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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-14
(45)【発行日】2024-05-22
(54)【発明の名称】微気圧波低減構造
(51)【国際特許分類】
E21D 9/14 20060101AFI20240515BHJP
【ＦＩ】
E21D9/14
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021188205
(22)【出願日】2021-11-18
(65)【公開番号】P2023074971
(43)【公開日】2023-05-30
【審査請求日】2023-09-06
(73)【特許権者】
【識別番号】000173784
【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100104064
【弁理士】
【氏名又は名称】大熊 岳人
(72)【発明者】
【氏名】斉藤 実俊
【審査官】湯本 照基
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１００９４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０８０４７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１５５１２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１３２９２９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｄ ９／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネル坑口を覆うトンネル緩衝工の緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、反対側トンネル坑口に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部を外部に放射する放射部を備え、
前記トンネル緩衝工は、前記トンネル坑口から前記緩衝工口に向かって前記トンネル緩衝工の断面積が段階的に増加するように、このトンネル坑口を覆う緩衝工部を備え、
前記放射部は、前記緩衝工部の段差部を開放して、前記トンネル微気圧波の一部を外部に放射すること、
を特徴とする微気圧波低減構造。
【請求項2】
トンネル坑口を覆うトンネル緩衝工の緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、
反対側トンネル坑口に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部を外部に放射する放射部を備え、
前記トンネル緩衝工は、前記トンネル坑口から前記緩衝工口に向かって前記トンネル緩衝工の断面積が段階的に増加するように、この緩衝工口からこのトンネル坑口に向かって順に第１及び第２の緩衝工部を備え、
前記移動体の速度260～360km/h、前記移動体の先頭部長さ15m以下、前記トンネルの断面積Ａ、前記第１の緩衝工部の断面積Ａ h ’、前記第１の緩衝工部の断面積比σ h ’＝ Ａ h ’/Ａ、前記第２の緩衝工部の断面積Ａ h 、前記第２の緩衝工部の断面積比σ h ＝ Ａ h /Ａであるときに、
前記第１の緩衝工部の断面積比σ h ’ ≒2.5～3.2、前記第１の緩衝工部の全長20m以上、前記第２の緩衝工部の断面積比σ h ≒1.4～1.5、前記第２の緩衝工部の全長20m以上、前記放射部の長さ20～40mであること、
を特徴とする微気圧波低減構造。
【請求項3】
トンネル坑口を覆うトンネル緩衝工の緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、
反対側トンネル坑口に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部を外部に放射する放射部を備え、
前記トンネル緩衝工は、前記トンネル坑口から前記緩衝工口に向かって前記トンネル緩衝工の断面積が段階的に増加するように、この緩衝工口からこのトンネル坑口に向かって順に第１及び第２の緩衝工部を備え、
前記移動体のマッハ数Ｍ、前記トンネルの断面積Ａ、前記トンネル緩衝工のない前記トンネルに前記移動体が突入したときにこのトンネル内に発生する圧縮波の波面幅Ｌ W0 ≒√Ａ/Ｍ、前記第１の緩衝工部の断面積Ａ h ’、前記第１の緩衝工部の断面積比σ h ’＝ Ａ h ’/Ａ、前記第１の緩衝工部の全長Ｌ h1 、前記第２の緩衝工部の断面積Ａ h 、前記第２の緩衝工部の断面積比σ h ＝ Ａ h /Ａ、前記第２の緩衝工部の全長Ｌ h2 、前記放射部の長さＬ h3 であるときに、
前記第１の緩衝工部の断面積比σ h ’ ≒2.5～3.2、前記第１の緩衝工部の全長Ｌ h1 ＞Ｌ W0 ・Ｍ/（１－Ｍ）、前記第２の緩衝工部の断面積比σ h ≒1.4～1.5、前記第２の緩衝工部の全長Ｌ h2 ≧Ｌ h1 、前記放射部の長さＬ h3 ≒0.6Ｌ W0 であること、
を特徴とする微気圧波低減構造。
【請求項4】
トンネル坑口を覆うトンネル緩衝工の緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、
反対側トンネル坑口に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部を外部に放射する放射部を備え、
前記トンネル緩衝工は、前記トンネル坑口から前記緩衝工口に向かって前記トンネル緩衝工の断面積が段階的に増加するように、この緩衝工口からこのトンネル坑口に向かって順に第１及び第２の緩衝工部を備え、
前記移動体の速度260～360km/h、前記移動体の先頭部長さ15m以下、前記トンネルの断面積Ａ、前記第１の緩衝工部の断面積Ａ h ’、前記第１の緩衝工部の断面積比σ h ’＝ Ａ h ’/Ａ、前記第２の緩衝工部の断面積Ａ h 、前記第２の緩衝工部の断面積比σ h ＝ Ａ h /Ａであるときに、
前記第１の緩衝工部の断面積比σ h ’ ≒2.5～3.2、前記第１の緩衝工部の全長20m以上、前記第２の緩衝工部の断面積比σ h ≒1.4～1.5、前記第２の緩衝工部の全長20m以上、前記放射部の長さ15～25mであること、
を特徴とする微気圧波低減構造。
【請求項5】
トンネル坑口を覆うトンネル緩衝工の緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、
反対側トンネル坑口に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部を外部に放射する放射部を備え、
前記トンネル緩衝工は、前記トンネル坑口から前記緩衝工口に向かって前記トンネル緩衝工の断面積が段階的に増加するように、この緩衝工口からこのトンネル坑口に向かって順に第１及び第２の緩衝工部を備え、
前記移動体のマッハ数Ｍ、前記トンネルの断面積Ａ、前記トンネル緩衝工のない前記トンネルに前記移動体が突入したときにこのトンネル内に発生する圧縮波の波面幅Ｌ W0 ≒√Ａ/Ｍ、前記第１の緩衝工部の断面積Ａ h ’、前記第１の緩衝工部の断面積比σ h ’＝ Ａ h ’/Ａ、前記第１の緩衝工部の全長Ｌ h1 、前記第２の緩衝工部の断面積Ａ h 、前記第２の緩衝工部の断面積比σ h ＝ Ａ h /Ａ、前記第２の緩衝工部の全長Ｌ h2 、前記放射部の長さＬ h3 であるときに、
前記第１の緩衝工部の断面積比σ h ’ ≒2.5～3.2、前記第１の緩衝工部の全長Ｌ h1 ＞Ｌ W0 ・Ｍ/（１－Ｍ）、前記第２の緩衝工部の断面積比σ h ≒1.4～1.5、前記第２の緩衝工部の全長Ｌ h2 ≧Ｌ h1 、前記放射部の長さＬ h3 ≒0.35～0.4Ｌ W0 であること、
を特徴とする微気圧波低減構造。
【請求項6】
トンネル坑口を覆うトンネル緩衝工の緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、
反対側トンネル坑口に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部を外部に放射する放射部と、
前記放射部を開閉する開閉部とを備え、
前記開閉部は、前記緩衝工口に前記移動体が突入するときには、前記放射部を閉鎖し、前記反対側トンネル坑口に前記移動体が突入するときには、前記放射部を開放すること、
を特徴とする微気圧波低減構造。
【請求項7】
トンネル坑口を覆うトンネル緩衝工の緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、
反対側トンネル坑口に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部を外部に放射する放射部と、
前記放射部の長さを可変する長さ可変部とを備え、
前記長さ可変部は、前記緩衝工口に前記移動体が突入するときには、前記放射部の長さを所定長さに可変し、前記反対側トンネル坑口に前記移動体が突入するときには、前記放射部の長さをゼロに可変すること、
を特徴とする微気圧波低減構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、トンネル坑口を覆うトンネル緩衝工の緩衝工口から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造に関する。
【背景技術】
【0002】
図２１に示すように、列車１０１が入口側のトンネル坑口１０３ａに突入すると、トンネル１０３内に圧縮波Ｗ1が発生、この圧縮波Ｗ1がトンネル１０３内を音速で伝搬し、反対側のトンネル坑口１０３ｂで圧力波を外部放射する。この外部に放射される圧力波をトンネル微気圧波Ｗ2という。トンネル微気圧波Ｗ2は発破音や家屋の戸、窓を揺らすなど、環境問題を引き起こすため対策が不可欠である。トンネル微気圧波Ｗ2の大きさは、トンネル内圧縮波ｐの波面の切り立ち具合（ｄｐ/ｄｔ）に比例する。このため、圧縮波Ｗ1の波面を緩やかに（圧力勾配を小さく）してやれば、トンネル微気圧波Ｗ2を小さくすることができる。
【0003】
図２２に示すように、トンネル坑口１０３ａに設置されて、トンネル本坑の1.4～1.5倍の断面積を有し、側面に窓（開口部）が形成されたフード状構造物のトンネル緩衝工１０４が提案されている。このトンネル緩衝工１０４は、列車１０１が入口側のトンネル坑口１０３ａに突入したときに、トンネル１０３内に発生するトンネル内圧縮波ｐの波面の切り立ち具合（ｄｐ/ｄｔ）を緩やかにして、反対側のトンネル坑口１０３ｂから外部に放射するトンネル微気圧波Ｗ2を小さくしている。
【0004】
従来のトンネル入口緩衝工の開口部構造（以下、従来技術１という）は、トンネル緩衝工の列車突入側の緩衝工壁に小さな開口面積の開口部を備えており、反対側の緩衝工壁に大きな開口面積の開口部を備えている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術１では、先頭形状の異なる列車やトンネル突入速度の異なる列車毎に開口部の大きさを設定する必要がなく、微気圧波の低減効果を図っている。従来のトンネル緩衝工（以下、従来技術２という）は、緩衝工の矩形状の開口部の一辺が緩衝工の開放側端面に面している（例えば、特許文献２参照）。この従来技術２では、開口部の上下方向の一辺をなくすことによって圧力変動を発生し難くしている。
【0005】
