明星大学理工学部総合理工学科機械工学系 教授
元 公益財団法人鉄道総合技術研究所

石田

1. 東北地方太平洋沖地震での東北新幹線の被害

弘明 Hiroaki Ishida

本稿では、鉄道、特に高速列車を運転する新幹線の巨大地震に対するこれまでの取り組みや、最近の研究開発事例について紹介します。

2011 年 3 月 11 日 14 時 46 分、最大震度 7 の東北地方太平洋沖地震が発生しました。このとき東北新幹線では、 東京駅～新青森駅間の 713.7km の区間で、営業列車 26 本と試運転列車 1 本が運転中でしたが、試運転列車の鉄道は開業以来、自然災害を防ぐために防災車輪 4 輪が脱線した以外はすべて安全に停車技術の開発と導入を進めてきました。しかしし、乗客、乗員に怪我はありませんでした。

近年は、兵庫県南部地震（1995 年 1 月 17 日）
やまた、この本震と 4 月 7 日の余震により、電新潟県中越地震（ 2004 年 10 月 23 日）などで化柱の折損・傾斜・ひび割れ約 540 箇所、高架の経験を踏まえて、災害を防ぐ防災から災害橋柱などの損傷約 100 箇所など、設備に甚大を減らす減災へと考え方を見直し、効果的にな被害が発生しましたが 1）、鋭意復旧作業が対策を講じながら巨大地震に備えています。

進められ、 49 日後の 4 月 29 日には全線で運減災とは、あらかじめ被害の発生を想定し転を再開しました。
わが国観測史上最大の地震で人的被害を出すことなく、また、早期復旧を果たすことがた上で、その被害を低減させるようにすることをいい、特に人命を守ることが最優先の課題となります。

できたのは、過去の経験を活かしつつ、災害新幹線では、鉄道システムとして総合的にを克服するためのたゆまぬ努力が続けられて減災を図るべく、設備対策、地震検知・警報きた結果にほかなりません。

システム、走行安全性の確保という三つの観図 １ 新幹線の地震対策

4

2. 減災という考え方と具体的な取り組み

図 ２ 高架橋柱のせん断破壊と地震対策の例）
点から地震対策に取り組んでいます 2（図1）。

る前に地震動を検知し、列車を速やかに停止させるシステムが導入されています。これは、

（1）
設備対策

地震動がある一定の大きさを超えた場合に変

兵庫県南部地震では、柱のせん断破壊によ電所からの送電を停止し、停電を検知した列り高架橋が崩落するなど、甚大な被害が発生車が瞬時に非常ブレーキを動作させて減速すしました。このため、柱のまわりに鋼板を巻るというものです（図 3）。

く、鋼板巻立て補強などの耐震対策が順次、施されてきました（図 2）。

現在、P 波と呼ばれる初期微動の数秒間のデー タから震央※ 1 の位置と地震のエネル

また、鉄道構造物の設計に関しては、震度 5

ギー の大きさを表すマグニチュ ー ドを推定程度の中規模地震では損傷させず、震度 6 強し、さらに地震動の影響範囲を推定する早期～ 7 の大規模地震では速やかに復旧できる程地震検知・警報システムが稼働しています 4）

度の損傷を許容することを基本とした 2 段階（図 4）。の耐震性能照査型設計法 3）が整備されました。

なお、地震計は変電所などを中心に線路にこのほか、盛土の補強や液状化対策、トンネ沿ってほぼ一定間隔に設置されているほか、ルの耐震対策、軌道の強化も行われています。

海洋型地震の震源により近い海岸線にも設置されています。

（2）
地震検知・警報システム
新幹線には、地震の主要動が沿線に到達す2004 年新潟県中越地震以降、列車が停電を検知してから非常ブレーキを動作させるまで

図 ３ 新幹線の地震検知・警報システム※1
震央
震源の真上の地表面上の点のこと。

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図 ４ 早期地震検知・警報システムの概念の時間を短縮し、列車の停止距離をさらに縮を防ぎ大きな被害を免れたという現場調査のめる対策も実施されました。

結果 6）を踏まえて、L 型車両ガイドを開発し、すでに新幹線の全車両に取り付けています。

（3）
走行安全性の確保

巨大地震が起きたときには、設備や軌道が新潟県中越地震での上越新幹線の脱線を受破壊されなくても、大きな揺れによって列車けて、地震時の脱線対策と巨大地震により万が脱線する可能性が皆無ではありません。

