JP2003278488A - 緩衝工 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速車両のトンネルへの突入及び退出の際に
発生する低周波空気振動を解消又は抑制できるトンネル
緩衝工を提供する。 【解決手段】 トンネル緩衝工１は、トンネルに突入又
はトンネルから退出しようとする高速鉄道車両と覆体１
０との間で発生する圧力波の圧力損失を調整する複数の
圧損孔３０を備え、この圧損孔３０が、覆体１０の一端
側から他端側に向けて漸減するように配設されている。
このため、明かり区間とトンネル区間との間で適度な圧
力損失を付与する中間的な状態を形成することができ、
高速車両が徐々にトンネルに突入するかのような効果を
創出できる。つまり、圧力波の圧力勾配の変化を滑らか
にすることができる。その結果、高速鉄道車両の突入波
又は退出波による低周波空気振動の発生を解消又は抑制
することができ、トンネル周辺民家の建具のがたつきの
問題を解決することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル構造物の
出入口に連結される緩衝工に関し、詳しくは、高速車両
がトンネル構造物に突入及び退出する際に生じる圧力波
によって発生する低周波空気振動を解消又は抑制できる
緩衝工に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８（ａ）に示すように、鉄道車両の先
頭部がトンネルに突入すると、トンネル内に圧縮波が形
成される。この圧縮波は、その圧力勾配を大きくしなが
ら音速でトンネル内を伝播し、反対側の坑口（出口）に
達した際にこの坑口からパルス状の圧力波となって放射
される。この圧力波は微気圧波と呼ばれ、坑口から放射
される際に「ドーン」という発波音を発生させるため、
高速鉄道の環境問題の一つとしてその対策が検討されて
きた。そして、かかる微気圧波のレベルがトンネル出口
に達した圧力波の圧力勾配にほぼ比例することが判明し
たため、その微気圧波対策の一つとして、トンネル出口
側の圧力波を発波音が発生しない程度の勾配に抑制する
こと、つまりトンネル入口で形成される圧力勾配を予め
小さくすることが行われた。

【０００３】具体的には、その地上側の対策として、ト
ンネル入口側にトンネル断面より大きい覆体からなるト
ンネル緩衝工を設置し、その側壁に側面窓を一定間隔で
形成し、さらにその側面窓の開口量を調整することでト
ンネル入口で形成される圧力波の圧力勾配を緩和する等
の対策がとられた。

【０００４】かかる構成のトンネル緩衝工の設置によ
り、微気圧波によるトンネル出口側での発波音の低減と
いう課題についてある程度の成果が得られた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、列車が
高速でトンネルに突入した際には、上述した微気圧波に
よるトンネル出口側の問題だけではなく、トンネル入口
側で発生した突入波（低周波）による所謂低周波空気振
動の問題が生じる。

【０００６】この低周波空気振動は、高速鉄道が明かり
区間（トンネル外）からトンネル区間に移行する際な
ど、列車近傍の構造物の断面変化等に伴って発生するパ
ルス状の圧力波（突入波）が、トンネル入口側の坑口か
ら周囲に放射されて発生する振動現象である。この低周
波空気振動の問題は、特にリニアモーターカーなどの高
速鉄道において顕著に現れ、この低周波空気振動が鉄道
沿線に伝播すると、トンネル周辺民家の建具のがたつき
等を発生させる。尚、この低周波空気振動は、図８
（ｂ）に示すように、列車が高速でトンネルを退出する
際に発生する退出波（低周波）によってもそのトンネル
出口側で発生する。

【０００７】そこで、従来はこの低周波低減のための対
策として、トンネル緩衝工の緩衝工口を拡大したような
形状にしたり、トンネル緩衝工の側面窓の開口量を調整
することが行われてきた。具体的には、トンネル緩衝工
とトンネルとの断面変化を緩和させるため、トンネル緩
衝工の開放側（トンネルとの連結部とは反対側）の天井
をＶ型に切り欠いたり、トンネル緩衝工の側面窓の開口
量をトンネル坑口に向かって小さくする方法がとられ
た。

