JP2003262100A

JP2003262100A - 施工中トンネル内の換気装置

Info

Publication number: JP2003262100A
Application number: JP2002064777A
Authority: JP
Inventors: Takashi Okada; 喬岡田; Toshibumi Hirose; 俊文広瀬; Akira Nishimura; 章西村
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Ryuki Engineering Inc.
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Ryuki Engineering Inc.
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】切羽の進行に拘らず、常時切羽の後方５０ｍ
程度から坑口に至る全坑道内の空気を清浄化する。【解決手段】切羽１２において発生した粉塵等はエア
ーカーテンにより遮断され、集塵機２０に確実に捕集さ
れるので、坑道内には常時、浄化された空気が流れる。
トンネル発破時には吸引ダクト２４を縮小させることに
より破損を回避する一方、発破後の切羽前進時には吸引
ダクト２４を延伸させ、先端吸引部２５を切羽の５０ｍ
以内に接近させる。このような吸引ダクト２４の伸縮動
作を繰り返すことにより、集塵機２０を移設することな
く、施工中トンネル内の換気作業を継続することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、施工中のトンネル
内における換気装置に関し、特に、切羽で発生する粉塵
等の有害物質の除去を目的とする換気装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】施工中のトンネル内の換気方法として、
従来、送気方式と排気方式とが知られている。また、本
発明者等は先に、集塵機を用いた施工中トンネル内の換
気方法として、施工中トンネルの坑道に坑口から切羽に
向けて風管を配設し、この風管を介して外部の空気を強
制導入する一方、切羽で発生する粉塵等を切羽近傍に設
置した集塵機により捕集し、集塵機を通過した空気を坑
道を経て坑口から排出する施工中トンネル内の換気方法
において、前記外部空気の強制導入量よりも前記集塵機
による排気量を大きくし、前記集塵機の放風側には風管
を接続し排気口を坑口側へ向けて所定長さ延長したこと
を特徴とする換気方法に係る発明を提案した（特開平１
０−２５２４００号）。当該発明によれば、集塵機から
流出する浄化空気量と切羽に強制導入される空気量との
差に相当する坑内空気が坑道から切羽に向かって流入
し、坑道内にはエアーカーテンの帯域が形成される結
果、切羽において発生した粉塵等は該エアーカーテンに
より遮断され、集塵機に確実に捕集されるため、坑道内
に常時、浄化された空気が流れるものである。

【０００３】上記本発明者等による集塵機を用いる換気
方法によれば、坑道内に粉塵を拡散させることがないの
で、坑道内の空気を常時清浄に保つことができ、換気性
能は勿論のこと、設備費やランニングコスト等の点でも
従来の送気方式または排気方式による換気方法より格段
に優れている。しかしながら、上記換気方法では、集塵
機から後方の坑道内は清浄に保たれるものの、集塵機の
前方（切羽側）では効果に乏しく、粉塵の発生源がある
ことから、坑道内は粉塵濃度が高い環境となる。従っ
て、集塵機は切羽にできるだけ近付けて設置することが
望ましいが、発破の際のずり飛散、および、切羽におけ
る作業スペースの制約から、集塵機の設置位置は通常、
切羽から１００〜２００ｍ後方となる。また、連続的な
切羽の進行に伴い、集塵機を含む換気設備を間欠的に移
設することが必要であり、集塵機と切羽間との距離は必
ず増減することから、集塵機前方における坑道内空気の
浄化には自ずと限界がある。

