专利名称：一种高速铁路隧道结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高速铁路隧道领域，具体是指一种高速铁路隧道结构。
背景技术：
当高速列车通过隧道时，会发生一系列空气动力效应，包括:洞内的压力突然升高，导致机车内压力发生瞬变，压力的瞬变会在人体耳膜内产生压力差，导致乘客的耳膜不适，甚至头晕、呕吐，严重影响乘客的舒适性和健康。隧道出口发生气动爆破噪声、列车车窗震动、附近轻型结构物(房屋门窗)急剧振动等微压波现象，产生严重的噪声污染，严重影响隧道出口周围环境和居民的日常生活。机车、隧道衬砌结构及隧道内辅助设施(如照明灯具等)受到气动荷载的反复作用，引起车体结构、隧道内辅助设施和隧道衬砌的疲劳损伤，降低隧道内辅助设施和隧道衬砌的耐久性和使用功能，缩短隧道内辅助设施的使用寿命，甚至危及行车安全。空气阻力增大，既导致机车运行能耗增加，又导致隧道内热量积聚和温度升高，造成各种安全隐患。目前缓解高速铁路隧道空气动力效应的措施主要有:(1)采用各种新型洞门，如帽檐斜切式洞门。但是利用新型洞门缓解空气动力效应的效果有限，在一些环保要求较高的区域，往往达不到各项规定标准。(2)在洞口设置专门的缓冲结构，即由洞口衬砌段向外设置延伸结构，延伸结构的表面布置开口。设置专门的缓冲结构能够显著缓解洞口微压波现象，但对瞬变压力、气动荷载、机车附加空气阻力的缓解效果较差；另外，设置专门的缓冲结构需要占据较大洞口空间，往往受地形限制而无法施工。(3)优化列车车头形状和提高列车气密性。目前优化的动车组车头形状有利于缓解空气动力效应，但远达不到各种规定标准和准则。提高机车气密性能有效降低车内瞬变压力，提高乘客舒适性，但无法解决洞口微压波效应、气动荷载、机车附加空气阻力的问题。现有的各种缓解高速铁路隧道空气动力效应的措施作用比较单一，有时因为洞口地形的限制，而无法在洞口设置缓冲结构，也不能起到综合缓解空气动力效应的作用。
发明内容本实用新型的目的是根据上述不足提供一种高速铁路隧道结构，该隧道结构可以解决高速铁路隧道包括洞内瞬变压力、洞口微压波效应、隧道内气动荷载、机车附加空气阻力在内的各种空气动力学问题。本实用新型是通过如下技术方案实现的:一种高速铁路隧道结构，其特征在于:一种高速铁路隧道结构，其特征在于:隧道衬砌两侧面布置开口，或者在隧道衬砌顶部布置开口，所述开口与大气相通，沿隧道全长方向布置3-5个，相邻开口间距相等，其中靠近隧道洞口的开口距离洞口 20-50m。在隧道衬砌两侧面布置开口，对于埋深较浅的隧道，开口也可设置在隧道顶部，这样开口可以缓解洞口微压波效应。优选的，所述隧道侧面的开口通过隧道内横通道实现。[0009]优选的，所述隧道顶部的开口通过横井或斜井实现。这样可以节省成本。优选的，开口总面积与隧道横断面积的比值不大于50%。缓解空气动力效应要求越高，开口数量越多，开口大小适当增大。但是开口过大会影响隧道稳定性。本实用新型的高速铁路隧道结构在隧道衬砌侧壁或顶部设置3-5个开口，能够使压缩波升高到压力最大值所经历的时间延长，降低机车内的瞬变压力和洞口微压波峰值，从而提高乘客的舒适性，缓解洞口微压波效应。并且能够显著降低长隧道的列车附加空气阻力，降低列车运行时的能耗及隧道内的热量积聚。同时在隧道衬砌侧壁或顶部设置开口，能够降低隧道出口处反射回隧道的膨胀波能量，从而可以有效缓解明洞内和机车外壁的负压，从而减轻气动荷载对明洞结构及辅助设施的疲劳损伤。并且本实用新型受隧道周围地形限制小，适用性强，尤其在洞口无法施工专门的缓冲结构时，能够有效解决长隧道的洞口微压波问题和空气阻力问题。另外本实用新型还充分利用长隧道施工后闲置的竖井、斜井、横洞、横通道来缓解高速铁路隧道的空气动力效应，降低工程造价，具有很强的实用性。
