JP5780677B2 - トンネル清掃装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル内の粉塵を除去するための清掃装置及び方法に関する。

躯体工事と設備工事が終了したトンネル内には工事中に発生したコンクリート粉や鉄粉などの粉塵が堆積している。これらの粉塵は、車両が通過する際に発生する気流によって舞い上がり、視界を悪化させるとともに、窓の隙間や吸気口から入り込み車両内部を汚す原因になる。そのため、開通直前にトンネル内の清掃を行い、粉塵を除去する必要がある。

そこで、従来、トンネル内壁面に高圧水を噴射して洗浄する方法や、ブラシやブロワで粉塵を舞い上げて集塵装置で吸引する方法などによって、トンネル内の粉塵を除去していた。

例えば特許文献１には、トンネル内壁面に高圧水を噴射し、洗浄水を回収して粉塵等の汚れを除去する洗浄装置が開示されている。この洗浄装置では、回収した洗浄水を濾過して再使用することで、汚水がトンネル内に流出することを防止している。

例えば特許文献２には、箱形のブラシカバーと、ブラシカバーに軸支された回転ブラシと、ブラシカバーの開口端周囲に取り付けられた飛散防止用のゴムカバーと、ブラシカバーにフレキシブルホースを介して接続された集塵装置とが車両に搭載されて構成されたトンネル壁面乾式清掃装置が開示されている。

この清掃装置は、トンネル内壁面に沿って移動可能な支持アームでブラシカバー及び回転ブラシを支持し、回転ブラシで浮き上がらせた粉塵をブラシカバーで拡散を防止しながら集塵装置で吸引している。

特許第３７３８２８５号公報 特公平０１−４０４０号公報

しかしながら、上記特許文献１の洗浄装置では、トンネル内壁面を流れ落ちた汚水は回収できるが、壁面に残留した汚水は回収できない。汚水には粉塵が溶け込んでおり、残留した汚水が乾燥すると再び粉塵が発生する、トンネル躯体に汚水が染み込み汚れが生じるという問題がある。また、トンネル内の浮遊した粉塵や床面に堆積した粉塵は除去することができない。さらに、電気設備を予め防水養生しておく必要があり、手間を要する。

一方、上記特許文献２の清掃装置では、回転ブラシで浮き上がらせた粉塵の多くは吸引可能であるが、ブラシカバーとトンネル内壁面との隙間から外部に漏れた粉塵は吸引することができない。また、ブラシカバーで覆われる範囲が狭いので、広範囲を清掃する場合には、ブラシカバーで覆う範囲を変えながら同様の清掃作業を繰り返し行う必要があり、非常に手間を要する。

さらに、特許文献２の清掃装置では、舞い上げた粉塵を集塵装置で吸引するが、全ての粉塵を吸引可能な非常に大きな吸引力を有する集塵装置を用意することは非現実的であり、集塵されない粉塵がトンネル内に広く拡散する。このため、同様の清掃作業を繰り返し行う必要があり、多大な工期と作業者が必要となるという問題がある。

本発明は、以上の点に鑑み、トンネル内の粉塵を効率的に除去して、清掃作業の繰り返し回数を削減することが可能なトンネル清掃装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明のトンネル清掃装置は、トンネル内の粉塵を除去しながら前進するトンネル清掃装置であって、後方に配置された吸気口から吸引した気流に含まれる粉塵を集塵部で集塵し、粉塵が分離された空気を前方に配置された排気口から前方に向けて排出する集塵手段と、前記集塵手段の後方に配置され、前記集塵手段の吸気口周囲のトンネル内壁面に向けて空気を噴射する空気噴射手段と、前記空気噴射手段の後方に配置され、前方に向かう気流を発生させる気流発生手段と、前記集塵部で前記粉塵を集塵し前記排気口から粉塵が分離された空気を排出している前記集塵手段、前記空気を噴射している前記空気噴射手段及び前記気流を発生させている前記気流発生手段を前方に移動させる移動手段とを備えたことを特徴とする。