【０００４】一方、厚生労働省「ずい道等工事における
粉塵対策に関するガイドライン（平成１３年３月）」に
より、管理の推奨値として、切羽より５０ｍ付近で好環
境（３ｍｇ／ｍ³）を維持することが要請されている。
この推奨値自体は集塵機を選定して用いることによって
十分クリアできるものの、そのためには、集塵機を常に
切羽から５０ｍ以内の近傍に設置することが必要とな
り、現状では、前記したように極めて困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記集塵機を
用いる換気装置の改良に係るものであり、切羽の進行に
拘らず、常時切羽の後方５０ｍ程度から坑口に至る全坑
道内の空気を清浄化することのできるトンネル内の換気
装置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、施工中トンネ
ルの坑道に坑口から切羽に向けて配設され、外部の空気
を強制導入するための風管と、坑道内に設置され、切羽
で発生する粉塵等を捕集し、清浄化した空気を坑口に向
けて排気する集塵機とから構成され、前記外部空気の強
制導入量よりも前記集塵機による排気量を大とすること
により集塵機の設置位置を含む坑道内にエアーカーテン
帯域を形成する換気装置において、前記集塵機の吸気側
に所定長の吸引ダクトが切羽に向けて設けられてなるこ
とを特徴とするものである。前記吸引ダクトの長さは伸
縮可能とし、軟質材からなり、耐負圧とすることが好ま
しい。また、吸引ダクトは鋼線で円筒形に補強された軟
質合成樹脂シートからなることが好ましい。前記吸引ダ
クトは硬質のユニットダクトからなり該ユニットダクト
を連結・切離することによりダクト長を調整可能とする
ことが好ましい。前記吸引ダクトの吸引口に、前記集塵
機の排気量より大容量を送風可能な送風機を接続するこ
とが好ましい。また、この送風機を移動台車上に載置
し、集塵機と送風機間の距離を調整することにより前記
吸引ダクトの長さを伸縮可能とすることが好ましく、吸
引ダクトは軟質合成樹脂シートからなることが好まし
い。

【０００７】

【作用】切羽において発生した粉塵等は坑道内のエアー
カーテン帯域により遮断され、集塵機に確実に捕集され
るため、坑道内には常時、浄化された空気が流れる。ト
ンネル発破時には吸引ダクトを縮小させることにより破
損を回避する一方、発破後の切羽前進時には吸引ダクト
を延伸させ、先端吸引部を切羽の５０ｍ以内に接近させ
る。このような吸引ダクトの伸縮動作を繰り返すことに
より、集塵機を移設することなく、施工中トンネル内の
換気作業を継続することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の好適な実施形態を説明する。図１には、風管１４と
集塵機２０とから構成される本発明に係る換気装置１０
が示されており、図中、白抜き矢印は新鮮空気または浄
化済の空気の流れを表し、黒色の矢印は汚染された空気
の流れを表している。施工中のトンネル１１の坑道内に
は図示されてない坑口（図１において左方）から切羽１
２に向けて合成樹脂製シートからなる風管１４が配設さ
れ、風管１４から外部の新鮮な空気が供給されるように
なっている。当該空気は、坑内作業において消費され
る、内燃機関のための燃焼用の酸素と、作業員のための
呼吸用の酸素を補充するためのものであり、長距離の送
風に要する消費電力の点からも必要最少量とされてい
る。

【０００９】切羽１２の手前には集塵機２０を設置し、
切羽１２で発生する粉塵やヒュームを捕集する。集塵機
２０の定格風量は、外部空気の強制導入量よりも集塵機
２０による排気量が大きくなるようにし、切羽１２から
生じる粉塵等の混在した汚染空気を十分に捕捉し得る容
量のものを選定することが必要である。トンネルの規模
にもよるが、例えば、トンネル断面が８０ｍ²程度の場
合には、最大風量１５００ｍ³／分程度のものが用いら
れる。また、集塵機２０は、フィルタの目詰まり防止対
策を考慮した、連続自動再生機能を保有するものが好ま
しい。

【００１０】集塵機２０の吸気口２２には切羽１２側へ
向けて吸引ダクト２４が接続されている。吸引ダクト２
４は合成樹脂製シート等の軟質材からなり、トンネル１
１の坑道方向に伸縮自在となっている。また、吸引ダク
ト２４は集塵機２０の吸引圧力に対しても閉塞しないよ
うに、鋼線で円筒形に補強しておくことが望ましい。吸
引ダクト２４の長さに関しては、集塵機２０の設置位置
に後述するエアーカーテンを形成するのに必要な長さを
とることが重要である他、切羽１２の進行速度や発破時
の退避距離等を考慮して決定する。即ち、発破時の飛石
等による破損防止のため、切羽１２の後方約５０ｍ程度
まで退避させる必要がある。また、トンネル施工用機械
設備の設置スペースによる制約から、集塵機２０の設置
位置は切羽後方７０〜１００ｍとなる。更に、例えば、
トンネル掘進速度を３〜４ｍ／日とし、半月毎に移動、
盛替を行うとすれば、５０ｍ程度の屈伸を見込む必要が
ある。これらの条件を考慮すれば、吸引ダクト長は７０
〜１５０ｍの伸縮長となる。一方、エアーカーテンの形
成条件に関しては、トンネル等価直径の５倍以上の距離
で有効性が確認されているので、７０ｍで十分な長さと
なる。

