JP2001193004A

JP2001193004A - まくらぎ振動沈下方法

Info

Publication number: JP2001193004A
Application number: JP2000002632A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Kondo; 邦弘近藤; Hiroshi Nagato; 博長戸; Yoshihiko Sato; 吉彦佐藤
Original assignee: Central Japan Railway Co
Current assignee: Central Japan Railway Co
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2001-07-17

Abstract

(57)【要約】【課題】すでに所定の道床厚を超過した箇所で、バラ
ストを補充したり掻き出したりしなくてもレール面のレ
ベル合わせができるように、まくらぎを道床内に沈下さ
せる。【解決手段】道床１２に敷設されたまくらぎ１３に対
して、鉛直下向きの静荷重Ｓを加えた状態でまくらぎ１
３の前後方向に周期的に動荷重Ｄを加えてまくらぎ１３
を振動させることにより、まくらぎ１３の長手方向の側
面がバラスト１１に対してまくらぎ前後方向の振動を与
えると共に、まくらぎ１３の下面がまくらぎ直下のバラ
スト１１に対して剪断方向の振動を与える。その結果、
まくらぎ１３の周囲のバラスト１１は流動粒体の力学特
性を持つようになる。このとき、まくらぎ１３には鉛直
下向きの静荷重が加えられているため、まくらぎ１３は
バラスト１１内を下向きに移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、道床に敷設された
まくらぎを沈下させるまくらぎ振動沈下方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、有道床の鉄道線路においては、列
車の繰り返し荷重によりレール長手方向に不均衡な沈下
が発生してレール面に狂いが生じた場合には、バラスト
のつき固めを行った後、レール面の低いところを高いと
ころに合わせるようにバラストを補充して若干上げ越し
を行うことにより線路の高さを調整する。なお、バラス
トの突き固めや線路の高さ調整はマルチプルタイタンパ
と呼ばれる保線機械によって行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような保線作業が
年々行われると、レールとまくらぎで構成される軌框は
上昇の一途を辿る。このような軌框の上昇を放置したの
では、道床厚の増大によって、レール面がこう上して電
車線の高さの調節が必要となったり、橋梁区間において
は死荷重（列車が走っていないときの荷重であり、具体
的にはバラスト、まくらぎ、レールなどのトータル荷重
をいう）が設計値以上になったり、あるいはトンネル等
においては列車が建築限界に達したりするおそれがあ
る。そこで、これを未然に防止するために、道床を構成
するバラストの掻き出しを行うことにより軌框を低下さ
せていた。しかしながら、このバラストの掻き出しには
多大な労力と費用が必要になるという問題があった。

【０００４】本発明は上記問題点を解決することを課題
とするもので、すでに所定の道床厚を超過した箇所で、
バラストを補充したり掻き出したりしなくてもレール面
のレベル合わせができるように、まくらぎを道床内に沈
下させるまくらぎ振動沈下方法を提供することを目的と
する。

【０００５】

【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、本発明のまくらぎ振動沈下方法は、道
床に敷設されたまくらぎに対して、鉛直下向きの静荷重
を加えた状態でまくらぎ前後方向に周期的に動荷重を加
えてまくらぎを振動させることにより、まくらぎを沈下
させることを特徴とする。

【０００６】本発明のまくらぎ振動沈下方法では、まく
らぎに対して鉛直下向きの静荷重を加えた状態でまくら
ぎ前後方向に周期的に動荷重を加えてまくらぎを振動さ
せることにより、まくらぎの長手方向の側面がバラスト
に対してまくらぎ前後方向の振動を与えると共に、まく
らぎの下面がまくらぎ直下のバラストに対して剪断方向
の振動を与える。その結果、まくらぎの周囲のバラスト
は内部摩擦力が減じられ、流動粒体の力学特性を持つよ
うになる。換言すれば、バラストは流動・液化状態にな
る。このとき、まくらぎには鉛直下向きの静荷重が加え
られているため、流動粒体の力学特性を持つに至ったバ
ラスト内を下向きに移動する。

【０００７】このように、本発明のまくらぎ振動沈下方
法によれば、バラストを補充したり掻き出したりしなく
てもレール面のレベル合わせができる。つまり、レール
面の低いところを高いところに合わせるようにバラスト
を補充してこう上を行うという作業を何度も行うことに
より道床厚が増大していき、ついには電車線の高さの調
節が必要になったり、橋梁区間等において死荷重が設計
値を越えそうになったり、トンネル等において列車が建
築限界を支障するようになる。過大な道床厚の発生を防
止するために、本発明のまくらぎ振動沈下方法を適用し
てレール面の高いところを低いところに合わせるように
すれば、バラストを補充したり掻き出したりしなくても
レベリングすることができる。

