(57)【要約】【課題】  細粒土の混入し劣化したバラストを回復させ、つき固めによる保守効果を生成、持続させる補修工法の提供。【解決手段】  レールを固定された枕木をバラストによって保持させたバラスト軌道の補修工法である。枕木の下に液状充填材を含浸させ、バラスト及びこの間にある細粒土を液状充填材で一体に硬化させる。この後、細粒土部分を破砕し造粒する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールを固定された枕木をバラストによって保持させたバラスト軌道の補修工法であって、前記枕木の下に液状充填材を含浸させ、前記バラスト及びこの間にある細粒土を前記液状充填材で一体に硬化させた後、前記細粒土部分を破砕し造粒させることを特徴とするバラスト軌道の補修工法。
【請求項２】
周囲のバラストを除去するとともに前記枕木をはずして露出させた表面から前記液状充填材を含浸させることを特徴とする請求項１記載のバラスト軌道の補修工法。
【請求項３】
前記枕木をはずして露出した表面を掘削することを特徴とする請求項２記載のバラスト軌道の補修工法。
【請求項４】
前記枕木に沿って前記液状充填材を与えて、少なくとも前記枕木の下部面よりも広い水平面で硬化層を与えることを特徴とする請求項１乃至３のうちの１つに記載のバラスト軌道の補修工法。
【請求項５】
前記液状充填材は前記細粒土に浸透するよう選択されることを特徴とする請求項４記載のバラスト軌道の補修工法。
【請求項６】
前記液状充填材は平均粒径５μｍ以下の超微粒子からなるセメントであることを特徴とする請求項５記載のバラスト軌道の補修工法。
【請求項７】
埋め戻しとともに、タイタンパでつき固めて軌道整正することを特徴とする請求項１乃至６のうちの１つに記載のバラスト軌道の補修工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路盤の上の道床にバラストを敷いた鉄道のバラスト軌道における該バラストの補修工法に関し、特に、細粒土の混入し劣化したバラストを回復させる補修工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
路盤の上の道床にバラストを敷いた鉄道のバラスト軌道では、列車の繰り返し載荷やタイタンパによるつき固め保守の繰返しによって、バラストが細粒化し、細粒土の混入率が高くなっていく。このように劣化した道床では、例えば、排水性が低下し、軌道を支える強度が低下してしまう。そこで、バラストを入れ替える工事が行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１では、雨水等による流動化で泥化したバラスト軌道下の軟弱路盤を固化させて安定した改良土の路盤に回復させる工法について、線路下のバラストの一部を除去し、この箇所にバラストを埋め戻す際に、埋め戻すバラストの一部をセメントクリンカ等の水硬性組成物体で置換する工法を開示している。水硬性組成物体が破砕や摩耗して路盤に落下すると、泥中の水や雨水等の水によって固化して該路盤の土を改良するとしている。
【０００４】
また、特許文献２では、細粒化したバラストによる噴泥化現象などを防止すべく、充填材を使った工法を開示している。枕木の少なくとも外周のバラストを除去してレールをジャッキアップしつつレベル調整し、枕木の下にシートを挿入しながら液状樹脂系充填材を充填し、硬化後に枕木の回りにバラストを戻すとしている。充填材はシートによってバラストに接触せず、混入しないので、充填材を枕木下に確実に充填、硬化させ噴泥化などを防ぐとしている。
【０００５】
また、バラストの細粒化自体を抑制するようにあらかじめバラストに注入材を注入しておくことも提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献３では、累積列車荷重による枕木の沈下や軌道の狂いなどを防止するために道床バラスト間の隙間や枕木下に注入材を注入し、一種のコンクリートスラブ軌道へと転化させる軌道砕石部のグラウト材注入工法を開示している。セメントアスファルトモルタルに代え、一液性グラウト材を用いて養生することで、道床バラストの移動、破壊、粉状化を抑制するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−７７４５２号公報
【特許文献２】特開２００８−８８７３５号公報
