トンネル内の列車風に関する現地実験（第3報） : 列車のピストン作用による換気について

トンネル内の列車風に関する現地実験（第3報） :

列車のピストン作用による換気について

著者

川畑 早苗, 山下 正視

雑誌名

鹿児島大学工学部研究報告

巻

20

ページ

11-15

別言語のタイトル

FIELD TESTS ON THE 'TRAIN-WIND' IN THE TUNNEL

(Report 3) : On the ventilation of air in the

tunnel caused by the piston-action of the

train

トンネル内の列車風に関する現地実験（第3報） :

列車のピストン作用による換気について

著者

川畑 早苗, 山下 正視

雑誌名

鹿児島大学工学部研究報告

巻

20

ページ

11-15

別言語のタイトル

FIELD TESTS ON THE 'TRAIN-WIND' IN THE TUNNEL

(Report 3) : On the ventilation of air in the

tunnel caused by the piston-action of the

train

１ ． 緒 言 最近，地下鉄や長大トンネルの換気が問題になって いるが，列車のピストン作用による換気については， ほとんど知られていないようである．そこで，このこ とに関して行なった現地実験の結果について述べる． 実験は，日豊本線の襲山トンネル（単線）で行なっ たが，列車が通過する際の，トンネルと排気孔出口に おける風速を測定し，それをもとにして換気率（排気 量とトンネル容積との比）を求めた．

川 畑 早 苗 ・ 山 下 正 視

（受理昭和53年５月３１日）

FIELDTESTSONTHE‘TRAIN-WIND'ＩＮＴＨＥＴＵＮＮＥＬ（RePort3）

（Ontheventilationofairinthetunnelcaused bythepiston-actionofthetrain） SanaeKAwABATAandMasashiYAMAsHITA Theresultsobtainedfromthefieldtestsontheventilationofairinatunnelcausedbythepiston-action ofatrainrunningthroughitarereportedinthispaper・Intheteststhewind-velocityatthｅｅｘｉｔｏｆａ ｂｌｏｗ−ｈｏｌｅａｓｗｅｌｌａｓａｔｔｈｅexitofthetunnelwasmeasuredandtheventilatione缶ciencyofairwascalcu-lated･ Accordingtotheresultsofthetests，theventilationeHiciencydoesnotdependonthevelocityofthe traln・Rather，ｉｔｗａｓｆｂｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｃａ応becomes，thelargertheventilationefL ficiencybecomes・Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，italsoincreasesslightlybythepreｓｅｎｃｅｏｆａｂlow-hole・ Finany,itisexpectedthatlessthanfbrtypercentoftheairinatunnelisventilatedwhileatrainis runningthroughthetunnel． 2 ． ト ン ネ ル の 略 図 ， 車 両 限 界 な ら び に 実 験 要目 襲山トンネルの略図と列車の車両限界を，それぞれ，

トンネル内の列車風に関する現地実験（第３報）

（列車のピストン作用による換気について）

記 号 トンネルの長さ（”） トンネル突入時からの列車進行距離（”） 列車の速度（”/s） トンネルと排気孔出口における平均風速 (”/s） ●●●●●●●● ︽肥︾

Ｌｘ軸“〃

図 １ 襲 山 ト ン ネ ル 断 面

鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ０ 号 （ 1 9 7 8 ） 1２ 実 験 場 所 (トンネル出口） 排気孔内径1.5ｍ 排 気 孔 (開閉の別） 霧島側 国分側 図 ２ 襲 山 ト ン ネ ル ２．１ １．４ Ⅲ｝ ３．実験装置ならびに方法 実験に際し，トンネル出口では，超音波風速計')を， 排気孔出口では，アネモマスタ風速計2)を使用し，風 速変化による電流変化を電磁オシログラフ装置に記録 させた．なお，排気孔は，開放の場合と，出口をテン ト用ビニルシートで閉鎖した場合とに分けて実験を行 なった． 次に，トンネル出口での風速計取付位置を，図１に 示す．この位置は，等速分布曲線8)をもとにして決定 したもので，ここの風速は，ちょうど，平均風速に等 しくなる．また，排気孔出口では，中心部の風速を測 定し，これを１/7乗法則により平均風速に換算した． 一方，列車が，トンネルに突入した瞬間，トンネル 入口から投光器で出口側に合図を送り，列車が出坑し 始 め る ま で の 時 間 を ス ト ッ プ ウ ォ ッ チ で 測 っ た ． そ し て，トンネルの長さと列車の通過時間とから，列車の 速度を算出した．なお，列車が，トンネルに突入した 瞬間がわかるようにするために，電磁オシログラフ装 置に信号を入れた。 (襲山トンネル） 図 ３ 車 両 限 界 図１，２ならびに図３に，実験要目を表１に示す．た だし，表中，列車番号の偶数は上り，奇数は下り列車 を示す． 表 １ 実 験 要 目 ３，１００ ， − − ８ 計 571ｍ Ｉ

