铁路轨道


铁路轨道是一种铁路设施,简称路轨铁轨轨道等,也称钢轨股道。用于铁路上,并与转辙器道岔合作,令火车无需转向便能行走。轨道通常由两条平衡的钢轨组成。钢轨固定放在枕木上,枕木之下为道碴

以钢铁制成的路轨,可以比其它物料承受更大的重量。枕木亦称轨枕路枕,功用是把钢轨的重量分开散布,和保持路轨固定,维持路轨的轨距

一般而言,轨道的底部为石砾铺成的道碴道砟。道碴亦称路碴碎石道床,是为轨道提供弹性及排水功能。铁轨也可以铺在混凝土筑成的基座上(在上就相当常见),甚至嵌在混凝土里。

铁路路轨
无道砟铁轨

铁路钢轨

钢轨的切面。左边的属于平底型,可以稳定地放在枕轨上。右边的是凸头型,在英国曾经常用。最初设想是一个轨面磨损过后,还可以反转后使用另一面。

最早期的路轨使用的「板式铁轨」,用很薄的铁片钉在木制的路轨上制成。但这种路轨的承重很低,所以虽然建造的成本很低,但长远来说并不划算,目前此类路轨仅在木制云霄飞车上广泛使用。

后来铁路开始改用铁轨,经过数十年的改进,使用的物料改成钢,而钢的质素亦得到很大的提高。铁路上使用的钢轨必须承受巨大的压力,故此需要使用钢料质素极高的钢材。铁路钢轨对钢的要求比其他的应用都为高。同样的小瑕疵,在建筑物使用的钢筋内出现可能不会产生任何问题;但在铁路钢轨出现则随时会导致路轨断裂而引致列车出轨。 

钢轨并不便宜,占铁路成本中相当重要的部分。

现代使用的钢轨切面成「工」字形,类似结构工程用的工字梁,其分为与车轮接触的轨头、中间的轨腰及底部的轨底。不同的路线对钢轨的强度、稳定性及耐磨性都有不同的要求。因此钢轨亦有不同的规格。一条路线上应该选择使用那一种,需要考虑经济及技术等因素。

钢轨的种类及强度以kg/m表示。每公尺越重的钢轨所能承受的重量亦越大。现在欧洲的铁路常见的钢轨有以下多种重量:

  • 40kg/m
  • 50kg/m
  • 60kg/m

中国则有:

  • 50kg/m
  • 60kg/m
  • 75kg/m

主要线路使用的是60kg/m或75kg/m的钢轨。

美国使用的钢轨更重,某些运煤线路可重达77kg/m。

接合

鱼尾板

鱼尾板

把钢轨连接成轨道的方法有多种。最传统的做法会把二十公尺左右一截的钢轨固定在轨枕之上,各截钢轨之间有接头(亦称接缝)。英国习惯两条路轨会在相同的地方有接头,但美国则会放在不同的地方。接头使用鱼尾板(亦称鱼尾钣)接合,它是一块约六十公分长的钢板,两端有四或六口钢栓,用来扣在钢轨上的小洞。钢轨之间特地留有间隙,约为6mm宽,称为伸缩接缝。钢轨上鱼尾板上钢栓通过的小洞是椭圆形的,这样钢轨就可以在炎热的天气下有膨胀的空间。这对钢轨是非常重要的:如果没有膨胀的空间,每当温度改变一度,钢轨就需要承受1.6吨的压力或拉力。如果一个地方每年最高及最低温度相差三十度,这力可以达到五十吨。一条钢轨可能会因而变得歪歪斜斜,影响行车安全。 

虽然这样可以解决热胀冷缩的问题,但是路轨上留有的小接缝使列车驶过时产生噪音。除非路轨的保养得非常良好,否则这种有接缝的路轨不适宜让高速列车行驶;也会影响铁路运输的平稳性。很多铁路发达的国家依然会在低速路线、非重要的路线或支线使用这种路轨接合。鱼尾板亦常见于缺乏现代化投资的路线。美国由于车速不快,且木制枕木成本便宜,大部分的路线都使用鱼尾板木制轨枕

持续焊接

持续焊接轨道

另一种较新的连接钢轨的方法是持续焊接轨道(Continuous Welded Rail,CWR),亦称长焊钢轨。这种方法把数公里长的钢轨以铝热剂焊接接成连续的一条。由于没有了接缝,使得路轨的强度获得增加、需要的维修较少,车辆行驶时也更平稳、安静。

焊接接合轨道的成本较使用鱼尾板来的昂贵。但强度及平稳性较高,车辆可以在持续焊接轨道上以更高速度行驶,摩擦力亦得到减少。

为解决无缝轨道在冷缩热胀时可能会歪曲的问题,钢轨需要被紧紧地锁定在线路上,使它们的伸缩自由受到限制。一般的做法是使用混凝土制成的轨枕,用坚固的扣件把钢轨扣上,下方再配以足够的道碴或使用无道砟轨道。每次更换或敷设钢轨时,钢轨会被先被拉长使它们膨胀,然后才锁定在轨枕上。这样就算日后温度增高,路轨的膨胀亦会减少。锁定轨道的温度亦很重要。一般每段轨道都会参考当地最高及最低温度,然后计算出合适的温度。如果日后温度超出最初的预算(例如出现异常的炎夏或寒冬),无缝轨道可能会弯曲或断裂。

使用持续焊接的轨道仍然可以在需要的地方使用接头。但这些接头多数都不是九十度直线打横越过钢轨,而是以很斜的角度接合。这样车轮经过时的震动及噪音都会大大减少,但钢轨仍然会有膨胀的空间。这种接头被称为调节道岔(Adjustment Switch)。

铁轨检测

铁轨检测系统可装载于轨道检查车和列车上,这套系统可针对铁轨道,检测轨面、轨足、枕木、扣件、螺栓、道床、道碴等做检查。此系统可提供实时跟踪图像记录和状态监测,并可以瑕疵分类和自动轨道裂纹和缺陷的位置报告功能。

维修

铁路轨道必须经常维修以维持良好运作状态。路轨维修是繁重的工作,以往要花费很多人力来完成,近年逐渐以机器取代。铁路轨道的主要保养维修工作包括有:

  • 打磨钢轨,改善钢轨的平面及纵面
  • 更换部分或全部钢轨
  • 更换轨枕
  • 捣固、清理、更换及补充道碴

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外部连结

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  1. ^ 徐鹤寿. 秦沈客运专线建造技术. 中国铁道科学. 2003, (2): 4-10. 

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