JP7177012B2 - 軌道工事後の動的な軌道状態確認方法および軌道工事後の動的な軌道状態確認システム - Google Patents

Description

本発明は、つき固めなどの軌道整備や軌道材料の交換など、所謂軌道工事後の軌道状態を確認するために、軌道工事を施工した後、所定の日数を経過した後に行われる軌道工事後の動的な軌道状態確認方法および軌道工事後の動的な軌道状態確認システムに関する。

従来、軌道検測車などを定期的に走行させるなどして軌道状態を確認し、軌道状態が不良であると判断された箇所には軌道整備を施工して軌道の保守管理を行っている。また、軌道材料の劣化などに応じて軌道材料の交換を行っている。新幹線や一部の在来線における軌道工事後の軌道状態の確認は、軌道工事の施工当日に行われる仕上がり検査に加えて、定期的に走行している軌道検測車、または軌道検測装置を搭載した車両などで取得される動的な軌道検測データを用いて軌道工事の結果を評価している。

新幹線における軌道管理によれば、軌道検測車が約１０日毎に走行していることから検測データの収集を容易に行うことができ、軌道工事から所定の日数が経過した際の軌道状態を容易に確認することができる。

また、一部の在来線における軌道管理によれば、軌道検測装置を搭載した営業車両が高頻度に走行していることから軌道検測データの収集を容易に行うことができ、軌道工事から所定の日数が経過した際の軌道状態を容易に確認することができる。

古川敦：軌道のキーテクノロジー，ＲＲＲ Ｖｏｌ．７１，Ｎｏ．１０，２０１４．１０ 三和雅史、矢澤英治、佐野弘典、山口剛士：高頻度の検測で軌道の状態変化を診る，ＲＲＲ Ｖｏｌ．７３，Ｎｏ．２，２０１６．２

一方、多くの在来線では、軌道検測車の走行頻度が新幹線に比べて、年に１～数回程度と非常に低頻度であることから、新幹線や一部在来線と同様の動的な軌道検測を行うことができなかった。ここで、多くの在来線における軌道工事後の軌道状態の確認は、図６に示すように、一般に施工当日の仕上がり検査と、軌道工事から所定の日数が経過した後（例えば、２週間ほど後）に実施する引継検査との２段階で行われており、仕上がり検査及び引継検査のいずれの検査も作業員が現場において行う人力による静的軌道検測である。このため、多くの在来線における引継検査には多大なる労力を割いており、また営業線に作業員が立ち入ることによる保安上のリスクも高いことから、この軌道工事後の軌道状態確認作業の省力化が求められている。

ここで、鉄道の軌道は、レールが所定の剛性を有していることから、車両が走行していない状態では、軌道を構成するまくらぎと、まくらぎを支持している路盤との間には隙間が生じていることがある。すなわち、上述した仕上がり検査や引継検査において、簡易な装置や道具を用いて測定された軌道変位は、静的な軌道変位と呼ばれている。一方、車両が走行している状態では、その車両の荷重によって、まくらぎと路盤との間の隙間が無くなる、あるいは小さくなる。すなわち、上述した軌道検測車や軌道検測装置を搭載した営業車両によって測定された軌道変位は、動的な軌道変位と呼ばれている。

このように、軌道状態の確認方法は、静的なものと、動的なものの２種類が知られており、静的な軌道状態確認方法は、簡易な装置や道具を用いる方法であり、車両の荷重（又はそれに準ずる荷重）が作用しない状態における軌道状態を確認している。一方、動的な軌道状態確認方法は、軌道検測車等を用いて、車両の荷重（又はそれに準ずる荷重）が作用する状態における軌道状態を確認している。軌道は、車両等の荷重による変形が生じることから、静的な軌道状態確認方法と動的な軌道状態確認方法では、軌道状態の確認結果に差が生じることがあるが、軌道状態確認の主たる目的が、車両等の走行安全性及び乗り心地等の確認であることを考えると、動的な軌道状態確認方法による軌道状態評価がより望ましい。

そこで、本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、多くの在来線のように軌道検側車の走行頻度が低い軌道の引継検査を行う際に、営業線に作業員が立ち入ることなく保安上のリスクを低減すると共に、より容易に軌道工事後の軌道状態確認を動的に行うことができる軌道工事後の動的な軌道状態確認方法及び軌道工事後の動的な軌道状態確認システムを提供することを目的とする。

