JP5045908B2

JP5045908B2 - 鉄道線路の変位計測方法および鉄道線路変位計測装置

Info

Publication number: JP5045908B2
Application number: JP2007181494A
Authority: JP
Inventors: 義文蜂須賀; 義晃蜂須賀; 浩岡本
Original assignee: 綜合計測株式会社
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-06-12
Also published as: JP2008309763A

Description

この発明は、鉄道線路のレールに現れる変位を監視しその変位量を計測する鉄道線路の変位計測方法と、その鉄道線路の変位計測方法でレールの変位を測定するための鉄道線路変位計測装置に関するもので、殊に、線路下にトンネルを横断構築するような、線路に近接した土木・建設工事に起因してレールに現れる所謂「通り狂い」の変位（レール軌間方向にレールが移行する変位）の計測方法と計測定装置に関するものである。

レーザ変位計測器を用いて鉄道レールの変位を監視しその変位量を計測する方法・装置が従来から種々提案されている。例えば、特開２００２−４６６０５号公開特許公報（特許文献１）には、鉄道軌道に沿って設置されたレーザ変位計からレーザ光を鉄道軌道に照射することにより、軌道の異常変位を検出して保線区間管理所に警報を発することが示されている。また特開２００６−３０８３０４号公開特許公報（特許文献２）には、計測対象の軌道区間の一端にレーザ距離計を配置し、他端にはレーザ距離計からのレーザ光を受光して受光信号を出力する受光手段を配置し、さらに軌道区間の中点に、軌道と直交する方向に出没駆動される光遮断片を出没駆動する送り装置を配置し、その送り装置によって出没駆動される光遮断片が、レーザ距離計から受光手段までの光路を遮断するときの出没運動量に基づいて、軌道区間の「通り狂い」を計測する装置が示されている。他方、特許第３７８０３７７号特許公報（特許文献３）に示されるように、地盤の二つ不動点の間に張設したワイヤーを変位計測箇所に接近させて配設し、そのワイヤーと変位計測箇所の間の間隔を非接触型変位センサで検出して、その変位計測箇所の変位を高い精度で計測する方法・装置が提案されている。
特開２００２−４６６０５号公開特許公報特開２００６−３０８３０４号公開特許公報特許第３７８０３７７号特許公報

昨今、鉄道輸送の安全性の維持向上を第一義にしながら、鉄道輸送のスピード化、効率化を進める上で、鉄道線路のレールの変位を、簡易な手段でもって高い精度で監視し計測することが求め続けられており、特に線路の近辺で行われる近接土木・建設工事に起因して生ずるレールの挙動を直接計測し把握することが強く求められている。その中で次のような計測性能が要求されている。
（１）水平変位あるいは垂直変位について、１ｍｍオーダーの信頼できる情報が得られること．
（２）計測結果は、即時にビジュアル且つ定量的な情報として得られること．
（例えば、２分間隔の高い列車通過密度の中で、変位測定−測定データ分析−分析結果表示−変位の評価・判断のサイクルが満足されること．）
（３）長時間の連続計測に耐え、継続的に安定した情報が得られること．
（４）計測機器類は、建築限界に支障とならないようにコンパクトで、線路保線作業への支障が少ないこと．

また、従来の鉄道線路のレールの変位計測方法・装置では、近接土木・建設工事に起因する変位と、近接土木・建設工事以外の事象によって線路を支える地盤に生じた変位との関係が峻別できないという問題点も現存している。

そして前記特許文献１，２，３に示されるような従前の変位監視・計測システムでは、上記のような計測性能がなお満たされず、近接土木・建設工事に起因する変位と、線路を支える地盤の他の事象に起因する変位との峻別もできないことから、この発明では、上記のような性能要求に応えると共に、近接土木・建設工事に起因する変位と、他の事象に起因する地盤変位とを峻別可能な鉄道線路の変位計測方法および鉄道線路変位計測装置を提供しようとするものである。

上記のような性能要求あるいは課題・目標に応ずるために、この発明では、水路式変位計測装置と既に周知のレーザ変位計測器を併用し、その水路式変位計測装置を、鉄道線路のレールの変位測定区間に沿わせて配設し、そのレールの変位計測区間に設定された複数の変位計測点のそれぞれに対して、上記水路式変位計測装置の変位計測点貯液槽の一つとレーザ変位測定器をそれぞれ対向させると共に、上記レールの変位計測区間に設定された複数の変位計測点に位置するレール側面にレーザ光を反射させるレーザターゲットを装着し、このレーザターゲットに向けて同変位計測点に対向したレーザ変位測定器からレーザ光を照射し、そのレーザ反射光を同レーザ変位計測器で受光し、その反射光の時間差からレールの通り狂い変位を計測すると同時に、鉄道線路の基盤をなす地盤の変位をも同時に計測することを特徴とする。

