一种可缓解隧道压力波的高速铁路隧道

1.本发明涉及高速铁路隧道工程技术领域，尤其涉及一种可缓解隧道压力波的高速铁路隧道。


背景技术：

2.高速列车进入隧道时,车头前方空间受到限制，形成活塞效应，导致车头前方的空气不能及时向四周扩散而被急剧压缩形成空气压缩波，车尾进入隧道产生膨胀波。该压缩波与膨胀波部分能量到达隧道另一端时又分别以相反形式的波反射回来,并由此往返产生新的压力波,其它能量以脉状冲击波的形式自隧道出口向周围区域辐射出去,形成微气压波。微气压波效应过强会产生气动爆破噪声即隧道音爆，导致噪声污染，对周边居民居住环境的危害性较大，同时严重影响列车通过隧道时车内乘客的舒适性。
3.当前对隧道压力波的缓解大都集中于隧道缓冲结构，缓冲结构的缓解效果对更高速列车产生的气动效应已无法满足安全运行的标准，并且其修建受到地形、环境等条件的限制，无法进行扩张。因此，有必要通过改变隧道内部结构来减缓隧道压力波效应。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种可有效缓解隧道压力波的高速铁路隧道。
5.本发明提供的这种可缓解隧道压力波的高速铁路隧道，包括两本体段及设于两本体段之间的缓冲段，所述缓冲段的横截面积大于所述本体段的横截面积，在缓冲段内设有与本体段同轴布置的拱形板，该拱形板的内轮廓线不侵入所述本体段的内轮廓线布置，所述拱形板的外壁与缓冲段内壁间隙布置形成减压腔，该减压腔由若干沿隧道横截面布置的竖板分隔成独立布置的减压分段，拱形板上开有多个与各对应减压分段相连通的透孔。
6.所述缓冲段的横截面积为本体段横截面积的1.5倍。
7.所述拱形板的内轮廓线与本体段的内轮廓线重合布置。
8.所述透孔为方形或圆形。
9.所述透孔沿拱形板轴向布置有多排，同排透孔沿拱形板轴向等距离间隔布置。
10.所述透孔沿拱形板轴向布置有四排，两排对称布置于拱形板上部左右两侧，两排对称布置于拱形板下部左右两侧。
11.本发明通过在现有隧道结构的端部间设置横截面积更大的缓冲段，通过在其缓冲段内增设间隙布置的拱形板，再通过竖板将拱形板外侧的减压腔分隔成独立布置的减压分段，最后利用拱形板上的透孔使拱形板内的高速列车运行腔与各减压分段相连通，使高速列车进入缓冲结构后产生的压力波能经透孔射入各减压分段内，从而可以减缓高速列车通过隧道的气动效应；而进入减压分段的压力波在隧道缓冲段内壁与拱形板外壁的来回阻挡作用下发生多次反射消耗现象，大大降低初始压缩波梯度，更大程度上耗散压缩波能量，从而更加高效地缓解隧道出口微气压波和隧道交变压力幅值。
附图说明
12.图1为本发明纵断面的结构示意图。
13.图2为图1中a-a处的剖视结构示意图。
14.图3为本发明与原始隧道结构在隧道出口20m处的微气压波时间历程图。
15.图4为本发明与原始隧道结构在隧道出口50m处的微气压波时间历程图。
16.图5为本发明与原始隧道结构在隧道中部壁面测点的瞬变压力时间历程图。
17.图中示出的标记及所对应的构件名称为：
18.1、本体段；
19.2、缓冲段；
20.3、拱形板；31、透孔；
21.4、减压腔；41、减压分段；
22.5、竖板。
具体实施方式
23.从图1至图2可以看出，本发明这种可缓解隧道压力波的高速铁路隧道，包括两本体段1、设于两本体段1之间的缓冲段2、间隙套设在缓冲段2内的拱形板3、置于拱形板3的外壁与缓冲段2内壁间的减压腔4、若干沿隧道横截面布置在减压腔4内的竖板5，其中，缓冲段2的横截面积大于本体段1的横截面积，拱形板3的内轮廓线不侵入本体段1的内轮廓线布置，拱形板3与本体段1同轴布置，拱形板3两端均与本体段1端面对接，减压腔4由各竖板5分隔成独立布置的减压分段41，在拱形板3上开有多个与各对应减压分段41相连通的透孔31，透孔31沿拱形板3轴向布置有多排，同排透孔31沿拱形板3轴向等距离间隔布置。
24.在本发明中，缓冲段2的横截面积为150m2，是本体段1横截面积的1.5倍，长度为100m；拱形板3厚度为0.05m；竖板5共有两块，分别设置在距离缓冲段2入口32.5m处和67.5m处，减压腔4由两块竖板5分隔成独立布置的三个减压分段41。
25.在本发明中，拱形板3的内轮廓线在立面上的投影与本体段1内轮廓线在立面上的投影相重合布置。
26.从图1至图2可以看出，在本发明中，在拱形板3上开设有四排方形的透孔31，各排透孔31均沿拱形板3轴向布置，其中，两排透孔31对称布置于拱形板3上部左右两侧；两排透孔31对称布置于拱形板3下部左右两侧；透孔21的边长为4.07m。
27.一种适用于上述高速铁路隧道的构筑方法，包括以下步骤：
28.s1、在距离原有隧道入口100-200m位置处沿径向开挖隧道内壁，通过立模浇筑的方式形成横截面积为150m2、长为100m的缓冲段2，缓冲段2两端保留原有的隧道作为本体段1；
29.s2、在距离缓冲段2入口32.5m处和67.5m处分别设置两块沿隧道横截面布置的竖板5，各竖板5的外圆周面均与缓冲段2内壁密封连接；
30.s3、在缓冲段2内原有的隧道内壁位置处设置拱形板3，该拱形板3与缓冲段2内壁间隙布置形成减压腔4；
31.s4、在拱形板3上开设四排与减压腔4相连通的透孔31，每排透孔31均沿拱形板3轴向等距离间隔布置；
32.s5、通过透孔31将密封胶填充在拱形板3外壁与各竖板5的内圆周面之间，使减压腔4分隔成独立布置的三个减压分段41。
33.在本发明中，透孔31也可为圆形。
34.经过图3至图5所示的数值模拟验证，可以得出如表1所示数据：
35.表1
[0036][0037]
从表1可以看出，改变隧道结构后，与原始隧道结构下的数据对比如下：本发明对隧道出口20m处的微气压波的减缓效果达到18.4％，对隧道出口50m处的微气压波的减缓效果达到16.4％，对隧道中部测点压力幅值的减缓效果达到9.0％。
[0038]
本发明不仅适用于高速铁路隧道使用，也适用于高速磁悬浮铁路隧道。
[0039]
以上所述的具体实施方式，对本发明创造的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明创造的优选实施例而已，并不用于限制本发明创造的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改的变化。凡在本发明创造的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。


