一种单线隧道及其减小压力波的装置

摘要

本发明公开一种单线隧道其减小压力波的装置，该装置包括多个沿隧道长度方向依次设置于单线隧道一侧壁面的空腔体，每个空腔体的朝向隧道中心的表面具有开口，并具有自开口向内延伸形成压缩引导段，以连通开口和空腔体的内腔；其中，至少一组相邻所述空腔体之间具有可沿隧道长度方向位移的移动壁板，所述移动壁板的周沿与围合所述空腔体的周壁贴合，以调节所述内腔体积。应用本方案，在不扩大隧道横断面积的基础上，在单线隧道内部双侧形成空腔吸声结构陈列，进而使得列车通过单线隧道内所产生的压力波强度随时间的变化率有效减缓；同时，基于内腔体积可调节的特点，可针对性适用于不同的运行环境，达到减小隧道出口微气压波幅值的最佳效果。

权利要求

1.一种减小单线隧道压力波的装置，其特征在于，包括多个沿隧道长度方向依次设置于单线隧道一侧壁面的空腔体，每个所述空腔体的朝向隧道中心的表面具有开口，并具有自所述开口向内延伸形成压缩引导段，以连通所述开口和所述空腔体的内腔；其中，至少一组相邻所述空腔体之间具有可沿隧道长度方向位移的移动壁板，所述移动壁板的周沿与围合所述空腔体的周壁贴合，以调节所述内腔体积。

2.根据权利要求1所述的减小单线隧道压力波的装置，其特征在于，还包括移动壁板驱动机构，其动力输出端与所述移动壁板连接，以输出驱动所述移动壁板沿隧道长度方向位移。

3.根据权利要求2所述的减小单线隧道压力波的装置，其特征在于，所述移动壁板驱动机构包括：

丝杆，其一侧端用于与所述移动壁板连接，其另一端具有施力部；

丝母支座，用于固定设置，所述丝母支座具有与所述丝杆适配的内螺纹。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的减小单线隧道压力波的装置，其特征在于，所述移动壁板的周沿分别设置有密封件，所述密封件分别相应侧所述周壁构建密封配合副。

5.根据权利要求4所述的减小单线隧道压力波的装置，其特征在于，在与所述移动壁板平行的平面内，所述密封件相对于所述移动壁板可在伸出工作位置和收回工作位置之间切换，并配置为：位于伸出工作位置的所述密封件，与相应侧所述周壁构建密封配合副；位于收回工作位置的所述密封件，以便于所述移动壁板沿隧道长度方向位移。

6.根据权利要求1所述的减小单线隧道压力波的装置，其特征在于，多个所述空腔体布置在单线隧道的全长区域；且所述空腔体配置为：其内腔中空气振动的固有频率位于隧道压力波的频率范围内。

7.根据权利要求6所述的减小单线隧道压力波的装置，其特征在于，所述压缩引导段的横截面内最小尺寸为声波波长的1/120‑1/60；沿所述压缩引导段的延伸方向，所述压缩引导段的尺寸为所述内腔的最大尺寸的1/3‑1/2。

8.根据权利要求7所述的减小单线隧道压力波的装置，其特征在于，多个所述空腔体分为多个尺寸组，各所述尺寸组的所述空腔体的沿单线隧道长度方向的尺寸不同。

9.一种单线隧道，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的减小单线隧道压力波的装置。

10.根据权利要求9所述的单线隧道，其特征在于，所述隧道的两侧壁面形成多个所述空腔体的一侧本体。

说明书

一种单线隧道及其减小压力波的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及轨道交通隧道工程技术领域，具体涉及一种单线隧道其减小压力波的装置。

背景技术

[0002] 列车通过单线隧道时，由于空气的可压缩性和空间限制，头部进入隧道入口时会产生强烈的压缩波，一般称为初始压缩波。压缩波在隧道内以当地声速传播，至隧道出口一
部分以膨胀波的形式反射回隧道，一部分向洞口外部辐射，形成微气压波。高于一定强度的
微气压波会对洞口附近的环境产生危害。其中，初始压缩波的大小与隧道断面面积、列车横
断面面积、列车头型和速度等有关。由初始压缩波幅值与列车运行速度基本上成二次方关
系，提速列车在单线隧道内交会所形成的压力波问题更加突出。

[0003] 众所周知，由于隧道的施工成本和难度，隧道横断面很难扩大。在考虑列车运动气动性能的条件下，列车横断面和头型已基本上处于最优化状态，现有技术在隧道洞口设置
缓冲结构的方式，无法有效缓解单线隧道洞口的微气压波对周围环境产生的危害。

[0004] 有鉴于此，亟待针对现有单线隧道的压力波减缓结构进行优化设计，以控制微气压波对周围环境的影响。

发明内容

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种单线隧道其减小压力波的装置，以有效降低微气压波对周围环境的影响。

