JP2012026183A - レール位置測定装置、軌道検測装置、レール変位量測定方法、通り整正方法、レール位置測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基準レール及び対側レールまでの距離をそれぞれ測定する2つの変位センサと、基準器を通過する際に、基準器を撮影し、撮影画像を位置情報として取得する基準器位置測定センサと、変位センサと基準器位置測定センサを搭載し、固定する測定台車を備え、基準器位置測定センサによって求めた基準器の位置情報と、変位センサによって求めたレールまでの距離とを用いて、基準器からレールまでの距離を測定する。
【選択図】図5
Description
[参考文献1]田中宏昌、磯浦克敏編、「東海道新幹線の保線」、社団法人鉄道施設協会、平成10年12月、p.254-255、p.314-322
[参考文献2]東憲昭、他8名著、「軌道構造と材料―軌道・材料の設計と維持管理」、株式会社交通新聞社、平成13年10月、p.269-275
[参考文献3]新幹線軌道工事標準仕様書(営業線)解説 平成20年.3月p358〜p364
レール山越器は、ロングレール交換の他、保線作業における重量物の小移動、整理作業に使用されるもので、走行桁、脚柱、吊り上げ器からなっており、吊り上げ器で走行桁上を所定の位置まで移動させて取卸すことのできるものである。ロングレール交換では、既設レールの外側方の道床に、既設レールと略並行に新レールを仮置きし、レール山越器を既設レールに跨った状態にセットし、この山越器を用いて既設レールを除去した後、新レールを既設レールの敷設位置に移動させる方法が採られる。ところがこの山越器による方法は、レール長が約500m以上にわたるロングレールを交換する場合、多数の山越器が必要となって多大なコストと労力を要し、かつ、これら多数の山越器の動作を一致させてレール交換を行う作業は困難であることから、比較的短いロングレール交換作業において主に利用されている。
[参考文献4]特開平8−134811
[参考文献5]特開平10−338902
レール交換機を使用したロングレールの交換方法には、「片レール交換方法」と「左・右レール同時交換方法」の2つがある。
1)片レール交換方法
現在のロングレール交換作業において主に行われている工法であり、交換レールの設定が既設レールを基準とした軌間設定により行える。そのため、レール交換時の軌道整備が容易であり、しかもレール交換前と同位置に交換レールを設定することができるから確実で精度の高い施行ができる。
2)左・右レール同時交換方法
片レール交換方法と比べて作業効率は大幅に向上する。しかし、左右レールを同時に交換することからレール交換時のレール設定において基準とするものがなくなる。そのため、レール交換後の軌道整備において仕上がり基準値を満たすためには、熟練者による高い施行技術と施行時間が必要となる。
このようなことから左・右レール同時交換方法は、在来線等において、作業時間帯が多く取れる、作業終了後の列車走行において徐行処置の手配が取れる等の条件下での施行方法としていた。
前記の左・右レール同時交換方法の問題点を解決するために、基準点として軌間保持金具(ゲージブロック)を利用する方法がある。軌間保持金具200は、基準とする片側レール10(以下、「基準レール10」という)のレール締結部に取り付けられ、図2に示す形状をしている。
旧来からのバラスト軌道では路盤上にバラスト(砕石)による道床を設けマクラギ、レールを敷設する。これに対し、スラブ軌道はコンクリート路盤上に「スラブ板」と呼ばれるコンクリート製の板を設置しその上にレールを敷く構造となっている。
バラスト軌道は列車の重量、振動等による軌道変位が生じやすいため定期的な保守管理を必要とするが、スラブ軌道はコンクリート製の強固なスラブを用いるため軌道の変位が起こりにくく、保守管理の手間が軽減される。また構造重量も軽いため、高架橋に用いた場合の高架橋への負担も低減できる。このことから、近年では省力化軌道の一つとして新幹線、高架路線などに多く採用されている。このスラブ軌道には、軌間中心に5m間隔で設けられた円柱突起上にスラブ敷設用基準器が設置されている。
次にスラブ敷設時に用いる基準器20について説明する。図3に基準器20の外観を示す。
スラブ敷設用基準器20は新線建設時においてスラブ軌道の突起コンクリート上に取り付けられ、基準標(基準ピン24)の調整(通り、高低)後にスラブ敷設用基準器として使用する(例えば、特開2001−124503号公報参照)。基準器20の基準ピン24を基準として、その間にスラブ板が設置される。
