トンネルほろ気圧きあつ

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トンネルほろ気圧きあつ(トンネルびきあつは)は、ものトンネル突入とつにゅう、および脱出だっしゅつするさい発生はっせいする、空気くうき圧力あつりょくのことである。とくに、高速こうそく鉄道てつどう列車れっしゃがトンネルに突入とつにゅうしたさい発生はっせいさせた圧縮あっしゅくが、ながいトンネルにおいて音速おんそく前方ぜんぽうつたわるさいにトンネルない拡散かくさんできない空気くうき抵抗ていこうによって圧縮あっしゅく強調きょうちょうされて衝撃波しょうげきはのようになり、それがトンネル出口でぐち解放かいほうされ、出口いでぐち周辺しゅうへんおおきな発破はっぱおん振動しんどう発生はっせいさせることが問題もんだいになる。「ドーン」という砲撃ほうげきのようなおとることもあるため、「トンネルドン」などともばれる。

概要がいよう[編集へんしゅう]

おも高速こうそく鉄道てつどうにおいて、鉄道てつどう車両しゃりょう高速こうそくでトンネルに突入とつにゅうすると、それによって発生はっせいした衝撃波しょうげきはがトンネルないつたわって出口でぐちがわおおきな発破はっぱおん発生はっせいさせたり、周辺しゅうへん建物たてものまどガラスを振動しんどうさせ破損はそんさせることもある。初期しょき高速こうそく鉄道てつどうである東海道新幹線とうかいどうしんかんせんではさい高速度こうそくどが210km/hひくかったうえ路盤ろばん砕石さいせきバラスト)が使つかわれており、その隙間すきま圧縮あっしゅく吸収きゅうしゅうするはたらきをしていたためあまり問題もんだいにならなかったが、山陽新幹線さんようしんかんせん建設けんせつ以降いこう列車れっしゃ高速こうそく路盤ろばんスラブ軌道きどうともなってその衝撃波しょうげきは次第しだいつよまった。さらに運行うんこう本数ほんすう増加ぞうかし、年中ねんじゅう無休むきゅうかえされるために周辺しゅうへん地域ちいきへの影響えいきょう肥大ひだい新幹線しんかんせんおおきな環境かんきょう問題もんだいのひとつになった。車両しゃりょう目前もくぜん通過つうかするタイミングではなく、トンネルに突入とつにゅうした瞬間しゅんかんに、そのさき出口でぐちから放出ほうしゅつされるおと衝撃波しょうげきはであるため、その発生はっせい事前じぜん察知さっちすることはむずかしい。 空気くうき振動しんどうによる現象げんしょうであるため、気温きおん湿度しつどによってそのつよさは変化へんかするが、おおむ通過つうか車両しゃりょう速度そくど空気くうき抵抗ていこう、トンネルの形状けいじょうによっておおきく変化へんかする。

フランスTGVドイツICEなど、日本にっぽん以外いがい高速こうそく鉄道てつどうでもトンネルほろ気圧きあつ問題もんだいとなることがあり、欧州おうしゅう域内いきないではEU指令しれいによりさだめられたTSI(Technical Specification for Interoperabilityちゅうでトンネル突入とつにゅう圧力あつりょく勾配こうばい基準きじゅん規定きていされている。しかし、ヨーロッパでは日本にっぽんくらべて上下じょうげせん間隔かんかくひろめにってあったりトンネルだん面積めんせきおおきく設計せっけいすることなどから、日本にっぽん新幹線しんかんせん比較ひかくして衝撃波しょうげきはちいさく、問題もんだいとなることはすくない。なお日立製作所ひたちせいさくしょ英国えいこくけに製造せいぞうした395かたち電車でんしゃ先頭せんとう形状けいじょうは、同社どうしゃほろ気圧きあつシミュレーション技術ぎじゅつにより対策たいさくこうじて設計せっけいされたものである。

トンネルほろ気圧きあつおおきさはおおむね、坑口こうこう到達とうたつした圧力あつりょく波面はめん圧力あつりょく勾配こうばい比例ひれいし、トンネル坑口こうこうからの距離きょりたいしてぎゃく比例ひれいしていることがあきらかとなっている。このため圧力あつりょく勾配こうばいゆるくすることが対策たいさく根幹こんかんとなっている。最近さいきんでは現象げんしょう解析かいせきやシミュレーション技術ぎじゅつすすみ、以下いかのように対策たいさくされている。

