JP4422174B2

JP4422174B2 - 落石監視装置

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Publication number: JP4422174B2
Application number: JP2007176267A
Authority: JP
Inventors: 誠島村; 修鈴木; 滋岸; 正人村上
Original assignee: Nippon Koei Co Ltd; East Japan Railway Co
Current assignee: Nippon Koei Co Ltd; East Japan Railway Co
Priority date: 2007-07-04
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2027-07-04
Also published as: JP2009013657A

Description

本発明は、主に、鉄道線路に沿って設置され、列車の安全運行に支障をきたすような落石を広範囲で、かつ、可能な限り安価な装置で、確実に検知して報知するようにした落石監視装置に関するものである。

（１）特許文献１には、光ファイバを用いた落石検知システムが記載されている。このシステムは、落石監視対象区間毎に鋼線被覆光ファイバをコンクリートで埋設し、これら区間毎のセンサ用光ファイバを順次接続して光ファイバ系を構成し、この光ファイバ系を伝播する光の偏光状態を解析して落石の有無及び落石区間を解析処理部で判定しようとするものである。
（２）特許文献２には、支持柱内の水銀スイッチを用いて落石、土砂崩壊、地すべりを検知し、表示する装置が記載されている。この装置は、数メートル間隔で支持柱を建て、その間に金網の検知柵を取り付け、支持柱には、水銀スイッチを内蔵させ、各水銀スイッチを電線で直列に接続し、落石等により支持柱が傾斜すると水銀スイッチがオフし、抵抗が回路中に挿入されるので、電線を介して管理所の警報ランプを点灯するようにしたものである。

特開２０００−１８０２１９号公報特公昭５１−２６７２１号公報

特許文献１に記載の光ファイバを用いた落石検知システムにおける問題点は、次のとおりである。
光ファイバで直接落石を検出するものであるから、光ファイバは鋼線で被覆し、落石監視対象区間毎にコンクリートで埋設しなければならない。落石の有無及び落石区間は、光ファイバ系を伝播する光の偏光状態を解析して判定するための解析処理部を必要とする。したがって、装置の施工が面倒で、かつ、高価になり、数ｋｍなどの広範囲に設置するのに多大な費用がかかる。また、落石による衝撃を検知するものであるから、落石が大きくても衝撃が少なければ小さな落石やわずかな落石と判定したり、小さな落石でも衝撃が大きいと大きな災害として検知したりしてしまうなど、落石の大小を必ずしも正確に判定することができない。そのため、列車の運行に支障があるような落石かどうかの判定ができない。

特許文献２に記載の支持柱の内部に水銀スイッチを内蔵した装置における問題点は、次のとおりである。
数ｍ間隔のすべての支持柱の中に水銀スイッチを内蔵させ、各支持柱の間には、金網の検知柵を取り付けるものであるから、全体の装置が高価になるだけでなく、現場での施工に費用がかかり、また、可動部としての多数の水銀スイッチを順次接続するものであるから、１個でも故障すると全体が誤作動する恐れがあり、さらに、金網の検知柵で落石のみならず、地すべり、雪崩など列車の運行に支障のない小さな物体も必要以上に検知する恐れがある。さらに、水銀スイッチは、破壊すると公害の恐れがある。

本発明の目的は、次の通りである。
（１）鉄道線路に沿って数ｋｍにわたって安価に設置可能なこと。
（２）豪雪地帯で使用しても積雪による誤動作がないこと。
（３）列車の運行に支障をきたすような大きさの落石（例えば直径５０cm以上）にのみ確実に検知すること。
（４）長期間にわたって安定した動作が可能なこと。

本発明の落石監視装置は、落石監視区間に順次設置した複数組の親機用センサユニットと、これらの親機用センサユニットからの落石検知信号を入力して警報信号を出力する親機と、落石監視区間に順次設置した複数組の子機用センサユニットと、これらの子機用センサユニットからの落石検知信号を入力して警報信号を出力する１以上の子機と、この子機からの落石信号を前記親機に伝送する光ファイバとを具備し、前記親機用と子機用の一組のセンサユニットは、落石検知柵群と、この落石検知柵群の両端部に位置してそれぞれ設置された端部支柱と、この端部支柱のいずれか一方に取り付けられたセンサボックスとからなり、前記落石検知柵群は、前記端部支柱の間に所定間隔で立設した柵支柱にて取り付けられ、落石検知柵群の上部に、この落石検知柵群の傾きにより引き込まれるセンサワイヤを摺動自在に取り付け、このセンサワイヤの一端部を、前記センサボックスにスイッチ作動用として連結し、他端部を前記他方の端部支柱に固着してなり、前記親機と前記センサボックス内のスイッチとの間をメタル伝送ケーブルにより順次直列に接続したことを特徴とする。

一組のセンサユニットは、７０〜１００ｍの監視範囲を有し、このセンサユニットを１５〜１０組配置して約１０００ｍの監視範囲としたものを１単位とし、２単位を親機に接続して約２０００ｍの監視範囲としたものと、同様に、１単位を子機に接続して約１０００ｍの監視範囲としたものを２組配置することにより約４０００ｍの監視ができる。

