高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構，該緩沖結構用于高速鐵路雙線隧道，為設置于隧道洞外的等截面洞體結構，在洞體頂部沿洞體長度方向設置1~2條間縫，間縫開口總面積與隧道凈空橫截面積的面積比為20%~30%。本實用新型對隧道出口微壓波緩解效果明顯，可將隧道出口微壓波峰值降低25%~48%，每延米微壓波降低率達3.04%~2.35%，比常規緩沖結構每延米降低率提高了50%~90%，極大地提高了對隧道出口環境的降噪效率，縮短了緩沖結構長度，而且施工簡易，建造成本低，對隧道出口復雜地質條件的適應性強。
【專利說明】高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種鐵路隧道，特別是涉及一種高速鐵路設置在隧道洞口的間縫式高效緩沖結構。
【背景技術】
[0002]我國已進入高速鐵路快速發展階段，京津城際、鄭西、武廣、京滬等高速鐵路客運專線已投入運營，但仍有一系列問題需要進一步解決，高速鐵路通過隧道所誘發的氣動音爆現象，就是要解決的問題之一。這種音爆是由于列車突入隧道所產生的壓縮波，在傳播到達隧道出口處時，向隧道出口周圍地區輻射的一種低頻噪聲波一微壓波，能引起附近房屋的窗框、百葉窗等急劇振動。這種現象會對隧道出口周圍環境造成較大影響，與建設綠色、環保型高速鐵路相悖，因此必須加以有效控制。
[0003]微壓波的大小與壓縮波到達隧道出口時的壓力梯度值(單位時間內的壓力差)成正比，因此通過控制壓縮波到達隧道出口時的壓力梯度，可實現減緩微壓波強度的目的。目前，高速鐵路隧道在隧道洞口所采取的減緩微壓波的技術措施如下幾種:
[0004]1、在隧道洞外修建等截面的頂部或側部開口式緩沖結構；
[0005]2、在隧道洞外修建擴大斷面積型緩沖結構； [0006]3、在隧道 洞口附近修建回路型緩沖結構等。
[0007]盡管這些隧道洞口附屬設施在緩解音爆噪聲方面起到了一定作用，但實際應用過程中仍暴露出一些問題，主要表現為:
[0008]等截面頂部或側部開口緩沖結構，橫向開口寬度較小，未考慮首波和二次波的激化規律調整開口率及開口形狀，只能通過增加緩沖結構的長度來獲得較大微壓波降低率，一方面增加了工程造價，另一方面也增加了工程現場實施的難度；擴大斷面積型緩沖結構在山區占地大，隧道口微壓波降低率，現場放樣及模板制作較為困難，施工難度較大，周期較長；回路型緩沖結構，需要建造永久性橫通道及平導，形成一定規模的回路系統，才能獲得較高的微壓波降低率，工程造價高且構造復雜。
實用新型內容
[0009]本實用新型就是為了解決上述現有技術中的問題，提供了一種高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構。
[0010]為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0011]本實用新型的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構，用于高速鐵路雙線隧道。該緩沖結構為設置于隧道洞外的等截面洞體結構，在洞體頂部沿洞體長度方向設置廣2道間縫開口，間縫開口總面積是隧道凈空橫截面積的20%~30%。
[0012]所述緩沖結構的洞體設置于隧道入口段外側或隧道出口段外側。
[0013]所述緩沖結構的洞體設置于隧道入口段外側和隧道出口段外側。
[0014]所述間縫斷面頂部2/3以上均為開口空間，間縫開口弧長為12~18m。[0015]所述的緩沖結構設置I道間縫開口，間縫開口沿洞體長度方向的寬度為
1.2~2.0m,間縫開口距緩沖結構入口的距離為4~7m。
[0016]所述的緩沖結構設置2道間縫開口，第一道間縫開口沿洞體長度方向的寬度為
1.0~l.6m，第二道間縫開口沿洞體長度方向的寬度為0.4^0.9m，第一道間縫開口距緩沖結構入口的距離為4~7m，第一道間縫開口與第二道間縫開口之間的凈距為l0~l3m。
[0017]所述緩沖結構的凈空斷面與隧道凈空斷面相同。
[0018]所述緩沖結構的隧道洞門形式為直切式或帽檐斜切式洞門。
[0019]本實用新型具有的優點和積極效果是:
[0020]本實用新型的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構，適用于雙線隧道，相比現有常規緩沖結構緩解微壓波的效率更高，適用性更好；能夠采用較短的結構長度，有效地降低高速列車進入隧道所產生的微壓波，顯著降低壓縮波的壓力梯度，增加旅客的乘車舒適性，大大削減了高速列車進出隧道所產生的音爆效應，減小對周圍環境的危害；該結構形式的環向開口空間較大，明洞整體長度較短，修筑方便，不僅可以顯著降低建設投資，而且對隧道口復雜地形條件的適應性更強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型第一實施例的緩沖結構開口位置關系示意圖；
