JP4053827B2 - 管状通路構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速列車等の移動体が通過するトンネル等の管状通路構造に係り、特に、高速の移動体が管状通路に突入することによって出口で発生する微気圧波を低減できるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
新幹線等の高速列車がトンネル内に突入すると圧力波が生じ、この圧力波がトンネル内を伝播して反対側の出口に到達すると、この圧力波の波面の圧力勾配にほぼ比例したパルス状の圧力波（微気圧波）が出口から外部に放射される。短いトンネルの場合は、波面の圧力勾配はほとんど変化せずにトンネル出口に到達するが、長いトンネルの場合は、波の非線形効果によって、波面の圧力勾配が徐々に大きくなってトンネル出口に到達する。
圧力波の大きさが大きくなると、その伝播速度がもはや音速ではなく、それより速く、しかも圧力波の大きさと共に増大する。従って、最初如何に圧力波の波形が、空間的にも時間的にも滑らかであっても、圧力の高いところの伝播速度が低いところの伝播速度より速いために、波形が伝播するうちに次第に「つっ立ち」現象を起こすようになる。これが更に進行すると、圧力波の圧力勾配が非常に大きくなり、あたかも不連続的に変化する箇所が発生する。これがいわゆる衝撃波（微気圧波）である。
この微気圧波の放射は、破裂的な空気圧音（一次音）を招くだけでなく、トンネル出口付近の家屋の窓ガラスや戸を急に動かして二次音を発生させる要因となるものであり、その抑制防止が重要となっている。
具体的な微気圧波低減対策としては、例えば、トンネル入口にトンネルより大径のフードを設けて、トンネル入口の圧力波の圧力勾配を滑らかにすることによって、トンネル出口での微気圧波の低減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したフードによる微気圧波低減対策では、列車が超高速になればなるほど、フードの長さを延長する必要が生じ、用地面積の増大や工事費の増加につながることになる。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、フードの長さを延長することなく、微気圧波を低減できる管状通路構造を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、管状通路（トンネル）１の開口端部に、管状をなし、内部が圧力波伝播路２ａとされたフード部２がこのフード部２と前記管状通路１とを連通状態にして連結された管状通路構造であって、
前記フード部２の一部に、前記圧力波伝播路２ａの、前記フード部２の軸と直交する断面の断面積を３０％以上急激に変化させることによって前記圧力波の一部を反射する断面積変化部５を設けたことを特徴とする。
ここで、前記フード部２は、管状通路１の両端の開口端部に連結してもよいし、一方の開口端部に連結してもよい。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、高速の移動体がフード部に突入すると、フード部の開口で圧力波が生じ、この圧力波がフード部内の圧力波伝播路を伝播していくが、この圧力波の一部が、フード部に設けた断面積変化部で反射して元に戻り、残りがフード部から管状通路を伝播していく。したがって、管状通路を伝播していく圧力波のエネルギーは、フード部の開口で生じた圧力波のエネルギーより小さくなる。
よって、管状通路の出口から外部に放射される微気圧波自体のエネルギーが、従来のフード部だけの対策によるものに比して小さくなるので、その分微気圧波を低減できる。また、フード部の一部に断面積変化部を設けるので、フード部を延長する必要もない。
さらに、管状通路の両方の開口端部に、断面積変化部を有するフード部を連結することによって、管状通路を伝播してきた圧力波がさらにフード部を伝播していき、この圧力波の一部が、フード部に設けた断面積変化部で反射して元に戻り、残りがフード部を伝播して外部に放射される。したがって、外部に放射される圧力波のエネルギーはさらに小さくなり、よって、さらに微気圧波を低減できる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の管状通路構造において、
前記フード部２は、第１フード３と、この第１フード３の両端部に端部を前記第１フード３の端面から突出させた状態でそれぞれ挿入され、前記第１フード３より小径の一対の第２フード４，４とを備え、
一方の前記第２フード４が前記管状通路１の開口端部に連結されており、
前記第１フード３内における前記一対の第２フード４，４の端を含む前記圧力波伝播路の断面部分が、前記断面積変化部５，５とされていることを特徴とする管状通路構造。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、高速の移動体が第２フードに突入すると、第２フードの開口で圧力波が生じ、この圧力波がフード部内の圧力波伝播路を伝播していくが、この圧力波の一部が、第２フードの端の拡大する断面積変化部で反射して元に戻り、残りが第２フードから第１フードを伝播していく。前記残りの圧力波が第１フードを伝播していくと、この残りの圧力波の一部が、次の第２フードの端の縮小する断面積変化部で反射して元に戻り、残りが第２フードから管状通路を伝播していく。このように、第２フードの開口で生じた圧力波は、２箇所の断面積変化部で反射されるので、管状通路を伝播していく圧力波のエネルギーは、第２フードの開口で生じた圧力波のエネルギーに比して非常に小さくなる。