請求項１記載の発明によれば、落石監視区間に順次設置した複数組のセンサユニットと、これらのセンサユニットからの落石検知信号を入力して警報信号を出力する親機を具備し、前記一組のセンサユニットは、落石検知柵群と、この落石検知柵群の両端部に位置し、かつ、この落石検知柵群との間に隙間をもってそれぞれ個別の基礎コンクリートによって地盤に設置された端部支柱と、この端部支柱のいずれか一方に取り付けられたセンサボックスとからなり、前記落石検知柵群は、前記端部支柱の間に所定間隔でそれぞれ個別の基礎コンクリートによって地盤に立設した柵支柱にて横枠と縦枠との枠組みによって金網を張りつけたフェンスを支持してなり、前記落石検知柵群の上部の横枠に、この落石検知柵群の倒壊による傾きにより引き込まれるセンサワイヤを摺動自在に取り付け、このセンサワイヤの一端部を、落石の設定以上の衝撃によって前記横枠が設定された角度以上に傾いて前記スイッチが作動するまでのあそびとして機能せしめた余長部を介在し、かつ、前記センサワイヤにテンションを付与することなく前記センサボックスにスイッチ作動用として連結し、他端部を前記他方の端部支柱に固着してなり、前記親機と前記センサボックス内のスイッチとの間をメタル伝送ケーブルにより順次直列に接続したので、以下の効果を有する。
(１)数ｋｍにも及ぶ鉄道線路用など、広範囲の落石監視装置を安価に提供できる。
(２)落石検知柵群の上部にセンサワイヤを摺動自在に取り付けたので、豪雪地帯で使用しても積雪による誤動作がない。
(３)所定以上の大きさの落石で落石検知柵群が破壊するようにして、必要以上に感度を上げないことで、長期間にわたって安定した動作が可能である。
(４)端部支柱を落石検知柵群の両端部に位置させ、かつ、この落石検知柵群との間に隙間をもって設置したこと、端部支柱とその間の柵支柱をすべて個別の基礎コンクリートで地盤に設置したこと、センサワイヤは、落石の設定以上の衝撃によって前記横枠が設定された角度以上に傾くまで前記スイッチが作動するためのあそびとして機能せしめた余長部を介在し、かつ、テンションを付与していないことにより、設定値以下の落石が落石検知柵群に衝突しても設定角度以上の傾きが生じなければ、センサワイヤは、余長部を十分に引き出さず、スイッチはオフすることがない。
(５)落石１０が設定値以上の衝撃のときは、落石検知柵群に衝突して設定角度以上の傾きが生じ、センサワイヤは、センサボックスを作動するのに十分な引き出し量となる。
(６)両端の端部支柱とこれら端部支柱の間に所定間隔で立設した落石検知柵群の柵支柱は、それぞれ個別の基礎コンクリートによって地盤に設置するようにしたので、設置工事と改修工事がより簡単になる。

請求項２記載の発明によれば、落石監視区間に順次設置した複数組の親機用センサユニットと、これらの親機用センサユニットからの落石検知信号を入力して警報信号を出力する親機と、落石監視区間に順次設置した複数組の子機用センサユニットと、これらの子機用センサユニットからの落石検知信号を入力して警報信号を出力する１以上の子機と、この子機からの落石信号を前記親機に伝送する光ファイバとを具備し、前記親機用と子機用の一組のセンサユニットは、落石検知柵群と、この落石検知柵群の両端部に位置し、かつ、この落石検知柵群との間に隙間をもってそれぞれ個別の基礎コンクリートによって地盤に設置された端部支柱と、この端部支柱のいずれか一方に取り付けられたセンサボックスとからなり、前記落石検知柵群は、前記端部支柱の間に所定間隔でそれぞれ個別の基礎コンクリートによって地盤に立設した柵支柱にて横枠と縦枠との枠組みによって金網を張りつけたフェンスを支持してなり、前記落石検知柵群の上部の横枠に、この落石検知柵群の倒壊による傾きにより引き込まれるセンサワイヤを摺動自在に取り付け、このセンサワイヤの一端部を、落石の設定以上の衝撃によって前記横枠が設定された角度以上に傾いて前記スイッチが作動するまでのあそびとして機能せしめた余長部を介在し、かつ、前記センサワイヤにテンションを付与することなく前記センサボックスにスイッチ作動用として連結し、他端部を前記他方の端部支柱に固着してなり、前記親機と前記センサボックス内のスイッチとの間をメタル伝送ケーブルにより順次直列に接続したので、請求項１による作用効果の他、親機に子機を接続することで、さらに広範囲の落石監視装置を安価に提供できる。

請求項３記載の発明によれば、余長部の長さの設定は、落石検知柵群の落石による倒壊量と、センサワイヤの線膨張量と、施工時のセンサワイヤの弛み量により設定するようにしたので、落石による落石検知柵群の倒壊以外の要因による誤動作が少なくなる。

請求項４記載の発明によれば、落石検知柵群と端部支柱の間の隙間は、設定された検知すべき落石の直径以下としたので、設定値以下の小さな落石が端部支柱と落石検知柵群の間をすり抜けても列車の運行にはほとんど支障がなく、かつ、人力でその落石を排除できる。

請求項５記載の発明によれば、一組のセンサユニットは、７０〜１００ｍの監視範囲を有し、このセンサユニットを１５〜１０組配置して約１０００ｍの監視範囲としたものを１単位とし、２単位を親機に接続して約２０００ｍの監視範囲としたものと、同様に、１単位を子機に接続して約１０００ｍの監視範囲としたものとを配置することにより、約３０００ｍの監視ができる。

請求項６記載の発明によれば、一組のセンサユニットは、７０〜１００ｍの監視範囲を有し、このセンサユニットを１５〜１０組配置して約１０００ｍの監視範囲としたものを１単位とし、２単位を親機に接続して約２０００ｍの監視範囲としたものと、同様に、１単位を子機に接続して約１０００ｍの監視範囲としたものを２組配置することにより、約４０００ｍの監視ができる。

請求項７記載の発明によれば、基礎コンクリートのうちのいずれかの基礎コンクリートにおける落石移動方向に直交する面に、受圧板を配置して地盤に設置するようにしたので、基礎コンクリートに取り付けられた受圧板によって、基礎前面の受働土圧が確実に基礎コンクリートに伝達される。