本発明のトンネル清掃装置によれば、集塵手段の排気口からの排気によって、排気口前方だけでなく排気口の周囲や後方の空気も前方へ流れる。これとともに、集塵手段の吸気口からの吸気によって、吸気口より後方の空気も前方へ流れる。さらに、気流発生手段によって、後方から前方へ流れる気流が発生する。これらの結果、トンネル清掃装置の周囲には進行方向と同じ前向きの気流が発生する。

空気噴射手段が噴射した空気によって舞い上がった粉塵は、その大部分が前方に配置された集塵手段で吸引され、集塵手段で集塵できなった粉塵は、前向きの気流に乗ってトンネル清掃装置前方の未清掃領域へ移動して堆積する。このため、トンネル清掃装置を前進させて空気噴射手段で空気を噴射させながら集塵手段で粉塵を吸引することによって、再度粉塵を除去することができる。さらに、トンネル端まで除去できなかった粉塵はトンネル端からトンネル外部に放出させることができる。

よって、上記特許文献２の清掃装置と比較して、トンネル内の粉塵を効率的に除去することが可能である。従って、清掃作業の繰り返し回数が少なくなり、作業員の清掃作業時間を削減することができ、全体の作業時間を短縮することが可能となる。

さらに、上記特許文献１のように水で洗浄しないため、残留した汚水が乾燥して再び粉塵が発生する問題や、トンネル躯体に汚水が染み込み汚れが発生するという問題や、電気設備を防水養生する手間は生じない。また、トンネル内の浮遊した粉塵や床面に堆積した粉塵も除去することができる。

また、本発明のトンネル清掃装置において、前記空気噴射手段は、前記トンネルの床面又は内側側壁面に向けて配置された複数の噴射ノズルと、各前記噴射ノズルが先端に設けられた複数の供給ホースと、前記複数の供給ホースに接続された空気供給機とから構成されることが好ましい。

この場合、トンネルの床面又は内側側壁面に向けて空気が噴射ノズルから噴射されるので、トンネルの床面又は内側側壁面に堆積された粉塵を効率良く舞い上げることができる。よって、粉塵除去効率がさらに向上する。

また、本発明のトンネル清掃装置において、前記噴射ノズルは、空気が斜め前方に向けて噴射されるように配置されることが好ましい。

この場合、斜め前方に向けて空気が噴射ノズルから噴射されるので、舞い上がった粉塵が前方に流れ、前方に配置された集塵手段によってこの粉塵を吸引することができ、吸引できなかった分は前方に流れることになる。よって、粉塵除去効率がさらに向上する。

また、本発明のトンネル清掃装置において、前記噴射ノズルと前記集塵手段の吸気口との間の空間の周囲がカバーで覆れていることが好ましい。

この場合、噴射ノズルから噴射した空気で舞い上げた粉塵がカバーによって外部に漏れ難くなるので、集塵手段で吸引できない粉塵を少なくすることができる。よって、粉塵除去効率がさらに向上する。

また、本発明のトンネル清掃装置において、前記気流発生手段は、前記空気噴射手段の後方に配置された集塵機の排気装置であることが好ましい。

この場合、前方の集塵手段で集塵できなかった粉塵を後方の集塵機で吸引することができる。よって、粉塵除去効率がさらに向上する。また、集塵機の排気装置が気流発生手段を兼用するので、別個に気流発生手段を設ける必要がない。

本発明のトンネル清掃方法は、トンネル内の粉塵を除去するトンネル清掃方法であって、集塵部の後方に配置された吸気口から吸引した気流に含まれる粉塵を前記集塵部で集塵し、粉塵が分離された空気を前方に配置された排気口から排出する集塵工程と、前記吸気口周囲のトンネル内壁面に向けて空気を噴射する空気噴射工程と、前記吸気口の後方から前方に向かう気流を発生させる気流発生工程と、前記集塵部、前記吸気口、及び前記排気口を前方に移動させる移動工程とを同時に行うことを特徴とする。