【０００８】しかし、かかる切り欠きや側面窓を設けて
も、列車がこのようなＶ型切り欠きの終端部を通過した
り側面窓を通過する際の急な圧力上昇により空気振動が
発生してしまうため、上記対策は抜本的な問題解決には
なっていなかった。そこで、本発明は、高速車両のトン
ネルへの突入及び退出の際に発生する低周波空気振動を
解消又は抑制できるトンネル緩衝工を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、請求項
１に記載の緩衝工は、一端に開放部を有し、他端がトン
ネル構造物の出入口に連結された長尺状の覆体と、覆体
の壁面に複数設けられ、トンネル構造物に突入又はトン
ネル構造物から退出しようとする高速車両と覆体との間
で発生する圧力波の圧力損失を調整する圧損孔とを備え
る。この圧損孔は、覆体の一端側近傍においてその周方
向（つまり、覆体の長手方向と直角な方向）に複数設け
られるとともに、覆体の一端側から他端側に向けて漸減
するように配設されている。尚、ここでいう「トンネル
構造物」には、一般にいうトンネルのみならず、トンネ
ル状の構造物（フード状の構造物）も含まれる（以下、
これらを単に「トンネル」という）。

【００１０】また、ここでいう「圧損孔」は、上述した
従来技術に一般にみられる側面窓よりも開口量が小さな
孔であり、高速車両と覆体との間で発生する圧力波の効
果的な圧力損失を期待し得るものである。つまり、従来
の側面窓ではこの圧力波に対してそれほどの圧力損失を
付与することなく外部に放出することになるが、本緩衝
工では、一定以上の圧力損失を付与した「圧損孔」を比
較的多数設け、その一つ一つにより圧力波の急激な変動
を抑制する。そして、この「圧損孔」を、覆体の一端側
近傍においてはその周方向（又は幅方向）に比較的多数
設け、覆体の長手方向に沿って他端側に向けてその数を
徐々に減少させている。

【００１１】すなわち、例えば高速車両がトンネルに突
入する際、壁面のない覆体の手前（明かり区間）では圧
力損失及び圧力勾配が実質的にゼロであるのに対し、壁
面のあるトンネル区間では圧力損失が理論上無限大とな
り、その入口において圧力勾配が急峻に立ち上がること
になる。そこで、この明かり区間とトンネル区間との圧
力勾配の変化を緩和するために、圧損孔を複数設けたト
ンネル緩衝工により適度な圧力損失を付与する中間的な
状態を形成し、高速車両が徐々にトンネルに突入又は退
出するかのような効果を創出するのである。

【００１２】そして、この中間的な状態を徐々に変化さ
せて明かり区間とトンネル区間とを滑らかに接続するた
めに、まず覆体の開放部近傍に圧損孔を比較的多数配置
して圧力損失を比較的小さくし、圧力波（突入波）の圧
力勾配の急峻な立ち上がりを抑制する。そして、トンネ
ル出入口側に向けて圧損孔を漸減させることで徐々に圧
力損失を大きくし、トンネル出入口での圧力勾配の急変
を防止している。つまり、圧損孔を覆体の開放部側から
トンネルの出入口に向けて漸減することで、高速車両と
覆体との間で発生する圧力波の圧力損失を徐々に増大す
ることにより、トンネル出入口に向かってその圧力勾配
の変化を滑らかにしているのである。

【００１３】尚、高速車両がトンネルから退出する際に
は、トンネル出入口からトンネル緩衝工の開放部に向け
て圧損孔が漸増することになり、上記とは逆の作用を奏
し、高速車両と覆体との間で発生する圧力波の圧力損失
が徐々に減少することになるが、その圧力勾配の変化を
滑らかにしている点では同様である。

【００１４】かかる構成によれば、高速車両がトンネル
に突入又は退出する際の構造物の断面変化を小さくする
のと同様の効果を得ることができ、その結果、高速車両
による突入波又は退出波による上記低周波空気振動の発
生を解消又は抑制することができる。つまり、高速車両
が高速でトンネルに突入又は退出する際に発生する低周
波空気振動によるトンネル周辺民家の建具のがたつきの
問題を解決することができる。

