一種具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞，連接明洞的橫截面積大于其所連接的前后兩段隧道的橫截面積，且連接明洞的橫截面為多邊形；連接明洞的兩邊側(cè)壁上對稱的設(shè)置有多組豎向開口。本發(fā)明通過給出連接明洞最佳斷面面積、開口位置和開孔尺寸等，可最大程度地緩解隧道洞口微氣壓波，可作為隧道進口緩沖結(jié)構(gòu)和隧道內(nèi)輔助坑道等常規(guī)微氣壓波緩解措施的有益補充，并同時兼顧了經(jīng)濟性。
【專利說明】
一種具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及高速鐵路隧道設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞。
【背景技術(shù)】
[0002]我國西南山區(qū)隧道洞口仰坡陡峻，大多為“V”型溝谷，橋隧相接，隧道間明線間距段長度普遍較小，列車頻繁進出隧道，車內(nèi)氣壓頻繁變化，“黑洞”和“白洞”效應(yīng)劇烈，使得乘客舒適度降低，且隧道進出口坡面多有危巖落石分布，影響行車安全，因此在隧道設(shè)計時多將較小明線間距隧道群通過明洞連接，既能保證車內(nèi)乘客的舒適度，也可以有效避免危巖落石對運營車輛的威脅。隧道群通過明洞連接后形成了一個相對較長的隧道，據(jù)國內(nèi)外學(xué)者研究，時速300km的列車在長度為8km左右的隧道內(nèi)易產(chǎn)生微氣壓波激化現(xiàn)象，也就是說列車在進入此長度的隧道后其產(chǎn)生的氣壓波波前梯度會隨之在隧道內(nèi)傳播時逐漸變大，這種情況下，原來符合微氣壓波國家標準的隧道在明洞連接后可能會超過國家規(guī)定的相應(yīng)指標。
[0003]微氣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(nèi)的壓力差)成正比，通過控制壓縮波到達隧道出口時的壓力梯度，可以實現(xiàn)減緩微氣壓波強度的目的。通常來講，高速鐵路隧道為緩解微氣壓波而采取的措施有以下幾種:
(1)在隧道洞外修建等截面頂部或側(cè)部開口的緩沖結(jié)構(gòu)；
(2)在隧道洞外修建斷面擴大型或喇叭口型緩沖結(jié)構(gòu)；
(3 )在隧道內(nèi)修建豎井、橫通道、輔助坑道等減壓構(gòu)造。
[0004]這些隧道洞口附屬設(shè)施在緩解洞口微氣壓波方面起了較大的作用，但還存在如下不足:洞口緩沖結(jié)構(gòu)的作用原理是在列車進入隧道開始就起到降低微氣壓波的作用，實際上對有微氣壓波激化效應(yīng)的隧道來說，僅在開始降低是不夠的，隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)最多能使微氣壓波降低50%左右，如遇存在微氣壓波激化效應(yīng)的長大無砟軌道隧道，實際緩解效果還要差一些，有時不能達到預(yù)期緩解效果。
[0005]另外，在隧道內(nèi)修建豎井、橫通道、輔助坑道等減壓構(gòu)造會導(dǎo)致建設(shè)成本大幅增加，并不經(jīng)濟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠進一步緩解微氣壓波且兼顧經(jīng)濟性的高速鐵路隧道連接明洞。技術(shù)方案如下:
一種具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞，連接明洞的橫截面積大于其所連接的前后兩段隧道的橫截面積，且連接明洞的橫截面為多邊形。
[0007]進一步的，所述連接明洞的橫截面積與隧道的橫截面積之比為1.4:l-1.55:lo
[0008]更進一步的，所述連接明洞包括豎側(cè)壁、斜側(cè)壁和頂部;頂部為平面結(jié)構(gòu)，其側(cè)邊通過斜側(cè)壁連接到豎側(cè)壁。
[0009]更進一步的，連接明洞的兩邊側(cè)壁上對稱的設(shè)置有多組豎向開口。
[0010]更進一步的，最外側(cè)的兩個豎向開口分別到同側(cè)隧道口的距離相等，為6?Sm。
[0011 ]更進一步的，同側(cè)相鄰的兩個豎向開口的間距相等，間距為2m。
[0012]更進一步的，各豎向開口的尺寸相同，其寬度為lm，環(huán)向長度為4m。
[0013]更進一步的，所述豎向開口的下邊沿與連接明洞的底部距離為1.5m。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明充分發(fā)掘了連接明洞作為緩解高速鐵路隧道洞口的微氣壓波的作用，通過給出連接明洞最佳斷面面積、開口位置和開孔尺寸等，可最大程度地緩解隧道洞口微氣壓波，可作為隧道進口緩沖結(jié)構(gòu)和隧道內(nèi)輔助坑道等常規(guī)微氣壓波緩解措施的有益補充，并同時兼顧了經(jīng)濟性。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞的主視圖。
[0016]圖2為本發(fā)明具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞的側(cè)視圖。
[0017]圖3為隧道群連接明洞構(gòu)造前后測點的壓力梯度值與時間的數(shù)值模擬關(guān)系曲線比較圖。
[0018]圖中:1-連接明洞；11-豎向開口；12-豎側(cè)壁;13-斜側(cè)壁;14-頂部;2-隧道。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。如圖1所示，一種具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞，連接明洞I的橫截面積大于其所連接的前后兩段隧道2的橫截面積，且連接明洞I的橫截面為多邊形。
