高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)，該緩沖結(jié)構(gòu)用于高速鐵路雙線隧道，為設(shè)置于隧道洞外的等截面洞體結(jié)構(gòu)，在洞體頂部沿洞體長(zhǎng)度方向設(shè)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%。本發(fā)明對(duì)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(dá)3.04%~2.35%，比常規(guī)緩沖結(jié)構(gòu)每延米降低率提高了50%~90%，極大地提高了對(duì)隧道出口環(huán)境的降噪效率，縮短了緩沖結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，而且施工簡(jiǎn)易，建造成本低，對(duì)隧道出口復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)性強(qiáng)。
【專利說明】高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵路隧道，特別是涉及一種高速鐵路設(shè)置在隧道洞口的間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)已進(jìn)入高速鐵路快速發(fā)展階段，京津城際、鄭西、武廣、京滬等高速鐵路客運(yùn)專線已投入運(yùn)營(yíng)，但仍有一系列問題需要進(jìn)一步解決，高速鐵路通過隧道所誘發(fā)的氣動(dòng)音爆現(xiàn)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(chǎn)生的壓縮波，在傳播到達(dá)隧道出口處時(shí)，向隧道出口周圍地區(qū)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(dòng)。這種現(xiàn)象會(huì)對(duì)隧道出口周圍環(huán)境造成較大影響，與建設(shè)綠色、環(huán)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(dá)隧道出口時(shí)的壓力梯度值(單位時(shí)間內(nèi)的壓力差)成正比，因此通過控制壓縮波到達(dá)隧道出口時(shí)的壓力梯度，可實(shí)現(xiàn)減緩微壓波強(qiáng)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(shù)措施如下幾種:
1、在隧道洞外修建等截面的頂部或側(cè)部開口式緩沖結(jié)構(gòu)；
2、在隧道洞外修建擴(kuò)大斷面積型緩沖結(jié)構(gòu)；
3、在隧道洞口附近修建回路型緩沖結(jié)構(gòu)等。
[0004]盡管這些隧道洞口附屬設(shè)施在緩解音爆噪聲方面起到了一定作用，但實(shí)際應(yīng)用過程中仍暴露出一些問題，主要表 現(xiàn)為:
等截面頂部或側(cè)部開口緩沖結(jié)構(gòu)，橫向開口寬度較小，未考慮首波和二次波的激化規(guī)律調(diào)整開口率及開口形狀，只能通過增加緩沖結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度來獲得較大微壓波降低率，一方面增加了工程造價(jià)，另一方面也增加了工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的難度；擴(kuò)大斷面積型緩沖結(jié)構(gòu)在山區(qū)占地大，隧道口微壓波降低率，現(xiàn)場(chǎng)放樣及模板制作較為困難，施工難度較大，周期較長(zhǎng)；回路型緩沖結(jié)構(gòu)，需要建造永久性橫通道及平導(dǎo)，形成一定規(guī)模的回路系統(tǒng)，才能獲得較高的微壓波降低率，工程造價(jià)高且構(gòu)造復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)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(jié)構(gòu)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)，用于高速鐵路雙線隧道。該緩沖結(jié)構(gòu)為設(shè)置于隧道洞外的等截面洞體結(jié)構(gòu)，在洞體頂部沿洞體長(zhǎng)度方向設(shè)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%。
[0007]所述緩沖結(jié)構(gòu)的洞體設(shè)置于隧道入口段外側(cè)或隧道出口段外側(cè)。
[0008]所述緩沖結(jié)構(gòu)的洞體設(shè)置于隧道入口段外側(cè)和隧道出口段外側(cè)。
[0009]所述間縫斷面頂部2/3以上均為開口空間，間縫開口弧長(zhǎng)為12~18m。[0010]所述的緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置I道間縫開口，間縫開口沿洞體長(zhǎng)度方向的寬度為
1.2~2.0m,間縫開口距緩沖結(jié)構(gòu)入口的距離為4-7m。
[0011]所述的緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置2道間縫開口，第一道間縫開口沿洞體長(zhǎng)度方向的寬度為
1.0-l.6m，第二道間縫開口沿洞體長(zhǎng)度方向的寬度為0.4-0.9m，第一道間縫開口距緩沖結(jié)構(gòu)入口的距離為1-7πι，第一道間縫開口與第二道間縫開口之間的凈距為l0-l3m。
[0012]所述緩沖結(jié)構(gòu)的凈空斷面與隧道凈空斷面相同。
[0013]所述緩沖結(jié)構(gòu)的隧道洞門形式為直切式或帽檐斜切式洞門。
[0014]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
本發(fā)明的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)，適用于雙線隧道，相比現(xiàn)有常規(guī)緩沖結(jié)構(gòu)緩解微壓波的效率更高，適用性更好；能夠采用較短的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，有效地降低高速列車進(jìn)入隧道所產(chǎn)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(jìn)出隧道所產(chǎn)生的音爆效應(yīng)，減小對(duì)周圍環(huán)境的危害；該結(jié)構(gòu)形式的環(huán)向開口空間較大，明洞整體長(zhǎng)度較短，修筑方便，不僅可以顯著降低建設(shè)投資，而且對(duì)隧道口復(fù)雜地形條件的適應(yīng)性更強(qiáng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)開口位置關(guān)系示意圖；
圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)開口位置關(guān)系示意圖；
圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)的俯視圖；
圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)的縱剖視圖；
圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)間縫橫剖視圖；
圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)與隧道洞口無緩沖結(jié)構(gòu)在相同條件下隧道內(nèi)測(cè)點(diǎn)的壓力梯度值與時(shí)間的數(shù)值模擬關(guān)系曲線。
[0016]附圖中主要部件符號(hào)說明:
1:第一道間縫開口2:第二道間縫開口
3:緩沖結(jié)構(gòu)入口4:緩沖結(jié)構(gòu)出口
5:第一道間縫檐口6: 土石回填線
7:第二道間縫檐口8:混凝土小擋墻。
[0017]Cl1:間縫開口距緩沖結(jié)構(gòu)入口的距離 d2:間縫開口距緩沖結(jié)構(gòu)出口的距離
d3:間縫開口沿洞體長(zhǎng)度方向的寬度
d4:第一道間縫開口與第二道間縫開口之間的凈距
d5:第二道間縫開口沿洞體長(zhǎng)度方向的寬度
d6:間縫式緩沖結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)度
d7:第一道間縫開口距緩沖結(jié)構(gòu)入口的距離
d8:最后一道間縫開口距緩沖結(jié)構(gòu)出口的距離 d9:第一道間縫開口沿洞體長(zhǎng)度方向的寬度
C1:間縫開口弧長(zhǎng)
C2:間縫開口內(nèi)弧長(zhǎng)度h!:間縫檐口突出高度
曲線D:普通方法修建的隧道的模擬關(guān)系曲線 曲線F:本發(fā)明修建的隧道的模擬關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步說明。下述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而并非對(duì)本發(fā)明的限制。
[0019]本發(fā)明的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)，用于高速鐵路雙線隧道。該緩沖結(jié)構(gòu)為設(shè)置于隧道洞外的等截面洞體結(jié)構(gòu)，在洞體頂部沿洞體長(zhǎng)度方向設(shè)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。
[0020]該緩沖結(jié)構(gòu)的凈空斷面與隧道凈空斷面相同，具體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度、間縫開口數(shù)量及其他相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)宜根據(jù)隧道洞口地形允許的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)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，并在本發(fā)明規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)選擇。
[0021]緩沖結(jié)構(gòu)的洞體可以僅設(shè)置于隧道入口段外側(cè)或僅設(shè)置于隧道出口段外側(cè)；也可以在隧道入口段外側(cè)和隧道出口段外側(cè)都設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)洞體。在隧道入口和出口均設(shè)置該緩沖結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步緩解微壓波效應(yīng)。
[0022]通過車隧空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析及首波與二次波波形變化規(guī)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(zhǎng)及寬度、開口間距等優(yōu)化參數(shù)。
[0023]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)開口位置關(guān)系示意圖。如圖1所示，本發(fā)明第一實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置一道間縫開口，間縫式緩沖結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)度d6為8.5^15m ;間縫開口沿洞體長(zhǎng)度方向的寬度d3為1. 2^2.0m，優(yōu)選為1.5^2.0m ;間縫開口距緩沖結(jié)構(gòu)入口 3的距離Cl1為-7πι;間縫開口的環(huán)向長(zhǎng)度為16~18m。
[0024]圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)開口位置關(guān)系示意圖；圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)的縱剖視圖；圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)間縫橫剖視圖。如圖2至圖5所示，本發(fā)明第二實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置2道間縫開口，緩沖結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)度(16為11.713.4m，第一道間縫開口 I沿洞體長(zhǎng)度方向的寬度d9為L(zhǎng) (TL 6m，第二道間縫開口 2沿洞體長(zhǎng)度方向的寬度d5為0.4^0.9m，第一道間縫開口 I距緩沖結(jié)構(gòu)入口 3的距離d7為-7πι，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(jié)構(gòu)出口 4的距離，即最后一道間縫開口距緩沖結(jié)構(gòu)出口的距離d2為3~5m，兩間縫開口的環(huán)向長(zhǎng)度，即間縫開口弧長(zhǎng)C1為12~18m。
[0025]可具體設(shè)置為:間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)度(16為23.4m，第一道間縫開口 I距緩沖結(jié)構(gòu)入口 3的距離(17為6m，第一道間縫開口 I沿洞體長(zhǎng)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(zhǎng)度方向的寬度d5為0.4m,第二道間縫開口 2距緩沖結(jié)構(gòu)出口 4的距離d2為3m。兩道間縫開口的內(nèi)弧長(zhǎng)C2均為17.6mο
