鋼軌接頭對軌道的影響

道碴阻力值換算為軌道單側每㎏/m 之道碴橫向阻力值。

道碴橫向阻力之計算例如下（如圖2-11）：

25 公尺長之鋼軌，枕木配置 44 根，抽拉 PC 枕 1 根時之阻 力為500 ㎏，則

500 ㎏ ×1/2 ＝ 250 ㎏ --- 軌道單側阻力 44 根 ÷25 m ＝ 1.76 根/m

250 × 1.76 ＝ 440 ㎏/m --- 道碴橫向阻力（軌道單側每㎏

/m）

即道碴橫向阻力為440 ㎏/m

道碴縱向阻力之計算例如下（如圖2-12）：

25 公尺長之鋼軌，枕木配置 44 根，抽拉 PC 枕 1 根時之阻 力為800 ㎏，則

800 ㎏ ×1/2 ＝ 400 ㎏ --- 軌道單側阻力 44 根 ÷25 m ＝ 1.76 根/m

400 × 1.76 ＝ 704 ㎏/m --- 道碴縱向阻力（軌道單側每㎏

/m）

即道碴縱向阻力為704 kg/m 道碴肩部標準表：如表 2-8。

三、軌框剛度

軌框剛度是影響軌道挫屈之重要因素，鋼軌扣件扣不緊，

將產生不均勻軸壓分布，降低軌框剛度。因此除了鋼軌種類之 外，確保扣件的扣緊力，也是提高軌框剛度的有效方法。

沈落的對策，或改舖長軌。此外，小半徑曲線舖長軌又須確保道床抵 抗力足夠，以免長軌挫屈。

2.5.1 軌道挫屈

一、軌道挫屈原理

鋼軌隨軌溫變化而伸縮，伸縮受阻礙時，即產生內應力（溫 度應力）。長焊鋼軌軌溫升高，鋼軌產生溫度壓力，當壓力達到 一定值致使軌道強度不足以抵抗這壓力時，軌道會出現橫向變 形。這變形的發展可分為三個階段：不變形階段（安定階段）→ 漸變階段（不安定階段）→突變階段（軌道挫屈階段）。溫度壓 力與變形之關係如圖2-13 所示。

長焊鋼軌鋪定後，如果軌溫不高，溫度壓力很小時，軌道 仍保持原來的安定狀態不變形，稱為不變形階段（oa 段）；隨著 溫度壓力的繼續增大，軌道可能在一些原始彎曲大或道碴橫向阻 力的薄弱環節，出現較大的彎曲變形，變形矢度f 隨溫度壓力的 增大而逐漸增加，這一階段長焊鋼軌處於不安定狀態，稱為漸變 段(ak 段)，在這階段，如軌溫不繼續升高，且無外力干擾，軌道 彎曲變形一般不會增加，且有可能隨溫度壓力的下降而逐漸減 少，直至恢復到長焊鋼軌的原始狀態，而處於穩定平衡狀態；漸 變階段一旦溫度壓力增加至某一臨界值 Pk，軌溫再稍升高或稍 有外界干擾，彎曲變形就會突然擴大，導致軌道失去穩定而被破 壞，稱為軌道挫屈階段（突變kk 段）。因此漸變段是長焊鋼軌喪 失穩定的過程，而軌道挫屈則是喪失穩定的結果。

軌道挫屈能使積蓄於軌道中的能量被突然釋放，引起大量 位移，並能使鋼軌形成塑性彎曲，使軌枕劈裂，石碴拋散，甚至 顛覆列車，造成嚴重後果。

二、肇生軌道挫屈的原因：

於酷暑或鋼軌溫度升高之際，尤其是午前10 點、11 點及午 後3 點、4 點，軌道極易發生挫曲。當因軌道挫曲而肇致出軌事 故時，應概估出軌時鋼軌溫度，並查明長焊鋼軌舖定溫度及重新 舖定日期，最近的軌道養護情形及軌道養護後列車通過次數。可 能肇致軌道挫曲的原因可歸納如下：

（一）石碴未能與軌枕頂部平齊或石碴肩寬不足40 公分。

（二）酷暑時期，因路線養護（含砸道）鬆動軌道，致道碴橫向 阻力不足。

（三）於天冷時舖定長焊鋼軌，因軌溫過低而未予調整或重新舖 定。

（四）鋼軌防爬器或軌道挫曲防止鈑舖設數量不足。

（五）所有列車或幾乎大部分列車均在同一方向行駛。

（六）位於經常必須煞車地點。

（七）列車運行於軌溫甚高之鋼軌上。

2.5.2 道碴阻力與軌框彎曲強度

道碴阻力是依據應該鋪設之長軌的軌道構造決定，但是軌枕的材 質、重量、尺寸、配置間隔及道碴材質、粒度、污染度及含水量等都 是當然的影響因素。其他如現場的鋪設經過時間、通過噸數等也會造 成影響，所以，即使是相同構造的軌道，阻力也未必完全一樣。道碴 橫向阻力是將數支枕木組成的軌框枕木向側邊拉出，從拉扯力與軌枕 變位的關係求取道碴橫向阻力。然而，即使只拉出一根軌枕時，也必 須求取5-6 次的平均值。

