JP4780774B2 - トンネル緩衝工 - Google Patents

Description

本発明は、高速列車等の移動体がトンネルに進入することによって、トンネル出口で発生する微気圧波を低減できるトンネル緩衝工に関する。

新幹線等の高速列車がトンネル入口に進入すると圧縮波が生じ、この圧縮波がトンネル内を伝播してトンネル出口に到達すると、圧縮波の圧力勾配にほぼ比例したパルス状の圧力波が出口から外部に放射される。このパルス状の圧力波がいわゆる微気圧波である。

高速列車がトンネル入口に進入することで生じる圧縮波は、圧力によって伝播速度が異なり、圧力が低いと伝播速度は遅く、圧力が高いと伝播速度は速い。すなわち、圧縮波の先端付近で圧力の低い部分は伝播速度が遅く、圧縮波の後方で圧力の高い部分は伝播速度が速いので、圧縮波の波形は伝播するうちに後方部分が先端付近部分に次第に追い付いていく。このため圧縮波の波形は、最初は緩やかであっても、伝播するうちに次第に切り立った形状に変化する。これを波の非線形効果という。圧縮波の波形の切り立った形状への変化に伴い、圧縮波の圧力勾配は大きくなっていく。

短いトンネルの場合は、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、波の非線形効果が蓄積することによって、圧力勾配が徐々に大きくなり、切り立った波形となってトンネル出口に到達する。

微気圧波の放射は、破裂的な空気圧音（一次音）を招くことがあるだけでなく、トンネル出口付近の民家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、その低減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、トンネル入口にトンネル緩衝工を設ける方法がある。トンネル緩衝工とは、トンネルの入口にトンネル断面積の１．４〜１．５倍程度のフード部を設けたものである。トンネル緩衝工によりトンネル入口で生じる圧縮波の圧力勾配を小さく抑えることができるので、トンネル出口での微気圧波の低減を図ることができる。
特開２００１−２４８３９０号公報

従来のトンネル緩衝工のフード部は、Ｈ形鋼を主な構造部材として骨組み構造部を形成し、骨組み構造部に屋根部としての鋼板（デッキプレート等）を取り付けて構築する構造となっている。そのため、屋根部の重量が重く、それを支持する骨組み構造部の鋼材使用量が多くなるという問題が発生する。また、屋根部材の耐力により、主な構造部材の配置間隔を広げることは困難である。さらに、屋根部が鋼板で形成されるため、トンネル緩衝工のフード部の形状の設計の自由度がなく、施工性、経済性においても問題を有するものであった。

本発明は、従来技術の持つ課題を解決する、屋根部の構造を軽量化すると共に、圧力変動の吸収性を向上させ、鋼材使用量を減らし、トンネル緩衝工のフード部の形状の設計の自由度を増し、施工性、経済性の高いトンネル緩衝工を提供することを目的とする。

課題を解決するために、トンネル入口にフード部を設置したトンネル緩衝工であって、前記フード部を骨組み構造部と屋根部で構成し、前記屋根部を軽量でかつ可撓性の膜部材又はシート部材を織物、編物及び不織布等のシート状物に樹脂をコーティングした複合材で、複合材の繊維は、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維及びポリエステル繊維、複合材の樹脂は、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム及びアクリル樹脂で形成した膜構造とすることを特徴とする。

また、本発明のトンネル緩衝工は、前記屋根部の膜構造を、膜部材又はシート部材をパネル化して骨組み構造部に取り付け形成することを特徴とする。

また、本発明のトンネル緩衝工は、前記屋根部の膜構造を、枠材に膜部材又はシート部材を該枠材の内周に所定幅の隙間が形成されるように固定してパネル化することを特徴とする。

また、本発明のトンネル緩衝工は、前記屋根部の膜構造を、膜部材又はシート部材を直接骨組み構造部に取り付け形成することを特徴とする。

また、本発明のトンネル緩衝工は、前記フード部の延長方向に沿って断面形状、断面積を異なるように変化させることを特徴とする。

また、本発明のトンネル緩衝工は、前記屋根部の膜構造を、膜部材又はシート部材の張力を緩くして骨組み構造に取り付け、圧力変動の吸収性を高めることを特徴とする。

また、本発明のトンネル緩衝工は、前記屋根部の膜構造に取り外し、スライド、巻き上げ、巻き下ろし可能に膜パネルを配置し開閉度調整可能な開口部を形成することを特徴とする。