よって、管状通路の出口から外部に放射される微気圧波自体のエネルギーが、従来のフード部だけの対策によるものに比して小さくなるので、その分微気圧波を低減できる。
また、管状通路の両方の開口端部に、第１フードと一対の第２フードとを備えたフード部を連結することによって、管状通路を伝播してきた圧力波がさらに２箇所の断面積変化部で反射されるので、外部に放射される圧力波のエネルギーはさらに小さくなり、よって、さらに微気圧波を低減できる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の管状通路構造において、
前記管状通路１に、特定の周波数の圧力波を減衰させる減衰部１０を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、フード部を伝播する圧力波は、断面積変化部での反射によって、特定の周波数の圧力波が減衰されて分散される。そして、減衰した特定の周波数の圧力波を、管状通路に設けられた減衰部によって、さらに減衰させることによって、管状通路の圧力波の周波数分散性を引き起こすことが可能となる。
このように、フード部の開口で生じた圧力波の周波数成分を著しく分散させることにより、圧力波の圧力勾配の急峻化を抑制し、微気圧波を低減できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図３に示すように、本発明に係る管状通路構造は、地山に形成されたトンネル（管状通路）１と、このトンネルの入口１ａと出口１ｂにそれぞれ連結されたフード部２とを備えている。
【００１２】
トンネル１は、新幹線等の高速列車が通過するものであり、トンネル１の地山内壁面はコンクリートによって覆工されており、列車が通過する軌道はスラブ軌道となっている。つまり、トンネル１の底部がコンクリートで形成されており、このコンクリート上にレールが敷設されている。
【００１３】
フード部２は、図１および図２に示すように、地盤上に設置されることによって筒状に形成されたものであり、その内部が圧力波伝播路２ａとされている。また、フード部２は第１フード３と、一対の第２フード４，４とを備えている。
第１フード３は、横断面が略半円状の長尺なものであり、例えば、トンネル１の入口１ａと出口１ｂの近傍の地盤上に、鉄筋コンクリート造り、鉄骨造り等によって半円筒状の構築物を構築することによって形成されている。また、第１フード３の端面は閉塞されている。
第２フード４は、第１フード３より小径でかつ、横断面が略半円状の長尺なものであり、第１フード３と同様に、鉄筋コンクリート造り、鉄骨造り等によって半円筒状の構築物を構築することによって形成されている。また、第２フード４の端面は開放されている。
【００１４】
一方の第２フード４は、第１フード３のトンネル１側に近い端面（右端面）から挿入されており、一方の第２フード４の右端はトンネル１の開口端部に連結され、左端は第１フード３内に位置している。なお、第２フード４はトンネル１より若干大径に形成されている。
他方の第２フード４は、第１フード３のトンネル１側に遠い端面（左端面）から挿入されており、他方の第２フード４の右端は第１フード３内に位置しており、左端は外部に開放されている。
【００１５】
上記のような構成のフード部２には、第１フード３と第２フード４，４によって、圧力波伝播路の、フード部２の軸方向と直交する断面の断面積を変化させた断面積変化部５が設けられている。
つまり、左右一対の第２フード４，４内は圧力波伝播路２ａであり、該第２フード４，４の端を含む第１フード３の圧力波伝播路２ａの断面部分が、断面積変化部５，５とされている。左側の第２フード２の右端では、圧力波伝播路２ａの断面積が拡大するような拡大断面積変化部となっており、右側の第２フード２の左端では、圧力波伝播路２ａの断面積が縮小するような縮小断面積変化部となっている。
【００１６】
なお、上記フード部２は図３に示すように、トンネル１の出口１ｂにも設けられているが、このフード部２は、トンネルの１の入口に設けられたフード部２と同様であるので、その説明を省略する。
【００１７】
また、トンネル１には、図３に示すように、特定の周波数の圧力波を減衰させる減衰部１０が設けられている。この減衰部１０としては、例えば、トンネル１内に、ある体積の空洞を有する両端を閉塞した筒体１１を、トンネル１の軸方向に一定間隔で多数配置し、各筒体１１とトンネル１との間を断面の小さい連絡路でそれぞれ連通したものが挙げられる。
このような減衰部１０では、各筒体１１と連絡路が、トンネル１内の圧力変動に対する一種の共鳴器の役割を果し、圧力変動の周波数が、各筒体１１と連絡路とからなる共鳴器の固有振動数に近い場合には、大きなエネルギー吸収が発生し、圧力波の減衰が期待できる。
【００１８】
上記のような本実施の形態の管状通路構造では、図２および図３に示すように、高速の列車Ｓがトンネル入口側のフード部２の左側の第２フード４に突入すると、この第２フード４の開口で圧力波が生じ、この圧力波がフード部２を伝播していくが、この圧力波の一部が、第２フード４の右端の拡大する断面積変化部５で反射して元に戻り、残りが第２フード４から第１フード３を伝播していく。