【０００８】本発明のまくらぎ振動沈下方法は、道床に
敷設されたまくらぎに対して、そのまくらぎの上面に起
振機をセットし、アクチュエータ（例えばエアシリン
ダ、油圧シリンダ、モータ等）により起振機の上方から
鉛直下向きに加圧して起振機を介してまくらぎに静荷重
を加え、その状態で起振機によりまくらぎ前後方向に周
期的に動荷重を加えてまくらぎを振動させることによ
り、まくらぎを沈下させるようにしてもよい。このよう
に起振機の上方から鉛直下向きに加圧して起振機を介し
てまくらぎに静荷重を加えるようにすれば、起振機によ
りまくらぎをその前後方向に振動させる際に振動中心が
時間の経過に伴ってずれることがないため、まくらぎは
当初の姿勢を保ったままバラストに沈んでいく。このた
め、位置精度よくまくらぎを沈下させことができる。

【０００９】本発明のまくらぎ振動沈下方法は、道床に
敷設されたまくらぎの左右両側の所定位置（例えば左右
両側のレール位置）に対して、静荷重及び動荷重を加え
ることが好ましい。このことは、まくらぎの強度を考慮
しつつ、まくらぎの全体にほぼ均一に静荷重及び動荷重
を加えるために有効であり、位置精度よくまくらぎを沈
下させることができる。

【００１０】本発明のまくらぎ振動沈下方法における静
荷重の大きさ、動荷重の大きさ、振動の周波数は、まく
らぎの周囲のバラストが流動粒体の力学特性を持つよう
に適宜決定すればよい。例えば、静荷重・動荷重の大き
さは、現状使用しているまくらぎが流動粒体の力学特性
を持つようにするには１０ｋＮ以上であることが好まし
く、特に３０〜５０ｋＮであることが好ましい。また、
振動の周波数は、まくらぎの低下だけ必要な場合には２
５Ｈｚ以上であることが好ましく、保線作業後に精度よ
くまくらぎを所要の位置に位置決めする必要がある場合
には２５〜４０Ｈｚであることが好ましい。

【００１１】本発明のまくらぎ振動沈下方法は、まくら
ぎに動荷重を加える際、まくらぎ前後方向と共にまくら
ぎ上下方向にも周期的に動荷重を加えることを排除しな
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は模型道床に模型ＰＣまくら
ぎを敷設したときの斜視図、図２はマルチプルタイタン
パによる締め固めの説明図、図３は起振機を設置したと
きの側面図、図４は起振機を設置したときの正面図であ
る。本実施形態は本発明のまくらぎ振動沈下方法の一例
を示すものである。

【００１３】まず、図１に示すように、箱形のケース１
０に模型バラスト１１を敷設して模型道床１２を作製
し、模型ＰＣまくらぎ１３（ＰＣはプレストレストコン
クリートの略）を模型道床１２の中に敷設した。ここ
で、模型バラスト１１及び模型ＰＣまくらぎ１３は、実
際の線路に使用しているバラスト及びＰＣまくらぎを１
／７スケールに縮小したものである。また、模型ＰＣま
くらぎ１３はレールから解放されている。

【００１４】実際の線路では道床は列車の度重なる走行
により締め固められているため、これを模擬すべく、ケ
ース１０内の模型道床１２につき締め固めを行った。具
体的には、図２に示すように、小型のマルチプルタイタ
ンパ２０の両アーム２１，２１を模型ＰＣまくらぎ１３
の前後両側から挟むようにして模型道床１２に差し込
み、両アーム２１，２１を閉じる方向に動かし（スクイ
ズという）、模型バラスト１１を補充してこれを繰り返
すことにより、締め固めを行った。

【００１５】続いて、図４に示すように、模型ＰＣまく
らぎ１３の左右両側（レール支持位置に相当）に起振機
３０，３０を設置し、各起振機３０の上方からエアシリ
ンダ３９により起振機３０を下方へ加圧することによ
り、鉛直下向きの静荷重Ｓ（図３参照）を起振機３０を
介して模型ＰＣまくらぎ１３に加え、この状態で起振機
３０を作動させて、周期的に動荷重Ｄ（図３参照）によ
り模型ＰＣまくらぎ１３にまくらぎ前後方向の振動を与
えた。なお、エアシリンダ３９のシリンダ側は図示しな
いアングルにより固定されている。