本発明に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認方法は、軌道工事後の仕上がり検査工程と、前記軌道工事後の軌道を走行する車両の車両動揺を所定の間隔で測定する車両動揺測定工程と、前記軌道工事後、一定期間に複数回行われる引継ぎ検査工程と、前記引継ぎ検査工程は、前記車両動揺の測定結果の推移を求める推移把握工程と、前記車両動揺の推移が一定範囲を超えて変化しているか否かを確認する推移確認工程とを備え、前記車両動揺の推移が一定範囲を超えて変化している場合に、前記軌道のうち前記車両動揺の推移が一定範囲を超えている箇所を特定する特定工程を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認方法において、前記車両動揺は、前記車両に取り付けられた加速度センサによって測定されると好適である。

また、本発明に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムは、軌道工事後の軌道を走行する車両の車両動揺を所定の間隔で測定する車両動揺測定手段と、前記軌道工事後、一定期間に複数回行われる引継ぎ検査において、前記車両動揺の測定結果の推移を求める推移把握手段と、前記車両動揺の推移が一定範囲を超えて変化しているか否かを確認する推移確認手段とを備え、前記車両動揺の推移が一定範囲を超えて変化している場合に、前記軌道のうち前記車両動揺の推移が一定範囲を超えている箇所を特定する特定手段を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムにおいて、前記車両は、前記車両動揺を測定する加速度センサを備えると好適である。

本発明に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認方法及び軌道工事後の動的な軌道状態確認システムによれば、営業車の車両によって高頻度に測定可能な車両動揺データを活用して軌道工事後の軌道状態確認を行うことができるので、作業員が営業線に立ち入ることなく軌道状態確認作業を行うことができ、保安上のリスクを低減すると共に、より容易に軌道状態確認を動的に行うことが可能となる。すなわち、車両走行時、その車両の荷重によって軌道変位が、所謂動的な軌道変位の状態となっている状態において、走行する車両の車両動揺を測定することによって、動的な軌道状態を確認するものである。

本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムのフロー図。 本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムの引継検査の詳細を説明するためのフロー図。 本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態認システムに用いられる鉄道車両の概要図。 本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムの実施例を説明するためのデータ推移の例を示すグラフであって、良好な結果を示す例。 本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムの実施例を説明するためのデータ推移の例を示すグラフであって、悪化傾向が表れた例。 本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムの実施例を説明するためのデータ推移の例を示すグラフであって、速度による影響を示す例。 従来の軌道工事後の軌道状態確認の手順を示すフロー図。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムのフロー図であり、図２は、本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムの引継検査の詳細を説明するためのフロー図であり、図３は、本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態認システムに用いられる鉄道車両の概要図であり、図４は、本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムの実施例を説明するためのデータ推移の例を示すグラフであって、良好な結果を示す例であり、図５は、本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムの実施例を説明するためのデータ推移の例を示すグラフであって、悪化傾向が表れた例であり、図６は、本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムの実施例を説明するためのデータ推移の例を示すグラフであって、速度による影響を示す例である。

図１に示すように、本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムは、軌道工事後に行われる仕上がり検査と、軌道工事後一定期間経過後に行われる引継検査とが行われる。仕上がり検査は、従来の確認方法と同様に軌道工事の施工当日に静的な軌道検測が行われる。この静的な軌道検測とは、人力による検査であり、具体的には、作業員が簡易な道具や装置等を用いて静的な軌道変位を測定して行われる。

これに対し、本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムは、仕上がり検査から一定の期間経過後に行われる引継検査に車両動揺データを用いるものであり、実際に軌道を走行する車両で取得される車両動揺データを用いて引継検査を行うことで、作業員が営業線に立ち入ることによる保安上のリスクを低減している。

次に、図２を参照して本実施形態に係る動的な軌道工事後の軌道状態確認システムの引継検査について詳細に説明を行う。本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムの引継検査では、車両動揺を測定する車両動揺測定手段（Ｓ１０１）と、測定した車両動揺のデータから動揺の推移を求める推移把握手段（Ｓ１０２）と、車両動揺の推移が一定範囲を超えて変化しているか否かを確認する推移確認手段（Ｓ１０３）とを備えている。

車両動揺測定手段（Ｓ１０１）は、軌道を走行する車両の車両動揺を所定の間隔で測定しており、具体的には、図３に示すように、軌道１１を走行する鉄道車両１０に搭載された加速度センサ２０を用いて測定されると好適である。加速度センサ２０の設置位置は、図３に示すように、鉄道車両１０の進行方向前方の運転室内の床面、あるいは鉄道車両１０の進行方向前台車の直上の床面であると好適である。さらに、加速度センサ２０の設置位置は、車両動揺の測定ごとに移動しないように固定等することで一定の位置に定めると好適である。このとき、軌道１１は営業線を用い、鉄道車両１０に営業車を用いることで、別途検測車両を走行させることなく高頻度に車両動揺データを測定することが可能となる。