[0022]圖2是本實用新型第二實施例的緩沖結構開口位置關系示意圖；
[0023]圖3是本實用新型第二實施例的緩沖結構的俯視圖；
[0024]圖4是本實用新型第二實施例的緩沖結構的縱剖視圖；
[0025]圖5是本實用新型第二實施例的緩沖結構間縫橫剖視圖；
[0026]圖6是本實用新型第二實施例的緩沖結構與隧道洞口無緩沖結構在相同條件下隧道內測點的壓力梯度值與時間的數值模擬關系曲線。
[0027]附圖中主要部件符號說明:
[0028]1:第一道間縫開口2:第二道間縫開口
[0029]3:緩沖結構入口4:緩沖結構出口
[0030]5:第一道間縫檐口6: 土石回填線
[0031]7:第二道間縫檐口8:混凝土小擋墻。
[0032]Cl1:間縫開口距緩沖結構入口的距離
[0033]d2:間縫開口距緩沖結構出口的距離
[0034]d3:間縫開口沿洞體長度方向的寬度
[0035]d4:第一道間縫開口與第二道間縫開口之間的凈距
[0036]d5:第二道間縫開口沿洞體長度方向的寬度
[0037]d6:間縫式緩沖結構總長度
[0038]d7:第一道間縫開口距緩沖結構入口的距離
[0039]d8:最后一道間縫開口距緩沖結構出口的距離
[0040]d9:第一道間縫開口沿洞體長度方向的寬度
[0041]C1:間縫開口弧長
[0042]C2:間縫開口內弧長度[0043]Ii1:間縫檐口突出高度
[0044]曲線D:普通方法修建的隧道的模擬關系曲線
[0045]曲線F:本實用新型修建的隧道的模擬關系曲線。
【具體實施方式】
[0046]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構做進一步說明。下述各實施例僅用于說明本實用新型而并非對本實用新型的限制。
[0047]本實用新型的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構，用于高速鐵路雙線隧道。該緩沖結構為設置于隧道洞外的等截面洞體結構，在洞體頂部沿洞體長度方向設置廣2道間縫開口，間縫開口總面積是隧道凈空橫截面積的20%~30%。間縫斷面頂部2/3以上均為開口空間。
[0048]該緩沖結構的凈空斷面與隧道凈空斷面相同，具體結構長度、間縫開口數量及其他相關結構參數宜根據隧道洞口地形允許的結構長度、隧道降噪要求及隧道口明洞開挖后土石回填線位置等條件綜合確定，并在本實用新型規定的參數范圍內選擇。
[0049]緩沖結構的洞體可以僅設置于隧道入口段外側或僅設置于隧道出口段外側；也可以在隧道入口段外側和隧道出口段外側都設置緩沖結構洞體。在隧道入口和出口均設置該緩沖結構，可以進一步緩解微壓波效應。
[0050]通過車隧空氣動力學計算分析及首波與二次波波形變化規律研究，獲得第一道間縫開口距洞口的距離、開口率、開口弧長及寬度、開口間距等優化參數。
[0051]圖1是本實用新型第一實施例的緩沖結構開口位置關系示意圖。如圖1所示，本實用新型第一實施例的緩沖結構設置I道間縫開口，間縫式緩沖結構總長度d6為8.5^15m ；間縫開口沿洞體長度方向的寬度d3為1.2^2.0m，優選為1.5^2.0m ;間縫開口距緩沖結構入口 3的距離Cl1為4~7m;間縫開口的環向長度為16~18m。
[0052]圖2是本實用新型第二實施例的緩沖結構開口位置關系示意圖；圖3是本實用新型第二實施例的緩沖結構的俯視圖；圖4是本實用新型第二實施例的緩沖結構的縱剖視圖；圖5是本實用新型第二實施例的緩沖結構間縫橫剖視圖。如圖2至圖5所示，本實用新型第二實施例的緩沖結構設置2道間縫開口，緩沖結構總長度d6為11.7^23.4m，第一道間縫開口 I沿洞體長度方向的寬度d9為1.(Tl.6m，第二道間縫開口 2沿洞體長度方向的寬度d5為0.4^0.9m，第一道間縫開口 I距緩沖結構入口 3的距離d7為4~7m，第一道間縫開口 I與第二道間縫開口 2之間的凈距d4為l(Tl3m。第二道間縫開口 2距緩沖結構出口 4的距離，即最后一道間縫開口距緩沖結構出口的距離d2為3~5m，兩間縫開口的環向長度，即間縫開口弧長C1為12~18m。
[0053] 可具體設置為:間縫式高效緩沖結構總長度(16為23.4m，第一道間縫開口 I距緩沖結構入口 3的距離(17為6m，第一道間縫開口 I沿洞體長度方向的寬度(19為1.0m，第一道間縫開口 I與第二道間縫開口 2之間的凈距d4為13m，第二道間縫開口 2沿洞體長度方向的寬度d5為0.4m,第二道間縫開口 2距緩沖結構出口 4的距離d2為3m。兩道間縫開口的內弧長C2均為17.6mο
