(57)【要約】【課題】レール分岐部において脱輪が生じた場合であっても、鉄道車両の転倒を防止するための脱線時走行装置を提案する。【解決手段】主レールＲ１と分岐レールとが交差する部分を含む分岐区間において、主レールＲ１の両側面に沿って配設される脱線時走行装置１であって、脱輪時の車輪Ｔｗを走行させるための走行路１１を上面に有し、分岐区間の始点における走行路１０の高さが脱輪時の車輪Ｔｗが乗り上げることが可能な程度に低く、分岐レールと交差する箇所における走行路１０の高さが主レールＲ１の上面の高さと同等となる縦断勾配を有している。【選択図】図４
2010138670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主レールと分岐レールとが交差する部分を含む分岐区間において前記主レールの両側面に沿って配設される脱線時走行装置であって、
脱輪時の車輪を走行させるための走行路を上面に有し、
前記分岐区間の始点における前記走行路の高さが脱輪時の車輪が乗り上げることが可能な程度に低く、前記分岐レールと交差する箇所における前記走行路の高さが当該分岐レールの上面の高さと同等となる縦断勾配を有していることを特徴とする脱線時走行装置。
【請求項２】
セメントとポゾラン系反応粒子と最大粒径２．５ｍｍ以下の骨材とを含む粉体に高性能減水剤と水とを混入して得られるセメント系マトリックスに、直径が０．１〜０．３ｍｍで長さが１０〜３０ｍｍの形状を有する繊維を容積で１〜４％混入して得られる繊維補強コンクリートにより構成されることを特徴とする、請求項１に記載の脱線時走行装置。
【請求項３】
前記走行路の外側縁に沿ってストッパーが形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の脱線時走行装置。
【請求項４】
主レールに沿って連設された複数のブロック体により構成されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の脱線時走行装置。
【請求項５】
上下方向に貫通するボルト孔が形成されており、当該ボルト孔を貫通するボルトにより枕木または軌道スラブに固定されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の脱線時走行装置。
【請求項６】
前記主レールの枕木または軌道スラブへの締結箇所に対応して、空間が形成されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の脱線時走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の脱線時走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両が走行中に大規模な地震に遭遇することにより、左右方向や上下方向の地震力が作用し、ロッキング等の不安定な運動が生じ、レールから脱輪するおそれがある。
【０００３】
走行中の鉄道車両の脱輪は、発生する確率は低いものの、脱輪時の被害を最小限にとどめられる種々の対策が講じられている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、脱輪した鉄道車両を反対車線や線路外に逸脱させないための装置として、レールの左右に断面コ字形の走行路を配置した脱線時走行装置が開示されている。この脱線時走行装置によれば、車輪が脱輪しても、走行路内に誘導されて逸脱しないため、被害を最小限に抑えることができる。
【０００５】
ところが、特許文献１に記載の脱線時走行装置は、レール分岐部のように、他のレールと交差する場合には、他のレールの上面と走行路との間に高低差が生じることになるので、脱輪した車輪が他のレールに衝突し、車両が思わぬ方向に逸脱するおそれや、転倒するおそれがある。
【０００６】
なお、例えば特許文献２に示すように、踏切において、レールの両側にレールの高さと同じ高さとなるようにブロック等を設置する場合があるが、これらのブロックは、鉄道軌道と直交する方向の交通路の平坦性を確保するために設置するものであって、踏み切りの前後においては段差を有しているから、レール分岐部における問題点を解決することはできない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２４０４７３号公報