従来技術１，２では、図２３に示すように、トンネル緩衝工１０４の長さが長いほど性能が向上し、列車１０１が高速になるにしたがって必要となるトンネル緩衝工１０４が長くなり、建設コストが増大する問題がある。その解決手段として、短くて同等の微気圧波低減効果を有するトンネル緩衝工が提案されている。従来のトンネル入口緩衝工（以下、従来技術３という）は、フード状構造物に側面開口部を設けずに、フード状構造物の断面積がトンネル本坑の断面積の2.2～2.6倍にしている（例えば、特許文献３参照）。この従来技術３では、フード状構造物の断面積を最適に設定することによって、側面開口部を設けなくてもトンネル微気圧波を低減している。
【0006】
図２４に示すように、トンネル緩衝工１０４の緩衝工口１０４ａ側（先端側）の延長部分の断面積を大きくして、トンネル緩衝工１０４を緩衝工部１０４Ａ，１０４Ｂの２段にすると、図２３に示すトンネル緩衝工１０４に比べて長さを短くすることができる。その結果、微気圧波低減性能を維持しつつ建設コストを削減することができる。従来のトンネル緩衝工の微気圧波低減構造（以下、従来技術４という）は、入り口側トンネル坑口から緩衝工口に向かってトンネル緩衝工の断面積が段階的に増加するように第１及び第２の緩衝工部を備えており、第１及び第２の緩衝工部の長さ及び断面積比を所定値に設定している（例えば、特許文献４参照）。この従来技術４では、既存のトンネル緩衝工を利用することで建設費を低減しつつ、トンネル緩衝工の性能を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特許第3475267号
【0008】
【文献】特許第4243746号
【0009】
【文献】特開2017-031734号公報
【0010】
【文献】特開2020-100943号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
従来技術４は、図２５に示すように、従来技術１～３のトンネル緩衝工（トンネル本坑の1.4倍）よりも、トンネル緩衝工１０４の緩衝工部１０４Ａが大きな断面積（トンネル本坑の2.5～4.0倍程度）を有する。このため、従来技術４では、複線トンネルにおいてトンネル緩衝工１０４を入口側のトンネル坑口１０３ａに設置した場合に、反対方向を走行する列車１０１が出口側のトンネル坑口１０３ｂから突入すると、断面積の大きな緩衝工部１０４Ａの緩衝工口１０４ａからトンネル微気圧波Ｗ2が放射される。トンネル微気圧波Ｗ2の大きさは、放射口の断面積にも比例するため、トンネル入口側の断面積の大きな緩衝工口１０４ａから放射されるトンネル微気圧波Ｗ2は、従来技術１～３のトンネル緩衝工（トンネル本坑の1.4倍）から放射されるトンネル微気圧波Ｗ2より大きくなってしまう。このため、反対側のトンネル坑口１０３ｂの対策強化が必要になり、コストが増加してしまう問題がある。
【0012】
この発明の課題は、トンネル坑口に移動体が突入したときに反対側トンネル坑口から放射する微気圧波の低減性能を維持しつつ、この反対側トンネル坑口に移動体が突入したときにトンネル緩衝工の緩衝工口から放射する微気圧波についても低減することができる微気圧波低減構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図３、図４及び図２５に示すように、トンネル坑口（３ａ）を覆うトンネル緩衝工（４）の緩衝工口（４ａ）から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、反対側トンネル坑口（３ｂ）に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波（Ｗ2）を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部（Ｗ22）を外部に放射する放射部（６）を備え、前記トンネル緩衝工は、前記トンネル坑口から前記緩衝工口に向かって前記トンネル緩衝工の断面積が段階的に増加するように、このトンネル坑口を覆う緩衝工部（４Ａ，４Ｂ）を備え、前記放射部は、前記緩衝工部の段差部を開放して、前記トンネル微気圧波の一部を外部に放射することを特徴とする微気圧波低減構造である。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図３、図４及び図２５に示すように、トンネル坑口（３ａ）を覆うトンネル緩衝工（４）の緩衝工口（４ａ）から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、反対側トンネル坑口（３ｂ）に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波（Ｗ2）を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部（Ｗ22）を外部に放射する放射部（６）を備え、前記トンネル緩衝工は、前記トンネル坑口から前記緩衝工口に向かって前記トンネル緩衝工の断面積が段階的に増加するように、このトンネル坑口を覆う緩衝工部（４Ａ，４Ｂ）を備え、前記放射部は、前記緩衝工部の段差部を開放して、前記トンネル微気圧波の一部を外部に放射することを特徴とする微気圧波低減構造である。
【0014】
請求項２の発明は、図３、図４、図６及び図２５に示すように、トンネル坑口（３ａ）を覆うトンネル緩衝工（４）の緩衝工口（４ａ）から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、反対側トンネル坑口（３ｂ）に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波（Ｗ
2
）を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部（Ｗ
22
）を外部に放射する放射部（６）を備え、前記トンネル緩衝工は、前記トンネル坑口から前記緩衝工口に向かって前記トンネル緩衝工の断面積が段階的に増加するように、この緩衝工口からこのトンネル坑口に向かって順に第１（４Ａ）及び第２の緩衝工部（４Ｂ）を備え、前記移動体の速度260～360km/h、前記移動体の先頭部長さ15m以下、前記トンネルの断面積Ａ、前記第１の緩衝工部の断面積Ａ
h
’、前記第１の緩衝工部の断面積比σ
h
’＝ Ａ
h
’/Ａ、前記第２の緩衝工部の断面積Ａ
h
、前記第２の緩衝工部の断面積比σ
h
＝ Ａ
h
/Ａであるときに、前記第１の緩衝工部の断面積比σ
h
’ ≒2.5～3.2、前記第１の緩衝工部の全長（Ｌ
h1
）20m以上、前記第２の緩衝工部の断面積比σ
h
≒1.4～1.5、前記第２の緩衝工部の全長（Ｌ
h2
）20m以上、前記放射部の長さ（Ｌ
h3
）20～40mであることを特徴としている微気圧波低減構造である。
【0015】
請求項３の発明は、図３、図４、図６、図７及び図２５に示すように、トンネル坑口（３ａ）を覆うトンネル緩衝工（４）の緩衝工口（４ａ）から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、反対側トンネル坑口（３ｂ）に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波（Ｗ
2
）を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部（Ｗ
22
）を外部に放射する放射部（６）を備え、前記トンネル緩衝工は、前記トンネル坑口から前記緩衝工口に向かって前記トンネル緩衝工の断面積が段階的に増加するように、この緩衝工口からこのトンネル坑口に向かって順に第１（４Ａ）及び第２の緩衝工部（４Ｂ）を備え、前記移動体のマッハ数Ｍ、前記トンネルの断面積Ａ、前記トンネル緩衝工のない前記トンネルに前記移動体が突入したときにこのトンネル内に発生する圧縮波の波面幅Ｌ
W0
≒√Ａ/Ｍ、前記第１の緩衝工部の断面積Ａ
h
’、前記第１の緩衝工部の断面積比σ
h
’＝ Ａ
h
’/Ａ、前記第１の緩衝工部の全長Ｌ
h1
、前記第２の緩衝工部の断面積Ａ
h
、前記第２の緩衝工部の断面積比σ
h
＝ Ａ
h
/Ａ、前記第２の緩衝工部の全長Ｌ
h2
、前記放射部の長さＬ
h3
であるときに、前記第１の緩衝工部の断面積比σ
h
’ ≒2.5～3.2、前記第１の緩衝工部の全長Ｌ
h1
＞Ｌ
W0
・Ｍ/（１－Ｍ）、前記第２の緩衝工部の断面積比σ
h
≒1.4～1.5、前記第２の緩衝工部の全長Ｌ
h2
≧Ｌ
h1
、前記放射部の長さＬ
h3
≒0.6Ｌ
W0
であることを特徴とする微気圧波低減構造である。
【0016】
請求項４の発明は、図３、図４、図６及び図２５に示すように、トンネル坑口（３ａ）を覆うトンネル緩衝工（４）の緩衝工口（４ａ）から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、反対側トンネル坑口（３ｂ）に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波（Ｗ
2
）を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部（Ｗ
22
）を外部に放射する放射部（６）を備え、前記トンネル緩衝工は、前記トンネル坑口から前記緩衝工口に向かって前記トンネル緩衝工の断面積が段階的に増加するように、この緩衝工口からこのトンネル坑口に向かって順に第１（４Ａ）及び第２の緩衝工部（４Ｂ）を備え、前記移動体の速度260～360km/h、前記移動体の先頭部長さ15m以下、前記トンネルの断面積Ａ、前記第１の緩衝工部の断面積Ａ
h
’、前記第１の緩衝工部の断面積比σ
h
’＝ Ａ
h
’/Ａ、前記第２の緩衝工部の断面積Ａ
h
、前記第２の緩衝工部の断面積比σ
h
＝ Ａ
h
/Ａであるときに、前記第１の緩衝工部の断面積比σ
h
’ ≒2.5～3.2、前記第１の緩衝工部の全長（Ｌ
h1
）20m以上、前記第２の緩衝工部の断面積比σ
h
≒1.4～1.5、前記第２の緩衝工部の全長（Ｌ
h2
）20m以上、前記放射部の長さ（Ｌ
h3
）15～25mであることを特徴としている微気圧波低減構造である。
【0017】
請求項５の発明は、図３、図４、図６、図７及び図２５に示すように、トンネル坑口（３ａ）を覆うトンネル緩衝工（４）の緩衝工口（４ａ）から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、反対側トンネル坑口（３ｂ）に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波（Ｗ
2
）を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部（Ｗ
22
）を外部に放射する放射部（６）を備え、前記トンネル緩衝工は、前記トンネル坑口から前記緩衝工口に向かって前記トンネル緩衝工の断面積が段階的に増加するように、この緩衝工口からこのトンネル坑口に向かって順に第１（４Ａ）及び第２の緩衝工部（４Ｂ）を備え、前記移動体のマッハ数Ｍ、前記トンネルの断面積Ａ、前記トンネル緩衝工のない前記トンネルに前記移動体が突入したときにこのトンネル内に発生する圧縮波の波面幅Ｌ
W0
≒√Ａ/Ｍ、前記第１の緩衝工部の断面積Ａ
h
’、前記第１の緩衝工部の断面積比σ
h
’＝ Ａ
h
’/Ａ、前記第１の緩衝工部の全長Ｌ
h1
、前記第２の緩衝工部の断面積Ａ
h
、前記第２の緩衝工部の断面積比σ
h
＝ Ａ
h
/Ａ、前記第２の緩衝工部の全長Ｌ
h2
、前記放射部の長さＬ
h3
であるときに、前記第１の緩衝工部の断面積比σ
h
’ ≒2.5～3.2、前記第１の緩衝工部の全長Ｌ
h1
＞Ｌ
