鉄道軌道のメンテナンス
公益財団法人鉄道総合技術研究所 軌道技術研究部 部長

古川敦 Atsushi Furukawa

悪化し、場合によっては脱線に至る。このよ

1．はじめに

うに、軌道は強度面のみならず形状の面から※1

は、車両からの力を直接受け止も、その状態を評価し、定期的な保守を行う

め、軌道より下部の構造物に伝える役割を必要があるという、一般の土木構造物とは異持っている。

なる特徴をもつ。

鉄道軌道

軌道の多くは図1のバラスト軌道と呼ばれ本稿ではこのようなレール位置の変化（軌る、砕石（バラスト）上にまくらぎを敷き詰道変位）のメンテナンスについて紹介する。

め、これにレールを締結した構造をしている。
バラスト層は緩衝材および吸音材として優れ

2．軌道変位の管理た機能を有しているが、車両からの荷重を受けて徐々に形を変えていく。このため、バラ（1）軌道変位の種類

スト上に敷設されたレールの位置も徐々に変軌道の形状のうち、波長数 m〜100 m の化する。これが進展すると列車の乗り心地がレールの曲がりを軌道変位（軌道狂い、または軌道不整ともいう）という。軌道変位は一

図1

バラスト軌道般に図2に示す5項目について測定・評価されている。また、JR のうち貨物列車が走行する線区では、後述する複合変位も管理されている。
①高低変位
レールの上下方向の変位を「高低変位」という（図2（1））。高低変位は車両の上下振動およびピッチングの原因となる。車両の振

図2

※１
軌道
軌道は「線路」と呼ばれることが多いが、レール、レール締結装置、まくらぎ、道床など道床から上の構造物の総称であり、線路とは別の概念である。
なお、「線路」とは軌道に加えて橋りょう、トンネルや架線など車両の走行に必要な全ての施設を包含した概念である。

4

軌道変位の種類

図3

車両の振動の種類

す。
平面性変位が大きいと、ねじれた床の上に4本足の机を置いたときのように、車輪のうちの一つが浮き上がる。これがひどくなると、車輪がレールを乗り越えて脱線することがあるので、走行安全上最も重要な項目である。
なお、直線と円曲線の間に設けられる緩和曲線では、カントの変化によってそもそも平面性変位が0とならない。従って、緩和曲線区間は特に平面性変位の管理が重要となる。

動の種類を図3に示す。

⑥複合変位
前述のように、通り変位と水準変位は車両②通り変位
レールの左右方向の変位を「通り変位」とのローリングを誘発する。これが軌道側に連いう（図2（2））
。通り変位は車両の左右振続して存在し、かつ車両のローリング固有振動に影響する。また、通り変位が大きくなる動数に一致した波長であると、共振によってと車両のローリングを誘発し、最悪の場合はローリングが極めて大きくなり脱線に至るこ脱線につながる。従って、走行安全上重要なとがある。1963年11月に発生した鶴見事故

項目の一つである。

はこの典型で、走行中の貨車が脱線、これに③軌間変位隣接線を走行していた旅客列車が衝突、脱線、左右のレール間隔（軌間）の設計値からのさらにもう1本の旅客列車が衝突し、死者差を「軌間変位」という（図2（3））
。曲線161人、重軽傷者120名という国鉄史上最大が設定されている場合は、所の列車事故となった※3。事故の原因は、貨車定のスラックからの差をいう。軌間が広がりのローリングを誘起する波長の通り変位と水すぎると、車輪が左右レールの間に落下し、準変位が同じ区間に存在したことと、当時の脱線することがある。これも走行安全上重要一部の貨車が、ローリングが大きくなりやすな項目である。

い構造をしていたことであり、対策の一つと④水準変位

して複合変位が導入された。これは、通り変中にスラック※22本のレールの高さの差を「水準変位」と位と水準変位が同じ場所に連続して存在するいう（図2（4））。曲線中にカント ※2が設定ことを防止するためのもので、以下の式で定されている場合は、所定のカントからの差を義される。

