可動心軌轍岔技術探討

 

 

筆者最近幾年參予國內鐵道工程建設案,學習到非常多當年學校沒有學過的知識、技術與經驗,有鑒於國內目前的公共工程中,各都會區的捷運系統工程及鐵路高架化更新工程的參與人員,對於鐵道技術的設計與施工技術需求殷切,有強烈的企圖心要趕上潮流,與時俱進,因此,筆者將工作上對於鐵路道岔的一些了解與認知,提供各位先進共同研討,若有謬誤之處,請不吝賜教,讓各位能教學相長。

高速鐵路道岔的演進

國外的高速鐵路已有幾十年的發展史,在高速鐵路道岔的研究和使用方面也積累了豐富的經驗,當然也形成了技術較為成熟的系列產品。其中以德國、法國與中國為代表,近年來,因為中國大陸在這方面急起直追,參考德法兩國的優缺點,改進研發出適合於中國大陸的一套道岔系統。

德國的高速道岔主要由BWG公司生產,目前荷蘭、義大利、西班牙及臺灣高鐵等,均採用BWG公司的高速道岔產品。它的特性是製造工藝必須很高,精準度、安全性好,但是單價高、組裝施工較難。

法國的高速道岔主要由COGIFER公司生產,法國的高速道岔主要用於有碴軌道,曾創造了約540km/h的過岔記錄。近年來也進行了無碴軌道用道岔的研究,並在法國東部線進行了42號道岔的試鋪試驗,取得了較好的效果。目前韓國、比利時等國的高速鐵路採用了COGIFER公司的產品。

德法兩國高速道岔的生產一般均依據EN標準,並在廠內進行組裝。德國的高速道岔採用組裝後整體運輸的方式。法國的高速道岔採用組裝後解體,單件運輸方式,在現場重新組裝。

中國大陸為適應國內大量高速鐵路發展的需要,也依據目前國際上一般使用的情況,改進研製了高速道岔系列產品,廣泛應用於大陸各條高速鐵路。

對於轍岔結構,各國類型的道岔結構簡要介紹

目前全世界,對於轍叉結構,德、法和中國大陸的道岔,已經是各有特點。

1)德國道岔

德國技術的可動心軌轍岔的翼軌為普通鋼軌製造,德國技術的心軌為整鑄式,前部採用與鋼軌同一材質的鋼坯經機械加工成三角塊,後部拼焊普通鋼軌製造的長短心軌,見圖1。

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圖1 德國技術翼軌跟端結構


2)法國道岔

法國技術的可動心軌轍岔採用高錳鋼整鑄翼軌,由前端60kg/m鋼軌、中間部位的鑄造翼軌(搖籃)和後端的A74鋼軌閃光(火花)焊接而成。使用壽命高,穩定性好,安全可靠,方便轉換鎖閉裝置的安裝和運動。

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圖2 法國技術高錳鋼整鑄搖籃式翼軌


法國技術的長、短心軌及叉跟尖軌採用60D40製造,短心軌後端為滑動端,短心軌尖端嵌入長心軌,心軌跟端和尖軌跟端一樣鍛壓加工為60kg/m鋼軌標準斷面。長短心軌採用哈克螺栓聯結,保證長短心軌的整體穩定性。心軌跟端採用長間隔鐵和高強度螺栓與長翼軌後端連接,並通過在螺栓孔內安裝彈性銷使各螺栓受力均勻,以此結構可使縱向力傳至翼軌,從而避免心軌與翼軌的相對位移,見圖3。

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圖3 法國技術翼軌跟端結構


3)中國大陸產道岔

中國大陸之道岔心軌均採用鋼軌組合的結構,拼裝形式與法國道岔心軌類似。具有製造簡單、安裝容易的特點。大陸已有多年的使用經驗,技術相對成熟,見圖4。

18號道岔尖軌跟端採用斜接,與岔跟鋼軌拼接,見圖5。42號道岔採用雙肢彈性可彎結構,見圖6。

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圖4 大陸道岔鋼軌拼裝式心軌

 

 
5  道岔心軌跟端的斜接頭   6  道岔的雙肢彈性可彎心軌




4)台灣之發展現況

我國目前國內軌道工程採用之現況為:國內之高速鐵路目前採用德國BWG系統,故於興建時期,道岔系統的整組運輸與組裝挑戰是艱鉅的。而可動式岔心形式的道岔,多用於高速鐵路及大號數的道岔設計使用,目前國內捷運系統中,新設計的小號數的道岔(7號-9號),也要求採用可動岔心整鑄式(一體式)心軌的設計,個人認為其中有幾點必須考慮與探討的。

一、整鑄式(一體式)心軌的原材料來源有限,且單價偏高、技術性要求也特別高,目前採購單價及將來維修費用都是問題。

二、一般國際上12號以下道岔通常並不採用可動心形式,更沒有整鑄式(一體式)心軌結構設計和使用經驗,故目前若要求採用此種形式,除了設計週期需要相當長的時間之外,整體系統安全測試也需耗時耗力。

三、若採用這種結構設計的要求,所有廠商必需重新進行研發、設計,各種試驗週期將會很長,且有一定的風險存在。

早期台灣的軌道建設,因為承襲日據時代的50N窄軌(1,067mm)設計,但目前各都會區之捷運系統積極想採用最先進的各種軌道系統設計理念,可是台灣本身市場太小,不具有經濟規模的條件,在考慮經濟、安全、使用性各方面的條件,故目前若是需求小號數的可動心形式之道岔,不宜自行要求設計市場上尚不成熟的產品,建議應考慮已經成熟的德法系統或是採用大陸現行多採用的拼接式心軌,因為大陸目前採用之道岔心軌,均採用鋼軌組合的結構,拼裝形式與法國道岔心軌類似。它具有製造簡單、實現容易、經濟安全的特點,且在大陸有多年的使用經驗,技術相對成熟,實不宜要求自行研發新的道岔規格與系統。

參考文獻

1.鐵路道岔參數手冊。中國鐵道出版社2012年北京。
2.鐵路道岔。陳明欽編著。
3.圖片提供:中國鐵建集團珠洲道岔公司。

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】

 


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