【特許文献３】特開２０００−８７３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、道床の細粒化によって細粒土の混入率が高くなり、排水性が低下するとともに、飽和度も高くなって軌道の支持強度が低下してしまう。そのため、タイタンパでのつき固めによる軌道整正を行っても沈下が生じやすく、保守量が増大してしまう。かかる場合、新品のバラストに交換すべきだが、これをせずともつき固め保守効果を生成し、持続させる工法が望まれた。
【０００９】
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、細粒土の混入し劣化したバラストを回復させ、つき固めによる保守効果を生成、持続させる補修工法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、レールを固定された枕木をバラストによって保持させたバラスト軌道の補修工法であって、前記枕木の下に液状充填材を含浸させ、前記バラスト及びこの間にある細粒土を前記液状充填材で一体に硬化させた後、前記細粒土部分を破砕し造粒させることを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、バラスト間の隙間を細粒土が埋め、排水性が低下したバラスト道床の該排水性を改善しつつ、バラスト間の隙間を造粒塊で回復させ、つき固めによる保守効果を生成、持続させるのである。
【００１２】
上記した発明において、周囲のバラストを除去するとともに前記枕木をはずして露出させた表面から前記液状充填材を含浸させることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、バラスト間の隙間をより強固な造粒塊で回復させ、つき固めによる保守効果を生成、持続させるのである。
【００１３】
上記した発明において、前記枕木をはずして露出した表面を掘削することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、バラスト間の隙間をより強固な造粒塊で回復させ、つき固めによる保守効果を生成、持続させるのである。
【００１４】
上記した発明において、前記枕木に沿って前記液状充填材を与えて、少なくとも前記枕木の下部面よりも広い水平面で硬化層を与えることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、バラスト間の隙間をより強固に造粒塊で回復させ、つき固めによる保守効果を生成、持続させるのである。
【００１５】
上記した発明において、前記液状充填材は前記細粒土に浸透するよう選択されることを特徴としてもよい。また、前記液状充填材は平均粒径５μｍ以下の超微粒子からなるセメントであることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、バラスト間の隙間をより強固な造粒塊で回復させ、つき固めによる保守効果を生成、持続させるのである。
【００１６】
上記した発明において、埋め戻しとともに、タイタンパでつき固めて軌道整正することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、バラスト間の隙間をより強固な造粒塊で回復させ、つき固めによる保守効果を生成、持続させるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による造粒化工法を示す図である。ここで、（ａ）施工前、（ｂ）施工後を示す。
【図２】本発明による造粒化工法を示す図である。
【図３】本発明による造粒化工法において、部分道床交換工程を含む工法を示す図である。
【図４】試験方法を示す図である。ここで、（ａ）断面図、（ｂ）平面図である。
【図５】バラストの粒度分布を示すグラフである。
【図６】ケース１での枕木変位の推移を示すグラフである。
【図７】ケース２での枕木変位の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の１つの実施例による造粒化工法によるバラスト軌道の補修工法について図面に沿って説明する。まず、概要を説明する。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、バラスト軌道１において、レール１０を固定された枕木１２の周囲のバラスト道床１４において、特に、枕木１２の下では、バラスト１６の隙間を該バラスト１６が崩壊するなどして形成された細粒土１８が埋めてしまう。かかる細粒土１８が強固に踏み固められると、水の浸透を妨げ排水性が低下し、枕木１２の下に滞水層１７が形成され得る。また、飽和度が高くなってレール１０及び枕木１２の軌道を支える機械強度が低下してしまう。
【００２０】
