CN103470269A

CN103470269A - 高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构

Info

Publication number: CN103470269A
Application number: CN2013104847205A
Authority: CN
Inventors: 李怀鉴; 马志富; 王英学; 张桂扬; 许占良; 苏哿; 张春雷; 孟庆余; 韩华轩
Original assignee: Southwest Jiaotong University; Third Railway Survey and Design Institute Group Corp
Current assignee: Southwest Jiaotong University; China Railway Design Corp
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-10-17
Also published as: CN103470269B

Abstract

本发明公开了一种高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构，该缓冲结构用于高速铁路双线隧道，为设置于隧道洞外的等截面洞体结构，在洞体顶部沿洞体长度方向设置1~2条间缝，间缝开口总面积与隧道净空横截面积的面积比为20%~30%。本发明对隧道出口微压波缓解效果明显，可将隧道出口微压波峰值降低25%~48%，每延米微压波降低率达3.04%~2.35%，比常规缓冲结构每延米降低率提高了50%~90%，极大地提高了对隧道出口环境的降噪效率，缩短了缓冲结构长度，而且施工简易，建造成本低，对隧道出口复杂地质条件的适应性强。

Description

高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构

技术领域

本发明涉及一种铁路隧道，特别是涉及一种高速铁路设置在隧道洞口的间缝式高效缓冲结构。

背景技术

我国已进入高速铁路快速发展阶段，京津城际、郑西、武广、京沪等高速铁路客运专线已投入运营，但仍有一系列问题需要进一步解决，高速铁路通过隧道所诱发的气动音爆现象，就是要解决的问题之一。这种音爆是由于列车突入隧道所产生的压缩波，在传播到达隧道出口处时，向隧道出口周围地区辐射的一种低频噪声波——微压波，能引起附近房屋的窗框、百叶窗等急剧振动。这种现象会对隧道出口周围环境造成较大影响，与建设绿色、环保型高速铁路相悖，因此必须加以有效控制。

微压波的大小与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，因此通过控制压缩波到达隧道出口时的压力梯度，可实现减缓微压波强度的目的。目前，高速铁路隧道在隧道洞口所采取的减缓微压波的技术措施如下几种：

1、在隧道洞外修建等截面的顶部或侧部开口式缓冲结构；

2、在隧道洞外修建扩大断面积型缓冲结构；

3、在隧道洞口附近修建回路型缓冲结构等。

尽管这些隧道洞口附属设施在缓解音爆噪声方面起到了一定作用，但实际应用过程中仍暴露出一些问题，主要表现为：

等截面顶部或侧部开口缓冲结构，横向开口宽度较小，未考虑首波和二次波的激化规律调整开口率及开口形状，只能通过增加缓冲结构的长度来获得较大微压波降低率，一方面增加了工程造价，另一方面也增加了工程现场实施的难度；扩大断面积型缓冲结构在山区占地大，隧道口微压波降低率，现场放样及模板制作较为困难，施工难度较大，周期较长；回路型缓冲结构，需要建造永久性横通道及平导，形成一定规模的回路系统，才能获得较高的微压波降低率，工程造价高且构造复杂。

发明内容

本发明就是为了解决上述现有技术中的问题，提供了一种高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构，用于高速铁路双线隧道。该缓冲结构为设置于隧道洞外的等截面洞体结构，在洞体顶部沿洞体长度方向设置1~2道间缝开口，间缝开口总面积是隧道净空横截面积的20%~30%。

所述缓冲结构的洞体设置于隧道入口段外侧或隧道出口段外侧。

所述缓冲结构的洞体设置于隧道入口段外侧和隧道出口段外侧。

所述间缝断面顶部2/3以上均为开口空间，间缝开口弧长为12~18m。

所述的缓冲结构设置1道间缝开口，间缝开口沿洞体长度方向的宽度为1.2~2.0m，间缝开口距缓冲结构入口的距离为4~7m。

所述的缓冲结构设置2道间缝开口，第一道间缝开口沿洞体长度方向的宽度为1.0~1.6m，第二道间缝开口沿洞体长度方向的宽度为0.4~0.9m，第一道间缝开口距缓冲结构入口的距离为4~7m，第一道间缝开口与第二道间缝开口之间的净距为10~13m。