【特許文献２】特開平１１−７１７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、レール分岐部において脱輪が生じた場合であっても、鉄道車両の線路外への逸脱や転倒を防止するための脱線時走行装置を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明の脱線時走行装置は、主レールと分岐レールとが交差する部分を含む分岐区間において、前記主レールの両側面に沿って配設される脱線時走行装置であって、脱輪時の車輪を走行させるための走行路を上面に有し、前記分岐区間の始点における前記走行路の高さが、脱輪時の車輪が乗り上げることが可能な程度に低く、前記分岐レールと交差する箇所における前記走行路の高さが当該分岐レールの上面の高さと同等となる縦断勾配を有していることを特徴としている。
【００１０】
かかる脱線時走行装置によれば、脱輪した車輪が、スムーズに分岐レールを乗り越えることができるので、鉄道車両が逸脱したり、転倒したりすることを防止できる。
【００１１】
また、前記脱線時走行装置は、セメントとポゾラン系反応粒子と最大粒径２．５ｍｍ以下の骨材とを含む粉体に高性能減水剤と水とを混入して得られるセメント系マトリックスに、直径が０．１〜０．３ｍｍで長さが１０〜３０ｍｍの形状を有する繊維を容積で１〜４％混入して得られる繊維補強コンクリートにより構成されていてもよい。
【００１２】
かかる脱線時走行装置によれば、高強度な材料により構成されているため、脱輪時の衝撃力等により破損が生じることがない。また、長期的な劣化が少ないため、維持管理費用の低減化も可能となる。
【００１３】
また、脱線時走行装置の走行路の外側縁（主レールの反対側の縁）に沿ってストッパーが形成されていれば、脱輪した車輪の脱線時走行装置からの逸脱を防止することができる。
【００１４】
また、前記脱線時走行装置は、主レールに沿って連設された複数のブロック体により構成されていてもよい。これにより、装置の構築を容易に行うことが可能となる。
【００１５】
また、前記脱線時走行装置は、上下方向に貫通するボルト孔が形成されており、前記ボルト孔を貫通するボルトにより枕木または軌道スラブに固定されていてもよい。
これにより、脱線時走行装置が脱輪時の衝撃や地震時の振動等によりずれることがない。
【００１６】
さらに、前記主レールの枕木または軌道スラブへの締結箇所に対応して空間を形成してもよい。これにより主レールのメンテナンス等を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の脱線時走行装置によれば、レール分岐区間において脱輪が生じた場合であっても、鉄道車両の逸脱や転倒の防止が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の脱線時走行装置１は、図１に示すように、主レールＲ１と分岐レールＲ２とが交差する交差部Ｂ１を含む分岐区間Ｂにおいて、主レールＲ１の両側面に沿って配設されるものである。
【００１９】
脱線時走行装置１は、複数のブロック体１０を主レールＲ１に沿って連設することにより構成されている（図２参照）。各ブロック体１０の長さは限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。
【００２０】
ブロック体１０（脱線時走行装置１）の上面には、図２（ｂ）に示すように、脱輪時の車輪を走行させるための走行路１１が形成されている。
【００２１】
脱線時走行装置１は、走行路１１（上面）の高さが分岐区間Ｂの始点Ｓから分岐レールＲ２との交差部Ｂ１に向かって徐々に高くなる縦断勾配を有しており、各ブロック体１０の走行路１１が上り勾配を有している。この区間における代表的な断面を図３に示す。また、交差部Ｂ１から分岐区間Ｂの終点Ｅに対応する走行路１１は、徐々に低くなるような縦断勾配を有している。
【００２２】
分岐区間Ｂの始点Ｓに配置されたブロック体１０の走行路１１は、端部の高さ（始点Ｓにおける高さ）が始点Ｓよりも手前で脱輪した車輪Ｔｗが乗り上げることが可能な程度に形成されていて、始点Ｓから交差部Ｂ１に向かって徐々に高くなる縦断勾配を有している。
