト

集中排気口

中央換気所

②切替ダンパ１

VI -1

③

蓮宮換気所

切替ダンパ２VI -2

C O- 1
W- 2
TC切替ダンパ４

V I- 3
C O- 2

W- 1④切替ダンパ３

長田方面

C O- 3W- 3

TCW -4

W -5
TCTC

W- 6

長田入路
TC 台

① 集 中 排 気 容 量 ： 340[m 3/s]
② 排 気 容 量 ： 200[m 3/s]
③ 排 気 容 量 ： 219[m 3/s]
④ 排 気 容 量 ： 203[m 3/s]

① 、 ② ：妙 法 寺 換 気 所③ ：中 央 換 気 所（通常時、渋滞時、火災時）④ ：蓮 宮 換 気 所①､②：妙法寺換気所

VI- 煙霧透過率測定装置

CO- 一酸化炭素検出装置

W- 風向風速計③：中央換気所TC台- 大型、全台、車速、渋滞（渋滞時、火災時等）

TC- 車速、渋滞検知器④：蓮宮換気所（渋滞時、火災時等）

図-3 神戸長田トンネル換気概略図（北行線）

検知器

１．南行線 現状換気運転状況

長田出路は１車線のオフランプのためトンネル断面が小さく，通過車両のピストン効果により，ト

神戸長田トンネル南行線の換気運転状況について，表-1 に現状の換気量及びトンネル内環境データを説明する．

ンネル内空気の持出しが発生しやすい状況となっている．
そのため，坑口からのトンネル内空気の持出し

なお、図-2 の換気概略図内にトンネル内の煙を抑制するため，神戸長田出路の風向風速計（W-霧透過率（ＶＩ）計・一酸化炭素濃度（ＣＯ）

3）の計測値が-1.0m/s±1.0m/s の 0～-2.0m/s

計・風向風速（Ｗ）計の設置位置を示す。

（負は坑口からトンネル内への風向で車両進行方

神戸長田トンネル南行線は，約 3%の下り勾配向と逆向き）の範囲内になるように換気運用されのため，トンネル内の煤煙発生量は少なく，ＶＩており，蓮宮換気所排風機は常時稼働している．

値及びＣО値は，交通量の多少に関わらずトンネ

特に朝方～夕方までの交通量の多い時間帯では高ル内環境が良好であることが分かる．また，神戸

排気風量で稼働している状況にある．

表-1 現状 換気量及びトンネル内環境データ（ 単独運転時）
H18.3.2 実績

蓮宮換気設備 換気量

換気量

VI-1
トンネル内
環 境

CO-2

CO-1

W-1,W-2
風 速
交通量
交通量

W-3

できるよう最大 200ｍ3/s の能力を有しているが，

２．換気運用方法の改善

除塵設備が渋滞時に必要な最大風量 100ｍ3/s 程度の処理能力であるため低風量域での運転となる．

2-1 蓮宮・中央換気所排風機風量と動力特性
運転コストが嵩む要因として，蓮宮換気所排風

低風量時における必要動力量は図-5 に示すとお機風量と動力特性の関係が挙げられる．蓮宮換気り 10ｍ3/s 毎に約 20kw 程度しか増加しないこと

所排風機は最大 300ｍ3/s の能力を有しており，から，これらの動力特性を利用し，蓮宮換気所と図-4 に示すとおり昼間帯の排気風量のレベルで中央換気所の排風機を併用運転することで，坑口3は必要動力量は風量 10ｍ /s 毎に約 80kw 増加すからのトンネル内空気の持出しを抑制しながら，ることとなる．

トータル換気動力の低減を図ることとした．

また，中央換気所排風機は火災時の排煙に対応

動力(kw)

動力(kw)

1200

700
600

1000
約 80Kw

879

500

800
400

600
300

400
200

動力(kw)
200

174

約20Kw

動力(kw)

1000
風量(m3/s)

200

190

180

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

7060

50

0180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300

風量(m3/s)

図-4 蓮宮換気所排風機風量と動力の関係

図-5 中央換気所排風機風量と動力の関係

蓮宮換気所（換気所外 地上部） ④

●○●
● ●

↓
妙法寺側（入口）
坑口

南行き車線
→

横流換気区間
送気区間

Gt →↑
①

↑
②

排気ダクト
送気口
集中排気口

送気ダクト

ｑt

長田側（出口）坑口

ガス初期濃度測定点（トンネル内）トレーサーガス放出（トンネル内）約590m
ｑt ： 坑口持出し量（m3/s）
Ｇｔ ： トレーサーガス総放出量（m3/s）
Ｑｅ ： 集中排気流量（m3/s）
Ｃｅ ： 集中排気濃度

