JP2016132928A - 緩衝工 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル構造物から放射される圧力波を低減してトンネル構造物周辺への悪影響を軽減する。
【解決手段】緩衝工１は、覆体２を備える。覆体２は、車両Ｃが走行可能な通路２ａを内部に有し、通路２ａの一端が外部に開放されるとともに通路２ａの他端がトンネルＴの坑口Ｔｂに接続される。覆体２は、通路２ａの他端の開口２ｃの寸法および形状が、トンネルＴの坑口Ｔｂと同一に形成されるとともに、通路２ａ内で生じた圧力波によって気体を外部に放出する圧損孔５が複数設けられる。圧損孔５による覆体２の開口率は、一端側（開口２ｂ側）から離れた部分に対して一端側（開口２ｂ側）が高くなるように設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル構造物に併設される緩衝工に関する。

例えば、新幹線などの高速で移動する車両が高速でトンネル構造物に突入すると、トンネル構造物内壁と車両との間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構造物内を伝播し、反対側の坑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。その結果として、周辺の環境に悪影響を及ぼすことがある。そのため、トンネル構造物から放射される圧力波を低減する技術が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。

特許文献１の緩衝工は、トンネル構造物に接続される覆体を備えている。この覆体の内部には、トンネル構造物と同様に車両の移動を確保するための通路が設けられている。特許文献１に示す通路の断面は、矩形状であり、トンネル構造物の坑道の断面よりも大面積に形成されている。このように、緩衝工の覆体内の通路をトンネル構造物の坑道よりも広くすると、覆体に車両が進入した際の圧力波を低減することが期待される。また、覆体には複数の圧損孔が設けられており、圧力波は圧損孔での圧力損失により弱められ、坑口から放射される微気圧波等を弱めるように作用している。

特開２００３−２７８４８８号公報

上述のような従来の技術にあっては、微気圧波等を弱めるものの、圧力波を効果的に低減する上で改善の余地がある。すなわち、緩衝工の覆体内の通路がトンネル構造物の坑道より広いと、緩衝工の内壁とトンネル構造物の内壁との間に段差が存在することになり、この段差の部分を車両が通過する際に圧力波を生じさせることになる。この圧力波は、車両が坑口に突入する際と同様にトンネル構造物内を伝播して反対側の坑口から微気圧波となって外部へ放射される。その結果、発破音の発生や、周辺の建築物などに振動を与えてしまい、トンネル構造物周辺の環境に悪影響を及ぼすことがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、トンネル構造物から放射される圧力波を低減してトンネル構造物周辺への悪影響を軽減することが可能な緩衝工を提供することを目的とする。

本発明の態様に係る緩衝工は、車両が走行可能な通路を内部に有し、通路の一端が外部に開放されるとともに通路の他端がトンネル構造物の坑口に接続される覆体を備え、覆体は、通路の他端の開口の寸法および形状がトンネル構造物の坑口と同一に形成されるとともに、通路内で生じた圧力波によって気体を外部に放出する圧損孔が複数設けられ、圧損孔による覆体の開口率は、一端側が一端側から離れた部分に対して高くなるように設定される。

また、上記した緩衝工において、覆体の通路の周壁とトンネル構造物の坑道の周壁とが平滑に連続してもよい。また、覆体は、一端側に第１圧力調整部が設定され、第１圧力調整部は、通路の周方向に圧損孔が複数設けられ、周方向に並ぶ圧損孔による覆体の開口率は、一端側から他端側に向かう方向において減少してもよい。また、第１圧力調整部の長さは、通路に沿った方向において１ｍ以上１００ｍ以下に設定されてもよい。

また、覆体は、第１圧力調整部の他端側に第２圧力調整部が設定され、圧損孔による第２圧力調整部の開口率は、圧損孔による第１圧力調整部の開口率よりも低くてもよい。また、第２圧力調整部において、圧損孔による第２圧力調整部の開口率は、一端側から他端側に向かう方向において均一に分布してもよい。第２圧力調整部の長さは、通路に沿った方向において１０ｍ以上５００ｍ以下に設定されてもよい。また、圧損孔は、覆体の外周面において、水平方向よりも上方に向けて形成されてもよい。

本発明の態様によれば、トンネル構造物から放射される圧力波を低減して、車両突入側のトンネル坑口周辺および車両出口側のトンネル坑口周辺を含めてトンネル構造物周辺への悪影響を軽減することができる。

実施形態に係る緩衝工の一例を示す図である。 多孔部材の配置の一例を示す図である。 覆体の断面を示す図である。 多孔部材を示す図である。 覆体の他の例を示す断面図である。 緩衝工の適用例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。図１は、本実施形態に係る緩衝工１の概観を示す図である。図１に示すように、緩衝工１は、車両Ｃが通るトンネルＴに接続されている。なお、本明細書において「トンネル構造物」には、一般にいうトンネルのみならず、トンネル状に形成された構造物（フード状の構造物）も含む意味で用いている。本実施形態では、トンネル構造物としてトンネルＴを例として示している。

車両Ｃは、新幹線などの高速鉄道の車両である。車両Ｃの運行時の平均速度は任意であり、例えば時速１００ｋｍ以上である。ただし、車両Ｃは、新幹線などの高速鉄道の車両に限定はなく、他の車両であってもよい。また、車両Ｃの駆動は、電気モータの他、他の駆動源が使用されてもよい。

トンネルＴは、その内部に車両Ｃが通る坑道Ｔａ（内部空間）を有する。図１において、トンネルＴは、複線の区間に設けられており、坑道Ｔａには複数（図１では２系統）の軌道Ｌｎが設けられている。トンネルＴは、車両Ｃが出入りする坑口Ｔｂを有する。坑口Ｔｂは、坑道Ｔａの端の開口に相当する。なお、図１では軌道Ｌｎが複線（２系統）の例を示しているが、軌道Ｌｎが単線（１系統）であってもよい。また、単線の場合、上りまたは下りのいずれかの専用として用いる場合の他に、上り及び下りの双方に使用する場合がある。