●●●●●●●●●●●●●

屯。■︽﹃ロ■一己ロ■︽﹃︾〃。﹃ロ■一一■■︽屯ロ０一一訂Ⅱ︽︻″０勺日一勺’一句Ⅱユニ訂■︽ ﹃０一コロ日︽ヨロロニ屯．０︽室訂日一 測定不能 換気率（％）

図

番

￨

列

車

番

号

￨

車

両

数

￨

等

列車の速 度 ひ0(ｍ/s）

１３３３４４４４４４７７７

Ｓ、５１． Ｓ、５１． Ｓ、５３． Ｓ、５１． Ｓ、５３． Ｓ、５１． Ｓ、５３． Ｓ６５１． Ｓ、５１． Ｓ、５３． Ｓ、５１． Ｓ、５３． Ｓ、５３． 実 験 日

６２４２６０８０５４６０４●●●●●●●●●●●●●

８３７９８４１５３５６８４

１３２３１３３３３２３３３

1.6

全

ﾝ

ﾈ

古

￨

篭

気

君

６２４６６０２０４０６０４●●●●●●●●●●●●●

８３７８７４０５１４６８４１３２３１３３３３２３３３

0.6 1.0

７９０００７７７００６６５１３１２６３７６２５５５０

●●●●●●●●●●●●●４１０１４７４１３７０２２

１１１１１１１１１１１１１

１１２７９１９１７９１９２１１１２１１１１２２１１１

Ｉ

０００００００００００００２６６６８８８８８８４４４

１１１

閉閉閉開開閉開閉開開閉開閉

側側側側側側側側側側側側側

４５６７８９０１２３４５６

１１１１１１１

分島島島島分分島島分島島島

国霧霧霧霧国国霧霧国霧霧霧

ＤＤＤＤＤＤＤＤＤＤＤ，

５０００４３３４４５６６６９６６６１１１１１６３３３

５５５５５５５５５５０００

５５５

己 全長1,928.6ｍ ● 一四 露 Ｌ Ｌ−−

／

､４ １３ L】 一定値をとるはずである．また，排気孔出口では，列 車突入後，先頭部がそこの真下に達するまでの間，空 気は外に溢れ出しあと吸込みに変わる．以上の風速を もとにして算出した換気率を表１に示す．ただし，こ れは，列車が，トンネルに突入してから出坑し始める までの間におけるもので，実際には，その後も空気の 慣性のため数分間にわ．たって空気は溢れ出し続けるの ４ ． 実 験 結 果 トンネルと排気孔出口における平均風速を，それぞ れ，図４∼１６に示す．図からわかるように，トンネル 出口の風速は，列車突入後少しずつ増加しているが， これは空気の慣性によるもので，さもなければ，ほぼ

１００００

．ａへ色 図 ５ 霧 島 側 出 口

０８６４２

●●●■●

/

、

/

し

_

０ ０ ． ２ ０ ． ４ ０ ． ６ ０ ． ８ １ ． ０ １ ． ２ １ ． ４ 発/Ｌ 図 ４ 国 分 側 出 口 ' ◎ 画 青 ］ 川畑・山下：トンネル内の列車風に関する現地実験（第３報） ０ ０ ． ５ １ ． ０ 〃Ｌ 図 ７ 霧 島 側 な ら び に 排 気 孔 出 口 ｚ/Ｌ ● 。 ● 勺■Ⅱ凸︽、叩叩︾︽皿叩︾︽、叩︾︽叩叩︾ ・ゐへａ 図 ６ 霧 島 側 出 口