そして残りの圧力波が第１フード３を伝播していくと、この残りの圧力波の一部が、次の第２フード４の左端の縮小する断面積変化部５で反射して元に戻り、残りが第２フード４からトンネル１を伝播していく。
このように、第２フードの開口で生じた圧力波は、２箇所の断面積変化部５，５で反射されるので、トンネル１を伝播していく圧力波のエネルギーは、左側の第２フード４の開口で生じた圧力波のエネルギーに比して非常に小さくなる。
【００１９】
さらに、トンネル１を伝播していく圧力波は、トンネル１の出口からさらに出口側のフード部２を伝播していき、この圧力波の一部が、入口側のフード部２の場合と同様に、フード部２に設けた２箇所の断面積変化部５，５で反射して元に戻り、残りがフード部２を伝播して外部に放射される。したがって、外部に放射される圧力波のエネルギーは、トンネル入口側のフード部２の第２フード４の開口で生じた圧力波のエネルギーに比して非常に小さくなり、よって、微気圧波を低減できる。
【００２０】
また、フード部２を伝播する圧力波は、断面積変化部５，５での反射によって、特定の周波数の圧力波が減衰されて分散される。そして、減衰した特定の周波数の圧力波を、トンネル１に設けた減衰部１０によって、さらに減衰させることによって、トンネル１の圧力波の周波数分散性を引き起こすことが可能となる。このように、フード部２の開口で生じた圧力波の周波数成分を著しく分散させることにより、圧力波の圧力勾配の急峻化を抑制し、微気圧波を低減できる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、フード部２を、第１フード２と、この第１フード２の両側に挿入された一対の第２フード２，２により構成して、フード部２の２箇所に、断面積変化部５，５を設けたが、断面積変化部は２箇所に限らず１箇所あるいは３箇所以上でもよく、断面積変化部を形成する手段は第１フード３と一対の第２フード４，４との組み合わせに限ることはなく、例えば、フード部２を第１フード３のみで形成し、この第１フード３の内壁面を一部縮径するように構成してもよい。
また、図４に示すように、フード部２の第１フード３を、両端面が閉塞された四角筒状に形成してもよい。この場合、第１フード３の幅Ｌを第２フードの直径とほぼ等しく設定する。このようにすれば、第１フード３の幅が、図１に示す第１フード３の幅より小さくなるので、フード部２を設置する用地面積上有利である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、圧力波の一部が、フード部に設けた断面積変化部で反射して元に戻り、残りがフード部から管状通路を伝播していく。したがって、管状通路を伝播していく圧力波のエネルギーは、フード部の開口で生じた圧力波のエネルギーより小さくなる。
よって、管状通路の出口から外部に放射される微気圧波自体のエネルギーが、従来のフード部だけの対策によるものに比して小さくなるので、その分微気圧波を低減できる。また、フード部の一部に断面積変化部を設けるので、フード部を延長する必要がなく、よって、フード部の延長による用地面積の増大や工事費の増加を防止できる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、フード部が第１フードと一対の第２フードとを備え、第２フードの端を含む第１フードの断面部分が断面積変化部とされているので、管状通路を伝播してきた圧力波が２箇所の断面積変化部で反射されることになり、よって、外部に放射される圧力波のエネルギーはさらに小さくなるので、さらに微気圧波を低減できる。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、フード部の開口で生じた圧力波の周波数成分を著しく分散させることができるので、圧力波の圧力勾配の急峻化を抑制し、微気圧波を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の管状通路構造の一例を示すもので、フード部を示す斜視図である。
【図２】同、フード部の側断面図である。
【図３】同、管状通路構造全体の側断面図である。
【図４】同、フード部の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ トンネル（管状通路）
２ フード部
２ａ 圧力波伝播路
３ 第１フード
４ 第２フード
５ 断面積変化部
１０ 減衰部

Claims (3)

1. 管状通路の開口端部に、管状をなし、内部が圧力波伝播路とされたフード部がこのフード部と前記管状通路とを連通状態にして連結された管状通路構造であって、
   前記フード部の一部に、前記圧力波伝播路の、前記フード部の軸と直交する断面の断面積を３０％以上急激に変化させることによって前記圧力波の一部を反射する断面積変化部を設けたことを特徴とする管状通路構造。
2. 前記フード部は、第１フードと、この第１フードの両端部に端部を前記第１フードの端面から突出させた状態でそれぞれ挿入され、前記第１フードより小径の一対の第２フードとを備え、
   一方の前記第２フードが前記管状通路の開口端部に連結されており、
   前記第１フード内における第２フードの端を含む前記圧力波伝播路の断面部分が、前記断面積変化部とされていることを特徴とする請求項１に記載の管状通路構造。
3. 前記管状通路に、特定の周波数の圧力波を減衰させる減衰部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の管状通路構造。

Images