(57)【要約】【課題】  ハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測を行うことにより、観測値を利用した経験的な列車振動の予測方法を提供する。【解決手段】  ハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測方法において、複数の線路構造物直下の観測結果から列車の振動源スペクトルを経験的に定義した上で、振動源から予測地点までの伝播特性をハンマー加振により観測される表面波を用いて算出し、予測地点での振動値を予測する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の線路構造物直下の観測結果から列車の振動源スペクトルを経験的に定義した上で、振動源から予測地点までの伝播特性をハンマー加振により観測される表面波を用いて算出し、予測地点での振動値を予測することを特徴とするハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測方法。
【請求項２】
請求項１記載のハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測方法において、前記線路構造物直下の列車振動に前記ハンマー加振による伝播特性を掛け合わせることにより、列車振動計測対象地点での列車振動を経験的に予測することを特徴とするハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測方法において、ハンマー加振時のＳ／Ｎ比を同箇所の微動観測結果を用いて計測することを特徴とするハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動の予測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
列車の走行に伴う地盤振動の予測は、新線建設時や既設線の条件変更時の環境影響評価に必要とされる。予測方法については、これまでに実測値の多変量解析による統計的予測回帰式（下記非特許文献１参照）や、類似する条件での測定結果を用いて振動スペクトルを予測する等価起振力法（下記非特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】社団法人日本騒音制御学会（２００１），「地域の環境振動」，技法堂出版
【非特許文献２】吉岡  修（１９９６），「等価起振力法による列車走行に伴う地盤振動の予測解析」，物理探査，ｖｏｌ．４９，Ｎｏ．２，ｐｐ．１３６−１４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したような、数値解析手法や統計的手法による列車振動の予測に代えて、本発明では、新たにハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測を提案するようにした。すなわち、本発明により、観測値を利用した経験的な列車振動の予測が可能となる。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みて、ハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測を行うことにより、観測値を利用した経験的な列車振動の予測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測方法において、複数の線路構造物直下の観測結果から列車の振動源スペクトルを経験的に定義した上で、振動源から予測地点までの伝播特性をハンマー加振により観測される表面波を用いて算出し、予測地点での振動値を予測することを特徴とする。
【０００７】
〔２〕上記〔１〕記載のハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測方法において、前記線路構造物直下の列車振動に前記ハンマー加振による伝播特性を掛け合わせることにより、列車振動計測対象地点での列車振動を経験的に予測することを特徴とする。
【０００８】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載のハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測方法において、ハンマー加振時のＳ／Ｎ比を同箇所の微動観測結果を用いて計測することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、列車振動予測方法は、観測値を利用した経験的な手法であるため、従来の手法よりも計測対象地点における予測精度を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る０ｍ地点の観測結果の１／３オクターブバンドスペクトルの比較を振動方向別に示した図〔左（ａ）〜（ｃ）：全観測箇所代表値、右（ａ′）〜（ｃ′）：構造物平均〕である。