車両しゃりょうがわ対策たいさく[編集へんしゅう]

最新さいしんのトンネルほろ気圧きあつ対策たいさく反映はんえいしたぜん頭部とうぶつN700けい

先頭せんとうしゃ進行しんこう方向ほうこうたいするだん面積めんせき変化へんかりつを、一定いってい、かつ最小さいしょうにする。

一定いってい」にするには、運転うんてんせきなどの突起とっきたいして、おな縦断じゅうだんめんじょうことなる部分ぶぶんへこませることが必要ひつようである。JR東海とうかいJR西日本にしにほんによる300けい開発かいはつには、この原理げんりあきらかになっており、300けい500けい先頭せんとう突起とっきおさえ、うつくしい流線型りゅうせんけいたもちつつ、進行しんこう方向ほうこうたいするだん面積めんせき変化へんかりつ極力きょくりょく一定いっていとなるよう設計せっけいされた。

しかし、これらの車両しゃりょう営業えいぎょう運転うんてんはじめてみると、列車れっしゃ先頭せんとうでは路盤ろばん側壁そくへき車体しゃたいとの隙間すきまはい空気くうきりゅうみだれ、さい後尾こうびではその後方こうほうにできる空気くうきうず、さらには対向たいこう列車れっしゃによる空気くうきりゅう影響えいきょうなどによるよこれがしょうじ、乗客じょうきゃく不評ふひょうであった。このため、その700けいJR東日本ひがしにっぽんE4けいなどでは、進行しんこう方向ほうこうたいして地上ちじょうちか部分ぶぶんさきふくれさせ、車体しゃたい下部かぶ空気くうきりゅう安定あんていさせるとともに、さい後尾こうびしょうじる空気くうきうず後方こうほうへそらすことでこうしたよこれを改善かいぜんし、これにより悪化あっかする運転うんてんしつからの前面ぜんめん視界しかい確保かくほのために運転うんてんしつぜんあきらとうをある程度ていど突起とっきさせた。エアロストリームばれる一見いっけん奇妙きみょう先頭せんとう形状けいじょうはこうしたかんがかたによりまれたものである。なお、その300けいには順次じゅんじ先頭せんとうしゃ改良かいりょうがたセミアクティブサスペンション空気くうきばね改良かいりょうなどがほどこされ、こうしたよこれを低減ていげんする工夫くふうがなされている。

最小さいしょう」にするには先頭せんとう形状けいじょう極力きょくりょくながくすればよいと従来じゅうらいかんがえられてきた。500けいでは300 km/hで営業えいぎょう運転うんてんおこなうべく、先頭せんとうながさを15m以上いじょうながくし、運転うんてんせきうしろデッキとドアをなくしたうえ客室きゃくしつ一部いちぶにまでだん面積めんせき変化へんかませたが、この先頭せんとう形状けいじょう運用うんようじょう様々さまざま問題もんだいたしたため(くわしくは新幹線しんかんせん500けい電車でんしゃ#車体しゃたい参照さんしょう)、エアロストリームがた開発かいはつには最高さいこう速度そくど多少たしょうおさえてでも先頭せんとうながさをみじかくすることに重点じゅうてんかれた(700けいさい高速度こうそくどは、山陽新幹線さんようしんかんせんで285 km/h、東海道新幹線とうかいどうしんかんせんで270 km/h)。

その研究けんきゅう進歩しんぽにより、先頭せんとう形状けいじょう部位ぶいによってほろ気圧きあつへの影響えいきょうことなり、ほろ気圧きあつのピークが分散ぶんさんするようにかく部位ぶい位置いち形状けいじょう工夫くふうすれば環境かんきょうへの影響えいきょう最小限さいしょうげんにできることが判明はんめいしたため、N700けいでは遺伝いでんてきアルゴリズムもちいたシミュレーションによりまれたエアロ・ダブルウィングかたち先頭せんとう形状けいじょう採用さいようされ、運転うんてんせきうしろのデッキやきゃくようとびらのこして先頭せんとうながさを500けいよりみじかおさえつつ、500けいおなじ300 km/h(東海道新幹線とうかいどうしんかんせんでは285 km/h)の営業えいぎょう運転うんてんおこなうことに成功せいこうした。