一方、交差部Ｂ１におけるブロック体１０の走行路１１の高さは、図４に示すように、レール（主レールＲ１および分岐レールＲ２）の上面の高さと同等となるように形成されている。
さらに、分岐区間Ｂの終点Ｅに配置されたブロック体１０の走行路１１は、交差部Ｂ１から終点Ｅに向かって徐々に低くなる縦断勾配を有しており、端部の高さ（終点Ｅにおける高さ）は始点Ｓと同様に低く形成されている。これにより、走行路１１を走行する車輪Ｔｗが脱線時走行装置１の先端（分岐区間Ｂの終点Ｅ）を通過する際の衝撃が緩和される。
【００２３】
ブロック体１０は、セメントとポゾラン系反応粒子と最大粒径２．５ｍｍ以下の骨材とを含む粉体に高性能減水剤と水とを混入して得られるセメント系マトリックスに、直径が０．１〜０．３ｍｍで長さが１０〜３０ｍｍの形状を有する繊維を容積で１〜４％混入して得られる繊維補強コンクリートであって、圧縮強度が１５０〜２００Ｎ／ｍｍ２、曲げ引張強度が２５〜４５Ｎ／ｍｍ２、割裂引張強度が８〜２５Ｎ／ｍｍ２、また、曲げによる破壊エネルギーが１０〜４０ｋＮ・ｍ／ｍ２等の特性を有した材料により構成されている。
なお、ブロック体１０を構成する材料は、前記した繊維補強コンクリートに限定されるものではなく、例えば、鉄筋コンクリート、プレストレストコンクリート、鋼材、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、繊維補強樹脂等により構成してもよい。
【００２４】
脱線時走行装置１には、図３および図４に示すように、走行路１１の外側縁に沿ってストッパー１２が形成されている。本実施形態のストッパー１２は、走行路１１の外側縁において壁状に立設されている。なお、走行路１１を走行する車輪Ｔｗが脱線時走行装置１から逸脱することを防止することができれば、ストッパー１２の形状は限定されるものではない。また、本実施形態では、ストッパー１２をブロック体１０に一体に形成しているが、別部材としてもよい。この場合には、ストッパー１２となる部材をブロック体１０の外側縁に沿って固定すればよい。
【００２５】
ブロック体１０には、上下方向に貫通するボルト孔１３が形成されており、各ブロック体１０は、ボルト孔１３を貫通するボルト１４を介して枕木２０または図示せぬ軌道スラブに締結されている。
【００２６】
ボルト孔１３の上部に拡幅部１３ａを形成し、ボルト１４の頭部を、この拡幅部１３ａの底部に係止させることで、ブロック体１０を締結している。拡幅部１３ａは、グラウト等の充填材により充填されており、走行路１０の平坦性を維持している。
なお、本実施形態では、ブロック体１０の断面方向に２本ずつボルト孔１３を形成するものとするが、ボルト孔１３の数は限定されるものではない。また、ブロック体１０の固定方法は、ボルト１４による締結に限定されるものではない。
【００２７】
主レールＲ１は、締結装置２１を介して枕木２０または軌道スラブに締結されている。そのため、ブロック体１０には、図２に示すように、主レールＲ１の締結装置２１の配置に対応して、箱抜きによる空間１５が形成されている。
【００２８】
ブロック体１０の肉厚が小さい場合には、空間１５の上面を開放し、それ以外では、図２（ｂ)に示すように、空間１５の上面を、天板部１５ａにより遮蔽する。天板部１５ａを設けると、走行路１０の平坦性を維持することができる。
【００２９】
図４に示すように、ブロック体１０とレール頭部Ｒｔとの隙間（水平離隔距離）ｗは、車輪Ｔｗの幅あるいはレール頭部Ｒｔの幅の半分程度に構成されている。隙間ｗを車輪Ｔｗの幅あるいはレール頭部Ｒｔの幅の半分程度とすることにより、車輪Ｔｗがレール（主レールＲ１または分岐レールＲ２）とブロック体１０との間に落下することを防止することができる。
【００３０】
本実施形態の脱線時走行装置１によれば、分岐区間の手前または分岐区間において鉄道車両が脱線した場合であっても、車輪Ｔｗが走行路１０上を走行することで、鉄道車両の逸脱や転倒が防止される。
また、脱線時走行装置１は、分岐レールＲ２と交差する箇所において、走行路１０の高さがレール（主レールＲ１および分岐レールＲ２）の高さと同程度となるように構成されているため、車輪Ｔｗがレールにぶつかることで鉄道車両が思わぬ方向に逸脱することや転倒することが防止されている。
