JP2004052274A

JP2004052274A - トンネル微気圧波低減機能を備えた吸音装置

Info

Publication number: JP2004052274A
Application number: JP2002208160A
Authority: JP
Inventors: Tadahiko Hara; 原　忠彦; Shiro Seki; 関　四郎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】トンネル微気圧波低減機能を備えた吸音装置を提供する。
【解決手段】トンネル坑口付近の内壁に沿って多孔質の吸音板２を設置し、吸音板２をバネ１０を介して支持することにより、吸音板２を主たる質量体とした振動系を構成する。そして、その振動系の固有周波数を、トンネル微気圧波の卓越周波数である３〜５Ｈｚに設定する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新幹線等の高速列車がトンネル内に突入したときに発生するトンネル微気圧波の低減機能を備えた吸音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
列車先頭部がトンネルに高速で突入すると、トンネル内に圧縮波が生じる。その圧縮波がトンネル内を音速で伝播し、トンネル坑口に到達すると、一部がトンネルの外へパルス状の圧力波（トンネル微気圧波）となって放射され、坑口で発破音を生じたり、家屋の窓を振動させたりし、環境問題を引き起こす。
【０００３】
このトンネル微気圧波の低減対策としては、一般に、トンネル坑口緩衝工（枝坑等）及び列車先頭部形状の改良などの対策が講じられている。このトンネル微気圧波の主たる周波数は、時速２００〜３００ｋｍでトンネルに列車が突入する場合、３〜５Ｈｚである。
【０００４】
一方、トンネル微気圧波の低減対策とは別に、トンネル坑口付近には、騒音対策として、特開平４−１９１８００号に開示されている吸音板を設置することが行われている。
図５はトンネル壁１に吸音板２を設置した例を示し、図６（ａ）は吸音板２とトンネル壁１との関係を示している。この種の吸音板２は、セラミック等の粒子や繊維等を層状に成形した多孔質板よりなり、転動振動や車両空気騒音の卓越周波数（１ｋＨｚ程度）の音を中心に吸収するように設計されている。
【０００５】
設置に当たっては、ブラケット３で支持した吸音板２と、その背後のトンネル壁１との間に所定厚さＬの背後空気層４を確保し、背後空気層４の厚さＬを、吸音しようとする音の周波数λに応じて設定している。効率の良い吸音を行うためには、背後空気層の厚さＬをＬ＝１／４λに設定する。
図６（ｂ）は、１／４λの位置で音が吸音板を通過することを示している。そうすることで、吸音板２の微細空隙を最大速度で音が通過することになるので、摩擦により音が熱に変わることにより、効果的な吸音がなされる。例えば、１ＫＨｚの音を吸音する場合、背後空気層４の厚さＬは５ｃｍ程度に設定するのがよい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来では、低減の対象とする周波数の違いにより、吸音板による騒音対策と緩衝工によるトンネル微気圧波対策は別のものとして行っており、コスト面での無駄があった。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮し、吸音板を用いてトンネル微気圧波も低減させることができるようにした、トンネル微気圧波低減機能を備えた吸音装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のトンネル微気圧波低減機能を備えた吸音装置は、トンネル坑口付近の内壁に沿って多孔質の吸音板を設置し、該吸音板をバネを介して支持することにより、吸音板を主たる質量体とした振動系を構成し、該振動系の固有周波数を、トンネル微気圧波の卓越周波数に設定したことを特徴とする。
【０００９】
この装置では、吸音板によってトンネル内に発生する騒音のエネルギーが吸収され、バネで支持された吸音板が振動することによって、トンネル微気圧波のエネルギーが吸収される。従って、吸音板をバネで支持をとりながらトンネル内に設置するだけで、騒音対策と微気圧波対策を兼ねることができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、前記振動系の固有周波数を、トンネル微気圧波の卓越周波数である３〜５Ｈｚに設定したことを特徴とする。
【００１１】