本発明の落石監視装置は、落石監視区間に順次設置した複数組の親機用センサユニットと、これらの親機用センサユニットからの落石検知信号を入力して警報信号を出力する親機と、落石監視区間に順次設置した複数組の子機用センサユニットと、これらの子機用センサユニットからの落石検知信号を入力して警報信号を出力する１以上の子機と、この子機からの落石信号を前記親機に伝送する光ファイバとを具備し、前記親機用と子機用の一組のセンサユニットは、落石検知柵群と、この落石検知柵群の両端部に位置し、かつ、この落石検知柵群との間に隙間をもってそれぞれ個別の基礎コンクリートによって地盤に設置された端部支柱と、この端部支柱のいずれか一方に取り付けられたセンサボックスとからなり、前記落石検知柵群は、前記端部支柱の間に所定間隔でそれぞれ個別の基礎コンクリートによって地盤に立設した柵支柱にて横枠と縦枠との枠組みによって金網を張りつけたフェンスを支持してなり、前記落石検知柵群の上部の横枠に、この落石検知柵群の倒壊による傾きにより引き込まれるセンサワイヤを摺動自在に取り付け、このセンサワイヤの一端部を、落石の設定以上の衝撃によって前記横枠が設定された角度以上に傾いて前記スイッチが作動するまでのあそびとして機能せしめた余長部を介在し、かつ、前記センサワイヤにテンションを付与することなく前記センサボックスにスイッチ作動用として連結し、他端部を前記他方の端部支柱に固着してなり、前記親機と前記センサボックス内のスイッチとの間をメタル伝送ケーブルにより順次直列に接続したことを特徴とする。

一組のセンサユニットは、７０〜１００ｍの監視範囲を有し、このセンサユニットを１５〜１０組配置して約１０００ｍの監視範囲としたものを１単位とし、２単位を親機に接続して約２０００ｍの監視範囲としたものと、同様に、１単位を子機に接続して約１０００ｍの監視範囲としたものを２組配置して約４０００ｍの監視範囲とする。

両端の端部支柱とこれら端部支柱の間に所定間隔で立設した落石検知柵群の柵支柱は、それぞれ個別の基礎コンクリートによって地盤に設置するとともに、これらの基礎コンクリートのうちのいずれかの基礎コンクリートにおける落石移動方向に直交する面に、受圧板を配置して地盤に設置する。

図面に基づき具体的実施例を説明する。
図４及び図５において、３４は、鉄道駅舎、集中管理所などに設置される親機である。２８（２８ａ，２８ｂ，〜２８ｎ）は、落石監視区間に順次設置されるセンサユニットで、複数組が連続して設置される。
前記センサユニット２８の一組の構成は、落石検知柵群１３と、この落石検知柵群１３の両端部に位置してそれぞれ設置された端部支柱１２，１２と、この端部支柱１２のいずれか一方に取り付けられたセンサボックス１７とからなる。
前記落石検知柵群１３は、１組の長さが７０〜１００ｍ程度で、この落石検知柵群１３の端部のセンサボックス１７と前記親機３４の間は、メタル伝送ケーブル３７で接続される。
前記センサユニット２８は、図６（ｄ）に示すように、鉄道線路の盛土５８と落石１０の恐れのある斜面１１との間に沿って左右にそれぞれ複数組のセンサユニット２８ａ，２８ｂ〜２８ｎが設置される。こられ複数組のセンサユニット２８ａ，２８ｂ〜２８ｎのセンサボックス１７ａ，１７ｂ〜１７ｎは、図４に示すように、直列に順次連結し、図５に示すように、左右にそれぞれ１０００ｍずつの監視範囲を持つように構成される。

また、図５において、前記親機３４の１０００ｍ先には、第１の子機３５が設置され、電源供給用電源ケーブル３９と検知信号等を親機３４に伝送する光ファイバケーブル３８により接続され、この第１の子機３５のさらに１０００ｍ先には、第２の子機３５が同様に電源ケーブル３９と光ファイバケーブル３８により接続されて設置される。これらの第１、第２の子機３５にも、前記同様片側に１０００ｍの監視範囲を持つように複数組（１０〜１５組）のセンサユニット２８を直列に連結して設置され、メタル伝送ケーブル３７によりそれぞれのセンサボックス１７に直接接続される。この結果、１つのシステムで、鉄道線路の監視範囲が最大４０００ｍとなっている。ここで、例えば、１組のセンサユニット２８の長さを１００ｍとすると、１０組で１つの監視範囲とし、７０ｍとすると、１４組のセンサユニット２８で１つの監視範囲としている。
なお、監視範囲の単位長さは、必ずしも１０００ｍに限られるものではなく、それ以上でもそれ以下であってもよい。

前記センサユニット２８をさらに詳しく説明する。
図４において、一組のセンサユニット２８の長さが１００ｍとすると、１００ｍの間隔をおいた両端に、堅固な２本の端部支柱１２が基礎コンクリート１５ａ，１５ａによって垂直に立設され、この端部支柱１２ａ，１２ｂの間に落石検知柵群１３の柵支柱１４が基礎コンクリート１５ｂによって垂直に立設されて１組のセンサユニット２８が形成される。図１に示す落石検知柵群１３は、柵支柱１４が太い豪雪用で、図８に示す落石検知柵群１３は、柵支柱１４がやや細い少雪用又は無雪用である。図４では、１０〜１４組のセンサユニット２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、…２８ｎが直列に設置されて１単位で１０００ｍの監視範囲が構成されている。

前記端部支柱１２と落石検知柵群１３をさらに詳しく説明する。
図１において、前記端部支柱１２は、十分大きな落石１０があっても倒れることのないような１５０×１５０ｍｍ程度のＩ型鉄鋼材などからなり、地上高さを下記の理由により少なくとも２．２ｍとし、地中には５５０ｍｍ程度が埋まるように縦、横、高さが３５０×３５０×６５０ｍｍ程度の基礎コンクリート１５ａで固定する。この基礎コンクリート１５ａにおける落石１０の移動方向に直交する２面に縦、横が６５０×６００ｍｍ程度の受圧板５４ａが取り付けられる。
前記端部支柱１２のうち、一方端の端部支柱１２には、上端部にセンサボックス１７が固着され、他方端の端部支柱１２の上端部にセンサワイヤ１８がターンバックル５５を介して固定的に取り付けられる。このセンサワイヤ１８は、図３に示すように、防護用ＰＦ管１９に移動自在に収納保護されている。