推移把握手段（Ｓ１０２）は、軌道工事後に軌道工事が行われた軌道１１を鉄道車両１０が走行することで、高頻度に測定された車両動揺データを分析しており、具体的には、図４から６に示すように、縦軸に所定の箇所における車両動揺の値、横軸に期間として車両動揺の推移を求めている。

推移確認手段（Ｓ１０３）は、推移把握手段（Ｓ１０２）で得られた車両動揺の推移を分析しており、仕上がり検査（軌道工事当日）から一定期間の間に複数回測定された車両動揺の値が一定範囲内で推移していれば、軌道工事後の動的な軌道状態が良好に推移していると見做し、これをもって引継検査とし、しゅん工する。ここで、一定期間とは、従来の引継検査を行う期間と同様の期間を設定することができ、例えば、軌道工事から２週間から２カ月程度に設定されると好適である。また、一定の範囲内で推移するとは、軌道工事後の車両動揺が概ね横ばいとなるように推移すればよいが、例えば、車両動揺の値が０．１ｍ／ｓ^２～０．５０ｍ／ｓ^２の間で推移していると好適である。

ここで、車両動揺の値ではなく、車両動揺の推移を用いるのは、車両動揺が軌道の状態だけでなく、車両動揺を測定する車両の走行速度や、車両動揺を測定する車両の特性などによっても変動するものであり、軌道変位のように閾値を一意に決定することが困難であることからこれらによる要因を排除するために、車両動揺の推移を用いている。

なお、推移確認手段（Ｓ１０３）で車両動揺が一定範囲を超えて推移していると判定された場合には、車両動揺データから車両動揺の推移が一定範囲を超えている箇所を特定する特定手段を行う。特定手段は、車両動揺の測定と同時に位置情報を得ても構わないし、別途走行する軌道検測車による軌道検測データと車両動揺データの位置合わせ処理を行っても構わない。

その後、車両動揺の推移が一定範囲を超えている箇所において、地上での引継検査（Ｓ１０４）が行われる。これは従来の引継検査と同様の作業が行われ、作業員が該当する軌道箇所において人力による検査が行われる。この地上での引継検査（Ｓ１０４）によって基準値を満たしていれば、しゅん工となり、閾値を超過していれば、再度仕上がり検査を行う。

さらに、車両動揺測定手段（Ｓ１０１）では、車両動揺の測定と同時に車両の走行速度も同時に測定していると好適である。これは、上述したように車両動揺と軌道変位には相関があることが知られているものの、走行速度による影響を排除するために測定されており、図６に示すように走行速度に変動が大きい場合には、車両動揺の推移のばらつきが大きくなり、車両動揺の推移のばらつきが軌道状態の変化によるものなのか、走行速度の変化によるものなのか判断がつかないため、このような場合には地上での引継検査（Ｓ１０４）を行うと好適である。

次に、図４から６を参照して、本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認システムの実データによる検証結果について説明を行う。図４から６は、実際に営業車に備えた加速度センサを用いて高頻度に車両動揺を測定し、その推移と実際に作業員が営業線において人力で行った手検測による高低変位を比較したものである。

図４に示すデータは、軌道工事による良好な状態が維持されている軌道を走行して得られた車両動揺の推移を示すグラフであり、手検測高低変位に示されるように、軌道工事の施工前は、約－１０ｍｍの低むらであったが、軌道工事後の仕上がり検査では、約+１ｍｍとなっており、軌道工事によって軌道に良好な施工がなされたことが分かる。また、２週間後に行われた引継検査でも仕上がり検査と同様の高低変位の値を示していることから軌道状態が良好に維持されていることが分かる。

これに対し、車両動揺の値は、軌道工事によって上下動揺の値が、施工直前は約１．６０ｍ／ｓ^２であったが、施工直後は約０．５０ｍ／ｓ^２まで減少し、その後引継検査が行われるまでの２週間の間、０．３０ｍ／ｓ^２から０．６０ｍ／ｓ^２の範囲内で推移している。

