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明細書 :鉄道マクラギの支持力補強構造及び支持力補強方法

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第3829044号 (P3829044)
公開番号 特開2001-271301 (P2001-271301A)
登録日 平成18年7月14日(2006.7.14)
発行日 平成18年10月4日(2006.10.4)
公開日 平成13年10月5日(2001.10.5)
発明の名称または考案の名称 鉄道マクラギの支持力補強構造及び支持力補強方法
国際特許分類 E01B   1/00        (2006.01)
FI E01B 1/00
請求項の数または発明の数 6
全頁数 9
出願番号 特願2000-086890 (P2000-086890)
出願日 平成12年3月27日(2000.3.27)
新規性喪失の例外の表示 特許法第30条第1項適用 1999年10月4日 森北出版株式会社発行の「基礎土木工学シリーズ15 土質力学」に発表
審査請求日 平成15年4月3日(2003.4.3)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】390021577
【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社
【識別番号】000173784
【氏名又は名称】財団法人鉄道総合技術研究所
【識別番号】592158844
【氏名又は名称】松岡 元
発明者または考案者 【氏名】可知 隆
【氏名】舘山 勝
【氏名】小島 謙一
【氏名】松岡 元
個別代理人の代理人 【識別番号】100082500、【弁理士】、【氏名又は名称】足立 勉
【識別番号】100106035、【弁理士】、【氏名又は名称】田中 敏博
審査官 【審査官】深田 高義
参考文献・文献 特開平08-151601(JP,A)
松岡元外1名,地盤の一部を包み込む支持力補強方法に関する研究,土木学会論文集,日本,土木学会,1999年 3月21日,No.617,P.235-249
調査した分野 E01B 1/00
特許請求の範囲 【請求項1】
路盤を掘削した掘削部に、上方から転圧された状態で敷かれた砕石入りの複数の第1補強用袋と、
前記複数の第1補強用袋に積み上げられると共に上方から転圧され砕石入りの複数の第2補強用袋と、
前記複数の第2補強用袋の上にバラストを介して又はバラストを介さずに載置されたマクラギと、
前記マクラギの周囲を囲うようにバラストを敷設することにより形成された道床と
を備え、
前記掘削部は、前記道床に配置されるレールの長手方向に沿って連続的に形成され、
前記第1補強用袋は、前記掘削部の全面に渡って敷かれると共に前記路盤の一部をなし
前記第2補強用袋は前記道床の一部をなすことを特徴とする鉄道マクラギ支持力補強構造。
【請求項2】
前記道床の全体が、前記路盤の一部をなす前記複数の第1補強用袋の上に形成されていることを特徴とする請求項1記載の鉄道マクラギ支持力補強構造。
【請求項3】
前記複数の第1補強用袋は、各々、隣接する他の前記第1補強用袋と互いに連結されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道マクラギ支持力補強構造。
【請求項4】
路盤を掘削した掘削部を、上方に配置されるレールの長手方向に沿って連続的に形成すると共に、その掘削部の上面を転圧し、
前記掘削部の全面に渡って砕石入りの第1補強用袋を複数敷き詰めて上方から転圧することにより、この転圧された第1補強用袋が路盤の一部をなすようにし
前記複数の第1補強用袋の上に砕石入りの第2補強用袋を複数積み上げて上方から転圧し、
前記転圧された複数の第2補強用袋の上にバラストを介して又はバラストを介さずにマクラギを載置し
前記マクラギの周囲を囲うようにバラストを敷設して道床を形成して前記第2補強用袋が前記道床の一部をなすようにする
ことを特徴とする鉄道マクラギ支持力補強方法。
【請求項5】