この装置では、吸音板とバネで構成される振動系の固有周波数を３〜５Ｈｚに設定したので、時速２００〜３００ｋｍでトンネル内に列車が突入してきたときに発生する微気圧波を効果的に低減することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記振動系のバネ定数の調節機構を備えており、該調節機構が、トンネル微気圧波の圧力が大きくなるほど、振動系のバネ定数を大きくすることを特徴とする。
【００１３】
この装置では、吸音板とバネで構成される振動系のバネ定数をトンネル微気圧波の圧力に応じて調節することができるので、トンネル微気圧波の周波数に、振動系の固有周波数を柔軟に適合させることができる。よって、列車の速度に応じて微気圧波の周波数は異なるものの、多くの周波数に対し有効な微気圧波低減効果を発揮することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は第１実施形態の吸音装置の概略構成図である。この吸音装置は、通常の騒音低減機能の他に、トンネル微気圧波低減機能を備えるものであり、具体的には、トンネル坑口付近のトンネル壁（内壁）１に沿って多孔質の吸音板２を設置し、吸音板２を保持するブラケット３をバネ１０を介して支持したものである。ここでは、バネ１０で吸音板２を支持することにより、吸音板２を主たる質量体とした振動系が構成されている。そして、この振動系の固有周波数が、トンネル微気圧波の卓越周波数（３〜５Ｈｚ）に設定されている。
【００１５】
吸音板２とトンネル壁１との間には、トンネル内騒音の卓越周波数λ（おおよそ１ｋＨｚ）の１／４の厚さＬ（＝１／４λ）の背後空気層４が確保され、それにより、吸音板２が最大の吸音性能を発揮できるようになっている。また、バネ１０は、吸音板２を、その垂直方向に自由に振動できるように支持している。なお、この吸音装置は、トンネル坑口付近に設置するのがよいが、好ましくは、坑口の直径より中に入ったところに設置するのがよい。
【００１６】
この吸音装置では、吸音板２によってトンネル内に発生する騒音のエネルギーが吸収される。また、バネ１０で支持された吸音板２が振動することによって、トンネル微気圧波のエネルギーが吸収される。この場合、僅かではあるが、多孔質の吸音板２を透過することによっても、微気圧波のエネルギーが吸収される。なお、本来の吸音板２による吸音性能は、吸音板２が微気圧波を受けたときに微小変位するだけであるから、大きな影響は受けない。従って、吸音板２をバネ１０で支持をとりながらトンネル内に設置するだけで、騒音対策と微気圧波対策を兼ねることができる。
【００１７】
図２は第２実施形態の吸音装置の概略構成図である。この吸音装置は、吸音板２を箱形のフレーム１３の前面に取り付け、フレーム１３をバネ１０でトンネル壁１に支持したものである。
吸音板２及びフレーム１３の安定保持のため、フレーム１３に設けたフランジ１５を、トンネル壁１から延ばしたボルト１７に通している。ボルト１７及びフランジ１５は、フレーム１３の周縁の数カ所に配置しており、ボルト１７に螺合したストッパ１８、１８で規制される範囲で、フレーム１３が自由に振動できるようになっている。
【００１８】
この吸音装置の場合は、フレーム１３の背面壁１４と吸音板２との間に、トンネル内騒音の卓越周波数λの１／４の厚さＬ（＝１／４λ）の背後空気層４が確保されている。また、このようにフレーム１３を介して吸音板２をバネ１０で支持した場合は、振動系の質量体が、吸音板２とフレーム１３とで構成されることになる。
【００１９】
この吸音装置では、吸音板２によってトンネル内に発生する騒音のエネルギーが吸収される。また、バネ１０で支持された吸音板２及びフレーム１３が振動することによって、トンネル微気圧波のエネルギーが吸収される。従って、吸音板２を取り付けたフレーム１３を、バネ１０で支持をとりながらトンネル内に設置するだけで、騒音対策と微気圧波対策を兼ねることができる。
【００２０】
なお、ストッパ１８のフランジ１５側にゴム等の弾性体を介在させ、ゴム等の弾性体の撓み代だけフレーム１３が振動できるようにしてもよい。また、そのゴム等の弾性体を、振動系のバネ定数を計算する際のバネ要素として加えることもできる。また、トンネル壁１とフレーム１３との間に介在させたバネ１０の代わりに、ストッパ１８とフランジ１５との間にバネ（ゴムを含む）を介在させてもよい。また、バネ１０をゴムや空気バネ等の他の弾性体（あるいは弾性要素）で置き換えることもできる。
【００２１】
図３は第３実施形態の吸音装置の概略構成図である。この吸音装置は、３種類のバネ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを、フレーム１３とトンネル壁１との間に介在させている。そして、通常の圧力が吸音板２に作用したときには、第１のバネ１０Ａのみがフレーム１３に力を及ぼし、圧力が大きくなってフレーム１３の変位が増大するに従い、順次、第２のバネ１０Ｂ、第３のバネ１０Ｃがフレーム１３に力を及ぼすようになっている。