PC 枕與木枕比較，以大型枕木較為有效，例如，道碴橫向阻力 與測量結果之間的差異較大時，可能是下述原因造成，也就是說，挫

屈的機構上，先發生水平挫屈，軌道出現略為向垂直浮起的現象。而 可阻止此現象發生的是枕木底面產生之摩擦抵抗，最有效的則是軌道 重量。因此，使用軌道重量接近 PC 枕 1/2 以下的普通枕木軌道，整 體來看是較為不利，此外，最好儘量減少大型軌道區間之道床作業或 是枕木作業，從軌枕的壽命來看，木枕也是較為不利。道碴橫向阻力 在作業實施後，其測量值隨著使用而日趨穩定。表2-9 為荷蘭鐵路之 例子，此數字表示軌道產生2mm 變位時的力量。

英國使用的大型軌道區間除了水泥枕木之外，只有澳洲產的堅硬 原木製的枕木是通過許可。但是使用原木材時，必須增加枕木的數量。

接著是日本國鐵及各國調查之道碴橫向阻力的值如表 2-10~表 2-12。日本的道碴橫向阻力與德、法等國相較之下，其值非常的低，

這主要是因為窄軌與寬軌的根本差異。

增加道碴橫向阻力對策的基本方法不用說就是道碴的碎石化，從 德國進行的實驗中可以看到效果，如表2-13。也就是說，碎石化的影 響在PC 軌枕上，效果更加顯著。

法國的大型軌道中有75%、西德的大型軌道中有 65%是採用水泥 枕木。此外，荷蘭、丹麥等也都是禁止大型軌道使用木枕的國家。

列車的荷重可以發揮極大的緊固效果，這一點從前述荷蘭之例亦 可看出，從鐵路局大型的實驗也可以推知。一般在鋪設後經過數月可 增加50%以上，這是經常可見的，而木枕因為碎石的咬入嚴重，比例 更大。從這些事實，實施軌道大型化的區間，至少應該在半年前完成 碎石化與PC 枕化最為理想。

道碴的碎石化是有效的，這一點已如上述，但是橫方向之道碴阻 力較小之抵抗(全體的 1/3)，可以視為隨著枕木小幅的變位在碎石間 產生剪斷抵抗，其光滑面雖如圖 3-14(a)，但是因為碎石化造成其光

滑面的面積擴大，因而容易增加剪斷抵抗。這次將剪斷面簡單地設定 為平面，概略求取如圖3-14(b)之有效肩寬 C。

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ °−

= 45 2 tan

C φ

d (2.7)

假如，φ=40º，枕木的高度 165mm 時， C=35cm。

依據掘越博士進行的實驗，軌道肩寬為 40~45cm 以上時，與 C 的變化無關，如圖 2-14(c)之抬高肩寬的方法一般稱為義大利式。但 是，如圖所示，剪斷面上的碎石重量增加，這也是可增加道碴橫向阻 力的方法之一。

此外，枕木端的道碴肩部以章魚爪等固定，基於前述的理由，這 也是增加剪斷抵抗較有效的方法之一。但是，日本國鐵是採取機械化 處理，使用振動式軌道床肩固定機。因為道碴阻力增加100kg/m，估 計可耐10t 之軸壓的增加。其他，在枕木上安裝突起物，增加道碴阻 力的方法，德國與匈牙利早就進行過實驗。日本有一種名為「挫屈止 動器」的器材，這是以木板縱向地連結於枕木中間，增加道碴橫向阻 力之器具，這是枕木專用的器材。在PC 枕木底面加設凹凸的作法，

日本國鐵的信越線橫川-輕井澤間之陡坡區間即是採用這種方法。

從保養作業對於道碴阻力的影響來看，從設備內側線之固定連結 的軌道出現極大的阻力，就能了解軌道床作業造成道碴阻力降低。

道碴阻力可以分為道床砂礫中的軌道，枕木與軌道成直角方向水 平移動時，枕木與砂礫之間產生軌道橫向抵抗力，以及與軌道成平行 方向水平移動時於枕木及砂礫間產生的軌道縱向抵抗力。

道碴橫向阻力是枕木在道床中向枕木的縱向移動時的阻力，一般 來說，是由枕木底面之摩擦抵抗與枕木較小之軌道床砂礫或是砂石剪

抵抗愈大。但是考慮到軌道側緣偏移等，必須在C=350~400mm 左右。

且道碴是碎石時，剪斷抵抗大，或是道碴緊密時，剪斷抵抗較大。