前記掘削部の形成及びその掘削部への前記第1補強用袋の敷き詰めは、前記路盤の一部をなす前記複数の第1補強用袋の上に前記道床全体が形成されるように行うことを特徴とする請求項4記載の鉄道マクラギ支持力補強方法。
【請求項6】
前記掘削部に前記複数の第1補強用袋を敷き詰める際に、隣接する各第1補強用袋を互いに連結することを特徴とする請求項4又は5に記載の鉄道マクラギ支持力補強方法。
発明の詳細な説明 【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道マクラギの支持力補強構造及び支持力補強方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、鉄道マクラギの支持構造としては、図6に示すように、マクラギ1の周囲を覆うようにバラスト2を敷き詰めることにより形成された道床3を路盤4上に形成したものが広く知られている。ここで、マクラギ1は、上面にてレール5,5が締結され、レール5,5を通過する列車荷重を支持する。また、道床3は、マクラギ1を所定の位置に保持し、繰り返し通過する列車荷重を路盤4に広く分散する機能を有している。
【0003】
ところで、このような鉄道マクラギの支持構造では列車が何度も繰り返し走行すると、その列車の繰り返し荷重によって、道床3を形成するバラスト2がマクラギ1の下から側方へ移動したり、路盤4内へ食い込んだりして軌道の高低狂いが発生することがある。このため、軌道の高低狂いが発生した場合には、バラスト2を補充したり道床3を突き固めたりして修正している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような軌道の高低狂いを修正する作業は多大な労力・費用を要するため、軌道の高低狂いが発生しにくい構造の開発が要望されている。
その一案として、図5に示すように、砕石入りの複数の高強度土嚢12を路盤4上に並べ、この高強度土嚢12の上にバラスト2を介してマクラギ1を載置し、このマクラギ1の周囲を覆うようにバラスト2を敷き詰めて道床3を形成して高強度土嚢12が道床の一部をなすようにした鉄道マクラギの支持力補強構造60が考えられる。
【0005】
この支持力補強構造60によれば、高強度土嚢12は、内部の砕石を包み込むことにより、砕石の移動を最小限に拘束する。また、外力を受けた場合、砕石はダイレタンシー(dilatancy)効果により体積膨張しようとし、袋によって拘束反力を受けるため拘束応力が増加し、剪断強度が急激に増加する。この結果、列車荷重に対する支持力が向上し、軌道の高低狂いが減少する。
【0006】
しかしながら、この支持力補強構造60では、高強度土嚢12を使用しない場合に比べると軌道の高低狂いが減少するため修正作業の頻度が軽減されるものの、修正作業の労力・費用の多大さを考慮すれば、なお一層高低狂いの軽減化が図られることが望まれていた。
【0007】
本発明はこのような要望に応えることを課題とするものであり、鉄道マクラギの支持力補強構造において軌道の高低狂いが極めて少ないものを提供することを目的とする。併せて、その支持力補強構造を構築する方法を提供することも目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するため、本発明の鉄道マクラギ支持力補強構造は、
路盤を掘削した掘削部に、上方から転圧された状態でれた砕石入りの複数の第1補強用袋と、
前記複数の第1補強用袋に積み上げられると共に上方から転圧され砕石入りの複数の第2補強用袋と、
前記複数の第2補強用袋の上にバラストを介して又はバラストを介さずに載置されたマクラギと、
前記マクラギの周囲を囲うようにバラストを敷設することにより形成された道床と
を備え、
前記掘削部は、前記道床に配置されるレールの長手方向に沿って連続的に形成され、
前記第1補強用袋は、前記掘削部の全面に渡って敷かれると共に前記路盤の一部をなし
前記第2補強用袋は前記道床の一部をなすことを特徴とする。
【0009】
本発明では、マクラギの上面にレールが固定され、レールから伝達される列車荷重はマクラギによって広く道床に分散される。このマクラギは、バラストを介して又はバラストを介さずに第2補強用袋の上に載置されている。
