(57)【要約】【課題】内部を通過する列車等の移動体の速度を落とすことなく、反射する圧力波を減少させて、トンネル等の管状通路内圧力変動を低減することである。【解決手段】トンネル本体３とこのトンネル本体３に連結したフード部４内を伝播する圧力波Ｈが到達して反射するフード部４の他端部１ｂが、開口部４４と閉塞壁４３とを備える。開口部４４では、入射する圧力波Ｈを位相がずれない状態で反射、つまり自由端反射させ、閉塞壁４３部では、位相がπずれた状態で反射つまり固定端反射させる。これら周波数、振幅が等しく位相がπ（１８０度）ずれて反射した圧力波どうしは、互いに干渉して重ね合わされ打ち消し合う。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状通路の内部を伝播する圧力波が到達して反射する前記管状通路の端部に、前記圧力波が自由端反射する開口部と、前記圧力波が固定端反射する閉塞部とを備えることを特徴とする管状通路構造。
【請求項２】
前記開口部と、前記閉塞部との前記管状通路の軸方向における位置が略等しいことを特徴とする請求項１記載の管状通路構造。
【請求項３】
前記開口部の開口断面積と、前記閉塞部の断面積とが略同一であることを特徴とする請求項１または２記載の管状通路構造。
【請求項４】
前記管状通路はトンネルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の管状通路構造。
【請求項５】
前記管状通路は、トンネル本体と、該トンネル本体の開口端部に一端部が連結され、管状をなし、内部が前記トンネル本体内部と連通する圧力波伝播路とされたフード部とを備え、
前記管状通路の端部は、前記フード部の他端部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の管状通路構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速列車等の移動体が通過するトンネル等の管状通路構造に係り、特に、高速の移動体が管状通路に突入することによって出口で反射する圧力波を低減できるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
新幹線等の高速列車がトンネル内に突入すると圧力波が生じ、トンネル内をほぼ音速で伝播して反対側の出口に到達すると、その殆どは出口で反射（開口端反射）し、トンネル内に戻る。そして、この圧力波はトンネルの出入口である両開口で反射を繰り返しながらトンネル内を往き来する。
よって、トンネル内を走る列車は、この圧力波の影響（以下、トンネル内圧力変動という）を受けながら走ることになり、このトンネル内圧力変動は、列車内の乗客に対して、気圧が急激に変化するため内耳側との気圧に差が出るために生耳がツンとする現象、いわゆる耳ツン現象を引き起こす。
このトンネル内圧力変動は、列車の速度増加に伴い増大するので、耳ツン現象の対策としては、トンネル内を走行する列車の速度を制限する等して、発生する圧力波を小さくし、トンネル内圧力変動を減少化させることで講じている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した列車の速度を制限する対策では、トンネルを通過する際に列車を減速させるため、列車の速度調節を行う必要が生じて運転に手間がかかったり、列車のトンネル通過時間が長くなる等の不具合が生じることになる。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、内部を通過する列車等の移動体の速度を落とすことなく、反射する圧力波を減少させて、トンネル等の管状通路内圧力変動を低減することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、例えば、図１〜図３に示すように、
管状通路１の内部を伝播する圧力波Ｈが到達して反射する前記管状通路の端部１ｂに、前記圧力波Ｈが自由端反射する開口部４４と、前記圧力波Ｈが固定端反射する閉塞部（例えば閉塞壁４３）とを備えることを特徴とする。
【０００６】
ここで、管状通路としては、例えば、トンネル（特に高速列車の運行するトンネル）や、トンネル本体と該トンネルに連通して設けられた管状をなすフードとを備えるものが挙げられるが、本発明はこれに限らず、内部を圧力波が伝播して、この伝播した圧力波の端部での反射を減衰させる必要のある管状通路全般を含むこととする。
