CN101812991A - 铁路隧道回路式减压洞口的修建方法 - Google Patents

铁路隧道回路式减压洞口的修建方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁路隧道回路式减压洞口的修建方法，其做法是：A、在隧道(10)洞口的两侧修建与隧道平行且长度为3.5-4.5倍隧道水力直径的侧导洞(11)，侧导洞与隧道的横向距离为0.8-1.3倍隧道水力直径，侧导洞的断面积为隧道断面积的20％-30％；B、再在两侧导洞之间修建两条横向贯通侧导洞和隧道的第一和第二横通道(20，21)，第一横通道(20)修建在离隧道洞口1.5-2倍隧道水力直径处，断面积为隧道断面积的10％-15％；第二横通道(21)与侧导洞的内端贯通，断面积为隧道断面积的5％-10％。采用该方法修建的铁路隧道洞口，其微压波现象明显降低，且其施工容易，建造成本低。

Description

铁路隧道回路式减压洞口的修建方法
技术领域
本发明涉及铁路隧道的修建方法，特别涉及高速铁路隧道洞口的修建方法。
背景技术
当列车以高速进入铁路隧道时，列车前面将会产生初始压缩波，此波沿隧道向前传播。随着列车进一步驶入隧道和隧道环状管道长度的不断延长，隧道内的压力也不断的增大，压缩波的峰前压力也随着继续增大，直至列车全部进入隧道后一段时间为止。当压缩波到达隧道出口处时，即向进口反射成膨胀波，与此同时，产生一个脉冲波自隧道出口向周围地区辐射，并发出爆炸声，并使附近房屋的窗框、百叶窗等急剧振动，发出“咯啦”的响声，此脉冲波即微压波。列车进入隧道所产生的压缩波，影响了旅客的乘车舒适性；隧道出口微压波的存在，对周围环境也造成了较严重的危害。
微压波的大小和压缩波到达隧道出口时的压力梯度值(单位时间内的压力差)成正比。铁路隧道微压波减缓的方法有：一、在隧道的上方开设竖井，通过竖井泄压来减小压缩波的压力梯度峰值。对于特长的隧道，往往因埋深很大，竖井施工难度大、成本高，这种减压方法难于推广使用。二、扩大隧道断面积，通过减低阻塞比(列车断面积与隧道断面积的比值)来减压，由于采用这种方法，隧道建造工程量增加很大，其建造成本高，因而使用也受到限制。三、提高机车车辆的气密性，此法只能改善车厢内的乘车环境，提高旅客的乘车舒适性，但不能降低高速列车对洞口外环境的影响。四、将隧道出入口修造成斜切式洞门，或者在隧道出入口增修一段过渡明洞，并在过渡明洞的顶部或者两侧开口，以减小初始压缩波的压力峰值及压力梯度值。但这种方法实际上使列车通过隧道的距离和时间加长，降低了乘车的舒适性。
发明内容
本发明的目的就是提供一种铁路隧道回路式减压洞口的修建方法，采用该方法修建的铁路隧道洞口，其微压波现象明显降低，且其施工容易，建造成本低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铁路隧道回路式减压洞口的修建方法，其做法是：
A、在隧道洞口的两侧修建与隧道平行且长度为3.5-4.5倍隧道水力直径的侧导洞，侧导洞与隧道的横向距离为0.8-1.3倍隧道水力直径，侧导洞的断面积为隧道断面积的20％-30％；
B、再在两侧导洞之间修建两条横向贯通侧导洞和隧道的第一和第二横通道，第一横通道修建在离隧道洞口1.5-2倍隧道水力直径处，断面积为隧道断面积的10％-15％；第二横通道与侧导洞的内端贯通，断面积为隧道断面积的5％-10％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在隧道洞口约4倍水力直径的深度沿两侧修建特定大小的侧导洞，并在特定位置修建第一、第二横通道，通过侧导洞将隧道出入洞口4倍水力直径深度的空间与隧道洞口外的空间连通，使压缩波在隧道洞口通过特定形状和位置的侧导洞及横通道进行减压传播，有效地改变了初始压缩波的波前形状，将压缩波分成几个较弱的波，明显降低了压缩波的压力峰值及压力梯度，大大削减了高速列车进出隧道所产生的空气动力学效应，即使压缩波到达隧道出口处时产生的微压波大大减小。增加旅客的乘车舒适性，减小对周围环境的危害。
