沿岸域での津波による列車への影響評価の検討
東北大学

学生会員

○島村宗一郎東北大学大学院

正 会 員

今村文彦

東北大学大学院

正 会 員

阿部郁男

1. はじめに列車への津波波力

漂流物
衝撃力

我々は，過去にさまざまな津波による被害を経験して大きた．その度に，津波に対する対策を改善・実施してきたが，2004年インド洋大津波によるスリランカでの列車

津波の浸水深(h)列車の脱線・転倒

大津波
襲
来被害（富田ら , 2005）の例から，沿岸での列車への対応が依然として不十分であると思われた．津波による列車

列車の漂流物化

大

列車の脱線・転倒
列車の破損

中

列車の浸水
台車の高さ＜h

被害は，人的さらには社会的にも大きな影響を及ぼすこ

軌道の小とから，既往の列車に対するの改善・構築が非常に重要小であると考える．

被害の程度

軌道の高さ＜h 浸水・洗掘≦台車の高さh≦軌道の高さ

軌道脇の浸水小図-1では，津波による列車被害の分類を表している．津波による列車への影響評価を検討することにより，これ

図-1.

津波による列車の被害分類

ら一つ一つの被害形態に対応する指標を設けることが出来れば，減災システムの構築するための重要な判断材料のみを検討した．波襲来時には列車が停車しているといとなる．本研究では，浸水だけでなく，転倒も考慮するうことが前提であるからだ．停車中の列車に対して横圧ために，津波波力の算定方法（Yeh , 2007）用いて，列車がかかった場合には，図-2 の A 点を中心に転倒すると考の転倒限界の浸水高の推定する．そして，転倒限界の浸え，A 点まわりのモーメントの釣り合いより，転倒限界水深と津波数値解析結果との比較を行ない，減災システを求めた．また，サージ力と漂流物衝撃力，砕波力は浸ムへの適応法の検討を行う．

水高や漂流物の設定が困難なため，今回は津波波力を静2. 検討手法

水圧と動水圧，浮力の３つの合力と考えている．以上より，津波による列車の転倒限界を表す式は以下のように(1) 津波波力の算定なる．

本研究では，Yeh (2007) の津波波力の算定方法を用いた．Yeh (2007) では，津波波力を対象領域が一様な傾斜() Br
F st · x + Fd · x = Mg − F f ·2

(1)

F st = ρgA(h − Hb )(2)

F f = ρgB(h − Hb )( )1
Fd = ρCd A hu2max
2(3)の海岸であるとした上で，それぞれの力を浸水高(h)のみで表している．ここで，津波波力とは，静水圧と動水圧，浮力，サージ力，漂流物衝撃力，砕波力の６つの合力で( )hu2あるとしている．この算出方法により，列車の転倒限界

zmax= 0.125 − 0.235 + 0.11
RgR2を浸水高であらわすことができる．さらに，その値を津
波数値解析の結果や地方自治体が発行している浸水予測
マップと比較することで津波により列車が転倒するか否かが判断できる．

(2) 津波による列車の転倒の検討
津走行中の列車では，一定の横圧が一定時間かかることにより，列車は脱線・転倒するのだが，今回は転倒(4)( z )2R(5)

ここで，F st は静水圧，Fd は動水圧，F f は浮力， x は A
点からの距離，Br は軌道の幅，h は浸水高，Hb は台車の高さ，Aは津波の流れに対する列車の投影面積 (列車の高さ × 長さ)，B は，列車の底面積，z は軌道の標高，R は津波遡上高，Cd は形状抗力係数 (=2.0) である．また，仙石線の列車の規格は，JR 東日本の列車の諸元表を用いた．