Ｑｅ Ｃｅ←③ （排気ダクト内）

ガス混合区間
1000m
2196m

約550m

：サンプリング位置
● 排風機
○ 送風機

注：通常時は送気を停止し、横流換気区間の排気も停止して、集中排気のみ稼働。
中央換気所については、通常時、渋滞時ともに稼働しない：サンプリング位置

図-6 トレーサーガス拡散実験模式図

2-2 坑口部の大気環境保全

その結果から坑口風速 Vr2=0～-2.0m/s の域で

平成 16 年度に神戸長田トンネル南行線におい持出し率 Et=10～0%程度であるということが確認て風量分布及び出路からのトンネル内空気の持出された．また，坑口周辺の大気環境には影響を及し特性の調査を目的として図-6 に示すようなトぼしていないことから，坑口部の大気環境を保全

レーサーガスによる拡散実験を行ない図-7「坑口しながら運転コストの削減を行なうには，坑口風風速と坑口持出し率の関係」を得ている．

速を 0～-1.0m/s に維持することが必要である．

35.0%
y = 0.0054x2 + 0.0644x + 0.107
R2 = 0.9644

持出し率 (%)

30.0%

2-3 換気設備運用改善案の検証

25.0%

現状交通量（時間交通量 N=650 台/h）および交20.0%

通量増大時（現状より約 2 割増想定：時間交通量

15.0%

N=800 台/h）を対象に，蓮宮換気所排風機の単独10.0%運転時と，中央換気所排風機の併用運転時の換気

5.0%
0.0%
-4.00
-5.0%

動力について，検証した結果を表-2，表-3 に示
-3.00
-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

す．なお，換気計算に際しての条件は次の通りである．

-10.0%
排気口出口側風速Vr2 (m/s)① トンネル内自然風 Vv=0 m/s② 走行速度は本線 60km/h・出路 40km/h

図-7 坑口風速と持出し率の関係③ 中央換気所排風機併用運転は昼間帯のみ
なお，排気濃度および排気流量などを用いて持とにより，トータル換気動力を 2 割程度削減でき出し率を以下のように定義する．
Ｅt＝（ｑt／Ｇt）×100［％］

る可能性が確認できた．

ここに，ｑt＝Ｇt－Ｑe･Ｃe

次に，トンネルにおいて，実際に朝～夕方までここで，Ｅt：坑口持出し率［％］の昼間帯に中央換気所排風機の併用運転を行ない，

3

ｑt：坑口持出し量 [m /s]
Ｇt：ﾄﾚｰｻｰｶﾞｽ総放出量
Ｑe：集中排気流量

その結果、中央換気所排風機を併用運転するこシミュレーションした結果を試験することとした．
3[m /s][m3/s]

Ｃe：集中排気濃度

表-2 現状交通量に対する換気運用案N＝6 50 （台/ ｈ）・大型2 0%
運用案

排気風量(m3/s)

換気概念図

蓮宮排気蓮宮排気280m3/s

現 状(蓮宮のみ)
中央排気0m3/s

改善案
蓮宮・中央併用運転V
蓮宮排気220m3/s

中央排気 100m3/s

879

中央排気00計
280879(1.00)
神戸長田出路風速 V=－0.9m/s
蓮宮排気V

280

換気動力(kw)

220538

中央排気100174
計
320712(0.81)
神戸長田出路風速 V=－0.9m/s

表-3 交通量増大時に対する換気運用案N＝8 00 （台/ ｈ）・大型2 0%
運用案

排気風量(m3/s)

換気概念図
蓮宮排気300m3/s

蓮宮排気現 状(蓮宮のみ)
V

中央排気0m3/s
蓮宮排気240m3/s

改善案
蓮宮・中央
併用運転

中央排気 100m3/s

2-4 実トンネルにおける併用運転試験結果

1,026

中央排気00計
300
1,026(1.00)
神戸長田出路風速V=－0.9m/s
蓮宮排気V

300

換気動力(kw)

240637

中央排気100174
計340
811(0.79)
神戸長田出路風速V=－0.9m/sと併用運転時の換気電力量の比較を示す．

坑口風速を維持するため，蓮宮換気所排風機のその結果，検証と同様に，実トンネルにおいて風量を低下させると同時に中央換気所排風機を強も坑口風速を維持することにより坑口部の大気環制的に併用運転させ，トータル運転コスト削減の境を保全しながら，トータル運転コストを 2 割程実証試験を行った．表-4 に併用運転時の換気量度削減できることを確認できた．