【００１５】かかる緩衝工は、例えば請求項２に記載の
ように、高速鉄道用のトンネル緩衝工として構成される
と、その効果を特に顕著に発揮する。高速鉄道はトンネ
ルを走行する高速車両の中でも特に高速であり、高速に
なればなるほど車両周辺の圧力エネルギーが大きくな
り、トンネル出入り口周辺で低周波空気振動による影響
が生じやすいからである。特に走行速度が５００ｋｍ／
ｈ前後となるリニアモーターカー等の高速鉄道において
はこの問題が顕著になると考えられているため、逆に本
発明の効果が特に顕著に発揮されることになる。

【００１６】その際、請求項３に記載のように、上記圧
損孔による覆体壁面の開口率が上記一端近傍の最端部に
おいて１０〜２０％となるように形成され、他端側に向
けて漸減する構成とするのがより効果的である。後述す
る実施例でも述べるように、かかる開口率に設定した場
合に、低周波空気振動の抑制効果が特に効果的に発揮さ
れるからである。

【００１７】また請求項４に記載のように、上記圧損孔
は、覆体の一端近傍から他端近傍まで形成されているこ
とが望ましい。特に覆体のトンネル出入口近傍における
開口率を低率で保持する構成とすることで、前述の微気
圧波によるトンネル出口側での発波音の低減効果が大き
くなることが実験結果より判明したからである。

【００１８】かかる構成によれば、覆体の一端側で低周
波空気振動の問題を解決できるとともに、その他端側で
微気圧波による問題を同時に解決することができ、しか
も、圧損孔が他端側に向けて漸減されていく構成を有す
るため、両者の効果を連続的に滑らかに発揮させること
ができる。

【００１９】具体的には、覆体のトンネル出入口よりの
部分（例えば覆体の中央からトンネル出入口近傍までの
部分）の開口率を１％前後程度（好ましくは０．８％〜
０．９％）で保持すると、微気圧波によるトンネル出口
側での発波音の低減効果が大きくなることが実験結果よ
り判明している。

【００２０】また、各圧損孔で効果的な圧力損失を得る
ためには、その圧損孔を通る気流のレイノルズ数が一定
以上（１０００以上）となる必要がある。レイノルズ数
一定以上になると圧力損失係数が一定となるとなる実験
結果も得られている。このため、請求項５に記載のよう
に、圧損孔は、その孔径又は孔幅が、高速車両が覆体を
通過する際の各圧損孔での個々の圧力損失係数がほぼ一
定となる大きさを目安に形成するとよい。

【００２１】ただし、圧損孔が大きすぎると、圧損孔か
ら放射される圧力波が大きくなることが懸念されるた
め、例えば高速鉄道用の場合には、圧損孔の孔径又は孔
幅が、車両の平均断面スケールの１０分の１以下程度と
なることが望ましい。かかる事情を考慮すると、高速鉄
道用の緩衝工については、上記圧損孔の孔径又は孔幅が
１０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下程度になるように形成さ
れているのがよい。

【００２２】これは、高速鉄道用の緩衝工について上記
レイノルズ数を確保するためには、圧損孔の孔径又は孔
幅が１０ｍｍ程度の大きさがあれば十分であると考えら
れるからである。また、好適な圧力損失は、覆体の壁の
厚みと圧損孔の大きさ（孔径又は孔幅）との比によって
ほぼ決定されるところ、孔径又は孔幅が１０ｍｍより小
さいと、覆体の壁の厚みを小さくせざるを得ず、その場
合、覆体の強度が車両が通過する際等の変動圧力に十分
に耐え得ないからである。また、孔径又は孔幅が小さい
と所謂ホイッスル音が発生しやすく、騒音の問題が生じ
るためでもある。また、逆に１０００ｍｍより大きくす
ると圧損孔から放射される圧力波が大きくなるからであ
る。

【００２３】ただし、孔径又は孔幅が小さいと、それだ
け圧損孔の数を多く形成する必要が生じるため、緩衝工
の加工コストが嵩むといった問題がある。また、逆に孔
径又は孔幅が大きいと、特に圧損孔が覆体の上壁に設け
られた場合に、当該圧損孔への物の投げ込みや、覆体上
で作業する作業員の転落事故等の問題が発生することも
懸念される。このため、より好ましくは、孔径又は孔幅
が１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度に形成されている
のがよい。

