49. 高波による海岸鉄道の道床被害とその対策の検討 A study on ballast damage at a coastal railway by storm waves and its countermeasures. 橋田雅也（Masaya Hashida） ABSTRACT：Ballast at a coastal railway of Gono Line was often damaged by storm waves. Wave overtopping and ballast damage were reproduced by experiments of a scale of 1/40 and 1/4. Based on the experimental results, the standard safety operation was shown for the railway administration. Effects of widening the wave-dissipating block were also clarified by the experiments. 1. まえがき海岸沿いを走る鉄道は車窓から風景を一望できる現地の対象周期に近い 12s の結果を示している．越波流量(m3/m/s)は現状の消波ブロックの場合にはことから人気が高く，各地でリゾート列車が運行さ波高 3m で 1.0×10-3 ，6m で 1.0×10-2 となっている．れている．しかし海岸鉄道では高波時の越波によるこれに比べ越波流量が 1.0×10-2 (m3/m/s)となるのが，被害を受ける危険性がある．本研究で対象とする青拡幅した場合では 8m，消波ブロックが無い場合では森県川部と秋田県能代を結ぶ JR 五能線では，高波 5m であることがわかった．時のソフト対策として運休を行っているが，その基準となる明確な波浪条件は現在定められていない．本研究では，水理模型実験を行って越波による道図-5 に現状の消波ブロックにおける打ち込み波圧の最大値 pmax と沖波波高の関係を示す．波圧は最大値が得られた CH1 の値を採用している．周期 T 床被害を再現し，これを用いて運休基準について明および沖波波高 Ho’とともに最大波圧は増大していらかにする．さらに，ハード対策としての消波ブロる．これは越波流量の増大に伴うものと考えられる． 500 図-1 に平成 14～20 年の五能線における越波によ 435 400 300 214 200 149 107 109 74 100 145 0 る運休本数を示す．年に 100 本前後が運休となって H14 いるが，平成 20 年は高波の発生頻度が高く運休本数 H15 H16 H17 年度 H18 H19 H20 図-1 五能線における運休本数 10 6 有義波高H1/3(m) は 400 本を超えている．図-2 は JR 五能線広戸海岸に近接した深浦港における平成 17 年 12 月の波浪データを示している．12 月 3 日は終日運休となったが，その間の波高は 4.2～5.0m であった．その他の運休波高周期 5 4 9 8 7 3 運休期間 2 6 5 1 有義波周期T1/3(s) 2. 五能線における運休状況運休本数(本) ックの拡幅の効果について検討する． 4 0 時の波浪データ 5 例を分析したところ，波高が 5m 2日程度の場合に運休になっていることがわかった． | 3日 | 4日図-2 運休時の波浪データ例 95 縮尺 1/40 3. 越波特性 3.1 12.5 波圧計 15 実験方法越波実験は長さ 24.0m，幅 0.6m，深さ 1.0m の 2 25 25 25 90 H.H.W.L.(33mm) 1:30 岸模型と現状の消波ブロックの断面形状を縮尺 1/40 図-3 護岸模型で再現した．さらに，消波ブロックが無い場合と拡 1.0E-01 無し幅した場合についても検討を行った．せた．実験はすべて不規則波を用い，越波流量と波返し背後における打ち込み波圧を 3 箇所で計測した．現状越波流量 q(m3/m/s) 高 Ho’が 2,3,4,5,6,8m の 6 種類の計 18 種類に変化さ単位 mm 現状消波ブロック次元造波水路（海底勾配 1/30）内に，図-3 に示す護実験波は周期 T が 9,12,15s の 3 種類，換算沖波波拡幅消波ブロック拡幅 1.0E-02 1.0E-03 以下，実験結果は現地換算値で示す． 3.2 越波流量および打ち込み波圧図-4 に沖波波高と越波流量 q の関係を示す．ここでは，越波が顕著であった周期 12s と 15s のうち， 1.0E-04 0 2 4 6 換算沖波波高 Ho’(m) 8 10 図-4 消波ブロックの状態別の越波流量(T=12s) 4. 落水による越波の再現の大型模型実験を行った．図-6 に示すように，可傾斜水路上部に設置した貯留水槽から落水させ，道床前面に設置した波圧計により打ち込み波圧を計測した．貯留水深を 5 種類に変化させたときの打ち込み T =12s 20 15 CH 1 10 5 波圧計 0 0 波圧の最大値を図-7 に示す．これと前述の図-5 を用いることにより，越波実験（縮尺 1/40）における打 T =15s 25 最大波圧pmax(kN/m2) 現地での道床被害を詳細に把握するため，縮尺 1/4 30 2 4 6 8 10 換算沖波波高Ho'(m) 図-5 波高に対する最大波圧(現状の消波ブロック) ち込みを落水で再現することができる．ゲート 100 600 5. 道床被害実験 5.1 h 縮尺：1/4 単位：mm 実験方法実験で用いた鉄道線路は日本国内で採用されてい 400 250 る規格をもとに道床バラスト，枕木，レールを再現 80 した．貯留水深を 5 種類に変化させて道床バラストの移動状況を調べた．ここで，道床前面の台形の面図-6 道床被害実験水路積に対する流出面積の比を被害率として定義した．道床被害率図-8 に代表的な被害パターンを示す．h=20cm では法肩のバラストがレール付近まで堆積し，h=25cm ではレールを越えて堆積することがわかった．以上のことから安全側の判断として置石の発生限界を被最大波圧pmax(kN/m2) 5.2 30 25 20 15 10 h 5 害率 10%と定義した． 0 越波実験と道床被害実験の結果に基づいて，換算 0 5 10 沖波波高 Ho’と被害率 D の関係を図-9 に示す．現状の消波ブロックでは，被害率 D=10%に相当する波高 15 20 貯留水深h(cm) 25 30 35 図-7 貯留水深に対する最大波圧は 5.7m であり，現地における運休時の波浪データよ h=20cm,D=9% りやや大きい値となった．消波ブロックを拡幅した h=25cm, D=19% 場合では波高 6.5m が被害率 10%に相当する．消波ブロックが無い場合では波高 4.7m が被害率 10%に図-8 貯留水深に対する道床被害状況 25 相当する．ここでは被害率 10%に相当する波高を安無し全側に判断して，現状および拡幅後における運休基図-10 は波高 4,5,6 m の 3 つ条件に対して，これを上回る波高の発生日数を年ごとに示している．これ被害率D(%) 準波高を，それぞれ 5m および 6m とする．現状 20 拡幅 15 10 により，消波ブロックを拡幅した場合には運休の発 5 生日数を平均で約 70%減少できる可能性があり，対 0 0 策としての有効性が明らかとなった． 2 4 6 換算沖波波高Ho'(m) 8 10 図-9 波高に対する被害率(T=12s) 6. まとめ 35 30 本研究で得られた結論は以下の通りである．算沖波波高の関係を明らかにした． (2) 五能線における高波時の運休基準として波高 5m を提案した． (3) 消波ブロック拡幅の効果を明らかにし，対策としての有効性を示した． 25 発生日数 (1) 越波によって生じた道床バラストの被害率と換波高4 m以上波高5 m以上波高6 m以上 20 15 10 5 0 H15 図-10 H16 H17 年 H18 H19 各年における運休基準発生日数 H20