本発明のトンネル清掃方法によれば、集塵工程において、排気口からの排気によって、排気口前方だけでなく排気口の周囲や後方の空気も前方へ流れる。そして、吸気口からの吸気によって、吸気口より後方の空気が前方へ流れる。さらに、気流発生工程において、吸気口の後方から前方に向かう気流が発生する。これらの結果、前向きの気流が発生する。

空気噴射工程において空気が噴射されて舞い上がった粉塵は、その大部分が集塵部で集塵され、集塵部で集塵できなった粉塵は、前向きの気流に乗って集塵部前方の未清掃領域へ移動して堆積する。このため、前方に移動させながら空気噴射工程と集塵工程とを同時に行うことによって、再度集塵部で粉塵を除去することができる。さらに、トンネル端まで除去できなかった粉塵はトンネル端からトンネル外部に放出させることができる。

よって、上記特許文献２の清掃装置を用いた場合と比較して、トンネル内の粉塵を効率的に除去することが可能である。従って、清掃作業の繰り返し回数が少なくなり、作業員の清掃作業時間を削減することができ、全体の作業時間を短縮することが可能となる。

さらに、上記特許文献１のように水で洗浄しないため、残留した汚水が乾燥して再び粉塵が発生する問題や、トンネル躯体に汚水が染み込み汚れが発生するという問題や、電気設備を防水養生する手間は生じない。また、トンネル内の浮遊した粉塵や床面に堆積した粉塵も除去することができる。

本発明の実施形態に係るトンネル清掃装置の側面図。 トンネル清掃装置の上面図。

本発明の実施形態に係るトンネル清掃装置１００について図１及び図２を参照して説明する。

トンネル清掃装置１００は、前方集塵機１０、空気噴射手段２０、後方集塵機３０、及びこれらを移動させる車両４０から構成されている。トンネル清掃装置１００の清掃作業時の進行方向は前進方向で一定である。

前方集塵機１０は、本発明の集塵手段に相当し、トンネル清掃装置１００の先頭に配置されている。前方集塵機１０は、後方に配置された吸気口１１から吸引した気流に含まれる粉塵を集塵部１２で集塵し、粉塵が分離された空気を前方に配置された排気口１３から前方に向けて排出する。前方集塵機１０の排気量は例えば２０００ｍ^３／分と大きく、前方集塵機１０の吸気と排気とによって、前方集塵機１０の周囲に前方に向かう気流が生じる。前方集塵機１０は、台車１４の上に設置されている。

前方集塵機１０は、ここでは、帯電させた粉塵を集塵極板に吸引させて捕集する電気集塵機である。電気集塵機１０は、フィルタを使用しないので、フィルタの目詰まりなどが生じず、集塵処理能力が長期間低下しないという利点を有する。なお、電気集塵機１０は振動に弱いので、台車１４の上に防振用ゴム１５を敷き、その上に設置している。

電気集塵機１０は、ここでは、帯電させた粉塵を集塵極板に捕集する集塵部１２と、集塵部１２に粉塵を誘引するファンユニット１６と、ファンユニット１６で誘引した空気を吐出する吐出ダクトユニット１７とから構成されている。

そして、集塵部１２の後側に吸気口１１が後方に向けて設けられており、この吸気口１１から吸引された空気に含まれる粉塵が集塵部１２で集塵される。集塵部１２、ファンユニット１６、及び吐出ダクトユニット１７を順に通過した空気は、吐出ダクトユニット１７の前側に前方に向けて設けられた排気口１３から排出される。

空気噴射手段２０は、空気供給機２１と、後端が空気供給機２１に接続された複数の供給ホース２２と、各供給ホース２２の先端に設けられた複数の噴射ノズル２３とから構成されている。空気噴射手段２０は、台車１４に連結された台車２４に設置されている。空気供給機２１は、例えば、圧縮空気を供給するエアポンプ、エアコンプレッサやブロアである。