[0006] 本发明提供的减小单线隧道压力波的装置，包括多个沿隧道长度方向依次设置于单线隧道一侧壁面的空腔体，每个所述空腔体的朝向隧道中心的表面具有开口，并具有自
所述开口向内延伸形成压缩引导段，以连通所述开口和所述空腔体的内腔；其中，至少一组
相邻所述空腔体之间具有可沿隧道长度方向位移的移动壁板，所述移动壁板的周沿与围合
所述空腔体的周壁贴合，以调节所述内腔体积。

[0007] 优选地，还包括移动壁板驱动机构，其动力输出端与所述移动壁板连接，以输出驱动所述移动壁板沿隧道长度方向位移。

[0008] 优选地，所述移动壁板驱动机构包括：丝杆，其一侧端用于与所述移动壁板连接，其另一端具有施力部；丝母支座，用于固定设置，所述丝母支座具有与所述丝杆适配的内螺
纹。

[0009] 优选地，所述移动壁板的周沿分别设置有密封件，所述密封件分别相应侧所述周壁构建密封配合副。

[0010] 优选地，在与所述移动壁板平行的平面内，所述密封件相对于所述移动壁板可在伸出工作位置和收回工作位置之间切换，并配置为：位于伸出工作位置的所述密封件，与相
应侧所述周壁构建密封配合副；位于收回工作位置的所述密封件，以便于所述移动壁板沿
隧道长度方向位移。

[0011] 优选地，多个所述空腔体布置在单线隧道的全长区域；且所述空腔体配置为：其内腔中空气振动的固有频率位于隧道压力波的频率范围内。

[0012] 优选地，所述压缩引导段的横截面内最小尺寸为声波波长的1/120‑1/60；沿所述压缩引导段的延伸方向，所述压缩引导段的尺寸为所述内腔的最大尺寸的1/3‑1/2。

[0013] 优选地，多个所述空腔体分为多个尺寸组，各所述尺寸组的所述空腔体的沿单线隧道长度方向的尺寸不同。

[0014] 本发明还提供一种单线隧道，包括如前所述的减小单线隧道压力波的装置。

[0015] 优选地，所述隧道的两侧壁面形成多个所述空腔体的一侧本体。

[0016] 针对现有高速运行列车进入单线隧道所产生压力波的现状，本发明创新性地提出一种减小单线隧道压力波的装置，采用多个空腔体沿单线隧道长度方向依次布置于隧道一
侧壁面，无需对单线隧道的主体基础作结构性的改动；由此，在不扩大隧道横断面积的基础
上，在单线隧道内部双侧形成空腔吸声结构陈列。具体地，每个空腔体的朝向隧道中心的表
面具有开口，并利用压缩引导段连通该开口与空腔体的内腔；同时，根据实际需要可利用移
动壁板调节该内腔体积。如此设置，可利用空腔内部的空气与列车进入产生的压力波产生
共振，形成剧烈振动，压缩引导段的空气克服摩擦阻力实现能量的消耗，进而使得列车通过
单线隧道内所产生的压力波强度随时间的变化率有效减缓；基于内腔体积可调节的特点，
可针对性适用于不同的运行环境，达到减小隧道出口微气压波幅值的最佳效果，从而可有
效控制微气压波对单线隧道出口环境产生的不良影响。

[0017] 在本发明的优选方案中，多个空腔体布置在单线隧道的全长区域；且空腔体配置为：其内腔中空气振动的固有频率位于隧道压力波的频率范围内。也就是说，本方案利用隧
道长度方向的可用空间，最大限度地减小隧道出口微气压波幅值；同时，空腔体内腔中空气
振动的固有频率位于隧道压力波的频率范围内，从而与具体隧道运行实际压力波一致，确
保相应压力波产生的能量得以充分消耗。

[0018] 在本发明的另一优选方案中，多个空腔体分为多个尺寸组，各尺寸组的空腔体的沿单线隧道长度方向的尺寸不同；这样，对于隧道压力波的频率范围中具有多个能量较大
的压力波频率的情形，可针对性设置相应尺寸组的空腔体，由此利用具有不同固有频率的
空腔体进行针对性的能量消耗，为进一步减小隧道出口微气压波幅值提供了良好的技术保
障。