【００１１】吸引ダクト２４の設置方法としては、種々
の形態を採用することができるが、例えば、トンネル１
０の坑道に沿ってレール３０を敷設しておき、これに吸
引ダクト２４を吊下し、ギヤードモーター３２の駆動に
よって吸引ダクト２４を構成する軟管２４Ｂをレール３
０上を伸縮させるようにしてもよい。なお、図１におい
て、符号３３は集塵台車２１に設けられた吸引ダクト２
４を固定・支持するためのプッシュロッドであり、符号
３４はレール３０を坑壁に設置するアンカーである。

【００１２】上記実施形態において、切羽１２近傍には
風管１４より新鮮な空気が供給されると共に、切羽１２
において発生した粉塵等は吸引ダクト２４の先端部吸引
口２５から吸引され、大容量の集塵機２０によって全て
捕捉される。この結果、集塵機２０の排気口２６から浄
化された空気が坑道内を後方の坑口に向けて放風され
る。このとき、排気口２６から放風される浄化空気量Ｑ
₂は、切羽１２に供給される新鮮な空気量Ｑ₁より大き
く設定されているので、風量バランスからＱ₂−Ｑ ₁に
相当する坑内空気が坑道から切羽１２に向かって流入す
る。この結果、吸引ダクト２４の先端部吸引口２５から
集塵機２０の排気口２６までの間の坑道にはエアーカー
テン帯域が形成される。

【００１３】従って、切羽１２において発生した粉塵等
はエアーカーテンにより遮断され、集塵機２０に確実に
捕集されるので、坑道内には常時、浄化された空気が流
れるようになる。また、坑道内のディーゼル機関による
排ガスなどもこの浄化空気により換気され、排ガスの濃
縮化の虞もない。なお、外部空気導入用風管１４の先端
導入口は、切羽１２の後方５０ｍから集塵機２０本体ま
での間に位置させれば良い。ただし、この先端導入口を
切羽１２に接近させ過ぎると送風速度によっては切羽側
の汚染されたリターンエアが乱されて後方に拡散するの
で、吸引ダクト２４による効率的な吸引捕集の妨げとな
る。

【００１４】続いて、図２を参照しながら、本実施形態
の作用を説明する。図２（１）は、本換気装置１０の定
常作業である吸引作業状態を示しており、前述の図１と
同一の図である。図２（２）は、発破退避時において吸
引ダクト２４が縮小形態をとった状態を示しており、こ
の時、吸引作業は停止している。この過程では、ギヤー
ドモーター３２を作動させて吸引ダクト２４の吸引口２
５を切羽１２から後退させ、破損から守ることができる
ようになっている。図２（３）には、前記発破により切
羽１２が前進した状態が図示されている。この段階で
は、坑道に沿ってレール３０を前進敷設した後、ギヤー
ドモーター３２を作動させて吸引ダクト２４を延伸さ
せ、その吸引口２５を切羽１２から５０ｍ以内に接近さ
せる。また、吸引ダクト２４の延伸に合わせて、風管１
４も切羽１２側へ延伸させる。

【００１５】上記（２）と（３）の状態を繰り返すこと
により、約５０ｍ程度は集塵台車２１を移設することな
く、上記（１）の定常換気作業を継続することができ
る。吸引ダクト２４の延伸が限界となった時には、
（４）に示すように、集塵台車２１を前進させ、使用済
のレール３０を切羽１２側に盛り替え、プッシュロッド
３３を介して吸引ダクト２４を移設する。このように、
本実施形態ではレール３０を前進敷設し、トラックの移
動によって換気装置全体を容易に前進させることが可能
であり、トンネル工事の進捗に合わせ、こまめな延伸を
実施することができる。

