一種高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型為一種高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，包括沿高速鐵路隧道的走向布置用于緩解高速鐵路隧道洞口的微壓波和音爆的自適應過渡機構，自適應過渡機構包括至少兩組過渡單元，過渡單元沿鐵路隧道的走向排布；過渡單元上的開孔率沿高速鐵路隧道近端向高速鐵路隧道遠端方向逐漸增加，以逐步緩解高速鐵路隧道洞口的微壓波和音爆。本實用新型的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，自適應過渡機構采用在隧道入口和/或出口段設置鋼構洞體，并且裝置的頂板和/或側板采用帶開孔的鋼板，其開孔率沿洞口方向漸變，直至為零，最終在隧道入口處形成四周密閉的圍擋裝置。能減少90％的微壓波，防止隧道洞口產生的音爆對周邊環境造成的不良影響。
【專利說明】—種高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及高速鐵路隧道防護結構【技術領域】，具體涉及一種高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置。
【背景技術】
[0002]高速列車進入隧道時，車頭前方空間受到限制，導致車頭前方的空氣不能及時向四周擴散而被急劇壓縮形成空氣壓縮波。該壓縮波以音速傳播到隧道出口，約90%的以膨脹波的形式向隧道入口反射回去，其它約有10%的能量以脈狀沖擊波的形式自隧道出口向周圍區域輻射出去，形成微壓波，此波沿隧道向前傳播。隨著列車進一步駛入隧道和隧道環狀管道長度的不斷延長，隧道內的壓力也不斷的增大，壓縮波的峰前壓力也隨著繼續增大，直至列車全部進入隧道后一段時間為止。當壓縮波到達隧道出口處時，即向進口反射成膨脹波，與此同時，產生一個脈沖微壓波。列車進入隧道所產生的壓縮波，影響了旅客的乘車舒適和健康。隧道出口微壓波會在出口產生爆炸聲，影響隧道出口周邊的聲環境，并使得附近輕型結構物(房屋門窗)急劇振動，這種現象稱為微壓波現象。微壓波現象造成嚴重的噪聲污染，并對周邊居民產生不良心理影響，對環境的危害性較大。
[0003]微壓波效應成為高速鐵路隧道結構設計參數的重要影響因素，因此有必要采取措施對隧道洞口微壓波微效應進行緩解。目前國內外減緩微壓波的措施主要有:一、在隧道的上方開設豎井，通過豎井泄壓來減小壓縮波的壓力梯度峰值。對于特長的隧道，往往因埋深很大，豎井施工難度大、成本高，這種減壓方法難于推廣使用。二、擴大隧道斷面積，通過減低阻塞比(列車斷面積與隧道斷面積的比值)來減壓，由于采用這種方法，隧道建造工程量增加很大，其建造成本高，因而使用也受到限制。三、提高機車車輛的氣密性，此法只能改善車廂內的乘車環境，提高旅客的乘車舒適性，但不能降低高速列車對洞口外環境的影響。四、將隧道出入口修造成斜切式洞門，以減小初始壓縮波的壓力峰值及壓力梯度值。但這種方法大大增加了工程量和工程成本，且效果不太明顯。
[0004]另外，根據實測數據，當列車以200km/h通過48.6m2有效凈空斷面的單線隧道時，距離隧道出口 1m處微壓波峰值達94pa，距離出口 20m處微壓波峰值達58.4pa。顯然，如果不采用緩沖設施對微壓波峰值進行削減，將無法滿足微壓波峰值在距洞口 20m處小于50pa的設計環境要求。
實用新型內容
[0005]為了彌補現有技術的缺陷，本實用新型專利提供了一種高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，施工簡單、工程量小、成本低，又能夠有效削減微壓波峰值，緩解微壓波效應，保證旅客乘車的舒適性，減少對環境危害，以解決現有用于緩解隧道洞口微壓波微效應的結構措施中，對于隧道結構改造施工難度大、工程量大、施工成本高等影響；對于列車進行改造無法降低列車對于隧道洞口外環境的影響的技術問題。