较之竖井减压方法，需垂向开挖较深的竖井，本发明仅在隧道两侧横向距离为1倍隧道水力直径修建侧导洞，其施工容易。在相同的减压效果下，返向减压的侧导洞的面积，较之直接加大隧道断面积以减少阻塞比所增加的隧道面积小得多，其施工成本更低；与过渡明洞的方法相比，本发明不增加列车实际通过的隧道距离，乘客通过隧道的时间短，舒适性高。
理论计算表明：本发明方法修建的隧道洞口，当车速为300km/h，隧道面积为100m2，列车面积为11.0m2时，隧道模型长度取700m，隧道出洞口的压力梯度峰值为3.6kPa/s；而不采用本发明方法修建的隧道，在其它条件均相同的情况下，其隧道出洞口的压力梯度峰值为7kPa/s。本发明方法修建的隧道，出洞口的压力梯度峰值降低率为49％。由于压力梯度与微压波峰值成正比，因此，隧道出口微压波峰值也将降低50％左右，其减压效果显著。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明方法修建的铁路隧道回路式减压洞口的水平方向剖视示意图。
图2是图1的A-A剖视示意图。
图3是图1的B-B剖视示意图(第一横通道剖视示意图)。
图4是图1的C-C剖视示意图(第二横通道剖视示意图)。
图5是计算得出的本发明方法修建的隧道洞口与普通方法修建的无侧导洞的相同形状的隧道洞口的压力梯度值与时间的关系曲线，曲线的横坐标为时间、单位为秒(s)，纵坐标为压力梯度、单位为kPa/s。其中曲线D为普通方法修建的隧道的曲线，曲线F为本发明修建的隧道的曲线。具体的计算条件是车速为300km/h，隧道面积为100m2，列车面积为11.0m2时，隧道模型长度取700m。
具体实施方式
实施例
图1-4示出，本发明的一种具体实施方式是，一种铁路隧道回路式减压洞口的修建方法，其做法是：
A、在隧道10洞口的两侧修建与隧道平行且长度为3.5-4.5倍隧道水力直径的侧导洞11，侧导洞与隧道的横向距离为0.8-1.3倍隧道水力直径，侧导洞的断面积为隧道断面积的20％-30％；
B、再在两侧导洞之间修建两条横向贯通侧导洞和隧道的第一和第二横通道20，21，第一横通道20修建在离隧道洞口1.5-2倍隧道水力直径处，断面积为隧道断面积的10％-15％；第二横通道21与侧导洞的内端贯通，断面积为隧道断面积的5％-10％。
本发明方法中的隧道水力直径是隧道的断面积与断面周长比值的2倍，当隧道为圆形时，即为圆的直径。
从图5可以看出，普通方法修建的无侧导洞的相同形状的隧道，隧道出口处(时间约为第3秒)的压力梯度峰值为7kPa/s，本发明方法修建了侧导洞和横通道的隧道回路式减压洞口在出口处(时间约为第3秒)的压力梯度峰值为3.6kPa/s。本发明方法修建的洞口压力梯度峰值降低了49％。由于压力梯度峰值与微压波峰值成正比，因此，隧道出口微压波峰值也将降低50％左右。

Claims (1)

1.一种铁路隧道回路式减压洞口的修建方法，其做法是：
A、在隧道(10)洞口的两侧修建与隧道平行且长度为3.5-4.5倍隧道水力直径的侧导洞(11)，侧导洞与隧道的横向距离为0.8-1.3倍隧道水力直径，侧导洞的断面积为隧道断面积的20％-30％；
B、再在两侧导洞之间修建两条横向贯通侧导洞和隧道的第一和第二横通道(20，21)，第一横通道(20)修建在离隧道洞口1.5-2倍隧道水力直径处，断面积为隧道断面积的10％-15％；第二横通道(21)与侧导洞的内端贯通，断面积为隧道断面积的5％-10％。
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