先进制造技术

本发明提供了一种等段阶梯型隧道缓冲结构及其设计优化方法，所述缓冲结构为等段阶梯式结构，设计优化方法包括以下步骤：S1、确定阶数和缓冲结构总长度；S2、优化缓冲结构各阶横断面积；S3、优化缓冲结构入口；S3、优化阶梯数量。本发明实用性强，能设计优化出便于施工、缓冲压缩波效果好的等段阶梯结构，使隧道口处的压缩波呈现近似线性规律增长的状态，避免压缩波出现激增现象，具有很强的气动缓冲防护功能，可在高速铁路隧道入口处推广应用。

通常，当高速列车进入隧道时，车头压缩隧道内空气形成压缩波。这种压缩波以声速沿隧道传播，并以微压波的形式通过隧道出口向外发射。由于微压波导致对周边私人住宅的脉冲噪声和低频振动，在设计高速铁路隧道入口时减小气动效应是非常重要的。

针对高速铁路隧道气动效应，通常在隧道入口设置缓冲结构，其中喇叭型缓冲结构的缓冲效果最好。但喇叭型缓冲结构浇筑施工时，模板需要按一定的曲线或角度展开，施工难度较大，质量难以控制，费工、不便制作，为了方便施工，节约造价，可优化设计成等段阶梯型缓冲结构。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明设计的等段阶梯型隧道缓冲结构相比传统的喇叭型缓冲结构施工更方便精确，缓冲效果良好，能缩短施工工期和施工成本，尽可能使得初始压缩波在通过各阶缓冲结构连接处和入口区域时，产生的压力梯度相等，从而使得压缩波的压力达到一种近似线性规律增长的状态，隧道出口的微气压波峰值大大降低，可以有效缓解隧道气动效应。

 2、本发明设计优化等段阶梯型隧道缓冲结构的方法科学严谨，通过多角度多层次的优化设计对比，得到最佳的阶梯台阶数、阶梯台长度和截面面积，针对不同工况的隧道因地制宜设计优化，以期达到最佳的压缩波缓冲效果。