德 國 聯 邦 鐵 路(German Federal Railway) 鑑 於 傳 統 道 碴 路 基 的 "floating support"問題嚴重,於 1960 年決定發展版式軌道此種省力之軌道結構物,於 1977 年在 Stuttgart 和 Manheim 之間興建許多不同型式的試驗版式軌道,其中以 Rheda 軌道系統表現最好。Rheda 型的版式軌道,並曾於一些路段進行試驗,共 計有1.7Km,以與傳統道碴軌道作一比較。
Rheda 型修正後的版式軌道,包括了一凹槽型的混凝土底層,然後在凹槽內 放入混凝土軌枕,並以調整螺絲將軌枕調整到適當位置,再把鋼棒依鋼軌方向,
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穿過軌道預留的孔洞,將數根軌道串起來,最後將凹槽灌注混凝土,使之固定軌 道,並形成一連續的版,在軌道上有一調整底版,其調整範圍,垂直方向為 +20mm、-5mm,側向為+5mm、-5mm。
Rheda 系統的版式軌道已有實際舖築於 ICE Stuttgart 到 Manheim 和 Wurzburg 到 Hannover 的隧道段,其營運速度最大達到 280Km/hr,而試驗的最高速度達 406Km/hr,由 ICE 已舖築版式軌道路段的營運紀錄來看,經過一些成本、效益、
技術等的分析之後,認為在地下隧道和橋樑段舖築版式軌道確實優於道碴軌道,
其成效不錯,未來可能更廣泛地被採用[1]。
表2-6 德國版式軌道類型表[20]
鋼軌支撐型式 鋼軌支承
結構型式 鋼軌安裝型式 軌道型式名稱
Rheda Rheda-Berlin Rheda 2000 Zublin Heitkamp 埋入型(Inserted)
SBV ATD BTD Getrac Sato 軌枕型
(with sleeper)
舖設型(Lain-on)
Walter Fram 預鑄型(Prefabricated)
Plate Lawn Track Hochtief FFC BES
BTE-BWG/WBG 非連續支撐型
(On supporting point)
非軌枕型 (without sleeper)
整體型(Monolithic)
BET-Hilti 鋼軌埋入型(Poured-in rail) Edilon(Infundo)
Ortec 連續支撐型
(Continuous support) 鋼軌鉗夾型(Clamped rail)
Saargummi
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2.4.1 Rheda 型式的發展:
Rheda 版式軌道型式之發展過程如圖 2-5、2-6、2-7、2-8、2-9 與 2-10 所示:
圖2-5 Rheda 軌道原型剖面圖[20]
圖2-6 Rheda 軌道之 Sengeberg 型式剖面圖[20]
圖2-7 Rheda 軌道之 Berlin-V1 型式剖面圖[20]
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圖2-8 Rheda 軌道之 Berlin-V2 型式剖面圖[20]
圖2-9 Rheda 軌道之 Berlin-V3 型式剖面圖[20]
圖2-10 Rheda 軌道 2000 型式剖面圖[20]
1. Rheda 原型版式軌道
依據Dr. Bernhard Lichtberger(2005)於其所著之 Track Compendium (Formation、
Permanent Way、Maintenance、Economics) [18]所述,版式軌道型式名稱” Rheda ”一 辭源自於1972 年德國第一次舖設版式軌道於 Rheda-Wiedenbruck 車站而得名。由於 Rheda 版式軌道型式的設計並沒有申請專利,因此目前已由許多軌道專業設計廠商 以Rheda 為基礎發展出許多新的型式。
Rheda 版式軌道乃是將 2.6m 長的 Rheda 混凝土軌枕埋置於槽型或混凝土承載層 上,並經由垂直與水平的調整以達到其所要求之精度之後,即澆置混凝土予以固定,
