高速鐵路隧道端部擴大式硐室減緩構造
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及鐵路隧道，特別涉及一種高速鐵路設置在隧道洞身的微壓波緩沖 構造。
【背景技術】
[0002] 隨著京津城際快線、鄭西、武廣時速350km/h客運專線的開通，標志著我國高速列 車技術的日臻完善，使國人可以期盼在不久的未來困擾十三億人民的出行問題可以徹底解 決。當然伴隨著高速鐵路速度的提高，同時也會造成很多新的問題。當列車以高速進入鐵 路隧道時，列車前面將會產生初始壓縮波，此波沿隧道向前傳播。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，產生一個脈沖波自隧道出口向周圍地區輻射，并發 出爆炸聲，并使附近房屋的窗框、百葉窗等急劇振動，發出"咯啦"的響聲，此脈沖波即微壓 波。列車進入隧道所產生的壓縮波，影響了旅客的乘車舒適性；隧道出口微壓波的存在，對 周圍環境也造成了較嚴重的危害。
[0003] 微壓波的大小和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。目前，高速鐵路隧道微壓波減緩的常用技術措施如下幾種：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，但對于特長的隧道，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，但在機車的氣密性達到一定程度時，要想再提高氣密 性，技術難度大，維護費用高，經濟性差，不能得到很好的推廣使用；四、將隧道出入口修造 洞口緩沖結構，由于地形條件的限制，此種方法經常不能實行。五、目前廣泛采用板式道床， 而高速鐵路進入隧道所產生的微壓波隨隧道長度增加有放大趨勢，洞口設置微壓波減緩裝 置難以滿足要求。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型的目的是提供一種高速鐵路隧道洞身減緩微壓波的構造形式，使之能 有效地降低高速列車進入隧道所產生的微壓波，而且施工容易、設置不受隧道周圍地形影 響、建造成本低。
[0005] 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案如下：
[0006] 高速鐵路隧道端部擴大式硐室減緩構造，設置在高速鐵路隧道端部附近用于降 低洞口壓縮波的壓力梯度及微壓波峰值，其特征在于，在隧道的橫向兩側分別設置擴大的 硐室，所述硐室由聯絡道與隧道連接；硐室室體積在80~130m3,聯絡道長度在2m~20m范 圍內，并可以根據工程需要選取，聯絡道的截面面積20m2~40m2。
[0007] 多個硐室設置時，擴大硐室的軸線間距在40m~60m。并可以在隧道洞身，根據微 壓波減緩標準的需要，增減設置個數。
[0008] 作為優選，隧道的橫向同側設置的硐室至少一個。
[0009] 作為優選，兩相鄰硐室的軸線間距在40m~60m。
[0010] 作為優選，隧道橫向兩側硐室對稱設置，即兩側硐室的聯絡道具有共同軸線。
[0011] 作為優選，隧道橫向兩側硐室對稱設置個數為3~5個。
[0012] 同樣作為優選，硐室墻體設置有柔性吸振機構。
[0013] 本實用新型的有益效果是，明顯降低了壓縮波的壓力梯度，使壓縮波到達隧道出 口處時產生的微壓波峰值大大降低，減小了高速列車運行時對隧道周圍環境的影響。
【附圖說明】
[0014] 圖1是隧道獨頭洞氣動效應分析圖；
[0015] 圖2是本實用新型高速鐵路隧道微壓波減緩構造的結構示意圖；
[0016] 圖3是圖2的剖面圖；
[0017] 圖4是硐室結構示意圖；
[0018] 圖5是本實用新型高速鐵路隧道微壓波降低率與硐室個數的關系曲線圖。
[0019] 圖中示出零部件、部位名稱及所對應的標記：1~8分別為硐室（膨脹室），10~ 17分別為橫通道（聯絡道）。
【具體實施方式】
