JP3829044B2 - 鉄道マクラギの支持力補強構造及び支持力補強方法 - Google Patents

Description

【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た、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）ことは、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。

Claims (6)

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た、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。
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。
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。
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。
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。
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。

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