JP6283205B2 - 防音壁 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの施工の際にトンネル内に設置される防音壁に関するものである。

山岳トンネル等のトンネルの延伸工事においては、坑口側から順に坑内での発破を繰り返しながらトンネルの延伸作業がおこなわれる場合があるが、この発破の際に生じる発破音は広帯域の周波数の音を含んでおり、さらに音圧レベルも極めて高いことが知られている。このような性質の発破音が外部に漏れ出すと、周辺環境への騒音の問題もさることながら、発破音に含まれている周波数50Hz以下のいわゆる低周波音が周辺建物の建具などを振動させるといった問題も生じ得る。

このような有害な発破音の漏れ出しを抑制するべく、従来は坑内のたとえば２箇所にトンネル断面を遮断する防音壁を設置するといった対処法が一般におこなわれているが、この方策では、２つの防音壁で囲まれた空間で共鳴現象が生じる周波数帯域において低周波音を十分に低減できないことをはじめとして遮音性が不十分であり、遮音性のさらなる向上が望まれているのが現状である。

ここで、特許文献１には、トンネル発破音のうちの特に低周波帯域の音（低周波音）についても対処可能な消音技術が開示されている。

この技術は、トンネルの坑口ないし坑内を所定隔壁で閉塞し、一端をトンネル坑内に開口し、他端を閉塞して、それぞれ経路長の異なる複数の管体をこの所定隔壁より切羽側に設置するものである。ここで、トンネル発破音を構成する音のうち、少なくとも低周波音を含む複数の各周波音に関して、該当音の1/4波長の経路長を備えた管体を所定隔壁よりも切羽側に設置することとしている。

このように1/4波長の経路長を備えた管体を使用してたとえば10Hzの低周波音の低減を図ろうとすると、たとえば8.5m程度の長さの管体を必要とし、トンネル内でこのような長尺の管体を収めようとした場合には、管体を途中から折り曲げる等することが余儀なくされる場合が十分に有り得る。なお、特許文献１で開示の技術はこのような管体の折り曲げを積極的におこなおうとするものである。

そして、様々な長さで、かつ上記するように複雑な形状を有する複数の管体をトンネル内で収めようとした場合に、トンネル内で複数の複雑形状の管体が交錯し、トンネル内で重機や作業員の通路が確保できなくなるといった問題も生じ得る。

一方、特許文献２には、吸音材で形成された長方形状でロールスクリーン形状の吸音スクリーンを、トンネルの天井から吊り部材によって吊り下げてなる騒音低減機構が開示されている。

この技術によればトンネル工事の際の騒音低減を図ることができるとしているが、防音壁を適用する場合に比してスクリーンによる騒音低減効果の信憑性には疑問が残るし、発破の際に発生する低周波音を効果的に吸音できるか否かは定かでない。

特開２０１１−２５６６０９号公報 特開２０１０−１０６６１０号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構造であって、かつトンネル施工の際に発生する騒音、特に低周波音の低減効果の高い防音壁を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による防音壁は、トンネルの施工の際にトンネル内に設置される防音壁であって、前記防音壁は、該防音壁の振動モードの腹に相当する位置に動吸振器を備えているものである。

本発明の防音壁は、トンネル内に設置される防音壁の振動モードの腹に相当する位置に動吸振器を設けたことにより、伝搬する騒音による防音壁の共振を抑制し、防音壁自身の固有周波数における遮音性能低下を改善したものである。なお、本発明が対象とする防音壁は、トンネルの横断面の全面積を有する扉のない防音壁のほか、全断面の壁の内側に扉が設けてあって、扉を開放して出入り自在な構成のいわゆる防音扉の形態を包含するものである。

トンネル施工に際して防音壁を設置するに当たり、高い遮音性能が必要とされる場合はトンネルの切羽側の位置と坑口側の位置の２箇所に防音壁を設置する。多様な周波数を有するトンネル内におけるたとえば発破音に関し、発破音を構成する各周波数の音はそれぞれに固有の波長を有していて、その1波長や1/2波長が２つの防音壁間の離間長とおよそ一致する場合に２つの防音壁間で共鳴が生じることになる。そして、この共鳴により、防音壁にも大きな振動が齎される。

このような防音壁間の共鳴によって防音壁が共振しないように、仮に防音壁間の離間長を調整したとしても別の周波数において同様の共鳴が生じてしまう。

そこで、本願の防音壁は、防音壁に動吸振器を設けておくことで防音壁自身の振動あるいは防音壁とその間の空気との共振を抑制することを可能とし、発破の際の騒音、特に低周波音の騒音を低減可能としている。