及びトンネル内環境データ，図-8 に単独運転時

表-4 併用運転時 換気量及びトンネル内環境データ
H18.3.9 実績

蓮宮換気設備 換気量

換気量
中央換気設備 換気量

VI-1
トンネル内環 境

CO-2

CO-1

W-1,W-2
風 速
交通量
交通量

W-3

換気電力量の時間変動実績（3/2:3/9）
換気電力量の時間変動実績（H18.3.2単独運転時とH18.3.9併用運転時の比較）

単独運転 換気設備電力量
併用運転 換気設備電力量

1600

3/2 単独運転時の電力量（蓮宮単独）
1400

併用運転実施時間帯 消費電力比較（AM7:00～PM20：00）
実施日
単独運転時

（24時間当り 消費電力比較

1000（AM0：00～PM24:00）
実施日
消費電力量（KWH）
単独運転時
併用運転時

800

18,92816,0150.85低減率）

KW
H

14,445
11,1900.77併用運転時
低減率

1200

電力量

消費電力量（KWH）

600

3/9 併用運転時の電力量（蓮宮・中央合計）
400

併用運転 実証試験 実施時間帯
200（7時～20時）
0123456789101112131415161718192021222324時間帯

図-8

換気電力量の比較（単独運転：併用運転）

３．今後の課題

４．まとめ

中央換気所排風機の併用運転を行った場合，ト

神戸長田トンネル南行線において、神戸長田出ンネル内において蓮宮と中央換気所のダクトの境路の坑口部の大気環境を保全しながら換気設備の界付近に排気中性点（風速がほぼ零となる地点）トータル運転コスト削減を図る方策として，中央が発生し，局部的にＶＩ値やＣＯ値の極端な悪化換気所排風機を蓮宮換気所排風機と併用運転するが懸念されたが，先の試験において排気中性点がことにより，トンネル内空気の持出し抑制を維持発生すると予想される付近のＶＩ値やＣＯ値の悪したまま 2 割程度の電力費低減が可能であること化は見受けられなかった．但し，交通量の増大等が確認できた．今後，換気自動制御プログラムの条件によってはトンネル内環境が排気中性点付近各種設定値を見直すなど更なる運転コスト削減方で悪化することも想定されるが，ＶＩ値およびＣ法を検討していく方針である．

О値の換気自動制御プログラム上の設定値を定め，現在，中央換気所排風機を自動的に併用運転でその値以上になることが予測されれば中央換気所きるよう換気自動制御装置の改修工事を行ってお排風機を停止し，中央換気所送風機を稼動させ，り，本年度中の運用開始を目指しているところで新鮮空気をトンネル内に送気することにより，トある．

ンネル内環境の悪化は未然に防止できるものと考えられる．

謝辞：本稿は「トンネル換気設備改修工事（16-

参考文献山）」における提案を検証し，とりまとめたもの

1) トンネル換気設備改修工事（16-山）阪神高速道路公団神戸管理部

であり関係各位のご尽力に感謝いたします．

OPERATION COST REDUCTION OF THE KOBE NAGATA TUNNELVENTILATION EQUIPMENT
Hidefumi HARA, Toshihiro MATSUO and Atsushi TSURUMAKIThe Kobe Nagata Tunnel on Kobe Municipal Highway 2 was built as an urban road tunnel
complying with strict requirements for its external environment. Installation of central exhaustion
systems was one of the air pollution control measures for its portal areas. The operating rate of exhaustfans is particularly high in the Hasumiya ventilation station because the release of tunnel air from theportals is controlled on the southbound lanes. Such operation with constantly large volumes of airextraction results in high power consumption which means increased operation costs.
This study examined new operation scheme using exhaust fans of the Chuo ventilation station inaddition to those of the Hasumiya ventilation station, as a way to reduce the operation cost whileobserving the requirements for air pollution control at the portals of the southbound Kobe Nagata exit.

原秀史

阪神高速道路株式会社
保全施設部 施設管理ｸﾞﾙｰﾌ
Hidefumi Hara

松尾 俊宏

阪神高速道路株式会社
神戸管理部 施設保全ｸﾞﾙｰﾌﾟ
Toshihiro Matsuo

弦巻淳

阪神高速技術株式会社
維持事業部京橋事業所
Atsushi Tsurumaki