前記豪雪用の落石検知柵群１３を図１に基づき説明する。
この落石検知柵群１３は、上下の横枠５０と縦の縦枠５１との枠組みに金網５２を張り付けた高さが約２１００ｍｍのフェンスであり、この落石検知柵群１３は、１５００〜２０００ｍｍ間隔で垂直に立設された柵支柱１４の前記上下の横枠５０にＵボルト５３にて固定的に取り付けられる。前記柵支柱１４は、地上高さを２１５０ｍｍ程度とし、地中には５００ｍｍ程度が埋まるように縦、横、高さが３５０×３５０×６００ｍｍ程度の基礎コンクリート１５bで固定する。この基礎コンクリート１５ｂの１つおきに、落石１０の移動方向に直交し、かつ、線路側に面した１面に縦、横が６００×６００ｍｍ程度の受圧板５４ｂが取り付けられる。
柵支柱１４の間隔は、落石検知柵群１３や柵支柱１４の強度、積雪量、予想される落石の大きさ、斜面１１の勾配などによって設定される。

前記基礎コンクリート１５ａ，１５ｂに取り付けられた受圧板５４ａ，５４ｂは、基礎前面の受働土圧が確実に基礎コンクリート１５ａ，１５ｂに伝達されるようにするためのもので、図６（ｄ）に示すように、基礎底面の処理は、次のように行われる。
・基礎底面地盤が砂質土又は粘性土の場合は、砕石を敷き均し、十分に締め固める。
ただし、基礎底面地盤が礫質土の場合には砕石は不要とする。
・基礎底面地盤が岩盤の場合には、不陸整正のみ行う。
埋め戻しの処理は、次のように行われる。
・基礎前面側及び背面側の埋め戻し土５７は、十分に締め固める。
・図６（ｄ）に示すように、斜面１１に設置される場合には、背面側掘削勾配を主働崩壊角φ５６より緩い勾配とし、基礎天端面で水平に埋め戻す。
前記受圧板５４ａ，５４ｂは、施工時にずれや隙間が生じないように、接着剤等を用いて基礎コンクリート１５ａ，１５ｂに密着させて設置する。

以上のようにして柵支柱１４に落石検知柵群１３を取り付けた後、内部にセンサワイヤ１８を通した防護用ＰＦ管１９を上部の横枠５０に沿わせてらせんタイ４９で移動自在に支持する。センサワイヤ１８の一端部は、図３に示すように、センサボックス１７内の動作ワイヤ５９と連結部６１で連結し、他端部は、他方の端部支柱１２にターンバックル５５を介して固定的に連結する。

前記センサボックス１７は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、外部ハウジング４５が端部支柱１２の上端部に取り付け具３２にて固定的に取り付けられている。前記外部ハウジング４５の内部には、雨水の侵入を防止するために内部ハウジング４６が設けられて二重構造となっている。この内部ハウジング４６の内部に、スイッチ２６，避雷器用端子箱６８，ばね２４、ばね６３が取り付けられている。前記避雷器用端子箱６８に接続されたリード線３０は、前記スイッチ２６に接続され、また外部ハウジング４５に設けた端子箱６０に接続されている。
前記ばね２４の一端部は、ばね取り付け具２５に固定的に取り付けられ、他端部にはヒューズ６５とワイヤクリップ６４が取り付けられた動作ワイヤ５９が連結されている。前記スイッチ２６を進退するアクチュエータ２７の外側に突出している部分が貫通部６７を貫通して動作ワイヤ５９に移動自在に遊嵌し、このアクチュエータ２７は、弱目のばね６３によって常時引き込まれてアクチュエータ２７がスイッチ２６内に押し込まれている。また、貫通部６７とワイヤクリップ６４の距離は、所定の動作しきい値６６となるようにワイヤクリップ６４が調整自在に取り付けられる。

前記ヒューズ６５は、銅線などからなり、動作ワイヤ５９が異状に引き出されて内部ハウジング４６内のスイッチ２６等が破壊するのを防止するためのものである。
前記内部ハウジング４６内の動作ワイヤ５９は、ケーブルグラント４３を通って外部ハウジング４５のボックスコネクタ４４内の連結部６１でセンサワイヤ１８と連結される。この連結部６１は、センサワイヤ１８に異常なストレスがかかったときに切断してセンサボックス１７内が破壊されるのを防止する。
前記動作ワイヤ５９には、余長部２３が設けられており、落石検知柵群１３が落石１０によって設定された角度、例えば３０度以上押し倒されたときにスイッチ２６が作動するための遊びである。

前記落石検知柵群１３の要求機能は、次の通りとする。
（１）基本事項
基本事項は、落石１０が発生したことを検知すること。すなわち、落石検知柵群１３が倒壊して落石１０が限界内に入ってもよいが、早期に鉄道の運行を再開できること、である。そのためには、
・人力で片付けられる程度の大きさの落石１０は、落石検知柵群１３内に入ってもよい。
・落石１０が列車に当たっても運行に支障のない程度の損傷に留まるものは許容する。
本発明装置では、上記許容範囲を超えるものとして、直径５０ｃｍ以上の落石１０を対象とする。ただし、落石１０は、形状、比重、落石速度などにより衝撃力が異なるので、直径５０ｃｍ以下であっても本発明装置は動作することが考えられ、落石１０の大きさは、単なる目安とする。