图1为本实用新型的隧道衬砌顶部开口纵断面示意图；图2为本实用新型的隧道衬砌侧壁开口纵断面示意图；1.隧道、2.隧道入口洞口、3.隧道出口洞口、4.开口、5-9.第一开口至第五开口。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型:如图1所示，本实用新型高速铁路隧道结构，在隧道I衬砌顶部布置开口 4，所述开口 4为均匀布置的5个，第一开口 5、第二开口 6、第三开口 7、第四开口 8、第五开口 9。其中第一开口 5距离隧道入口洞口 2及第五开口 9距离隧道出口洞口 3的距离为20-50m。以有效降低洞口微压波峰值、机车内瞬变压力、机车附加空气阻力、隧道内气动荷载。所述隧道I顶部的开口 4通过横井或斜井实现。如图2所示，本实用新型高速铁路隧道结构，在隧道I衬砌两侧面中线各对称布置开口 4，所述开口 4为均匀布置的5个，第一开口 5、第二开口 6、第三开口 7、第四开口 8、第五开口 9。其中第一开口 5距离隧道入口洞口 2及第五开口 9距离隧道出口洞口 3的距离为20-50m。所述隧道I侧面的开口 4通过隧道内横通道实现。对于明洞结构，可直接在明洞衬砌结构上进行开口。本实用新型的开口数量、各开口大小、各开口间距及布置规律根据机车速度、机车型号、隧道横截面面积、隧道长度等因素确定。基本布置规律为:缓解空气动力效应要求越高，开口数量越多，开口大小适当增大。开口总面积与隧道横断面积的比值不大于50%即可。开口越多，施工成本越高，为3-5个即可起到结果各种空气动力学问题的效果。该缓冲结构所应用于京沪高速铁龙山明洞工程，在明洞隧道I两侧面中线各对称布置5个开口，各开口 5-9的长为8m，宽为3.2m,各开口 5-9间相距86.5m。第一开口 5与隧道入口洞口 2间距20m，第五开口 9与隧道出口洞口 3间距40m。。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种高速铁路隧道结构，其特征在于:隧道衬砌两侧面布置开口，或者在隧道衬砌顶部布置开口，所述开口与大气相通，沿隧道全长方向布置3-5个，相邻开口间距相等，其中靠近隧道洞口的开口距离洞口 20-50m。
2.根据权利要求1所述高速铁路隧道结构，其特征在于:所述隧道侧面的开口通过隧道内横通道实现。
3.根据权利要求1所述高速铁路隧道结构，其特征在于:所述隧道顶部的开口通过横井或斜井实现。
4.根据权利要求1所述高速铁路隧道结构，其特征在于:开口总面积与隧道横断面积的比值不大于50%。
专利摘要本实用新型提供了一种高速铁路隧道结构，其特征在于隧道衬砌两侧面布置开口，或者在隧道衬砌顶部布置开口，所述开口与大气相通，沿隧道全长方向布置3-5个，相邻开口间距相等，其中靠近隧道洞口的开口距离洞口20-50m。本实用新型的高速铁路隧道结构在隧道衬砌侧壁或顶部设置3-5个开口，能够降低机车内的瞬变压力和洞口微压波峰值，从而缓解洞口微压波效应。并且能够显著降低长隧道的列车附加空气阻力。同时能够降低隧道出口处反射回隧道的膨胀波能量，从而可以有效缓解明洞内和机车外壁的负压，从而减轻气动荷载对明洞结构及辅助设施的疲劳损伤。并且本实用新型受隧道周围地形限制小，适用性强。另外本实用新型降低工程造价，具有很强的实用性。
文档编号E21D9/14GK203008928SQ201220750689
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者赵文成, 徐向东, 肖明清, 王克金, 龚彦峰, 王长法, 李鸣冲, 李文胜, 廖斌, 靳宗振 申请人:中铁第四勘察设计院集团有限公司