そして、この発明によれば、上記の解決手段により、レールの水平変位あるいは垂直変位に関して、高い信頼性をもった精度高い情報が得られ、高い列車通過密度の中で、レールの変位に関する定量的なビジュアルな判断情報が即時に得られ、長時間にわたって継続的に安定した情報が得られ、また、コンパクトな計測機器を用いることができて建築限界や線路保線作業に対する支障も少なく、更にまた、近接土木・建設工事に起因する変位と、近接土木・建設工事以外の事象によって線路を支える地盤に生じた変位との関係も峻別できるという優れた効果を奏するものである。

この発明の最良の実施形態の一つは、土木・建設現場から遠く離れて土木・建設工事に伴う地盤変位が及ばない２箇所の不動点にそれぞれ設置された不動点貯液槽と；その両不動点貯液槽の間に位置して液路を介して上記両不動点貯液槽と共に一連に縦続連結された複数の変位計測点貯液槽と；前記の不動点貯液槽、変位計測点貯液槽および液路に貯留された液体と；その液体中にあってこれらの液路および変位計測点貯液槽を貫通して前記両不動点貯液槽間に架設されたワイヤーと前記変位計測点貯液槽内にあって前記ワイヤーと前記変位計測点貯液槽の間の相対変位を感知・計測する変位センサを備えた水路式変位計測装置と、レーザ変位計測器を併用し、鉄道線路のレールの変位計測区間に沿って前記一連の変位計測点貯液槽と液路を配設し、前記レールの前記変位計測区間に設定された複数の変位計測点のそれぞれに対向させて、前記変位計測点貯液槽の一つと前記レーザ変位測定器をそれぞれ設置し、前記レールの側面の前記各変位計測点に位置する箇所に装着されて前記レーザ変位計測器からのレザー光を受光し且つそのレーザ光を同レーザ変位計測器に向けて反射させるレーザターゲットに向けて前記レーザ変位計測器からレーザ光を照射し、同レーザターゲットで反射させ、そのレーザ反射光を同レーザ変位計測器で受光して、そのレーザ反射光の到達時間差から前記レールの通り狂い変位を計測すると共に、前記水路式変位計測装置によって、前記鉄道線路の基盤をなす地盤の変位を同時に計測することを特徴とする鉄道線路の変位計測方法である。

この発明の他の最良の実施形態は、土木・建設現場から遠く離れて土木・建設工事に伴う地盤変位が及ばない２箇所の不動点にそれぞれ設置された不動点貯液槽と；その両不動点貯液槽の間に位置して液路を介して上記両不動点貯液槽と共に一連に縦続連結された複数の変位計測点貯液槽と；前記の不動点貯液槽、変位計測点貯液槽および液路に貯留された液体と；その液体中にあってこれらの液路およびレーザ変位計測器変位計測点貯液槽を貫通して前記両不動点貯液槽間に架設されたワイヤーと；前記変位計測点貯液槽内にあって前記ワイヤーと前記変位計測点貯液槽の間の相対変位を感知・計測する変位センサを備えた水路式変位計測装置を、鉄道線路のレールの変位計測区間に沿って配設して、同レールの変位計測区間に設定された複数の変位計測点のそれぞれに前記変位計測点貯液槽の一つとレーザ変位計測器を対向させて設置し、前記レールの側面の前記各変位計測点に位置する箇所に、前記レーザ変位計測器からのレーザ光を受光して且つそのレーザ光を同レーザ変位計測器に向けて反射させるレーザターゲットを装着してなることを特徴とする鉄道線路の変位計測装置である。

以下図面を参考にして、この発明の一実施例を説明する。図１は、この発明に係る鉄道線路の変位計測方法に用いる鉄道線路変位計測装置の構成を示す平面図、図２は、図１のＡ−Ａ’線で切断した同鉄道線路変位計測装置の部分断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ’線で切断した同鉄道線路変位計測装置における水路式変位計の概要縦断面図、図４は、同水路式変位計の地盤変位検知部の斜視図である。

