CN104213926A - 一种高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，包括沿高速铁路隧道的走向布置用于缓解高速铁路隧道洞口的微压波和音爆的自适应过渡机构，自适应过渡机构包括至少两组过渡单元，过渡单元沿铁路隧道的走向排布；过渡单元上的开孔率沿高速铁路隧道近端向高速铁路隧道远端方向逐渐增加，以逐步缓解高速铁路隧道洞口的微压波和音爆。本发明的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，自适应过渡机构采用在隧道入口和/或出口段设置钢构洞体，并且装置的顶板和/或侧板采用带开孔的钢板，其开孔率沿洞口方向渐变，直至为零，最终在隧道入口处形成四周密闭的围挡装置。能减少90％的微压波，防止隧道洞口产生的音爆对周边环境造成的不良影响。
Description
技术领域
本发明涉及高速铁路隧道防护结构技术领域，具体涉及一种高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置。
背景技术
高速列车进入隧道时，车头前方空间受到限制，导致车头前方的空气不能及时向四周扩散而被急剧压缩形成空气压缩波。该压缩波以音速传播到隧道出口，约90％的以膨胀波的形式向隧道入口反射回去，其它约有10％的能量以脉状冲击波的形式自隧道出口向周围区域辐射出去，形成微压波，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和健康。隧道出口微压波会在出口产生爆炸声，影响隧道出口周边的声环境，并使得附近轻型结构物(房屋门窗)急剧振动，这种现象称为微压波现象。微压波现象造成严重的噪声污染，并对周边居民产生不良心理影响，对环境的危害性较大。
微压波效应成为高速铁路隧道结构设计参数的重要影响因素，因此有必要采取措施对隧道洞口微压波微效应进行缓解。目前国内外减缓微压波的措施主要有：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，以减小初始压缩波的压力峰值及压力梯度值。但这种方法大大增加了工程量和工程成本，且效果不太明显。
另外，根据实测数据，当列车以200km/h通过48.6m2有效净空断面的单线隧道时，距离隧道出口10m处微压波峰值达94pa，距离出口20m处微压波峰值达58.4pa。显然，如果不采用缓冲设施对微压波峰值进行削减，将无法满足微压波峰值在距洞口20m处小于50pa的设计环境要求。
发明内容
为了弥补现有技术的缺陷，本发明专利提供了一种高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，施工简单、工程量小、成本低，又能够有效削减微压波峰值，缓解微压波效应，保证旅客乘车的舒适性，减少对环境危害，以解决现有用于缓解隧道洞口微压波微效应的结构措施中，对于隧道结构改造施工难度大、工程量大、施工成本高等影响；对于列车进行改造无法降低列车对于隧道洞口外环境的影响的技术问题。
为了实现上述技术目的，本发明专利的技术方案是：一种高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，包括沿高速铁路隧道的走向在隧道口布置用于缓解高速铁路隧道洞口的微压波和音爆的自适应过渡机构，隧道口布置的自适应过渡机构包括至少两组过渡单元，过渡单元沿铁路隧道的走向排布；高速铁路隧道的双向均连接有自适应过渡机构，过渡机构上的开孔率沿高速铁路隧道近端向高速铁路隧道远端方向逐渐增加，以逐步缓解高速铁路隧道洞口的微压波和音爆。
优选地，过渡单元包括支承在钢轨两侧并沿高速铁路隧道的走向间隔排布的立柱、用于连接钢轨两侧对应布置的立柱的上端的横梁、铺设在相邻两根立柱之间的侧板以及铺设在相邻两根横梁上的顶板。
优选地，侧板和/或顶板为平板、弧形板中的至少一种。
优选地，侧板和/或顶板为整板或者由条形板沿高速铁路隧道的周向排布的条形板。
优选地，侧板和/或顶板上设置有用于加强侧板和/或顶板的加劲肋，用于防止风压作用下侧板和/或顶板变形。
优选地，相邻两块条形板之间设置有用于加强相邻两块条形板之间连接部位结构强度的加劲肋。
优选地，侧板和/或顶板上开设有开孔，通过设置不同的开孔尺寸和开孔密集程度来调整侧板和/或顶板的开孔率。