前記圧力波が自由端反射するとは、前記管状通路内を伝播する圧力波が境界面としての開口部に到達した際に、この開口部を自由端として位相がずれずに反射することであり、前記圧力波が固定端反射するとは、管状通路内を伝播する圧力波が境界面としての閉塞部に到達した際に、この閉塞部を固定端として位相がπずれた状態で反射することである。また、閉塞部は、管状通路の端部において開口部以外の部分を閉塞するものである。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、高速の移動体が前記管状通路内に突入すると、突入した側の端部の開口で圧力波が生じ、この圧力波が前記管状通路内部を伝播して前記管状通路の端部に到達し、この端部の備える開口部と閉塞部とでそれぞれ自由端反射及び固定端反射する。
すなわち、前記管状通路の端部では、入射する圧力波を前記開口部では位相がずれない状態で反射し、前記閉塞部では位相がπ（１８０度）ずれた状態で反射することにより、これら周波数、振幅が等しく位相がπずれて反射した圧力波どうしは、互いに干渉して重ね合わされ打ち消し合う。
これにより、前記管状通路の端部で反射する圧力波は低減化され、前記管状通路内に突入した前記移動体に圧力波の影響が生じにくくなり、管状通路内圧力変動を減少させることができる。
したがって、管状通路をトンネルとし、このトンネルに新幹線などの高速列車が突入しても、該トンネルに突入する列車の速度を制限することなく、トンネル内圧力変動が生じにくく、耳ツン現象を発生しにくくすることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の請求項１記載の管状通路構造において、例えば、図１及び図２に示すように、
前記開口部４４と、前記閉塞部（例えば閉塞壁４３）との前記管状通路（例えば、トンネル本体及びフード部）の軸方向における位置が略等しいことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、前記管状通路の端部の開口部と、前記閉塞部との前記管状通路の軸方向における位置が略等しいので、前記管状通路内を伝播する圧力波が前記管状通路の端部に到達すると、この端部で圧力波は、前記開口部で位相がずれない状態で反射して戻るとともに、前記閉塞部で位相がπずれた状態で反射して軸方向に戻ることになるが、前記開口部及び閉塞部で反射して戻る圧力波どうしは、周波数、振幅が等しく位相がπ（１８０度）ずれた状態で戻ることになるので、互いに干渉して重ね合わされ打ち消し合う。
よって、前記管状通路内で生じる圧力変動を低減化することができ、これにより管状通路をトンネルとし、このトンネルに新幹線などの高速列車が突入しても、該トンネルに突入する列車の速度を制限することなく、トンネル内圧力変動を生じにくくして、耳ツン現象を発生しにくくすることができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の管状通路構造において、
前記開口部の開口断面積と、前記閉塞部の断面積とが略同一であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、前記開口部の開口断面積と、前記閉塞部の断面積とが略同一であるので、これら開口部と閉塞部をそれぞれ自由端と固定端として反射する位相がπ異なる圧力波どうしの量が略同様のものとなり、これら圧力波どうしを好適に干渉させて打ち消し合し合わせることができる。よって、前記管状通路の端部で反射する圧力波を略消滅させることで、管状内気圧変動の一層の低減化を図ることができる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の管状通路構造において、
前記管状通路はトンネルであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、前記管状通路としてのトンネルに請求項１〜３のいずれか一項に記載の管状通路構造を適用するので、トンネル内に新幹線などの高速列車が突入した際に発生し、トンネル内部を伝播して、トンネル端部で反射する圧力波（音波）を低減することができる。
つまり、新幹線などの列車がトンネル内に高速で突入しても、前記列車はトンネル内気圧変動の影響を殆ど受けなくなるので、トンネル内を軌道とする列車の速度を制限することなく、列車の乗客に対する耳ツン現象を低減することができる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の管状通路構造において、例えば、図１〜図３に示すように、