第2補強用袋は、内部の砕石を包み込むことにより、砕石の移動を最小限に拘束し、また、外力を受けた場合、砕石はダイレタンシー(dilatancy)効果により体積膨張しようとし、袋によって拘束反力を受けるため拘束応力が増加し、剪断強度を増加させる。しかも、第2補強用袋はその上方から転圧された状態で積み上げられている。これにより、マクラギが列車荷重を繰り返し受けたとしても、そのマクラギが元の位置から沈下するのを軽減する。
【0010】
なお、マクラギと第2補強用袋との間にバラストが介在している場合には、そのバラストはマクラギと第2補強用袋に挟み込まれることにより摩擦力を含めた拘束を受け、第2補強用袋の内部の砕石と同じような挙動をとると考えられる。したがって、マクラギと第2補強用袋との間にバラストが介在するしないにかかわらず、概ね同等のマクラギ沈下防止作用を奏する。
【0011】
また、掘削部は、道床に配置されるレールの長手方向に沿って連続的に形成され、第1補強用袋は、その掘削部の全面に渡って、上方から転圧された状態で敷き詰められている。この第1補強用袋は、第2補強用袋と同様、砕石の移動を拘束し、剪断強度を増加させることにより、長期にわたってマクラギが列車荷重を繰り返し受けたときに第2補強用袋が路盤に食い込むのを防止し、この結果マクラギが沈下するのを一層防止する。
【0012】
このように、本発明によれば、長期にわたってマクラギが列車荷重を繰り返し受けたとしても、第2補強用袋によるマクラギ沈下防止作用と、第1補強用袋による第2補強用袋の路盤食い込み防止作用によって、軌道の高低狂いを極めて少なくすることができる。
【0013】
本発明の鉄道マクラギの支持力補強構造は、以下の手順により構築される。即ち、まず、路盤を掘削した掘削部を、上方に配置されるレールの長手方向に沿って連続的に形成すると共に、その掘削部の上面を転圧し、その掘削部の全面に渡って砕石入りの第1補強用袋を複数敷き詰めて上方から転圧することにより、この転圧された第1補強用袋が路盤の一部をなすようにし、複数の第1補強用袋の上に砕石入りの第2補強用袋を複数積み上げて上方から転圧し前記転圧された複数の第2補強用袋の上にバラストを介して又はバラストを介さずにマクラギを載置し、その後マクラギの周囲を囲うようにバラストを敷設して道床を形成して第2補強用袋が前記道床の一部をなすようにする。
【0014】
この手順によれば、本発明の鉄道マクラギの支持力補強構造を容易に構築できる。しかも、上記のように第1補強用袋や第2補強用袋を敷き詰めたあと転圧する(上から振動を加えることにより砕石間の空隙を詰める)こと、マクラギの沈下を防止するうえで好ましい。
【0015】
本発明において、道床の全体を、路盤の一部をなす複数の第1補強用袋の上に形成されるようにするとよい。即ち、掘削部の形成及びその掘削部への第1補強用袋の敷き詰めを、複数の第1補強用袋(路盤の一部をなす)の上に道床全体が形成されるように行うのである。
また、複数の第1補強用袋は、各々、隣接する他の第1補強用袋と互いに連結されていることが好ましい。この場合、複数の第1補強用袋のうち、ある一つの第1補強用袋が荷重を受けたとしても、その荷重を受けた第1補強用袋のみならず周囲の第1補強用袋にも荷重が伝達されるため、沈下が起こりにくい。複数の第2補強用袋についても同様の理由から互いに連結してもよい。
【0016】
本発明において、各補強用袋に詰める砕石は、特にどのような砕石でも構わないが、例えば、鉄道で使用される道床用バラストや、粒度をある程度一定に揃えた粒度調整砕石や、セラミック等により人工的に作られた人工石等が挙げられる。また、各補強用袋の袋体は、特にどのような袋体でも構わないが、あまり大きすぎると初期沈下が大きくなりやすいので、人力で持ち運びできる程度の大きさ、例えば砕石を詰めたときに縦横それぞれ30~80cm、高さ10~20cmとなる袋体が好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本実施形態の鉄道マクラギ支持力補強構造の断面図である。本実施形態の鉄道マクラギ支持力補強構造10は、第1補強用袋としての普通土嚢11と、第2補強用袋としての高強度土嚢12と、マクラギ1と、道床3とから構成されている。
