JP2556439B2 - トンネル出口における空気圧音の低減方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、列車等が高速でトンネ
ル内へ突入することにより発生する圧縮波が、トンネル
内を伝播して一部がトンネル出口側からパルス状になっ
て放射されるときに、大きな空気圧音を発生させるので
これを低減させるようにした方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、列車等が高速でトンネルヘ突入す
ると、トンネル入口側で圧縮波が発生し、トンネル内を
音速で伝播してトンネル出口側より外部へ放射される。
この圧縮波がトンネル出口側から放射される時に、ドー
ンという破裂音（空気圧音）を発生し、問題があった。
また近辺の建物の窓や戸を振動させて振動騒音を発生さ
せる等の問題があった。実際のところ、国鉄山陽新幹線
博多開業（昭和５０年３月）に先立って試運転が実施さ
れたとき、岡山以西のトンネル出口付近で、ドーンと音
がしたり、住宅の戸や窓が不意に動いて音を立てたりし
て問題になった。これは、列車がトンネルに突入するこ
とによる急激な圧力上昇によって、トンネル内に生じた
圧縮波が、トンネル出口から衝撃的な音となって放射さ
れるのが原因であった。

【０００３】前記空気圧音は、トンネル出口側に到達す
る圧縮波の圧力勾配が大きい程、音も大きくなるという
性質がある。しかも、圧縮波の圧力勾配は、列車がトン
ネル内へ突入する速度Ｖの３乗に比例するという性質が
ある。

【０００４】そのため、従来にあっては、図６及び図７
に示す特公昭５５−３１２７４号公報に記載された技術
等により、トンネル出口側で発生する空気圧音を低減さ
せるようにしていた。

【０００５】この図６及び図７に示す技術は、トンネル
１の入口側に開口面積の大きさがトンネル１よりも大き
く、長さがトンネル１の直径の１〜３倍程度の覆体２を
設置し、該覆体２の側面中央部に、覆体２の開口の断面
積と長さとから決められた最適面積を有する窓部３を形
成している。

【０００６】これにより、列車４がトンネル１内へ突入
した時に発生する圧縮波の一部を前記窓部３から逃が
し、圧縮波の圧力勾配を緩やかなものにすることによ
り、該圧縮波がトンネル１内を音速で伝播してトンネル
出口側で放射される際に生じる空気圧音を低減させてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】圧縮波の圧力勾配が列
車４のトンネル１内への突入速度の３乗に比例している
ことは、前述した通りである。そのため、前記従来公報
の方法にあっては、列車４の高速化を実施し、且つ空気
圧音の大きさをも低減させるためには、列車４の突入速
度の上昇分に対応して覆体２の長さ及び窓部３の大きさ
を増大変更し、覆体２による圧縮波の低減効果の程度を
増強する必要がある。

【０００８】ところで、周囲の地形等の立地条件や線路
付帯設備等によっては、覆体２を新設又は延伸できない
箇所があり、このような箇所では列車４のトンネル１内
への突入速度Ｖを低減させねばならず、列車速度の高速
化を断念せざるを得ないという欠点があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は従来の前記課題
に鑑みてこれを改良除去したものであって、簡単な施工
作業でトンネル内での圧縮波の圧力勾配を低減させるこ
とのできる方法を提供せんとするものである。

【００１０】而して、前記課題を解決するために本発明
が採用した請求項１の手段は、列車等がトンネル内へ突
入した時に発生する圧縮波がトンネル内を音速で伝播
し、その一部がトンネル出口側からパルス状になって放
射されるときに発生する空気圧音を低減させるための方
法であって、一端側が開口され、他端側が閉塞された空
洞を有するボックス体をトンネル内へ敷設し、列車等が
トンネルへ突入した時に発生する圧縮波の一部を、トン
ネル内で前記ボックス体内へ分岐させて反射させること
により、この反射波の位相を圧縮波の波面前面の位相と
ズラすようにし、トンネル出口から放射される空気圧音
の大きさを低減させるようにしたことを特徴とするトン
ネル出口における空気圧音の低減方法である。

【００１１】

【作用】本発明にあっては、トンネル内に、一端側が開
口され、他端側が閉塞されたボックス体を設置してい
る。このようなボックス体を設置することにより、列車
がトンネル内へ突入することにより発生した圧縮波は、
その一部が分岐してボックス体内を伝播するようにな
り、ボックス体の閉塞端面へ当接して反射する。そし
て、この反射波は、圧縮波の波面前面の位相から遅れる
ようになる。