列車被害, 津波による列車の転倒限界, 数値計算
仙台市青葉区荒巻字青葉 6-6-11-1106, TEL: 022-795-7515, FAX: 022-795-7514PSPÍROFdRWÍRSFmPSPÍRQFdPSPÍRSFdRWÍRQFmO図-2．津波により列車にかかる力PRWÍROFmQ¤«窾嶟 嚄嚄(3) 津波数値解析
今回，宮城県の太平洋沿岸を走る仙石線 (松島海岸―陸図-3．要避難区間と待機可能区間前小野)を対象地域とし，影響評価を行った．仙石線への影

転倒限界の浸水高を閾値とみなすことができる．つまり，

響評価を行う上で対象とする津波は，西暦 869年7月13日

図-3 は軌道上の予想浸水区間を要避難区間と待機可能区（貞観 11 年 5 月 26 日）に発生した津波で，東北日本を襲っ間の２つに区分した浸水予測図となっていることが分かた歴史津波の中でも最大規模のものの１つとされている

る．さらに，この結果から野蒜駅（図-3 の星マーク）周貞観津波とし，菅原ら (2001) で提案されている断層パラ

辺では，要避難区間となっているので，多大な被害を防メータを用いて，津波の初期波形求めた．また，津波の浸ぐために，区間内での列車の停車はもちろん，進入も必

水予測計算の支配方程式として，連続式と Navier-Stokes

ず防ぐような対応を考える必要があると言えるだろう．

方程式を水深方向に積分した，非線形長波理論を用いた．

4. 結論

計算に用いた地形データとマニング粗度係数データは中央防災会議の公開データを利用した．また，海岸構造物

本研究の仙石線における数値解析結果より，津波によに関しては，全く機能しないという最悪のケースについる列車の転倒限界の浸水高は，1.1m であることが分かって考えるために，堤防や水門，陸閘などの構造物は取りた．さらに，対象の地域における列車の規格や軌道デー除いた状態で計算を行なった．

タが取得可能であれば，この方法を用いることにより既存の浸水マップと比較することで，要避難区間と待機可

3. 検討結果

能区間の情報を加えることが出来るようになった．しかモーメントのつり合いの式(1)に津波波力の式(2)∼(5)をし，津波波力の再現性や列車の転倒限界の整合性に課題代入し hについて解くと，h＝1.13mという値が得られた．

が残るために，今後のさらなる検討が必要になってくる

浸水高1.1mを仙石線での津波による列車の転倒限界の浸だろう．

水高とし，貞観津波における津波数値解析の結果と比較謝辞を行ない．図-3 のようになった．

本研究を実施する上で，JR 関係の担当者の方々に資料

日本を代表する鉄道会社の JR東日本では，津波発生時の提供や打ち合わせのお時間を頂いた．また，修士１年に，防災事業計画等に准じて，予想浸水域(津波注意区間)の宇川弘朗さんには，アドバイスを頂いた．ここに記しの外に列車または乗客を安全に避難誘導をするようにして謝意を表す．ている．ただし，列車の移動規制や津波到達までの時間規制によって，列車や乗客が津波到達までに津波注意区間外への避難が完了できない場合が考えられる．そこで，列車の津波への耐波性があるという特徴を活かし，津波注意区間内でも，より列車被害を減らすことのできる区間（待機可能区間）への避難を考える．逆に，津波によって列車被害がみられる区間を要避難区域とすることを提案する．今回，列車被害を転倒であるとすると，列車の参考

文献

富田孝史ら, インド洋大津波のスリランカ南西部における津波実態・被害調査報告, 海岸工学論文集, 第52巻, pp.1406-1410,2005.
菅原大輔ら, 西暦 869 年貞観津波による堆積作用とその数値復元, 津波工学研究報告, 第 18 巻, pp.1-10, 2001
上浦正樹, 須長誠, 小野田滋, 鉄道工学, 森北出版, 2000
首藤ら, 津波の事典, 朝倉書店, 2007
H, Yeh. (2007) : Design Tsunami Forces for Onshore Structures.
Journal of Disaster Research, Vol.2, No.6, pp.531-536