以下、図１などに示すＸＹＺ直交座標系を適宜参照しつつ、要素の位置関係などを説明する。このＸＹＺ直交座標系において、Ｙ軸方向は、トンネルＴの坑口Ｔｂにおける軌道Ｌｎに平行な方向である。また、Ｙ軸方向に直交する水平方向をＸ軸方向、鉛直方向をＺ軸方向とする。ここでは、説明の便宜上、軌道Ｌｎは水平方向に延びているものとするが、登り又は下りの傾斜面上に設けられていてもよい。また、ＸＹＺ直交座標系において矢印の方向を＋方向とし、反対方向を−方向として説明する場合がある。

緩衝工１は、軌道Ｌｎを覆う中空構造の覆体２を備える。図１において、覆体２は、軌道Ｌｎとほぼ平行な方向（Ｙ軸方向）に延びる半円筒状である。覆体２は、その内部に、車両Ｃが走行可能な通路２ａを有する。通路２ａは、覆体２の内部空間であり、通路２ａの床面上には軌道Ｌｎが敷設されている。

通路２ａの一端（−Ｙ側）は、覆体２の開口２ｂになっており、外部に開放されている。通路２ａの他端（＋Ｙ側）は、覆体２の開口２ｃになっており、トンネルＴの坑口Ｔｂに接続されている。図１のように複線の区間に設けられる緩衝工１において、開口２ｂは、例えば往路では覆体２の進入口に相当し、復路では覆体２の退出口に相当する。すなわち、往路において、車両Ｃは、開口２ｂを通って覆体２の通路２ａに進入し、通路２ａを走行した後に、開口２ｃを通ってトンネルＴの坑道Ｔａに進入する。また、復路において、車両Ｃは、トンネルＴの坑道Ｔａから開口２ｃを通って覆体２の通路２ａに進入し、通路２ａを走行した後に、開口２ｂを通って覆体２から退出する。

開口２ｃは、寸法および形状がトンネルＴの坑口Ｔｂと同一である。この同一は、実質的に同一を含む意味で用いられる。寸法および形状が実質的に同一とは、形成または製造の公差、伸縮や欠けなど経時的な変化量を誤差範囲として、誤差範囲内に収まることをいう。ここで、トンネルＴの幅の半分を、トンネルＴの断面の代表寸法とする。代表寸法は、トンネルＴの半径あるいは高さに相当し、例えば７ｍから１０ｍ程度である。また、軌道Ｌｎが単線の場合は、トンネルＴの断面寸法は、例えばトンネルＴの半径が３ｍから５ｍ程度である。上記の誤差範囲は、例えば代表寸法の数％以下（例えば、１％以下、２％以下、３％以下、４％以下など）に設定される。すなわち、トンネルＴの幅の半分が１０ｍ程度である場合に、誤差範囲が１％とすれば、例えば±１０ｃｍ以下に設定される。

開口２ｃの縁は、覆体２を軌道Ｌｎが延びる方向（Ｙ軸方向）から見通した場合にトンネルＴの坑口Ｔｂの縁とズレ（段差）がないように、形成されている。開口２ｃの縁は、軌道Ｌｎと直交する２方向（Ｘ軸方向およびＺ軸方向）のそれぞれにおいて、トンネルＴの坑口Ｔｂの縁と実質的に一致している。本実施形態において、覆体２の端とトンネルＴの端との継ぎ目は、覆体２の内周面２ｄ（通路２ａの周壁）とトンネルＴの内周面Ｔｃ（坑道Ｔａの周壁）とが平滑に連続するように、コンクリートなどの充填材で充填されてもよい。このように、緩衝工１は、覆体２の内部からトンネルＴの内部へ流れる気体の乱れが抑制されるように、設けられている。これにより、車両Ｃ突入側の坑口Ｔｂ周辺の環境に与える影響を小さくすることができ、さらに車両Ｃ出口側の坑口周辺の環境に与える影響を軽減することができる。

本実施形態において、外部へ開放されている開口２ｂは、その形状が開口２ｃと相似であり、その寸法が開口２ｃと実質的に同一である。つまり、開口２ｂは、その寸法および形状がトンネルＴの坑口Ｔｂと実質的に同一である。ただし、開口２ｂの寸法及び形状が開口２ｃと同一であることに限定されず、開口２ｂは、その形状と寸法の一方または双方が開口２ｃと異なっていてもよい。

ところで、覆体２に車両Ｃが進入すると、覆体２の通路２ａに圧力波が発生する。本実施形態において、覆体２は、通路２ａを伝播する圧力波の圧力勾配を緩和させる第１圧力調整部３、および通路２ａを伝播する圧力波の圧力を減少させる第２圧力調整部４を有している。第１圧力調整部３は、覆体２のうち外部に開放されている端側に設定されている。すなわち、第１圧力調整部３は、覆体２のうちトンネルＴと反対側の開口２ｂ側に配置される。第１圧力調整部３は、車両Ｃの先端部が覆体２に進入したときに発生する圧力波の圧力勾配が、圧力波の伝播に伴って急峻になることを抑制する。

第２圧力調整部４は、第１圧力調整部３とＹ軸方向に連続して形成されており、覆体２においてトンネルＴ側に設定されている。第２圧力調整部４は、第１圧力調整部３とトンネルＴとの間に配置される。第２圧力調整部４は、覆体２の通路２ａを車両Ｃが走行している間に車両Ｃの先端部で圧縮される圧力波を減衰させる。すなわち、第２圧力調整部４は、圧力波の圧力のピーク値を低減させる。なお、第１圧力調整部３及び第２圧力調整部４は双方とも覆体２内で生じた圧力波を減衰させるが、第１圧力調整部３は、第２圧力調整部４と比較して、通路２ａに形成される圧力波の圧力勾配を緩和させる。