図において、１，２はレール、３は枕木、４はデータロガー、５はパソコン、２１は不動点貯液槽、２２は変位計測点貯液槽、２３は液路、２４はレーザ変位計測器、２５は不動点貯液槽２１を設置するためのコンクリート・ベース、２６は変位計測点貯液槽２２を設置するためのコンクリート・ベース、２７はワイヤー、２８はワイヤー２７に吊り下げられた変位検出片、２９は液体、３０は変位検出片２８に対向して変位計測点貯液槽２２の水平方向の変位を検知・計測する変位センサ、３１は変位検出片２８に対向して変位計測点貯液槽２２の鉛直方向の変位を検知・計測する変位センサ、Ｌ１はレールの変位量（通り狂い）、Ｓは変位測定目的に応じて任意に設定されるところのレールの変位計測区間、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５はレール変位測定区間Ｓ内に設定されたレールの変位計測点、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５はレーザターゲット、Ｗは水路式変位装置を示している。

レール１，２は枕木３とパラスト道床（図示省略）を介して、天然の地盤を整地して生成した路盤（図示省略）上に敷設され鉄道線路（略して「線路」という）が構築されている。その線路の近くで土木・建設工事が行われると、線路の各部に様々な歪みが生じて所謂「線路狂い」が発生する可能性があり、この「線路狂い」が大きくなると、鉄道輸送の安全性が大きく損なわれることになる。殊に例えば、鉄道線路下にトンネルを横断貫通させるような線路近接工事においては、その工事に起因して、レールに所謂「通り狂い」が生ずる可能性が高い。「通り狂い」は、レールの軌間方向にレールが変位する現象で、線路の安全管理上の重要な監視項目の一つである。したがって、レールの「通り狂い」変位を計測し監視して、必要に応じて安全対策を講ずることは極めて重要である。図１は、「通り狂い」変位によってレール１，２が湾曲した状態を示しており、図１中に２点鎖線の直線で示した位置はレール１，２の当初の正常な位置を示し、図１中の長さＬ１はレール１の変位量（通り狂い）を示している。

また、Ｓは線路の変位計測区間で、線路近接工事の規模や状況に応じて変位計測区間Ｓの場所と長さ（例えば数十メートル）が設定され、その変位計測区間内に幾つかの変位計測点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５が設定される。また、隣り合う各変位計測点間の間隔は例えば数メートルに設定される。そしてレール１において、各変位計測点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５に位置する箇所の外側側面にレーザターゲットＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を装着している。なお後述するように、レーザターゲットＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５には、レーザ変位測定器からレーザ光が照射され、そのレーザ光はレーザターゲットＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５で、同レーザ変位測定器に向けて反射されるものである。

Ｗは水路式変位計で、その詳細は前記特許文献（特許第３７８０３７７号特許公報）に示されるところである。すなわち水路式変位計Ｗは、図１，３，４に示すように、土木・建設現場から遠く離れて土木・建設工事に伴う地盤変位が及ばない２箇所の不動点にそれぞれ設置された不動点貯液槽２１と両不動点貯液槽の間に位置して、液路２３を介して両不動点貯液槽２１と共に一連に縦続連結された複数の変位計測点貯液槽２２と、不動点貯液槽２１、変位計測点貯液槽２２および液路２３に貯留された液体２９と、その液体２９中にあってこれらの液路２３および変位計測点貯液槽２２を貫通して両不動点間に架設されたワイヤー２７と、前記変位計測点貯液槽２２内にあって前記ワイヤーと、前記変位計測点貯液槽２２の相対変位を感知・計測する変位センサ３０，３１を備えてなる。そしてこの発明にかかる鉄道線路の変位計測方法・装置は、この水路式変位計測装置と既に周知のレーザ変位計測器２４を併用し、レール１の変位計測区間Ｓに沿って前記一連の変位計測点貯液槽２２と液路２３を配設し、同レールの変位計測区間Ｓに設定された複数の変位計測点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５のそれぞれに前記変位計測点貯液槽２２の一つとレーザ変位測定器２４を対応させて対向させ、そのレールの変位計測区間Ｓに設定された複数の変位計測点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５におけるレール１の側面に装着したレーザターゲットに向けてレーザ変位測定器２４からレーザ光を照射してその反射光を受光してその反射光の時間差からレールの通り狂い変位を計測すると同時に、鉄道線路の基礎をなす地盤変位をも同時に計測するものである。なお、Ｎはレールに対する建築限界を示している。

