共同研究報告書
| 研究区分 | 一般研究 |
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研究課題 |
気象の時間変動と道路構造別冬期路面状態の予測に関する研究 |
| 新規・継続の別 | 継続（平成19年度から） |
| 研究代表者／所属 | （独）土木研究所寒地土木研究所 |
| 研究代表者／職名 | 上席研究員 |
| 研究代表者／氏名 | 葛西聡 |
| 研究分担者／氏名／所属／職名 | |||
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氏 名
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所 属
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職 名
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1 |
高橋尚人 | （独）土木研究所寒地土木研究所 | 総括主任研究員 |
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2 |
徳永ロベルト | （独）土木研究所寒地土木研究所 | 主任研究員 |
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3 |
切石亮 | （独）土木研究所寒地土木研究所 | 研究員 |
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4 |
兒玉裕二 | 北海道大学低温科学研究所 | 助教 |
| 研究目的 | 冬期道路における路面状況は、道路構造等（例：鋼床版橋梁、コンクリート橋梁、盛土・切土部、トンネル坑口等）によって変化することがある。特に、初冬期や晩冬期において夜間に放射冷却が発生した日等は、橋梁上の路面だけが凍結することがある。これまで、熱収支法等を用いた道路構造別の路面温度推定モデルを構築し、当該推定モデルの精度を検証してきた。その結果、一定の再現性を確認することができた。しかしながら、特定の時間帯及び地点においては、モデルの改良が必要であった。本研究では、引き続き熱収支法等による冬期路面温度推定モデルの精度向上及び冬期路面状態推定モデルの構築に向け調査・検討を行うこととする。 |
| 研究内容・成果 | 1.はじめに 本研究では、トンネル区間における適切な冬期道路管理に資するため、当該区間での路面温度特性の把握と路面温度推定のための基礎的な検討を行った。 2.トンネル区間の路面温度分布特性の把握 トンネル区間の路面温度分布特性を把握するため、赤外式放射温度計等を装備した観測車を走行させ、路面温度分布等を観測するサーマルマッピングを実施した。本研究の対象トンネルは、一般国道230号の定山渓トンネル（L=1，124m）で、サーマルマッピングは、平成21年1月17日13時から1月18日12時まで、平成21年3月17日6時から15時までの計2回実施した。トンネル内路面温度の時間変化を把握するため、各観測期間中は1時間間隔でサーマルマッピングを行った。図1上段にサーマルマッピングの結果例及び同図下段に1月17日13時〜18日12時までの路面温度分布の時間変化を示す。サーマルマッピングの結果、トンネル区間の路面及び気象要素について以下の点を確認した。 ・トンネル外の区間では、日中の時間帯に路面温度と気温の差が大きく、路面温度への日射の影響が大きいと考えられる。 ・トンネル外に比べるとトンネル内の路面温度は高く、路面温度の変化も小さい。 ・トンネル坑口から5m程度で日射量は0となった。 ・トンネル内では風速は安定しているが、坑口前後区間で局所的な風速の変化が見られる。 また、トンネル内では路面温度変化が小さくなり、坑口から25m地点以降は、外気温の変化にかかわらず路面温度の変動はほぼ一定となる。トンネル坑口前後での路面温度変化は、前後の橋梁区間の路面温度変化と比べて小さいが、トンネル内外での照度の変化なども含めた運転環境の急変がドライバーの運転負荷を増加させると考えられる。なお、坑口から約300m地点、400〜500m地点で局所的に路面温度が高いのは、トンネル内の付属施設の影響か、トンネル下の水脈の影響と推察される。 3.トンネル内路面温度推定モデルの構築 トンネル内では日射が完全に遮蔽されるため、路面に入力する熱量はトンネル壁面からの放射と走行車両の影響（車体による壁面放射の遮蔽と車体底面からの熱放射）で決定される。当研究では、以上の条件を踏まえたモデル式を用いてトンネル内の路面温度分布を推定した。図2にその結果例を示す。平均二乗誤差（RMSE）は、概ね2℃程度だが、最大で8℃近い誤差が生じる場合があった。 4.まとめと今後の課題 サーマルマッピングを実施したことによって、トンネル区間での路面温度と気象要素の特性を詳細に把握できた。トンネル内の路面温度推定については、天空が完全に遮蔽されている状態の熱収支モデルを構築することで、トンネル内の路面温度分布の傾向を再現できたが、パラメータ値の精査及び検証によって更に精度向上を図る予定である。 |
| 成果となる論文・学会発表等 | 高橋尚人他、道路トンネルの路面温度分布特性把握と路面温度推定手法の基礎検討、土木学会平成22年度全国大会第65回年次学術講演会講演概要集DVD-ROM版、平成22年9月1〜3日 |