前記管状通路１は、トンネル本体３と、該トンネル本体の開口端部（出口３ａ）に一端部４ｂが連結され、管状をなし、内部が前記トンネル本体内部と連通する圧力波伝播路４ａとされたフード部４とを備え、
前記管状通路の端部１ｂは、前記フード部の他端部１ｂであることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、前記管状通路としてのトンネル本体及びフード部に請求項１〜３のいずれか一項に記載の管状通路構造を適用するので、トンネル内に新幹線などの高速列車が突入した際に発生し、前記トンネル本体内部及び前記フード部の圧力波伝播路を伝播して、前記フード部の端部で反射する圧力波（音波）を低減することができる。
つまり、新幹線などの列車がトンネル内に高速で突入しても、前記列車は、突入時に発生する圧力波が前記フード部の端部で戻ることにより生じるトンネル内気圧変動の影響を殆ど受けなくなるので、トンネル内を軌道とする列車の速度を制限することなく、列車の乗客に対する耳ツン現象を低減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２に示すように、本発明に係る管状通路構造は、地山２に形成されたトンネル本体３と、このトンネル本体３の出口３ａに一端部４ｂで連結されたフード部４とを備えている。
【００１７】
トンネル本体３は、新幹線等の高速列車が通過するものであり、トンネル本体３の地山内壁面はコンクリートによって覆工されている。
【００１８】
フード部４は、図１および図２に示すように、地盤上に鉄筋コンクリート造り、鉄骨造り等により筒状に形成されたものであり、トンネル本体３とともに管状通路１を構成し、その内部は圧力波伝播路４ａとされ、トンネル本体３内部と連通した状態となっている。
このフード部４は、トンネル本体３の軸と同軸上に配置された長尺のものであり、トンネル本体３の出口に基端部（フード部の一端部４ｂ）が連結され先端部側に向かって断面積が上方に大きくなる第１フード４１と、この第１フード４１の先端開口に連結され、内部が第１フード４１の内部と連通する第２フード４２とを備えている。
【００１９】
第１フード４１の基端部開口は、トンネル本体３の出口３ａと略同断面形状を有し、先端部開口は出口３ａの横幅と略同じで、且つ出口３ａの高さの約２倍の断面矩形状をなしている。
一方の第２フード４２は、第１フード４１と同軸上に配置され断面矩形の管状をなし、基端部開口は第１フード４１の先端開口に連続して接続され、先端部（管状通路の端部：以下、フード部の他端部という）１ｂは、管状通路を閉塞する閉塞壁（閉塞部）４３（図１でハッチングで示す）と、トンネル本体３と同軸上に配置され、該トンネル本体３の出口３ａと同断面形状の開口部４４とを備える。このフードの他端部１ｂは、トンネル本体３内に列車（移動体）が突入した際に発生し、トンネル本体３内及び圧力波伝播路４ａを伝播する圧力波の境界面となるものである。
【００２０】
閉塞壁４３は、トンネル本体３及びフード部４の軸方向と直交する方向に立設された状態で取り付けられ、閉塞壁４３及び開口部４４の、管状通路１の軸方向における位置が略等しいものとなっている。また、閉塞壁４３の断面積と開口部４４の開口断面積とが略同一なものとなっている。
そして、閉塞壁４３は、フード部４の圧力波伝播路４ａを伝播する圧力波が反射する際の固定端となり、開口部４４は、フード部４の圧力波伝播路４ａを伝播する圧力波が反射する際の自由端となる。
【００２１】
なお、上記フード部４は図１及び図２に示すように、トンネル本体３の出口３ａに設けられたものとしたが、これに限らず、トンネル本体３の入り口に設けても良い。
【００２２】
上記のような本実施の形態の管状通路構造では、高速の列車がトンネルの入口側に突入すると、この入り口、つまり管状通路１の他端部１ｂと反対側の開口で圧力波（圧縮波と同義）が生じ、この圧力波がトンネル本体３内を伝播してさらにフード部４を伝播していき、フードの他端部（管状通路の端部）１ｂに到達する。
そして、このフードの他端部１ｂに到達した圧力波の一部は、パルス状の圧力波（トンネル微気圧波）となって他端部１ｂの開口部４４から外部に放射されるが、その殆どは他端部１ｂを境界面として反射、すなわち閉塞壁４３で固定端反射するととともに、開口部４４で自由端反射してトンネル本体側に戻る。
【００２３】