第１圧力調整部３の長さは、通路２ａに沿う方向において、例えば１ｍ以上１００ｍ以下に設定されてもよく、また１００ｍよりも長くてもよい。第１圧力調整部３の長さとして１ｍ確保することにより圧力波の圧力勾配を緩和させることが可能となる。なお、第１圧力調整部３を長くすることにより、圧力波の圧力勾配を緩和する効果が大きくなる。また、第２圧力調整部４の長さは、通路２ａに沿う方向に、例えば１０ｍ以上５００ｍ以下に設定されてもよく、また５００ｍよりも長くてもよい。第２圧力調整部４の長さとして１０ｍ確保することにより、圧力波を減衰させることが可能となる。なお、第２圧力調整部４を長くすることにより、圧力波を減衰させる効果が大きくなる。第１圧力調整部３の長さ、及び第２圧力調整部４の長さを合わせると、例えば数十ｍから数百ｍに設定される。この長さは、車両Ｃの速度に応じて変更してもよい。また、覆体２の長さは、車両Ｃの速度に応じて設定され、この覆体２の長さに応じて第１圧力調整部３の長さ、及び第２圧力調整部４の長さが設定されてもよい。

第１圧力調整部３および第２圧力調整部４には、それぞれ、通路２ａ内で生じた圧力波によって気体を外部に放出する圧損孔５が設けられている。圧損孔５には、通路２ａを伝播する圧力波の圧力と覆体２の外部の圧力（大気圧）との圧力差によって、気体が流れる。圧損孔５については、後に図４などを参照しつつ説明するが、圧損孔５は多孔部材６に設けられており、この多孔部材６が覆体２の外周面２ｅに取り付けられている。

多孔部材６は、覆体２の外周面２ｅのうち鉛直方向（＋Ｚ軸方向）に最も突き出ている部分を含む天頂部において、覆体２の長手方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。第１圧力調整部３において、多孔部材６は、覆体２の周方向すなわちＹ軸方向を中心とした回りにも複数配置されている。

図２は、多孔部材６の配置例を示す平面図である。図２においてＸ軸方向に並ぶ多孔部材６は、図１において覆体２の周方向に並ぶ多孔部材６に対応する。本例の第１圧力調整部３において、開口２ｂ側の端部にはＸ軸方向に９つの多孔部材６が並んでおり、このような９つの多孔部材６を含む列７ａがＹ軸方向に５列並んでいる。列７ａよりも開口２ｃに近づく側には、Ｘ軸方向に７つの多孔部材６が並ぶ列７ｂが配置されている。列７ｂは、Ｙ軸方向に５列並んでいる。列７ｂよりも開口２ｃに近づく側には、Ｘ軸方向に５つの多孔部材６が並ぶ列７ｃが配置されている。列７ｃは、Ｙ軸方向に６列並んでいる。列７ｃよりも開口２ｃに近づく側には、Ｘ軸方向に３つの多孔部材６が並ぶ列７ｄが配置されている。列７ｄは、Ｙ軸方向に３列並んでいる。

このように、第１圧力調整部３には、Ｘ軸方向に複数の多孔部材６が並ぶ列７ａ〜列７ｄが配置されている。第１圧力調整部３において、列７ａ〜列７ｄの各列に含まれる多孔部材６の数は、開口２ｃに近づく側に配置されている列であるほど、少なくなる。Ｘ軸方向に並ぶ多孔部材６の数は、開口２ｂから開口２ｃに向かう方向において、段階的に減少している。第１圧力調整部３における多孔部材６の密集度は、開口２ｂに近づく側において開口２ｃに近づく側よりも高い。なお、多孔部材６の大きさは同一であることに限定されず、設置する場所に応じて異なってもよい。さらに、多孔部材６に形成される圧損孔５（図４参照）の数や大きさも設置する場所によって異なってもよい。

また、第２圧力調整部４において、多孔部材６は、覆体２の周方向に所定の数（図２では１つ）だけ配置されており、この所定の数は通路２ａに沿う方向において一定である。すなわち、第２圧力調整部４における多孔部材６の密集度は、開口２ｂから開口２ｃに向かう方向において、ほぼ均一である。なお、上述したような、Ｘ軸方向（覆体２の周方向）に配置される多孔部材６の数は一例であり、適宜変更できる。また、本実施形態では、第２圧力調整部４として、覆体２の天頂部に多孔部材６を並べているが、天頂部以外の例えば側面に多孔部材６を並べたものでもよい。また、第２圧力調整部４として、多孔部材６をＹ軸方向に２列以上配置してもよい。この場合、いずれかの列は蓋をしておき、後に多孔部材６と取り換えることで第２圧力調整部４の開口率を調整してもよい。

図３は、図２のＡ−Ａ’線における覆体２の断面を示す図である。図４は、多孔部材６を示す図である。覆体２は、軌道Ｌｎの上方および側方を覆っており、外部と仕切られた空間（通路２ａ）を形成する。

図３において、覆体２は、セグメント９Ａおよびセグメント９Ｂを備える。セグメント９Ａおよびセグメント９Ｂは、覆体２をその長さ方向に直交する幅方向に分割したものである。セグメント９Ａおよびセグメント９Ｂは、例えば、プレキャスト工法を利用してコンクリートで形成される。覆体２は、工場などで形成されたセグメント９Ａおよびセグメント９Ｂを、覆体２の設置場所で連結したものである。