【００１６】起振機３０は、図３及び図４に示すよう
に、模型ＰＣまくらぎ１３の上面及びその両側面を保持
可能なまくらぎ保持部３１と、このまくらぎ保持部３１
の上部に設けられ、模型ＰＣまくらぎ１３にまくらぎ前
後方向の振動を与える振動発生部３２と、この振動発生
部３２を包含する筐体３３と、この筐体３３の上部に垂
直に設置された一対のガイド軸３４，３５と、この一対
のガイド軸３４，３５に沿って上下動可能なスライダ３
６と、この一対のガイド軸３４，３５に挿通されてスラ
イダ３６に弾性力を付与するコイルスプリング３７，３
８と、スライダ３６の上部中央にプランジャ先端が連結
されたエアシリンダ３９とを備えたものである。本実施
形態では、まくらぎ保持部３１をボルト３１ａを介して
模型ＰＣまくらぎ１３に締結する構成を採用したが、ま
くらぎ保持部３１がしっかりと模型ＰＣまくらぎ１３を
掴み、模型ＰＣまくらぎ１３にまくらぎ前後方向の振動
が付与されたときにもずれることがないならば、このボ
ルト締結は不要である。

【００１７】起振機３０の振動発生部３２は、模型ＰＣ
まくらぎ１３の中心線を挟んだ前後両側に第１回転軸４
１及び第２回転軸４２がそれぞれ設けられ、第１回転軸
４１まわりを第１おもり４３が、第２回転軸４２まわり
を第２おもり４４が回転するように構成されている。ま
た、第１おもり４３は図示しない電動機により回転駆動
され、第２おもり４４は第１おもり４３が回転駆動され
ると図示しない歯車機構を介して従動され、その回転方
向は第１おもり４３と逆方向になるように構成されてい
る。そして、第１おもり４３が最上点に到達したときに
第２おもり４４が最下点に到達するように構成されてい
る。

【００１８】次に、この振動発生部３２の動作について
図５に基づいて説明する。図５は、振動発生部３２の動
作説明図である。図５（ａ）の状態では、第１おもり４
３に働く遠心力Ｐ１は鉛直上方向、第２おもり４４に働
く遠心力Ｐ２はＰ１と同じ大きさで鉛直下方向であり、
両者は相殺される。その後、第１おもり４３が反時計回
りに、第２おもり４４が時計回りに回転して図５（ｂ）
の状態に至るまでは、遠心力Ｐ１は鉛直上成分と水平左
成分に分けられ、遠心力Ｐ２は鉛直下成分と水平左成分
に分けられるが、両者の鉛直方向の成分は相殺され、水
平左成分の力が作用する。その後、図５の（ｃ）の状態
に至るまでは、遠心力Ｐ１は鉛直下成分と水平左成分に
分けられ、遠心力Ｐ２は鉛直上成分と水平左成分に分け
られるが、両者の鉛直方向の成分は相殺され、水平左成
分の力が作用する。その後、図５（ｄ）の状態に至るま
では、遠心力Ｐ１は鉛直下成分と水平右成分に分けら
れ、遠心力Ｐ２は鉛直上成分と水平右成分に分けられる
が両者の鉛直方向の成分は相殺されるため、水平右成分
の力が作用する。そして、図５（ａ）の状態に至るまで
は、遠心力Ｐ１は鉛直上成分と水平右成分に分けられ、
遠心力Ｐ２は鉛直下成分と水平右成分に分けられるが、
両者の鉛直方向の成分は相殺されるため、水平右成分の
力が作用する。

【００１９】このように、第１おもり４３及び第２おも
り４４が逆方向に回転することにより、起振機３０の振
動発生部３２は模型ＰＣまくらぎ１３に対してまくらぎ
前後方向に周期的に動荷重を加え、この模型ＰＣまくら
ぎ１３をまくらぎ前後方向に振動させる。なお、おもり
の回転速度を変化させれば、振動の周波数と動荷重の両
方が変化し、また、回転軸からおもりまでの距離を変化
させれば、動荷重が変化する。