こうすることで、振動系のバネ定数が圧力に応じて調節されるようになる。ここでは、３種のバネ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの組み合わせがバネ定数調整機構を構成しており、このバネ定数調節機構が、トンネル微気圧波の圧力が大きくなるほど、振動系のバネ定数を大きくするように機械的に自動調整する。その他の構成は第２実施形態のものと同様であるので、特に説明はしない。
【００２２】
この装置では、吸音板２及びフレーム１３とバネ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃで構成される振動系のバネ定数が、トンネル微気圧波の圧力に応じて自動調節されることから、トンネル微気圧波の周波数に振動系の固有周波数を柔軟に適合させることができる。よって、列車の速度に応じた異なる周波数の微気圧波を有効に減衰させることができる。
【００２３】
図４は第４実施形態の吸音装置の概略構成図である。この吸音装置は、機械的なバネ１０の代わりに空気バネ２０を使用し、空気バネ２０に、その内圧を調節するコントローラ２１を接続したものである。他の構成は第２実施形態のものと同様であるので、特に説明はしない。
【００２４】
この吸音装置では、微気圧波の圧力に応じてコントローラ２１が、空気バネ２０の剛性を調整するようになっている。微気圧波の圧力検出は、予めトンネル入口側に設けた圧力センサ等で行い、その信号をコントローラ２１に取り込んで空気バネ２０の内圧を調節することで、空気バネ２０のバネ定数を調節する。この吸音装置においても、第３実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、トンネル坑口付近の内壁に沿って多孔質の吸音板を設置し、該吸音板をバネを介して支持することにより、吸音板を主たる質量体とした振動系を構成し、該振動系の固有周波数を、トンネル微気圧波の卓越周波数に設定したので、吸音板によってトンネル内に発生する騒音のエネルギーを吸収することができると共に、バネで支持された吸音板が振動することによって、トンネル微気圧波のエネルギーを吸収することができる。従って、吸音板をバネで支持をとりながらトンネル内に設置するだけで、騒音対策と微気圧波対策を兼ねることができ、安価な対策工事とすることができる。
【００２６】
請求項２の発明によれば、吸音板とバネで構成される振動系の固有周波数を３〜５Ｈｚに設定したので、時速２００〜３００ｋｍでトンネル内に列車が突入してきたときに発生する微気圧波を効果的に低減することができる。
【００２７】
請求項３の発明によれば、吸音板とバネで構成される振動系のバネ定数を、トンネル微気圧波の圧力に応じて調節することができるので、列車の速度に応じた異なる周波数の微気圧波を有効に減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態の概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態の概略構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態の概略構成図である。
【図５】従来の吸音板の設置状況の説明図である。
【図６】（ａ）は従来の吸音板とトンネル壁との関係を示す図、（ｂ）は音波の通過状況を示す図である。
【符号の説明】
１　トンネル壁
２　吸音板
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ　バネ
１３　フレーム
１４　背面壁
１５　フランジ
１７　ボルト
１８　ストッパ
２０　空気バネ
２１　コントローラ

Claims

トンネル坑口付近の内壁に沿って多孔質の吸音板を設置し、該吸音板をバネを介して支持することにより、吸音板を主たる質量体とした振動系を構成し、該振動系の固有周波数を、トンネル微気圧波の卓越周波数に設定したことを特徴とするトンネル微気圧波低減機能を備えた吸音装置。
前記振動系の固有周波数を、トンネル微気圧波の卓越周波数である３〜５Ｈｚに設定したことを特徴とする請求項１記載のトンネル微気圧波低減機能を備えた吸音装置。
前記振動系のバネ定数の調節機構を備えており、該調節機構が、トンネル微気圧波の圧力が大きくなるほど、振動系のバネ定数を大きくすることを特徴とする請求項１または２記載のトンネル微気圧波低減機能を備えた吸音装置。