[0054]上述兩實施例的間縫式高效緩沖結構的隧道洞門形式可以為直切式洞門，條件允許時可設置帽檐斜切式洞門，能起到增強緩解微壓波效應的作用。[0055]第一道間縫檐口 5和第二道間縫檐口 7位于隧道壁開口邊緣，向外突出500mm，主要阻擋落石沿著山體滾動時落入隧道中，及防止野生動物經過時墜入隧道中。
[0056]土石回填線6的作用是在隧道口明挖段在隧道結構施工完成后，為保持隧道結構穩定性而進行土石回填的坡度線。
[0057]混凝土小擋墻8用于減小隧道明洞長度，確保隧道明洞回填土穩定性的結構。
[0058]圖6是本實用新型第二實施例的緩沖結構與隧道洞口無緩沖結構在相同條件下隧道內測點的壓力梯度值與時間的數值模擬關系曲線。其中，橫坐標為時間、單位為秒(S)，縱坐標為壓力梯度、單位為kPa/s。曲線D為普通方法修建的隧道的模擬關系曲線，曲線F為本實用新型修建的隧道的模擬關系曲線。具體的計算條件是車速為350km/h，隧道面積為100m2，列車面積為11.0m2時，隧道模型長度取500m。
[0059]如圖6所示，數值模擬計算分析結果表明，采用本實用新型的高速鐵路雙線隧道洞口間縫式高效緩沖結構，隧道內200m測點處的壓力梯度峰值為7.1 kPa/s ;而洞口無緩沖結構時，在其它條件均相同的情況下，相同測點的壓力梯度峰值為13.7kPa/s ;壓力梯度峰值較現有隧道降低48%。由于壓力梯度與微壓波峰值成正比，因此，隧道出口微壓波峰值也將降低48%左右，其減壓效果顯著。另經計算分析得出，采用本實用新型的隧道洞口緩沖結構，設置I條間縫緩沖結構時，隧道出口微壓波降低率能達到25%~32%，每延米降低率為
2.9%~3.04%。設置2條間縫緩沖結構時，隧道出口微壓波降低率能達到32%~48%，每延米降低率為2.35%~2.78%ο
[0060]由此可見，本實 用新型的間縫式緩沖結構，對隧道出口微壓波緩解效果明顯，可將隧道出口微壓波峰值降低25%~48%，每延米微壓波降低率達3.04%~2.35%，比常規緩沖結構每延米降低率(約為1.57%)提高了 50%~90%，極大地提高了對隧道出口環境的降噪效率，縮短了緩沖結構長度，而且施工簡易，建造成本低，對隧道出口復雜地質條件的適應性強。
【權利要求】
1.一種高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構，用于高速鐵路雙線隧道，其特征在于:該緩沖結構為設置于隧道洞外的等截面洞體結構，在洞體頂部沿洞體長度方向設置廣2道間縫開口，間縫開口總面積是隧道凈空橫截面積的20%~30%。
2.根據權利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構，其特征在于:所述緩沖結構的洞體設置于隧道入口段外側或隧道出口段外側。
3.根據權利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構，其特征在于:所述緩沖結構的洞體設置于隧道入口段外側和隧道出口段外側。
4.根據權利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構，其特征在于:間縫斷面頂部2/3以上均為開口空間，間縫開口弧長(C1)為12~18m。
5.根據權利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構，其特征在于:緩沖結構設置I道間縫開口，間縫開口沿洞體長度方向的寬度(d3)為1.2~2.0m，間縫開口距緩沖結構入口(3)的距離(Cl1)為1~7πι。
6.根據權利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構，其特征在于:緩沖結構設置2道間縫開口，第一道間縫開口( I)沿洞體長度方向的寬度(d9)為1.(Tl.6m,第二道間縫開口(2)沿洞體長度方向的寬度(d5)為0.4^0.9m，第一道間縫開口距緩沖結構入口的距離(d7)為1~7πι，第一道間縫開口與第二道間縫開口之間的凈距(d4)為l(Tl3m。
7.根據權利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構，其特征在于:所述緩沖結構的凈空斷面與隧道凈空斷面相同。
8.根據權利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結構，其特征在于:所述緩沖結構隧道洞 門形式為直切式或帽檐斜切式洞門。
【文檔編號】E21D9/14GK203614111SQ201320639021
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】李懷鑒, 馬志富, 王英學, 張桂揚, 許占良, 蘇哿, 張春雷, 孟慶余, 韓華軒 申請人:鐵道第三勘察設計院集團有限公司, 西南交通大學