所述缓冲结构的净空断面与隧道净空断面相同。

所述缓冲结构的隧道洞门形式为直切式或帽檐斜切式洞门。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构，适用于双线隧道，相比现有常规缓冲结构缓解微压波的效率更高，适用性更好；能够采用较短的结构长度，有效地降低高速列车进入隧道所产生的微压波，显著降低压缩波的压力梯度，增加旅客的乘车舒适性，大大削减了高速列车进出隧道所产生的音爆效应，减小对周围环境的危害；该结构形式的环向开口空间较大，明洞整体长度较短，修筑方便，不仅可以显著降低建设投资，而且对隧道口复杂地形条件的适应性更强。

附图说明

图1是本发明第一实施例的缓冲结构开口位置关系示意图；

图2是本发明第二实施例的缓冲结构开口位置关系示意图；

图3是本发明第二实施例的缓冲结构的俯视图；

图4是本发明第二实施例的缓冲结构的纵剖视图；

图5是本发明第二实施例的缓冲结构间缝横剖视图；

图6是本发明第二实施例的缓冲结构与隧道洞口无缓冲结构在相同条件下隧道内测点的压力梯度值与时间的数值模拟关系曲线。

附图中主要部件符号说明：

1：第一道间缝开口 2：第二道间缝开口

3：缓冲结构入口 4：缓冲结构出口

5：第一道间缝檐口 6：土石回填线

7：第二道间缝檐口 8：混凝土小挡墙。

d₁：间缝开口距缓冲结构入口的距离

d₂：间缝开口距缓冲结构出口的距离

d₃：间缝开口沿洞体长度方向的宽度

d₄：第一道间缝开口与第二道间缝开口之间的净距

d₅：第二道间缝开口沿洞体长度方向的宽度

d₆：间缝式缓冲结构总长度

d₇：第一道间缝开口距缓冲结构入口的距离

d₈：最后一道间缝开口距缓冲结构出口的距离

d₉：第一道间缝开口沿洞体长度方向的宽度

c₁：间缝开口弧长

c₂：间缝开口内弧长度

h₁：间缝檐口突出高度

曲线D：普通方法修建的隧道的模拟关系曲线

曲线F：本发明修建的隧道的模拟关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构做进一步说明。下述各实施例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。

本发明的高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构，用于高速铁路双线隧道。该缓冲结构为设置于隧道洞外的等截面洞体结构，在洞体顶部沿洞体长度方向设置1~2道间缝开口，间缝开口总面积是隧道净空横截面积的20%~30%。间缝断面顶部2/3以上均为开口空间。

该缓冲结构的净空断面与隧道净空断面相同，具体结构长度、间缝开口数量及其他相关结构参数宜根据隧道洞口地形允许的结构长度、隧道降噪要求及隧道口明洞开挖后土石回填线位置等条件综合确定，并在本发明规定的参数范围内选择。

缓冲结构的洞体可以仅设置于隧道入口段外侧或仅设置于隧道出口段外侧；也可以在隧道入口段外侧和隧道出口段外侧都设置缓冲结构洞体。在隧道入口和出口均设置该缓冲结构，可以进一步缓解微压波效应。

通过车隧空气动力学计算分析及首波与二次波波形变化规律研究，获得第一道间缝开口距洞口的距离、开口率、开口弧长及宽度、开口间距等优化参数。

图1是本发明第一实施例的缓冲结构开口位置关系示意图。如图1所示，本发明第一实施例的缓冲结构设置一道间缝开口，间缝式缓冲结构总长度d₆为8.5~15m；间缝开口沿洞体长度方向的宽度d₃为1.2~2.0m，优选为1.5~2.0m；间缝开口距缓冲结构入口3的距离d₁为4~7m；间缝开口的环向长度为16~18m。

图2是本发明第二实施例的缓冲结构开口位置关系示意图；图3是本发明第二实施例的缓冲结构的俯视图；图4是本发明第二实施例的缓冲结构的纵剖视图；图5是本发明第二实施例的缓冲结构间缝横剖视图。如图2至图5所示，本发明第二实施例的缓冲结构设置2道间缝开口，缓冲结构总长度d₆为11.7~23.4m，第一道间缝开口1沿洞体长度方向的宽度d₉为1.0~1.6m，第二道间缝开口2沿洞体长度方向的宽度d₅为0.4~0.9m，第一道间缝开口1距缓冲结构入口3的距离d₇为4~7m，第一道间缝开口1与第二道间缝开口2之间的净距d₄为10~13m。第二道间缝开口2距缓冲结构出口4的距离，即最后一道间缝开口距缓冲结构出口的距离d₂为3~5m，两间缝开口的环向长度，即间缝开口弧长c₁为12~18m。