（２）落石検知柵群１３の要求機能
１）落石を受けたら落石検知柵群１３が変形又は崩壊し、落石監視システムが作動すること。
・センサボックス１７が作動するための落石検知柵群１３に求められる条件は、落石検知柵群１３が所定以上の落石１０で変形するか倒壊すること。すなわち、δ＞δｒｅｑ（δｒｅｑ＝センサボックス１７が作動するセンサワイヤ１８の伸び量に対する落石検知柵群１３の変形量）を満足すること。
・落石１０を受ける部材が落石衝撃力を落石検知柵群１３に伝達し、センサワイヤ１８が取り付けられている横枠５０が変形又は崩壊すること。
２）積雪地域に設置される落石検知柵群１３は、積雪（斜面雪圧）に対して作動しないこと。
・斜面雪圧による落石検知柵群１３の発生応力σ≦支柱部材の許容応力度σａを満足すること。
３）落石以外（動物、人間、風等）に対して作動しないこと。
・直径５０ｃｍ未満の落石１０であっても落石検知柵群１３が変形又は倒壊すればセンサボックス１７のスイッチ２６は作動する。
・基礎コンクリート１５の変形（回転、滑動、沈下）によっても落石検知柵群１３に変形が及びセンサボックス１７のスイッチ２６は作動する。

各部の設計条件は、次の通りとする。
（１）落石諸元
・落石径は、列車に当たっても運行に支障のない程度の損傷に留まるものは許容する。この許容する目安として、５０ｃｍ未満の落石１０を想定する。
・飛躍高
落石１０の飛躍高は、後述する理由から２ｍ（斜面に直角方向）とする。
（２）積雪条件
設計積雪深：Ｈ＝２ｍとする。
積雪の密度：γｓ＝３．５ＫＮｍ^３
（３）使用材料
・端部支柱１２を構成する鋼材
材質ＳＳ４００基本強度＝２３５Ｎ／ｍｍ^２
許容応力度σａ＝１４０Ｎ／ｍｍ^２（安全率＝１．７）
・コンクリート
設計基準強度σｃｋ＝Ｎ／ｍｍ^２
（４）基礎構造
許容支持力Ｑａ＝１００ＫＮ／ｍ^２

前記端部支柱１２と落石検知柵群１３の地上高さを２ｍとしたのは、次の理由による。
落石の飛躍量は、日本道路協会が平成１２年６月に発行した落石対策便覧によれば、次の通りである。
落石現象を巨視的にみると、平面的軌跡は斜面の最大勾配に沿って等高線に直角方向に落下するが、斜面の横断面内では図２（ａ）に示すような跳躍をしながら落下するという挙動を示す。したがって、落石防護工の設計外力の作用位置としては、同図に示す軌跡の高さとして最大跳躍量ｈをとればよいこととなる。
既往の実験結果によれば、最大跳躍量ｈは一般的な斜面形状の場合には落石の形状によらず、ほとんど２ｍ以下であるが、斜面に突起があるとこれを超えることが図２（ｂ）に示されている。
この図２（ａ）及び（ｂ）において、斜面は凹凸のある植生のないところで、かつ、斜面角度θは４０度と５５度で実験した。落石１０は、塊状で直径ｄが３０ｃｍ，５０ｃｍ，７０ｃｍの３種類とした。実験結果では、最大跳躍量ｈは２ｍを超えるものも少なからず観察され、また、最大跳躍量ｈは斜面角度θが大きい方がやや大きくなる傾向にあるが、落石１０の直径の大小にはほとんど関係なく、さらに、落下高さＨが３０ｍ以上であっても３０ｍのとき最大跳躍量ｈが約２ｍに収束し、総落石数の８０〜８５％は２ｍ以下の跳躍量となることが報告されている。図２（ｂ）において、２ｍを大幅に超えた点線枠で囲まれたデータは、斜面途中の突起に衝突して飛躍したものである。

検知すべき落石１０の直径ｄは、列車に当たっても運行に支障のない程度の損傷に留まるものは許容することとし、その許容する目安として５０ｃｍ未満の落石を想定している。
積雪条件は２ｍとしている。積雪は２ｍ以上になることは十分予測されるが、２ｍ以上の上層では密度が低く、センサワイヤ１８に影響を与えるのは時間とともに密度が高くなる下層であることによる。積雪密度はγｓ＝３．５ＫＮｍ^３とした。

前述のように、センサボックス１７が作動するための落石検知柵群１３に求められる条件は、落石検知柵群１３が所定以上の大きさの落石１０で変形するか倒壊すること。すなわち、δ＞δｒｅｑ（δｒｅｑ＝センサボックス１７が作動するセンサワイヤ１８の伸び量に対する落石検知柵群１３の変形量）を満足すること。この条件を満足するため、実施例では、落石検知柵群１３は、図６（ｄ）に示すように、直径５０ｃｍの落石１０を受けたとき、倒壊角度θが１５度程度傾くような強度に設定している。

前記センサワイヤ１８の余長部２３は、任意に設定することができる。このセンサワイヤ１８の余長部２３を調節することにより、落石検知柵群１３の倒壊量とセンサボックス１７の動作範囲の設定を行うことが可能となる。この余長部２３の設定に関しては、落石検知柵群１３の倒壊量の定義の他に想定される誤動作要因もパラメータとして加味する必要がある。
このセンサワイヤ１８の余長部２３の設定項目は、以下の３項目となる。
（ａ）落石検知柵群１３の倒壊量
落石検知柵群１３の倒壊量は、「落石対策便覧の許容最大変位量及び可能吸収エネルギー」に定義される「落石検知柵群１３の許容最大変位角は１５度とする」に準ずる。
落石検知柵群１３の可能吸収エネルギー（Ｅｒ）は、次式により計算される。
Ｅｒ＝Ｅ_Ｒ＋Ｅ_Ｐ＋Ｅ_Ｎ
ここに、Ｅ_Ｒ：センサワイヤ１８の吸収エネルギー
Ｅ_Ｐ：支柱の吸収エネルギー
Ｅ_Ｎ：金網の吸収エネルギー