W0
・Ｍ/（１－Ｍ）、前記第２の緩衝工部の断面積比σ
h
≒1.4～1.5、前記第２の緩衝工部の全長Ｌ
h2
≧Ｌ
h1
、前記放射部の長さＬ
h3
≒0.35～0.4Ｌ
W0
であることを特徴とする微気圧波低減構造である。
【0018】
請求項６の発明は、図３、図４、図１０、図１１及び図２５に示すように、トンネル坑口（３ａ）を覆うトンネル緩衝工（４）の緩衝工口（４ａ）から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、反対側トンネル坑口（３ｂ）に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波（Ｗ
2
）を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部（Ｗ
22
）を外部に放射する放射部（６）と、前記放射部を開閉する開閉部（８）とを備え、前記開閉部は、前記緩衝工口に前記移動体が突入するときには、前記放射部を閉鎖し、前記反対側トンネル坑口に前記移動体が突入するときには、前記放射部を開放することを特徴とする微気圧波低減構造である。
【0019】
請求項７の発明は、図３、図４、図１２、図１３及び図２５に示すように、トンネル坑口（３ａ）を覆うトンネル緩衝工（４）の緩衝工口（４ａ）から放射するトンネル微気圧波を低減する微気圧波低減構造であって、反対側トンネル坑口（３ｂ）に移動体が突入したときに、前記緩衝工口から放射するトンネル微気圧波（Ｗ
2
）を低減するために、前記トンネル緩衝工の一部を開放して、このトンネル微気圧波の一部（Ｗ
22
）を外部に放射する放射部（６）と、前記放射部の長さを可変する長さ可変部（１２）とを備え、前記長さ可変部は、前記緩衝工口に前記移動体が突入するときには、前記放射部の長さを所定長さ（Ｌ
h3
）に可変し、前記反対側トンネル坑口に前記移動体が突入するときには、前記放射部の長さをゼロに可変することを特徴とする微気圧波低減構造である。
【発明の効果】
【0021】
この発明によると、トンネル坑口に移動体が突入したときに反対側トンネル坑口から放射する微気圧波の低減性能を維持しつつ、この反対側トンネル坑口に移動体が突入したときにトンネル緩衝工の緩衝工口から放射する微気圧波についても低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】この発明の第１実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造において緩衝工口に列車が突入した状態を示す模式図である。
【図2】この発明の第１実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造において緩衝工口に列車が突入した状態を模式的に示す縦断面図である。
【図3】この発明の第１実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造において反対側トンネル坑口に列車が突入した状態を示す模式図である。
【図4】この発明の第１実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造において反対側トンネル坑口に列車が突入した状態を模式的に示す縦断面図である。
【図6】この発明の第１実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造の概略図である。
【図7】この発明の第１実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造の放射部の長さを決定するときの変数を定義するための図であり、（Ａ）は圧縮波の波面幅の定義であり、（Ｂ）は移動体先頭部長さの定義である。
【図8】この発明の第１実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造の作用を説明するための模式図であり、（Ａ）は反対側のトンネル坑口から列車が突入したときの作用を説明するための模式図であり、（Ｂ）はトンネル坑口から列車が突入したときの作用を説明するための模式図である。
【図9】この発明の第６実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造の模式図であり、（Ａ）はトンネル緩衝工に対して放射部を斜め上方向に向けた場合の模式図であり、（Ｂ）はトンネル緩衝工に対して放射部を垂直方向に向けた場合の模式図である。
【図10】この発明の第７実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造の構成図である。
【図11】この発明の第７実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造の模式図であり、（Ａ）はトンネル坑口に列車が突入したときの状態を示す模式図であり、（Ｂ）は反対側のトンネル坑口に列車が突入したときの状態を示す模式図である。
【図12】この発明の第８実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造の構成図である。
【図13】この発明の第８実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造の模式図であり、（Ａ）はトンネル坑口に列車が突入したときの状態を示す模式図であり、（Ｂ）は反対側のトンネル坑口に列車が突入したときの状態を示す模式図である。
【図14】この発明の実施例に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造による微気圧波低減効果の実験に使用した模型実験装置の模式図である。
【図15】この発明の実施例に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造による突入時性能の確認実験に使用した緩衝工模型の模式図であり、（Ａ）は実施例に係る提案緩衝工を模擬した緩衝工模型の模式図である。（Ｂ）は従来の２段緩衝工を模擬した緩衝工模型の模式図である。
【図16】この発明の実施例に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造による突入時性能の確認実験の模式図であり、（Ａ）は実施例に係る提案緩衝工の場合の確認実験の模式図であり、（Ｂ）は従来の２段緩衝工の場合の確認実験の模式図である。
【図17】この発明の実施例に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造による突入時性能の実験結果を示すグラフである。
【図18】この発明の実施例に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造による放射時性能の確認実験に使用した緩衝工模型の模式図であり、（Ａ）は実施例に係る提案緩衝工の場合の確認実験の模式図であり、（Ｂ）は従来の２段緩衝工の場合の確認実験の模式図であり、（Ｃ）は従来の通常緩衝工の場合の確認実験の模式図であり、（Ｄ）は緩衝工のない場合の確認実験の模式図である。
【図19】この発明の実施例に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造による放射時性能の確認実験の模式図であり、（Ａ）は実施例に係る提案緩衝工の場合の確認実験の模式図であり、（Ｂ）は従来の２段緩衝工の場合の確認実験の模式図である。
【図20】この発明の実施例に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造による放射時性能の実験結果を示すグラフであり、（Ａ）は車両模型の速度が320km/hであるときの実験結果を示すグラフであり、（Ｂ）は車両模型の速度が360km/hであるときの実験結果を示すグラフである。
【図21】トンネル微気圧波の現象を説明するための模式図である。
【図22】従来のトンネル緩衝工の機能を説明するための模式図である。
【図23】従来のトンネル緩衝工を長くした場合の模式図である。
【図24】従来のトンネル緩衝工を２段にした場合の模式図である。
【図25】従来のトンネル緩衝工を２段にした場合に反対側トンネル坑口から列車が突入したときの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１～図５に示す列車１は、軌道２に沿って移動する移動体である。列車１は、例えば、320km/h以上の高速で新幹線（登録商標）を走行する鉄道車両である。軌道２は、列車１が走行する線路（移動経路）である。軌道２は、例えば、図５に示すように二本の本線で構成された複線であり、上り線２Ａと下り線２Ｂとから構成されている。上り線２Ａは、終点から起点方向（図５に示す進行方向Ｄ1）に列車１が走行する。下り線２Ｂは、起点から終点方向（図５に示す進行方向Ｄ2）に列車１が走行する。例えば、上り線２Ａは、東北新幹線の場合には仙台方面から東京方面に向かう列車１が走行する線路であり、下り線２Ｂは東北新幹線の場合には東京方面から仙台方面に向かう列車１が走行する線路である。
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１～図５に示す列車１は、軌道２に沿って移動する移動体である。列車１は、例えば、320km/h以上の高速で新幹線（登録商標）を走行する鉄道車両である。軌道２は、列車１が走行する線路（移動経路）である。軌道２は、例えば、図５に示すように二本の本線で構成された複線であり、上り線２Ａと下り線２Ｂとから構成されている。上り線２Ａは、終点から起点方向（図５に示す進行方向Ｄ1）に列車１が走行する。下り線２Ｂは、起点から終点方向（図５に示す進行方向Ｄ2）に列車１が走行する。例えば、上り線２Ａは、東北新幹線の場合には仙台方面から東京方面に向かう列車１が走行する線路であり、下り線２Ｂは東北新幹線の場合には東京方面から仙台方面に向かう列車１が走行する線路である。
【0024】
図１～図５に示すトンネル３は、山腹などの地中を貫通して列車１を通過させるための固定構造物（土木構造物）である。トンネル３は、例えば、図５に示すように、一つの固定構造物内に軌道２を収容する複線用の鉄道トンネル（複線トンネル）である。トンネル３は、図１及び図３に示すように、列車１が突入及び退出する出入口となるトンネル坑口３ａ，３ｂなどを備えている。以下では、図１及び図２に示すように下り線２Ｂを走行する列車１がトンネル緩衝工４に突入し、この列車１が反対側のトンネル坑口３ｂから退出する場合と、図３及び図４に示すように上り線２Ａを走行する列車１が反対側のトンネル坑口３ｂに突入し、この列車１がトンネル緩衝工４から退出する場合とを例に挙げて説明する。
【0025】