【００２０】本実施形態では、実物換算で、静荷重２０
ｋＮ、周波数２５〜５５Ｈｚ、動荷重１２．５〜３７．
５ｋＮの範囲で実験を行った。その結果、いずれの場合
も、模型ＰＣまくらぎ１３の周囲の模型バラスト１１は
内部摩擦力が減じられ、流動粒体の力学特性を持つよう
になり、このようにして流動・液化状態になった模型バ
ラスト１１内を模型ＰＣまくらぎ１３が沈下していっ
た。このように模型ＰＣまくらぎ１３の周囲の模型バラ
スト１１が流動粒体の力学特性を持つに至ったのは、鉛
直下向きの静荷重Ｓを加えた状態で模型ＰＣまくらぎ１
３の前後方向に周期的に動荷重Ｄを加えて模型ＰＣまく
らぎ１３を振動させることにより、模型ＰＣまくらぎ１
３の長手方向の側面がその周囲の模型バラスト１１に対
してまくらぎ前後方向の振動を与えると共に、模型ＰＣ
まくらぎ１３の下面がまくらぎ直下の模型バラスト１１
に対して剪断方向の振動を与えたことによると考えられ
る。

【００２１】本実施形態の代表例として、静荷重約２０
ｋＮ、周波数３５Ｈｚ、動荷重約４７ｋＮとしたときを
取り上げ、そのときの時間と沈下量を表すグラフを図６
に示した。この図６から明らかなように、左右両側でほ
ぼ同じ沈下量であり、振動を付与してから８０秒後のま
くらぎ沈下量は約４ｍｍ（実物換算で約２．８ｃｍ）で
あった。また、グラフ上の曲線には上下のブレがほとん
どないことから明らかなように、模型ＰＣまくらぎ１３
の挙動は終始安定していた。

【００２２】これに対して、比較形態として、模型ＰＣ
まくらぎ１３に対して、鉛直下向きの静荷重を加えた状
態でまくらぎ上下方向に動荷重を加えて模型ＰＣまくら
ぎ１３を振動させる方法を試みた。具体的には、静荷重
約２０ｋＮ、周波数４１Ｈｚ、動荷重約３２．５ｋＮと
したときを取り上げ、そのときの時間と沈下量を表すグ
ラフを図７に示した。図７から明らかなように、振動を
付与してから８０秒後のまくらぎ沈下量は約２．５ｍｍ
（実物換算で約１．８ｃｍ）であり、本実施形態に比べ
て６割程度しか沈下しなかった。また、グラフ上の曲線
には上下のブレが大きく記録されていることから明らか
なように、模型ＰＣまくらぎ１３の挙動は終始不安定
で、上下振動による負荷が絶えず加えられ、これによる
損傷がみられた。

【００２３】別の比較形態として、模型ＰＣまくらぎ１
３に対して、鉛直下向きの静荷重を加えた状態でまくら
ぎ長手方向に周期的に動荷重を加えて模型ＰＣまくらぎ
１３を振動させる方法も考えられる。しかし、まくらぎ
長手方向に振動した場合には、模型ＰＣまくらぎ１３の
端部の側面がその周囲の模型バラスト１１に対してまく
らぎ長手方向の振動を与え、また、模型ＰＣまくらぎ１
３の下面がまくらぎ直下の模型バラスト１１に対して剪
断方向の振動を与えるものの、上記実施形態に比べて振
動が付与される模型バラスト１１の範囲は狭い。このた
め、上記実施形態に比べてまくらぎ端の狭い範囲の模型
バラスト１１が流動粒体の力学特性を持つに過ぎず、本
実施形態に比べて沈下しにくい。

【００２４】以上のように、レールから解放されたまく
らぎに対して本実施形態のまくらぎ振動沈下方法によれ
ば、すでに所定の道床厚を超過した箇所で、バラストを
補充したり掻き出したりしなくてもレール面のレベル合
わせができる。つまり、本実施形態のまくらぎ振動沈下
方法を適用してレール面の高いところを低いところに合
わせるようにすれば、レール面の低いところを高いとこ
ろに合わせるようにバラストを補充してこう上を行うと
いう作業を何度も行うことにより道床厚が増大してい
き、ついには橋梁区間等において死荷重が設計値を越え
そうになることを防ぎ、バラストを補充することなくレ
ベリングすることができる。

【００２５】また、本実施形態のまくらぎ振動沈下方法
を適用してレール面の高いところを低いところに合わせ
るようにすれば、レール面の低いところを高いところに
合わせるようにバラストを補充して上げ越しを行うとい
う作業を何度も行うことにより道床厚が増大していき、
ついにはトンネル等において列車が建築限界に達するこ
とを防ぎ、バラストを掻き出すことなくレベリングする
ことができる。

