JP2022072259A - トンネル緩衝工の性能評価方法とその性能評価装置 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項1の発明は、図5、図6、図8、図9、図11及び図14~図20に示すように、移動体(1)が突入するトンネル坑口(3a)を覆うトンネル緩衝工(4)の性能を評価するトンネル緩衝工の性能評価方法であって、前記トンネル緩衝工の開口部が第1の開度である場合に測定される第1の開度時の圧力波形と、この開口部が第2の開度である場合に測定される第2の開度時の圧力波形とに基づいて、このトンネル緩衝工の性能を評価する性能評価工程(#150)を含むことを特徴とするトンネル緩衝工の性能評価方法(#100)である。
以下、図面を参照して、この発明の第1実施形態について詳しく説明する。
図1~図3に示す列車1は、軌道2に沿って移動する移動体である。列車1は、例えば、320km/h以上の高速で走行する新幹線車両などの鉄道車両である。軌道2は、列車1が走行する通路(移動経路)である。軌道2は、図2に示すように、上り本線2a及び下り本線2bの二本の本線で構成された複線である。図1~図3に示すトンネル3は、山腹などの地中を貫通して列車1を通過させるための固定構造物(土木構造物)である。トンネル3は、図2に示すように、一つの固定構造物内に二本の本線2a,2bを収容する複線用の鉄道トンネル(複線トンネル)である。トンネル3は、図2及び図3に示すように、列車1が突入及び退出する出入口となるトンネル坑口3aなどを備えている。
図11に示す性能評価方法#100は、トンネル緩衝工4の性能を評価する方法である。性能評価方法#100は、圧力波検出工程#110と、波形演算工程#120と、ピーク特定工程#130と、近似直線生成工程#140と、性能評価工程#150とを含む。
以下では、制御部20の動作を中心として説明する。
図12に示すステップ(以下、Sという)100において、性能評価プログラム記憶部18から性能評価プログラムを制御部20が読み込む。性能評価プログラムを制御部20が読み込むと、一連の性能評価処理を制御部20が開始する。
(1) この第1実施形態では、トンネル緩衝工4の開口部4eが全閉状態である場合に測定される全閉時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形W1と、この開口部4eが全開状態である場合に測定される全開時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形W2とに基づいて、このトンネル緩衝工4の性能を評価する。このため、全閉時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形W1及び全開時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形W2の解析結果に基づいて、トンネル緩衝工4の性能を簡単に評価することができる。
以下では、図1~図4に示す部分と同一の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この第2実施形態では、トンネル内圧縮波に基づいてトンネル緩衝工4の性能を評価する第1実施形態とは異なり、トンネル微気圧波に基づいてトンネル緩衝工4の性能を評価する。
図11に示す波形演算工程#120では、全閉時の微気圧波波形W3及び全開時の微気圧波波形W4を演算する。波形演算工程#120では、図14(B)に示すように、トンネル緩衝工4の開口部4eを全閉状態にしたときの全閉時の微気圧波波形W3を波形演算部9が演算する。また、波形演算工程#120では、図15(B)に示すように、トンネル緩衝工4の開口部4eを全開状態にしたときの全開時の微気圧波波形W4を波形演算部9が演算する。
以下では、図12及び図13に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図18に示すS110において、微気圧波波形W3,W4の波形演算処理を制御部20が実行する。全閉時の微気圧波波形W3及び全開時の微気圧波波形W4の演算を波形演算部9に制御部20が指令する。その結果、図14(A)に示すように、開口部4eを全閉状態にした場合に検出された圧力波に基づいて、図14(B)に示すように全閉時の微気圧波波形W3を波形演算部9が演算する。また、図15(A)に示すように、開口部4eを全開状態にした場合に検出された圧力波に基づいて、図15(B)に示すように全開時の微気圧波波形W4を波形演算部9が演算する。