レール位置測定装置300は、測定台車310及び測定台車上に搭載した測定部305、パソコンを利用した表示・記憶装置370、電源装置380が主な構成となっている。なお、表示・記憶装置370及び電源装置380は、図示しない牽引車に搭載される。但し、測定台車310上に搭載してもよい。
<表示・記憶装置370及び電源装置380>
表示・記憶装置370は、測定部305で収集した測定値を、画面に表示したり、プリンタ等を用いて出力する。また、測定値を記憶しておく。
電源装置380は、データ収集装置360及び各センサに対して電源を供給する。
レール位置測定装置300は手押しまたは牽引走行によりレール位置を測定する装置であり、測定台車310のフレームは略四角形状である。各コーナーの4箇所には走行車輪311及びガイドローラ313が取り付けられ、ガイドローラ313の案内により左・右レール(基準レール10及び対側レール30)上で安定した測定走行をすることができる。
また測定台車310上には各測定センサと図5に図示しないデータ収集装置360を含む測定部305が搭載され、固定される。
基準器位置検出センサ330は、測定走行時に測定台車310上から基準器20の取り付けられた円柱突起位置を検出するために使用されるセンサで、測定台車310の略中央部に取り付けられる。
基準器設置位置検出センサ330は、路盤までの距離からスラブ板の継目を検出する。基準器20の位置の検出には、スラブ板40上面と、円柱突起中央部の両サイドにあるスラブ板間溝部50の高低差を利用する。測定走行時において、常に基準器位置検出センサ320からスラブ板40上面の高さh1を監視しておき、スラブ板間溝部50を通過した際の高さの変化量(h2−h1)により円柱突起設置位置を捉え、直接またはデータ収集装置360を介して、検出信号を後述する基準器位置測定センサ320、照明321、変位センサ340A及び340B、距離センサ350に出力する(s1)。なお、基準器位置検出センサ330としては距離変化により検出信号を出力する光電スイッチ、非接触式の変位センサ等を利用することができる。
基準器位置検出センサ330から検出信号を受信すると、基準器20を通過するタイミングと判定し、照明321は点灯し、基準器位置測定センサ320は基準器20を撮影し、撮影画像を位置情報として取得し、後述する画像処理装置322へ送信する(s2)。
基準器位置測定センサ320はカメラ(画像センサ)等により構成される。さらに、測定部305は、撮影用の照明321を備える。また基準器位置測定センサ320には例えば、高分解能の得られる500万画素程度のCCDカラーカメラを使用し、照明321には高輝度LED光源等によるバー方式の照明を使用する。基準器位置測定センサ320は測定台車310のフレーム上の軌間中心(G=1435mm/2)位置に取り付けられる。そして、円柱突起上の基準器20の基準ピン24の撮影を行う。また基準器位置測定センサ320の下部の両サイドには撮影用の照明321が取り付けられる。各部の配置及び基準ピンの撮影状況を図5(B)に示す。
基準器位置測定装置320で撮影した画像(位置情報)の処理は図4の構成ブロック図に示す画像処理装置322により行われる。図7を用いて画像処理の説明を行う。図7に示す四角の外枠はカメラの撮影範囲であり、枠内にある点線で示す円は撮影した基準ピン24としている。なお、基準器位置測定センサ320は、1つの基準器に対し、複数回(例えば3回)撮影することで、確実にカメラの撮影範囲に基準ピン24を収めるようにしてもよい。
X0=x1+x2+x3・・・・/ドット数
Y0=y1+y2+y3・・・・/ドット数
変位センサ340A及び340Bは、それぞれ基準レール10、対側レール30までの距離を測定する(s3)。例えば、変位センサは、特許文献2記載の通り狂い検出器と同等の構造を有する。
また、同様に、変位センサ340Bでは変位センサ340B自身の取付位置と対側レール10の軌間内側面との変位量を測定する。
距離センサ350の具体的な構成は図示していないが、1組の走行車輪部に取り付けられる。距離センサに用いられる測定センサとしてはロータリーエンコーダが利用できる。このロータリーエンコーダを走行車輪軸と連結し、走行車輪と一緒にロータリーエンコーダを回転させることにより、一定間隔を走行する毎に一個ずつのパルスを発信させる。このパルスをデータ収集装置に入力することで、測定始点から各測定点までの距離を積算し、算出することができる。
画像処理で求めた変位量(c)及び変位センサAで求めた変位量(a)、変位センサBで求めた変位量(b)、基準器位置測定センサ320と変位センサ340Aの取付位置の距離(l1)、変位センサ340A及び340Bの取付位置の距離(l2)の各値を使用し、レール位置(基準器から各レールまでの距離)を求める(s4)(図5(B)参照)。
以上の処理(s1〜s4)を測定終点まで繰り返す(s5)。