【００２４】また、圧損孔のホイッスル音は、その周端
縁の形状にも大きく影響されることが分かっている。特
に覆体が鋼板等からなる場合には、圧損孔加工時のバリ
が残存していることが原因で発生することがある。そこ
で、請求項６に記載のように、上記圧損孔の周端縁に面
取りが施されていると、このような問題を回避すること
ができるので好ましい。

【００２５】また、請求項７に記載の緩衝工は、覆体の
一端に連結された囲い壁を備え、この囲い壁が、その側
壁が覆体の一端に向かって道床面から漸増するように形
成されている。かかる囲い壁を設ける技術自体は既に公
知の技術であるが、上記本願発明の構成と組み合わせる
ことにより、従来にない顕著な効果を発揮させることが
できる。

【００２６】すなわち、かかる構成では例えば鉄道車両
がトンネルに突入しようとする際に、徐々に囲い壁が大
きくなることで、鉄道車両と囲い壁との間の圧力波の圧
力勾配を徐々に高めていくことができる。そして鉄道車
両が覆体に達すると、圧損孔により好適な圧力損失を付
与して圧力波の圧力勾配を滑らかに高めつつトンネル区
間に至らせることができる。その結果、明かり区間とト
ンネル区間との圧力勾配の変化をさらに緩和することが
でき、低周波空気振動を更に効果的に解消又は抑制する
ことができるのである。

【００２７】ただし、その際、圧損孔が覆体の側壁にも
分布していると、孔の設けられていない囲い壁に連続し
て突然圧損孔が現れることになり、圧力波による圧力分
布に乱れが生じ、騒音や振動の原因となる虞がある。そ
こで孔の設けられていない囲い壁を備える場合には、請
求項８に記載のように、圧損孔が覆体の上壁主体に設け
られるのがよい。

【００２８】かかる構成によれば、囲い壁の上方は覆体
に向けてその空間が徐々に狭くなっていく形態を有する
ため、圧損孔を上壁に設けることで、あたかもその空間
が連続的に小さくなっていく状況を創出することがで
き、空力上非常に滑らかに接続することができる。その
結果、低周波空気振動の発生を一層効果的に解消又は抑
制することができる。

【００２９】また、圧損孔を上壁に設けることで、多少
の空気振動が残存したとしても、その回折効果により当
該空気振動を小さくすることができ、さらに高速車両の
走行音をも小さくすることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を図
面に基づいて説明する。本実施例は、本発明の緩衝工を
高速鉄道のトンネル緩衝工に構築したものであり、図１
は当該トンネル緩衝工の概略構成を表す斜視図である。

【００３１】図１に示すように、トンネル緩衝工１は、
全長約１００ｍ，幅約１４ｍ，高さ約７ｍの長尺状の覆
体１０からなり、その一端が開放部１０ａをなし、他端
がトンネルＴの出入口に連結されている。図２（ａ）に
トンネル緩衝工１の平面図を示すように、覆体１０は、
図示しない複数のＨ型鋼を格子状に連結して構成した長
方枠形状の骨組みに多数の鋼板２１とＰＣ板（プレスト
レスコンクリート板）２２を配設して構成されている。

【００３２】鋼板２１は、同図（ｂ）に示すように、長
さＬ１が約２ｍ,幅Ｗ１が約１ｍ，厚みｔ１が約９ｍｍ
の長方形状の本体を有し、その本体を厚み方向に貫通す
る複数の圧損孔３０を備える。この圧損孔３０は、トン
ネルＴに突入又はトンネルＴから退出しようとする高速
鉄道車両（本実施例ではリニアモーターカー：図示せ
ず）と覆体１０との間で発生する圧力波に好適な圧力損
失を付与するための孔である。本実施例において、この
圧損孔３０は、直径１００ｍｍの円孔に形成されてお
り、その周端縁には所謂ホイッスル音防止のための図示
しない面取りが施されている。