优选地，过渡单元上的开孔率沿高速铁路隧道近端向高速铁路隧道远端方向按10％～70％的比率逐渐增加，增加的方式可以是线性比例、二次方、三次方或者指数函数的方式增加。
优选地，其特征在于，靠近高速铁路隧道的过渡单元与高速铁路隧道口的衬砌对接。
优选地，自适应过渡机构的径向尺寸由高速铁路隧道的近端向高速铁路隧道的远端逐渐增加。
本发明的有益效果在于：
本发明的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，自适应过渡机构采用在隧道入口和/或出口段设置钢构洞体，并且装置的顶板和/或侧板采用带开孔的钢板，其开孔率沿洞口方向渐变，直至为零，最终在隧道入口处形成四周密闭的围挡装置。整个装置形成风压过渡段，从而起到缓解微压波的效果。本发明装置能够完全满足严格的微压波压力峰值控制标准，能减少90％的微压波，防止隧道洞口产生的音爆对周边环境造成的不良影响，社会效应显著。同时，通过在隧道洞口外接自适应过渡机构，无需扩大隧道洞口断面，降低施工难度和成本。并且由于自适应过渡机构结构简单，整体性强，对地形和地质情况适用性强，施工方便，可以有效降低洞口设置缓冲结构而产生的生产成本，经济效益显著。另外本高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置对洞口地形适应性强，具有受洞口地形限制小的优点，尤其适用于洞口空间较小的桥隧连接处。
下面结合附图对本发明专利作进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置的结构示意图之一；
图2是本发明实施例的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置的结构示意图之二；
图3是本发明实施例的立柱的结构示意图之一；
图4是本发明实施例的立柱的结构示意图之二；
图5是本发明实施例的立柱的结构示意图之三；
图6是本发明实施例的立柱的结构示意图之四；
图7是本发明实施例的立柱的结构示意图之五；
图8是本发明实施例的顶板示意图；
图9是本发明实施例的侧板示意图。
其中，1为立柱，2为顶板，3为侧板，4为开孔，5为横梁，6为加劲肋，8为衬砌，9为钢轨，11为矩形截面立柱，12为方形环截面立柱，13为圆形截面立柱，14为T字形截面立柱，15为工字形截面立柱。
具体实施方式
下面对本发明专利技术内容的进一步说明，但并非对本发明专利实质内容的限制。
图1是本发明实施例的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置的结构示意图之一；图2是本发明实施例的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置的结构示意图之二；图3是本发明实施例的立柱的结构示意图之一；图4是本发明实施例的立柱的结构示意图之二；图5是本发明实施例的立柱的结构示意图之三；图6是本发明实施例的立柱的结构示意图之四；图7是本发明实施例的立柱的结构示意图之五；图8是本发明实施例的顶板示意图；图9是本发明实施例的侧板示意图。
如图1所示，本实施例提供一种高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，包括沿高速铁路隧道的走向布置用于缓解高速铁路隧道洞口的微压波和音爆的自适应过渡机构，自适应过渡机构包括至少两组过渡单元，过渡单元沿铁路隧道的走向排布；过渡单元上的开孔率沿高速铁路隧道近端向高速铁路隧道远端方向逐渐增加，以逐步缓解高速铁路隧道洞口的微压波和音爆。本发明的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，自适应过渡机构采用在隧道入口和/或出口段设置钢构洞体，并且装置的顶板2和/或侧板3采用带开孔4的钢板，其开孔率沿洞口方向渐变，直至为零，最终在隧道入口处形成四周密闭的围挡装置。整个装置形成风压过渡段，从而起到缓解微压波的效果。本发明装置能够完全满足严格的微压波压力峰值控制标准，能减少90％的微压波，防止隧道洞口产生的音爆对周边环境造成的不良影响，社会效应显著。并且由于结构简单，整体性强，对地形和地质情况适用性强，施工方便，可以有效降低洞口设置缓冲结构而产生的生产成本，经济效益显著。另外本高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置整体长度较短，占用洞口空间小，对洞口地形适应性强，具有受洞口地形限制小的优点，尤其适用于洞口空间较小的桥隧连接处。