図３において、セグメント９Ｂは、覆体２の幅方向の中心線（中央）に関して、セグメント９Ａと対称的な形状である。セグメント９Ａとセグメント９Ｂとの連結部９Ｃは、覆体２において鉛直上方に最も突き出た天頂部になっている。ここでは、セグメント９Ａの構造について代表的に説明し、セグメント９Ｂの構造の説明を簡略化あるいは省略する。

セグメント９Ａは、隔壁１１を有する。隔壁１１の内周面は、覆体２の内周面２ｄに相当する。覆体の内周面２ｄは、ＸＺ平面において円弧状に湾曲しており、Ｙ軸方向に直線的に延びている。隔壁１１の外周面は、覆体２の外周面２ｅに相当する。覆体２の外周面２ｅは、ＸＺ平面において概ね円弧状に湾曲しており、Ｙ軸方向に直線的に延びている。外周面２ｅには、外部に向かって凸の突起部１１ａが形成されている。この突起部１１ａは、覆体２の長さ方向に延びている。また、図２では図示しないが、このような突起部は、覆体２の外周面２ｅの周方向にも形成されている。この突起部は、外周面２ｅの周方向に延在しており、Ｙ軸方向に所定間隔で形成される。これら突起部１１ａ等は、覆体２の強度を確保するためのリブとして機能する。なお、突起部１１ａを設けるか否かは任意であり、突起部１１ａを設けなくてもよい。

隔壁１１の内部には、ワイヤ１０（図３ではワイヤ１０を点線にて表記している。）を通すための空洞１１ｃが形成されている。空洞１１ｃは、隔壁１１の周に沿うように形成されている。空洞１１ｃは、Ｙ軸方向に所定間隔で形成されている。空洞１１ｃは、隔壁１１の下端部にて外部に開放されている。ワイヤ１０の一端は、隔壁１１の下端部において空洞１１ｃから引き出されている。このワイヤ１０の一端は、例えばネジ溝が形成されており、覆体２の土台となる基礎１２に形成された貫通孔１２ａに差し込まれてナット１０ａを締結させることにより基礎１２に固定されている。

また、セグメント９Ａの空洞１１ｃは、セグメント９Ｂの空洞１１ｃに通じており、連結部９Ｃの突起部１１ａの内部を介して外部に開放されている。ワイヤ１０の他端は、連結部９Ｃにおいて空洞１１ｃから引き出されている。このワイヤ１０の他端は、例えば上記と同様にネジ溝が形成されており、このネジ溝にナット１０ａを締結させることでセグメント９Ｂの突起部１１ａに固定されている。

このように、ワイヤ１０は、セグメント９Ａの空洞１１ｃを介して、その一端が基礎１２に固定されるとともに他端がセグメント９Ｂと固定される。ワイヤ１０は、２つのナット１０ａの一方または双方を締めることによりワイヤ１０に対して所定のテンションが掛けられている。セグメント９Ａは、ワイヤ１０のテンションによって基礎１２に押し付けられ、基礎１２と固定される。また、セグメント９Ａは、ワイヤ１０のテンションによってセグメント９Ｂに押し付けられ、セグメント９Ｂと固定される。

なお、図３において、ワイヤ１０は、隔壁１１の内部の空洞１１ｃを引き回されているが、隔壁１１の外周面を引き回されていてもよい。例えば、隔壁１１の外周面に溝が形成されており、ワイヤ１０をこの溝の内側に這わせてもよい。ワイヤ１０は、例えば鋼線であるが、磁界への影響などを考慮して非磁性体材料で形成されていてもよい。

隔壁１１には、貫通孔１１ｂが設けられている。貫通孔１１ｂは、隔壁１１のうち空洞１１ｃが通っていない位置に、形成されている。貫通孔１１ｂは、隔壁１１の突起部１１ａの間に配置されている。貫通孔１１ｂは、隔壁１１を貫通しており、覆体２の内部空間（通路２ａ）に通じている。

多孔部材６は、貫通孔１１ｂを覆うように配置されている。多孔部材６の外形寸法は、例えば、貫通孔１１ｂの開口寸法よりも大きく設定される。これにより、多孔部材６が通路２ａに落下することが抑制される。多孔部材６は、貫通孔１１ｂの外側に張り出した部分を有し、この部分が隔壁１１にボルトなどで固定されている。多孔部材６は、交換可能に固定されていてもよいし、交換不能に固定されていてもよい。覆体２の上部に配置される多孔部材６は、隔壁１１の突起部１１ａの間に配置されている。そのため、多孔部材６は、隔壁１１との固定が外れた場合に、突起部１１ａに引っかかることで滑落が抑制される。

多孔部材６は、例えば、鋼板を母材として所定形状の複数の開口が設けられたものであり、この開口が圧損孔５として用いられる。圧損孔５は、多孔部材６の表裏両面を連通する。すなわち、圧損孔５は、隔壁１１の貫通孔１１ｂを介して、通路２ａに面した状態となっている。圧損孔５は、覆体２の内周面２ｄから外周面２ｅに向かうにつれて水平方向よりも上方を向くように形成される。

なお、圧損孔５は、図３の例において覆体２の内周面２ｄから外周面２ｅにわたって一定の内径に形成されるが、その形状は適宜変更できる。例えば、圧損孔５は、外周面２ｅ側の内径が内周面２ｄ側の内径より広くなるように形成されてもよい。また、圧損孔５は、外周面２ｅ側の内径が内周面２ｄ側の内径より狭くなるように形成されてもよい。また、圧損孔５の内周面２ｄ側の縁部を曲面状に形成させ、水滴等が圧損孔５の内周面２ｄ側に滞留させないようにしてもよい。

ところで、覆体２に車両Ｃが進入すると、通路２ａに圧力波が生じる。通路２ａに圧力波が生じると、通路２ａと隔壁１１の外部（大気）との圧力差により、圧損孔５に気体が流れる。圧損孔５を流れた気体は、例えば圧損孔５での圧力損失によって運動量が減少する。このようにして、圧力波はエネルギーが消費され、減衰する。