つまり、閉塞壁４３は、図３（ａ）に示すように、フード部４の他端部１ｂに到達して反射する特定の圧力波Ｈの固定端となっているので、閉塞壁４３により反射する圧力波Ｈ１は、入射する圧力波Ｈに対して周波数、振幅が等しく位相がπ（１８０度）ずれたものとなってトンネル本体３側に向かって戻るものとなる。なお、図３（ａ）では、反射された圧力波Ｈ１を識別しやすいように、境界面となる閉塞壁４３から圧力波進行方向側にずらした位置で図示している。
【００２４】
また、開口部４４は、図３（ｂ）に示すように、フード部４の他端部１ｂに到達して反射する特定の圧力波Ｈの自由端となっているので、開口部４４により反射する圧力波Ｈ２は、入射する圧力波Ｈに対して周波数、振幅さらに位相がずれない状態でトンネル本体３側に向かって戻るものとなる。なお、図３（ｂ）では、反射された圧力波Ｈ２を識別しやすいように、境界面となる開口部４４から圧力波進行方向側にずらした位置で図示している。
【００２５】
よって、これら閉塞壁４３及び開口部４４とを備えるフード部４の他端部１ｂで反射する圧力波は、図３（ｃ）に示すように、閉塞壁４３及び開口部４４で反射した圧力波Ｈ１，Ｈ２は互いに位相がπ異なるものであるため、これらは合成されて干渉し合うことで互いに打ち消し合うものとなり、音圧の小さい合成波（圧力波）Ｈ３となる。なお、図３（ｃ）では、反射された圧力波を識別しやすいように、境界面となるフード部４の他端部１ｂから圧力波進行方向側にずらした位置で図示している。
【００２６】
これにより、フード部４の他端部１ｂで反射する圧力波は低減化（合成波Ｈ３）され、トンネル本体３及びフード部４内で生じる圧力変動を減少することができ、トンネル本体３内に突入した高速列車に圧力波Ｈの影響が生じにくくなる。つまり、トンネルに新幹線などの高速列車が突入しても、該トンネルに突入する列車の速度を制限することなく、列車の乗客に対する耳ツン現象を発生しにくくすることができる。
【００２７】
また、開口部４４の開口断面積と、閉塞壁４３の断面積とが略同一であるので、これら開口部４４と閉塞壁４３をそれぞれ自由端と固定端として反射する位相がπ異なる圧力波Ｈ１，Ｈ２どうしの量が略同様のものとなり、これら圧力波Ｈ１，Ｈ２どうしを好適に干渉させて打ち消し合し合わせることができる。よって、フード部４の他端部１ｂで反射する圧力波を減少、つまり圧力波の音圧を減少させて、トンネル本体３及びフード部４内気圧変動の一層の低減化を図ることができる。
【００２８】
なお、本実施の形態では、閉塞壁４３及び開口部４４とを備えるフード部４の他端部１ｂの断面形状を矩形状としたが、これに限らず、先端部に、圧力波が自由端反射する開口部と、圧力波が固定端反射する閉塞部とを備える構成とすればどのように形成してもよい。例えば、図４に示すように、フード部４Ａの端部１ｃを、トンネル本体３の出口３ａの断面形状と同形状の開口部４４Ａを備え、端部全体の高さを開口部４４Ａの高さの２倍の高さとした断面半円状に形成してもよい。このとき端部１ｃにおいて開口部４４Ａを除く部分が閉塞部４３Ａとなる。
【００２９】
上記実施の形態では、管状通路を地山２に形成されたトンネル本体３と、このトンネル本体３の出口３ａに一端部４ｂで連結されたフード部４とを備えるものとしたが、これに限らず、地山に形成されるトンネル自体としてもよい。
つまり、トンネルの端部を、圧力波が自由端反射する開口部と、圧力波が固定端反射する閉塞部とを備える構成としてもよい。
このように構成されたトンネルでも上述した管状通路１と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、管状通路としてのトンネル本体及びフード部は、単線の軌道として設けられても良く、複線の軌道として設けられていても良い。その際、管状通路の両端部が、それぞれ上述した閉塞壁と開口部とを備えたものすれば、複線トンネル内における対向列車の突入、退出の際にも管状通路端部で反射する圧力波によるトンネル内気圧変動が低減され、耳ツン現象を生じにくくするものとなる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、高速の移動体が前記管状通路内に突入すると、突入した側の端部の開口で圧力波が生じ、この圧力波が前記管状通路内部を伝播して前記管状通路の端部に到達し、この端部の備える開口部と閉塞部とでそれぞれ自由端反射及び固定端反射することで互いに干渉して重ね合わされ打ち消し合い、前記管状通路の端部で反射する圧力波は低減化され、管状通路内圧力変動を減少させることで、前記管状通路内に突入した前記移動体に圧力波の影響が生じにくくなる。したがって、管状通路をトンネルとし、このトンネルに新幹線などの高速列車が突入しても、該トンネルに突入する列車の速度を制限することなく、トンネル内圧力変動が生じにくく、耳ツン現象を発生しにくくすることができる。