図１～図５に示すトンネル緩衝工４は、トンネル微気圧波Ｗ2を低減するためのトンネル坑口３ａを覆う固定構造物（土木構造物）である。図１～図５に示すトンネル緩衝工４は、例えば、一つのトンネル覆工内に軌道２を収容する複線用の入口緩衝工（複線トンネル緩衝工）である。トンネル緩衝工４は、図１に示すように、列車１の先頭部がトンネル３の入口側のトンネル坑口３ａに突入したときに発生する圧縮波（トンネル内圧縮波）Ｗ1の圧力勾配（図７（Ａ）に示すような波面の勾配）を緩やかにすることによって、トンネル３の出口側のトンネル坑口（反対側坑口）３ｂから外部に放射するトンネル微気圧波Ｗ2を低減する。ここで、図１に示す圧縮波Ｗ1は、トンネル坑口３ａに列車１の先頭部が突入したときにトンネル３内に発生する圧力波である。圧縮波Ｗ1は、図７（Ａ）に示すように正の圧力勾配を持つ。トンネル微気圧波Ｗ2は、圧縮波Ｗ1が音速でトンネル３内を伝搬して、反対側のトンネル坑口３ｂからトンネル３外に放射されるパルス状の圧力波である。トンネル微気圧波Ｗ2の大きさは、反対側のトンネル坑口３ｂに到達した圧縮波Ｗ1の圧力勾配にほぼ比例する。圧力勾配とは、トンネル３内を伝搬する圧縮波Ｗ1の波面の時間変化率である。トンネル緩衝工４は、例えば、コンクリート製、鉄筋コンクリート製又は鋼板製のフード状（覆い状）の構造物であり、図１～図４に示すようにトンネル坑口３ａの外部に軌道２に沿ってトンネル３を延長するように構築されている。トンネル緩衝工４は、このトンネル緩衝工４の中心線に対して直交する平面で切断したときの断面形状が、図５（Ａ）に示すような半円形や、図５（Ｂ）に示すような矩形である。トンネル緩衝工４は、列車１の速度Ｕなどに応じた長さに構築されている。トンネル緩衝工４は、図２及び図５に示すように、列車１が突入する緩衝工口（入口）４ａと、トンネル緩衝工４の上側部分を構成する天部４ｂと、トンネル緩衝工４の側面部分を構成する側壁４ｃと、図１～図４に示すようにトンネル緩衝工４の長さ方向に複数の緩衝工部４Ａ，４Ｂと、微気圧波低減構造５などを備えている。
【0026】
図１～図４に示す緩衝工部４Ａ，４Ｂは、トンネル坑口３ａから緩衝工口４ａに向かってトンネル緩衝工４の断面積が段階的に増加するように、このトンネル坑口を覆う部分である。緩衝工部４Ａは、緩衝工部４Ｂの緩衝工口を覆う１段目のトンネル緩衝工である。緩衝工部４Ａは、既存又は新設のトンネル緩衝工に延伸された新設のトンネル緩衝工である。緩衝工部４Ａは、図２及び図４に示すように、この緩衝工部４Ａの断面積Ａh’が緩衝工部４Ｂの断面積Ａhよりも大きく設定されている。緩衝工部４Ｂは、トンネル坑口３ａを覆う２段目のトンネル緩衝工である。緩衝工部４Ｂは、既存のトンネル緩衝工、又はトンネル坑口３ａを覆う新設のトンネル緩衝工である。緩衝工部４Ｂは、図２及び図４に示すように、この緩衝工部４Ｂの断面積Ａhがトンネル３の断面積Ａよりも大きく設定されている。緩衝工部４Ｂは、トンネル３と緩衝工部４Ａとの間にこれらと連続して構築されている。ここで、断面積Ａh，Ａh’は、緩衝工部４Ａ，４Ｂの中心線に対して直交する平面で切断したときのこの緩衝工部４Ａ，４Ｂの切断面の面積である。
【0027】
図１～図４に示す微気圧波低減構造５は、トンネル坑口３ａを覆うトンネル緩衝工４の緩衝工口４ａから放射するトンネル微気圧波Ｗ2を低減する構造である。微気圧波低減構造５は、図１及び図２４に示すように、トンネル坑口３ａに列車１が突入したときに反対側のトンネル坑口３ｂから放射するトンネル微気圧波Ｗ2を低減する微気圧波低減性能を維持しつつ、図３及び図２５に示すように反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入したときにトンネル緩衝工４の緩衝工口４ａから放射するトンネル微気圧波Ｗ2も低減する。微気圧波低減構造５は、図１～図４に示す放射部６などを備えている。
【0028】
放射部６は、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入したときに、緩衝工口４ａから放射するトンネル微気圧波Ｗ2を低減するために、トンネル緩衝工４の一部を開放して、このトンネル微気圧波Ｗ2の一部を外部に放射する部分である。放射部６は、図２及び図４に示すように、緩衝工部４Ａ，４Ｂの断面積Ａh'，Ａhが変化する段差部（断面積変化部）に形成されている。放射部６は、図１～図４に示すように、トンネル緩衝工４の中心線に対して平行に配置されており、トンネル緩衝工４の長さ方向に沿って直線状に所定長さで形成されている。放射部６は、緩衝工部４Ａのトンネル坑口３ａ側の端部を延長して、緩衝工部４Ｂの外側に所定の間隔をあけて形成された壁部である。放射部６は、図２５に示すトンネル微気圧波Ｗ2の一部であるトンネル微気圧波Ｗ21を外部に放射する緩衝工口４ａとは別に、図３に示す緩衝工部４Ａ，４Ｂの段差部を開放することによって、図２５に示すトンネル微気圧波Ｗ2の一部である図３に示すトンネル微気圧波Ｗ22を外部に放射する。放射部６は、図２及び図４に示すように、開口部６ａと、通過部６ｂと、開口部６ｃなどを備えている。
【0029】
図２及び図４に示す開口部６ａは、トンネル坑口３ａから伝搬する圧縮波Ｗ1の一部をトンネル緩衝工４から通過部６ｂに進入させる部分である。開口部６ａは、通過部６ｂの緩衝工口４ａ側の端部に緩衝工口４ａと対向して形成されており、緩衝工部４Ａのトンネル坑口３ａ側の端部と緩衝工部４Ｂの緩衝工口４ａ側の端部との間に形成されている。開口部６ａは、図２４に示す従来のトンネル緩衝工１０４の緩衝工部１０４Ａと緩衝工部１０４Ｂとの間の段差部を構成する縦壁を緩衝工部１０４Ａ，１０４Ｂから取り除いた妻面開放部である。開口部６ａは、トンネル３からトンネル緩衝工４に伝搬する圧縮波Ｗ1の一部である圧縮波Ｗ12を通過部６ｂに進入させる入口側開口部として機能する。
【0030】
図２及び図４に示す通過部６ｂは、トンネル坑口３ａから伝搬する圧縮波Ｗ1の一部が通過する部分である。通過部６ｂは、開口部６ａから進入した圧縮波Ｗ1の一部である圧縮波Ｗ12を開口部６ｃに導くダクトとして機能する。通過部６ｂは、図１～図４に示すように緩衝工部４Ａを緩衝工部４Ｂの外側に延長して、図５に示すように緩衝工部４Ａと緩衝工部４Ｂとの間に間隙部を形成したような構造である。通過部６ｂは、緩衝工部４Ａ，４Ｂの段差部からトンネル坑口３ａに向って延びて構築されている。
【0031】
図２及び図４に示す開口部６ｃは、トンネル坑口３ａから伝搬する圧縮波Ｗ1の一部を通過部６ｂから放射させる部分である。開口部６ｃは、通過部６ｂのトンネル坑口３ａ側の端部に形成されている。開口部６ｃは、トンネル３からトンネル緩衝工４に伝搬する圧縮波Ｗ1の一部である圧縮波Ｗ12を通過部６ｂから外部に放射させる出口側開口部として機能する。
【0032】
次に、この発明の第１実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造の作用について説明する。
（放射時性能）
図８（Ａ）に示すように、図８（Ｂ）に示す列車１とは反対方向に走行する列車１が、トンネル緩衝工４が設置されていない反対側のトンネル坑口３ｂに突入すると、トンネル３内に圧縮波Ｗ1が発生し、この圧縮波Ｗ1がトンネル３内を伝搬する。図３に示すように、トンネル３からトンネル緩衝工４に伝搬する圧縮波Ｗ1のうち一部の圧縮波Ｗ11がトンネル坑口３ａから緩衝工口４ａに伝搬して、緩衝工口４ａから外部にトンネル微気圧波Ｗ21が放射する。また、トンネル３からトンネル緩衝工４に伝搬する圧縮波Ｗ1のうち一部の圧縮波Ｗ12がトンネル坑口３ａから開口部６ｃに伝搬して、開口部６ｃから外部にトンネル微気圧波Ｗ22が放射する。
（放射時性能）
図８（Ａ）に示すように、図８（Ｂ）に示す列車１とは反対方向に走行する列車１が、トンネル緩衝工４が設置されていない反対側のトンネル坑口３ｂに突入すると、トンネル３内に圧縮波Ｗ1が発生し、この圧縮波Ｗ1がトンネル３内を伝搬する。図３に示すように、トンネル３からトンネル緩衝工４に伝搬する圧縮波Ｗ1のうち一部の圧縮波Ｗ11がトンネル坑口３ａから緩衝工口４ａに伝搬して、緩衝工口４ａから外部にトンネル微気圧波Ｗ21が放射する。また、トンネル３からトンネル緩衝工４に伝搬する圧縮波Ｗ1のうち一部の圧縮波Ｗ12がトンネル坑口３ａから開口部６ｃに伝搬して、開口部６ｃから外部にトンネル微気圧波Ｗ22が放射する。
【0033】
トンネル緩衝工４から放射されるトンネル微気圧波Ｗ2よりも低減されたトンネル微気圧波Ｗ21，Ｗ22が緩衝工口４ａ及び開口部６ｃの２箇所から外部に放射されて、トンネル微気圧波Ｗ2が分散される。２つのトンネル微気圧波Ｗ21，Ｗ22を緩衝工口４ａ付近で測定することを考えた場合には、通過部６ｂが長くなるにしたがって２つのトンネル微気圧波Ｗ21，Ｗ22の測定点への到達時間のずれが大きくなるため、２つのトンネル微気圧波Ｗ21，Ｗ22のピーク値同士がずれ、両者が重なっても最大値が大きくならない。
【0034】
（突入時性能）
図８（Ｂ）に示すように、トンネル緩衝工４が設置されているトンネル坑口３ａに列車１が突入するときに、緩衝工口４ａ、緩衝工部４Ａと緩衝工部４Ｂとの間の段差部、緩衝工部４Ｂとトンネル３との間の段差部を、列車１の先頭部が順次通過すると圧縮波Ｗ1が発生する。発生した圧縮波Ｗ1がそれぞれトンネル３に向かって伝搬すると、各段差部、放射部６及び緩衝工口４ａでそれぞれの圧縮波Ｗ1が反射するため、トンネル緩衝工４内で多数の圧縮波Ｗ1が往復し、それぞれの圧縮波Ｗ1が重なり合う。
図８（Ｂ）に示すように、トンネル緩衝工４が設置されているトンネル坑口３ａに列車１が突入するときに、緩衝工口４ａ、緩衝工部４Ａと緩衝工部４Ｂとの間の段差部、緩衝工部４Ｂとトンネル３との間の段差部を、列車１の先頭部が順次通過すると圧縮波Ｗ1が発生する。発生した圧縮波Ｗ1がそれぞれトンネル３に向かって伝搬すると、各段差部、放射部６及び緩衝工口４ａでそれぞれの圧縮波Ｗ1が反射するため、トンネル緩衝工４内で多数の圧縮波Ｗ1が往復し、それぞれの圧縮波Ｗ1が重なり合う。
【0035】
放射部６の長さＬh3によってそれぞれの圧縮波Ｗ1の重畳具合が変化するため、各圧縮波Ｗ1の圧力勾配のピーク値同士がずれ、結果として圧力勾配（圧縮波Ｗ1の時間変化率）のピーク値（トンネル微気圧波Ｗ2に対応する値）の大きさが変化する。その結果、反対側のトンネル坑口３ｂから外部に放射するトンネル微気圧波Ｗ2が変化するため、放射部６の長さＬh3を適切にすることで、従来のトンネル緩衝工１０４に列車１０１が突入したときの微気圧波低減効果なみに性能が維持される。
【0036】
この発明の第１実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入したときに、図２５に示すトンネル微気圧波Ｗ2を低減するために、トンネル緩衝工４の一部を開放して、このトンネル微気圧波Ｗ2の一部を外部に放射部６が放射する。このため、図１に示すように、トンネル坑口３ａに突入する列車１に対する微気圧波低減性能を維持しつつ、図３及び図２５に示すように反対方向に走行する列車１が反対側のトンネル坑口３ｂに突入したときに放射されるトンネル微気圧波Ｗ2についても低減することができる。例えば、図２５に示すように、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入したときに、トンネル坑口３ａから放射されるトンネル微気圧波Ｗ2を、図３に示すようにトンネル微気圧波Ｗ21，波Ｗ22に分散させて緩衝工口４ａ及び放射部６から放射させることができる。その結果、図２５に示す緩衝工口１０４ａから放射するトンネル微気圧波Ｗ2を低減することができる。また、トンネル坑口３ａに列車１が突入したときに、反対側のトンネル坑口３ｂから放射されるトンネル微気圧波Ｗ2の低減性能についても維持することができる。その結果、反対側のトンネル坑口３ｂにおける微気圧波低減対策が不要又は縮小できてコスト削減を図ることができるとともに、本来の目的であるトンネル坑口３ａに列車１が突入するときの微気圧波低減性能も向上させることができる。