【0018】
普通土嚢11は、5号クラッシャラン(粒径約20mmの粒度調整砕石)を、樹脂製の編み目のない袋に詰めることにより、概ね縦40cm×横40cm×高さ10cmとしたものである。なお、図1には、普通土嚢11の横幅が表れている。
【0019】
この普通土嚢11は、路盤4を約10cm掘削して形成した掘削部15の全面にわたって複数敷き詰められている。また、普通土嚢11は、その上面が周りの路盤4の上面と略一致しており、路盤4の一部をなしている。更に、普通土嚢11は、隣接する角(又は辺)同士が紐11aで連結されている。
【0020】
高強度土嚢12は、通常鉄道に用いられる道床バラスト(10~60mmの範囲の粒土分布を持つもの)を、補強盛土工法等に用いられる高強度袋であるジオテキスタイル(目合い1.5cm、破断強度9~10t/m)に詰めることにより、概ね縦60cm×横35cm×高さ10cmとしたものである。なお、図1には、高強度土嚢12の横幅が表れている。
【0021】
この高強度土嚢12は、マクラギ1の長手側の幅の範囲内で普通土嚢11の上に複数積み上げられ、路盤4よりも上に積み上げられている。
マクラギ1は、複数の高強度土嚢12の上にバラスト2を介して載置されている。このマクラギ1は、上面にてレール5,5が締結され、レール5,5を通過する列車荷重を支持すると共に、この列車荷重を道床3に広く分散させる役割を果たす。なお、マクラギ1の大きさは、例えば大判マクラギでは、縦30cm×横210cm×高さ14cmであり、図1にはマクラギ1の横幅が表れている。
【0022】
道床3は、マクラギ1の周囲を覆うように路盤4上にバラスト2を敷設することにより形成されている。この道床3は、マクラギ1に伝わってくる列車荷重を路盤4に広く均等に分散させる役割を果たす。
次に、本実施形態の鉄道マクラギ支持力補強構造10を構築する手順について図2(a)~(f)に基づいて説明する。まず、図2(a)に示す従来の鉄道マクラギ支持構造50につき、レール5,5の長手方向に10m強の区間を1回の工事区間とし、この工事区間でマクラギ1をレール5,5から解放して除去すると共に道床3を形成するバラスト2も除去する。これにより、図2(b)に示すように、この工事区間におけるレール5,5を浮かせた状態とし、この工事区間の大地に当たる路盤4をバックホウ等の掘削機により掘削して深さ約10cmの掘削部15を形成し、その上面を転圧する。
【0023】
その後、図2(c)に示すように、この掘削部15の全面にわたって普通土嚢11を複数敷き詰め、互いに隣接する角(又は辺)同士を紐11aで連結する。そして、図示しないコンパクタにより上から振動を加えて転圧を行い、普通土嚢11の上面と周りの路盤4の上面とを略一致させる。この結果、普通土嚢11は路盤4の一部をなす。
【0024】
続いて、図2(d)に示すように、複数の普通土嚢11の上に高強度土嚢12を複数積み上げる。ここでは、マクラギ1の長手側の幅の範囲内で高強度土嚢12を積み上げる。そして、普通土嚢11と同様、転圧を行う。
その後、図2(e)に示すように、マクラギ1とレール5,5とを締結し、このマクラギ1と高強度土嚢12との間の空間(高さ約10cm)にバラスト2を投入する。この結果、マクラギ1は、高強度土嚢12の上にバラスト2を介して載置された状態になる。
【0025】
そして最後に、マクラギ1の周囲を覆うようにバラスト2を敷き詰めて道床3を形成し、列車通過による初期沈下を防止するために、図示しないタイタンパにより道床3を突き固める。これにより、図1に示す本実施形態の鉄道マクラギ支持力補強構造10が完成する。
【0026】
次に、本実施形態の鉄道マクラギ支持力補強構造10の使用例について説明する。ここでは、1日平均の列車通過本数が48本の営業線に、この鉄道マクラギ支持力補強構造10を適用し、適用区間における経過時間と沈下量との関係を調査した。
【0027】