【００３３】ただし、この鋼板２１は、後述する開口率
の設定の都合上、圧損孔３０の数が異なる複数種類のも
のが存在する（本実施例では最大３２個、最小２個）。
一方、ＰＣ板２２は、同図（ｃ）に示すように、長さＬ
２が約２ｍ,幅Ｗ２が約１ｍ，厚みｔ２が約７０ｍｍの
長方形状の本体を有する。

【００３４】そして、同図（ａ）に示すように、覆体１
０の上壁１１は、これら鋼板２１（図中散点模様）及び
ＰＣ板２２（図中無模様）が一定の態様で複数隙間なく
配列されることにより構成され、覆体１０の両側壁１２
は、ＰＣ板２２のみが複数隙間なく配列されて構成され
ている。従って本実施例においては、トンネル緩衝工１
の上壁１１のみが多孔構造となっている。また、鋼板２
１及びＰＣ板２２は、覆体１０の開放部１０ａ側からト
ンネルＴの出入口に向けて圧損孔３０が漸減するよう
に、選択的に配列されている。

【００３５】尚、本実施例において、トンネル緩衝工１
のトンネル出入口側端部の一定領域（約１４ｍ）は段差
解消区間となっており、圧損孔３０が配置されていな
い。次に、覆体に設ける圧損孔の配置態様についての評
価について説明する。すなわち、発明者らは、高速車両
がトンネルに突入及び退出する際に発生する低周波空気
振動の対策に好適な圧損孔の配置態様を、数値解析及び
模型実験により検証している。以下、これらの結果につ
いて説明する。 ［数値解析結果］まず、トンネル緩衝工の覆体壁面に複
数の孔（圧損孔）を設け、その孔を覆体の一端側（緩衝
工口：開放部側）から他端側（トンネル出入口側）に向
けて漸減した場合を想定し、そのトンネル緩衝工の覆体
壁面の開口率分布と、圧力波低減効果との関係について
数値解析を行なった。

【００３６】具体的には、覆体の開口率が漸減する開口
率分布を有するトンネル緩衝工として、緩衝工口近傍の
最端部の開口率が異なるものを複数パターン設定し、そ
の各々について高速鉄道車両を突入させた場合の突入波
（圧力波）の圧力変動を解析した。図３は当該数値解析
の解析条件を表す説明図であり、図４はその解析結果を
表すグラフである。

【００３７】図３上段に高速鉄道車両を上からみた概念
図を示すように、本数値解析では、高速鉄道車両の偏心
走行を模擬し、トンネルの直径をＤとし、トンネル緩衝
工の全長をＬ（＝２５．０Ｄ）、空気振動の評価点を緩
衝工入口において偏心走行する高速鉄道車両から５．０
Ｄの位置とした。また、高速鉄道車両の走行速度は５０
０ｋｍ／ｈに設定した。そして、圧損孔を配置する多孔
壁の長さを、緩衝工入口からＬｐ（＝Ｌ／２＝１２．５
Ｄ）とし、この多孔壁として開口率分布の異なる４種類
のものを設定した。

【００３８】すなわち、図３下段に緩衝工入口からの距
離に対する開口率分布の関係を表すグラフを示すよう
に、緩衝工入口近傍の開口率βが１４．１％の多孔壁
（太い実線），２８．２％の多孔壁（破線），４２．
３％の多孔壁（点線），及び７．０５％の多孔壁
（一点鎖線）について数値解析を行なった。尚、当該グ
ラフの横軸は、緩衝工入口からの距離Ｘを多孔壁の長さ
Ｌｐとの比で表した無次元距離を表し、縦軸はその無次
元距離における開口率を表している。これらの多孔壁
は、いずれもその開口率が緩衝工入口からトンネル坑口
（出入口）へ向けて漸減するように設定されており、ト
ンネル緩衝工の中央（Ｘ＝Ｌｐ＝１／２Ｌ）にて開口率
がゼロになるように設定されている。