(1) この第2実施形態では、全閉時の微気圧波波形W3及び全開時の微気圧波波形W4に発生する列車1の緩衝工突入時の第1ピークP1を特定するとともに、全閉時の微気圧波波形W3及び全開時の微気圧波波形W4に発生する列車1のトンネル突入時の第2ピークP2を特定する。また、この第2実施形態では、第1ピークP1及び第2ピークP2に基づいて、トンネル緩衝工4の性能を評価する。このため、全閉時の微気圧波波形W3及び全開時の微気圧波波形W4を測定し、第1ピークP1及び第2ピークP2を解析することによって、トンネル緩衝工4の性能を短時間で簡単に評価することができる。
この第3実施形態では、トンネル緩衝工4の開口部4eの開度が全閉状態及び全開状態である場合にそれぞれ測定される圧力波に基づいて、トンネル緩衝工4の性能を評価する第1実施形態及び第2実施形態とは異なり、トンネル緩衝工4の開口部4eの開度が全閉状態及び全開状態以外の異なる開度である場合にそれぞれ測定される圧力波に基づいて、トンネル緩衝工4の性能を評価する。
図11に示す圧力波検出工程#110では、トンネル緩衝工4の開口部4eを開度αにした場合に、トンネル3に突入する列車1によって発生する圧力波を圧力波検出装置5が検出する。また、圧力波検出工程#110では、トンネル緩衝工4の開口部4eを開度βにした場合に、トンネル3に突入する列車1によって発生する圧力波を圧力波検出装置5が検出する。
図12に示すS110において、開度α時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形W1及び開度β時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形W2の演算を波形演算部9に制御部20が指令する。その結果、開口部4eを開度αにした場合に検出された圧力波に基づいて、開度α時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形W1を波形演算部9が演算する。また、開口部4eを開度βにした場合に検出された圧力波に基づいて、開度β時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形W2を波形演算部9が演算する。
この第3実施形態では、トンネル緩衝工4の開口部4eが開度αである場合に測定される開度α時の圧力波形と、この開口部4eが開度βである場合に測定される開度β時の圧力波形とに基づいて、このトンネル緩衝工の性能を評価する。例えば、開口部4eを開閉する開閉部材の枚数が不足しており、全ての開口部4eを開閉できない構造のトンネル緩衝工4や、この開閉部材の可動領域に制約があり、全ての開口部4eを全閉状態及び/又は全開状態にできない構造のトンネル緩衝工4が存在する場合がある。この第3実施形態では、開口部4eが全閉状態及び全開状態以外の任意の異なる開度α,βであるときの圧力波形に基づいて、開口部4eの最適開度σoptを予測するとともに、トンネル緩衝工4の性能を評価することができる。例えば、開口部4eの開度を可能な限り開閉状態(例えば20%,80%)にしたときに測定される圧力勾配最大値に基づいて、第1近似直線L1及び第2近似直線L2を生成し、交点P3の圧力勾配最大値Pminに基づいて、開口部4eの最適開度σoptを設定したり、トンネル緩衝工4の性能を評価したりすることができる。その結果、開口部4eを全閉状態にするための開閉部材を多数用意する必要がなくなって、開口部4eの最適開度σoptを低コストで設定し、トンネル緩衝工4の性能を低コストで評価することができる。
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、移動体が列車1である場合を例に挙げて説明したが、磁気浮上式鉄道又は自動車などの他の移動体についても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、固定構造物がトンネル3及びトンネル緩衝工4である場合を例に挙げて説明したが、固定構造物をこれらに限定するものではない。例えば、雪崩を通過させるために山腹斜面から線路上を覆う庇状のスノーシェッド(雪崩防護工)、吹雪、地吹雪による線路上の吹き溜まりの発生を防止するために線路上を覆うスノーシェルタ、斜面から転落又は落下してくる落石を通過させるために線路上を覆う落石覆い(落石防護工)、線路上を立体的に交差する橋梁又は高架橋などの立体交差、線路上部に駅本屋が存在する橋上駅(橋上建物)、線路を超えるために線路上に架け渡された跨線橋などの固定構造物についても、この発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、列車1が新幹線列車である場合を例に挙げて説明したが、在来線を走行する在来線列車、又は新幹線と在来線とを相互に走行可能な新在直通運転用の列車などについても、この発明を適用することができる。