附图说明

[0019] 图1为实施例一所述减小单线隧道压力波的装置的横断面示意图；

[0020] 图2为图1所示减小单线隧道压力波的装置的平面示意图；

[0021] 图3示出了移动壁板与空腔体周壁之间配合关系；

[0022] 图4示出了移动壁板驱动机构的配合关系；

[0023] 图5为实施例二所述减小单线隧道压力波的装置的横断面示意图；

[0024] 图6为图5所示减小单线隧道压力波的装置的平面示意图。

[0025] 图中：

[0026] 空腔体1、开口11、压缩引导段12、内腔13、移动壁板14、密封件15、丝杆16、丝母支座17、挡板18、壁面2；

[0027] 空腔体1a、空腔体1b、空腔体1c。

具体实施方式

[0028] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0029] 不失一般性，本实施方式以图中所示单线隧道作为描述主体进行详细说明其减小隧道压力波的具体方案，该单线隧道可通行双向高速运行列车，本方案对其主体基础未作
结构性的改动。应当理解，该单线隧道的主体基础结构非本申请的核心发明点所在，并对本
申请请求保护的隧道压力波控制方案未构成实质性限制。

[0030] 实施例一：

[0031] 请参见图1和图2，其中，图1为本实施例所述减小单线隧道压力波的装置的横断面示意图；图2为图1所示减小单线隧道压力波的装置的平面示意图。为了清楚示明减小单线
隧道压力波的装置，图中未示出单线轨道等构成的具体布置。

[0032] 图中所示，该装置主要包括沿隧道长度方向依次布置的多个空腔体1。多个空腔体1沿单线隧道长度方向依次设置于一侧壁面2。其中，每个空腔体1的朝向隧道中心的表面具
有开口11，并具有自该开口11向内延伸形成压缩引导段12，以连通开口11和空腔体1的内腔
13。本方案在不扩大隧道横断面积的基础上，在单线隧道内部形成空腔吸声结构陈列。

[0033] 当高速列车通过单线隧道时，可利用空腔内部的空气与列车进入产生的压力波产生共振，由此形成剧烈振动；此过程中，通过压缩引导段12的空气克服摩擦阻力实现能量的
消耗，使得列车通过单线隧道内所产生的压力波强度随时间的变化率有效减缓，进而减小
隧道出口微气压波幅值。

[0034] 需要说明的是，多个空腔体1优选布置在单线隧道的全长区域，应当理解，利用隧道长度方向的可用空间，最大限度地减小隧道出口微气压波幅值，而非仅局限于图中所示
局部示意。

[0035] 为了适应线路列车速度等运行参数的变化，可以针对该空腔体1的结构作进一步优化。如图2由左至右依次连续布置的六个空腔体1，第一、二个空腔体之间，第三、四个空腔
体之间，以及第五、六个空腔体之间，分别具有可沿隧道长度方向位移的移动壁板14，该移
动壁板14的周沿与围合空腔体1的周壁贴合，以调节其内腔体积。请一并参见图3，该图示出
了该移动壁板14与空腔体周壁之间配合关系示意图。

[0036] 基于内腔体积可调节的特点，本方案可针对性适用于不同的运行环境，针对性地形成相应的共振空腔体，达到减小隧道出口微气压波幅值的最佳效果，从而可有效控制微
气压波对单线隧道出口环境产生的不良影响。这里的“运行环境”包括列车运行速度、列车
车型及通过频次等综合因素的调整或变化。

[0037] 为了兼顾位移后内腔的密封性能，还可以在移动壁板14的周沿分别设置有密封件15，每侧的密封件15可分别相应侧周壁构建密封配合副。这里，密封件15可采用硬质橡胶制
成，也可采用具有在橡胶材料内设置支撑骨架(图中未示出)。作为优选，在与移动壁板14平
行的平面内，每个密封件15相对于移动壁板15可在伸出工作位置和收回工作位置之间切
换，同时并配置为：位于伸出工作位置的密封件15与相应侧周壁构建上述相应密封配合副；
位于收回工作位置的密封件15，以便于移动壁板14沿隧道长度方向位移，具有较好的可操
作性。

[0038] 当然，还可以针对密封件15的伸出工作位置设置锁止件(图中未示出)，从而锁定位于伸出工作位置的密封件15，确定使用状态下的密封性能。

[0039] 其中，针对可调节相对位置的移动壁板，可进一步增设移动壁板驱动机构，其动力输出端与该移动壁板14连接，以输出驱动移动壁板14沿隧道长度方向位移。可以理解的是，
该移动壁板驱动机构可以为自动控制实现，也可以采用手动操作实现。作为优选，可利用丝
杆‑丝母传动机构提供上述位移驱动力。请一并参见图4，该图示出了移动壁板驱动机构的
配合关系示意图。

[0040] 结合图4所示，该移动壁板驱动机构包括丝杆16和丝母支座17，其中，丝杆16的一侧端用于与移动壁板14连接，当然，这里的“连接”是指丝杆16与移动壁板14之间可同步直
线位移，且丝杆16可自由转动；具体可以采用不同的结构实现，例如但不限于图中所示，丝
杆16穿装于移动壁板14，且移动壁板14两侧的丝杆16上分别固定设置挡板18。丝杆16另一
端具有施力部，需要调整内腔体积时，操作者转动丝杆16施力部即可。