[0026]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(dòng)時(shí)落入隧道中，及防止野生動(dòng)物經(jīng)過時(shí)墜入隧道中。
[0027]土石回填線6的作用是在隧道口明挖段在隧道結(jié)構(gòu)施工完成后，為保持隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性而進(jìn)行土石回填的坡度線。
[0028]混凝土小擋墻8用于減小隧道明洞長(zhǎng)度，確保隧道明洞回填土穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)。
[0029]上述兩實(shí)施例的間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)的隧道洞門形式可以為直切式洞門，條件允許時(shí)可設(shè)置帽檐斜切式洞門，能起到增強(qiáng)緩解微壓波效應(yīng)的作用。
[0030]圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例的緩沖結(jié)構(gòu)與隧道洞口無緩沖結(jié)構(gòu)在相同條件下隧道內(nèi)測(cè)點(diǎn)的壓力梯度值與時(shí)間的數(shù)值模擬關(guān)系曲線。其中，橫坐標(biāo)為時(shí)間、單位為秒(S)，縱坐標(biāo)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(guān)系曲線，曲線F為本發(fā)明修建的隧道的模擬關(guān)系曲線。具體的計(jì)算條件是車速為350km/h，隧道面積為100m2，列車面積為11.0m2時(shí)，隧道模型長(zhǎng)度取500m。
[0031]如圖6所示，數(shù)值模擬計(jì)算分析結(jié)果表明，采用本發(fā)明的高速鐵路雙線隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)，隧道內(nèi)200m測(cè)點(diǎn)處的壓力梯度峰值為7.1 kPa/s ;而洞口無緩沖結(jié)構(gòu)時(shí)，在其它條件均相同的情況下，相同測(cè)點(diǎn)的壓力梯度峰值為13.7kPa/s ;壓力梯度峰值較現(xiàn)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(jīng)計(jì)算分析得出，采用本發(fā)明的隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)，設(shè)置I條間縫緩沖結(jié)構(gòu)時(shí)，隧道出口微壓波降低率能達(dá)到25%~32%，每延米降低率為
2.9%~3.04%。設(shè)置2條間縫緩沖結(jié)構(gòu)時(shí)，隧道出口微壓波降低率能達(dá)到32%~48%，每延米降低率為2.35%~2.78 %ο
[0032]由此可見，本發(fā)明的間縫式緩沖結(jié)構(gòu)，對(duì)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(dá)3.04%~2.35%，比常規(guī)緩沖結(jié)構(gòu)每延米降低率(約為1.57%)提高了 50%~90%，極大地提高了對(duì)隧道出口環(huán)境的降噪效率，縮短了緩沖結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，而且施工簡(jiǎn)易，建造成本低，對(duì)隧道出口復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)性強(qiáng)。
【權(quán)利要求】
1.一種高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)，用于高速鐵路雙線隧道，其特征在于:該緩沖結(jié)構(gòu)為設(shè)置于隧道洞外的等截面洞體結(jié)構(gòu)，在洞體頂部沿洞體長(zhǎng)度方向設(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述緩沖結(jié)構(gòu)的洞體設(shè)置于隧道入口段外側(cè)或隧道出口段外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述緩沖結(jié)構(gòu)的洞體設(shè)置于隧道入口段外側(cè)和隧道出口段外側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)，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(zhǎng)(C1)為12~18m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)，其特征在于:緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置I道間縫開口，間縫開口沿洞體長(zhǎng)度方向的寬度(d3)為1.2~2.0m，間縫開口距緩沖結(jié)構(gòu)入口(3)的距離(Cl1)為4~7m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)，其特征在于:緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置2道間縫開口，第一道間縫開口( I)沿洞體長(zhǎng)度方向的寬度(d9)為1.(Tl.6m,第二道間縫開口(2)沿洞體長(zhǎng)度方向的寬度(d5)為0.4^0.9m，第一道間縫開口距緩沖結(jié)構(gòu)入口的距離(d7)為4~7m，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(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述緩沖結(jié)構(gòu)的凈空斷面與隧道凈空斷面相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路隧道洞口間縫式高效緩沖結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述緩沖結(jié)構(gòu)隧道洞門形式為直切式 或帽檐斜切式洞門。
【文檔編號(hào)】E21D9/14GK103470269SQ201310484720
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】李懷鑒, 馬志富, 王英學(xué), 張桂揚(yáng), 許占良, 蘇哿, 張春雷, 孟慶余, 韓華軒 申請(qǐng)人:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 西南交通大學(xué)