(1) この第１実施形態では、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入したときに、図２５に示すトンネル微気圧波Ｗ2を低減するために、トンネル緩衝工４の一部を開放して、このトンネル微気圧波Ｗ2の一部を外部に放射部６が放射する。このため、図１に示すように、トンネル坑口３ａに突入する列車１に対する微気圧波低減性能を維持しつつ、図３及び図２５に示すように反対方向に走行する列車１が反対側のトンネル坑口３ｂに突入したときに放射されるトンネル微気圧波Ｗ2についても低減することができる。例えば、図２５に示すように、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入したときに、トンネル坑口３ａから放射されるトンネル微気圧波Ｗ2を、図３に示すようにトンネル微気圧波Ｗ21，波Ｗ22に分散させて緩衝工口４ａ及び放射部６から放射させることができる。その結果、図２５に示す緩衝工口１０４ａから放射するトンネル微気圧波Ｗ2を低減することができる。また、トンネル坑口３ａに列車１が突入したときに、反対側のトンネル坑口３ｂから放射されるトンネル微気圧波Ｗ2の低減性能についても維持することができる。その結果、反対側のトンネル坑口３ｂにおける微気圧波低減対策が不要又は縮小できてコスト削減を図ることができるとともに、本来の目的であるトンネル坑口３ａに列車１が突入するときの微気圧波低減性能も向上させることができる。
【0037】
(2) この第１実施形態では、トンネル坑口３ａから緩衝工口４ａに向かってトンネル緩衝工４の断面積が段階的に増加するように、このトンネル坑口３ａを緩衝工部４Ａ，４Ｂが覆い、緩衝工部４Ａ，４Ｂの段差部を開放して、トンネル微気圧波Ｗ2の一部を放射部６が外部に放射する。このため、図２４に示す従来のトンネル緩衝工１０４の緩衝工部４Ａ，４Ｂの段差部を構成する縦壁を取り除き、緩衝工部４Ｂをトンネル坑口３ａに向けて延長することによって、低コストで簡単にトンネル微気圧波Ｗ2を低減することができる。例えば、図２４に示すような既設の２段緩衝工が存在する場合であって、新幹線車両の速度が向上してより高速度で走行するときには、既設の２段緩衝工の縦壁の開口工事を実施し、２段緩衝工に後端壁を新設することで、トンネル微気圧波Ｗ2を比較的低コストで低減することができる。
【0038】
（第２実施形態）
以下では、図１～図８に示す部分と同一の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この第２実施形態では、図１及び図３に示す列車１の速度Ｕが260～360km/h、図７（Ｂ）に示す先頭部長さＬnが15m以下の列車１に対して、図６に示す緩衝工部４Ａの断面積比σh’ ≒2.5～3.2、緩衝工部４Ａの全長Ｌh1を20m以上、緩衝工部４Ｂの断面積比σh≒1.4～1.5、緩衝工部４Ｂの全長Ｌh2を20m以上、放射部６の長さＬh3を20～40mに設定することが好ましい。ここで、断面積比σh’は、トンネル３の断面積Ａに対する緩衝工部４Ａの断面積Ａh’の比Ａh’/Ａである。断面積比σhは、トンネル３の断面積Ａに対する緩衝工部４Ｂの断面積Ａhの比Ａh/Ａである。断面積Ａは、トンネル３の中心線に対して直交する平面で切断したときのこのトンネル３の本坑の切断面の面積である。この第２実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。
以下では、図１～図８に示す部分と同一の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この第２実施形態では、図１及び図３に示す列車１の速度Ｕが260～360km/h、図７（Ｂ）に示す先頭部長さＬnが15m以下の列車１に対して、図６に示す緩衝工部４Ａの断面積比σh’ ≒2.5～3.2、緩衝工部４Ａの全長Ｌh1を20m以上、緩衝工部４Ｂの断面積比σh≒1.4～1.5、緩衝工部４Ｂの全長Ｌh2を20m以上、放射部６の長さＬh3を20～40mに設定することが好ましい。ここで、断面積比σh’は、トンネル３の断面積Ａに対する緩衝工部４Ａの断面積Ａh’の比Ａh’/Ａである。断面積比σhは、トンネル３の断面積Ａに対する緩衝工部４Ｂの断面積Ａhの比Ａh/Ａである。断面積Ａは、トンネル３の中心線に対して直交する平面で切断したときのこのトンネル３の本坑の切断面の面積である。この第２実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。
【0039】
（第３実施形態）
この第３実施形態では、列車１のマッハ数Ｍであり、緩衝工部４Ｂの全長Ｌh2であるときに、図６に示す緩衝工部４Ａの断面積比σh’ ≒2.5～3.2、緩衝工部４Ａの全長Ｌh1＞ＬW0・Ｍ/（１－Ｍ）、緩衝工部４Ｂの断面積比σh≒1.4～1.5、緩衝工部４Ｂの全長Ｌh2≧Ｌh1、放射部６の長さＬh3≒0.6ＬW0に設定することが好ましい。ここで、図７（Ａ）に示す波面幅ＬW0は、図１～図４に示すトンネル緩衝工４のないトンネル３に列車１が突入したときに、このトンネル３内に発生する圧縮波Ｗ1の波面幅≒√Ａ/Ｍである。この第３実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。
この第３実施形態では、列車１のマッハ数Ｍであり、緩衝工部４Ｂの全長Ｌh2であるときに、図６に示す緩衝工部４Ａの断面積比σh’ ≒2.5～3.2、緩衝工部４Ａの全長Ｌh1＞ＬW0・Ｍ/（１－Ｍ）、緩衝工部４Ｂの断面積比σh≒1.4～1.5、緩衝工部４Ｂの全長Ｌh2≧Ｌh1、放射部６の長さＬh3≒0.6ＬW0に設定することが好ましい。ここで、図７（Ａ）に示す波面幅ＬW0は、図１～図４に示すトンネル緩衝工４のないトンネル３に列車１が突入したときに、このトンネル３内に発生する圧縮波Ｗ1の波面幅≒√Ａ/Ｍである。この第３実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。
【0040】
（第４実施形態）
この第４実施形態では、図１及び図３に示す列車１の速度Ｕが260～360km/h、図７（Ｂ）に示す先頭部長さＬnが15m以下の列車１に対しては、図６に示す緩衝工部４Ａの断面積比σh’ ≒2.5～3.2、緩衝工部４Ａの全長Ｌh1を20m以上、緩衝工部４Ｂの断面積比σh≒1.4～1.5、緩衝工部４Ｂの全長Ｌh2を20m以上、放射部６の長さＬh3を15～25mに設定することが好ましい。この第４実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。
この第４実施形態では、図１及び図３に示す列車１の速度Ｕが260～360km/h、図７（Ｂ）に示す先頭部長さＬnが15m以下の列車１に対しては、図６に示す緩衝工部４Ａの断面積比σh’ ≒2.5～3.2、緩衝工部４Ａの全長Ｌh1を20m以上、緩衝工部４Ｂの断面積比σh≒1.4～1.5、緩衝工部４Ｂの全長Ｌh2を20m以上、放射部６の長さＬh3を15～25mに設定することが好ましい。この第４実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。
【0041】
（第５実施形態）
この第５実施形態では、列車１のマッハ数Ｍであるときに、図６に示す緩衝工部４Ａの断面積比σh’ ≒2.5～3.2、緩衝工部４Ａの全長Ｌh1＞ＬW0・Ｍ/（１－Ｍ）、緩衝工部４Ｂの断面積比σh≒1.4～1.5、緩衝工部４Ｂの全長Ｌh2≧Ｌh1、放射部６の長さＬh3≒0.35～0.4ＬW0に設定することが好ましい。この第５実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。
この第５実施形態では、列車１のマッハ数Ｍであるときに、図６に示す緩衝工部４Ａの断面積比σh’ ≒2.5～3.2、緩衝工部４Ａの全長Ｌh1＞ＬW0・Ｍ/（１－Ｍ）、緩衝工部４Ｂの断面積比σh≒1.4～1.5、緩衝工部４Ｂの全長Ｌh2≧Ｌh1、放射部６の長さＬh3≒0.35～0.4ＬW0に設定することが好ましい。この第５実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。
【0042】
（第６実施形態）
図９（Ａ）に示す放射部６は、トンネル緩衝工４の中心線に対して斜め上方に向けて配置されており、トンネル緩衝工４の長さ方向と交差して直線状に所定長さで形成されている。図９（Ｂ）に示す放射部６は、トンネル緩衝工４の中心線に対して垂直方向に向けて配置されており、トンネル緩衝工４の長さ方向と直交して直線状に所定長さで形成されている。図９に示す放射部６は、緩衝工部４Ａ，４Ｂと開口部６ａとが接続する部分が滑らかな曲線状に形成されている。図９に示す放射部６は、この放射部６の中心線に対して直交する平面で切断したときの断面積が、図２及び図４に示す放射部６の中心線に対して直交する平面で切断したときの断面積と同じに設定されている。この第６実施形態には、第１実施形態～第５実施形態と同様の効果がある。
図９（Ａ）に示す放射部６は、トンネル緩衝工４の中心線に対して斜め上方に向けて配置されており、トンネル緩衝工４の長さ方向と交差して直線状に所定長さで形成されている。図９（Ｂ）に示す放射部６は、トンネル緩衝工４の中心線に対して垂直方向に向けて配置されており、トンネル緩衝工４の長さ方向と直交して直線状に所定長さで形成されている。図９に示す放射部６は、緩衝工部４Ａ，４Ｂと開口部６ａとが接続する部分が滑らかな曲線状に形成されている。図９に示す放射部６は、この放射部６の中心線に対して直交する平面で切断したときの断面積が、図２及び図４に示す放射部６の中心線に対して直交する平面で切断したときの断面積と同じに設定されている。この第６実施形態には、第１実施形態～第５実施形態と同様の効果がある。
【0043】
（第７実施形態）
図１０及び図１１に示す微気圧波低減構造５は、列車１の進行方向Ｄ1，Ｄ2に応じて放射部６を開閉することによって、放射部６の最適化制御を実施し、トンネル微気圧波Ｗ2を低減する。微気圧波低減構造５は、列車検出部７Ａ，７Ｂと、開閉部８と、駆動部９と、開閉状態検出部１０と、制御部１１などを備えている。図１０及び図１１に示す放射部６は、図１～図４、図６（Ａ）、図８及び図９に示す放射部６とは異なり、この放射部６の長さＬh3＝0に設定されており、開口部６ａを備えている。開口部６ａは、トンネル坑口３ａから伝搬する圧縮波Ｗ1の一部を放射させる部分である。開口部６ａは、トンネル３からトンネル緩衝工４に伝搬する圧縮波Ｗ1の一部である圧縮波Ｗ12を外部に放射させる。
図１０及び図１１に示す微気圧波低減構造５は、列車１の進行方向Ｄ1，Ｄ2に応じて放射部６を開閉することによって、放射部６の最適化制御を実施し、トンネル微気圧波Ｗ2を低減する。微気圧波低減構造５は、列車検出部７Ａ，７Ｂと、開閉部８と、駆動部９と、開閉状態検出部１０と、制御部１１などを備えている。図１０及び図１１に示す放射部６は、図１～図４、図６（Ａ）、図８及び図９に示す放射部６とは異なり、この放射部６の長さＬh3＝0に設定されており、開口部６ａを備えている。開口部６ａは、トンネル坑口３ａから伝搬する圧縮波Ｗ1の一部を放射させる部分である。開口部６ａは、トンネル３からトンネル緩衝工４に伝搬する圧縮波Ｗ1の一部である圧縮波Ｗ12を外部に放射させる。
【0044】
列車検出部７Ａ，７Ｂは、列車１を検出する手段である。列車検出部７Ａは、緩衝工口４ａよりも手前に設置されており、緩衝工口４ａに接近する列車１を検出する。列車検出部７Ｂは、反対側のトンネル坑口３ｂよりも手前に設置されており、トンネル坑口３ｂに接近する列車１を検出する。列車検出部７Ａ，７Ｂは、例えば、列車１の通過を電気的又は光学的に検出するセンサなどの検出装置である。列車検出部７Ａ，７Ｂは、列車１の通過を検出したときには列車検出信号を制御部１１に出力する。
【0045】