2 軌道
3 トンネル
3a トンネル坑口
4 トンネル緩衝工
4a 緩衝工口
4b 天部
4c,4d 側壁
4e 開口部
4f 開度調整部
5 圧力波検出装置
6 性能評価装置
9 波形演算部
11 ピーク特定部
13 座標系情報記憶部
14 近似直線生成部
16 性能評価部
20 制御部
W1 全閉時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形
W2 全開時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形
W3 全閉時の微気圧波の波形
W4 全開時の微気圧波の波形
P1 第1ピーク(緩衝工突入時のピーク)
P2 第2ピーク(トンネル突入時のピーク)
P11,P12,P21,P22 圧力勾配最大値
Pmin 交点の圧力勾配最大値(予測される圧力勾配最大値)
P’min 交点の微気圧波最大値(予測される微気圧波最大値)
Pt 低減目標値
L1 第1近似直線
L2 第2近似直線
P3 交点
σopt 最適開度(交点P3の開度(予測される最適開度))
σopt1 改良後の最適開度(新しい最適開度)
S0 改良前の開口部の最大総開口面積
S1 改良後の開口部の最大総開口面積
Sopt 開口部の最適総開口面積
Claims (13)
- 移動体が突入するトンネル坑口を覆うトンネル緩衝工の性能を評価するトンネル緩衝工の性能評価方法であって、
前記トンネル緩衝工の開口部が第1の開度である場合に測定される第1の開度時の圧力波形と、この開口部が第2の開度である場合に測定される第2の開度時の圧力波形とに基づいて、このトンネル緩衝工の性能を評価する性能評価工程を含むこと、
を特徴とするトンネル緩衝工の性能評価方法。 - 請求項1に記載のトンネル緩衝工の性能評価方法において、
前記第1の開度時及び前記第2の開度時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形に発生する前記移動体の緩衝工突入時の第1ピークを特定するとともに、
前記第1の開度時及び前記第2の開度時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形に発生する前記移動体のトンネル突入時の第2ピークを特定するピーク特定工程を含み、
前記性能評価工程は、前記第1及び前記第2ピークに基づいて、前記トンネル緩衝工の性能を評価する工程を含むこと、
を特徴とするトンネル緩衝工の性能評価方法。 - 請求項1に記載のトンネル緩衝工の性能評価方法において、
前記第1の開度時及び前記第2の開度時のトンネル微気圧波の波形に発生する前記移動体の緩衝工突入時の第1ピークを特定するとともに、
前記第1の開度時及び前記第2の開度時のトンネル微気圧波の波形に発生する前記移動体のトンネル突入時の第2ピークを特定するピーク特定工程を含み、
前記性能評価工程は、前記第1及び前記第2ピークに基づいて、前記トンネル緩衝工の性能を評価する工程を含むこと、
を特徴とするトンネル緩衝工の性能評価方法。 - 請求項2に記載のトンネル緩衝工の性能評価方法において、
前記第1及び前記第2ピークの圧力勾配と前記開口部の開度とを座標軸とする座標系を想定したときに、
前記第1の開度時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形に発生する前記第1ピークの座標と、前記第2の開度時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形に発生する前記第1ピークの座標とを結ぶ第1近似直線を生成するとともに、
前記第1の開度時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形に発生する前記第2ピークの座標と、前記第2の開度時のトンネル内圧縮波の圧力勾配波形に発生する前記第2ピークの座標とを結ぶ第2近似直線を生成する近似直線生成工程を含み、
前記性能評価工程は、前記第1近似直線及び前記第2近似直線に基づいて、前記トンネル緩衝工の性能を評価する工程を含むこと、