可具体设置为：间缝式高效缓冲结构总长度d₆为23.4m，第一道间缝开口1距缓冲结构入口3的距离d₇为6m，第一道间缝开口1沿洞体长度方向的宽度d₉为1.0m，第一道间缝开口1与第二道间缝开口2之间的净距d₄为13m，第二道间缝开口2沿洞体长度方向的宽度d₅为0.4m，第二道间缝开口2距缓冲结构出口4的距离d₂为3m。两道间缝开口的内弧长c₂均为17.6m。

第一道间缝檐口5和第二道间缝檐口7位于隧道壁开口边缘，向外突出500mm，主要阻挡落石沿着山体滚动时落入隧道中，及防止野生动物经过时坠入隧道中。

土石回填线6的作用是在隧道口明挖段在隧道结构施工完成后，为保持隧道结构稳定性而进行土石回填的坡度线。

混凝土小挡墙8用于减小隧道明洞长度，确保隧道明洞回填土稳定性的结构。

上述两实施例的间缝式高效缓冲结构的隧道洞门形式可以为直切式洞门，条件允许时可设置帽檐斜切式洞门，能起到增强缓解微压波效应的作用。

图6是本发明第二实施例的缓冲结构与隧道洞口无缓冲结构在相同条件下隧道内测点的压力梯度值与时间的数值模拟关系曲线。其中，横坐标为时间、单位为秒（s），纵坐标为压力梯度、单位为kPa/s。曲线D为普通方法修建的隧道的模拟关系曲线,曲线F为本发明修建的隧道的模拟关系曲线。具体的计算条件是车速为350km/h，隧道面积为100m²，列车面积为11.0m²时，隧道模型长度取500m。

如图6所示，数值模拟计算分析结果表明，采用本发明的高速铁路双线隧道洞口间缝式高效缓冲结构，隧道内200m测点处的压力梯度峰值为7.1kPa/s；而洞口无缓冲结构时，在其它条件均相同的情况下，相同测点的压力梯度峰值为13.7kPa/s；压力梯度峰值较现有隧道降低48%。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48%左右，其减压效果显著。另经计算分析得出，采用本发明的隧道洞口缓冲结构，设置1条间缝缓冲结构时，隧道出口微压波降低率能达到25%~32%，每延米降低率为2.9%~3.04%。设置2条间缝缓冲结构时，隧道出口微压波降低率能达到32%~48%，每延米降低率为2.35%~2.78%。

由此可见，本发明的间缝式缓冲结构，对隧道出口微压波缓解效果明显，可将隧道出口微压波峰值降低25%~48%，每延米微压波降低率达3.04%~2.35%，比常规缓冲结构每延米降低率（约为1.57%）提高了50%~90%，极大地提高了对隧道出口环境的降噪效率，缩短了缓冲结构长度，而且施工简易，建造成本低，对隧道出口复杂地质条件的适应性强。

Claims

1.一种高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构，用于高速铁路双线隧道，其特征在于：该缓冲结构为设置于隧道洞外的等截面洞体结构，在洞体顶部沿洞体长度方向设置1~2道间缝开口，间缝开口总面积是隧道净空横截面积的20%~30%。

2.根据权利要求1所述的高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构，其特征在于：所述缓冲结构的洞体设置于隧道入口段外侧或隧道出口段外侧。

3.根据权利要求1所述的高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构，其特征在于：所述缓冲结构的洞体设置于隧道入口段外侧和隧道出口段外侧。

4.根据权利要求1所述的高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构，其特征在于：间缝断面顶部2/3以上均为开口空间，间缝开口弧长（c₁）为12~18m。

5.根据权利要求1所述的高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构，其特征在于：缓冲结构设置1道间缝开口，间缝开口沿洞体长度方向的宽度（d₃）为1.2~2.0m，间缝开口距缓冲结构入口（3）的距离（d₁）为4~7m。

6.根据权利要求1所述的高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构，其特征在于：缓冲结构设置2道间缝开口，第一道间缝开口（1）沿洞体长度方向的宽度（d₉）为1.0~1.6m，第二道间缝开口（2）沿洞体长度方向的宽度（d₅）为0.4~0.9m，第一道间缝开口距缓冲结构入口的距离（d₇）为4~7m，第一道间缝开口与第二道间缝开口之间的净距（d₄）为10~13m。

7.根据权利要求1所述的高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构，其特征在于：所述缓冲结构的净空断面与隧道净空断面相同。

8.根据权利要求1所述的高速铁路隧道洞口间缝式高效缓冲结构，其特征在于：所述缓冲结构隧道洞门形式为直切式或帽檐斜切式洞门。