図４に示すように、多孔部材６は、例えば矩形板状である。図４の圧損孔５は、多孔部材６に格子状に配置されている。多孔部材６において圧損孔５が並ぶ２方向のうち１つの方向は、軌道Ｌｎの長さ方向（Ｙ軸方向）に対応し、もう１つの方向は軌道Ｌｎに垂直な方向（Ｘ軸方向およびＺ軸方向）に対応する。なお、図４の圧損孔５は、正方格子状に配列されているが、三角格子状（千鳥格子状）に配列されていてもよく、不規則に配列されていてもよい。

圧損孔５の内径および数は、圧損孔５を通る流れに生じる圧力損失が圧力波を減衰させる上で有意な値となるように、設定される。圧損孔５の内径および数は、例えば、通路２ａを伝播する圧力波の情報、覆体２の外部の圧力（大気圧）の情報などに基づいて設定される。上記の圧力波の情報は、例えば、模型試験や数値シミュレーションなどにより得られ、また実際の緩衝工での計測によっても得られる。また、圧損孔５の内径は、多孔部材６の厚さ、落石などの異物の通路２ａへの進入防止、作業員の転落防止なども考慮して設定される。圧損孔５の内径は、例えば１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下に設定される。圧損孔５の内径を３００ｍｍ以下とすることにより、大きなゴミ等が覆体２内に入り込むことや、作業員の転落等を回避できる。また、複数の圧損孔５は、内径が同一であることに限定されず、異なる内径に形成されてもよい。

次に、圧損孔５による覆体２の開口率の分布について説明する。図２に示したように多孔部材６は離散的に設けられており、また、図４に示したように多孔部材６において圧損孔５は離散的に設けられている。そこで、本実施形態においては、圧損孔５が設けられているＹ軸方向の各位置における開口率を覆体２の局所的な開口率とする。このような局所的な開口率を、圧損孔５が設けられているＹ軸方向の位置に対してプロットすることにより、開口率分布が得られる。

ここでは、Ｙ軸方向において、開口２ｂからｎ番目に配置されている圧損孔５の中心の位置をＹｎ（図４参照）とする。位置Ｙｎにおける覆体の外周面２ｅの周長Ｌ［ｍ］、圧損孔５のＹ軸方向の幅（図４参照）をＢ［ｍ］とすると、位置Ｙｎにおける覆体の外周面２ｅの面積は、Ｌ×Ｂ［ｍ^２］で代表的に表される。また、位置Ｙｎを中心としてＹ軸方向の幅がＢの範囲に存在する圧損孔５の開口面積をＳ［ｍ^２］とすると、位置Ｙｎにおける開口率α［％］は、α＝Ｓ／（Ｌ×Ｂ）×１００で表される。なお、圧損孔５の開口面積Ｓは、位置Ｙｎに配置される圧損孔５の開口面積の総和である。例えば、位置Ｙｎにｍ個の圧損孔が配置されており、圧損孔５の内径が同じである場合に、Ｓ＝π／４×Ｂ^２×ｍである。

図２に示した第１圧力調整部３において、圧損孔５の内径は複数の圧損孔５で同じ値に設定されている。また、Ｘ軸方向に並ぶ圧損孔の数は、開口２ｂから開口２ｃに向かう方向において次第に減少する。そのため、第１圧力調整部３において、開口面積Ｓは開口２ｂから開口２ｃに向かって次第に減少する。また、第１圧力調整部３において、覆体２の外周面２ｅの周長Ｌは均一であり、局所的な開口率αは開口２ｂから開口２ｃに向かって次第に減少する。第１圧力調整部３において、開口率αは、最も開口２ｂの近くに配置されている圧損孔５の位置で最大値になる。第１圧力調整部３における開口率αは、開口２ｂから＋Ｙ方向に沿って例えば５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％など、から３％、２％、１．５％、１％、０．５％など、まで徐々に減少するように設定される。これにより、第１圧力調整部３において圧力波を十分に減衰させることができる。なお、開口率αは、覆体２の強度を確保する数値に設定されてもよい。また、第１圧力調整部３における＋Ｙ側の開口率αは、後述する第２圧力調整部４の開口率αと一致させてもよい。

また、図２に示した第２圧力調整部４において、圧損孔５の内径は複数の圧損孔５で同じ値に設定されており、Ｘ軸方向に配置される圧損孔５の数は均一である。すなわち、第２圧力調整部４において、開口面積ＳはＹ軸方向において均一である。また、第２圧力調整部４において、覆体２の外周面２ｅの周長は均一であり、局所的な開口率αは均一である。第２圧力調整部４における開口率αは、例えば３％、２％、１．５％、１％、０．５％など、に設定される。これにより、圧力波を効果的に減衰させ、かつ覆体２の天頂部分の強度を確保できる。ただし、これに限定されず、第２圧力調整部４における開口率αを０．５％以上５％以下の任意の数値に設定してもよい。第２圧力調整部４の開口率αがこの範囲に設定されている場合においても、第２圧力調整部４において圧力波が効果的に減衰する。なお、第２圧力調整部４における平均的な開口率は、例えば、第１圧力調整部３における平均的な開口率よりも低く設定される。

このように、圧損孔５による覆体２の開口率αは、外部に開放されている一端側（開口２ｂ側）が、一端側から離れた部分に対して高くなるように設定されている。第１圧力調整部３および第２圧力調整部４を含む部分に着目すると、本実施形態における圧損孔５による覆体２の開口率は、一端側が、一端側から離れた部分に対して高くなるように設定されている。また、第１圧力調整部３のみに着目しても、本実施形態における圧損孔５による覆体２の開口率は、一端側が一端側から離れた部分に対して高くなるように設定されている。