地上ちじょうがわ対策たいさく[編集へんしゅう]

トンネルのだん面積めんせきおおきくしたり、列車れっしゃかべとの距離きょりおおきくったりすると、トンネルほろ気圧きあつ影響えいきょう軽減けいげんできる(さら上下じょうげせんあいだ距離きょりおおきくると上述じょうじゅつよこれの低減ていげん効果こうかがある)。

また既存きそん新幹線しんかんせんではトンネル入口いりくちに、これを手前てまえ延長えんちょうしたかたちつつ緩衝かんしょうこうという)をもうけることで、先頭せんとうしゃがトンネルに突入とつにゅうするさい空気くうき減少げんしょうさせ、ラッパかたち出口でぐちほろ気圧きあつのピークが緩和かんわされることによる低減ていげん効果こうかられる。標準ひょうじゅんてき緩衝かんしょうこうでは、トンネル本体ほんたいよりだん面積めんせきおおきくつくり、側面そくめん空気くうきがして圧力あつりょく低減ていげんさせるための開口かいこうがある。山陽新幹線さんようしんかんせんではやく100箇所かしょ東北新幹線とうほくしんかんせんではやく45箇所かしょ北陸ほくりく新幹線しんかんせんではやく30箇所かしょ九州きゅうしゅう新幹線しんかんせんではやく90箇所かしょ設置せっちされている。

さらに斜坑しゃこう縦坑たてこう空気くうきのバイパスとして利用りようする方法ほうほう連続れんぞくするトンネルのあいだシェルターでつなぎ、その部分ぶぶんにスリットをもうけることで空気圧くうきあつがす方法ほうほうなどがある。

在来ざいらいせんでは、列車れっしゃのトンネル突入とつにゅうさい高速度こうそくどおさえることもある。前面ぜんめん切妻きりづま形状けいじょうそらりょく特性とくせいくないJR西日本にしにほんキハ187けい気動車きどうしゃ運用うんようにはこの方法ほうほうでトンネルほろ気圧きあつおさえている。

ホームドアで対策たいさくするれいもある。京王線けいおうせん布田ぬのだえき調布ちょうふりが単線たんせんトンネルのため、のぼ列車れっしゃ通過つうかするさい、トンネルほろ気圧きあつ発生はっせいする。このため、ホームドアをゲート構造こうぞうではなく、フルスクリーン構造こうぞうのホームドアを採用さいようすることでトンネルほろ気圧きあつ乗客じょうきゃくけないようにしている。

ほろ気圧きあつ以外いがい圧力あつりょく[編集へんしゅう]

トンネルほろ気圧きあつは、列車れっしゃがトンネルに突入とつにゅうしたさい出口でぐちがわ影響えいきょうをもたらす圧力あつりょくのことをすが、これ以外いがいに、トンネル突入とつにゅう入口いりくちがわ周辺しゅうへん圧力あつりょくをもたらすトンネル突入とつにゅう、トンネル退出たいしゅつ出口でぐちがわ周辺しゅうへん圧力あつりょくをもたらすトンネル退出たいしゅつ、トンネル退出たいしゅつ発生はっせいする圧力あつりょくがトンネルないつたわって入口いりくちがわ影響えいきょうをもたらす退出たいしゅつトンネルほろ気圧きあつ斜坑しゃこう縦坑たてこう本坑ほんこうへの接続せつぞく地点ちてん通過つうかするさい発生はっせいする圧力あつりょくがトンネル入口いりくち出口でぐちつたわって影響えいきょうするえだあな通過つうかといったものがある。これらの対策たいさくもトンネルほろ気圧きあつ同様どうよう手段しゅだんられ、各種かくしゅ圧力あつりょく発生はっせい伝播でんぱをシミュレーションして最適さいてき車両しゃりょう前面ぜんめん形状けいじょう緩衝かんしょうこう設計せっけいすることになる。えだあな通過つうかかんしては、えだあな分岐ぶんき完全かんぜん閉鎖へいさすれば発生はっせいしなくなるが、一方いっぽうえだあな圧力あつりょく空気くうきをバイパスして緩衝かんしょうする効果こうかもあるため、一概いちがい閉鎖へいさすればよいとはいえない。

参考さんこう文献ぶんけん[編集へんしゅう]

関連かんれん項目こうもく[編集へんしゅう]

外部がいぶリンク[編集へんしゅう]