次に、図５に示すデータは、軌道工事後の軌道状態の推移が悪化傾向である軌道を走行して得られた車両動揺の推移を示すデータである。図５に示すように、軌道状態の推移が悪化傾向にある軌道では、引継検査による手検測による高低変位の値が約－１０ｍｍとなっており、工事前の状態まで高低変位が進んでいることが分かる。このとき、車両動揺の値は、施工直前の約１．６０ｍ／ｓ^２から、施工直後の約０．５０ｍ／ｓ^２まで減少しているが、施工後以降は２週間にわたって約１．２０ｍ／ｓ^２まで増加しており、軌道状態が悪化傾向にあることとの相関が確認できる。

さらに、図６は、軌道状態以外の要因によって上下動揺による軌道状態の把握が困難な場合を示した例であり、上述した図４及び図５で示した結果のように走行速度を概略一定とせず、走行速度の変動を大きくした場合の例を示している。この例では、手検測による高低変位によれば、施工前は約－１０ｍｍの低むらであったが、施工直後の仕上がり検査では約－１ｍｍとなり、良好な施工がされたことがわかる。また、２週間後の引継検査は－３ｍｍであり，若干の軌道変位進みが見られるものの，良好な軌道状態が維持されていることがわかる。

これに対し、車両動揺の推移は、施工直前では約１．３０ｍ／ｓ^２であり、施工直後には約０．５０ｍ／ｓ^２まで減少しているが、施工後以降は上下動揺測定時の走行速度のばらつきが大きく、上下動揺も０．２０ｍ／ｓ^２から０．９０ｍ／ｓ^２の間でばらついている。そのため、上下動揺の変化が軌道状態の変化により生じたのか走行速度の変化のために生じたのかが判断しにくいことがわかる。

このように、図４及び５の結果から、今回分析を行った軌道区間での高低変位に係る軌道工事後の軌道状態確認については、車両動揺の推移が一定の範囲内にあることを確認することで、軌道状態確認が可能であることが確認できた。一方で、図６に示した例のように、車両動揺を測定した際の走行速度のばらつきが大きいなど、軌道状態以外の要因により、上下動揺による軌道状態の把握が困難な場合は、本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認方法による軌道状態確認が難しいと考えられる。このため，走行速度が一定とみなせるデータにより車両動揺の推移を確認する必要がある。

以上説明したように、本実施形態に係る軌道工事後の動的な軌道状態確認方法及び軌道工事後の動的な軌道状態確認システムによれば、多くの在来線のように軌道検測車の走行頻度が低い軌道の引継検査を行う際に、車両に設置した加速度センサによって得られた車両動揺の推移から軌道状態を確認することができるので、引継検査によって営業線に作業員が立ち入ることなく保安上のリスクを低減すると共に、より容易に軌道工事後の軌道状態確認を動的に行うことができる。

１０ 車両
１１ 軌道
２０ 加速度センサ

Claims (4)

1. 軌道工事後の仕上がり検査工程と、
   前記軌道工事後の軌道を走行する車両の車両動揺を所定の間隔で測定する車両動揺測定工程と、
   前記軌道工事後、一定期間に複数回行われる引継ぎ検査工程と、
   前記引継ぎ検査工程は、前記車両動揺の測定結果の推移を求める推移把握工程と、
   前記車両動揺の推移が一定範囲を超えて変化しているか否かを確認する推移確認工程とを備え、
   前記車両動揺の推移が一定範囲を超えて変化している場合に、前記軌道のうち前記車両動揺の推移が一定範囲を超えている箇所を特定する特定工程を備えることを特徴とする軌道工事後の動的な軌道状態確認方法。
2. 請求項１に記載の軌道工事後の動的な軌道状態確認方法において、
   前記車両動揺は、前記車両に取り付けられた加速度センサによって測定されることを特徴とする軌道工事後の動的な軌道状態確認方法。
3. 軌道工事後の軌道を走行する車両の車両動揺を所定の間隔で測定する車両動揺測定手段と、
   前記軌道工事後、一定期間に複数回行われる引継ぎ検査において、前記車両動揺の測定結果の推移を求める推移把握手段と、
   前記車両動揺の推移が一定範囲を超えて変化しているか否かを確認する推移確認手段とを備え、
   前記車両動揺の推移が一定範囲を超えて変化している場合に、前記軌道のうち前記車両動揺の推移が一定範囲を超えている箇所を特定する特定手段を備えることを特徴とする軌道工事後の動的な軌道状態確認システム。
4. 請求項３に記載の軌道工事後の動的な軌道状態確認システムにおいて、
   前記車両は、前記車両動揺を測定する加速度センサを備えることを特徴とする軌道工事後の動的な軌道状態確認システム。

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