【００３１】
また、脱線時走行装置１は、セメント系マトリックスに短繊維を容積で１〜４％混入して得られる自己充填性を有する材料により構成されている。補強繊維はセメント系マトリックスに繊維の方向をランダムに混入されているので、補強に方向性が無く、あらゆる方向から作用する力に対して一定の耐力を発現する。また、鉄筋コンクリートのように、コンクリート被りに相当する部分がなく全断面に繊維が混入するので、部材の外側が欠ける等の部分的な破壊（ひび割れ）が発生しにくい。
【００３２】
補強繊維は、直径が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍで長さが１０ｍｍ〜３０ｍｍの微小な形状の繊維を容積で１％〜４％混入されているので、セメント系マトリックスに引張応力によるひび割れが発生しても、補強繊維の架橋効果によりひび割れが分散して、ひび割れ幅が大きくならない。
さらに、引張ひずみが増大しても、耐荷能力が低下することなくひび割れ本数が増大してひび割れ幅は増大しない。
【００３３】
また、繊維補強コンクリートにより構成されているため、鉄道車両のロッキング運動による上下の大きな衝撃力に対しても、破壊することなく運動エネルギーを吸収することが可能となる。
【００３４】
また、セメント系マトリックスは、水セメント比が２２〜２４％と非常に小さいく緻密な構成であるため、塩分拡散係数が従来のコンクリートの１／３００〜１／５００と小さく、中性化することはない。故に、メンテナンスフリーであるため、維持管理費用が発生しない。
また、ブロック体１０（脱線時走行装置１）の製造時に熱養生を採用すれば、養生後は乾燥収縮が小さくなるので、乾燥収縮によるひび割れの発生の心配がない。
【００３５】
また、鉄筋による補強を省略若しくは簡略化することができるので、薄肉断面でも製作が可能になるとともに、微妙な縦断勾配も精度よく製作することが可能になる。
【００３６】
また、脱線時走行装置１は、ブロック体１０を主レールＲ１に沿って配置するのみで、簡易に構成することが可能であるとともに、設置を容易に行うことが可能である。
また、繊維補強コンクリートにより構成することで、耐衝撃性を含め、脱線時走行装置１として求められる機能を満足する。
また、ブロック体１０（脱線時走行装置１）は、簡易な形状なため、製作時の手間を省略することができ、搬送も容易である。
【００３７】
さらに、繊維補強コンクリートの破壊エネルギーが大きいため、車輪Ｔｗが走行路を走行した場合に、短時間に走行を停止させることが可能となる。
【実施例】
【００３８】
本発明の脱線時走行装置の特性について行った実証実験結果を以下に示す。
【００３９】
（１）破壊エネルギー吸収特性について
まず、繊維補強コンクリートからなる脱線時走行装置の破壊エネルギー吸収特性について行った実証実験の結果を示す。
【００４０】
本実証実験では、繊維補強コンクリートについて、４×４×１６ｃｍの試験体を形成し、この試験体による３等分曲げ試験を行った。同様に圧縮強度４０Ｎ／ｍｍ２の従来の高強度コンクリートにより構成された同形状の無筋試験体についても３等分曲げ試験を行った。
図５に繊維補強コンクリートＡおよび高強度コンクリートＡ’の各試験体についての供試体下面の曲げ引張応力と載荷点変位の関係を示す。
【００４１】
図５に示すように、繊維補強コンクリートＡは、試験体の下縁曲げ引張応力が２０Ｎ／ｍｍ２程度に達するまでは弾性挙動する。その後マイクロクラックが発生するもののマトリックス自身の引張応力抵抗の成分と繊維による架橋効果の成分の和により、曲げ引張応力は増大してピークに達する。ポストピークでは主に繊維による架橋効果が主体的であり、物理的には繊維がマトリックスから抜け出すために載荷荷重が低下するが、載荷荷重が急激に低下するようなことはない。つまり、粘り強いじん性挙動を示している。
一方、従来の高強度コンクリートＡ’の場合は、図５に示すように、曲げ引張応力にはほとんど抵抗することができず、ピークを過ぎると一気に破壊してしまう。
【００４２】