そこで、図１（ｂ）に示すように、枕木１２の下のバラスト道床１４の表面から、超微粒子セメントからなるグラウト材２０を浸透させ、バラスト１６及び細粒土１８を一体化し硬化させ硬化層２０ａを形成後、これをハンマードリル３０で破砕するのである。これにより、細粒土１８がバラスト１６とともに造粒化し、かかる造粒塊１８ａが排水性を改善させるとともに、強固な噛み合いによって軌道を支えるための機械強度を回復させ、バラストを入れ替えずとも、つき固めによる保守効果を生成、持続させるのである。
【００２１】
更に、図２に沿って劣化したバラスト道床における造粒化工法の工程を説明する。
【００２２】
バラスト道床１４において、枕木１２の周囲のバラスト１６を除去し枕木１２をはずす（Ｓ１、図２（ａ）参照）。後述するように、枕木１２に沿って液状充填材２０を与えたときに、少なくとも枕木１２の下部面よりも広い水平面で硬化層２０ａを与えられるようにバラスト１６の除去を行うことが好ましい。
【００２３】
枕木１２をはずして露出させた表面から液状充填材２０をバラスト道床１４に含浸させる（Ｓ２、図２（ｂ）参照）。細粒土１８を含むバラスト１６にバラスト道床１４の表面からグラウト材２０を浸透させるため、グラウト材２０には、浸透性の高い超微粒子セメントを用いることが好適である。超微粒子セメントは、例えば、平均粒径５μｍ程度以下、好ましくは平均粒径４μｍ程度以下の超微粒子注入材であり、軟弱地盤の改良工事や亀裂性岩盤の止水工事等に用いられているものである。
【００２４】
バラスト１６及びこの間にある細粒土１８を液状充填材２０で一体に硬化させた後、この硬化層２０ａの細粒土部分をハンマードリル３０で破砕し、造粒する（Ｓ３、図２（ｃ）参照）。液状充填材２０によりバラスト１６及び細粒土１８を一体に硬化層２０ａとして硬化させることで、破砕後、特に、造粒塊１８ａ同士が強固に噛み合って軌道を支持する機械強度が回復するのである。
【００２５】
枕木１２を戻してバラスト１６で埋め戻すともに、タイタンパでつき固めて軌道整正する（Ｓ４、図２（ｄ）参照）。埋め戻しのための新しいバラスト１６が硬化層２０ａ内の造粒塊１８ａ（図１参照）とともに機械強度を回復させるとともに、排水性を改善するのである。
【００２６】
また、図３に示すように、上記工程に加え、枕木１２の下のバラスト１６の部分を新品のバラストに交換することも考慮される（部分道床交換）。踏み固められた細粒土１８が混入した枕木１２下にグラウト材２０をより充填しやすくできて、バラスト軌道１の補修工程を省力化できるのである。
【００２７】
つまり、バラスト道床１４において、枕木１２の周囲のバラスト１６を除去し枕木１２をはずすが、枕木１２よりも下側にバラスト１６を掘削するのである（Ｓ１１、図３（ａ）参照）。この後、枕木１２をはずして露出させた表面、つまり、掘削を与えられ表層を除去又は攪拌した表面から液状充填材２０を含浸させるが（Ｓ１２、図２（ｂ）参照）、表層を掘削処理することで、細粒土１８を含むバラスト１６にバラスト道床１４の表面からグラウト材２０がより良好に浸透することになる。
【００２８】
そして、バラスト１６及びこの間にある細粒土１８を液状充填材２０で一体に硬化させ、この硬化層２０ａの細粒土部分をハンマードリル３０で破砕し造粒し（Ｓ１３、図３（ｃ）参照）、枕木１２を戻してバラスト１６で埋め戻すともに、タイタンパでつき固めて軌道整正するのである（Ｓ１４、図３（ｄ）参照）。
【００２９】
上記したように、バラスト軌道１の補修工程を省力化できるとともに、細粒土１８の比率を下げて硬化層２０ａを形成できるため、排水性を高め、軌道を支える機械強度をより大きく回復させ得るのである。
【００３０】
なお、枕木１２をはずして露出させた表面から液状充填材２０をバラスト道床１４に含浸させる例を上記したが、枕木１２を除去せずとも、枕木１２の脇からスカートのような器具で液状充填材２０を枕木１２の下部のバラスト道床１４に含浸させ、且つ、ハンマードリル３０を差し込み、硬化層２０ａの細粒土部分を破砕し、造粒できる場合もある。かかる工法によれば、工程を簡素化できるのである。
【００３１】
［実証試験例］
次に、実物大模型での試験について述べる。
【００３２】
図４に示すように、実物大模型１００は、１本の枕木１２を与えたバラスト道床１４からなり、該バラスト道床１４には、細粒土１８を混入させたバラスト１６を用いている。なお、上記したような、造粒化工法（Ｓ１〜Ｓ４、ケース１）と、部分道床交換を含む工法（Ｓ１１〜Ｓ１４、ケース２）とを評価するものであり、仕切り板５０で２つの軌道模型Ａ及びＢに区画を分けてそれぞれ評価した。
【００３３】