【００３９】図４は、高速鉄道車両が０．２Ｄの偏心走
行（トンネル緩衝工の中心から０．２Ｄの位置を走行）
していると想定した場合の圧力波の圧力変動の時系列デ
ータを表している。評価点は、前述したように緩衝工入
口位置（Ｘ＝０．０Ｄ）において高速鉄道車両から５．
０Ｄの位置である。横軸はその高速鉄道車両の先端部が
緩衝工入口を通過する時刻を０．０（ｓ）とした測定時
刻（ｓ）を表し、縦軸はその測定時刻における圧力変動
を表す。尚、本解析は、上述した多孔壁〜に加え、
比較例として圧損孔を全く設けない場合（開口無：細い
実線）についても行なった。尚、時刻（ｓ）については
負の値が存在するが、これは、高速鉄道車両がトンネル
緩衝工に突入する手前から圧力変動を解析していること
を意味する。

【００４０】同図から分かるように、いずれの場合も、
まず時刻０．１（ｓ）付近に負圧のピーク値があり、時
刻０．５（ｓ）付近に正圧のピーク値がある。これらの
ピーク値（振幅）は圧力波の大きさ（強さ）を意味する
ので、そのピーク値に着目すると、圧力低減効果の大き
いものから多孔壁（β＝１４．１），多孔壁（β＝
２８．２），多孔壁（β＝４２．３），多孔壁（β
＝７．０５），開口無（β＝０．０）の順になってい
る。従って、緩衝工入口近傍の開口率が１０〜２０％の
範囲で、最も圧力低減効果が得られることが判明した。 ［模型実験結果］続いて、上記数値解析の結果をふまえ
て模型実験を行った。図５の上段がトンネル緩衝工の模
型Ｍを表す平面図であり、右段がその断面図を、下段が
その側面図をそれぞれ表している。

【００４１】この模型Ｍは、実際のトンネル緩衝工１の
約１／３４モデルであり、鋼板を加工して作成した。当
該模型Ｍの覆体Ｍ１の全長Ｌは２９４１ｍｍであり、圧
損孔（図中点で示す）が配設された多孔壁部分の緩衝工
入口からの長さＬｐが１４７０ｍｍ（＝１／２Ｌ）にな
るように形成されている。また、その断面はトンネル模
型ｔ（直径Ｄ）の断面よりも大きくなっており、幅Ｗが
４４０ｍｍ，高さＨが２２０ｍｍに形成されている。そ
して、トンネル緩衝工からトンネルｔ内にわたって線路
Ｒが左右片側に偏心して敷設されており、この線路Ｒに
沿って図示しない高速鉄道模型を走行させることが可能
に構成されている。

【００４２】圧損孔としては直径１０ｍｍの円孔に形成
したものを多数設けた。その配置態様は同図に示す通り
であり、トンネル緩衝工の一端側から他端側に向けてそ
の数が漸減するように設定されている。具体的には、上
述した数値解析結果をふまえ、その解析結果が最も良好
であった緩衝工入口近傍の開口率が１４％のものと、そ
の比較例として開口率が４５％のものと、開口率がゼロ
（全閉）のものについて模型実験を行なった。また、本
模型実験では、さらに図６に示すように、開口率が１４
％の覆体Ｍ１の一端に一対の三角壁Ｓ（囲い壁）を連結
したトンネル緩衝工についても試験を行った。この三角
壁Ｓは、鋼板を仰角θ（本実施例では１５度）の直角三
角形に加工したものであり、その高さが覆体Ｍ１の高さ
Ｈに一致するように形成されている。つまり、当該三角
壁Ｓは、覆体Ｍ１の一端に向かって道床面から漸増する
ように形成されている。

【００４３】当該模型実験では、高速鉄道模型を線路Ｒ
に沿って約５００ｋｍ／ｈで走行させ、模型Ｍ及びトン
ネル模型ｔを通過させて行なった。圧力測定点（評価
点）は、その緩衝工入口の線路Ｒの中心から距離５．０
Ｄ（Ｄ：トンネルｔの直径）の位置とした。その結果を
図７に示す。同図（ａ）には全閉（開口率ゼロ）の実験
結果が示され、同図（ｂ）には緩衝工入口近傍の開口率
が４５％の実験結果が示されている。また、同図（ｃ）
には開口率が１４％の実験結果が示され、同図（ｄ）に
は開口率が１４％のものについて更に上記三角壁Ｓを設
置したものの実験結果が示されている。尚、各図の横軸
は測定時刻（ｓ）を表し、縦軸はその測定時刻における
圧力変動を表す。