[0006]為了實現上述技術目的，本實用新型專利的技術方案是:一種高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，包括沿高速鐵路隧道的走向在隧道口布置用于緩解高速鐵路隧道洞口的微壓波和音爆的自適應過渡機構，隧道口布置的自適應過渡機構包括至少兩組過渡單元，過渡單元沿鐵路隧道的走向排布；高速鐵路隧道的雙向均連接有自適應過渡機構，過渡機構上的開孔率沿高速鐵路隧道近端向高速鐵路隧道遠端方向逐漸增加，以逐步緩解高速鐵路隧道洞口的微壓波和音爆。
[0007]優選地，過渡單元包括支承在鋼軌兩側并沿高速鐵路隧道的走向間隔排布的立柱、用于連接鋼軌兩側對應布置的立柱的上端的橫梁、鋪設在相鄰兩根立柱之間的側板以及鋪設在相鄰兩根橫梁上的頂板。
[0008]優選地，側板和/或頂板為平板、弧形板中的至少一種。
[0009]優選地，側板和/或頂板為整板或者由條形板沿高速鐵路隧道的周向排布的條形板。
[0010]優選地，側板和/或頂板上設置有用于加強側板和/或頂板的加勁肋，用于防止風壓作用下側板和/或頂板變形。
[0011]優選地，相鄰兩塊條形板之間設置有用于加強相鄰兩塊條形板之間連接部位結構強度的加勁肋。
[0012]優選地，側板和/或頂板上開設有開孔，通過設置不同的開孔尺寸和開孔密集程度來調整側板和/或頂板的開孔率。
[0013]優選地，過渡單元上的開孔率沿高速鐵路隧道近端向高速鐵路隧道遠端方向按10%?70%的比率逐漸增加，增加的方式可以是線性比例、二次方、三次方或者指數函數的方式增加。
[0014]優選地，其特征在于，靠近高速鐵路隧道的過渡單元與高速鐵路隧道口的襯砌對接。
[0015]優選地，自適應過渡機構的徑向尺寸由高速鐵路隧道的近端向高速鐵路隧道的遠端逐漸增加。
[0016]本實用新型的有益效果在于:
[0017]本實用新型的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，自適應過渡機構采用在隧道入口和/或出口段設置鋼構洞體，并且裝置的頂板和/或側板采用帶開孔的鋼板，其開孔率沿洞口方向漸變，直至為零，最終在隧道入口處形成四周密閉的圍擋裝置。整個裝置形成風壓過渡段，從而起到緩解微壓波的效果。本實用新型裝置能夠完全滿足嚴格的微壓波壓力峰值控制標準，能減少90%的微壓波，防止隧道洞口產生的音爆對周邊環境造成的不良影響，社會效應顯著。同時，通過在隧道洞口外接自適應過渡機構，無需擴大隧道洞口斷面，降低施工難度和成本。并且由于自適應過渡機構結構簡單，整體性強，對地形和地質情況適用性強，施工方便，可以有效降低洞口設置緩沖結構而產生的生產成本，經濟效益顯著。另外本高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置對洞口地形適應性強，具有受洞口地形限制小的優點，尤其適用于洞口空間較小的橋隧連接處。
[0018]下面結合附圖對本實用新型專利作進一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型實施例的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置的結構示意圖之一；
[0020]圖2是本實用新型實施例的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置的結構示意圖之二 ；
[0021]圖3是本實用新型實施例的立柱的結構示意圖之一；
[0022]圖4是本實用新型實施例的立柱的結構示意圖之二 ；
[0023]圖5是本實用新型實施例的立柱的結構示意圖之三；
[0024]圖6是本實用新型實施例的立柱的結構示意圖之四；