如图1和图2所示，其还在于，过渡单元包括支承在钢轨9两侧并沿高速铁路隧道的走向间隔排布的立柱1、用于连接钢轨9两侧对应布置的立柱1的上端的横梁5、铺设在相邻两根立柱1之间的侧板3以及铺设在相邻两根横梁5上的顶板2。图3为矩形截面立柱11。图4为方形环截面立柱12。图5为圆形截面立柱13。图6为T字形截面立柱14。图7为工字形截面立柱15。
如图1和图2所示，其还在于，侧板3和/或顶板2为平板、弧形板中的至少一种。
如图1和图2所示，其还在于，侧板3和/或顶板2为整板或者由条形板沿高速铁路隧道的周向排布的条形板。
如图1和图2所示，其还在于，侧板和/或顶板上设置有用于加强侧板3和/或顶板2的加劲肋6，用于防止风压作用下侧板和/或顶板变形。
如图1和图2所示，其还在于，相邻两块条形板之间设置有用于加强相邻两块条形板之间连接部位结构强度的加劲肋6。
如图1和图2所示，其还在于，侧板和/或顶板上开设有开孔4，通过设置不同的开孔尺寸和开孔密集程度来调整侧板和/或顶板的开孔率。
如图1和图2所示，其还在于，过渡单元上的开孔率沿高速铁路隧道近端向高速铁路隧道远端方向按10％～70％的比率逐渐增加。
如图1和图2所示，其还在于，过渡单元上的开孔率沿高速铁路隧道近端向高速铁路隧道远端方向增加的方式可以是线性比例、二次方、三次方或者指数函数的方式增加；
如图1和图2所示，其还在于，其特征在于，靠近高速铁路隧道的过渡单元与高速铁路隧道口的衬砌8对接。
如图1和图2所示，其还在于，自适应过渡机构的径向尺寸由高速铁路隧道的近端向高速铁路隧道的远端逐渐增加。
如图1和图2所示，其还在于，高速铁路隧道的双向均连接有自适应过渡机构。
实施时，提供一种铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，包括侧面立柱1，侧面板、横梁5、顶板2、加劲肋6。侧板3和顶板2可以通过预留的螺栓孔用螺栓紧固或是焊接在结构框架(立柱1和横梁5组合形成结构框架)上，侧板3和顶板2的开孔率沿隧道口方向按一定的比率变化，最终在隧道入口处形成四周密闭的围挡装置。该装置与隧道洞口衬砌8对接，形成风压过渡段。列车在高速进入隧道之前先通过该过渡段，产生的空气压缩波可以通过通过装置上的的开孔4得以排放。隧道洞口风压过渡装置可以是矩形洞体，也可以是拱形洞体，也还可以是喇叭口形状的。隧道洞口风压过渡装置结构框架横截面可以是矩形、圆形、椭圆形、或者侧面是直线型、顶板2为弧形。隧道洞口风压过渡装置的顶板2可以是平面形状的，也可以是弧形的，分别有不同的开孔率。隧道洞口风压过渡装置沿长度方向的相邻钢板的开孔率按10％70％的比率增加。隧道洞口风压过渡装置的顶板2和侧板3的开孔4可以是的矩形开孔4、圆形开孔4、椭圆形开孔4、菱形开孔4的或者其他任意形状的开孔4。隧道洞口风压过渡装置的侧面立柱1可以是方形截面、矩形截面、T形截面、工字型截面、圆形截面。隧道洞口风压过渡装置位于隧道入口段外侧和位于隧道出口段外侧。在隧道入口和出口各设置过渡装置，可以进一步缓解微压波效应。隧道洞口风压过渡装置与隧道洞口衬砌8等截面对接，施工难度更低。
图1是拱形过渡装置立体结构示意图，隧道洞口风压过渡自适应装置是拱形洞体，装置侧板3是直线型、顶板2为弧形。该装置安装于隧道入口段外侧位于隧道出口段外侧，与隧道洞口衬砌8对接。该装置侧边立柱1安装在隧道洞口两侧，同侧的每相邻两根立柱1间均设置有加劲肋6，弧形横梁5焊接在立柱1上，然后再安装侧板3和顶板2。其中侧板3是具有不同开孔率的矩形平面钢板，顶板2是具有不同开孔率的弧形钢板。每两根立柱1间为一段(过渡单元)，该装置可以分为7～8段，每段长6m～7m。其中远离隧道洞口的第一段(过渡单元)的侧板3和顶板2开孔率可达90％，然后后面每一段开孔率以一定比率减少，直至开孔率为零，在隧道口处形成四周密闭的围挡装置。侧板3和顶板2可以用焊接的方式组装在侧边立柱1和横梁5上，也可以通过预留螺栓孔，然后用螺栓固定的方式进行组装。