【００４４】図７から分かるように、全閉のものについ
ては時刻０．４２（ｓ）付近及び時刻０．４３（ｓ）付
近に圧力のピーク値（エッジ部）が大きく表れている。
これに対し、開口率４５％のものについては、対応する
ピーク値の振幅は幾分小さくなっている。そして、開口
率が１４％になるとそのピーク値の振幅がより小さくな
り、さらに三角壁Ｓを設けたものについてはそのピーク
値の振幅がほとんどなくなっているのが分かる。尚、こ
れらのグラフは車両が高速で走行するため発生する車両
近傍の圧力エネルギー（圧力場）と緩衝工から発生する
空気振動が重なって計測された結果である。圧力エネル
ギー（圧力場）は走行速度と車両断面積等の要因で生じ
る現象で、トンネル緩衝工では完全に抑制することはで
きない。図７（ｄ）では空気振動は大幅に低減し、圧力
エネルギー（圧力場）による圧力変化に近い波形となっ
ている。

【００４５】すなわち、低周波空気振動は上記ピーク値
の大きさ（つまり圧力波の大きさ）によってもたらされ
るため、開口率を１４％とし更に三角壁Ｓを設けること
で、この低周波空気振動の問題が大きく抑制されること
が分かる。図２に戻り、以上のような数値解析結果及び
模型実験結果に基づき、本実施例のトンネル緩衝工１に
おいては、覆体１０の一端近傍の最端部における開口率
が１０〜２０％となるように鋼板２１（つまり圧損孔３
０）が配設され、他端部に向けて徐々に漸減するように
構成されている。

【００４６】以上に説明したように、本実施例のトンネ
ル緩衝工１によれば、トンネルＴに突入又はトンネルＴ
から退出しようとする高速鉄道車両と覆体１０との間で
発生する圧力波の圧力損失を調整する複数の圧損孔３０
を備え、この圧損孔３０が、覆体１０の一端側から他端
側に向けて漸減するように配設されている。

【００４７】このため、明かり区間とトンネル区間との
間で適度な圧力損失を付与する中間的な状態を形成する
ことができ、高速鉄道車両が徐々にトンネルＴに突入す
るかのような効果を創出することができる。つまり、圧
力波（突入波）の圧力勾配の急峻な立ち上がりを抑制し
て、その圧力勾配の変化を滑らかにすることができる。
その結果、高速鉄道車両の突入波による低周波空気振動
の発生を解消又は抑制することができ、トンネル周辺民
家の建具のがたつきの問題を解決することができる。

【００４８】尚、上記実施例では、高速鉄道車両がトン
ネルＴに突入する場合を例に説明をしたが、トンネルＴ
から退出する場合についても同様の効果を得ることがで
きる。すなわち、上記実施例の構成によれば、トンネル
出入口からトンネル緩衝工１の開放部１０ａに向けて圧
損孔３０が漸増することになり、上記とは逆の作用を奏
し、高速鉄道車両と覆体１０との間で発生する圧力波の
圧力損失が徐々に減少することになるが、その圧力勾配
の変化を滑らかにしている点では同様である。

【００４９】従って、高速鉄道車両がトンネルＴから退
出する場合についても、退出波による低周波空気振動の
発生を解消又は抑制することができ、その結果、トンネ
ル周辺民家の建具のがたつきの問題を解決することがで
きる。以上、本発明の実施例について説明したが、本発
明の実施の形態は、上記実施例に何ら限定されることな
く、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり
得ることはいうまでもない。

【００５０】例えば、上記実施例では、トンネル緩衝工
１の覆体１０として、長方形状の鋼板２１及びＰＣ板２
０を多数用いて構成した断面長方枠形状のものを示した
が、覆体はかかる形状に限られず、例えば断面半円形状
に形成することもできる。また、多数の鋼板やＰＣ板を
用いずに、例えば鉄筋コンクリート等により覆体を施工
した後、所定箇所に圧損孔を穿孔して構成することもで
きる。さらに、鋼板２１に対して円孔である圧損孔３０
を複数形成した例を示したが、圧損孔は、角孔等その他
の形状に形成することもできる。