本発明のトンネル入口にフード部を設置したトンネル緩衝工であって、前記フード部を骨組み構造部と屋根部とで構成し、前記屋根部を軽量でかつ可撓性の膜部材又はシート部材で形成した膜構造とする構成により、屋根部を軽量化できるので骨組み構造の鋼材使用量を減らすことができ、圧力変動により膜構造が膨張、収縮するので圧力変動の吸収性を向上させることができる。
屋根部の膜構造を、膜部材又はシート部材をパネル化して構造部材に取り付け形成する構成により、骨組み構造への屋根部の取り付け工程の施工性を向上させることができる。
屋根部の膜構造を、枠材に膜部材又はシート部材を該枠材の内周に所定幅の隙間が形成されるように固定してパネル化する構成により、フード部で発生した圧縮波の一部が隙間から外部に放出され、トンネル入口に達する圧縮波の圧力勾配を低減することができる。
屋根部の膜構造を、膜部材又はシート部材を直接構造部材に取り付け形成する構成により、骨組み構造への屋根部の取り付け工程の施工性を向上させることができる。
フード部の延長方向の断面積を変化するように形成する構成により、圧縮波の圧力勾配を小さく抑えることができる。さらに、屋根部が膜構造であるため、このようなフード部の断面の設計の自由度が増加する。
屋根部の膜構造を、膜部材又はシート部材の張力を緩くして骨組み構造に取り付け、圧力変動の吸収性を高める構成により、トンネル緩衝工のフード部の断面積を小さくすることができる。
屋根部の膜構造に開閉度を調整可能な開口部を形成する構成により、圧縮波の圧力勾配を小さく抑えることができ、開口部の開口面積を変化させることができるので、圧縮波の圧力勾配を制御できる。

本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明のトンネル緩衝工の全体概略図であり、図２は、トンネル緩衝工のフード部の構成を示す概略図である。

トンネル緩衝工１は、トンネル入口２にトンネルの断面積の１．４〜１．５倍の断面積を有するフード部３が設置される。フード部３は、Ｈ形鋼等の構成部材６で形成される骨組み構造４と屋根部５で構成される。

本発明の特徴的構成は、トンネル緩衝工１のフード部３の屋根部５が、膜部材又はシート部材７で形成される膜構造となっていることである。膜構造を形成する膜部材又はシート部材７としては、従来、スポーツ施設用の膜構造に用いられるものを使用する。このような膜部材又はシート部材としては、フィルムをはじめ、織物、編物及び不織布等のシート状物に樹脂をコーティングした複合材が使用される。複合材を構成する繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維及びポリエステル繊維等で、好ましくは、耐候性に優れた高強度、耐熱性の繊維を使用する。又、複合材を構成する樹脂としては、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム及びアクリル樹脂等、その他これらに類するものから選択される。かかる樹脂は、上述のシート状物に含浸、コーティング及びラミネート等の方法から選択される少なくとも１種の方法により複合される。

このような膜部材又はシート部材７により屋根部５を膜構造とすることにより、屋根部５を軽量化することができ、屋根部５の軽量化に伴いそれを支持する骨組み構造４の構成部材である鋼材使用量を削減できる。また、屋根部５の膜構造が圧力変動により膨張、収縮し、圧力変動の吸収性を向上することができる。さらに、屋根部５を膜構造にすることにより、フード部３の延長方向に沿って断面形状、断面積を異なるように変化させる等の設計の自由度が増加する。

図３は、本発明のトンネル緩衝工１のフード部３の一実施形態の断面図である。フード部３は、基礎１６に一端を固定されるＨ形鋼等の構成部材６に、他の構成部材６をジョイント１７で連結し、アーチ形の断面を形成する。本実施形態においては、フード部３の断面形状としてアーチ形を採用しているが、半円形や多角形断面であっても良い。構造部材６により形成されるアーチ形断面を所定間隔毎に形成し、各アーチ形断面を複数の横部材で連結し骨組み構造部４を形成する。フード部３の骨組み構造４の断面形状及び屋根部５の膜構造を設計する際、積雪期に屋根部５に積もった雪が自然に落下するような屋根部５の角度、形状を設定することや、暴風雨、地震等の自然災害に耐える形状及び強度とすることは当然考慮されるべきことである。

骨組み構造４に設置される屋根部５は、膜部材又はシート部材７を膜パネル９として骨組み構造部４に取り付けたり、膜部材又はシート部材７を直接骨組み構造４に取り付けて形成される膜構造とする。図３に示される実施形態においては、骨組み構造４を形成する構造部材６にパネル取り付けピース１５を溶接等の手段で固定し、パネル取り付けピース１５に膜パネル９をボルト等の固定手段で取り付ける。

図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に膜パネル９の一実施形態を示す。膜パネル９は、矩形の金属製の枠材１０を有する。矩形の枠材１０の内周のコーナ部にクランプベース１２を固定する。また、矩形の枠材１０の中間部に中間受け１１を固定する。中間受け１１は、枠材１０に周囲を固定される膜部材又はシート部材７の中間部が撓むのを防止する。枠材１０の外側に構成部材６に固定されたパネル取り付けピース１５にボルト等で固定するための連結板１４を設ける。枠材１０の内周コーナ部に設けたクランプベース１２に膜部材又はシート部材７の４隅を固定部材で固定する。この実施形態では、枠材１０と膜部材又はシート部材７との間に隙間１３を設けるようにする。隙間１３は、高速移動体がフード部３に進入した際発生する圧縮波の一部を外部に放出し、トンネル入口に達する圧縮波の圧力勾配を低減することができる。また、枠材１０の内周に隙間１３を設けることなく膜部材又はシート部材７を取り付けても良い。枠材１０に固定された膜部材又はシート部材７は可撓性であるため、高速移動体がフード部に進入した際発生する圧力変動に対応して膨張、収縮し、トンネル入口に達する圧縮波の圧力勾配を低減することができる。