材料のじん性は、図５の面積で定義される破壊エネルギーで示されるが、繊維補強コンクリートＡの破壊エネルギーは３６ｋＮ・ｍ／ｍ２であり通常の高強度コンクリートＡ’の３００〜４００倍である。
【００４３】
以上のように、繊維補強コンクリートを脱線時走行装置１に採用することにより、エネルギーの吸収性能が向上する。そのため、鉄道車両が脱線走行した場合でも、脱線時走行装置に作用する衝撃力を低減することができ、また車輪走行の転がり抵抗を増大させ短時間に鉄道車両を停止させることが可能となる。
【００４４】
（２）耐衝撃性について
次に、繊維補強コンクリートからなる脱線時走行装置の耐衝撃性能について行った実証実験の結果について説明する。
【００４５】
繊維補強コンクリートを適用した脱線時走行装置の実物モデルにより、実物車輪の接触部分の形状を模擬した模擬車輪を用いて、静的載荷実験と落下による衝撃実験を実施した（図７（ａ）参照）。
【００４６】
衝撃実験は、図６に示すように、重錘Ｗに模擬車輪（接触子）Ｔｗ’をつけてガイドレールＲ０に沿って落下させて供試体１０’に衝撃力を与える方法とした。
供試体１０’は、繊維補強コンクリートにより形成されている。供試体１０’には、空間１５の天板部１５ａの厚さＤを８０ｍｍとしたものと１５０ｍｍとしたものがある。衝撃力の大きさは重錘Ｗに設けた加速度計より求めた。
【００４７】
静的載荷実験は、載荷フレームを介してジャッキにより載荷して、載荷荷重はロードセルにより行った。
【００４８】
図７（ｂ）に実験結果を示す。図７（ｂ）において、Ａ１とＡ２は衝撃実験の結果を示しており、Ａ３とＡ４は静的実験の結果を示している。なお、Ａ１，Ａ３は天板部１５ａの厚さＤが１５０ｍｍの場合の実験結果であり、Ａ２とＡ４はそれぞれ厚さＤが８０ｍｍの場合の実験結果である。
【００４９】
図７（ｂ）に示すように、衝撃力（動的載荷）に対する耐力（Ａ１，Ａ２）は、静的載荷の耐力（Ａ３，Ａ４）の２．５倍となり、耐力の向上が示された。また、天板部１５ａの厚さが薄い（Ｄ＝８０ｍｍ）場合の破壊モードは、押し抜きせん断破壊であるのに対し、天板部１５ａが厚い（Ｄ＝１５０ｍｍ）場合の破壊モードは縁端部のせん断破壊であった。
【００５０】
これらの実験結果から、衝撃力に対する耐荷抵抗が優れていることがわかる。そのため、大規模地震時に想定されるロッキング運動により発生する衝撃力に対して、本発明の脱線時走行装置が安全であることが明らかになった。
【００５１】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、前記実施形態では、走行路の端部にストッパーを形成するものとしたが、ストッパーは必要に応じて形成すればよい。
【００５２】
また、前記実施形態では、終点のブロック体（走行路）の高さを始点と同様に低くするものとしたが、終点におけるブロック体の高さは必ずしも低くする必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る脱線時走行装置を示す平面図である。
【図２】図１の脱線時走行装置の一部を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はｃ−ｃ断面図である。
【図３】図１のａ−ａ断面図である。
【図４】図１のｂ−ｂ断面図である。
【図５】破壊エネルギー吸収特性について行った実証実験結果を示すグラフである。
【図６】衝撃実験で使用した装置を示す概略図である。
【図７】（ａ)は衝撃実験の実験モデルを示す概略図、（ｂ）は同実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１    脱線時走行装置
１０  ブロック体
１１  走行路
１２  ストッパー
１３  ボルト孔
１４  ボルト
１５  空間
２０  枕木
Ｂ    分岐区間
Ｒ１  主レール
Ｒ２  分岐レール
【図１】
2010138670.tif 000003
【図２】
2010138670.tif 000004
【図３】
2010138670.tif 000005
【図４】
2010138670.tif 000006
【図５】
2010138670.tif 000007
【図６】
2010138670.tif 000008
【図７】
2010138670.tif 000009