CN105003282A

CN105003282A - 高速铁路隧道端部扩大式硐室减缓构造

Info

Publication number: CN105003282A
Application number: CN201510528206.6A
Authority: CN
Inventors: 王英学; 高波; 申玉生; 任文强; 常乔磊; 刘健; 何俊; 叶畅
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2015-10-28

Abstract

本发明公开了一种高速铁路隧道端部扩大式硐室减缓构造,设置在高速铁路隧道端部附近用于降低洞口压缩波的压力梯度及微压波峰值，其特征在于，在隧道的横向两侧分别设置扩大的硐室，所述硐室由联络道与隧道连接；硐室体积在80～130m3，联络道长度在2m～20m范围内，并可以根据工程需要选取，联络道的截面面积20m²～40m²。采用本发明的结构明显降低了压缩波的压力梯度，使压缩波到达隧道出口处时产生的微压波峰值大大降低,减小了高速列车运行时对隧道周围环境的影响。

Description

高速铁路隧道端部扩大式硐室减缓构造

技术领域

本发明涉及铁路隧道，特别涉及一种高速铁路设置在隧道洞身的微压波缓冲构造。

背景技术

随着京津城际快线、郑西、武广时速350km/h客运专线的开通，标志着我国高速列车技术的日臻完善，使国人可以期盼在不久的未来困扰十三亿人民的出行问题可以彻底解决。当然伴随着高速铁路速度的提高，同时也会造成很多新的问题。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。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。目前，高速铁路隧道微压波减缓的常用技术措施如下几种：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，但对于特长的隧道，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，但在机车的气密性达到一定程度时，要想再提高气密性，技术难度大，维护费用高，经济性差，不能得到很好的推广使用；四、将隧道出入口修造洞口缓冲结构，由于地形条件的限制，此种方法经常不能实行。五、目前广泛采用板式道床，而高速铁路进入隧道所产生的微压波随隧道长度增加有放大趋势，洞口设置微压波减缓装置难以满足要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速铁路隧道洞身减缓微压波的构造形式，使之能有效地降低高速列车进入隧道所产生的微压波，而且施工容易、设置不受隧道周围地形影响、建造成本低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

高速铁路隧道端部扩大式硐室减缓构造,设置在高速铁路隧道端部附近用于降低洞口压缩波的压力梯度及微压波峰值，其特征在于，在隧道的横向两侧分别设置扩大的硐室，所述硐室由联络道与隧道连接；硐室室体积在80～130m3，联络道长度在2m～20m范围内，并可以根据工程需要选取，联络道的截面面积20m2～40m2。

多个硐室设置时，扩大硐室的轴线间距在40m～60m。并可以在隧道洞身，根据微压波减缓标准的需要，增减设置个数。

作为优选，隧道的横向同侧设置的硐室至少一个。

作为优选，两相邻硐室的轴线间距在40m～60m。

作为优选，隧道横向两侧硐室对称设置，即两侧硐室的联络道具有共同轴线。

作为优选，隧道横向两侧硐室对称设置个数为3～5个。

同样作为优选，硐室墙体设置有柔性吸振机构。

本发明的有益效果是，明显降低了压缩波的压力梯度，使压缩波到达隧道出口处时产生的微压波峰值大大降低,减小了高速列车运行时对隧道周围环境的影响。

附图说明

图1是隧道独头洞气动效应分析图；

图2是本发明高速铁路隧道微压波减缓构造的结构示意图；

图3是沿图2中A-A线的剖面图；

图4是硐室结构示意图；

图5是本发明高速铁路隧道微压波降低率与硐室个数的关系曲线图。

图中示出零部件、部位名称及所对应的标记：1～8分别为硐室(膨胀室)，10～17分别为横通道(联络道)。

具体实施方式

如图Ⅰ所示，高速列车进入隧道时，列车前方的空气受到压缩，产生一个压缩波，图中压缩波用Y表示，膨胀波用P表示。可以看出，列车前方产生的压缩波Y传播至硐室时，分成了3个部分，其中一部分被以膨胀波形式反射，向隧道入口传播见图Ⅰ中的P1；其他两部分都以压缩波形式分别沿着隧道向前和横通道传播，如图中的Y1和Y2所示。Y2沿着横通道传播至封闭扩大端时，其一部分以同号波的形式传入封闭扩大端，并在里面经过重复复杂的反射过程直至消失；另外一部分则以反号波的形式传回横通道，随后产生向隧道两个方向传播和向封闭扩大端传播的两个同号波，整个过程重复进行一直到列车经过。