【００１６】次に、本発明による他の実施形態を図３に
基づき説明する。本実施形態は、吸引ダクト２４が硬管
２４Ａと軟管２４Ｂとから構成されている点で図１に示
した実施形態と相違するが、その他の点では前記実施形
態と同一であるので、図１と同じ部材には同一の符号を
付してその説明を省略する。集塵機２０の吸気口２２に
接続された硬管２４Ａは金属製で、集塵機２０の吸気側
の負圧に耐え得るようになっている。また、硬管２４Ａ
は２〜４ｍ程度の固定長とし、このユニットダクトを連
結・切離することにより、吸引ダクト２４の長さを伸縮
可能としている。

【００１７】本実施形態でも切羽１２側には軟管２４Ｂ
を用いているが、この軟管２４Ｂは図１で説明した伸縮
自在の合成樹脂製シートと同じである。本実施形態によ
れば、図３（３）に示すように、後方に待機させておい
た硬管２４Ａ、２４Ａを継ぎ足すことにより、吸引ダク
ト２４を容易に１日の切羽進行に合わせたダクト長とす
ることができる。

【００１８】次に、本発明による他の実施形態を図４に
基づき説明する。本実施形態では、吸引ダクト２４の吸
引口２５に、集塵機の排気量より大容量の送風が可能な
送風機４０が接続されている。送風機４０は自走式の移
動台車４１上に載置しておくことが好ましく、集塵機２
０と送風機４０間の距離を調整することによって吸引ダ
クト２４の長さを伸縮可能としている。また、集塵台車
２１と送風機４０の移動台車４１間には、メッセンジャ
ーワイヤ４２が懸架され、このメッセンジャーワイヤ４
２には吸引ダクト２４が接続されている。そこで、メッ
センジャーワイヤ４２を巻き取ることによって、移動台
車４１を後退させ、以て、吸引ダクト２４を縮小させる
ことができる（図４（２））。一方、吸引ダクト２４を
延伸するには送風機４０の移動台車４１を前進させれば
良く（図４（３））、また、集塵台車２１の移設に際し
ては、メッセンジャーワイヤ４２を一定のテンションに
保ちつつ、集塵台車２１と移動台車４１を微速前進させ
れば良い。

【００１９】送風機４０としては、集塵機２０までの距
離を送風することができる、吐出風量が大きく低圧のも
のを用いることが好ましい。本実施形態では、送風機４
０を追加して設置する必要があるが、集塵機の吸気口２
２に接続された吸引ダクト２４内は正圧となるから、図
１〜図３で説明したような耐負圧用吸引ダクトを準備す
る必要がなく、吸引ダクト２４として軟質合成樹脂シー
トからなる通常の風管を用いることで足りる。また、図
１〜図３に示す方式と比べて、トンネル１０の坑道内に
レール３０を敷設する必要もなくなる。なお、符号４４
は、吸引ダクト２４において接続された集塵機の吸気口
２２側に設けた逆止弁であり、吸気口２２が負圧となっ
て閉塞または不整脈動が発生することを防止する機能を
有している。

【００２０】

【実施例】トンネル延長約１０００ｍ、掘削断面積７５
ｍ²のトンネル施工に、図１で説明した本発明の換気装
置１０を採用した。即ち、掘削当初、切羽１２の後方１
００ｍに定格風量１５００ｍ³／分（５５ｋｗ×２）の
集塵機２０を設置し、その吸気口２２に切羽１２側へ向
けた吸引ダクト２４を接続した。吸引ダクト２４の直径
は１５００ｍｍであり、伸縮可能長は５０〜１００ｍで
ある。この集塵機２０により、切羽１２で発生する発破
の後ガス、煤煙、吹付作業、ずり積み込み作業の粉塵、
排ガスなどの有害物質を除去し、浄化空気を得た。集塵
機２０から放風される浄化空気量（Ｑ₂）は１５００ｍ
³／分である。また、送気用の風管１４（１４００ｍｍ
φ）には定格風量１３５０ｍ³／分（５５ｋｗ×２）の
送気ファンを接続し、新鮮な空気（風量Ｑ₁）を１３５
０ｍ³／分で供給した。従って、リターンエア風量（Ｑ
₂−Ｑ₁）は１５０ｍ³／分となる。