開閉部８は、放射部６を開閉する手段である。開閉部８は、図１１（Ａ）に示すように、緩衝工口４ａに列車１が突入するときには放射部を閉鎖し、図１１（Ｂ）に示すように反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときには放射部６を開放する。開閉部８は、例えば、放射部６の開口部６ａを開閉する開閉板又はシャッタなどの開閉装置である。図１０及び図１１に示す駆動部９は、開閉部８を駆動する手段である。駆動部９は、例えば、開閉部８を開閉動作させるための駆動力を発生する流体圧シリンダ又は電動機などの駆動力発生装置である。開閉状態検出部１０は、放射部６の開閉状態を検出する手段である。開閉状態検出部１０は、例えば、開閉部８の開閉位置を機械的、電気的又は光学的に検出することによって、放射部６の開放状態又は閉鎖状態を検出するセンサなどの検出装置である。開閉状態検出部１０は、放射部６の開閉状態に応じて開閉状態検出信号を制御部１１に出力する。
【0046】
制御部１１は、列車検出部７Ａ，７Ｂの検出結果に基づいて、駆動部９を制御する手段である。制御部１１は、図１１（Ａ）に示すように、列車検出部７Ａが出力する列車検出信号に基づいて、開閉部８が放射部６を閉鎖するように駆動部９に指令する。制御部１１は、図１１（Ｂ）に示すように、列車検出部７Ｂが出力する列車検出信号に基づいて、開閉部８が放射部６を開放するように駆動部９に指令する。制御部１１は、開閉状態検出部１０が出力する開閉状態検出信号に基づいて、開閉部８が放射部６を開閉するように駆動部９に指令する。
【0047】
次に、この発明の第７実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造について説明する。
図１１（Ａ）に示すように、列車１が緩衝工口４ａに接近すると、列車１の接近を列車検出部７Ａが検出して、列車検出部７Ａが列車検出信号を制御部１１に出力する。開閉状態検出部１０が放射部６の開閉状態を検出し、開閉状態検出部１０が開閉状態信号を制御部に出力する。放射部６が開閉部８によって開放されていると制御部１１が判断したときには、放射部６を開閉部８が閉鎖するように駆動部９に閉鎖動作を指令する。その結果、開閉部８が回転動作して放射部６が閉鎖された状態で、トンネル坑口３ａに列車１が突入し、反対側のトンネル坑口３ｂから放射するトンネル微気圧波Ｗ2がトンネル緩衝工４によって低減される。
図１１（Ａ）に示すように、列車１が緩衝工口４ａに接近すると、列車１の接近を列車検出部７Ａが検出して、列車検出部７Ａが列車検出信号を制御部１１に出力する。開閉状態検出部１０が放射部６の開閉状態を検出し、開閉状態検出部１０が開閉状態信号を制御部に出力する。放射部６が開閉部８によって開放されていると制御部１１が判断したときには、放射部６を開閉部８が閉鎖するように駆動部９に閉鎖動作を指令する。その結果、開閉部８が回転動作して放射部６が閉鎖された状態で、トンネル坑口３ａに列車１が突入し、反対側のトンネル坑口３ｂから放射するトンネル微気圧波Ｗ2がトンネル緩衝工４によって低減される。
【0048】
一方、図１１（Ｂ）に示すように、列車１が反対側のトンネル坑口３ｂに接近すると、列車１の接近を列車検出部７Ｂが検出して、列車検出部７Ｂが列車検出信号を制御部１１に出力する。開閉状態検出部１０が放射部６の開閉状態を検出し、開閉状態検出部１０が開閉状態信号を制御部に出力する。放射部６が開閉部８によって閉鎖されていると制御部１１が判断したときには、放射部６を開閉部８が開放するように駆動部９に開放動作を指令する。その結果、開閉部８が回転動作して放射部６が開放された状態で、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入し、一部のトンネル微気圧波Ｗ21が緩衝工口４ａから放射し、一部のトンネル微気圧波Ｗ22が開口部６ａから放射する。その結果、図１０及び図１１に示す緩衝工口４ａ及び開口部６ａの２箇所からトンネル微気圧波Ｗ21，Ｗ22が放射し、図２５に示すトンネル微気圧波Ｗ2が分散されて、トンネル微気圧波Ｗ2が低減する。
【0049】
この発明の第７実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造は、第１実施形態～第６実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第７実施形態では、緩衝工口４ａに列車１が突入するときには、放射部６を開閉部８が閉鎖し、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときには、放射部６を開閉部８が開放する。トンネル緩衝工４に列車１が突入するときの突入時性能からは放射部６の長さＬh3を20m程度にすればよいが、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときの放射時性能からは放射部６の長さＬh3が0m又は40m程度必要になる。このため、放射部６を開閉部８が開閉しない構造である場合には、突入時性能及び放射時性能の両方の性能を確保するためには、放射部６の長さＬh3が40m必要になり、放射部６の長さＬh3が非常に長くなり、コスト削減のメリットが減殺される。この第７実施形態では、緩衝工口４ａに列車１が突入するときには、開口部６ａを開閉部８が閉鎖してトンネル緩衝工４が２段緩衝工になる。このため、放射部６の通過部６ｂが不要になってコスト削減を図ることができるとともに、反対側のトンネル坑口３ｂから放射されるトンネル微気圧波Ｗ2をトンネル緩衝工４によって低減することができる。また、この第７実施形態では、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときには、放射部６の長さＬh3が0mであっても放射時性能を確保することができる。このため、放射部６の通過部６ｂが不要になってコスト削減効果を図ることができるとともに、緩衝工口４ａ及び開口部６ａの２箇所からトンネル微気圧波Ｗ21，Ｗ22を放射させ、トンネル微気圧波Ｗ2を分散させて低減することができる。
この第７実施形態では、緩衝工口４ａに列車１が突入するときには、放射部６を開閉部８が閉鎖し、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときには、放射部６を開閉部８が開放する。トンネル緩衝工４に列車１が突入するときの突入時性能からは放射部６の長さＬh3を20m程度にすればよいが、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときの放射時性能からは放射部６の長さＬh3が0m又は40m程度必要になる。このため、放射部６を開閉部８が開閉しない構造である場合には、突入時性能及び放射時性能の両方の性能を確保するためには、放射部６の長さＬh3が40m必要になり、放射部６の長さＬh3が非常に長くなり、コスト削減のメリットが減殺される。この第７実施形態では、緩衝工口４ａに列車１が突入するときには、開口部６ａを開閉部８が閉鎖してトンネル緩衝工４が２段緩衝工になる。このため、放射部６の通過部６ｂが不要になってコスト削減を図ることができるとともに、反対側のトンネル坑口３ｂから放射されるトンネル微気圧波Ｗ2をトンネル緩衝工４によって低減することができる。また、この第７実施形態では、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときには、放射部６の長さＬh3が0mであっても放射時性能を確保することができる。このため、放射部６の通過部６ｂが不要になってコスト削減効果を図ることができるとともに、緩衝工口４ａ及び開口部６ａの２箇所からトンネル微気圧波Ｗ21，Ｗ22を放射させ、トンネル微気圧波Ｗ2を分散させて低減することができる。
【0050】
（第８実施形態）
図１２及び図１３に示す微気圧波低減構造５は、列車１の進行方向Ｄ1，Ｄ2に応じて放射部６の長さＬh3を変更することによって、放射部６の最適化制御を実施し、トンネル微気圧波Ｗ2を低減する。微気圧波低減構造５は、列車検出部７Ａ，７Ｂと、長さ可変部１２と、位置検出部１３と、制御部１４などを備えている。
図１２及び図１３に示す微気圧波低減構造５は、列車１の進行方向Ｄ1，Ｄ2に応じて放射部６の長さＬh3を変更することによって、放射部６の最適化制御を実施し、トンネル微気圧波Ｗ2を低減する。微気圧波低減構造５は、列車検出部７Ａ，７Ｂと、長さ可変部１２と、位置検出部１３と、制御部１４などを備えている。
【0051】
放射部６は、トンネル緩衝工４に対して接合及び分離可能な構造である。放射部６は、緩衝工部４Ａと緩衝工部４Ｂとの間の段差部で接合及び分離する。放射部６は、図１３（Ａ）に示すように、緩衝工口４ａに列車１が突入するときには、緩衝工部４Ａのトンネル坑口３ａ側の端部に、この放射部６の緩衝工口４ａ側の端部が接続する。放射部６は、図１３（Ｂ）に示すように、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときには、緩衝工部４Ａのトンネル坑口３ａ側の端部から、この放射部６の緩衝工口４ａ側の端部が離間する。
【0052】
図１２及び図１３に示す長さ可変部１２は、放射部６の長さＬh3を可変する手段である。長さ可変部１２は、図１３（Ａ）に示すように緩衝工口４ａに列車１が突入するときには、放射部６の長さＬh3を所定長さに可変し、図１３（Ｂ）に示すように反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときには、放射部６の長さＬh3をゼロにする。長さ可変部１２は、図１３（Ａ）に示すように、緩衝工部４Ａに放射部６を接合させて、放射部６の長さＬh3が所定長さになるように放射部６を駆動する。長さ可変部１２は、図１３（Ｂ）に示すように、緩衝工部４Ａから放射部６を離間させて、放射部６の長さＬh3がゼロになるように放射部６を駆動する。長さ可変部１２は、例えば、トンネル緩衝工４に放射部６が接続及び離間するように、放射部６を駆動するための駆動力を発生する流体圧シリンダ又は電動機などの駆動力発生装置である。
【0053】
図１２及び図１３に示す位置検出部１３は、放射部６の位置を検出する手段である。位置検出部１３は、図１３（Ａ）に示すようにトンネル緩衝工４に放射部６が接続したときに放射部６が位置する接続位置と、図１３（Ｂ）に示すようにトンネル緩衝工４から放射部６が離間したときに放射部６が位置する離間位置とを検出する。位置検出部１３は、放射部６が接続位置又は離間位置にあるか否かを機械的、電気的又は光学的に検出するセンサなどの検出装置である。位置検出部１３は、放射部６の位置に応じて接続位置検出信号又は離間位置検出信号を制御部１４に出力する。
【0054】
図１２及び図１３に示す制御部１４は、列車検出部７Ａ，７Ｂの検出結果に基づいて、長さ可変部１２を制御する手段である。制御部１４は、図１３（Ａ）に示すように、列車検出部７Ａが出力する列車検出信号に基づいて、トンネル緩衝工４に放射部６が接続して放射部６の長さＬh3が所定長さになるように長さ可変部１２に放射部６の駆動を指令する。制御部１４は、図１３（Ｂ）に示すように、列車検出部７Ｂが出力する列車検出信号に基づいて、トンネル緩衝工４から放射部６が離間して放射部６の長さＬh3がゼロになるように、長さ可変部１２に放射部６の駆動を指令する。制御部１４は、位置検出部１３が出力する位置検出信号に基づいて、放射部６の長さＬh3を可変するように長さ可変部１２に指令する。
【0055】
次に、この発明の第８実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造について説明する。