空気供給機２１から供給された空気は、供給ホース２２を介して噴射ノズル２３から外部に噴射される。各供給ホース２２は、トンネルＡの横断面において適宜間隔を有するようにパイプ構造体２５に配置されている。そして、各噴射ノズル２３は、前方集塵機１０の吸気口１１周囲のトンネル内壁面、特にトンネル床面及びトンネル内側側壁面に向くように設置されている。

各噴射ノズル２３と前方集塵機１０の吸気口１１との間の空間の周囲はカバー２６で覆われている。カバー２６は、シート状又は板状の部材から形成されている。

噴射ノズル２３から噴射された空気によって、トンネル内壁面に堆積されていた粉塵が舞い上がり、前方へ流れる気流に乗って前方集塵機１０の吸気口１１に吸い込まれる。なお、噴射ノズル２３をトンネル内壁面に垂直に向けるよりも、前方集塵機１０の吸気口１１側、すなわち前方にやや傾斜させて配置すれば、粉塵が吸気口１１内に流れ込みやすくなり、前方への気流の発生に寄与するので、好ましい。

なお、作業者が手作業で、粉塵が堆積した部分に噴射ノズル２３を向けてもよい。噴射ノズル２３の先端は、細円形状よりも太線状としたほうが効率に優れる。

噴射ノズル２３から噴射される空気の速度や流量は、トンネル内壁面に堆積されていた粉塵が好適に舞い上がるように、適宜定めればよい。例えば、トンネルＡ内を車両が時速２００ｋｍで通過する場合、トンネルＡ内には風速５０ｍ／ｓの気流が生じる。そこで、噴射ノズル２３の先端から０．５ｍから１．０ｍ程度離れた場所で、空気の風速が５０ｍ／ｓ程度となるように設定することが好ましい。

後方集塵機３０は、空気噴射手段２０の後方に配置されている。後方集塵機３０は、台車３１の上に設置されている。

後方集塵機３０は、ここでは、空気を排出するブロア（排気装置）３２と、円筒状の吸引ノズルが先端に取り付けられた第１吸引ホース３３と、ブラシ状の吸引ノズルが先端に取り付けられた第２吸引ホース３４と、第２吸引ホース３４から吸引された気流から粉塵を遠心分離するサイクロン装置３５と、第１吸引ホース３３から吸引された気流及びサイクロン装置３５側からの気流から粉塵をフィルタ処理によって分離するフィルタ装置３６と、空気をフィルタ装置３６に供給するエアコンプレッサ３７とから構成されている。吸引ホース３３，３４は、フレキシブルホースから構成されている。

軌道（レール）Ｂ間の溝部やトンネルＡの隅部などの空気が十分に噴射されない部分など、除去されずに粉塵が残存した部分を対象として、トンネル清掃装置１００の後方に位置する作業員が、粉塵などを目視で確認しながら吸引ノズルを用いて粉塵を手作業で吸引する。

後方集塵機３０のブロア３２は、本発明の気流発生手段に相当し、前方に向けた気流を発生する。気流の速度は、少なくともトンネル清掃装置１００の移動速度よりも速い。この気流と前方集塵機１０の吸排気によって生じた気流とにより、空気噴射手段２０から噴射された空気によって舞い上がりながら前方集塵機１０で集塵されずにトンネルＡ内を浮遊している粉塵を前方に送り出すことができる。また、前方集塵機１０で集塵されなかった粉塵を後方集塵機３０で除去することができる。

なお、前方集塵機１０と後方集塵機３０との集塵方法は、本実施形態で述べたものに限定されないが、互いに異なる集塵方法であることが好ましい。

車両４０は、本発明の移動手段に相当し、トンネル清掃装置１００が軌道Ｂ上やここでは図示しない道路上を移動するために必要な動力を提供する。車両４０は、ここでは、エンジンなどの図示しない駆動源が搭載され、この駆動源によって車輪が駆動されることで、軌道Ｂ上を走行可能に構成された軌陸車である。