[0025]圖7是本實用新型實施例的立柱的結構示意圖之五；
[0026]圖8是本實用新型實施例的頂板示意圖；
[0027]圖9是本實用新型實施例的側板示意圖。
[0028]其中，I為立柱，2為頂板,3為側板,4為開孔,5為橫梁,6為加勁肋,8為襯砌,9為鋼軌，11為矩形截面立柱，12為方形環截面立柱，13為圓形截面立柱，14為T字形截面立柱，15為工字形截面立柱。
【具體實施方式】
[0029]下面對本實用新型專利技術內容的進一步說明，但并非對本實用新型專利實質內容的限制。
[0030]圖1是本實用新型實施例的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置的結構示意圖之一；圖2是本實用新型實施例的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置的結構示意圖之二；圖3是本實用新型實施例的立柱的結構示意圖之一；圖4是本實用新型實施例的立柱的結構示意圖之二 ；圖5是本實用新型實施例的立柱的結構示意圖之三；圖6是本實用新型實施例的立柱的結構示意圖之四；圖7是本實用新型實施例的立柱的結構示意圖之五；圖8是本實用新型實施例的頂板示意圖；圖9是本實用新型實施例的側板示意圖。
[0031]如圖1所示，本實施例提供一種高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，包括沿高速鐵路隧道的走向布置用于緩解高速鐵路隧道洞口的微壓波和音爆的自適應過渡機構，自適應過渡機構包括至少兩組過渡單元，過渡單元沿鐵路隧道的走向排布；過渡單元上的開孔率沿高速鐵路隧道近端向高速鐵路隧道遠端方向逐漸增加，以逐步緩解高速鐵路隧道洞口的微壓波和音爆。本實用新型的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，自適應過渡機構采用在隧道入口和/或出口段設置鋼構洞體，并且裝置的頂板2和/或側板3采用帶開孔4的鋼板，其開孔率沿洞口方向漸變，直至為零，最終在隧道入口處形成四周密閉的圍擋裝置。整個裝置形成風壓過渡段，從而起到緩解微壓波的效果。本實用新型裝置能夠完全滿足嚴格的微壓波壓力峰值控制標準，能減少90%的微壓波，防止隧道洞口產生的音爆對周邊環境造成的不良影響，社會效應顯著。并且由于結構簡單，整體性強，對地形和地質情況適用性強，施工方便，可以有效降低洞口設置緩沖結構而產生的生產成本，經濟效益顯著。另外本高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置整體長度較短，占用洞口空間小，對洞口地形適應性強，具有受洞口地形限制小的優點，尤其適用于洞口空間較小的橋隧連接處。
[0032]如圖1和圖2所示，其還在于，過渡單元包括支承在鋼軌9兩側并沿高速鐵路隧道的走向間隔排布的立柱1、用于連接鋼軌9兩側對應布置的立柱I的上端的橫梁5、鋪設在相鄰兩根立柱I之間的側板3以及鋪設在相鄰兩根橫梁5上的頂板2。圖3為矩形截面立柱11。圖4為方形環截面立柱12。圖5為圓形截面立柱13。圖6為T字形截面立柱14。圖7為工字形截面立柱15。
[0033]如圖1和圖2所示,其還在于,側板3和/或頂板2為平板、弧形板中的至少一種。
[0034]如圖1和圖2所示，其還在于，側板3和/或頂板2為整板或者由條形板沿高速鐵路隧道的周向排布的條形板。
[0035]如圖1和圖2所示,其還在于,側板和/或頂板上設置有用于加強側板3和/或頂板2的加勁肋6，用于防止風壓作用下側板和/或頂板變形。
[0036]如圖1和圖2所示，其還在于，相鄰兩塊條形板之間設置有用于加強相鄰兩塊條形板之間連接部位結構強度的加勁肋6。
[0037]如圖1和圖2所示，其還在于，側板和/或頂板上開設有開孔4，通過設置不同的開孔尺寸和開孔密集程度來調整側板和/或頂板的開孔率。