【００１２】これにより、圧縮波の圧力勾配を低減させ
ることが可能である。必要であれば、ボックス体を適宜
間隔で多数連設することにより、圧縮波の圧力勾配を更
に低減させることが可能である。

【００１３】従って、トンネル出口から放射される空気
圧音を大幅に低減させることが可能である。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の構成を図面に示す実施例に
基づいて説明すると次の通りである。なお、従来の場合
と同一符号は同一部材である。図１及び図２は本発明の
一実施例に係るものであり、図１は長さ６３０ｍの大き
さのトンネル１の横断面平面図、図２はトンネル１の正
面図である。

【００１５】同図に示す如く、この実施例にあっては、
一端側が開口面とされた内径５００ｍｍで長さが２８ｍ
の硬質塩化ビニール製のパイプ５をボックス体として用
いている。このパイプ５は、トンネル１の入口６側が開
口面とされており、出口７側が閉塞面とされている。そ
して、トンネル１の左右両側壁面に沿って、それぞれ４
本ずつ合計８本のパイプ５が４２ｍの間隔をおいて（７
０ｍのピッチで）配設されている。

【００１６】また、トンネル入口６側に最も近いパイプ
５は、その先端の開口面がトンネル入口６から２４０ｍ
の位置にあり、トンネル出口７側に最も近いパイプ５
は、その後端の閉塞端面がトンネル出口から１５０ｍの
位置にある。

【００１７】このようにボックス体としてのパイプ５を
配設することにより、次のような原理でトンネル１内に
おける圧縮波の圧力勾配を低減させることが可能であ
る。すなわち、列車がトンネル１内へ突入することによ
り発生した圧縮波は、その一部が分岐してトンネル両側
壁に沿って配設された複数個のパイプ５内を順次伝播す
るようになる。

【００１８】各パイプ５内では、列車の進行方向へ伝播
する分岐した圧縮波の一部は、パイプ閉塞端面へ当接し
て反射するようになる。そして、この反射波は、圧縮波
の波面前面の位相から所定時間だけ遅れるようになる。

【００１９】そのため、圧縮波は、それぞれのパイプ５
において、これを通過するごとに分岐された分だけその
エネルギーが減衰するようになる。これにより、結果的
に、圧縮波の圧力勾配を低減させることが可能である。
必要であれば、パイプ５の設置数を変更することによ
り、圧縮波の圧力勾配を更に低減させることが可能であ
る。

【００２０】このように、本実施例ではパイプ５を設置
することにより、トンネル出口から放射される空気圧音
を低減させることが可能である。なお、パイプ５の長さ
は、トンネル１内で発生する圧縮波波面の長さの１／２
以上であればよい。これは、パイプ５内を伝播して反射
する波の位相を１サイクル以上ズラせることにより、圧
縮波の圧力勾配の減衰効果を効率良くするためのもので
ある。

【００２１】図３〜図５は、前記実施例の効果を確認す
る試験結果を示すものである。試験は、山陽新幹線の新
岩国駅と徳山駅間の新欽明路トンネルの横坑において、
新幹線の列車がトンネルへ突入した場合の圧縮波の圧力
勾配を測定して行った。図３は、横坑内に何も対策を施
してないものであり、図４は横坑内にパイプ５を図１及
び図２に示す要領で敷設した本実施例に係るものであ
る。また図５は図３及び図４の結果をまとめたものであ
る。

【００２２】なお、試験は横坑内で行ったが、新幹線列
車の通過する本坑と、作業用の横坑とは、圧縮波の伝播
は同じであり、結果については本坑内で試験をした場合
と同じである。

【００２３】また試験は、最も入口６側に近いパイプ５
と入口６との間及び最も出口７側に近いパイプ５と出口
７との間にそれぞれトンネル内での圧縮波を測定する圧
力計を配設し、また出口７から６．４ｍ離れたところに
トンネル出口から放射される空気圧音の大きさを測定す
る圧力計を配設して行った。なお、説明の都合上、トン
ネル入口側の圧力計の設置位置をＡ点とし、トンネル出
口側の圧力計の設置位置をＢ点とし、トンネル外の圧力
計の設置位置をＣ点とする。

【００２４】その結果によれば、図３の無対策時にあっ
ては、Ａ点における圧縮波の圧力勾配は２８ＫＰａ／ｓ
であり、またＢ点の圧力勾配は３４ＫＰａ／ｓと増加し
ており、Ｂ点における圧縮波の減衰率を表す圧力勾配比
（Ｂ／Ａ）は１．２であった。更に、Ｃ点の空気圧音は
極めて大きいものであった。