以下、図8を用いてレール位置測定装置300を用いたレール交換前後のレールの位置の変位量を測定するレール変位量測定方法について説明する。
(1)事前測定:レール交換前にレール位置測定装置300を用いて、事前測定を行い、基準器20の基準ピン24から各レール10及び30までの距離を求める(s11)。つまり、レール交換前に、基準器からレールまでの距離を測定し、測定結果を保存する。
このような方法により、レール交換前後のレール位置の変位量を容易、かつ、確実に取得することができ、容易に仕上がり確認を行うことができる。
このように、レール位置測定装置300を用いれば、レール交換の前後において各測定を行い、各測定値を比較することで、交換前に対する交換後のレール位置を容易に確認できる。
新幹線での軌道整備作業の一つに通り整正作業がある。この通り整正作業は高速軌道検測車(例えばEast i等)の定期検測または線形測量の結果において、通り変位が整備基準値を超えた箇所に対して実施される。なお、通り変位とは糸をレール内側面に張り、その中央部におけるレールと糸との間の水平距離のことである。糸の長さ(以下「弦長」という)は、例えば10M、20M、40M等に設定することができ、各弦長の通り変位を10M弦正矢、20M弦正矢、40M弦正矢等という。
(1)事前測定:レール位置測定装置300を用いて、レール交換前に基準器からレールまでの距離を事前測定し保存する(s21)。
(2)推定距離の算出:事前測定値に施工前の基本線形変位に対する移動量を加算し、基準器からレールまでの施工後の距離(推定距離)を算出する(s22)。
(3)レール設置:施工前の基本線形変位に対する移動量を加味して新たなレールを設置する(通り整正作業)(s23)。
(4)実距離測定:レール位置測定装置300を用いて、基準器からレールまでの通り整正作業後の距離(実距離)を測定する(s24)。
(5)各測定点の仕上がり確認:推定距離と実距離を比較し(例えば、推定距離と実距離の測定値差を求め)(s25)、各測定点の仕上がりを確認する。
(6)各通り変位の仕上がり確認:実距離を用いて各測定弦長(10M、20M、40M等)に対する各通り変位(以下「実通り変位」という)を算出し、各測定弦長において高速軌道検測車で求めた推定通り変位と、レール位置測定装置300で求めた実通り変位とを比較し(例えば、各測定弦長において推定通り変位と実通り変位の差を求め)(s26)、仕上がりを確認する。なお、通り変位とは糸をレール内側面に張り、その中央部におけるレールと糸との間の水平距離なので、各弦の両端及び中央部の3点の基準器からレールまでの実距離を用いて、各測定弦長における実通り変位を算出することができる。
実作業においては、手測りで20M弦、40M弦の通り変位を正確に測定することは不可能であり、施工後の仕上がり検査(当日検査)における通り変位測定では10M弦測定だけを行っていた。そのため、20M弦、40M弦の仕上がり確認は、施工後に測定した高速軌道検測車の定期検測結果を用いた引継検査によって行っていた。
[変形例]
基準器位置検出センサ330は、必ずしも測定台車310の略中央部に取り付けられる必要はなく、スラブ板40間の継目(溝部50)を検出することができる位置であればよい。
また、本実施例では、非特許文献2記載の変位センサを用いているが、他の従来技術を用いて、変位センサとレールの変位量を測定してもよい。
レール位置測定装置300の測定弦長は10M弦、20M弦、40M弦に限定されるものではなく、基準器に対応する所望の弦長で実通り変位を算出することができる。その際、実距離に基づき実通り変位を算出するため、弦長の長さにかかわらず正確な値を算出することができる。
新幹線の各軌道整備では、作業終了時に行う当日検査として仕上がり検査項目が定められている。測定には主に軌道検測装置が利用されている。
高低センサ120は、測定台車410の前後方向中央部の位置において高低基準ビーム113の側面に取り付けられている(詳細は、特許文献1及び特許文献2参照)。
水準センサ140は、基準レール10と対側レール30の傾斜角を検出するものであり、汎用の傾斜計を用いることができる。
測定は軌道検測装置の測定方法及び手順をベースとし、測定始点から定間隔測定を行う。また測定時において基準器位置検出センサの検出信号を受信した際に、その測定点のレール位置測定を行う。
このような構成とすることで、実施例1で得られる効果に加え、軌道検測装置と一体型とした場合には、測定台車構造がそのままレール位置測定用に利用できる他、使用センサにおいても軌道検測装置400の距離センサ、通りセンサ、軌間センサがレール位置測定装置300の距離センサ、2つの変位センサと共用することができ、製作コストも下がる。また一体型とすることで作業区間までの移動、作業効率の向上、測定操作にかかる人員の削減等の効果を奏する。