ここで、動吸振器は、質量体と、バネ（コイルスプリングや空気バネ等）、ダンパ（油圧式ダンパ、ゴム系ダンパ、摩擦制動系ダンパ等）などから構成される。

そして、この動吸振器が防音壁の振動モードの腹に相当する位置に設けられることにより、動吸振器による防音壁体に対する制振性能が十分に発揮される。

ここで、「振動モードの腹に相当する位置」としては、高さhの防音壁の中央位置（h/2）や、中央位置近傍が挙げられる。

また、動吸振器の設置形態として、以下で示す複数の形態を挙げることができる。

動吸振器の設置形態の一つは、防音壁の一側面の腹に相当する位置に架台を設け、架台上に動吸振器が配設されている形態である。

たとえば、防音壁の二つの側面のうちの一方の側面の中央付近に架台を設置し、この架台上に車輪等の移動手段を備えた質量体を載置し、防音壁の側面と質量体を並列関係にあるバネとダンパで繋ぐことにより、防音壁の一側面に動吸振器が配設された形態を構成できる。架台の具体的な構成の一例として、防音壁に直接取付けられる部材と、車輪等が走行する部材と、車輪等が走行する部材を支える部材とから形成され、車輪等が走行する部材には平面あるいはレール面が水平に設置されてその全体が構成されている形態を挙げることができる。なお、使用中の傾き変位に対して平面あるいはレール面を水平に調節できるように、車輪等が走行する部材を支える部材には傾き調整機構を持たせてもよい。

動吸振器の設置形態の他の一つは、前記防音壁の前記腹に相当する位置に貫通孔が開設され、該貫通孔に動吸振器が配設されている形態である。

たとえば動吸振器を収容した箱を貫通孔に固定し、この箱の内部で箱の側面と質量体を並列関係にあるバネとダンパで繋いでおくことで動吸振器による制動効果が期待できる。なお、箱は防音壁と同等以上の遮音性能を有するものが好ましい。

また、上記種々の形態の動吸振器は、たとえば防音壁の高さ中央付近に複数設けておいてもよい。たとえば、正面視で高さh、幅tの防音壁に対し、高さおよび幅の中央付近（したがって防音壁の中央付近）に2基の動吸振器を上下関係で、もしくは左右関係で配設してもよいし、幅方向に所定の間隔で上下2基の動吸振器を配設してもよい。

このように、トンネル内に設置される防音壁として動吸振器が配設された防音壁を適用する技術はこれまでに例がなく、本発明の防音壁を適用することで、発破音等による防音壁の振動を抑制でき、防音壁の共振を抑制することで遮音性に優れた防音壁を提供することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の防音壁によれば、トンネル内に設置される防音壁の振動モードの腹に相当する位置に動吸振器を設けたことにより、伝搬する騒音による防音壁の共振を抑制でき、または２枚の防音壁とその間の空気による共振を抑制することによって遮音性能低下を改善することができる。

トンネル内に本発明の防音壁を設置した状況を説明した縦断面図である。 動吸振器の実施の形態１を説明した模式図である。 動吸振器の実施の形態２を説明した模式図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）はともに、動吸振器の配設形態をトンネルの正面視で示した図である。 トンネル内に20m間隔で2つの防音壁を設置し、坑口側で発破音の音圧レベルを測定した結果を示した図である。 トンネル内に20m間隔で2つの防音壁を設置し、防音壁の間と防音壁の外側の各測定点で8Hzの周波数帯域における音圧レベルを測定した結果を示した図である。 トンネル内に20m間隔で2つの防音壁を設置し、防音壁の間と防音壁の外側の各測定点で20Hzの周波数帯域における音圧レベルを測定した結果を示した図である。 防音壁における面外方向の振動加速度レベルを測定した結果を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の防音壁の実施の形態を説明する。

（防音壁の実施の形態）
図１はトンネル内に本発明の防音壁を設置した状況の縦断面図であり、図２，３はそれぞれ、動吸振器の実施の形態１，２を説明した模式図である。また、図４は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はともに、動吸振器の配設形態をトンネルの正面視で示した図である。

図１で示すように、トンネルＴの施工に際しては、切羽Ｋ側で発破をおこないながら掘進を繰り返していくに当たり、トンネルＴ内の切羽Ｋ側と坑口Ｍ側の２箇所に、所定の離間長を置いて防音壁１０を設置する。

ここで、防音壁１０は、鋼製もしくはコンクリート製などの防音壁体１と、この防音壁体１の一側面に設けられた動吸振器２とから大略構成されている。なお、図示例は切羽Ｋ側と坑口Ｍ側双方の防音壁体１に動吸振器２が取り付けられた形態であるが、坑口Ｍ側の防音壁体１にのみ動吸振器２が取り付けられた形態であってもよい。

防音壁体１は、図４で示すように半円断面の壁のみからなる形態のほか、この壁の中央領域に出入り自在な不図示の扉（防音扉）を設けた形態があり、施工性を勘案して一般には後者が採用される。

図１で示すように、高さhの防音壁体１の中央レベル（高さh/2）に動吸振器２が取り付けられている。なお、この中央レベルは、同図で示すように、防音壁体１が振動した際の振動波Ｗ（振動モード）の腹Ｐの位置である。

