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輕盈到承載巨量:鋼軌演進的驚人之路

已更新:2023年4月21日


鋼軌與鐵路的誕生

依據《鋼鐵科學技術史》和《現代鋼鐵製造技術》,在鋼軌的發展過程中,最初的軌道是用木樁和石塊鋪設的。而鋼軌的歷史可以追溯到19世紀初期的英國。當時,英國工業革命已經帶來了激烈的競爭,為了提高鐵路運輸的效率和速度,工程師們開始探索新的軌道材料。

1830年代,英國工程師羅伯特·斯蒂芬森(Robert Stephenson)提出了將鋼材用於鐵路軌道的想法。當時,軌道主要使用的是鑄鐵軌道,但這種軌道存在著脆性和易斷裂等問題,影響了鐵路運輸的安全和效率。隨著鋼材製造技術的進步,具有更高的強度和韌性,能夠更好地承受列車的負載和震動,而後鋼軌才逐漸普及化發展。

此後,鋼軌的生產和使用逐漸普及到歐洲大陸、美國、日本等國家,進而因日治時期帶動台灣鐵路發展。

 

鋼軌重量演變,由輕而重

早期使用的鋼軌較輕,每米約在20-30公斤不等,依據使用情況不同而有所差異。主要是因為當時的鐵路運輸技術和需求相較於現代而言運量較低。

在19世紀和20世紀初,鐵路運輸的速度和載重相對較低,因此鋼軌的承載能力和強度要求也較低。此外,當時的鋼材製造技術和檢測技術相對較為簡單,無法生產出現代高強度、高硬度的鋼材,因此鋼軌的材料也較輕。

此外,早期的鋼軌設計和製造工藝也相對簡單,一般採用熱軋或冷拔成型的方式生產。這種方式生產的鋼軌容易出現裂紋、疲勞和斷裂等問題,因此需要更加輕量化以減輕對軌道和車輛的損壞。

現代鋼軌越做越重是因為鋼軌的設計和材料技術不斷進步,以應對鐵路運輸日益增長的需求和更嚴格的安全標準。

一方面,隨著列車的速度和載重不斷提高,鋼軌必須承受更大的力量和壓力。因此,現代的鋼軌需要更厚、更寬、更高的截面尺寸,以增加鋼軌的強度和耐久性,因此重量也相對增加。

另一方面,現代鋼軌的材料技術不斷提高,材料的強度、硬度、耐腐蝕性等性能也在不斷提升。例如,現代鋼軌通常使用高強度低合金鋼或高碳鋼等材料,這些材料相對於傳統的低碳鋼或中碳鋼等材料來說,具有更高的強度和硬度,也更加耐用,因此相對也更重。



台灣鐵路與鋼軌重量演變

台灣的鐵路發展可以追溯到19世紀末。1891年,台灣總督府決定在台灣開始鐵路建設,當時的目的主要是為了加強對台灣的統治和促進經濟發展。1893年,台灣第一條鐵路——淡水線開始動工興建,並於1895年正式通車,全長33.7公里。

隨後,台灣鐵路陸續建設了多條鐵路線路,其中包括縱貫山線、北迴線、南迴線等,鐵路的發展促進了台灣經濟的發展和地區間的聯繫,也帶動了許多新興產業的發展。

1920年代至1940年代,台灣鐵路進入了黃金時期,鐵路交通已經成為當時最主要的運輸工具之一。不過,二戰期間臺灣的鐵路遭受嚴重的破壞,戰後重建鐵路線路成為當時的重要任務。隨著臺灣經濟的不斷發展,臺灣鐵路也不斷進行現代化改造和升級,成為當今臺灣重要的交通運輸工具之一,包括了台灣高鐵、台鐵與捷運輕軌等使用。

以下列舉現在台灣主要鐵路路段使用鋼軌重:

  1. 台灣高鐵:台灣高鐵採用每米重量為60-70公斤的鋼軌,以承受高速列車的負載。

  2. 台鐵:台鐵的主要幹線路段使用每米重量為52.8公斤或60公斤的鋼軌,支線路段則使用每米重量為50公斤的鋼軌。

  3. 南迴線:南迴線是一條位於台灣東南部的鐵路線,因為地形複雜,所以採用每米重量較重的鋼軌,每米重量為60公斤。

  4. 縱貫線電氣化工程:台鐵縱貫線電氣化工程採用每米重量為60公斤的鋼軌,以提供較高的強度和彈性。


對於中古鋼軌樁之影響

早期中古鋼軌樁多具有來自日本、美國等舊式鋼軌淘汰品,例如每米重量在20-37公斤之間的輕量鋼軌。因此早期擋土工程設計中,也是依據這些重量規格進行規範,以利工程材料能順利購買與使用。

而如今,依前言所述,鋼軌發展愈來愈重,舊式鋼軌早已淘汰完畢。甚至每米重量在40-50公斤者,也早已被現代各國淘汰,輾轉由台灣進口做為鋼軌樁利用。依據現有國外供應數據顯示,50公斤米鋼軌為當前主要台灣進口規格,更甚者有60-70公斤米鋼軌淘汰品漸漸產生。

相較於市面上鋼軌逐漸汰換,台灣工程設計卻未能及時跟上。目前擋土工程設計方面,竟然依舊有許多30公斤米、37公斤米鋼軌樁被做為主要設計使用。這些輕量鋼軌早早汰換完畢,且已在過去被大量使用完畢。現代市面上進口者早已不見30-37公斤米鋼軌,老舊的工程規範與設計導致了營造商、土木工程行無法順利購買工程設計之規格。

所幸目前50公斤米鋼軌樁之工程設計與使用有逐年增加趨勢。因此我們也期許,新一代監造與工程設計,能夠持續更加資訊化與現代化,在工程中盡量使用每米50公斤以上之鋼軌樁。對於營造單位與施工單位而言,更能順利購買到工程材料,對於鋼材經銷商而言,也更能確定購買品項是可銷售的,對整體工程產業是絕對正向發展。


50公斤米鋼軌樁規格參考

依據安賽樂米塔爾鋼鐵集團規格:






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