土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度) Ⅳ-067 タイタンパ等による道床つき固め効果の確認試験仙建工業（株）正会員 ○小野寺孝行１．はじめにタイタンパ（以下、「TT」という。）による道床つき固め効果に関する知見は、筆者が調査した限りでは、1950 年代に旧国鉄の鉄道技術研究所の論文1)が存在するのみである。また、バックホウに装着した四頭式スーパータイタンパアタッチメント（以下、「四頭」という。）による効果についても、数値的な評価がほとんど存在しない。このような状況の中で、新たな評価手法を探求していたところ、財団法人鉄道総合研究所が所有するマクラギ下面圧力測定器（以下、「センシングまくらぎ」という。）を活用できる可能性が高いことがわかった。「センシングまくらぎ」とは、８cm 四方の受圧板のついた荷重センサーを、25 個×３列マクラギ下面に隙間なく貼り付けたものである。詳細は、論文 2)を参照されたい。本稿では、センシングまくらぎを使用した試験の内容と、測定したデータにより得られた知見を報告する。２．試験概要測定試験は、2011 年１月中旬に当社内の訓練線で実施した。軌道構造は、５０N レール、３号 PC マクラギ５型締結装置、マクラギ間隔約 600mm、道床厚約 250mm である。試験手順は次のとおりである。 (1)準備作業マクラギ交換作業時の道床つき固め作業開始前の状態を再現するために、センシングまくらぎ及びその前後１本づつのマクラギ下面の道床バラストを、マクラギ下約 100mm まですき取り、かき均した状態とし、その後、スコップによりマクラギ上面までバラストをかき込んだ。なお、マクラギ下面には空隙がある状態である。（図―１参照） PC ３号センシングまくらぎ PC ３号マクラギ下面約 100mm まですき取りらスクイーズまで１秒程度操作を、左レールを跨いで８回、次に右レールを跨いで８回行なった。作業時間は、１本あたり約４分であった。４頭式スーパータイタンパタイタンパ（２人づき）図－２：道床つき固め方法 (3)輪重載荷試験道床つき固め試験終了後、輪重が作用した場合のセンシングまくらぎ下面の圧力分布を測定した。輪重は、軌陸バックホウを鉄輪で走行させることにより発生させ、列車の輪重の半分程度（約２ｔ）を作用させた。３．試験結果 (1)マクラギ下面に伝播した振動周波数図―３は、ＴＴによる道床つき固めを行なった際に、あるセンサーが検知した振動の推移である。グラフは、0.6 秒間のデータであるが、ＴＴからの振動を検知したセンサーは、荷重の大小はあるものの波形やピークの現れる周期は全て同様の波形を示していた。ピークの数から周期を計算すると約４８Ｈz となっていた。なお、過去の研究3)によると、道床がある程度密な状態になると振動回数が半分となる２次振動が発生するとあるが、今回の試験では、2 次振動は検知されなかった。 0.6 0.5 荷重[kN] スコップでかき込み図―１：準備作業の内容 (2)道床つき固め作業センシングまくらぎでマクラギ下面に作用する力を測定しながら道床つき固め作業を行なった。TT の扱いと四頭のオペレータは作業経験が豊富なベテラン社員を選定した。具体的な作業手順は、彼らが通常の作業で行なっている方法とした。TT の場合には、２人づきとし、作業時間は１本あたり約５分３０秒、四頭の場合には、タンピングか 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 0.2 時刻[S] 0.4 0.6 図－３：荷重の推移（ＴＴ）図－４は、四頭による道床つき固めを行なった際の振動の推移である。ＴＴの場合と同様に振動を検知したセンサーは、荷重の大小はあるものの波形やピークの現れるキーワード：道床つき固め、センシングまくらぎ、タイタンパ、四頭式スーパータイタンパ、つき固め振動数連絡先：〒980-0811 仙台市青葉区一番町２丁目 2-13 仙建工業（株） Tel：022(225)8529 Fax：022(222)4677 -133- 土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度) Ⅳ-067 周期は全て同様の波形を示していた。ピークの数から周期を計算すると約２１Ｈz となっていた。ピークの荷重はＴＴの３倍程度であり、定常的に 0.8KN 程度の押し上げ力が作用する場合もあった。ると、もう一方にツールがマクラギ中央から 150mm 付近をつき固めることになり、必然的にマクラギ中央部にも振動が伝播してしまうためである。 1.4 1.2 荷重[kN] 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 図－７：振動の分布状態（ＴＴ） 0.0 0 0.2 時刻[S] 0.4 0.6 図－４：荷重の推移（四頭）（2）作業中にマクラギ下面に伝播した振動の範囲図―５及び図―６は、作業時間内のある 0.1 秒間における最大荷重を図示したものである。ＴＴの場合には、レール直下へのつき固めを行なっているときのものであり、伝播する範囲は小さいものの、確実にレール直下まで伝播していることが確認できた。一方、四頭の場合には、マクラギの半分近くのエリア全体に振動が伝播していた。また、作用したピークの荷重を合計すると約 7.85kN となり、３号マクラギの重量（160kg）を大幅に上回る力が作用していたことが確認できた。これは、「つき過ぎると線路が上がりすぎてしまう。」、「ＴＴの場合には、ジャッキを撤去する際に爪を下ろさなければならないが、４頭 TT の場合には、爪を下ろすことなくジャッキを撤去することができる。」などの現場の声を裏付けるものである。図－８：振動の分布状態（四頭） (4)輪重載荷試験結果図―９及び図-10 は、作業終了後、第１回目の輪重載荷試験時の加重分布である。分布状況は、前項の作業時に作用した荷重の分布状態と類似しており、ＴＴの場合には、マクラギ中央部を除く部分に、四頭の場合には、マクラギ全体のセンサーに荷重が作用していた。なお、加重試験は、１０往復実施したか、荷重分布に変化は見られなかった。沈下量についても、簡易な沈下計を設置して測定したが計測できるような沈下は見られなかった。図―９：輪重載荷時の荷重分布（ＴＴ）図－５：振動の範囲（ＴＴ）図―10：輪重載荷時の荷重分布（四頭）図－６：振動の範囲（四頭） (3)作業時に作用した荷重の分布状態作業時に各センサーに作用した荷重の最大値の分布を図―７、図―８に示す。ＴＴの場合には、作業手順に「マクラギ中央部及び端部はつき固めない。」とあるように、中央部にはほとんど荷重が作用しておらず、その他部分はほぼ均等に荷重が作用しており、良好な作業状態であったと考えられる。一方で、四頭の場合には、マクラギ下面全体に振動が伝播していた。これは、タンピングツールの間隔が 470mm であるので、軌間外側のツールでレール近傍をつき固め謝辞測定試験にご協力いただいた財団法人鉄道総合技術研究所鉄道力学研究部相川氏・浦川氏、及び JR 東日本研究開発センター・テクニカルセンター各位に感謝の意を表します。参考文献 1) 小野一良，タイタンパーによる道床つき固め（第３報）,鉄道業務資料，第１０巻，第 17 号，P4～13，1953 2) 相川明，浦川文寛，河野明子，名村明，鷹尾良行：まくらぎ下面の動的荷重分布測定のためのセンシングまくらぎの開発と応用，鉄道力学論文集,12，P73～78,2008 3) 小野一良，タイタンパーによる道床つき固め（第４報）,鉄道業務資料，第１０巻，第 17 号，P14～23，1953 -134-