連續鋼軌克服物理定律

文‧攝影/鄭羽哲 (2020/11/21)

 鐵路系統之所以叫「鐵」路,就是因為軌道列車多行駛在由「鋼鐵」製作的軌道系統上。舉凡高鐵、臺鐵、高運量捷運系統與輕軌系統,它們的軌道系統都是由特殊的鋼鐵製作;鐵道工程師也會將軌道稱為「鋼軌」。 傳統鋼軌的伸縮縫。

防熱漲冷縮
軌道需分段

 鋼軌雖然堅硬,但也容易受天候影響,在溫度變化時改變長度。依據物理定律,鋼軌長度熱漲冷縮的變化幅度為:每升高攝氏一度,每一百公尺長的鋼軌會伸長一公釐。

 夏天陽光毒辣,一屁股坐在機車、水泥地或柏油路上時,馬上能感受到陽光的滾燙。鋼軌在夏天時會達到攝氏五十度以上的高溫,假設鋪築鋼軌的當下是攝氏三十度,算起來,在夏天每一百公尺的鋼軌就會伸長兩公分!

 臺灣鐵路總長超過一千公里,如果沒有留給鋼軌伸展的空間,伸長的鋼軌就可能彼此擠壓導致變形,造成嚴重的列車意外。
因此,過去臺鐵鋪築軌道時,使用的是每段長二十五公尺的鋼軌,並在鋼軌與鋼軌之間保留六公釐的伸縮縫,讓鋼軌有足夠空間可以熱漲冷縮。
長焊鋼軌必須搭配混凝土軌枕。臺鐵大量使用連續長焊鋼軌。

增添舒適
焊接軌道系統

 雖然伸縮縫為鐵道的熱漲冷縮預留了空間,但也因此,列車高速通過時,旅客會持續聽到「扣扣、扣扣」的噪音。此外,接縫也會在列車通過時磨損,導致軌道壽命快速下降。

 隨著列車速度越來越快,軌道接縫也會威脅列車營運安全,於是軌道工程師就想:「能不能把鋼軌接起來呢?」

 要把鋼軌接起來,還是得面對「熱膨脹」的老問題。為了不讓軌道亂翹、亂扭,就不能固定在相對柔軟的木製「枕木」上,而是改由鋼筋混凝土製作的「軌枕」,利用金屬扣件,牢牢把鋼軌綁在上面,讓軌枕來吸收軌道膨脹的應力。此外,要設計特殊的伸縮接頭,讓軌道可以延展,但又不會影響列車運行安全。

 有了長焊鋼軌,高速運行的列車就能安全的在上面運轉。隨著這項技術越來越成熟,長焊鋼軌不再是高鐵的專利,需要高速行駛的臺鐵、希望簡化保養的捷運與輕軌,也紛紛採用長焊鋼軌,讓旅客的乘車體驗可以更為舒適。
軌道檢測車能有效率的找出軌道裂紋。

鋼軌老化斷裂
須持續維修更新

 當鋼軌牢牢「綁」在軌枕上時,雖然外形改變幅度受到控制,可是內在熱漲冷縮的變化仍持續發生。當鋼軌老化後,鋼軌承受膨脹的能力也會下降,自然就會發生裂紋,以致最後斷裂。

 所幸,今日的軌道系統陸續擁有可以連續監測的「軌道醫生」。在維護人員與檢查車、探傷車搭檔下,可以快速探測軌道狀況;發生裂紋時,也能在當下暫時固定,找時間再把鋼軌換新。

 軌道的維護與檢修,都得仰賴軌道工程師在夜間有限時間內完成。當大家休息時,軌道工程師正在努力維護大家搭乘軌道系統的舒適與安全呢!

 

  剛完成焊接的鋼軌接合處。