一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置及其设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及隧道工程技术领域，特别是高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置及其设计方法，其中高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置包括扩大型断面隧道；扩大型断面隧道横截面积大于隧道的横截面积，在扩大型断面隧道的内壁上设置有肋式消音结构，肋式消音结构沿隧道横截面设置，至少两个肋式消音结构沿扩大型断面隧道轴向间隔设置，所有肋式消音结构将扩大型断面隧道沿轴向分割为若干第一腔段，肋式消音结构处围成有第二腔段。本申请的一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置，当压力波经过扩大型断面隧道时，压力波会在各个第一腔段或肋式消音结构围成的区域内产生膨胀和收缩效应，以减少压力波的能量，从而降低初始压缩波和隧道洞口微气压波。微气压波。微气压波。

【技术实现步骤摘要】
一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置及其设计方法


[0001]本专利技术涉及隧道工程
，特别是一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置及其设计方法。

技术介绍

[0002]随着我国交通技术的快速发展，高速铁路列车运行速度也在逐渐提高，高铁以时速400km的速度运行已成为可能。随着车速的提高，隧道空气动力学问题更为显著。
[0003]隧道(即标准断面隧道)洞口微气压波问题一直是隧道空气动力学问题中比较热门的问题，微气压波过大会对洞口周围环境和建筑产生非常不利的影响。研究表明，隧道洞口的微气压波峰值与车速的三次方成正比，当列车以400km/h的速度通过100m2标准单洞双线隧道时，隧道洞口20m处的微气压波峰值为135Pa，远超规范要求(50Pa)。目前，如何在隧道洞口设置缓冲结构以减小压力变化率，从而降低隧道洞口微气压波，为该领域的研究的重点难题之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的微气压波过大会对洞口周围环境和建筑产生非常不利的影响的问题，提供一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置及其设计方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置，包括用于与标准断面隧道的端口相连接的扩大型断面隧道；所述扩大型断面隧道横截面积大于所述标准断面隧道的横截面积，在所述扩大型断面隧道的内壁上设置有至少两个肋式消音结构，所述肋式消音结构沿扩大型断面隧道横截面设置，至少两个所述肋式消音结构沿所述扩大型断面隧道轴向间隔设置，所有所述肋式消音结构将所述扩大型断面隧道沿轴向分割为若干第一腔段，每个所述肋式消音结构处围成有第二腔段。
[0007]本申请所述的一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置，在所述扩大型断面隧道的内壁上设置有至少两个肋式消音结构，所述肋式消音结构沿扩大型断面隧道横截面设置，至少两个所述肋式消音结构沿所述扩大型断面隧道轴向间隔设置，通过肋式消音结构将扩大型断面隧道分隔成多个第一腔段，由于肋式消音结构具有厚度，所述肋式消音结构沿扩大型断面隧道横截面设置，故所述肋式消音结构处在其厚度范围内围成有第二腔段，所述第一腔段横截面净空面积与第二腔段横截面净空面积不同，使得扩大型断面隧道内的净空横截面积沿其轴向上不断变化，当压力波经过扩大型断面隧道时，由于扩大型断面隧道内的净空横截面积沿其轴向上不断变化，压力波会在各个第一腔段或肋式消音结构围成的区域内产生膨胀和收缩效应，以减少压力波的能量，从而降低初始压缩波和高速铁路隧道洞口微气压波。
[0008]上述方案中，所述第一腔段横截面净空面积与第二腔段横截面净空面积均大于标
准断面隧道的横截面净空面积。
[0009]优选地，所述扩大型断面隧道由混凝土浇筑而成，所述肋式消音结构由轻质混凝土浇筑而成。
[0010]轻质混凝土浇筑具有很好的吸声作用，使得肋式消音结构不仅能够降低初始压缩波和隧道洞口微气压波，而且能够降低列车通过隧道洞口时的噪音。
[0011]优选地，所述扩大型断面隧道等截面设置，所述扩大型断面隧道的净空面积为标准断面隧道的1.3～1.5倍。
[0012]优选地，所述扩大型断面隧道长度为20～30m。
[0013]优选地，所述肋式消音结构的横截面为矩形或者带弧形的多边形。
[0014]优选地，所述肋式消音结构沿隧道轴向的宽度为0.3～0.5m。
[0015]优选地，所述肋式消音结构垂直于隧道轴向的截面积为所述扩大型断面隧道净空面积的10％～20％。
[0016]优选地，用于高速铁路隧道洞口的扩大型降压缓冲装置还包括喇叭形导洞，所述喇叭形导洞的大口端连接所述扩大型断面隧道，所述喇叭形导洞的小口端用于连接标准断面隧道端口。
[0017]优选地，所述喇叭形导洞的轴向长度为5～10m，所述喇叭形导洞的横截面沿着轴向线性变化。
[0018]本申请所述的一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置，扩大型断面隧道设置于标准断面隧道洞口位置，所述扩大型断面隧道横截面积大于所述标准断面隧道的横截面积，扩大型断面隧道和标准断面隧道通过喇叭形导洞相连接，进而降低压力波通过扩大型断面隧道和标准断面隧道交界处的压力变化率，同时配合扩大型断面隧道和设置于扩大型断面隧道内壁上的肋式消音结构，使得扩大型断面隧道内的净空横截面积沿其轴向上不断变化，当压力波经过扩大型断面隧道时，由于扩大型断面隧道内的净空横截面积沿其轴向上不断变化，压力波会在各个第一腔段或肋式消音结构围成的区域内产生膨胀和收缩效应，以减少压力波的能量，从而降低初始压缩波和高速铁路隧道洞口洞口微气压波。