落石検知柵群１３の高さ２．０ｍで、センサボックス１７の設置高さ及び落石検知柵群１３におけるセンサワイヤ１８の取り付け位置を１．９ｍとした場合の落石検知柵群１３の倒壊角度１５度におけるセンサワイヤ１８の伸び量は、約５０ｃｍとなる。さらに具体的には、図６（ｄ）に示すように、直径５０ｃｍ以上の落石１０によって落石検知柵群１３が約１５度傾斜したものとする。センサワイヤ１８の線膨張量と施工時のセンサワイヤ１８の弛みを無視すると、落石検知柵群１３の上端が約５１ｃｍ傾く。すると、傾斜した落石検知柵群１３と傾斜していない落石検知柵群１３との間でセンサワイヤ１８が約６５ｃｍに伸び、したがって、６５×２−８０＝５０ｃｍだけセンサワイヤ１８が伸び、センサボックス１７内の余長部２３が引き出される。

（ｂ）センサワイヤ１８の線膨張量
ステンレスワイヤの線膨張係数は以下の通りである。
２０〜２００℃（×１０^−５）
ＳＵＳ３０４＝係数１．７３
２０〜２００℃で使用した場合、２０℃から２１℃になったときのセンサワイヤ１８の長さは、
１００ｍから１００．００１７３ｍ
となり、温度が１℃上昇するたびに１．７３ｍｍ伸びる計算となる。
仕様上の動作範囲である−２０〜＋５０℃の範囲内での変位量は、以下の通りとなる。
周囲温度２０℃から５０℃に上昇したとき、＋５１．９ｍｍ
周囲温度２０℃から−２０℃に低下したとき、−６９．２ｍｍ
このうち、伸び方向に関してはスイッチ２６のアクチュエータ２７を動作する方向にならないため、対象となるのは収縮方向となる。

（ｃ）施工時のセンサワイヤ１８の弛み
ワイヤスイッチ方式は、最大１００ｍ未満に敷設することになるセンサワイヤ１８の弛みを吸収するプリテンション機能は具備しない。
施工時のワイヤ弛み量を定量化することは不可能であるが、ある程度の長さを考慮する。

ワイヤスイッチ方式の余長部２３の考え方
上述した項目をもとに、ワイヤスイッチ方式の余長部２３を定義する。
ａ）落石検知柵群１３の変位又は倒壊量は、１５度以上とする。
ｂ）センサワイヤ１８の線膨張量は、周囲温度２０℃から−２０℃に低下したときの−６９．２ｍｍとする。
ｃ）施工時のセンサワイヤ１８の弛み量は、定量化できないため、暫定的にセンサワイヤ１８の線膨張量と同量とし、それぞれをもって相殺するものとする。

ワイヤスイッチ方式の動作量定義
ａ）ワイヤスイッチ方式の動作は、１５度以上の落石検知柵群１３の倒壊とする。
ｂ）スイッチ２６のアクチュエータ２７の余長部２３は、５０ｃｍとする。
ｃ）センサワイヤ１８の線膨張量６９．２ｍｍとセンサワイヤ１８の施工時の弛み量は、相殺するものとする。
ｄ）これらの数値は、事情により変更できるものとする。

親機３４と子機３５の間の通信仕様は、以下の通りとする。
（１）通信方式は、ＴＤＭ光モデム（複数の接点情報を集約しＴＤＭ方式により光回線で伝送する方式）による光伝送方式とする。
１）名称：デジタル信号双方向光変換モジュール
２）機能構成：デジタル信号双方向光変換モジュール２台及び光ファイバを用いることにより１６点のオン・オフ信号、デジタル信号の入出力を光ファイバで双方向通信する。
３）光信号変調方式：ＴＤＭ（時分割多重変調）方式
（２）適用ケーブル
・適合ケーブル：マルチモードファイバＧＩ（５０／１２５）・（６２．５／１２５）、Ｈ−ＰＣＦ（２００／２３０）
なお、Ｈ−ＰＣＦは１０００ｍまで。
・適合コネクタ：Ｆ０１（ＦＣ）型（ＪＩＳＣ５９７０）

詳細設計
（１）仕様
本発明による装置は、列車の安全運行に支障をきたすような落石災害等を検知し、それを伝達することを目的としたセンサシステムである。
本装置は、落石災害の特性に合わせた検知器、プラットフォームにより的確に崩壊を捉え、警報を出力する。

（２）構成
本装置は、親機３４（コントロールユニット：ＣＵ）、子機３５（ターミナルユニット：ＴＵｎ）を連携するプラットフォームと、それらプラットフォームに接続するセンサボックス１７（：ＳＢｎ−ｎ）を組み合わせる落石災害等検知システムである。
親機３４は、本システムの最上位装置であり、監視エリアに１台必要とする。
子機３５は、親機３４に接続される装置であり、監視エリアの範囲によって０〜２台を接続することができる。
センサボックス１７は、親機３４に２回路（１回路につきセンサユニット２８の最大接続数１５台）、子機３５に１回路（センサユニット２８の最大接続数１５台）を直列に接続し、落石災害等を検知する機能を有する。
親機３４と子機３５の間の最大連携可能距離は１０００ｍであり、プラットフォーム（親機３４と１台の子機３５）の最大設置間隔は３０００ｍである。
センサボックス１７の最大接続距離は、１０００ｍである。落石災害等の監視範囲は、親機３４が１台の場合、最大２０００ｍ、子機３５を１台連携接続する毎に１０００ｍを延長することができる。最大監視範囲は４０００ｍである。
プラットフォームの情報伝送は、光ファイバケーブル３８を用いて行い、センサボックス１７間の情報伝送は、メタル伝送ケーブル３７を用いる。
親機３４は、警報／ワイヤスイッチ動作、短絡／故障、バッテリ動作、プラットフォーム間の通信以上を判断し、各情報を端局装置及び特殊信号発光機発光制御用接点に出力する。
プラットフォームは、補助接点３６の機能を各装置２回路ずつ実装する。