図５に用いたバラストの粒度分布を示した。実物大模型１００では実際の軌道における道床交換を行うべき箇所からバラストを採取し（図４、黒四角印参照）、同じ粒度分布となるように新品バラストにクラッシャランを混合して用いた（図４、白四角印）。つまり、ここでは、乾燥重量比で新品バラスト：クラッシャラン＝４．５：６．０の割合で混合し、含水比５％を加水して作製している。
【００３４】
再び、図４を参照すると、幅３．５ｍ×長さ７．０ｍ×深さ２．５ｍの試験土槽に、その底部より１８５０ｍｍの位置まで礫質砂を締め固めて路盤構築し、その上にＥＰＳ層２５０ｍｍを設置して、さらにその上に粒度調整砕石を３００ｍｍの深さで締め固めて路盤構築した。なお、ＥＰＳ層は地盤反力係数を小さくするために設置した。構築された路盤の地盤反力係数Ｋ３０値は、５０ＭＮ／ｍ３程度であった。
【００３５】
構築した路盤上に遮水シートＰを敷き、厚さ３００ｍｍのバラスト道床１４を構築する。なお、列車の繰返し通過により締め固まった道床状態を模擬するため、振動バイブレーターを用いて、バラスト道床１４を厚さ２８０ｍｍ、密度２．１２ｔ／ｍ３（締固め度＝９５％）まで締め固めた。この上に枕木１２を設置し、２０ｍｍこう上して道床厚３００ｍｍとした上でタイタンパによるつき固め保守を行った。予備載荷として２万回の繰返し載荷を行い、再度タイタンパによるつき固めを行い、軌道模型Ａ及びＢを構築した。載荷荷重は最小荷重５ｋＮ及び最大荷重８５ｋＮ（荷重振幅８０ｋＮ）であり、載荷周波数５Ｈｚの正弦波で載荷回数３０万回の繰返し載荷を行った。
【００３６】
試験手順としては、ケース１では、軌道模型Ａ部分（図４参照）をつき固め、散水して３０万回の繰返し載荷後、枕木１２下のバラスト道床１４の部分を上記したように造粒化し、再度、散水して３０万回の繰返し載荷後の評価を行った。また、ケース２では、軌道模型Ｂ部分（図４参照）をつき固め、散水して３０万回の繰返し載荷後、枕木１２下のバラスト道床１４の部分を深さ１５０ｍｍ位置まで新品バラストに交換して密度１．６ｔ／ｍ３で締め固めてからつき固めを行った。更に、散水して３０万回の繰返し載荷後、枕木１２下のバラスト道床１４の部分を深さ１５０ｍｍ位置まで掘削してその下で造粒化を行った後、新品バラストを投入して密度１．６ｔ／ｍ３で締め固めてからつき固めを行った。そして、散水して３０万回の繰返し載荷後の評価を行った。なお、両ケースともタイタンパ保守後の散水量は３０Ｌ／ｍ２であり、その後の散水量は３０Ｌ／ｍ２を散水した後の道床の含水比（５％程度）と同様となるようにした。
【００３７】
図６には、ケース１の枕木１２の変位（枕木変位）を枕木１２に設置した変位計６０（図４参照）で測定した変位と載荷回数の関係を示した。繰返し載荷５千回で枕木変位は２ｍｍ程度であり、その後はなだらかに枕木変位が増加している。一方、参考例として、「つき固めのみ」を行った場合には、繰返し載荷５千回で５ｍｍ程度の枕木変位が生じ、その後は載荷回数とともに枕木変位が増加する傾向を示した。繰返し載荷３０万回後で比較すると、「つき固めのみ」に比べて、造粒化工法により、枕木変位を３６％まで低減できた。
【００３８】
図７には、ケース２の枕木変位と載荷回数の関係を示した。まず、参考例として、つき固めのみの場合は、繰返し載荷５千回で２．５ｍｍ程度の枕木変位が生じ、部分道床交換を行うことで、繰返し載荷５千回の枕木変位は変わらないものの、沈下の進み程度は低減していた。これに対し、造粒化を行うことで沈下進みがより低減することが判る。繰返し載荷３０万回後で比較すると、「つき固めのみ」に比べて、部分道床交換を行うことで枕木変位を７６％に低減でき、さらに造粒化で６６％に低減できた。
【００３９】
以上、本発明による代表的な実施例及びこれに伴う変形例について述べたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、適宜、当業者によって変更され得る。すなわち、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。
【符号の説明】
【００４０】
１        バラスト軌道
１０      レール
１２      枕木
１４      バラスト道床
１６      バラスト
１７      滞水層
１８      細粒土
１８ａ    造粒塊
２０      液状充填材
２０ａ    硬化層
３０      ハンマードリル
４０      タイタンパ
５０      仕切り版
６０      変位計
１００    実物大模型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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