上述のような本実施形態に係る緩衝工１は、覆体２の開口２ｃの形状および寸法がトンネルＴの坑口Ｔｂと実質的に同一であるので、覆体２とトンネルＴとの継ぎ目を車両Ｃが通過する際に圧力波が生じにくい。結果として、トンネルに発生する圧力波が低減され、トンネルＴから放射される微気圧波が弱くなる。そのため、トンネルから放射される微気圧波に起因する発波音や振動が低減され、周辺の環境に悪影響を及ぼすことが軽減あるいは防止される。

また、本実施形態においては、第１圧力調整部３において、通路２ａの周方向に並ぶ圧損孔５による覆体２の開口率は、開口２ｂから開口２ｃに向かう方向において減少している。そのため、第１圧力調整部３を走行する車両Ｃの周囲の流れの状態は、覆体２に進入前の車両Ｃの周囲の流れの状態と、トンネルＴを走行する車両の周囲の流れの状態との中間的な状態になる。結果として、車両Ｃの周囲の流れの状態が急激に変化することが抑制され、第１圧力調整部３における圧力波の発生が抑制される。

また、通路２ａに発生した圧力波は、第１圧力調整部３に設けられた圧損孔５での圧力損失により圧力の勾配が緩和される。そのため、トンネルＴから外部へ放射される微気圧波が低減される。なお、第１圧力調整部３からトンネルＴへ向かう圧力波は、車両Ｃの走行に伴って圧縮される。本実施形態においては、第１圧力調整部３よりも車両Ｃの進行方向の前方に第２圧力調整部４が設けられているので、圧力波の圧縮を緩和できる。結果として、トンネルＴの坑道を伝播する圧力波の圧力のピーク値が低減され、トンネルＴから外部へ放射される微気圧波が低減される。

ところで、車両Ｃの走行により発生する音は、圧損孔５を介して覆体２の外部に漏れることがある。この音は、例えばトンネルＴの周辺に居住区域がある場合などには、騒音になりえる。本実施形態において、圧損孔５は、水平方向よりも上方を向いているので、圧損孔５から漏れた音が水平方向に伝わりにくい。このように、圧損孔５から外部へ伝わる音に指向性をもたせ、居住区域と異なる方向へ伝播させることにより、この音が騒音として知覚されることを回避できる。

なお、図３において、覆体２は、周方向に２つのセグメント（セグメント９Ａおよびセグメント９Ｂ）を連結した構造であるが、周方向のセグメントの数が３以上であってもよいし、分割されていなくてもよい。また、図３に示すものではワイヤ１０を用いてセグメント９Ａおよびセグメント９Ｂの連結や、基礎１２への固定を行っているが、これに限定されず、例えばボルト及びナットを用いて両者間を連結させてもよい。また、Ｙ軸方向にセグメントが分割される場合、Ｙ軸方向の連結についてもワイヤ１０を用いる手法やボルト及びナットを用いる手法が適用されてもよい。また、覆体２は、プレキャスト工法以外の方法により形成されたものであってもよい。このように、覆体２の構造は、図３の例に限定されず、適宜変更できる。以下、覆体２の他の例について説明する。

図５は、覆体２の他の例を示す断面図である。図５の覆体２は、鋼材を連結した骨格２０に隔壁１１を設けたものである。骨格２０は、基礎１２に一端を固定されるアーチ状の構造部材２１、及び構造部材２１と連結された構造部材２２を含む。このアーチ状の構造部材２１は、軌道Ｌｎの長さ方向に周期的に設けられる。構造部材２２は、軌道Ｌｎの長さ方向に延びる梁状である。軌道Ｌｎの長さ方向に並ぶアーチ状の構造部材２１は、構造部材２２により互いに連結されている。骨格２０は、構造部材２１および構造部材２２により格子状（網目状）に形成されている。隔壁１１は、例えば骨格２０の周りに設けられる型枠にコンクリートを打設することで、形成される。なお、覆体２は、フレーム状の骨格２０に、隔壁１１としてプレキャストコンクリート板あるいはプレストレストコンクリート板をボルト等で取り付けた構造であってもよい。

次に、緩衝工１の適用例について説明する。図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、それぞれ、緩衝工１の適用例を示す図である。

図６（Ａ）に示すトンネルＴは、図１に示したように複線の区間に設けられている。トンネルＴは、一方の坑口Ｔｂおよび他方の坑口Ｔｄを有する。緩衝工１Ａは、第１の覆体２Ａおよび第２の覆体２Ｂを備える。第１の覆体２Ａは、トンネルＴの一方の坑口Ｔｂに接続されている。第２の覆体２Ｂは、トンネルＴの他方の坑口Ｔｄに接続されている。第１の覆体２Ａおよび第２の覆体２Ｂは、それぞれ、第１圧力調整部３と第２圧力調整部４とを含んでいる。

車両Ｃ（図１参照）は、往路において、第１の覆体２Ａを通ってトンネルＴに進入し、トンネルＴを走行した後に第２の覆体２Ｂを通る。車両Ｃが第１の覆体２Ａを走行する際に発生する圧力波は、第１の覆体２Ａの第１圧力調整部３によって圧力勾配が緩和され、また第２圧力調整部４により圧力のピーク値が低減される。また、車両ＣがトンネルＴを走行時に発生する圧力波（圧縮波）は、第２の覆体２Ｂにより低減される。なお、復路においても同様に、トンネルＴの走行時に発生する圧力波は、第１の覆体２Ａにより低減される。そのため、本適用例においては、トンネルＴが長い場合であっても、トンネルＴから放射される微気圧波を効果的に低減できる。