図１３（Ａ）に示すように、列車１が緩衝工口４ａに接近すると、列車１の接近を列車検出部７Ａが検出して、列車検出部７Ａが列車検出信号を制御部１４に出力する。放射部６の位置が離間位置であると位置検出部１３が検出したときには、位置検出部１３が離間位置検出信号を制御部１４に出力する。放射部６の位置が離間位置であり、トンネル緩衝工４から放射部６が離間していると制御部１４が判断したときには、放射部６の長さＬh3が所定長さになるように、長さ可変部１２に接合動作を指令する。その結果、トンネル緩衝工４に放射部６が接続して放射部６の長さＬh3が所定長さになった状態で、トンネル坑口３ａに列車１が突入し、反対側のトンネル坑口３ｂから放射するトンネル微気圧波Ｗ2がトンネル緩衝工４によって低減される。
図１３（Ａ）に示すように、列車１が緩衝工口４ａに接近すると、列車１の接近を列車検出部７Ａが検出して、列車検出部７Ａが列車検出信号を制御部１４に出力する。放射部６の位置が離間位置であると位置検出部１３が検出したときには、位置検出部１３が離間位置検出信号を制御部１４に出力する。放射部６の位置が離間位置であり、トンネル緩衝工４から放射部６が離間していると制御部１４が判断したときには、放射部６の長さＬh3が所定長さになるように、長さ可変部１２に接合動作を指令する。その結果、トンネル緩衝工４に放射部６が接続して放射部６の長さＬh3が所定長さになった状態で、トンネル坑口３ａに列車１が突入し、反対側のトンネル坑口３ｂから放射するトンネル微気圧波Ｗ2がトンネル緩衝工４によって低減される。
【0056】
一方、図１３（Ｂ）に示すように、列車１が反対側のトンネル坑口３ｂに接近すると、列車１の接近を列車検出部７Ｂが検出して、列車検出部７Ｂが列車検出信号を制御部１４に出力する。放射部６の位置が接続位置であると位置検出部１３が検出したときには、位置検出部１３が接続位置検出信号を制御部１４に出力する。放射部６の位置が接続位置であり、トンネル緩衝工４に放射部６が接続していると制御部１４が判断したときには、放射部６の長さＬh3がゼロになるように、長さ可変部１２に離間動作を指令する。その結果、トンネル緩衝工４から放射部６が離間して放射部６の長さＬh3がゼロになった状態で、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入し、一部のトンネル微気圧波Ｗ21が緩衝工口４ａから放射し、一部のトンネル微気圧波Ｗ22が開口部６ｃから放射する。その結果、図１２及び図１３に示す緩衝工口４ａ及び開口部６ｃの２箇所からトンネル微気圧波Ｗ21，Ｗ22が放射し、図２５に示すトンネル微気圧波Ｗ2が分散されて、トンネル微気圧波Ｗ2が低減する。
【0057】
この発明の第８実施形態に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造は、第１実施形態～第６実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第８実施形態では、緩衝工口４ａに列車１が突入するときには、放射部６の長さＬh3を所定長さに長さ可変部１２が可変し、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときには、放射部６の長さＬh3を長さ可変部１２がゼロに可変する。反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときの放射時性能からは放射部６の長さＬh3が0mでも効果があるが、トンネル緩衝工４に列車１が突入するときの突入時性能からは放射部６の長さＬh3が20m程度必要である。この第８実施形態では、トンネル緩衝工４に列車１が突入するときには放射部６の長さＬh3が20m程度であるが、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときには放射部６をずらして放射部６の長さＬh3が0mとなる構造にすることができる。このため、緩衝工口４ａに列車１が突入するときには、反対側のトンネル坑口３ｂから放射されるトンネル微気圧波Ｗ2をトンネル緩衝工４によって低減することができる。また、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときには、緩衝工口４ａ及び開口部６ｃの２箇所からトンネル微気圧波Ｗ2を分散させて放射させ、トンネル微気圧波Ｗ2を低減することができる。
この第８実施形態では、緩衝工口４ａに列車１が突入するときには、放射部６の長さＬh3を所定長さに長さ可変部１２が可変し、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときには、放射部６の長さＬh3を長さ可変部１２がゼロに可変する。反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときの放射時性能からは放射部６の長さＬh3が0mでも効果があるが、トンネル緩衝工４に列車１が突入するときの突入時性能からは放射部６の長さＬh3が20m程度必要である。この第８実施形態では、トンネル緩衝工４に列車１が突入するときには放射部６の長さＬh3が20m程度であるが、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときには放射部６をずらして放射部６の長さＬh3が0mとなる構造にすることができる。このため、緩衝工口４ａに列車１が突入するときには、反対側のトンネル坑口３ｂから放射されるトンネル微気圧波Ｗ2をトンネル緩衝工４によって低減することができる。また、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入するときには、緩衝工口４ａ及び開口部６ｃの２箇所からトンネル微気圧波Ｗ2を分散させて放射させ、トンネル微気圧波Ｗ2を低減することができる。
【実施例】
【0058】
次に、この発明の実施例について説明する。
この発明の実施例に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造の効果を確認するために模型実験を実施した。図１４に示す公益財団法人鉄道総合技術研究所のトンネル微気圧波模型実験装置を使用して、緩衝工模型に車両模型を打ち込み、トンネル模型の坑口から1mの位置に設置した２台の圧力計（圧力変換機Ｐ）によりトンネル模型内の圧縮波Ｗ1の波形を計測した。車両模型の速度を計測するために、4m離れでコイルを設置した。圧力勾配波形は中心差分で求めた。圧力計は、kulite社製の半導体圧力トランスデューサ（型式:XCS-190-5G）を使用した。
この発明の実施例に係るトンネル緩衝工の微気圧波低減構造の効果を確認するために模型実験を実施した。図１４に示す公益財団法人鉄道総合技術研究所のトンネル微気圧波模型実験装置を使用して、緩衝工模型に車両模型を打ち込み、トンネル模型の坑口から1mの位置に設置した２台の圧力計（圧力変換機Ｐ）によりトンネル模型内の圧縮波Ｗ1の波形を計測した。車両模型の速度を計測するために、4m離れでコイルを設置した。圧力勾配波形は中心差分で求めた。圧力計は、kulite社製の半導体圧力トランスデューサ（型式:XCS-190-5G）を使用した。
【0059】
模型実験では、車両、トンネル及びトンネル緩衝工に軸対称形状の模型を用いて、走行位置は車両とトンネルの中心軸を一致させた中心走行のみで車両の速度320km/h,360km/hで実施した。地面の効果は鏡像法により模擬し、縮尺は約1/127である。車両/トンネル断面積比は、新幹線相当の0.19とした。先頭部形状は回転楕円とし、その長さは実スケール15m相当とした。模型実験で使用した模型の主要諸元を以下の表１に示す。
【0060】
【表1】
【0061】
（突入時性能）
図１５に示す緩衝工模型の緩衝工口に模型列車が突入したときの突入時性能を確認した。図１５は、図１４に示すトンネル微気圧波模型実験装置で使用した緩衝工模型の模式図である。図１５（Ａ）に示す提案緩衝工は、図１、図２及び図６に示す微気圧波低減構造５を備えるトンネル緩衝工４を模擬した実施例に係る緩衝工模型であり、断面積を２段階に変化させた従来の２段階緩衝工の延伸部分と既存部分との接続部の妻面を開放した妻面開放型の２段緩衝工である。図１５（Ｂ）に示す２段緩衝工は、図２４に示す従来のトンネル緩衝工１０４を模擬した緩衝工模型であり、断面積を２段階に変化させている。図１４に示すトンネル微気圧波模型実験装置のトンネル模型のトンネル入口に、図１６（Ａ）に示す提案緩衝工及び図１６（Ｂ）に示す２段階緩衝工をそれぞれ設置し、車両模型を突入させたときのトンネル模型内の圧縮波Ｗ1を測定して、トンネル微気圧波の大きさに対応する圧縮波Ｗ1の傾き（圧力勾配）の大きさを比較した。
図１５に示す緩衝工模型の緩衝工口に模型列車が突入したときの突入時性能を確認した。図１５は、図１４に示すトンネル微気圧波模型実験装置で使用した緩衝工模型の模式図である。図１５（Ａ）に示す提案緩衝工は、図１、図２及び図６に示す微気圧波低減構造５を備えるトンネル緩衝工４を模擬した実施例に係る緩衝工模型であり、断面積を２段階に変化させた従来の２段階緩衝工の延伸部分と既存部分との接続部の妻面を開放した妻面開放型の２段緩衝工である。図１５（Ｂ）に示す２段緩衝工は、図２４に示す従来のトンネル緩衝工１０４を模擬した緩衝工模型であり、断面積を２段階に変化させている。図１４に示すトンネル微気圧波模型実験装置のトンネル模型のトンネル入口に、図１６（Ａ）に示す提案緩衝工及び図１６（Ｂ）に示す２段階緩衝工をそれぞれ設置し、車両模型を突入させたときのトンネル模型内の圧縮波Ｗ1を測定して、トンネル微気圧波の大きさに対応する圧縮波Ｗ1の傾き（圧力勾配）の大きさを比較した。
【0062】
図１７は、図１６（Ａ）に示す提案緩衝工及び図１６（Ｂ）に示す２段緩衝工について、図１５に示す模型実験を実施したときの突入時性能の実験結果である。図１７に示す縦軸は、圧力勾配最大値比αであり、横軸は壁長さ（図２及び図６に示す放射部６の長さＬh3に相当）(m)である。ここで、圧力勾配最大値比αとは、トンネル緩衝工４がない場合の圧力勾配最大値を１としたときに、トンネル緩衝工４がある場合の圧力勾配最大値の比である。図１６（Ａ）に示す提案緩衝工の壁長さを0m,5m,10m,20mと変化させ、模型車両の速度を320km/h,360km/hに変化させて、トンネル模型内の圧縮波Ｗ1の圧力勾配最大値比αをそれぞれ測定した。また、図１６（Ｂ）に示す２段緩衝工について模型車両の速度を320km/h,360km/hと変化させて、トンネル模型内の圧縮波Ｗ1の圧力勾配最大値比αを測定した。その結果、図１７に示すように、実験を行った現状の新幹線相当の条件では壁長さ10m以上において、提案緩衝工は２段階緩衝工よりも圧力勾配（トンネル微気圧波）を小さくできることが確認された。
【0063】
突入時性能の試験結果を一般化すると、緩衝工部６Ａの断面積比σh≒1.4～1.5、緩衝工部６Ａの全長Ｌh2≧Ｌh1、緩衝工部６Ｂの断面積比σh’≒2.5、緩衝工部６Ｂの全長Ｌh1＞ＬW0・Ｍ/（１－Ｍ）、放射部６の長さＬh3≒0.35～0.40ＬW0の条件下で突入時性能の向上が図れることが確認された。現状の新幹線列車（先頭部長さ15m程度以下、速度260～360km/h）を想定すると、緩衝工部４Ａ，４Ｂの全長Ｌh1，Ｌh2が20m以上、放射部６の長さＬh3が15～20m程度となることが確認された。
【0064】
（放射時性能）