[0041] 相应地，丝母支座17固定设置，并具有与丝杆16适配的内螺纹，两者构成丝杆‑丝母传动机构，提供直线位移驱动力。

[0042] 本方案中，空腔体1的压缩引导段12的横截面内最小尺寸为声波波长的1/120‑1/60，也即，对于不同横截面形状来说，只要该横截面内的最小尺寸小于环境下声波波长，就
能够稳定形成消耗能量的摩擦阻力。为了最大限度地实现能量消耗，沿压缩引导段12的延
伸方向，该压缩引导段12的长度尺寸L为内腔13的最大尺寸的1/3‑1/2；这里，“内腔13的最
大尺寸”是指，在压缩引导段12的延伸方向上，内腔13的最内侧位置至其最外侧位置之间的
长度尺寸。

[0043] 通常，高速列车进入隧道，由于空气的可压缩性和空间限制，在头部进入隧道入口时所产生压缩波的幅值及频率可基于现有理论确定，与列车的运行速度、列车的横断面面
积和隧道的横断面面积有关，其梯度与列车头部流线型长度有关。压缩波在隧道内传播形
状将发生变化，不同的隧道结构决定波形逐渐变陡峭或者变缓。具体来说，每个空腔体1可
配置为：其内腔中空气振动的固有频率f位于隧道压力波的频率范围内。封闭腔内的空气由
于列车进入隧道形成的平面波传播引起振动，由此，利用与具体隧道实际运行产生压力波
频率一致的空腔体，针对性地形成相应的共振，确保实际压力波能量得以充分消耗。

[0044] 其中，空腔体1的固有频率f具体可依据下式确定：

[0045] 式中：

[0046] c‑当地声速；

[0047] S‑所述开口11的通流截面积；

[0048] L‑所述压缩引导段12的长度；

[0049] V‑所述内腔13的体积。

[0050] 为进一步减小隧道出口微气压波幅值提供了良好的技术保障，可对空腔体1作进一步优化。空腔体1可以分别多外尺寸组，例如但不限于图2所示的三个尺寸组：空腔体1a形
成第一尺寸组，空腔体1b形成第二尺寸组，空腔体1c形成第三尺寸组，在布置区域内依次连
接设置。本方案中，各所述尺寸组的空腔体的沿单线隧道长度方向的尺寸不同，由此，形成
不同的固有频率f。这样，对于隧道压力波的频率范围中具有多个能量较大的压力波频率的
情形，可针对性设置相应尺寸组的空腔体1，由此利用具有不同固有频率的空腔体进行针对
性的能量消耗。

[0051] 此外，本方案中空腔体1基于单线隧道的两侧壁面2围合形成，也即，单线隧道的两侧壁面2形成多个空腔体1的一侧本体。在有效利用现有基础结构的基础上，为获得相对较
大的空腔体1内腔提供了保障。

[0052] 需要说明的是，基于本实施方式所述述隧道及其减小隧道压力波的装置，本领域技术人员还可以作相应的选择性设置。例如但不限于：单线隧道每侧壁面2上的多个空腔体
1连续设置，具体可以设计为：单线隧道每侧壁面上的多个所述空腔体间隔设置；或者，单线
隧道每侧壁面上的多个所述空腔体分段连续设置，也即，局部分段式连续设置，只要符合上
述功能需要均在本申请请求保护的范围内。

[0053] 当然，空腔体1也可以采用独立于隧道壁面2的结构形式，同样能够有效控制隧道洞口微压力波的幅值。

[0054] 实施例二：

[0055] 本方案与实施例一的核心构思一致，区别仅在于，多个空腔体1均为独立于壁面2的结构形式。请一并参见图5和图6，其中，图5为本方案所述减小单线隧道压力波的装置的
横断面示意图，图6为图5所示减小单线隧道压力波的装置的平面示意图。为了清楚示出本
方案与实施例一的区别和联系，图中相同功能构成及结构均采用同一标记进行示明。

[0056] 本方案中，每个空腔体1均为独立结构，也即空腔体1自体结构相应的共振内腔13。同样地，当高速列车通过单线隧道时，可利用空腔内部的空气与列车进入产生的压力波产
生共振，由此形成剧烈振动；此过程中，通过压缩引导段12的空气克服摩擦阻力实现能量的
消耗，使得列车通过单线隧道内所产生的压力波强度随时间的变化率有效减缓，进而减小
隧道出口微气压波幅值。

[0057] 其他具体结构与实施例一相同，故不再赘述。

[0058] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为
本发明的保护范围。