[0020]由微氣壓波產(chǎn)生的機理可知，影響微氣壓波強度的因素包括列車進入隧道的速度，隧道的阻塞比(列車橫截面積與隧道橫截面積之比)等，即列車進入隧道時的速度越大，阻塞比越大時產(chǎn)生的微氣壓波就越強。那么在保證列車的時速及目前現(xiàn)有的建設(shè)不改變的前提下，增大連接明洞I的橫截面積，則可顯著減小明洞段的阻塞比，進而在很大程度上緩解微氣壓波的影響。
[0021]連接明洞I的橫截面積與隧道2的橫截面積最佳比例為1.55:1，考慮到明洞緩沖結(jié)構(gòu)的占地問題，可以在此基礎(chǔ)上再適當減小明洞的橫截面積。本實施例采用的比例為1.4:1o
[0022]現(xiàn)有的連接明洞橫截面多為圓形，采用模板施工時，工藝復(fù)雜，施工難度相對較大。為減小施工難度，盡可能的采用帶棱角的結(jié)構(gòu)，即連接明洞橫截面采用多邊形。通常最簡單的情況為連接明洞采用矩形橫截面，但矩形橫截面容易在棱角處產(chǎn)生空氣渦流，增加列車附近流場的復(fù)雜程度，不利于隧道洞口微氣壓波的緩解。所以本實施例采用鈍角多邊形截面，連接明洞包括豎側(cè)壁12、斜側(cè)壁13和頂部14;頂部14為平面結(jié)構(gòu)，其側(cè)邊通過斜側(cè)壁13連接到豎側(cè)壁12。
[0023]為進一步增大微氣壓波緩解效果，亦可在連接明洞兩側(cè)壁對稱設(shè)置多組豎向開口
11。本實施例以長度為20m的連接明洞為例，連接明洞的斷面面積為隧道面積的1.4倍，且為等截面多邊形結(jié)構(gòu)，如圖2所示，連接明洞兩側(cè)對稱設(shè)置4組豎向開口，同側(cè)最外側(cè)的兩個豎向開口 11分別到同側(cè)隧道口的距離相等，為6?Sm;同側(cè)相鄰的兩個豎向開口 11的間距相等，間距為2m;各豎向開口 11的尺寸相同，其寬度為lm，環(huán)向長度為4m。豎向開口 11的上邊沿不超過豎側(cè)壁12的上邊沿，即不延伸到斜側(cè)壁13及頂部14上，下邊沿與連接明洞I的底部距離為1.5m，這樣可有效防止積水和落石從豎向開口進入連接明洞。
[0024]以上述豎向開口 11位置及尺寸為例，且車速為300km/h，列車橫截面積11.6m2，隧道橫截面積為100m2，連接明洞長度為20m，連接明洞橫截面積為140m2時，隧道群連接明洞前后測點的壓力梯度值與時間的數(shù)值模擬關(guān)系曲線比較圖如圖3所示，其中，橫坐標為時間，單位為s;縱坐標為壓力梯度，單位為kPa/s;曲線a為本實施例所述連接明洞前方測點的壓力梯度計算曲線；曲線b為本實施例所述連接明洞后方測點的壓力梯度計算曲線。從圖中可以看出，隧道群連接明洞采用本實施例的結(jié)構(gòu)時，位于明洞結(jié)構(gòu)前方隧道內(nèi)測點的壓力梯度峰值為6.20kPa/s，位于明洞結(jié)構(gòu)后方隧道內(nèi)測點的壓力梯度峰值為3.87kPa/s，壓力梯度峰值降低了38%。由于壓力梯度與隧道出口處的微氣壓波峰值成正比，因此，隧道出口微氣壓波峰值也將降低38%左右，其減壓效果顯著。
【主權(quán)項】
1.一種具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞，其特征在于，連接明洞(I)的橫截面積大于其所連接的前后兩段隧道(2)的橫截面積，且連接明洞(I)的橫截面為多邊形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞，其特征在于，所述連接明洞(I)的橫截面積與隧道(2)的橫截面積之比為1.4:1?1.55:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞，其特征在于，所述連接明洞(I)包括豎側(cè)壁(12)、斜側(cè)壁(13)和頂部(14);頂部(14)為平面結(jié)構(gòu)，其側(cè)邊通過斜側(cè)壁(13)連接到豎側(cè)壁(12)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞，其特征在于，連接明洞(I)的兩邊側(cè)壁上對稱的設(shè)置有多組豎向開口(11)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞，其特征在于，最外側(cè)的兩個豎向開口(11)分別到同側(cè)隧道口的距離相等，為6?Sm。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞，其特征在于，同側(cè)相鄰的兩個豎向開口(11)的間距相等，間距為2m。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞，其特征在于，各豎向開口(11)的尺寸相同，其寬度為lm，環(huán)向長度為4m。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有微氣壓波緩解功能的高速鐵路隧道連接明洞，其特征在于，所述豎向開口(11)的下邊沿與連接明洞(I)的底部距離為1.5m。
【文檔編號】E21D9/14GK105952468SQ201610511063
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】史憲明, 萬曉燕, 吳劍, 陶偉明, 鄭波, 冷希喬, 劉志強, 師亞龍, 廖凱, 王斌
【申請人】中鐵西南科學(xué)研究院有限公司, 中鐵二院工程集團有限責任公司