【００２５】これに対して、図４に示す本願発明の実施
例にあっては、Ａ点における圧縮波の圧力勾配は、新幹
線列車の突入速度が図３に示す無対策時の場合よりも速
いために、３０ＫＰａ／ｓもあるが、Ｂ点における圧縮
波の圧力勾配は３０ＫＰａ／ｓのままであり、Ｂ点にお
ける圧力勾配比は無対策時の場合に比較して約２割減の
１．０であった。またＣ点の空気圧音は、無対策時の場
合よりも極めて低いものであった。この場合のＣ点の空
気圧音は、新幹線列車の突入速度が無対策時の場合より
も速いにも拘らず低くなっており、空気圧音を大きく減
衰させていることが明らかである。

【００２６】更に、図５はこのような実験を繰り返し、
その場合の新幹線列車の突入速度とそのときの圧力勾配
比（Ｂ／Ａ）とをプロットしたものである。白丸がパイ
プ無しの場合であり、黒丸が本発明に係る図１及び図２
に示すパイプ有りの実施例の場合である。この図５の測
定結果においても、本発明に係るパイプ５を設けた場合
の方が、トンネル内での圧縮波の圧力勾配の減衰効果に
おいて優れていることが明らかである。

【００２７】ところで、本発明は上述した実施例に限定
されるものではなく、例えば、ボックス体としてはパイ
プ５以外にも、断面が四角形状や三角形状等の箱体を用
いることが可能である。またその設置位置や設置数、ボ
ックス体の長さ断面積等は適宜の変更が可能である。更
にまた、ボックス体の開口面は、圧縮波の進行方向であ
るトンネル出口側に向いていても同じ効果を得ることが
可能である。これは圧縮波が全方向へ伝播されるからで
ある。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明にあっては、
一端側が開口され、他端側が閉塞されたボックス体をト
ンネル内へ設置したので、列車がトンネル内へ突入する
ことにより発生した圧縮波は、その一部が分岐してボッ
クス体内を伝播するようになり、ボックス体の閉塞端面
へ当接して反射し、この反射波の位相が圧縮波の波面前
面の位相からズレることによって、圧縮波の圧力勾配を
減衰させることができる。すなわち、トンネル出口から
圧縮波の一部が放射されるときに発生する空気圧音を低
減させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用してなるトンネルを示す横断面平
面図である。

【図２】本発明を適用してなるトンネルの縦断面正面図
である。

【図３】圧縮波の圧力勾配を低減するための対策を何等
施してない場合において、トンネル内で圧縮波を測定し
た結果を示す図面である。

【図４】本発明を適用してなるトンネル内で圧縮波を測
定した結果を示す図面である。

【図５】図３及び図４の場合の圧縮波の圧力勾配比を示
す図面である。

【図６】従来の圧縮波の圧力勾配を低減する装置を示す
トンネル入口側の一部側面図である。

【図７】従来の圧縮波の圧力勾配を低減する装置を示す
トンネル入口側の正面図である。

【符号の説明】

１…トンネル ４…高速列車 ５…パイプ（ボックス体） ６…トンネル入口 ７…トンネル出口

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】列車等がトンネル内へ突入した時に発生す
   る圧縮波がトンネル内を音速で伝播し、その一部がトン
   ネル出口側からパルス状になって放射されるときに発生
   する空気圧音を低減させるための方法であって、一端側
   が開口され、他端側が閉塞された空洞を有するボックス
   体をトンネル内へ敷設し、列車等がトンネルへ突入した
   時に発生する圧縮波の一部を、トンネル内で前記ボック
   ス体内へ分岐させて反射させることにより、この反射波
   の位相を圧縮波の波面前面の位相とズラすようにし、ト
   ンネル出口から放射される空気圧音の大きさを低減させ
   るようにしたことを特徴とするトンネル出口における空
   気圧音の低減方法。
2. 【請求項２】前記ボックス体がトンネル内の左右側にそ
   れぞれ複数個ずつが設置されていることを特徴とする請
   求項１に記載のトンネル出口における空気圧音の低減方
   法。
3. 【請求項３】前記ボックス体が筒状のものであることを
   特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネル出口
   における空気圧音の低減方法。
4. 【請求項４】前記ボックス体の長さが、圧縮波波面の長
   さの１／２以上であることを特徴とする前記請求項１，
   ２又は３に記載のトンネル出口における空気圧音の低減
   方法。