を特徴とするトンネル緩衝工の性能評価方法。 - 請求項4に記載のトンネル緩衝工の性能評価方法において、
前記性能評価工程は、前記第1近似直線と前記第2近似直線との交点の圧力勾配最大値が低減目標値を超えるときには、前記トンネル緩衝工を延伸する延伸工事が必要であると評価する工程を含むこと、
を特徴とするトンネル緩衝工の性能評価方法。 - 請求項4に記載のトンネル緩衝工の性能評価方法において、
前記第1及び前記第2ピークの微気圧波と前記開口部の開度とを座標軸とする座標系を想定したときに、
前記第1の開度時のトンネル微気圧波の波形に発生する前記第1ピークの座標と、前記第2の開度時のトンネル微気圧波の波形に発生する前記第1ピークの座標とを結ぶ第1近似直線を生成するとともに、
前記第1の開度時のトンネル微気圧波の波形に発生する前記第2ピークの座標と、前記第2の開度時のトンネル微気圧波の波形に発生する前記第2ピークの座標とを結ぶ第2近似直線を生成する近似直線生成工程を含み、
前記性能評価工程は、前記第1近似直線及び前記第2近似直線に基づいて、前記トンネル緩衝工の性能を評価する工程を含むこと、
を特徴とするトンネル緩衝工の性能評価方法。 - 請求項6に記載のトンネル緩衝工の性能評価方法において、
前記性能評価工程は、前記第1近似直線と前記第2近似直線との交点の微気圧波最大値が低減目標値を超えるときには、前記トンネル緩衝工を延伸する延伸工事が必要であると評価する工程を含むこと、
を特徴とするトンネル緩衝工の性能評価方法。 - 請求項4から請求項7までのいずれか1項に記載のトンネル緩衝工の性能評価方法において、
前記性能評価工程は、前記第1近似直線と前記第2近似直線との交点の開度が100%以下であるときには、この交点付近の開度を前記開口部の最適開度として予測する工程を含むこと、
を特徴とするトンネル緩衝工の性能評価方法。 - 請求項4から請求項8までのいずれか1項に記載のトンネル緩衝工の性能評価方法において、
前記性能評価工程は、前記第1近似直線と前記第2近似直線との交点の開度が100%を超えるときには、前記開口部を追加又は拡大する改良工事が必要であると予測する工程を含むこと、
を特徴とするトンネル緩衝工の性能評価方法。 - 請求項9に記載のトンネル緩衝工の性能評価方法において、
前記性能評価工程は、改良前の前記第1近似直線と前記第2近似直線との交点の開度σoptであり、改良前の前記開口部の最大総開口面積S0であるときに、改良後の前記開口部の最大総開口面積S1>S0×σoptになるような改良工事が必要であると予測する工程を含むこと、
を特徴とするトンネル緩衝工の性能評価方法。 - 請求項9又は請求項10に記載のトンネル緩衝工の性能評価方法において、
前記性能評価工程は、改良前の前記第1近似直線と前記第2近似直線との交点の開度σoptであり、改良前の前記開口部の最大総開口面積S0であり、改良後の前記開口部の最大総開口面積S1であるときに、改良後の最適開度σopt1=S0×σopt/S1になるような改良工事が必要であると予測する工程を含むこと、
を特徴とするトンネル緩衝工の性能評価方法。 - 請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載のトンネル緩衝工の性能評価方法において、
前記性能評価工程は、前記トンネル緩衝工の開口部が全閉状態である場合に測定される全閉時の圧力波形と、この開口部が全開状態である場合に測定される全開時の圧力波形とに基づいて、このトンネル緩衝工の性能を評価する工程を含むこと、
を特徴とするトンネル緩衝工の性能評価方法。 - 移動体が突入するトンネル坑口を覆うトンネル緩衝工の性能を評価するトンネル緩衝工の性能評価装置であって、
前記トンネル緩衝工の開口部が第1の開度である場合に測定される第1の開度時の圧力波形と、この開口部が第2の開度である場合に測定される第2の開度時の圧力波形とに基づいて、このトンネル緩衝工の性能を評価する性能評価部を備えること、
を特徴とするトンネル緩衝工の性能評価装置。
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本田 敦 外6名: "超高速鉄道トンネルにおける微気圧波の評価および緩衝工の提案", 2015年土木学会論文集A1(構造・地震工学), vol. 71, no. 3, JPN6023021743, 2015, JP, pages 327 - 340, ISSN: 0005073220 * |
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