参照附图2、图3和图4,本发明的高速铁路隧道微压波减缓构造，包括隧道，所述隧道的横向两侧分别设置有与隧道平行的左侧硐室1、3、5、7，右侧硐室2、4、6、8。左侧各个硐室分别与横通道10、12、14、16贯通，右侧硐室与横通道11、13、15、17贯通。

与其他洞身缓冲设施相比，硐室缓冲设施对隧道围岩扰动更小，施工更容易，造价也比较低，通过数值模拟，可以发现虽然一个硐室缓解气动效应效果不太明显，但当设置多个硐室时，降低微压波峰值效果很明显，甚至可以与洞口段设置开口缓冲结构相媲美。本发明就硐室缓冲设施的开口率、封闭扩大空间的体积、横通道长度、硐室间距以及个数等因素进行研究，以得出其缓解微压波的各个参数最优值。

硐室缓冲设施主要在微压波产生的源头通过反射和叠加等降低压缩波的能量，起着分流作用。与其他隧道洞口缓冲设施相比，独头洞是一个封闭的空间，单个独头洞的缓解气压效果不明显，但独头洞硐室具有造价低、工程量较小等优点，且隧道设置多个独头洞时，降低微压波的效果很明显。

实际实施时，硐室(包括横通道)的墙体可设置有柔性吸振机构。

以上所述只是用图解说明本发明高速铁路隧道微压波减缓构造的一些原理,并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。硐室个数各个工况的压力梯度峰值数据统计如表Ⅰ所示。

表Ⅰ硐室个数各个工况的压力梯度峰值数据统计(对称设置)

工况	独头洞个数(个)	首波压力梯度峰值(kPa/s)	降低率(％)
				无缓冲	--	11.391	---
I	1	10.015	12.07
				II	2	8.468	25.65
III	3	7.828	31.27
				IV	4	6.859	39.78
V	5	6.625	41.84
				VI	6	6.796	40.33
VII	7	6.734	40.87
				VIII	8	6.531	42.66
IX	9	6.359	44.17

图5也表达了硐室个数的设置情况，综合来看，隧道的同侧设置的硐室在4～6个时具有比较好技术经济综合效果。

Claims

1.高速铁路隧道端部扩大式硐室减缓构造,设置在高速铁路隧道端部附近用于降低洞口压缩波的压力梯度及微压波峰值，其特征在于，在隧道的横向两侧分别设置扩大的硐室，所述硐室由联络道与隧道连接；硐室体积在80～130m³，联络道长度在2m～20m范围内，并可以根据工程需要选取，联络道的截面面积20m²～40m²。

2.根据权利要求1所述的高速铁路隧道端部扩大式硐室减缓构造，其特征在于，隧道的同侧设置的硐室至少一个。

3.根据权利要求2所述的高速铁路隧道端部扩大式硐室减缓构造，其特征在于，两相邻硐室的轴线间距在40m～60m。

4.根据权利要求1所述的高速铁路隧道端部扩大式硐室减缓构造，其特征在于，隧道横向两侧硐室对称设置，即两侧硐室的联络道具有共同轴线。

5.根据权利要求1所述的高速铁路隧道端部扩大式硐室减缓构造，其特征在于，硐室墙体设置有柔性吸振机构。

6.根据权利要求2所述的高速铁路隧道端部扩大式硐室减缓构造，其特征在于，隧道的同侧设置的硐室在4～6个。