車両４０は、前方集塵機１０の前方以外のどの位置に配置してもよい。ただし、空気噴射手段２０の中央に車両４０を配置した場合、供給ホース２２が長くなる。また、後方集塵機３０の後方に車両４０を配置した場合、後方集塵機３０による粉塵の吸引作業が困難になる。よって、本実施形態のように、車両４０は、空気噴射手段２０と後方集塵機３０との間に配置することが好ましい。車両４０は、その前後が台車２４，３１にそれぞれ連結されている。

以下、トンネル清掃装置１００を用いた、本発明の実施形態に係るトンネル清掃方法について説明する。

このトンネル清掃方法では、集塵部１２の後方に配置された吸気口１１から吸引した気流に含まれる粉塵を集塵部１２で集塵し、粉塵が分離された空気を前方に配置された排気口１３から排出する集塵工程と、吸気口１１周囲のトンネル内壁面に向けて空気を噴射する空気噴射工程と、吸気口１１の後方から前方に向かう気流を発生させる気流発生工程と、吸気口１１、集塵部１２、及び排気口１３を前方に移動させる移動工程とを同時に行う。

集塵工程では、トンネル清掃装置１００の先頭に配置した前方集塵機１０の排気口１３から排出される排気によって、排気口１３前方だけでなく排気口１３の周囲や後方の空気も前方へ流れる。そして、集塵工程では、これとともに、前方集塵機１０の吸気によって、吸気口１１より後方の空気は前方へ流れる。さらに、気流発生工程では、トンネル清掃装置１００の終端に配置した後方集塵機３０のブロア３２によって、後方から前方へ流れる気流が発生する。これらの結果、トンネル清掃装置１００の周囲には進行方向と同じ前向きの気流が発生する。

空気噴射工程において噴射された空気により舞い上がった粉塵は、その大部分が前方集塵機１０で集塵され、前方集塵機１０で集塵できなった粉塵は、前向きの気流に乗ってトンネル清掃装置１００前方の未清掃領域へ移動して堆積する。この堆積した粉塵は再度前方集塵機１０で除去することができる。そして、前方集塵機１０で集塵されなった粉塵は、後方集塵機３０で集塵することができる。さらに、トンネル先端まで除去できなった粉塵をトンネル端からトンネル外部に放出することもできる。

開通直後のトンネルＡを清掃する場合、トンネルＡ内の粉塵をほぼ完全に除去するためには、数回繰り返して清掃作業を行うことが好ましい。なお、清掃作業時のトンネル清掃装置１００の進行方向は常に前進方向で一定であり、後方に引き返す際には清掃作業を行わない。トンネルＡ内に自然風が流れている場合は、風上から風下に向かって前進しながら自然風を利用して清掃作業を行うことが好ましい。

トンネル清掃装置１００の移動速度は、前方集塵機１０の集塵効率、気流に乗った粉塵の移動速度、後方集塵機３０での作業員の作業速度などを考慮して適宜定めればよく、例えば時速２ｋｍ程度である。

このように、本発明によれば、トンネルＡ内の粉塵を効率的に除去可能であり、１回の清掃作業で除去できる粉塵の割合が多い。よって、上記特許文献２に記載の清掃装置を用いた場合と比較して、清掃作業を繰り返す回数が少なくなり、作業員の清掃作業時間を削減することができ、全体の作業時間を短縮することが可能となる。本発明は、トンネルが長いほど効果を奏する。

なお、トンネルに２路線が存在する場合、片方の路線のみにトンネル清掃装置１００を設置すると、他方の路線に粉塵が流れ出て、十分な粉塵除去効果が得られないおそれがある。そこで、両側の路線にトンネル清掃装置１００を並べて配置し、同じ方向に併走させることが好ましい。なお、後方集塵機３０は双方のトンネル清掃装置１００に設けることが望ましいが、片方のトンネル清掃装置１００にのみ設けてもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、実施形態では本発明の気流発生手段が後方集塵機３０のブロア３２である場合について説明した。しかし、気流発生手段は前方に向かう気流を発生させるものであれば特に限定されず、エアコンプレッサ、エアポンプ、ファンなどであってもよい。そして、トンネル清掃装置１００が、後方集塵機３０を備えずに、気流発生手段のみを備えるものであってもよい。