[0020] 如圖1所示，高速列車進入隧道時，列車前方的空氣受到壓縮，產生一個壓縮波， 圖中壓縮波用Y表示，膨脹波用P表示。可以看出，列車前方產生的壓縮波Y傳播至硐室時， 分成了 3個部分，其中一部分被以膨脹波形式反射，向隧道入口傳播見圖1中的Pl ;其他兩 部分都以壓縮波形式分別沿著隧道向前和橫通道傳播，如圖中的Yl和Y2所示。Y2沿著橫 通道傳播至封閉擴大端時，其一部分以同號波的形式傳入封閉擴大端，并在里面經過重復 復雜的反射過程直至消失；另外一部分則以反號波的形式傳回橫通道，隨后產生向隧道兩 個方向傳播和向封閉擴大端傳播的兩個同號波，整個過程重復進行一直到列車經過。
[0021] 參照附圖2、圖3和圖4,本實用新型的高速鐵路隧道微壓波減緩構造，包括隧道， 所述隧道的橫向兩側分別設置有與隧道平行的左側硐室1、3、5、7，右側硐室2、4、6、8。左側 各個硐室分別與橫通道10、12、14、16貫通，右側硐室與橫通道11、13、15、17貫通。
[0022] 與其他洞身緩沖設施相比，硐室緩沖設施對隧道圍巖擾動更小，施工更容易，造價 也比較低，通過數值模擬，可以發現雖然一個硐室緩解氣動效應效果不太明顯，但當設置多 個硐室時，降低微壓波峰值效果很明顯，甚至可以與洞口段設置開口緩沖結構相媲美。本實 用新型就硐室緩沖設施的開口率、封閉擴大空間的體積、橫通道長度、硐室間距以及個數 等因素進行研究，以得出其緩解微壓波的各個參數最優值。
[0023] 硐室緩沖設施主要在微壓波產生的源頭通過反射和疊加等降低壓縮波的能量，起 著分流作用。與其他隧道洞口緩沖設施相比，獨頭洞是一個封閉的空間，單個獨頭洞的緩 解氣壓效果不明顯，但獨頭洞硐室具有造價低、工程量較小等優點，且隧道設置多個獨頭洞 時，降低微壓波的效果很明顯。
[0024] 實際實施時，硐室（包括橫通道）的墻體可設置有柔性吸振機構。
[0025] 以上所述只是用圖解說明本實用新型高速鐵路隧道微壓波減緩構造的一些原理， 并非是要將本實用新型局限在所示和所述的具體結構和適用范圍內，故凡是所有可能被利 用的相應修改以及等同物，均屬于本實用新型所申請的專利范圍。硐室個數各個工況的壓 力梯度峰值數據統計如表1所示。
[0026] 表1硐室個數各個工況的壓力梯度峰值數據統計（對稱設置）
[0028] 圖5也表達了硐室個數的設置情況，綜合來看，隧道的同側設置的硐室在4~6個 時具有比較好技術經濟綜合效果。
【主權項】
1. 高速鐵路隧道端部擴大式硐室減緩構造，設置在高速鐵路隧道端部附近用于降低 洞口壓縮波的壓力梯度及微壓波峰值，其特征在于，在隧道的橫向兩側分別設置擴大的硐 室，所述硐室由聯絡道與隧道連接；硐室體積在80~130m3,聯絡道長度在2m~20m范圍 內，并可以根據工程需要選取，聯絡道的截面面積20m2~40m2。2. 根據權利要求1所述的高速鐵路隧道端部擴大式硐室減緩構造，其特征在于，隧道 的同側設置的硐室至少一個。3. 根據權利要求2所述的高速鐵路隧道端部擴大式硐室減緩構造，其特征在于，兩相 鄰硐室的軸線間距在40m~60m。4. 根據權利要求1所述的高速鐵路隧道端部擴大式硐室減緩構造，其特征在于，隧道 橫向兩側硐室對稱設置，即兩側硐室的聯絡道具有共同軸線。5. 根據權利要求1所述的高速鐵路隧道端部擴大式硐室減緩構造，其特征在于，硐室 墻體設置有柔性吸振機構。6. 根據權利要求2所述的高速鐵路隧道端部擴大式硐室減緩構造，其特征在于，隧道 的同側設置的硐室在4~6個。
【專利摘要】本實用新型公開了一種高速鐵路隧道端部擴大式硐室減緩構造,設置在高速鐵路隧道端部附近用于降低洞口壓縮波的壓力梯度及微壓波峰值，其特征在于，在隧道的橫向兩側分別設置擴大的硐室，所述硐室由聯絡道與隧道連接；硐室體積在80～130m3，聯絡道長度在2m～20m范圍內，并可以根據工程需要選取，聯絡道的截面面積20m2～40m2。采用本實用新型的結構明顯降低了壓縮波的壓力梯度，使壓縮波到達隧道出口處時產生的微壓波峰值大大降低,減小了高速列車運行時對隧道周圍環境的影響。
【IPC分類】E21D9/14
【公開號】CN205135645
【申請號】CN201520646825
【發明人】王英學, 高波, 申玉生, 任文強, 常喬磊, 劉健, 何俊, 葉暢
【申請人】西南交通大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年8月25日