図５は、屋根部５の膜構造を、骨組み構造４の構成部材６に直接膜部材又はシート部材７を固定鋲８で固定する実施形態を示す。このような膜構造においても、高速移動体がフード部に進入した際発生する圧力変動を膨張、収縮により緩和する作用を果たす。

図６は、本発明のトンネル緩衝工の他の実施形態を示す。この実施形態では、フード部３の断面積をフード部３の入口からトンネル入口２に向かって除々に小さくなるように変化させる。フード部３の断面積を変化させ、圧縮波の圧力勾配を小さく抑えることができる。このようにフード部３の断面積を延長方向に変化させることができるのは、屋根部５が膜構造になっているためである。従来のように屋根部が鋼板の場合は、骨組み構造への屋根部の取り付けが困難であるため、フード部の断面積を変化させるような設計の自由度はなかった。

図７は、本発明のトンネル緩衝工の別の実施形態を示す。この実施形態では、骨組み構造４に、膜部材又はシート部材７を膜パネル９として取り付けたり、膜部材又はシート部材７を直接取り付ける際、膜部材又はシート部材７の張力を緩く取り付けることにより、膜構造の圧力による膨張度が大きくなり断面積が増加するので、フード部３の断面積を小さくすることができる。

図８は、本発明のトンネル緩衝工のさらに別の実施形態を示す。この実施形態では、フード部３の屋根部５の膜構造に開閉度を調節可能な開口部１８を形成する。開閉度を調節可能な開口部１８は、膜パネル９を取り外し可能としたり、膜パネル９をスライド可能としたり、膜部材又はシート部材７を巻き上げ、巻き下ろし可能とすることにより実現できる。開口部１８を設ける位置は、フード部３の両側、片側の側面、頂上面等自由な位置に設置可能である。フード部３の膜構造に開閉度を調節可能な開口部１８を設けることにより、圧縮波の圧力勾配を小さく抑えることができ、開口部の開口面積を変化させることができるので、圧縮波の圧力勾配を制御できる。

このように本発明のトンネル緩衝工１は、屋根部５が軽量で可撓性の膜部材又はシート部材７で形成された膜構造で構成されるため、骨組み構造の鋼材使用量を減らすことができ、圧力変動により膜構造が膨張、収縮するので圧力変動の吸収性を向上させることができる。

本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。

符号の説明

１：トンネル緩衝工、２：トンネル入口、３：フード部、４：骨組み構造部、５：屋根部、６：構造部材（Ｈ形鋼）、７：膜部材又はシート部材、８：固定鋲、９：膜パネル、１０：枠、１１：中間受け、１２：クランプベース、１３：隙間、１４：連結板、１５：パネル取り付けピース、１６：基礎、１７：ジョイント、１８：開口部

Claims (7)

1. トンネル入口にフード部を設置したトンネル緩衝工であって、前記フード部を骨組み構造部と屋根部で構成し、前記屋根部を軽量でかつ可撓性の膜部材又はシート部材を織物、編物及び不織布等のシート状物に樹脂をコーティングした複合材で、複合材の繊維は、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維及びポリエステル繊維、複合材の樹脂は、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム及びアクリル樹脂で形成した膜構造とすることを特徴とするトンネル緩衝工。
2. 前記屋根部の膜構造を、膜部材又はシート部材をパネル化して骨組み構造部に取り付け形成することを特徴とする請求項１に記載のトンネル緩衝工。
3. 前記屋根部の膜構造を、枠材に膜部材又はシート部材を該枠材の内周に所定幅の隙間が形成されるように固定してパネル化することを特徴とする請求項２に記載のトンネル緩衝工。
4. 前記屋根部の膜構造を、膜部材又はシート部材を直接骨組み構造部に取り付け形成することを特徴とする請求項１に記載のトンネル緩衝工。
5. 前記フード部の延長方向に沿って断面形状、断面積を異なるように変化させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のトンネル緩衝工。
6. 前記屋根部の膜構造を、膜部材又はシート部材の張力を緩くして骨組み構造に取り付け、圧力変動の吸収性を高めることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のトンネル緩衝工。
7. 前記屋根部の膜構造に取り外し、スライド、巻き上げ、巻き下ろし可能に膜パネルを配置し開閉度調整可能な開口部を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のトンネル緩衝工。

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