【００３１】
請求項２記載の発明によれば、前記管状通路内を伝播する圧力波が前記管状通路の端部に到達すると、この端部で圧力波は、前記開口部で位相がずれない状態で反射して戻るとともに、前記閉塞部で位相がπずれた状態で反射して軸方向に戻ることになるが、前記開口部及び閉塞部で反射して戻る圧力波どうしは、周波数、振幅が等しく位相がπ（１８０度）ずれた状態で戻ることになるので、互いに干渉して重ね合わされ打ち消し合い、前記管状通路内で生じる圧力変動を低減化することができ、これにより管状通路をトンネルとし、このトンネルに新幹線などの高速列車が突入しても、該トンネルに突入する列車の速度を制限することなく、トンネル内圧力変動を生じにくくして、耳ツン現象を発生しにくくすることができる。
【００３２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明と同様の効果を得ることができるとともに、前記開口部の開口断面積と、前記閉塞部の断面積とが略同一であるので、これら開口部と閉塞部をそれぞれ自由端と固定端として反射する位相がπ異なる圧力波どうしの量が略同様のものとなり、これら圧力波どうしを好適に干渉させて打ち消し合わせることができる。よって、前記管状通路の端部で反射する圧力波を略消滅させることで、管状内気圧変動の一層の低減化を図ることができる。
【００３３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができるとともに、前記管状通路としてのトンネルに請求項１〜３のいずれか一項に記載の管状通路構造を適用するので、トンネル内に新幹線などの高速列車が突入した際に発生し、トンネル内部を伝播して、トンネル端部で反射する圧力波（音波）を低減することができる。つまり、新幹線などの列車がトンネル内に高速で突入しても、前記列車はトンネル内気圧変動の影響を殆ど受けなくなるので、トンネル内を軌道とする列車の速度を制限することなく、列車の乗客に対する耳ツン現象を生じにくくすることができる。
【００３４】
請求項５記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができるとともに、前記管状通路としてのトンネル本体及びフード部に請求項１〜３のいずれか一項に記載の管状通路構造を適用するので、トンネル内に新幹線などの高速列車が突入した際に発生し、前記トンネル本体内部及び前記フード部の圧力波伝播路を伝播して、前記フード部の端部で反射する圧力波（音波）を低減することができる。したがって、新幹線などの列車がトンネル内に高速で突入しても、前記列車は、突入時に発生する圧力波が前記フード部の端部で戻ることにより生じるトンネル内気圧変動の影響を殆ど受けなくなるので、トンネル内を軌道とする列車の速度を制限することなく、列車の乗客に対する耳ツン現象を生じにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態の管状通路の構成を示す図である。
【図２】図１の概略側断面である。
【図３】図１のフード部の他端部で反射する圧力波を説明するための概略図であり、（ａ）は閉塞壁での圧力波の反射状態を説明する図であり、（ｂ）は開口部での圧力波の反射状態を説明する図であり、（ｃ）はフード部の他端部での圧力波の反射状態を説明する図である。
【図４】トンネル本体ととともに管状通路を構成するフード部の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１　　管状通路
１ｂ，１ｃ　フード部の他端部（管状通路の端部）
３　　トンネル本体（管状通路）
３ａ　トンネル本体の出口
４，４Ａ　　　フード部
４ａ　　　圧力波伝播路
４ｂ　　　フード部の一端部
３　　　トンネル本体
４３　　　閉塞壁（閉塞部）
４４，４４Ａ　　　開口部
Ｈ，Ｈ１，Ｈ２　　　圧力波
Ｈ３　　　合成波（圧力波）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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