防音壁体１の振動モードの腹Ｐの位置、もしくはこの近傍に動吸振器２が設けられていることにより、発破音による防音壁体１の振動を効果的に抑制することができる。

図２で示す実施の形態１にかかる動吸振器２は、質量体３と、並列関係にあるバネ４およびダンパ５と、から構成されており、防音壁体１の一側面に取り付けられた架台６の上に、車輪を備えた質量体３を載置し、防音壁体１の側面と質量体３を並列関係にあるバネ４とダンパ５で繋いでその全体が形成される。ここで、架台６は、防音壁に直接取付けられる部材と、車輪等が走行する部材と、車輪等が走行する部材を支える部材とから形成され、車輪等が走行する部分には平面あるいはレール面が水平に設置されて架台６の全体が構成されている。なお、使用中の傾き変位に対して平面あるいはレール面を水平に調節できるように、車輪等が走行する部材を支える部材には傾き調整機構を持たせてもよい。

一方、図３で示す実施の形態２にかかる動吸振器２Ａは、防音壁体１に貫通孔１ａを開設しておき、動吸振器２Ａを収容した箱７を貫通孔１ａにアングル等の固定部材８で固定し、この箱７の内部で箱７の側面と質量体３が並列関係にあるバネ４とダンパ５で繋がれた構成となっている。

次に、図４を参照し、動吸振器の配設形態を説明する。なお、ここでは動吸振器２を取り上げて説明する。

防音壁体１に対する動吸振器２の配設形態としては、図４ａで示すように、防音壁体１の中央位置（幅tの中央位置t/2で高さhの中央位置h/2）に動吸振器２を１基設ける形態や、図４ｂで示すように、防音壁体１の幅の中央位置で高さの中央位置を挟む上下２箇所に動吸振器２を２基設ける形態、さらには、図４ｃで示すように、防音壁体１の高さの中央位置で幅の中央位置の左右２箇所に動吸振器２を２基設ける形態などがある。その他、図示を省略するが、図４ｃでさらに上下に２基の計４基設ける形態や、図４ｂで上下に３基設ける形態などであってもよく、防音壁体１の振動モードの腹に相当する位置（中央位置、中央近傍位置）に動吸振器を好適に配設すればよい。

図示するいずれの形態の防音壁であっても、トンネルＴ内に設置されたたとえば２つの防音壁１０，１０間の空気と各防音壁１０の共振をその構成要素である動吸振器２，２Ａで抑制でき、防音壁１０の共振を抑制することで遮音性に優れた防音壁１０を提供することができる。

[トンネル内に2つの防音壁を設置し、発破音の音圧を測定し、防音壁における面外方向の加速度を測定した実験とその結果]
本発明者等は、トンネル内に2つの防音壁（従来の防音壁）を20m離して設置し、高さ1.8mのレベルで、防音壁よりも坑口側の位置、2つの防音壁間の複数の位置、および防音壁よりも切羽側の位置のそれぞれの位置で発破の際の音圧を測定した。

ここで、図５は坑口側で発破音の音圧レベルを測定した結果を示した図である。同図より、8Hz、20Hzで高い音圧レベルとなっていることが分かる。

8Hzの周波数帯域の音に関してはその波長がおよそ43mであり、したがってその1/2波長が防音壁の離間長20mとほぼ一致する。

ここで、図６は防音壁の間と防音壁の外側の各測定点で8Hzの周波数帯域の音の音圧レベルを測定した結果を示した図である。同図より、防音壁間で共鳴が生じていることが分かる。

一方、20Hzの周波数帯域の音に関してはその波長がおよそ17mであり、したがって波長が防音壁の離間20mとほぼ一致する。

ここで、図７は防音壁の間と防音壁の外側の各測定点で20Hzの周波数帯域の音の音圧レベルを測定した結果を示した図である。同図より、この周波数帯域においても防音壁間で共鳴が生じていることが分かる。

上記するように、防音壁の間隔が1波長や1/2波長と一致する周波数帯域において、防音壁には大きな振動が生じ得る。ここで、図８は防音壁における面外方向の振動加速度レベルを測定した結果を示した図である。

同図より、各周波数帯域の音の音圧レベルと同様、10Hz(8Hz近傍)と20Hz帯域で振動加速度レベルが高いことが分かる。

以上の実験結果を踏まえ、本発明者等は図１，２等で示す本発明の防音壁をトンネル内に設置することにより、伝搬する騒音による防音壁と空気の共振を抑制しながら、あるいは防音壁自身の固有周波数における遮音性能の低下を改善し、特に低周波音を効果的に低減することとした。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…防音壁体、１ａ…貫通孔、２，２Ａ…動吸振器、３…質量体、４…バネ、５…ダンパ、６…架台、７…箱、８…固定部材、１０…防音壁、Ｔ…トンネル、Ｋ…切羽、Ｍ…坑口、Ｗ…振動波（振動モード）、Ｐ…腹

Claims (2)

1. トンネルの施工の際にトンネル内に設置される防音壁であって、
   前記防音壁は、該防音壁の振動モードの腹に相当する位置に貫通孔が開設され、該貫通孔に動吸振器が配設されている防音壁。
2. トンネルの施工の際にトンネル内に設置される防音壁であって、
   前記防音壁は、該防音壁の振動モードの腹に相当する位置に複数の動吸振器が配設されている防音壁。

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