图2是矩形过渡装置立体结构示意图，本发明隧道洞口风压过渡自适应装置是矩形洞体。该装置安装于隧道入口段外侧位于隧道出口段外侧，与隧道洞口衬砌8对接。该装置侧边立柱1安装在隧道洞口两侧，两侧每两根立柱1间均设置加劲肋6，矩形横梁5焊接在立柱1上，然后再安装侧板3和顶板2。其中侧板3和顶板2均是不同开孔率的矩形平面钢板。每两根立柱1间为一段(过渡单元)，该装置可以分为7～8段，每段长6～7m。其中远离隧道洞口的第一段(过渡单元)侧板3和顶板2开孔率可达90％，然后后面每一段开孔率以一定比率减少，直至开孔率为零，在隧道口处形成四周密闭的围挡装置。侧板3可以用焊接的方式组装在侧边立柱1和横梁5上，也可以通过预留螺栓孔，然后用螺栓固定的方式进行组装。
图3-图7分别是矩形立柱1，方形立柱1，圆形立柱1，T形立柱1和工字形立柱1示意图。
图8，图9分别是顶板2和侧板3的结构示意图，顶板和侧板分别设置有不同开孔率的开孔4。
本高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置所应用于高速铁路隧道工程，减少微压波效应达到90％，并且结构简单，施工方便，具有很强的实用性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，其特征在于，包括沿高速铁路隧道的走向布置用于缓解高速铁路隧道洞口的微压波和音爆的自适应过渡机构，自适应过渡机构包括至少两组过渡单元，过渡单元沿铁路隧道的走向排布；高速铁路隧道的双向均连接有自适应过渡机构，过渡机构上的开孔率沿高速铁路隧道近端向高速铁路隧道远端方向逐渐增加，以逐步缓解高速铁路隧道洞口的微压波和音爆。
2.根据权利要求1所述的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，其特征在于，过渡单元包括支承在钢轨两侧并沿高速铁路隧道的走向间隔排布的立柱、用于连接钢轨两侧对应布置的立柱的上端的横梁、铺设在相邻两根立柱之间的侧板以及铺设在相邻两根横梁上的顶板。
3.根据权利要求2所述的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，其特征在于，侧板和/或顶板为平板、弧形板中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，其特征在于，侧板和/或顶板为整板或者由条形板沿高速铁路隧道的周向排布的条形板。
5.根据权利要求2所述的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，其特征在于，侧板和/或顶板上设置有用于加强侧板和/或顶板的加劲肋，用于防止风压作用下侧板和/或顶板变形。
6.根据权利要求2所述的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，其特征在于，相邻两块条形板之间设置有用于加强相邻两块条形板之间连接部位结构强度的加劲肋。
7.根据权利要求4所述的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，其特征在于，侧板和/或顶板上开设有开孔，通过设置不同的开孔尺寸和开孔密集程度来调整侧板和/或顶板的开孔率。
8.根据权利要求1所述的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，其特征在于，过渡单元上的开孔率沿高速铁路隧道近端向高速铁路隧道远端方向按10％～70％的比率逐渐增加，增加的方式可以是线性比例、二次方、三次方或者指数函数的方式增加。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，其特征在于，靠近高速铁路隧道的过渡单元与高速铁路隧道口的衬砌对接。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的高速铁路隧道洞口风压过渡自适应装置，其特征在于，自适应过渡机构的径向尺寸由高速铁路隧道的近端向高速铁路隧道的远端逐渐增加。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20141217 |