トンネル内外の爆風被害を低減化する爆風吸収トラップの開発と活用
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21K04574
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 25020:Safety engineering-related
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| Research Institution | National Institute of Technology, Toyama College |
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Principal Investigator |
保前 友高 富山高等専門学校, その他部局等, 教授 (30470032)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉山 勇太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (30711949)
丹波 高裕 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究員 (00833930)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 爆薬 / 爆風 / トンネル内爆発 / 爆風吸収トラップ / トンネル形状 / 被害低減 / 小スケール実験 / 数値解析 / 爆風被害低減 |
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| Outline of Research at the Start |
地下通路やトンネル内で爆薬等が爆発した際に発生する爆風は、トンネル内部を伝播し、被害の原因となる。被害を低減化する技術やメカニズムは研究されているが、利便性などの考慮は十分とは言えず、実用化されているものは少ない。
本研究では、トンネルの使い勝手に影響を与えない爆風吸収トラップを提案する。100 mg程度の爆薬を使用する独自の実験法により、トラップを設けたトンネルの縮小実験を行い、トンネル内外の爆風挙動を評価する。独自の数値解析手法と組み合わせて爆風エネルギーの吸収メカニズムを解明し、爆風吸収トラップを最適化する。トンネル内の爆発事故やテロ攻撃等による被害を低減化できることが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．研究の目的：地下通路やトンネル内で爆薬等が爆発した際に発生する爆風は，衝撃波としてトンネル内部を伝播する。爆風による被害を低減化するため，トンネル壁面に障害物を設けたり，壁面の材料を工夫したりする技術や低減化のメカニズムは研究されてきているが，トンネルの利便性やメンテナンス性への考慮は，十分とは言えず，実用化されているものは少ない。そこで，本研究では，申請者のこれまでの爆風低減化の成果に基づき，トンネルの使い勝手に影響を与えない爆風吸収トラップを提案する。トンネル経路のクランク部にトラップを設ける。100 mg程度の爆薬を使用する独自のテーブルトップ室内爆発実験法により，トンネル内外の爆風挙動を評価する。独自の数値解析手法と組み合わせて爆風エネルギーの吸収メカニズムを解明し，爆風吸収トラップを最適化する。本研究の成果により，トンネル内の爆発事故やテロ攻撃等による被害を低減化できることが期待される。
２．本年度の成果：①爆風吸収トラップに関するテーブルトップ実験：今年度は，予備的な実験を行った。トンネル経路のクランク部にトラップを設置した場合としなかった場合のトンネル内の圧力履歴を比較した。トラップを設置すると，トンネル出口に到達する爆風のピーク過圧は，設置しない場合の半分程度になることを示した。また，トラップ部にポリエステル不織布などの緩衝材を設置した場合，トラップで反射した爆風のピーク過圧を低減化できることを確認した。これらのデータから，今後の研究で検討すべきパラメータの洗い出しを行った。さらに，トンネル内の温度変化を計測する準備を行った。
②独自開発の数値解析コード：今年度は，上記の予備実験に対応した計算を実施し，トラップ設置の有無に応じた爆風挙動の相違点を確認した。また，トラップ部でのエネルギー吸収に関する計算手法の検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
トラップ内部に設置する緩衝材の種類，トラップ形状，トンネル経路依存性の要素実験，これらの可視化実験について，今年度は予備実験を実施しデータを得ることができた。トンネル経路のクランク部にトラップを設置した場合としなかった場合のトンネル内の圧力履歴を比較した。トラップを設置すると，トンネル出口に到達する爆風のピーク過圧は，設置しない場合の半分程度になることを示した。また，トラップ部に緩衝材として，8 mm厚のポリエステル不織布を，枚数を変えて設置したり，このポリエステル不織布に水を含ませて設置したりした場合，トラップで反射した爆風のピーク過圧を低減化できることを確認した。これらのデータから，今後の研究で検討すべきパラメータの洗い出しを行った。爆点から出口に直接到達する爆風は，トラップを設けることにより分岐するため半減することを確認できた。また，トラップによる反射では，この直接到達する爆風は低減できず，第2波以降を低減できることから，この第2波以降の爆風パラメータを解析対象とすべきことが分かった。一方で，初年度（2021年度）は，コロナ禍により移動が制限されたことから，研究代表者は，実験設備が整った産業技術総合研究所に出張して実験を行うことができなかった。このため，ほぼ1年分の遅れが生じている。
独自開発の数値解析コードの改良・検証，実験データの解釈，現象の理解について，今年度，予備実験で得られたデータに関連する数値解析を行い，予備実験データの解釈を行うことができた。次年度以降，新たに得た実験データを解析対象として，爆風吸収トラップによる爆風低減機構を検討する数値解析を実施して，コードの妥当性を評価する。こちらも実験の遅れから，ほぼ1年分の遅れが生じている。
以上のことから，本研究課題は（３）やや遅れていると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，今年度得られた知見をもとに，実験系の改良を行い，トラップ内部に設置する緩衝材の種類をパラメータとして，爆風低減効果を評価するための実験を行う。次に，トラップの大きさ（長さ，断面積），形状（直管，絞り，拡大）も爆風エネルギー吸収の量を決める大きな要因であると予想されることから，これらをパラメータとして実験を行い，低減効果への依存性を評価する。あわせて，管内の温度履歴計測，可視化のための準備を行う。
数値解析については，上記の実験データを得た上で，これまでトンネル内爆発についての解析の妥当性が確認されている本コードの本研究への適用方法とその妥当性を検証し，必要に応じてコードの改良を行う。その後，本研究で得られた実験データを数値解析により解釈・説明する。トンネル内で爆薬が爆発した際のトラップによる爆発エネルギー吸収メカニズムを解明し，爆風吸収トラップに設置した材料と吸収量の関係の定量的な理解を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(1 results)