が一脱線した場合の逸脱対策が検討され、順す）
では、地震動を受けた鉄道車両の脱線を解次施工が進められています。
逸脱とは、脱線した列車が軌道から大きくは析する車両運動シミュレータを開発し、車輪み出すことをいいます。JR 各社がそれぞれのがレールから離れた後に再びレール上に戻り設備や輸送状況に合わせて導入を進めている走行を続けるような動きをコンピュータ上で脱線・逸脱対策の主な例を表 1 に示します 5）。

再現しました。

例えば JR 東日本は、新潟県中越地震の際に動台に載せ、上下・左右に大きく揺する試験などがレールを挟み込んで軌道上からの逸脱を行って解析の妥当性を検証しました。前後、

表 １ 新幹線脱線・逸脱対策の主な例

6

その後、新幹線用台車を用いた半車両を振列車が脱線はしたものの、先頭車両の排障器

※2

※2
排障器
鉄道車両に装着されている、線路上の障害物をはね避け、車体下にまきこんで運転に支障をきたすことのないようにするためのもの。

鉄道総合技術研究所（以下、鉄道総研と記図 ５ 走行安全限界線図の例※3

左右、上下に揺れる地震動のうち、脱線に大継続時間が極めて長い地震で、観測された地

きな影響を及ぼすのは、車両の進行方向に直震動波形を見ると、巨大地震にもかかわらず角な左右方向の振動です。

前述の P 波初動部の振幅増加が非常に緩やか

地震時の脱線は周波数がおおむね 0.3 ～でした。

3Hz の左右振動によって引き起こされ、左右このため、気象庁の緊急地震速報では地震の車輪が交互に上昇してレールから離れ脱線のエネルギーを過小に評価してしまい、最初に至ること、1Hz 前後を境に車両の挙動が変の P 波を検知してから 116.8 秒を経過した後わることなどが解析により明らかになりましでも、予測値はマグニチュード 8.1、最大震

た 。

度 6 弱にとどまりました 9）。

7）

また、 地震による左右振動の周波数に応じこのような経験を踏まえ、鉄道総研では早てどのくらいの振幅（揺れの大きさ）までな期地震検知・警報システムでの震央やマグニら脱線に至らないかを表す走行安全限界線図

チュードの推定を高度化し、広域震源の即時（図 5）を作成し、地震動で揺すられたときの把握と強震動予測の精度向上を図る手法の開車両脱線に対しては、走行速度の影響は小さ発に取り組んでいます。さらに、海底地震計いことなどを示しました。

を鉄道にも活用すべく、国および鉄道事業者が協議と検討を進めています。

3. 東北地方太平洋沖地震での経験と新たな取り組み（1）
地震対策
東北地方太平洋沖地震を受けて、鉄道構造

このほか、東北地方太平洋沖地震の発生後、広範囲で長時間にわたり停電が発生したことから、情報伝送経路や通信機器用電源のバックアップなど、情報伝達手段の多様化・堅牢化も重要な課題となりました。

物の設計に用いる地震動が見直されました 8）。
また、電化柱折損などの被害が広域多所に及

（2）
津波対策

んだことから、新設電化柱への鋼管柱の適用

東北新幹線は海岸線から離れた内陸部に建や電車線路設備耐震設計指針の改訂も進めら設されたため、東北地方太平洋沖地震で発生れています。

した津波による直接の被害はありませんでし東北地方太平洋沖地震は、宮城県沖から茨城県沖に至る複数の断層が断続的に破壊したた。
しかし、東北地方沿岸部の在来線は、 5 列※3gal（ガル）
地震動の加速度の大きさを表すのに用いられる単位で cm/s2 のこと。重
力加速度は約 980gal。

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図 ６ 津波に強い鉄道施設構造による復旧・復興技術

RRR車が津波に押し流されるなど甚大な被害に遭可能な鉄道システム、④耐震対策に対するマ、地震から 2 年を経た現在でもまだ復旧ネージメント手法があります。例えば②につい10）していない線区があります。

いては、車両の揺れを抑えるために台車に取鉄道総研では、復興に際し地震や津波に強り付けられているダンパーの特性を変えて、い鉄道とするための具体的な方策として、防地震動を受けたときに車両をより脱線しにく潮堤としての機能も期待できる補強盛土工

くする研究開発が行われています 12）。

法（RRR 工法：Reinforced Railroad with

また、鉄道構造物の状態を即座に知り③早Rigid Facing-Method ）を適用した盛土や期復旧を図るため、構造物の地震時挙動のモ補強盛土一体橋梁などの施工を提案しました