図１８に示すトンネル入口に模型列車が突入して緩衝工模型の緩衝工口からトンネル微気圧波Ｗ2が放射されたときの放射時性能を確認した。図１８は、図１４に示すトンネル微気圧波模型実験装置で使用した緩衝工模型の模式図である。図１８（Ａ）に示す提案緩衝工は、図３、図４及び図６に示す微気圧波低減構造５を備えるトンネル緩衝工４を模擬した実施例に係る緩衝工模型であり、妻面開放型の２段緩衝工である。図１８（Ｂ）に示す２段緩衝工は、図２５に示す従来のトンネル緩衝工１０４を模擬した緩衝工模型であり、断面積を２段階に変化させている。図１８（Ｃ）に示す通常緩衝工は、図２２に示す従来のトンネル緩衝工１０４を模擬した緩衝工模型であり、断面積が一定である。図１８（Ｄ）に示す緩衝工なしは、図２１に示すトンネル緩衝工のないトンネルを模擬したトンネル模型である。
図１８に示すトンネル入口に模型列車が突入して緩衝工模型の緩衝工口からトンネル微気圧波Ｗ2が放射されたときの放射時性能を確認した。図１８は、図１４に示すトンネル微気圧波模型実験装置で使用した緩衝工模型の模式図である。図１８（Ａ）に示す提案緩衝工は、図３、図４及び図６に示す微気圧波低減構造５を備えるトンネル緩衝工４を模擬した実施例に係る緩衝工模型であり、妻面開放型の２段緩衝工である。図１８（Ｂ）に示す２段緩衝工は、図２５に示す従来のトンネル緩衝工１０４を模擬した緩衝工模型であり、断面積を２段階に変化させている。図１８（Ｃ）に示す通常緩衝工は、図２２に示す従来のトンネル緩衝工１０４を模擬した緩衝工模型であり、断面積が一定である。図１８（Ｄ）に示す緩衝工なしは、図２１に示すトンネル緩衝工のないトンネルを模擬したトンネル模型である。
【0065】
図１４に示すトンネル微気圧波模型実験装置のトンネル模型のトンネル出口に、図１８（Ａ）～（Ｃ）に示す提案緩衝工、２段階緩衝工及び通常緩衝工をそれぞれ設置して、トンネル入口から車両模型を突入させたときに、緩衝工口から放射されるトンネル微気圧波Ｗ2を、40m地点に相当する測定位置に設置されたマイクで測定した。また、図１４に示すトンネル微気圧波模型実験装置のトンネル模型のトンネル出口に緩衝工模型を設置しないで、図１８（Ｄ）に示すトンネル模型のみの状態で、トンネル入口から車両模型を突入させたときに、トンネル出口から放射されるトンネル微気圧波Ｗ2を40m地点に相当する測定位置に設置されたマイクで測定した。マイクは、リオン株式会社製の精密騒音計（型式:NL-32）を使用した。図１８（Ａ）及び図１９（Ａ）に示す提案緩衝工は、壁長さ20mであり、妻面開口部とトンネル本坑との断面積比1.1（壁厚を考慮して0.80）である。図１９に示すマイクは、車両模型の移動方向に沿ったトンネル模型の中心線上にある緩衝工口の中心から水平方向に、放射角30°,60°,90°の測定位置にそれぞれ設置した。
【0066】
図２０は、図１８（Ａ）に示す提案緩衝工、図１８（Ｂ）に示す２段緩衝工、図１８（Ｃ）に示す通常緩衝工及び図１８（Ｄ）に示す緩衝工なしについて、図１９に示す模型実験を実施したときの放射時性能の実験結果である。図２０に示すように、模型車両の速度が320km/h,360km/hの場合にいずれの測定位置においても、提案緩衝工は２段緩衝工よりもトンネル微気圧波Ｗ2が小さくなることが確認された。また、放射角90°の測定位置以外の測定位置では、提案緩衝工は通常緩衝工のレベルまでトンネル微気圧波Ｗ2を低減可能であることが確認された。
【0067】
放射時性能の試験結果を一般化すると、通常緩衝工レベルまで低減する場合（以下、レベル１という）には放射部６の長さＬh3＞0.6ＬW0又はＬh3≒0の条件で、２段緩衝工レベルまで低減する場合（以下、レベル２という）には放射部６の長さＬh3＞0.35ＬW0又はＬh3≒0の条件で放射時性能の向上が図れることが確認された。現状の新幹線列車（先頭部長さ15m程度以下、速度260～360km/h）を想定すると、レベル１では放射部６の長さＬh3が260km/hで20m、320km/hで30m、360km/hで40m（十分条件）であり、レベル２では放射部６の長さＬh3が260km/hで15m、320km/hで20m、360km/hで25m（十分条件）であることが確認された。
【0068】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、移動体が列車１である場合を例に挙げて説明したが、磁気浮上式鉄道又は自動車などの他の移動体についても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、固定構造物がトンネル３及びトンネル緩衝工４である場合を例に挙げて説明したが、固定構造物をこれらに限定するものではない。例えば、雪崩を通過させるために山腹斜面から線路上を覆う庇状のスノーシェッド（雪崩防護工）、吹雪、地吹雪による線路上の吹き溜まりの発生を防止するために線路上を覆うスノーシェルタ、斜面から転落又は落下してくる落石を通過させるために線路上を覆う落石覆い（落石防護工）などの固定構造物についても、この発明を適用することができる。さらに、列車１が新幹線列車である場合を例に挙げて説明したが、在来線を走行する在来線列車、又は新幹線と在来線とを相互に走行可能な新在直通運転用の列車などについても、この発明を適用することができる。
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、移動体が列車１である場合を例に挙げて説明したが、磁気浮上式鉄道又は自動車などの他の移動体についても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、固定構造物がトンネル３及びトンネル緩衝工４である場合を例に挙げて説明したが、固定構造物をこれらに限定するものではない。例えば、雪崩を通過させるために山腹斜面から線路上を覆う庇状のスノーシェッド（雪崩防護工）、吹雪、地吹雪による線路上の吹き溜まりの発生を防止するために線路上を覆うスノーシェルタ、斜面から転落又は落下してくる落石を通過させるために線路上を覆う落石覆い（落石防護工）などの固定構造物についても、この発明を適用することができる。さらに、列車１が新幹線列車である場合を例に挙げて説明したが、在来線を走行する在来線列車、又は新幹線と在来線とを相互に走行可能な新在直通運転用の列車などについても、この発明を適用することができる。
【0069】
(2) この実施形態では、軌道２が複線である場合を例に挙げて説明したが、軌道２が単線又は複々線である場合についても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、トンネル緩衝工４の断面が半円形又は矩形である場合を例に挙げて説明したが、トンネル緩衝工４の断面形状をこれらに限定するものではない。例えば、六角形のような多角形である場合についても、この発明を適用することができる。さらに、この第６実施形態では、放射部６を斜め上方又は垂直方向に直線状に向ける場合を例に挙げて説明したが、放射部の向きをこれらの方向に限定するものではない。例えば、放射部６を任意の方向に直線状又は曲線状に向ける場合についても、この発明を適用することができる。
【0070】
(3) この第７実施形態では、緩衝工口４ａに列車１が突入する前に、開閉部８が開口部６ａを閉鎖し、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入する前に、開閉部８が開口部６ａを開放する場合を例に挙げて説明したが、このような開閉タイミングにこの発明を限定するものではない。例えば、緩衝工口４ａに突入した列車１が反対側のトンネル坑口３ｂから退出するときに、開閉部８が開口部６ａを開放する場合や、反対側のトンネル坑口３ｂに突入した列車１が緩衝工口４ａから退出するときに、開閉部８が開口部６ａを閉鎖する場合についても、この発明を適用することができる。同様に、この第８実施形態では、緩衝工口４ａに列車１が突入する前に、放射部６をトンネル緩衝工４に長さ可変部１２が接続し、反対側のトンネル坑口３ｂに列車１が突入する前に、放射部６をトンネル緩衝工４から長さ可変部１２が離間させる場合を例に挙げて説明したが、このような開閉タイミングにこの発明を限定するものではない。例えば、緩衝工口４ａに突入した列車１が反対側のトンネル坑口３ｂから退出するときに、放射部６をトンネル緩衝工４から長さ可変部１２が離間させる場合や、反対側のトンネル坑口３ｂに突入した列車１が緩衝工口４ａから退出するときに、放射部６をトンネル緩衝工４に長さ可変部１２が接続する場合についても、この発明を適用することができる。
【0071】
(4) この第８実施形態では、トンネル緩衝工４に対して放射部６を長さ可変部１２が接続及び離間して放射部６の長さＬh3を可変する場合を例に挙げて説明したが、トンネル緩衝工４に対して放射部６を長さ可変部１２が進退させて放射部６の長さＬh3を可変する場合についても、この発明を適用することができる。例えば、トンネル緩衝工４から放射部６を長さ可変部１２が進出させて放射部６の長さＬh3を所定長さにし、トンネル緩衝工４に放射部６を長さ可変部１２が後退させて放射部６の長さＬh3をゼロにすることもできる。また、この第７実施形態及び第８実施形態では、電気的又は光学的に列車１の通過を列車検出部７Ａ，７Ｂが検出する場合を例に挙げて説明したが、列車１の運行を管理する運行管理システムの位置情報に基づいて列車１の通過を列車検出部７Ａ，７Ｂが検出する場合につても、この発明を適用することができる。
【符号の説明】
【0072】
１ 列車（移動体）
２ 軌道
３ トンネル
３ａ トンネル坑口（トンネル坑口）
３ｂ トンネル坑口（反対側トンネル坑口）
４ トンネル緩衝工
４Ａ 緩衝工部（第１の緩衝工部）
４Ｂ 緩衝工部（第２の緩衝工部）
４ａ 緩衝工口
４ｃ 側部（壁部）
４ｄ 天部（壁部）
５ 微気圧波低減構造
６ 放射部
６ａ 開口部
６ｂ 通過部
６ｃ 開口部
７Ａ，７Ｂ 列車検出部
８ 開閉部
９ 駆動部
１０ 開閉状態検出部
１１ 制御部
１２ 長さ可変部
１３ 位置検出部
１４ 制御部
Ｕ 列車の速度（移動体の速度）
Ｌn 先頭部長さ
ＬW0 圧縮波の波面幅
Ｌh1 緩衝工部の全長（第１の緩衝工部の全長）
Ｌh2 緩衝工部の全長（第２の緩衝工部の全長）
Ｌh3 放射部の長さ（所定長さ）
Ａ トンネルの断面積
Ａh’ 緩衝工部の断面積（第１の緩衝工部の断面積）
Ａh 緩衝工部の断面積（第２の緩衝工部の断面積）
σh’ 緩衝工部の断面積比（第１の緩衝工部の断面積比）
σh 緩衝工部の断面積比（第２の緩衝工部の断面積比）
Ｗ1 圧縮波（トンネル内圧縮波）
Ｗ2 トンネル微気圧波
Ｗ21，Ｗ22 トンネル微気圧波（トンネル微気圧波Ｗ2の一部）
２ 軌道
３ トンネル
３ａ トンネル坑口（トンネル坑口）
３ｂ トンネル坑口（反対側トンネル坑口）
４ トンネル緩衝工
４Ａ 緩衝工部（第１の緩衝工部）
４Ｂ 緩衝工部（第２の緩衝工部）
４ａ 緩衝工口
４ｃ 側部（壁部）
４ｄ 天部（壁部）
５ 微気圧波低減構造
６ 放射部
６ａ 開口部
６ｂ 通過部
６ｃ 開口部
７Ａ，７Ｂ 列車検出部
８ 開閉部
９ 駆動部
１０ 開閉状態検出部
１１ 制御部
１２ 長さ可変部
１３ 位置検出部
１４ 制御部
Ｕ 列車の速度（移動体の速度）
Ｌn 先頭部長さ
ＬW0 圧縮波の波面幅
Ｌh1 緩衝工部の全長（第１の緩衝工部の全長）
Ｌh2 緩衝工部の全長（第２の緩衝工部の全長）
Ｌh3 放射部の長さ（所定長さ）
Ａ トンネルの断面積
Ａh’ 緩衝工部の断面積（第１の緩衝工部の断面積）
Ａh 緩衝工部の断面積（第２の緩衝工部の断面積）
σh’ 緩衝工部の断面積比（第１の緩衝工部の断面積比）
σh 緩衝工部の断面積比（第２の緩衝工部の断面積比）
Ｗ1 圧縮波（トンネル内圧縮波）
Ｗ2 トンネル微気圧波
Ｗ21，Ｗ22 トンネル微気圧波（トンネル微気圧波Ｗ2の一部）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】