技术特征：
1.一种可缓解隧道压力波的高速铁路隧道，其特征在于：包括两本体段(1)及设于两本体段之间的缓冲段(2)，所述缓冲段的横截面积大于所述本体段的横截面积，在缓冲段内设有与本体段同轴布置的拱形板(3)，该拱形板的内轮廓线不侵入所述本体段的内轮廓线布置，所述拱形板的外壁与缓冲段内壁间隙布置形成减压腔(4)，该减压腔由若干沿隧道横截面布置的竖板(5)分隔成独立布置的减压分段(41)，拱形板上开有多个与各对应减压分段相连通的透孔(31)。2.根据权利要求1所述的可缓解隧道压力波的高速铁路隧道，其特征在于：所述缓冲段的横截面积为本体段横截面积的1.5倍。3.根据权利要求1所述的可缓解隧道压力波的高速铁路隧道，其特征在于：所述拱形板的内轮廓线与本体段的内轮廓线重合布置。4.根据权利要求1所述的可缓解隧道压力波的高速铁路隧道，其特征在于：所述透孔为方形或圆形。5.根据权利要求1所述的可缓解隧道压力波的高速铁路隧道，其特征在于：所述透孔沿拱形板轴向布置有多排，同排透孔沿拱形板轴向等距离间隔布置。6.根据权利要求5所述的可缓解隧道压力波的高速铁路隧道，其特征在于：所述透孔沿拱形板轴向布置有四排，两排对称布置于拱形板上部左右两侧，两排对称布置于拱形板下部左右两侧。

技术总结
本发明公开了一种可缓解隧道压力波的高速铁路隧道，包括两本体段及设于两本体段之间的缓冲段，所述缓冲段的横截面积大于所述本体段的横截面积，在缓冲段内设有与本体段同轴布置的拱形板，该拱形板的内轮廓线不侵入所述本体段的内轮廓线布置，所述拱形板的外壁与缓冲段内壁间隙布置形成减压腔，该减压腔由若干沿隧道横截面布置的竖板分隔成独立布置的减压分段，拱形板上开有多个与各对应减压分段相连通的透孔。本发明可以减缓高速列车通过隧道的气动效应，大大降低初始压缩波梯度，更大程度上耗散压缩波能量，从而更加高效地缓解隧道出口微气压波和隧道交变压力幅值。口微气压波和隧道交变压力幅值。口微气压波和隧道交变压力幅值。


技术研发人员：张洁 王雨舸 高广军 刘宏康 熊小慧 刘堂红 韩帅 何侃
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/7/22