【００２１】本実施例において、吹付け作業時における
切羽１２の粉塵濃度は６〜７ｍｇ／ｍ³であるのに対し
て、切羽後方５０ｍ地点における粉塵濃度を測定したと
ころ、０．１ｍｇ／ｍ³となっていた。なお、集塵機２
０における清浄度は０．１ｍｇ／ｍ³以下であり、集塵
機２０後方の坑道内は風速０．３ｍ／秒、粉塵濃度０．
５ｍｇ／ｍ³以下となった。

【００２２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、集塵機の
吸い込み位置が当該集塵機より更に前方の切羽側となる
ので、エアーカーテン帯域の作用と相俟って、切羽が進
行しても常時切羽の後方５０ｍ程度以降まで集塵効果を
拡張することができるという優れた効果を有する。ま
た、集塵機を無理に切羽へ接近させる必要から解放され
ることにより、切羽作業の支障にならないだけでなく、
発破の衝撃波や飛石による損傷のリスクが低減し、トン
ネル工の安全性が確保される。請求項２〜請求項８記載
の発明によれば、吸引ダクトの退避および延伸作業が容
易となり、トンネル内換気作業が効率化されると共に、
工事の安全性もより一層担保される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の換気装置を示すトンネル断面図であ
る。

【図２】図１の換気装置による作業手順を示す説明図で
ある。

【図３】他の換気装置による作業手順を示す説明図であ
る。

【図４】さらに別の換気装置による作業手順を示す説明
図である。

【符号の説明】

１０換気装置１１トンネル１２切羽１４風管２０集塵機２４吸引ダクト２４Ａ硬管２４Ｂ軟管３０レール３２ギヤードモーター４０送風機４１移動台車４２メッセンジャーワイヤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者広瀬俊文宮城県仙台市青葉区立町26番20号株式会社熊谷組東北支店内 (72)発明者西村章東京都港区芝５丁目16番７号株式会社流機エンジニアリング内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】施工中トンネルの坑道に坑口から切羽に
向けて配設され、外部の空気を強制導入するための風管
と、坑道内に設置され、切羽で発生する粉塵等を捕集
し、清浄化した空気を坑口に向けて排気する集塵機とか
ら構成され、前記外部空気の強制導入量よりも前記集塵
機による排気量を大とすることにより集塵機の設置位置
を含む坑道内にエアーカーテン帯域を形成する換気装置
において、前記集塵機の吸気側に所定長の吸引ダクトが
切羽に向けて設けられてなることを特徴とする施工中ト
ンネル内の換気装置。
【請求項２】前記吸引ダクトの長さが伸縮可能とされ
てなる請求項１記載の施工中トンネル内の換気装置。
【請求項３】前記吸引ダクトが軟質材からなり、耐負
圧とされてなる請求項２記載の施工中トンネル内の換気
装置。
【請求項４】前記吸引ダクトが鋼線で円筒形に補強さ
れた軟質合成樹脂シートからなる請求項３記載の施工中
トンネル内の換気装置。
【請求項５】前記吸引ダクトが硬質のユニットダクト
からなり該ユニットダクトを連結・切離することにより
ダクト長を調整可能とした請求項２記載の施工中トンネ
ル内の換気装置。
【請求項６】前記吸引ダクトの吸引口に、前記集塵機
の排気量より大容量を送風可能な送風機が接続されてな
る請求項１記載の施工中トンネル内の換気装置。
【請求項７】前記送風機が移動台車上に載置され、集
塵機と送風機間の距離を調整することにより前記吸引ダ
クトの長さが伸縮可能とされてなる請求項６記載の施工
中トンネル内の換気装置。
【請求項８】前記吸引ダクトが軟質合成樹脂シートか
らなる請求項７記載の施工中トンネル内の換気装置。