同時為防止在混凝土硬固期間溫度對軌枕位置的影響,軌枕上的扣件必須與鋼軌鬆 脫,以防止鋼軌熱脹冷縮帶動軌枕而改變軌枕之位置。
在軌道調整與維修方面,撇開在實際鐵路運轉上成功的經驗,要維持軌道使用 之壽命,必要的維修勢不可少。Rheda 版式軌道在施工完成後無法執行較大的高程
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單一個軌枕。另外由於縱向鋼筋的連結,亦無法於軌枕與凹槽間安裝消音材料。由 於Rheda 混凝土軌枕是埋置於混凝土凹槽中,再以填充混凝土填滿兩者間的間隙,
然而因此會在填充混凝土與凹槽間產生冷縫,在實際案例上,這些冷縫產生的裂縫 已無法防止道床表面水的滲漏,因此會減少軌道的生命週期。
Rheda 版式軌道所衍生的各種型式其高度從軌面到防凍層均在 830mm~961mm 之間。目前在德國Rheda 型式之版式軌道已舖設長度約 150 公里。[18]
2. Rheda 2000 版式軌道
Rheda 2000 型式為目前經由 Rheda 原型發展至今之最新改良型式,於 2000 年 7 月 第 一 次 舖 設 於 萊 比 錫 與 哈 勒 間 的 德 國 高 速 鐵 路[19] 。 Rheda 2000 乃 是 將 Rheda-Berlin 型式中兩個混凝土塊間之連結鋼筋更改為桁行鋼架,同時取消混凝土 凹槽之使用[18]。另外 Rheda 2000 型式版式軌道系統之上部結構需要一個無沉陷的 基床,因為安裝於道床內的鋼筋其功用乃是對道床混凝土裂縫寬度的控制與側向力 的傳導,而非用以提供混凝土道床的勁度[19]。
2.4.2 Rheda 版式軌道之施工
[19]軌道之施工使用 Top-Down 的方式,利用鋼軌的頂面與內側面做為軌道安裝調 整之參考點,以達到高精密度的要求。此外,軌道扣件系統之調整限度亦可以因應 基床長期的差異沉陷。目前在國外所鋪設之Rheda 版式軌道,其軌道安裝調整之相 關技術敘述如下:
1. 門型調整架(Portal adjustment)
門型調整架可同時進行水平與垂直線形的調整,其施工步驟敘述如下:
A. 混凝土路盤澆置
B. 軌道套件(包括鋼軌與軌枕)鋪設於混凝土路盤上 C. 道版鋼筋組立
D. 道版模版組立
E. 門型調整架錨固於混凝土路盤上
F. 門型調整架上之吊昇裝置將鋼軌(連同軌枕與鋼筋)上提約 9 公分,並由現 場施工技術人員將軌道線形調整至設計值誤差±0.5mm
G. 再由測量人員指導現場施工技術人員調整每一門型調整架,以調整出設計 所需之軌道超高,最後完成軌道線形的調整
H. 調整完成後,固定所有的門形調整架,之後即可進行道版混凝土澆置作 業,並完成軌道鋪設作業
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圖2-11 門型軌道調整架(一) [20] 圖 2-12 門型軌道調整架(二) [20]
2. 水平調整器與 Spreader-bar & Spindle base adjustment
水平調整器與垂直桿調整器係分別使用於軌道水平與垂直線形之調 整,其施工步驟敘述如下:
A. 混凝土路盤澆置
B. 在混凝土路盤上,於軌枕鋪設位置中心處鑽設水平調整器固定桿 C. 軌道套件(包括鋼軌與軌枕)鋪設於混凝土路盤上
D. 道版鋼筋組立
E. 安裝水平調整桿,調整軌道水平線形
F. 將垂直桿調整器安裝於軌軌上,調整軌道垂直線形與超高
G. 調整完成後即可進行道版混凝土澆置作業,並完成軌道鋪設作業
圖2-13 軌枕水平調整器[20] 圖 2-14 鋼軌垂直調整器[20]
3. 道版混凝土澆置
在精確的軌道調整完成之後,便可進行道版混凝土澆置作業。混凝土澆 置作業之品質攸關整體軌道之品質,尤其在混凝土澆置方向更應加強控管,
因為澆置方向需朝同一方向進行,以避免氣泡被困在軌枕底下而影響品質。
同時良好的搗實與澆置後完成面的處理,更可保證軌枕與道版良好的結合,
已獲得整體道版之品質。
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6 小時,便可拆除道版模版。因此在一個流暢且各自獨立的工作流程下,每 日可完成之軌道長度可達500 公尺[19]。