沈下量の測定は、図3に示す検測車30を用いて行った。即ち、検測車30は3両1編成で、中央に3台車方式の軌道設備試験車31を備えたものであり、この軌道設備試験車31は、前方、中央、後方に台車32,33,34を備え、また、これら台車32,33,34とは独立して車両底面の前方、中央、後方に設置されたレーザ距離計32a,33a,34aとを備えたものである。そして、各レーザ距離計32a,33a,34aにより車体からレール頭頂面までの距離を測定し、前方の測定位置と後方の測定位置とを結ぶ弦(10m)に対する中央の測定位置の変位を沈下量とした。
【0028】
また、比較形態として、図5に示すように、道床3内に高強度土嚢12を設置するが路盤4内には普通土嚢11を設置しない鉄道マクラギ支持力補強構造60を同じ営業線に適用し、同様にして沈下量を測定した。
その測定結果を図4のグラフに示す。このグラフからわかるように、適用開始後1ヶ月後の初期沈下量は、本実施形態、比較形態とも3mmであったが、3ヶ月後の沈下量は、本実施形態では3mmだったのに対して比較形態では4.6mmであり、6ヶ月後の沈下量は、本実施形態では4mmだったのに対して比較形態では5.8mmであった。つまり、適用開始後6ヶ月後の沈下量をみたとき、本実施形態は比較形態の約70%に抑制できた。
【0029】
本実施形態の沈下軽減効果は、以下の作用によって得られると考えられる。即ち、普通土嚢11及び高強度土嚢12が内部の砕石の移動を最小限に拘束し、また、列車荷重を受けた場合、内部の砕石はダイレタンシー(dilatancy)効果により体積膨張しようとし、袋によって拘束反力を受けるため拘束応力が増加し、剪断強度を増加させる。この結果、マクラギ1が列車荷重を繰り返し受けたとしても、そのマクラギ1が元の位置から沈下しにくくなったと考えられる。特に、路盤4内に設けた普通土嚢11による高強度土嚢12の路盤食い込み防止作用によって、比較形態に比べて、軌道の高低狂いを一層小さく抑制したと考えられる。
【0030】
なお、マクラギ1と高強度土嚢12との間に介在しているバラスト2は、マクラギ1と高強度土嚢12に挟み込まれることにより拘束を受け、高強度土嚢12の内部の砕石と同じような挙動をとると考えられる。したがって、マクラギ1と高強度土嚢12との間にバラスト2が介在するしないにかかわらず、概ね同等のマクラギ沈下防止作用を奏する。
【0031】
ちなみに、補強構造を採用しない従来の鉄道マクラギ支持構造50(図6参照)では、軌道の高低狂いをマルチプルタイタンパで突き固めを行うことにより修正したあと、半月後には沈下量が20mmを超えてしまい、修正作業を頻繁に行う必要があった。
【0032】
なお、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、高強度土嚢12をマクラギ1の長手側の幅の範囲内に設置したが、マクラギ1の直下にのみ設置してもよい。この場合も上記実施形態と同等の効果が得られる。
【0033】
また、隣合う高強度土嚢12を互いに連結してもよい。この場合、ある一つの高強度土嚢12が局所的に荷重を受けたとしても、その荷重を受けた高強度土嚢12のみならず周囲の高強度土嚢12にも荷重が伝達されるため、沈下が一層起こりにくくなる。
【0034】
更に、上記実施形態では普通土嚢11や高強度土嚢12をそれぞれ1段に並べたが、多段に積み上げてもよい。
更にまた、上記実施形態ではマクラギ1と高強度土嚢12との間にバラスト2を介在させたが、バラスト2を介在させずに両者を直に接触させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施形態の鉄道マクラギ支持力補強構造の断面図である。
【図2】 本実施形態の鉄道マクラギ支持力補強構造の施工工程図である。
【図3】 検測車の概略説明図である。
【図4】 経過時間に対する沈下量の推移を表すグラフである。
【図5】 比較形態の鉄道マクラギ支持力補強構造の断面図である。
【図6】 従来の鉄道マクラギ支持構造の断面図である。
【符号の説明】
1・・・マクラギ、2・・・バラスト、3・・・道床、4・・・路盤、5・・・レール、10・・・鉄道マクラギ支持力補強構造、11・・・普通土嚢、11a・・・紐、12・・・高強度土嚢、15・・・掘削部、30・・・検測車、31・・・軌道設備試験車。
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5