[0038]如圖1和圖2所示，其還在于，過渡單元上的開孔率沿高速鐵路隧道近端向高速鐵路隧道遠端方向按10%?70%的比率逐漸增加。
[0039]如圖1和圖2所示，其還在于，過渡單元上的開孔率沿高速鐵路隧道近端向高速鐵路隧道遠端方向增加的方式可以是線性比例、二次方、三次方或者指數函數的方式增加；
[0040]如圖1和圖2所示，其還在于，其特征在于，靠近高速鐵路隧道的過渡單元與高速鐵路隧道口的襯砌8對接。
[0041]如圖1和圖2所示，其還在于，自適應過渡機構的徑向尺寸由高速鐵路隧道的近端向高速鐵路隧道的遠端逐漸增加。
[0042]如圖1和圖2所示，其還在于，高速鐵路隧道的雙向均連接有自適應過渡機構。
[0043]實施時，提供一種鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，包括側面立柱1，側面板、橫梁5、頂板2、加勁肋6。側板3和頂板2可以通過預留的螺栓孔用螺栓緊固或是焊接在結構框架(立柱I和橫梁5組合形成結構框架)上，側板3和頂板2的開孔率沿隧道口方向按一定的比率變化，最終在隧道入口處形成四周密閉的圍擋裝置。該裝置與隧道洞口襯砌8對接，形成風壓過渡段。列車在高速進入隧道之前先通過該過渡段，產生的空氣壓縮波可以通過通過裝置上的的開孔4得以排放。隧道洞口風壓過渡裝置可以是矩形洞體，也可以是拱形洞體，也還可以是喇叭口形狀的。隧道洞口風壓過渡裝置結構框架橫截面可以是矩形、圓形、橢圓形、或者側面是直線型、頂板2為弧形。隧道洞口風壓過渡裝置的頂板2可以是平面形狀的，也可以是弧形的，分別有不同的開孔率。隧道洞口風壓過渡裝置沿長度方向的相鄰鋼板的開孔率按10%?70%的比率增加。隧道洞口風壓過渡裝置的頂板2和側板3的開孔4可以是的矩形開孔4、圓形開孔4、橢圓形開孔4、菱形開孔4的或者其他任意形狀的開孔4。隧道洞口風壓過渡裝置的側面立柱I可以是方形截面、矩形截面、T形截面、工字型截面、圓形截面。隧道洞口風壓過渡裝置位于隧道入口段外側和位于隧道出口段外側。在隧道入口和出口各設置過渡裝置，可以進一步緩解微壓波效應。隧道洞口風壓過渡裝置與隧道洞口襯砌8等截面對接，施工難度更低。
[0044]圖1是拱形過渡裝置立體結構示意圖，隧道洞口風壓過渡自適應裝置是拱形洞體，裝置側板3是直線型、頂板2為弧形。該裝置安裝于隧道入口段外側位于隧道出口段外偵牝與隧道洞口襯砌8對接。該裝置側邊立柱I安裝在隧道洞口兩側，同側的每相鄰兩根立柱I間均設置有加勁肋6，弧形橫梁5焊接在立柱I上，然后再安裝側板3和頂板2。其中側板3是具有不同開孔率的矩形平面鋼板，頂板2是具有不同開孔率的弧形鋼板。每兩根立柱I間為一段(過渡單元)，該裝置可以分為7?8段，每段長6m?7m。其中遠離隧道洞口的第一段(過渡單元)的側板3和頂板2開孔率可達90%，然后后面每一段開孔率以一定比率減少，直至開孔率為零，在隧道口處形成四周密閉的圍擋裝置。側板3和頂板2可以用焊接的方式組裝在側邊立柱I和橫梁5上，也可以通過預留螺栓孔，然后用螺栓固定的方式進行組裝。
[0045]圖2是矩形過渡裝置立體結構示意圖，本實用新型隧道洞口風壓過渡自適應裝置是矩形洞體。該裝置安裝于隧道入口段外側位于隧道出口段外側，與隧道洞口襯砌8對接。該裝置側邊立柱I安裝在隧道洞口兩側，兩側每兩根立柱I間均設置加勁肋6，矩形橫梁5焊接在立柱I上，然后再安裝側板3和頂板2。其中側板3和頂板2均是不同開孔率的矩形平面鋼板。每兩根立柱I間為一段(過渡單元)，該裝置可以分為7?8段，每段長6?7m。其中遠離隧道洞口的第一段(過渡單元)側板3和頂板2開孔率可達90%，然后后面每一段開孔率以一定比率減少，直至開孔率為零，在隧道口處形成四周密閉的圍擋裝置。側板3可以用焊接的方式組裝在側邊立柱I和橫梁5上，也可以通過預留螺栓孔，然后用螺栓固定的方式進行組裝。