０８６４２

●●●●●

１００００

．ａへａ ここへこγ∼ −−１ 一 霧 島 側 出 口 −−−排気孔出口 排気孔

ハノ ヘ ー△１、 “祁唖帖恥︾岬 1４

０８６４２

●●●●●

１００００

．包蒼

●●●●■

訂日＆︽皿叩︾︽皿叩︾︽皿叩︾︽叩叩Ｕ ｏａへ色 図１３国分側ならびに排気孔出口

０８

一 . 霧 島 側 出 口 −−−−排気孔出口

;

『

-

鞭

鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ０ 号 （ 1 9 7 8 ）

/、ﾍ/一一一、一

２６０ ｺ§/Ｌ 0 . 5 １ ． ０ 図 ８ 霧 島 側 な ら び に 排 気 孔 出 口 1.5 ● ●● ● 旬日ロ︽︽叩ｍ︾︽叩叩︾︽、皿︾一ｎ叩Ｍ︾ 。ａへ負

０８６４２

J、、一 −−

０ ０ ． ２ ０ ． ４ ０ ． ６ ０ ． ８ １ ． ０ １ ． ２ １ ． ４ １ ． ６ ９q/Ｌ 図 ９ 国 分 側 出 口 ０ ０ ． ２ ０ ． ４ ０ ． ６ ０ ． ８ １ ． ０ １ ． ２ Ｊr/Ｌ 図１１霧島側出口 一 国 分 側 出 口 −−−−排気孔出口 排気孔

●●●●●

訂“■＆︽叩叩︾︽皿皿︾一ｎ叩︾︽叩“︾ ・お宮 １ 分 側 出 に

×

ヅ

ﾗ

ﾆ

ﾆ

ﾌ

<

７

雲

ﾐ

マ

1.5 0 . 5 １ ． ０ 図１０国分側ならびに排気孔出口 ０ ２．０ ３F/Z， 図１２霧島側ならびに排気孔出口

０８６４２０

●●●●●

１００００

．畠へａ ､

1.5 1５ 2.0〃Ｌ

●●●●●

③ロ日︽︽、叩︾︽即叩︾︽血叩︾︽、叩︾ 。ａへ争 ２ 21/Z， 図１４霧島側出口

●●●●●

勺０凸︽叩叩︾︽、叩︾︽皿叩︾︽皿叩︾ 。白き Ｏ Ｓ邑 葛ざ 川畑・山下：トンネル内の列車風に関する現地実験（第３報） 図１６霧島側出口 １．０ 図１５霧島側出口 0.5 で，その分も考慮に入れると換気率はより大きくなり， ４割近くに達するものと推察される． また，表からわかるように，換気率に及ぼす列車の 速度の影響はあまり見られない．この理由は，空気の 速度は列車の速度に比例するが，列車のトンネル通過 時間は逆に反比例するからである． 一方，車両数が増すほど，列車側面の摩擦が大きく なり，それだけ余計に空気を引っ張ることになり，換 気率も大きくなる．また，排気孔の影響は，予想外に 小さく，換気率で数％大きくなる程度である． ５ ． 結 百 筆者らは，現地実験のほかに，模型実験も行なって 来たが，現地と模型ではレイノルズ数やマッハ数が異 なり，さらに現地では，自然風の影響や空気の慣性が 大きいこと等の理由から，厳密な意味において両者を 比較検討することはできない．しかし，風速を無次元 で表示すれば，両者はかなり近い値になることがわ かった． 終りに，本実験に際し，ご協力を戴いた鹿鉄構造物 検査センターの皆様に厚くお礼申し上げるとともに， 加藤柴二元助手，大山謙二技官，当時の大学院生竹迫 清君ほか卒論の学生諸君に感謝する次第である． 文 献 1）川畑・加藤，鹿児島大学工学部研究報告，第18号 （昭51-12)，１２． ２）川畑・米倉，鹿児島大学工学部研究報告，第16号 （昭49-9)，２． ３）村山，土木学会誌（昭18-3)，２２９．