上記の実施例からも明らかなように、この発明によれば、レールの変位に関して、高い信頼性をもった精度高い情報が得られ、高い列車通過密度の中で、レールの変位に関する定量的なビジュアルな判断情報が即時に得られ、長時間にわたって継続的に安定した情報が得られ、また、コンパクトな計測機器を用いることができて建築限界や線路保線作業に対する支障も少なく、更にまた、近接土木・建設工事に起因する変位と、近接土木・建設工事以外の事象によって線路を支える地盤に生じた変位との関係も峻別できるので、種々の産業分野において、その利用の可能性は極めて大きいと考えられる。

この発明に係る鉄道線路の変位計測方法に用いる鉄道線路変位計測装置の概要平面図。図１のＡ−Ａ’線で切断した同鉄道線路変位計測装置の部分断面図。図１のＢ−Ｂ’線で切断した同鉄道線路変位計測装置における水路式変位計の概略縦断面図。同水路式鉛直・水平変位計の地盤変位検知部分の斜視図。

符号の説明

１，２：レール
３：枕木
４：データロガー
５：パソコン
２１：不動点貯液槽
２２：変位計測点貯液槽
２３：液路
２４：レーザ変位計測器
２５，２６：コンクリート・ベース
２７：ワイヤー
２８：変位検出片
２９：液体
３０、３１：変位計測点貯槽の変位を検知・計測する変位センサ
Ｓ：レールの変位計測区間
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５：レールの変位計測点
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５：レーザターゲット
Ｗ：水路式変位装置

Claims

土木・建設現場から遠く離れて土木・建設工事に伴う地盤変位が及ばない２箇所の不動点にそれぞれ設置された不動点貯液槽と；その両不動点貯液槽の間に位置して液路を介して上記両不動点貯液槽と共に一連に縦続連結された複数の変位計測点貯液槽と；前記の不動点貯液槽、変位計測点貯液槽および液路に貯留された液体と；その液体中にあってこれらの液路および変位計測点貯液槽を貫通して前記両不動点貯液槽間に架設されたワイヤーと前記変位計測点貯液槽内にあって前記ワイヤーと前記変位計測点貯液槽の間の相対変位を感知・計測する変位センサを備えた水路式変位計測装置、および、レーザ変位計測器を併用し、鉄道線路のレールの変位計測区間に沿って前記一連の変位計測点貯液槽と液路を配設し、前記レールの前記変位計測区間に設定された複数の変位計測点のそれぞれに対向させて、前記変位計測点貯液槽の一つと前記レーザ変位測定器をそれぞれ設置し、前記レールの側面の前記各変位計測点に位置する箇所に装着されて前記レーザ変位計測器からのレーザ光を受光し且つそのレーザ光を同レーザ変位計測器に向けて反射させるレーザターゲットに向けて前記レーザ変位計測器からレーザ光を照射し、同レーザターゲットで反射したレーザ反射光を同レーザ変位計測器で受光して、そのレーザ反射光の到達時間差から前記レールの通り狂い変位を計測すると共に、前記水路式変位計測装置によって、前記鉄道線路の基盤をなす地盤の変位を同時に計測することを特徴とする鉄道線路の変位計測方法。
土木・建設現場から遠く離れて土木・建設工事に伴う地盤変位が及ばない２箇所の不動点にそれぞれ設置された不動点貯液槽と；その両不動点貯液槽の間に位置して液路を介して上記両不動点貯液槽と共に一連に縦続連結された複数の変位計測点貯液槽と；前記の不動点貯液槽、変位計測点貯液槽および液路に貯留された液体と；その液体中にあってこれらの液路および変位計測点貯液槽を貫通して前記両不動点貯液槽間に架設されたワイヤーと；前記変位計測点貯液槽内にあって前記ワイヤーと前記変位計測点貯液槽の間の相対変位を感知・計測する変位センサを備えた水路式変位計測装置を、鉄道線路のレールの変位計測区間に沿って配設して、同レールの変位計測区間に設定された複数の変位計測点のそれぞれに前記変位計測点貯液槽の一つとレーザ変位計測器を対向させて設置し、前記レールの側面の前記各変位計測点に位置する箇所に、前記レーザ変位計測器からのレーザ光を受光して且つそのレーザ光を同レーザ変位計測器に向けて反射させるレーザターゲットを装着してなることを特徴とする鉄道線路の変位計測装置。