[0046]圖3-圖7分別是矩形立柱I,方形立柱I,圓形立柱1，T形立柱I和工字形立柱I示意圖。
[0047]圖8，圖9分別是頂板2和側板3的結構示意圖，頂板和側板分別設置有不同開孔率的開孔4。
[0048]本高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置所應用于高速鐵路隧道工程，減少微壓波效應達到90%，并且結構簡單，施工方便，具有很強的實用性。
[0049]以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書內容所作的等效結構變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，其特征在于，包括沿高速鐵路隧道的走向布置用于緩解高速鐵路隧道洞口的微壓波和音爆的自適應過渡機構，自適應過渡機構包括至少兩組過渡單元，過渡單元沿鐵路隧道的走向排布；高速鐵路隧道的雙向均連接有自適應過渡機構，過渡機構上的開孔率沿高速鐵路隧道近端向高速鐵路隧道遠端方向逐漸增加，以逐步緩解高速鐵路隧道洞口的微壓波和音爆。
2.根據權利要求1所述的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，其特征在于，過渡單元包括支承在鋼軌兩側并沿高速鐵路隧道的走向間隔排布的立柱、用于連接鋼軌兩側對應布置的立柱的上端的橫梁、鋪設在相鄰兩根立柱之間的側板以及鋪設在相鄰兩根橫梁上的頂板。
3.根據權利要求2所述的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，其特征在于，側板和/或頂板為平板、弧形板中的至少一種。
4.根據權利要求2所述的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，其特征在于，側板和/或頂板為整板或者由條形板沿高速鐵路隧道的周向排布的條形板。
5.根據權利要求2所述的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，其特征在于，側板和/或頂板上設置有用于加強側板和/或頂板的加勁肋，用于防止風壓作用下側板和/或頂板變形。
6.根據權利要求2所述的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，其特征在于，相鄰兩塊條形板之間設置有用于加強相鄰兩塊條形板之間連接部位結構強度的加勁肋。
7.根據權利要求4所述的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，其特征在于，側板和/或頂板上開設有開孔，通過設置不同的開孔尺寸和開孔密集程度來調整側板和/或頂板的開孔率。
8.根據權利要求1所述的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，其特征在于，過渡單元上的開孔率沿高速鐵路隧道近端向高速鐵路隧道遠端方向按10%?70%的比率逐漸增加，增加的方式可以是線性比例、二次方、三次方或者指數函數的方式增加。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，其特征在于，罪近聞速鐵路險道的過渡單兀與聞速鐵路險道口的襯砲對接。
10.根據權利要求1至8中任一項所述的高速鐵路隧道洞口風壓過渡自適應裝置，其特征在于，自適應過渡機構的徑向尺寸由高速鐵路隧道的近端向高速鐵路隧道的遠端逐漸增加。
【文檔編號】E21D9/14GK204082162SQ201420532096
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】朱志輝, 楊樂 申請人:中南大學