[0019]本申请还公开了一种用于本申请所述的一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置的设计方法，包含以下步骤：
[0020]A1.拟定所述第一腔段横截面净空面积与所述第二腔段的横截面净空面积之间的比值，并将所述第一腔段与所述第二腔段的横截面净空面积比和列车刚进入所述扩大型断面隧道时压力波的压力梯度P1及压力波速度v1输入压力波降压模型中，使得所述压力波降压模型输出压力波经所述扩大型断面隧道之后的压力P；
[0021]A2.所述压力波降压模型输出压力波经所述扩大型断面隧道之后的压力梯度P与列车刚进入所述扩大型断面隧道时的压力梯度P1相比较，得到压力梯度下降百分比W，之后，
[0022]当W≥[W]时，基于所述第一腔段与所述第二腔段的横截面净空面积比得到最终的所述肋式消音结构的结构参数及布置参数；
[0023]当W＜[W]时，调整所述第一腔段与所述第二腔段的横截面净空面积比，并重复步骤S1和S2，直至W≥[W]，其中[W]为目标百分比，其具体值根据工程实际目标确定。
[0024]本申请所述的一种用于本申请所述的一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置
的设计方法，基于压力波降压模型能够精确地得到压力波经所述扩大型断面隧道之后的压力P，并基于目标百分比来反向确定所述肋式消音结构的结构参数及布置参数，整体计算简单，实用。
[0025]优选地，所述压力波降压模型具体为：
[0026][0027][0028]M
a
＝v/c
[0029]T＝T1×
T2×
...
×
T
i
×
...
×
T
n
[0030][0031]式中，M
a
为列车马赫数，计算公式为，v为列车速度，c为当地声速，此处取340m/s；S1为所述第二腔段横截面净空面积与所述第一腔段的横截面净空面积比；S2为所述第一腔段横截面净空面积与所述第二腔段的横截面净空面积比；T
a
为压力波从所述第一腔段传播至所述第二腔段时的传递矩阵；T
b
为压力波从所述第二腔段传播至所述第一腔段时的传递矩阵；Ti为压力波从第i个腔段传递到第i+1个腔段时的压力传递矩阵，若从第i个腔段传递到第i+1个腔段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置，其特征在于：包括用于与标准断面隧道(1)的端口相连接的扩大型断面隧道(2)；所述扩大型断面隧道(2)横截面积大于所述标准断面隧道(1)的横截面积，在所述扩大型断面隧道(2)的内壁上设置有至少两个肋式消音结构(3)，所述肋式消音结构(3)沿所述扩大型断面隧道(2)横截面设置，至少两个所述肋式消音结构(3)沿所述扩大型断面隧道(2)轴向间隔设置，所有所述肋式消音结构(3)将所述扩大型断面隧道(2)沿轴向分割为若干第一腔段(4)，每个所述肋式消音结构(3)处围成有第二腔段(5)。2.根据权利要求1所述的一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置，其特征在于：所述扩大型断面隧道(2)由混凝土浇筑而成，所述肋式消音结构(3)由轻质混凝土浇筑而成。3.根据权利要求1所述的一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置，其特征在于：所述扩大型断面隧道(2)等截面设置，所述扩大型断面隧道(2)的净空面积为标准断面隧道(1)的1.3～1.5倍。4.根据权利要求1所述的一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置，其特征在于：所述扩大型断面隧道(2)长度为20～30m。5.根据权利要求1所述的一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置，其特征在于：所述肋式消音结构(3)的横截面为矩形或者带弧形的多边形。6.根据权利要求1所述的一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置，其特征在于：所述肋式消音结构(3)沿隧道轴向的宽度为0.3～0.5m。7.根据权利要求1所述的一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置，其特征在于：所述肋式消音结构(3)垂直于隧道轴向的截面积为所述扩大型断面隧道(2)净空面积的10％～20％。8.根据权利要求1
‑
7任意一项所述的一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置，其特征在于：还包括喇叭形导洞(6)，所述喇叭形导洞(6)的大口端连接所述扩大型断面隧道(2)，所述喇叭形导洞(6)的小口端用于连接标准断面隧道(1)端口。9.一种用于权利要求1
‑
8任意一项所述的一种高速铁路隧道洞口的扩大型隧道装置的设计方法，其特征在于：包含以下步骤：A1.拟定所述第一腔段(4)横截面净空面积与所述第二腔段(5)的横截面净空面积之间的比值，并将所述第一腔段(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻渝，胖涛，罗禄森，杨伟超，刘金松，袁伟，郑长青，何昌国，匡亮，何洪，龙游昊，华阳，王闯，范雲鹤，汪辉武，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：