【図２】本発明の実施例を示すセンサー配置図である。
【図３】本発明の実施例を示すハンマー加振〔図３（ａ）〕と列車振動〔図３（ｂ）〕の加速度波形の比較を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示すハンマー加振〔図３（ａ）〕と列車振動〔図３（ｂ）〕の伝達関数の比較を示す図である。
【図５】本発明の桁橋における実施例を示す測定結果と予測結果の比較〔桁橋６ｍ地点、図５（ａ）は振動加速度レベル、図５（ｂ）は振動レベル〕を示す図である。
【図６】本発明のラーメン高架橋における実施例を示す測定結果と予測結果の比較〔ラーメン高架橋６ｍ地点、図６（ａ）は振動加速度レベル、図６（ｂ）は振動レベル〕を示す図である。
【図７】本発明の実施例を示す微動〔図７（ａ）〕とハンマー加振〔図７（ｂ）〕の加速度波形の比較を示す図である。
【図８】本発明の実施例を示す微動〔図８（ａ）〕とハンマー加振〔図８（ｂ）〕の１／３オクターブバンドスペクトルの比較を示す図である。
【図９】本発明の実施例を示すハンマー加振のＳ／Ｎ比を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測方法は、複数の線路構造物直下の観測結果から列車の振動源スペクトルを経験的に定義した上で、振動源から予測地点までの伝播特性をハンマー加振により観測される表面波を用いて算出し、予測地点での振動値を予測する。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
本発明では、複数の線路構造物直下の観測結果から列車の振動源スペクトルを経験的に定義した上で、振動源から予測地点までの伝播特性をハンマー加振により観測される表面波を用いて算出し、予測地点での振動値を簡便に予測する方法を検討した。ハンマー加振観測結果を用いることにより、予測地点までの伝播特性を直接的に得ることが可能となり、予測精度の向上が期待できる。本発明では、列車振動観測結果と同時に実施したハンマー加振の観測結果を用い、提案手法の予測精度を検証する。
【００１４】
〔振動源の特性〕
図１は本発明の実施例を示す０ｍ地点の観測結果の１／３オクターブバンドスペクトルの比較を振動方向別に示した図〔左（ａ）〜（ｃ）：全観測箇所代表値、右（ａ′）〜（ｃ′）：構造物平均〕である。
【００１５】
予測に用いる振動源の特性を把握するため、構造物、軌道、地盤等の条件が異なる新幹線列車の観測結果を比較した。観測サイトの各条件を表１に示す。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
対象とした構造物はラーメン高架橋と桁橋の２種類、軌道構造はバラスト軌道とスラブ軌道の２種類である。なお、観測サイトは線路延長４００ｋｍ程度の範囲にある。
【００１８】
観測は、軌道中心からの距離が０ｍの線路構造物直下の観測点（以下、０ｍ地点）で、列車の走行に伴う地盤の加速度を振動レベル計（リオンＶＭ−５３）を用いて測定した。測定対象車両は、通過速度が２７０ｋｍ／ｈ程度の列車とした。０ｍ地点の観測結果の１／３オクターブバンドスペクトルの比較を振動方向別に図１に示す。図中のＯＡは各中心周波数のｄＢ値を加算したオーバーオール値を意味する。図１の全観測箇所の代表値より、３方向ともにスペクトルは高周波数で増加し、その形状は類似している。観測結果の構造物種別ごとの平均値と標準偏差を方向別に比較すると、水平２方向に比べて鉛直方向のばらつきが小さい。振動方向別のＯＡ値の標準偏差を表２に示す。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
鉛直方向のＯＡ値の標準偏差は、水平２方向よりも小さくラーメン高架橋２．７ｄＢ、桁橋３．８ｄＢである。以上のことから、０ｍ地点の鉛直方向については同様の構造物区間であれば、観測箇所による差が小さいことが経験的に得られたため図１に示す鉛直方向の各構造物種別の平均結果を０ｍ地点の振動源スペクトルとし、以降の予測に用いる。
【００２１】
〔列車振動とハンマー加振の伝播特性の比較〕
図２は本発明の実施例を示すセンサー配置図、図３はそのハンマー加振〔図３（ａ）〕と列車振動〔図３（ｂ）〕の加速度波形の比較を示す図、図４はそのハンマー加振と列車振動の伝達関数の比較を示す図である。
【００２２】