いう。水準変位は通り変位と同じく、車両のローリングを誘発する。また、次に述べる平面性変位も水準と関係がある。
⑤平面性変位※2スラック、カント
一般に曲線中では、鉄道車両の走行を円滑にするためにレールの間隔を広げる。これをスラックという。
同様に、客室で感じる遠心力を打ち消すために曲線外側のレールを高くする。このときの内外レールの高さの差をカントという。

複合変位＝｜通り変位−1.5×水準変位｜
水準変位の前に−1.5の係数がかかっているのは、当時の貨車は水準変位により敏感に一定距離を隔てた2点の水準変位の差を反応することと、通りと水準の符号が逆向き「平面性変位」という（図2（5））。ほとんどの場合にローリングが増幅されることを考慮の鉄道車両の台車は車軸2本、車輪4つで構したものである。また、車両の共振を防止す成されているが、平面性変位は車輪が接するるため、連続する波数に応じた波高（振幅）

レール上の4点からなる面のねじれを表わの 管 理 値 が 定 め ら れ て い る（ 表1）。 な お、

※3
国鉄史上最大の列車事故列車事故ではない国鉄
最大の事故は、1954年に発生した洞爺丸台風による青函連絡船5隻の沈没事故である。なお、鉄道省時代以前には鶴見事故よりも大きな列車事故があった。

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表1

複合変位の整備基準値

波数と延長波高限度［mm］

全般

3530 m 以内に2ヶ所2560 m 以内に3ヶ所2180 m 以内に4ヶ所

18

複合変位は絶対値で定義されており、表1に0.1 mm オーダーであることから、実務上有おける波数の数え方は、同表横の丸数字のと用なデータは得られない。一方、車両を安全おりである。に走行させるためには、必ずしもレールの絶対的な位置を知る必要はない。これは、新幹（2）軌道変位の測定法

線の線路が（構造物を含めて）東京から新大前章で定義した軌道変位のうち、軌間変位、阪まで一斉に1 m 南側に動いたとしても、車水準変位、平面性変位は、ある断面における両の走行安全性には影響を与えないことから左右レールの相対的な位置関係であるので、ご理解いただけると思う。

適切なセンサがあれば測定は難しくない。例

従って、通常軌道の高低、通り変位は長手

えば保守作業の後などには、図4に示す簡単方向にある間隔だけ離れた3点間の相対変位な器具で軌間・水準の仕上がり状態を確認しで測定、評価する。具体的には、図5に示すている。一方、高低変位、通り変位について「10 m 弦正矢法」と呼ばれる方法が用いらはレールの長手方向の形状であり、その絶対れる。これは長さ10 m の弦をレールにあて、的な形状を測定するのは大変困難である。現

その中央の位置における弦とレールとの離れ在では、GPS などを用いてレール位置の緯度、を測定するものである。非常にシンプルな原

経度、標高を線路に沿って連続的に測定する理であるが、測定が簡単でかつ再現性が高いのは不可能ではないが、要求される精度がという特徴を持っている。人力で測る場合は3人一組で行い、2人が10 m の糸の両端を手

図4でレールにあて、もう1人が中央で糸とレー

軌間ゲージ

図5

図66

高速軌道検測車

マヤ 34

10 m 弦正矢法

ルとの離れを測定する。線区全体の軌道変位

もう少し詳しくいうと、10 m 弦正矢法でを連続的に測定する場合は、「軌道検測車」理想的な正弦波（サイン波）状の軌道変位をと呼ばれる専用の車両を用いる。軌道検測車

測定した場合、その波長によって測定されるは一般の車両と異なり、図6に示すように振幅が変化する。具体的には図7の例のよう5 m ずつ離れた3つの台車を備えている。各々に、波長30 m の正弦波では元の振幅の0.5倍の台車には車体とレール位置との距離を測定に、波長50 m では0.19倍となる。また波長するための変位計が設けられており、車体そ5 m の正弦波を10 m 弦正矢法で測定すると、のものを一種の弦と見なすことで図5の10 m振幅はいたるところで0（ゼロ）と測定され弦正矢法を機械的に実現している。ただし、る。このような、軌道の変位波長と測定倍率