（３）特記事項
本装置は、「３００Ｖ以下の低圧機器」に該当するためＤ種設置（接地抵抗値：１００Ω以下）工事が必要であり、雷害事故を防止するため設置工事は必須である。
（４）供給電源
親機３４で受電する商用ＡＣ１００Ｖ電源を電源ケーブル３９で子機３５に給電する。親機３４と子機３５の間は、直列に接続するものとし、給電距離を考慮して２４０Ｖの昇圧送電として子機への送電の損失を可能な限り少なくする。

以上のように構成された落石検知方法を説明する。
（１）落石１０が直径５０ｃｍ以下であって、落石検知柵群１３に衝突しても１５度以上の傾きが生じなければ、センサワイヤ１８は、余長部２３を十分に引き出さず、スイッチ２６はオフすることがない。また、直径４０ｃｍ以下の小さな落石１０であって、端部支柱１２と落石検知柵群１３の間をすり抜けても列車の運行にはほとんど支障がなく、かつ、人力でその落石１０を排除できる。

（２）落石１０が直径５０ｃｍ以上のときは、落石検知柵群１３に衝突して１５度以上の傾きが生じたものとする。
ここで、図６（ａ）に示すように、落石１０が落石検知柵群１３における基礎コンクリート１５ｂに受圧板５４ｂのない箇所又はその付近に衝突したものとすると、落石検知柵群１３の柵支柱１４は、基礎コンクリート１５ｂがないので図６（d）のＬ１のように大きく傾き、その両側の柵支柱１４は、基礎コンクリート１５ｂがあるのでわずかな傾きとなる。そのため、センサワイヤ１８の弛みは隣接する３本の柵支柱１４の中で鋭角に発生する。
また、図６（ｂ）に示すように、落石１０が落石検知柵群１３における基礎コンクリート１５ｂに受圧板５４ｂのないある箇所又はその付近に衝突したものとすると、落石検知柵群１３の柵支柱１４は、基礎コンクリート１５ｂがあるので図６（d）のＬ２のように傾きがやや小さくなるが、１つおいた両側の柵支柱１４は、基礎コンクリート１５ｂがあるのでわずかな傾きとなる。そのため、センサワイヤ１８の弛みは隣接する５本の柵支柱１４の中で図６（ａ）に比較してやや鋭角さに欠けるが、センサワイヤ１８は、センサボックス１７を作動するのに十分な引き出し量となる。

センサワイヤ１８が引き出されて、連結している動作ワイヤ５９の余長部２３がなくなると、動作ワイヤ５９は、ばね２４に抗して引き出されて、ワイヤクリップ６４と貫通部６７との動作しきい値６６がなくなり、さらに動作ワイヤ５９を引き出すと、貫通部６７に連結しているアクチュエータ２４をばね６３に抗して引き出し、スイッチ２６をオフする。
なお、貫通部６７がケーブルグラント４３に密着するほど動作ワイヤ５９が引き出されると、ヒューズ６５が切断してアクチュエータ２７等の破壊を防止する。

センサユニット２８が親機３４に直結されているものであるときは、センサユニット２８ａ、２８ｂ、…２８ｎのうちのいずれのスイッチ２６がオフしても落石信号が親機３４に送られ、この親機３４から集中管理所等へ警報信号として出力される。
センサユニット２８が子機３５に連結されているものであるときは、センサユニット２８ａ、２８ｂ、…２８ｎのうちのいずれのスイッチ２６がオフしても落石信号が子機３５へ送られ、この子機３５で、光電変換して双方向の通信用光ファイバ３８で親機３４に送られ、この親機３４で電気信号に変換してから集中管理所等へ警報信号として出力される。
（３）短絡／故障の信号を検出すると、親機３４から直接、又は、子機３５から親機３４を介してその信号を出力する。
（４）バッテリ動作の異常信号を検出すると、親機３４から直接、又は、子機３５から親機３４を介してその信号を出力する。
（５）通信異常信号を検出すると、親機３４から直接、又は、子機３５から親機３４を介してその信号を出力する。
（６）補助入出力部３６（外部接点機能）に接続されている機能の説明を付加する。
（７）その他、端局４７に接続された防災システムの機能の説明を付加する。

落石検知柵群１３は、積雪が少ないか影響の少ない箇所では、図８に示すように、落石検知柵群１３を構成する太さを細い縦枠５１を柵支柱１４として使用したり、縦枠５１の間隔を広くしたりしたものであってもよい。その他の構造は、実施例１の場合と同様である。

本発明による落石監視装置の実施例１を示すもので、（ａ）は、センサユニット２８の平面図（ｂ）は、センサユニット２８の正面図である。（ａ）は、落石の軌跡の模式図である。（ｂ）は、落石の跳躍量ｈと落下高さＨの関係を示す特性図である。本発明による落石監視装置のセンサボックス１７の一実施例を示すもので、（ａ）は、内部の正面図、（ｂ）は、側面図である。本発明による落石監視装置の実施例１を示すもので、センサユニット２８を複数組連結した正面図である。本発明による落石監視装置の実施例１を示すもので、親機３４と子機３５にそれぞれセンサユニット２８を複数組連結した説明図である。（ａ）は、落石１０の衝突により落石検知柵群１３が変位した状態の一例を示す平面図である。（ｂ）は、落石１０の衝突により落石検知柵群１３が変位した状態の他の例を示す平面図である。（ｃ）は、落石１０の衝突により落石検知柵群１３が変位した状態の正面図である。（ｄ）は、落石１０の衝突により落石検知柵群１３が変位した状態の側面図である。本発明による落石監視装置の落石検知柵群１３とセンサボックス１７の接続状態を示すブロック図である。本発明による落石監視装置の実施例２を示すもので、（ａ）は、センサユニット２８の平面図（ｂ）は、センサユニット２８の正面図である。