【００２６】更に、起振機の上方から鉛直下向きに加圧
して起振機を介してまくらぎに静荷重を加えているた
め、起振機によりまくらぎをその前後方向に振動させる
際に振動中心が時間の経過に伴ってずれることがない。
このため、まくらぎは当初の姿勢を保ったままバラスト
に沈んでいき、位置精度よくまくらぎを沈下させことが
できる。

【００２７】更にまた、まくらぎの左右両側のレール位
置に対して、静荷重及び動荷重を加えるため、まくらぎ
の一箇所にて静荷重及び動荷重を加える場合に比べて、
まくらぎのほぼ全体に静荷重及び動荷重を加えることに
なり、位置精度よくまくらぎを沈下させることができ
る。

【００２８】尚、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、図８（ａ）に示すよう
に、鉛直下向きの静荷重Ｓを加えた状態で模型ＰＣまく
らぎ１３の前後方向に周期的に動荷重Ｄを加えて模型Ｐ
Ｃまくらぎ１３を振動させたが、図８（ｂ）に示すよう
に、鉛直下向きの静荷重Ｓを加えた状態で模型ＰＣまく
らぎ１３の前後方向と共に上下方向にも周期的に動荷重
Ｄを加えてもよい。この場合、まくらぎの周囲のバラス
トが流動粒体の力学特性を有するようになるという現象
がより起こりやすくなるため好ましい。

【００２９】また、実際の線路ではバラストの固結の程
度が相当大きい場合があり、本発明のまくらぎ振動沈下
方法を適用してもまくらぎが容易に沈下しないおそれが
ある。このようなときには、バラストの固結を緩める作
業（緩解という）を行った後、本発明のまくらぎ振動沈
下方法を適用することが好ましい。なお、緩解作業は、
例えばマルチプルタイタンパの二本のアームにつきその
先端を内側に屈曲させて片仮名の「レ」の字に形成した
ものを用いて、これをバラストに差し込み、バラストの
締め固めを緩めればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】模型道床に模型ＰＣまくらぎを敷設したとき
の斜視図である。

【図２】マルチプルタイタンパによる締め固めの説明
図である。

【図３】起振機を設置したときの側面図である。

【図４】起振機を設置したときの正面図である。

【図５】起振機の振動発生部の動作説明図である。

【図６】本実施形態の時間と沈下量を表すグラフであ
る。

【図７】比較形態の時間と沈下量を表すグラフであ
る。

【図８】静荷重と動荷重を表す説明図であり、（ａ）
は本実施形態、（ｂ）は別の実施形態を表す。

【符号の説明】

１０・・・ケース、１１・・・模型バラスト、１２・・
・模型道床、１３・・・模型ＰＣまくらぎ、２０・・・
マルチプルタイタンパ、３０・・・起振機、３１・・・
まくらぎ保持部、３２・・・振動発生部、３３・・・筐
体、３４，３５・・・ガイド軸、３６・・・スライダ、
３７，３８・・・コイルスプリング、３９・・・エアシ
リンダ、４１・・・第１回転軸、４２・・・第２回転
軸、４３・・・第１おもり、４４・・・第２おもり。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長戸博愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者佐藤吉彦千葉県千葉市稲毛区黒砂台１丁目11番８号Ｆターム(参考） 2D057 AA03 AB22 BA11 BA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】道床に敷設されたまくらぎに対して、鉛
直下向きの静荷重を加えた状態でまくらぎ前後方向に周
期的に動荷重を加えて前記まくらぎを振動させることに
より、前記まくらぎを沈下させることを特徴とするまく
らぎ振動沈下方法。
【請求項２】道床に敷設されたまくらぎに対して、そ
のまくらぎの上面に起振機をセットし、アクチュエータ
により前記起振機の上方から鉛直下向きに加圧して前記
起振機を介して前記まくらぎに静荷重を加え、その状態
で前記起振機によりまくらぎ前後方向に周期的に動荷重
を加えて前記まくらぎを振動させることにより、前記ま
くらぎを沈下させることを特徴とする請求項１記載のま
くらぎ振動沈下方法。
【請求項３】前記まくらぎの左右両側に対して、前記
静荷重及び前記動荷重を加えることを特徴とする請求項
１又は２記載のまくらぎ振動沈下方法。
【請求項４】前記静荷重及び前記動荷重はいずれも１
０ｋＮ以上であり、前記動荷重を加えたときの振動の周
波数は２５Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項１〜
３のいずれかに記載のまくらぎ振動沈下方法。
【請求項５】前記まくらぎに動荷重を加える際、まく
らぎ前後方向と共にまくらぎ上下方向にも周期的に動荷
重を加えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載のまくらぎ振動沈下方法。