図6のような車両は中間台車の走行安定性の（検測倍率）との関係は図8のようになる。

問題から、新幹線の営業列車並の速度では走参考までに、同図には弦長を20 m、40 m に行できないので、最新の軌道検測車は、2つした場合のものも示す。10 m 弦正矢法ではの台車のみで10 m 弦正矢法による測定がで波長が6.67 m〜20 m の範囲では測定倍率がきるよう工夫されている。よく知られたドク1より大きくなり、実際の軌道変位よりも振ターイエローは、この2台車タイプの軌道検幅 が 大 き く 測 定 さ れ る。20 m 弦 正 矢 法、測車で、最高270 km/h の速度で走行しなが40 m 弦正矢法では測定倍率が1より大きくら、毎月3回軌道変位を測定している。

なる波長が、10 m 弦正矢よりも長くなる。

ところで、10 m 弦正矢法による測定波形
は、レールの長手方向の形状そのものを示し（3）軌道変位の管理基準たものではない。これは図5で弦の長さを前述のように10 m 弦正矢法では「レール5 m あるいは20 m とすると、10 m の場合の長手方向の実形状」が測定できないのに、と比較して測定値が変わることで理解いただ

この方法で軌道変位を測定する意味があるのけると思う。言い換えれば、
図5のようにレーだろうか？その答えは、鉄道車両の揺れ方のルに弦をあてて測定する方法では、弦の長さ特徴にある。

を変えると測定値が変わるので、どのような一般に三次元の物体の振動を考える際、図方法を用いてもレールの長手方向の形状その3のように、それぞれ3方向の並進運動と回ものを知ることはできない。

転運動を考慮する必要がある。このうち上下

図7

波長別の 10 m 弦正矢法検測特性

SE 178 March 2015 7

図8

正矢法の弦長と軌道検測特性

10 m〜20 m の検測倍率が高い10 m 弦正矢法が合理的な測定方法として用いられ、最高速度130 km/h の高速線区では20 m 弦正矢が併用される。また新幹線では、1992年の「のぞみ」号登場時以降40 m 弦正矢が併用されている。
表2に、現在 JR グループで用いられている在来線における軌道変位の整備基準値 ※4と整備目標値を示す。これらの値は、整備基準値については走行安全性を、整備目標値に振動とピッチング、および左右振動とローリついては乗り心地を考慮して定められている

ングは、軌道変位各項目との相関が高く、かものである。

つ 車 両 形 式 に 関 わ ら ず 固 有 振 動 数 が0.8〜1.5 Hz の間にあるという特性がある。従っ3．軌道変位の整備て、例えば固有振動数が1 Hz の車両が秒速25 m（＝90 km/h）で走行する場合、軌道バラスト軌道の整備（軌道変位の振幅を小側に波長25 m の軌道変位があると1秒に1回さくする作業）には、一般に図9に示すマル加振されることになるため、同じ振幅で波長チプルタイタンパ（以下、マルタイ）と呼ば10 m の軌道変位がある場合（この場合、1れる重機械が用いられる。マルタイは軌道検秒間に25/10＝2.5回/秒＝2.5 Hz で加振され測車と同じく車内に基準弦を持っており、こる）よりも振動の振幅が大きくなる。このよの弦の両端と中間の測定輪の相対変位によりうに車両の振動を抑制するためには、車両の軌道変位を測定する。中間の測定輪付近には固有振動数に対応した軌道変位の波長に着目バラストに振動を与えるタンピングユニットし、その振幅を小さくする必要がある。このと、レールを持ち上げ、左右に移動するリフため速度100 km/h 程度の在来線では、波長ティング・ライニングユニットがあり、これ