305、405 測定部
310、410 測定台車
320 基準器位置測定センサ
321 照明
322 画像処理装置
330 基準器位置検出センサ
340A、340B 変位センサ
350 距離センサ
360 データ収集装置
370 表示・記憶装置
380 電源装置
400 軌道検測装置
Claims (7)
- 基準レール及び対側レールまでの距離をそれぞれ測定する2つの変位センサと、
基準器を通過する際に、基準器を撮影し、撮影画像を位置情報として取得する基準器位置測定センサと、
前記変位センサと前記基準器位置測定センサを搭載し、固定する測定台車を備え、
基準器位置測定センサによって求めた基準器の位置情報と、変位センサによって求めたレールまでの距離とを用いて、基準器からレールまでの距離を測定する、
ことを特徴とするレール位置測定装置。 - 請求項1記載のレール位置測定装置であって、
前記基準器を基準として、その間にスラブ板が設置されるものとし、
スラブ板上面と、スラブ板間溝部の高低差を利用して、基準器の位置を検出する基準器設置位置検出センサを備え、
前記基準器位置測定センサは、前記基準器設置位置検出センサの検出信号を用いて、基準器を通過するタイミングを判定する、
ことを特徴とするレール位置測定装置。 - 請求項1または2記載のレール位置測定装置を有する軌道検測装置であって、
距離センサと、高低センサと、水準センサと、通りセンサと、軌間センサと、を備え、
前記変位センサは、前記通りセンサまたは軌間センサによって構成される、
ことを特徴とする軌道検測装置。 - 請求項1から3の何れかに記載のレール位置測定装置または軌道検測装置を用いて、レール交換前後のレールの位置の変位量を測定するレール変位量測定方法であって、
レール交換前に、基準器からレールまでの距離を測定し、測定結果を保存するステップと、
レール交換後に、基準器からレールまでの距離を測定し、この測定結果とレール交換前の測定結果を比較するステップと、を有する、
ことを特徴とするレール変位量測定方法。 - 請求項1から3の何れかに記載のレール位置測定装置または軌道検測装置を用いた通り整正方法であって、
基本線形変位とは本来レールがあるべき基準位置と実際にレールがある実位置との差であり、施工前の基本線形変位に対する移動量とは通り整正が必要な超過箇所を基準位置に近づけるためのレールの移動量とし、
レール交換前に、基準器からレールまでの距離を測定する事前測定ステップと、
前記測定の結果に前記施工前の基本線形変位に対する移動量を加算し、施工後の基準器からレールまでの距離を推定距離として算出する推定距離算出ステップと、
前記施工前の基本線形変位に対する移動量を加味して新たなレールを設置するレール設置ステップと、
レール交換後に、基準器からレールまでの実距離を測定する実距離測定ステップと、
前記推定距離と前記実距離を比較する比較ステップと、を有する、
ことを特徴とする通り整正方法。 - 請求項1から3の何れかに記載のレール位置測定装置または軌道検測装置を用いた通り整正方法であって、
基本線形変位とは本来レールがあるべき基準位置と実際にレールがある実位置との差であり、施工前の基本線形変位に対する移動量とは通り整正が必要な超過箇所を基準位置に近づけるためのレールの移動量であり、推定通り変位とは前記施工前の基本線形変位に対する移動量を加味してレールを施工した場合に得られると推定される通り変位とし、
前記施工前の基本線形変位に対する移動量を加味して新たなレールを設置するレール設置ステップと、
レール交換後に、基準器からレールまでの実距離を測定する実距離測定ステップと、
前記実距離を用いて所望の弦長における実通り変位を算出し、所望の弦長における前記推定通り変位と前記実通り変位を比較する比較ステップと、を有する、
ことを特徴とする通り整正方法。 - 基準器設置位置検出センサがスラブ板上面と、スラブ板間溝部の高低差を利用して、基準器の位置を検出するステップと、
変位センサが、前記基準器設置位置検出センサの検出信号を用いて、変位センサの取付位置と基準レール及び対側レールまでの距離をそれぞれ測定するステップと、
基準器位置測定センサが、前記基準器設置位置検出センサの検出信号を用いて、基準器を撮影し、撮影画像を位置情報として取得するステップと、
前記変位センサ及び基準器設置位置測定センサの取付位置の距離と、基準器位置測定センサによって求めた基準器の位置情報と、変位センサによって求めたレールまでの距離とを用いて、基準器からレールまでの距離を測定するステップ、とを有する
ことを特徴とするレール位置測定方法。
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