なお、第１の覆体２Ａの第２圧力調整部４と第２の覆体２Ｂの第２圧力調整部４の一方または双方は、例えばトンネルＴの長さに応じて、省略可能である。例えば、トンネルＴの長さが比較的短い場合には、トンネルＴで発生する圧縮波のレベルは、周辺の環境に悪影響を及ぼさない程度に小さいことがある。このような場合には、坑口Ｔｂ側と坑口Ｔｄ側の片方のみに第２圧力調整部４を設けてもよいし、坑口Ｔｂ側と坑口Ｔｄ側の双方に第２圧力調整部４を設けなくてもよい。

また、坑口Ｔｂ側と坑口Ｔｄ側の一方において、第２圧力調整部４の設置スペースを確保しにくい場合もある。このような場合には、坑口Ｔｂ側と坑口Ｔｄ側のうち設置スペースを確保しにくい方の第２圧力調整部４の長さを、もう一方の第２圧力調整部４の長さよりも短くしてもよい。また、坑口Ｔｂ側と坑口Ｔｄ側のうち設置スペースを確保しにくい方の坑口に第２圧力調整部４を設けなくてもよい。この場合に、もう一方の坑口に設けられる第２圧力調整部４の長さをトンネルＴの長さに応じて調整することで、トンネルＴから放射される微気圧波を効果的に低減できる。

図６（Ｂ）に示す適用例の区間は、第１のトンネルＴ１および第２のトンネルＴ２を経由している。第１のトンネルＴ１と第２のトンネルＴ２との間の区間は、明かりフードと呼ばれることがある。本適用例の緩衝工１Ｂは、明かりフードの少なくとも一部に、覆体を設けたものである。

緩衝工１Ｂは、第１の覆体２Ｃ、第２の覆体２Ｄ、及び第３の覆体２Ｅを備える。第１の覆体２Ｃは、第１のトンネルＴ１の坑口Ｔｂに接続されている。第２の覆体２Ｄは、中間緩衝工等と称され、第１のトンネルＴ１の坑口Ｔｄと第２のトンネルＴ２の坑口Ｔｅとを接続している。なお、第２の覆体２Ｄは、明かりフードの一部のみに設けられていてもよい。第２の覆体２Ｄには、内部への採光のために、例えば透明または半透明の板材が所定間隔で配置されてもよい。第３の覆体２Ｅは、第２のトンネルＴ２の坑口Ｔｆに接続されている。

本適用例において、第１の覆体２Ｃおよび第３の覆体２Ｅは、それぞれ、第１圧力調整部３および第２圧力調整部４を含んでいる。また、第２の覆体２Ｄは、第２圧力調整部４を含んでいるが第１圧力調整部３を含んでいない。

車両Ｃ（図１参照）は、往路において、第１の覆体２Ｃを通って第１のトンネルＴ１に進入し、第１のトンネルＴ１を走行した後に第２の覆体２Ｄを通る。そして、車両Ｃは、第２の覆体２Ｄを走行した後に第２のトンネルＴ２に進入し、第２のトンネルＴ２を走行した後に第３の覆体２Ｅを通る。

車両Ｃが第１の覆体２Ｃを走行する際に発生する圧力波は、第１の覆体２Ｃの第１圧力調整部３によって圧力勾配が緩和され、また第２圧力調整部４により圧力のピーク値が低減される。また、車両Ｃが第１のトンネルＴ１を走行時に発生する圧力波（圧縮波）は、第２の覆体２Ｄにより低減される。また、車両Ｃが第２のトンネルＴ２を走行時に発生する圧力波（圧縮波）は、第３の覆体２Ｅにより低減される。このように、本適用例においては、第２のトンネルＴ２から放射される圧力波を効果的に低減できる。なお、復路においても同様に、第１のトンネルＴ１から放射される微気圧波を効果的に低減できる。

ところで、車両Ｃが第２の覆体２Ｄから第２のトンネルＴ２に進入する際には、オープンスペースからトンネルに進入する場合と比べて、圧力波が発生しにくい。そのため、本適用例のように、第１のトンネルＴ１と第２のトンネルＴ２とを接続する第２の覆体２Ｄを設けると、車両Ｃのトンネルへの再進入時に圧力波の発生を抑制できる。

図６（Ｃ）に示す緩衝工１Ｃは、図６（Ｂ）に示した第１の覆体２Ｃと第３の覆体２Ｅのそれぞれ第２圧力調整部４を省略したものである。本適用例において、緩衝工１Ｃは、第１の覆体２Ｆ、第２の覆体２Ｇ、及び第３の覆体２Ｈを備える。第１の覆体２Ｆおよび第３の覆体２Ｈは、それぞれ、第１圧力調整部３を含んでいるが第２圧力調整部４を含んでいない。また、第２の覆体２Ｇは、第２圧力調整部４を含んでいるが第１圧力調整部３を含んでいない。なお、図６（Ｃ）の適用例において、第１の覆体２Ｆと第３の覆体２Ｈの一方は、第２圧力調整部４を備えてもよい。

図６（Ｄ）に示す適用例の区間は、例えば単線の区間である。緩衝工１Ｄは、第１の覆体２Ｉおよび第２の覆体２Ｊを備える。第１の覆体２Ｉは、トンネルＴの坑口Ｔｂに接続されている。第２の覆体２Ｊは、トンネルＴの坑口Ｔｄに接続されている。第１の覆体２Ｉは、第１圧力調整部３を含み、第２圧力調整部４を含んでいない。また、第２の覆体２Ｊは、第２圧力調整部４を含み、第１圧力調整部３を含んでいない。