表2

在来線整備基準値の例（単位 mm）

種別

整備目標値

整備基準値

線別変位
種別

※4
整備基準値
国鉄が定めた整備基準値をベースとしており、現在では JR 各社で細部が異なる。

8

仕上り基準値
各線別とも共通
コンクリート
一般区間
道床区間
20（14） （＋1）
（0）
（−3）
（−3）
25（19）
20（14）

1級線 2級線 3級線 4級線 1級線 2級線 3級線 4級線

軌間

水準高低

通り

平面性

＋10（＋6）−5 （−4）曲線半径600 m 以上
半径200 m 以上
600 m 未満
半径200 m 未満

1112
13
16（7） （8） （9） （11）
13
14
1619
2325
27
30（7） （8） （9） （11） （15） （17） （19） （22）1314161923
25
27
30（7） （8） （9） （11） （15） （17） （19） （22）

（4）

（2）

（4）

（2）

（4）

（2）

（4）
23 （18）（カントの変化による（カントの変化による値を含む）
値を含まない）（）内は手検測等による静的値、（）の無い数値は、軌道検測車による動的値
高低・通りは10 m 弦正矢の値

図9

マルチプルタイタンパの構造上許容されるわずかな範囲でしかレールの位置調整が行えず、また作業は多くの場合、人力となる。従ってバラスト軌道と比較して保守の頻度は大幅に少ないものの、地震や地盤沈下等で大きな軌道変位が発生した場合、保守コストがバラスト軌道よりも高くな

日本プラッサ株式会社 提供

る場合がある。
このように、バラスト軌道には保守の面からによってまくらぎ下のバラストをつき固めら長所・短所があるが、「レール位置調整のながら、レールの上下・左右位置を整正する。

自由度が高い」という長所は、軟弱地盤の多中間の測定輪 ※5は中央よりもやや後側に設い日本ではメンテナンス上無視できないこけられている。
これはつき固めによるレール、と、また現実問題として、営業中のバラストまくらぎの移動が前部測定輪の位置に影響し軌道をスラブ軌道などの直結系軌道に作り変ないようにするためである。このようなマルえるには莫大な費用と時間がかかることかタイに設けられた基準弦によって軌道変位をら、わが国の軌道の多くはバラスト軌道であ整正する方法を、相対基準による軌道変位整り、保線技術者は日々メンテナンスを繰り返正と呼ぶ。この方法は、図8と同様に周波数しながら、これと上手につき合っている。

特性を持ち、波長が長く（周波数が低く）な

なお、軌道のメンテナンス業務は、本稿でるほど軌道変位の整備効果が低くなる。すな

紹介した軌道変位以外にも、レールなどの材

わち相対基準による方法では、高速域での車料管理あるいは分岐器の管理など多岐にわ両動揺を抑制できないことになる。

たって行われるが、ここではそのうち最も代これに対し、測量などで実際の軌道形状を知り、レールの移動量をあらかじめ算出して表的な軌道変位管理のみを紹介したことをお断りする。

マルタイに与えて施工することを、絶対基準による軌道変位整正と呼ぶ。この方法は、あらかじめレールの移動量を算出するステップが必要となるが、相対基準による方法よりも長い波長の軌道変位を整正することができる
ことから、新幹線や在来線の高速線区で広く用いられている。
※5
中間の測定輪
マルタイは前部測定輪が保守前の軌道 上に、後部測定輪が保守後の軌道上にあることを前提に制御システムが構成されている。

4．終わりに日本のみならず世界の多くで、軌道構造にはバラスト軌道が用いられている。バラスト軌道は上述したような保守の繰り返しが必要となるため、バラストを用いない軌道構造※6も開発されてきた。一方、このような軌道構造の場合、レールを固定するレール締結装置

ふるかわあつし平成2年（財）鉄道総合技術研究所入社。浮上式鉄道開発本部
山梨実験線部で浮上式鉄道（リニアモーターカー）の軌道部分（ガイドウェイ）の開発に従事したのち、平成9年から鉄車輪系を取り扱う軌道技術開発推進部に勤務し、軌道側から見た脱線対策や乗り心地向上策等の技術開発に従事。平成23年より現職。

※6
バラストを用いない軌道構造
コンクリートなどの永久構造物に直接レールを取り付けるため「直結系軌道」と総 称される。これには様々なタイプがある。

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