【００５１】また、図２に示した上記実施例では、囲い
壁（三角壁Ｓに対応）については触れていなかったが、
模型実験からも分かるようにその圧力波低減の効果が良
好に現れることから、同様の三角壁を設けた構成とする
のが好ましい。また、上記模型実験においては、囲い壁
として仰角θが１５度の三角壁Ｓを設けた構成を示した
が、仰角θについては、３０度以下（好ましくは１５度
以下）であれば良好な効果が得られることが別の実験よ
り分かっている。

【００５２】さらに、上記実施例では、高速鉄道用のト
ンネル緩衝工について説明したが、鉄道車両以外の高速
車両用に構築してもよいことは勿論である。また、民家
密集地域に対する騒音対策や豪雪地域における雪対策と
して、明かり構造物（高架橋など）にトンネル状の構造
物（フード）の設置が想定できる。この場合、実際には
トンネルはないがトンネル坑口が存在するのと同様の状
況になる。当然、この場合についても多孔板を活用した
緩衝工の適用が可能となる（つまり、多孔板（上記実施
例においては鋼板２１）を活用した緩衝工はトンネルの
みに適用可能ではなく、同様の様相を呈する箇所に設置
することで本発明内容と同等の性能を発揮する）。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例にかかる緩衝工の概略構成を
表す斜視図である。

【図２】 実施例にかかるトンネル緩衝工の構成を表す
説明図である。

【図３】 実施例のトンネル緩衝工を構築するために行
なった数値解析の解析条件を表す説明図である。

【図４】 図３の数値解析の結果を表すグラフである。

【図５】 実施例のトンネル緩衝工を構築するために行
なった模型実験にかかる模型の説明図である。

【図６】 実施例のトンネル緩衝工を構築するために行
なった模型実験にかかる模型の説明図である。

【図７】 模型実験の結果を表すグラフである。

【図８】 従来技術の問題点を表す説明図である。

【符号の説明】

１・・・トンネル緩衝工、 １０・・・覆体、 ２１・
・・鋼板、２２・・・ＰＣ板、 ３０・・・圧損孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 覚 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 小川 隆申 東京都武蔵野市吉祥寺北町３−３−１ 成 蹊大学内 (72)発明者 若原 敏裕 東京都千代田区内幸町二丁目二番二号 株 式会社大崎総合研究所内 (72)発明者 田中 俊光 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５−５ 株 式会社神戸製鋼所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に開放部を有し、他端がトンネル構
   造物の出入口に連結された長尺状の覆体と、 該覆体の壁面に複数設けられ、前記トンネル構造物に突
   入又は該トンネル構造物から退出しようとする高速車両
   と該覆体との間で発生する圧力波の圧力損失を調整する
   圧損孔と、 を備えた緩衝工であって、 前記圧損孔は、前記覆体の一端側近傍においてその周方
   向に複数設けられるとともに、前記覆体の一端側から他
   端側に向けて漸減するように配設されたことを特徴とす
   る緩衝工。
2. 【請求項２】 高速鉄道用のトンネル緩衝工として構成
   されたことを特徴とする請求項１記載の緩衝工。
3. 【請求項３】 前記圧損孔による前記覆体の壁面の開口
   率が、前記一端近傍の最端部において１０〜２０％とな
   るように形成されたことを特徴とする請求項１又は請求
   項２に記載の緩衝工。
4. 【請求項４】 前記圧損孔が、前記覆体の一端近傍から
   他端近傍まで形成されていることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれかに記載の緩衝工。
5. 【請求項５】 前記圧損孔は、その孔径又は孔幅が、前
   記高速車両が前記覆体を通過する際の該圧損孔での個々
   の圧力損失係数がほぼ一定となる大きさに形成されたこ
   とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の緩衝
   工。
6. 【請求項６】 前記圧損孔の周端縁に、面取りが施され
   ていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
   の緩衝工。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の緩衝工
   において、さらに、 前記覆体の一端に連結された囲い壁を備え、 該囲い壁は、その側壁が該覆体の一端に向かって道床面
   から漸増するように形成されたことを特徴とする緩衝
   工。
8. 【請求項８】 前記圧損孔が、前記覆体の上壁に設けら
   れたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の
   緩衝工。