ニタリング技術を開発し、さらにリアルタイ

（図 6）
。

ムに損傷を把握できるリアルタイムハザード

また、鉄道構造物の特性を考慮した上で統評価へと発展させていく必要があります。

11）

一的な考え方に基づいて浸水マップを作成す

今後は、発生・伝搬する地震動、地震動をる手法、断層の破壊領域と津波の規模をリア受けた構造物・軌道の応答と列車の走行安全ルタイムに予測する手法についても検討が進性を精度良く予測し、リスク評価手法を用いめられています。て対策優先度を決定する手法の研究が①、④のために重要と考えられます。

4. 巨大地震に備えるための研究開発

8

このような予測・ 評価技術の開発によ って、各種地震対策の効果についても的確に評価できるようになります。 現在すでに、 鉄すでに述べた新たな課題とともに、今後取道沿線の地盤や構造物の情報をデータベースり組むべき研究開発としては、①設備被害の化し、数百 km に及ぶ鉄道線区のモデルを自最小化を目指した耐震対策（鉄道システム全動作成して地震被害を推定する「地震災害シ体としてバランスの良い耐震対策）、②地震ミュレータ」の研究開発が進められています

時走行安全性のさらなる向上、③早期復旧が13）

（図 7）
。

図 ７ 地震災害シミュレータ

5. おわりに
本稿では、新幹線の巨大地震に対する備えについて、これまでの経緯と、対策や研究開発の主な事例を網羅的に紹介しました。新幹線をはじめとする鉄道の安全・安定輸送を確保するには、過去の災害から得た知見、それを基に開発された技術、様々な情報を駆使して弱点箇所を抽出し、対策を地道にかつ継続的に行っていくことが肝要です。
また研究開発には、現象の解明と予測（地震の発生・伝搬、構造物の破壊、脱線など）、参考文献“東日本大震災による東北新幹線の被害と復旧状
1）国土交通省，況”，http://www.mlit.go.jp/common/000141656.pdf，（2011）
2）鉄道総合技術研究所，“巨大な自然災害に備える”，第 24 回
鉄道総研講演会，http://www.rtri.or.jp/events/kouen/2011/index.html，（2011）
3）鉄道総合技術研究所，“鉄道構造物等設計標準・同解説，耐震設計”，丸善，（1999）
4）山本俊六，佐藤新二，“鉄道における早期地震警報システムの変遷”，RRR，Vol.67，No.3（2010）
5）国土交通省，“「新幹線脱線対策協議会」の結果について”，h t t p : //w w w. m lit . g o . j p /r e p o r t /p r e s s / t et s u d o 0 7_
hh_000026.html，（2011）
6）東日本旅客鉄道株式会社，“新潟県中越地震による新幹線の脱線現象の解明と脱線対策について”，http://www.jreast.
co.jp/press/2005_2/20051020/no_5.html，（2005）
7）熊谷則道，石田弘明，“地震に対する鉄道車両の走行安全性解析”，日本機械学会誌，Vol.109，No.1048（2006）
8）鉄道総合技術研究所，“鉄道構造物等設計標準・同解説，耐震設計”，丸善，（2012）

標、リスク評価手法など）、安全確保のための9）
気象庁，“平成 23 年度災害自然現象報告書「平成 23 年（2011年）東北地方太平洋沖地震」”，http://www.jma.go.jp/jma/kishou/books/saigaiji/saigaiji_201101/saigaiji_201101.
html

対策といったフェーズがあります。このよう

10）東北の鉄道震災復興誌編集委員会，“よみがえれ！みちのくの鉄道”, http://wwwtb.mlit.go.jp/tohoku/td/td-sub100.htm，（2012）

な視点から見ると、特に巨大地震に関しては、

11）鉄道総合技術研究所，“鉄道の震災復旧・復興に向けた技術提案”，（2011）

現象解明、予測、評価という基礎的な研究を

12）宮 本岳史，“地 震 時の車 両 脱 線 防止に向けた取り組み”，
RRR，Vol.69，No.3（2012）

安全性の評価（作用、応答、耐力に基づく指さらに深化していく必要があるといえます。
東海・東南海・南海地震（三連動地震）や首都直下地震の発生が懸念されている今、地震被害を最小限にくい止め、人命を守るための減災に向けた研究開発がますます重要になっています。

13）涌井一，石田弘明，“鉄道シミュレータの構築”，RRR，Vol.68，
No.1（2011）

いし●ひろあき1982年東京大学工学部産業機械工学科卒業、同年日本国有鉄
道入社、1987年（財）鉄道総合技術研究所入所。以後、鉄道車両の運動性能・走行安全性向上に関する研究開発に従事。原稿執筆時、（公財）鉄道総合技術研究所鉄道力学研究部長。2013
年 4月より現職。日本機械学会会員（第 90 期交通・物流部門長）
、博士
（工学）
。

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