また、実施形態では、本発明の移動手段が車両である場合について説明した。しかし、移動手段は集塵手段、空気噴射手段及び気流発生手段を前方に移動させるものであれば特に限定されず、無限軌道車などであってもよい。

また、実施形態では、集塵工程、空気噴射工程、気流発生工程、及び移動工程を同時に行う場合について説明した。しかし、一時的にこれらの工程の何れか１つ又は複数の工程を行わなくともよい。例えば、車両４０が一時停止しながら、集塵工程、空気噴射工程、及び気流発生工程を同時に行ってもよい。

また、本実施形態では、開通直前のトンネル内の清掃する場合について説明した。しかし、トンネルの保守のために清掃する場合に本発明を適用してもよい。

１０…前方集塵機（集塵手段）、 １１…吸気口、 １２…集塵部、 １３…排気口、 １４…台車、 ２０…空気噴射手段、 ２１…空気供給機、 ２２…供給ホース、 ２３…噴射ノズル、 ２４…台車、 ２６…カバー、 ３０…後方集塵機（集塵機）、 ３１…台車、 ３２…ブロア（排気装置、気流発生手段）、 ４０…車両（移動手段）、 １００…トンネル清掃装置、 Ａ…トンネル、 Ｂ…軌道。

Claims (6)

1. トンネル内の粉塵を除去しながら前進するトンネル清掃装置であって、
   後方に配置された吸気口から吸引した気流に含まれる粉塵を集塵部で集塵し、粉塵が分離された空気を前方に配置された排気口から前方に向けて排出する集塵手段と、
   前記集塵手段の後方に配置され、前記集塵手段の吸気口周囲のトンネル内壁面に向けて空気を噴射する空気噴射手段と、
   前記空気噴射手段の後方に配置され、前方に向かう気流を発生させる気流発生手段と、
   前記集塵部で前記粉塵を集塵し前記排気口から粉塵が分離された空気を排出している前記集塵手段、前記空気を噴射している前記空気噴射手段及び前記気流を発生させている前記気流発生手段を前方に移動させる移動手段とを備えたことを特徴とするトンネル清掃装置。
2. 前記空気噴射手段は、前記トンネルの床面又は内側側壁面に向けて配置された複数の噴射ノズルと、各前記噴射ノズルが先端に設けられた複数の供給ホースと、前記複数の供給ホースに接続された空気供給機とから構成されることを特徴とした請求項１に記載のトンネル清掃装置。
3. 前記噴射ノズルは、空気が斜め前方に向けて噴射されるように配置されることを特徴とした請求項２に記載のトンネル清掃装置。
4. 前記噴射ノズルと前記集塵手段の吸気口との間の空間の周囲がカバーで覆れていることを特徴とした請求項２又は３に記載のトンネル清掃装置。
5. 前記気流発生手段は、前記空気噴射手段の後方に配置された集塵機の排気装置であることを特徴とした請求項１から４の何れか１項に記載のトンネル清掃装置。
6. トンネル内の粉塵を除去するトンネル清掃方法であって、
   集塵部の後方に配置された吸気口から吸引した気流に含まれる粉塵を前記集塵部で集塵し、粉塵が分離された空気を前方に配置された排気口から排出する集塵工程と、
   前記吸気口周囲のトンネル内壁面に向けて空気を噴射する空気噴射工程と、
   前記吸気口の後方から前方に向かう気流を発生させる気流発生工程と、
   前記集塵部、前記吸気口、及び前記排気口を前方に移動させる移動工程とを同時に行うことを特徴とするトンネル清掃方法。

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