符号の説明

１０…落石、１１…斜面、１２…端部支柱、１３…落石検知柵群、１４…柵支柱、１５…基礎コンクリート、１６…地盤、１７…センサボックス、１８…センサワイヤ、１９…防護用ＰＦ管、２３…余長部、２４…ばね、２５…ばね取り付け具、２６…スイッチ、２７…アクチュエータ、２８…センサユニット、３０…リード線、３１…導入出部、３４…親機、３５…子機、３６…補助入出力部、３７…メタル伝送ケーブル、３８…光ファイバケーブル、３９…電源ケーブル、４０…バッテリ、４１…ノイズ計測ケーブル、４２…抵抗、４３…ケーブルグラント、４４…ボックスコネクタ、４５…外部ハウジング、４６…内部ハウジング、４７…端局、４８…短絡、４９…らせんタイ、５０…横枠、５１…縦枠、５２…金網、５３…Ｕボルト、５４…受圧板、５５…ターンバックル、５６…掘削角φ、５７…埋め戻し土、５８…盛土、５９…動作ワイヤ、６０…端子箱、６１…連結部、６２…差し込み管、６３…ばね、６４…ワイヤクリップ、６５…ヒューズ、６６…動作しきい値、６７…貫通部、６８…避雷器用端子箱、６９…蓋、７０…ヒンジ、７１…異径ジョイント、７２…横桟。

Claims

落石監視区間に順次設置した複数組のセンサユニットと、これらのセンサユニットからの落石検知信号を入力して警報信号を出力する親機を具備し、前記一組のセンサユニットは、落石検知柵群と、この落石検知柵群の両端部に位置し、かつ、この落石検知柵群との間に隙間をもってそれぞれ個別の基礎コンクリートによって地盤に設置された端部支柱と、この端部支柱のいずれか一方に取り付けられたセンサボックスとからなり、前記落石検知柵群は、前記端部支柱の間に所定間隔でそれぞれ個別の基礎コンクリートによって地盤に立設した柵支柱にて横枠と縦枠との枠組みによって金網を張りつけたフェンスを支持してなり、前記落石検知柵群の上部の横枠に、この落石検知柵群の倒壊による傾きにより引き込まれるセンサワイヤを摺動自在に取り付け、このセンサワイヤの一端部を、落石の設定以上の衝撃によって前記横枠が設定された角度以上に傾いて前記スイッチが作動するまでのあそびとして機能せしめた余長部を介在し、かつ、前記センサワイヤにテンションを付与することなく前記センサボックスにスイッチ作動用として連結し、他端部を前記他方の端部支柱に固着してなり、前記親機と前記センサボックス内のスイッチとの間をメタル伝送ケーブルにより順次直列に接続したことを特徴とする落石監視装置。
落石監視区間に順次設置した複数組の親機用センサユニットと、これらの親機用センサユニットからの落石検知信号を入力して警報信号を出力する親機と、落石監視区間に順次設置した複数組の子機用センサユニットと、これらの子機用センサユニットからの落石検知信号を入力して警報信号を出力する１以上の子機と、この子機からの落石信号を前記親機に伝送する光ファイバとを具備し、前記親機用と子機用の一組のセンサユニットは、落石検知柵群と、この落石検知柵群の両端部に位置し、かつ、この落石検知柵群との間に隙間をもってそれぞれ個別の基礎コンクリートによって地盤に設置された端部支柱と、この端部支柱のいずれか一方に取り付けられたセンサボックスとからなり、前記落石検知柵群は、前記端部支柱の間に所定間隔でそれぞれ個別の基礎コンクリートによって地盤に立設した柵支柱にて横枠と縦枠との枠組みによって金網を張りつけたフェンスを支持してなり、前記落石検知柵群の上部の横枠に、この落石検知柵群の倒壊による傾きにより引き込まれるセンサワイヤを摺動自在に取り付け、このセンサワイヤの一端部を、落石の設定以上の衝撃によって前記横枠が設定された角度以上に傾いて前記スイッチが作動するまでのあそびとして機能せしめた余長部を介在し、かつ、前記センサワイヤにテンションを付与することなく前記センサボックスにスイッチ作動用として連結し、他端部を前記他方の端部支柱に固着してなり、前記親機と前記センサボックス内のスイッチとの間をメタル伝送ケーブルにより順次直列に接続したことを特徴とする落石監視装置。
余長部の長さの設定は、落石検知柵群の落石による倒壊量と、センサワイヤの線膨張量と、施工時のセンサワイヤの弛み量により設定するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の落石監視装置。
落石検知柵群と端部支柱の間の隙間は、検知すべく設定された落石の直径以下としたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の落石監視装置。
一組のセンサユニットは、７０〜１００ｍの監視範囲を有し、このセンサユニットを１５〜１０組配置して約１０００ｍの監視範囲としたものを１単位とし、２単位を親機に接続して約２０００ｍの監視範囲としたものと、同様に、１単位を子機に接続して約１０００ｍの監視範囲としたものとを配置して約３０００ｍの監視範囲としたことを特徴とする請求項２記載の落石監視装置。
一組のセンサユニットは、７０〜１００ｍの監視範囲を有し、このセンサユニットを１５〜１０組配置して約１０００ｍの監視範囲としたものを１単位とし、２単位を親機に接続して約２０００ｍの監視範囲としたものと、同様に、１単位を子機に接続して約１０００ｍの監視範囲としたものを２組配置して約４０００ｍの監視範囲としたことを特徴とする請求項２記載の落石監視装置。
基礎コンクリートのうちのいずれかの基礎コンクリートにおける落石移動方向に直交する面に、受圧板を配置して地盤に設置するようにしたことを特徴とする請求項１，２、３，４，５又は６記載の落石監視装置。