図１に示した車両Ｃは、第１の覆体２Ｉを通ってトンネルＴに進入し、トンネルＴを走行した後に第２の覆体２Ｊに進入する。車両Ｃが第１の覆体２Ｉに進入する際に発生する圧力波は、第１の覆体２Ｉの第１圧力調整部３により圧力勾配が緩和される。車両ＣがトンネルＴを走行する際に発生する圧力波（圧縮波）は、第２の覆体２Ｊの第２圧力調整部４により低減される。このように、本適用例においては、トンネルＴから放射される微気圧波を効果的に低減できる。なお、本適用例において、第１の覆体２Ｉは、第２圧力調整部４を含んでいてもよい。

以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態あるいは適用例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上記の実施形態あるいは適用例で説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。また、上記の実施形態あるいは適用例で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。

なお、緩衝工１は、トンネル内の空調（例えば衛生換気）などに利用される換気ルーバーフードの前後緩衝工に適用することもできる。なお、換気ルーバーフードは、図６に示す明かりフードに相当する。また、図６に示したように、緩衝工１は、車両Ｃが進入する側のトンネルＴの坑口に少なくとも第１圧力調整部３が設けられていればよく、第２圧力調整部４については適宜追加してもよいし、適宜省略してもよい。

なお、図１に示した緩衝工１は、圧損孔５が形成された多孔部材６を覆体２の外周面２ｅに取り付けた構造であるが、覆体２の構造および各部の材質は、適宜変更できる。例えば、圧損孔５は、隔壁１１に作り込まれたものでもよく、プレキャスト工法などで骨格２０に隔壁１１を形成しておき、この隔壁１１に貫通孔（圧損孔５）を形成したものであってもよい。

なお、図２に示した第２圧力調整部４において、圧損孔５による開口率は、開口２ｂから開口２ｃに向かう方向において段階的に減少しているが、連続的に減少していてもよい。例えば、局所的な開口率の分布を最小二乗法などで補間し、連続した線で表した場合に、この近似線は、直線部（線形部）を含んでいてもよいし、上に凸または凹の曲線部（非線形部）を含んでいてもよく、直線部および曲線部を含んでいてもよい。また、図２に示した第２圧力調整部４において、圧損孔５による開口率は、Ｙ軸方向でほぼ一定であるが、Ｙ軸方向で変化していてもよい。

なお、圧損孔５の形状は、円形でなくてもよく、楕円形であってもよいし、三角形や四角形などの多角形であってもよい。また、圧損孔５の形状は、例えば長円のように、直線と曲線とを含む形状であってもよい。

また、図２等において、Ｙ軸方向に並ぶ多孔部材６（圧損孔５）は、Ｘ軸方向の位置がほぼ同じであるが、Ｘ軸方向の位置が異なっていてもよい。例えば、多孔部材６（圧損孔５）は、Ｘ軸方向の位置が変化しつつＹ軸方向に並んでいてもよく、ジグザグ状あるいは三角格子状、散点状に配置されていてもよい。

また、覆体２の−Ｙ側（開口２ｂ側）に、軌道Ｌｎの両側に沿って、三角状の側壁（または側板）が形成されてもよい。側壁は、例えば、軌道Ｌｎに沿って高さが徐々に高くなり、覆体２の開口２ｂ側に接続される。この場合、車両Ｃが覆体２に進入する前に側壁が存在するため、覆体２への進入時に生じる圧力波を抑制できる。

なお、上記の実施形態、変形例、適用例で説明した覆体の少なくとも一つは、地面上に設けられてもよいし、トンネルとトンネルとの間に架け渡された橋上などに設けられてもよい。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・緩衝工
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ、２Ｉ、２Ｊ・・・覆体
２ａ・・・通路
２ｂ、２ｃ・・・開口
３・・・第１圧力調整部
４・・・第２圧力調整部
５・・・圧損孔
Ｃ・・・車両
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２・・・トンネル（トンネル構造物）
Ｌｎ・・・軌道
Ｔａ・・・坑道、
Ｔｂ、Ｔｄ、Ｔｅ、Ｔｆ・・・坑口

Claims (8)

1. 車両が走行可能な通路を内部に有し、前記通路の一端が外部に開放されるとともに前記通路の他端がトンネル構造物の坑口に接続される覆体を備え、
   前記覆体は、前記通路の前記他端の開口の寸法および形状が前記トンネル構造物の坑口と同一に形成されるとともに、前記通路内で生じた圧力波によって気体を外部に放出する圧損孔が複数設けられ、
   前記圧損孔による前記覆体の開口率は、前記一端側から離れた部分に対して前記一端側が高くなるように設定される緩衝工。
2. 前記覆体の前記通路の周壁と前記トンネル構造物の坑道の周壁とが平滑に連続する請求項１記載の緩衝工。
3. 前記覆体は、前記一端側に第１圧力調整部が設定され、
   前記第１圧力調整部は、前記通路の周方向に前記圧損孔が複数設けられ、
   前記周方向に並ぶ前記圧損孔による前記覆体の開口率は、前記一端側から前記他端側に向かう方向において減少する請求項１または請求項２記載の緩衝工。
4. 前記第１圧力調整部の長さは、前記通路に沿った方向において１ｍ以上１００ｍ以下に設定される請求項３記載の緩衝工。
5. 前記覆体は、前記第１圧力調整部の前記他端側に第２圧力調整部が設定され、
   前記圧損孔による前記第２圧力調整部の開口率は、前記圧損孔による前記第１圧力調整部の開口率よりも低い請求項３または請求項４記載の緩衝工。
6. 前記第２圧力調整部において、前記圧損孔による前記第２圧力調整部の開口率は、前記一端側から前記他端側に向かう方向において均一に分布する請求項５記載の緩衝工。
7. 前記第２圧力調整部の長さは、前記通路に沿った方向において１０ｍ以上５００ｍ以下に設定される請求項５または請求項６記載の緩衝工。
8. 前記圧損孔は、前記覆体の外周面において、水平方向よりも上方に向けて形成される請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の緩衝工。

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