図２において、１は桁橋、２は列車線路、３は地盤、４は列車線路２に対する０ｍ地点の第１の列車振動センサー、５は第１の列車振動センサー４から外側に６ｍ地点の第２の列車振動センサー、６はハンマー（加振装置）による加振点、７はその加振点６より外側に１０ｍ離れた地点に配置される第１のハンマー加振センサー、８はその第１のハンマー加振センサー７よりさらに６ｍ離れた地点に配置される第２のハンマー加振センサーである。
【００２３】
そこで、ハンマー加振と列車振動の２つのセンサー間の伝播特性を比較し、両者の相違を確認した。比較には、図２に示すセンサー配置の桁橋での観測結果を用いた。図３のようにハンマー加振と列車振動の加速度波形は振幅、形状ともに全く異なるが、図４のように５Ｈｚ以上の周波数帯では両者の伝達関数は類似する。
【００２４】
〔列車振動評価（予測）〕
図５は本発明の桁橋における実施例を示す測定結果と予測結果の比較〔桁橋６ｍ地点、図５（ａ）は振動加速度レベル、図５（ｂ）は振動レベル〕を示す図、図６は本発明のラーメン高架橋における測定結果と予測結果の比較〔ラーメン高架橋６ｍ地点、図６（ａ）は振動加速度レベル、図６（ｂ）は振動レベル〕を示す図である。
【００２５】
なお、図中の塗潰し範囲は、振動源スペクトルの各中心周波数の標準偏差を示す。図５より桁橋では、３．１５Ｈｚから５０Ｈｚの範囲で予測結果と観測結果は良く一致している。振動レベルのＯＡ値に支配的な３．１５Ｈｚ以上の周波数成分が良く一致しているため、ＯＡ値は観測結果と予測結果で概ね一致している。図６よりラーメン高架橋では、８Ｈｚ以上の周波数帯で予測結果と観測結果は良く一致している。桁橋と同様に振動レベルのＯＡ値も観測結果と予測結果で概ね一致する。一方、ラーメン高架橋の５Ｈｚ以下の周波数帯の差が他の周波数成分に比べて大きい。図４においても同様の傾向が認められるように、低周波数帯の伝播特性は、ハンマー加振による表面波の伝達関数では表わすことができない可能性が考えられる。しかし、ＯＡ値への寄与は、８Ｈｚ以上の周波数成分が大きいため、振動レベルを予測するには本手法が有効であることが分かった。
〔ハンマー加振のＳ／Ｎ比〕
列車振動評価（予測）においてラーメン高架橋の予測と観測を比較した結果、５Ｈｚ以下の周波数帯の予測誤差が他の周波数帯よりも大きいことが分かった。その一因として、ハンマー加振では５Ｈｚ以下の周波数帯で地盤を十分に加振できていない可能性が考えられる。そこでここでは、ハンマー加振時のＳ／Ｎ比を同箇所の微動観測結果を用いて検討した。検討箇所は列車振動評価（予測）に示したラーメン高架橋区間とした。
【００２６】
図７は本発明の実施例を示す微動〔図７（ａ）〕とハンマー加振〔図７（ｂ）〕の加速度波形の比較を示す図、図８はその微動〔図８（ａ）〕とハンマー加振〔図８（ｂ）〕の１／３オクターブバンドスペクトルの比較を示す図、図９はそのハンマー加振のＳ／Ｎ比を示す図である。図９よりハンマー加振のＳ／Ｎ比は、５Ｈｚ以下の周波数帯では約５ｄＢ未満であり、５Ｈｚ以下の周波数帯では十分に地盤を加振できていないことを確認した。
【００２７】
上記したように、ハンマー加振の伝播特性を利用し、列車の走行に伴う地盤振動を予測する簡便な手法を検討した。予測結果と観測結果を比較した結果、５Ｈｚ以下の低周波数帯は、ハンマー加振では地盤を十分に加振できないため予測誤差が他の周波数帯よりも大きいが、列車振動のＯＡ値は高周波数帯の寄与が大きいため、振動レベルのＯＡ値は概ね一致しており、本手法の有効性が確認できた。
【００２８】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のハンマー加振による伝播特性を利用した列車振動予測方法は、列車振動計測対象地点での列車振動を経験的に予測する列車振動予測方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１    桁橋
２    列車線路
３    地盤
４    列車線路に対する０ｍ地点の第１の列車振動センサー
５    第１の列車振動センサーから外側に６ｍ地点の第２の列車振動センサー
６    ハンマー（加振装置）による加振点
７    加振点より外側に１０ｍ離れた地点に配置される第１のハンマー加振センサー
８    第１のハンマー加振センサーよりさらに６ｍ離れた地点に配置される第２のハンマー加振センサー
【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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【図８】
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【図９】
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