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轨距

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各国铁路的轨距

轨距(track gauge)亦即轨道距离,是铁路轨道两条钢轨之间的距离,以钢轨的内距为准。国际铁路联盟在1937年制定的1,435mm(4英尺8½英寸)为标准轨距,又称国际轨距,约占世界上铁路里数大约59%。相传此轨距为考察古罗马辙道遗迹后,得出的千年以前即已推广的标准辙距,大约相当于当时双驾马拉战车的轮间距。

比标准轨宽的轨距称为宽轨,占全球铁路23%。主要实际应用的有俄罗斯使用的5英尺(1,520mm),及印度使用的5英尺6英寸(1,676mm)轨距。此外第三帝国亦曾推出3米超宽轨方案,以便在计划战争结束后的大开发中,加强欧洲与北亚地区的陆上运输,但随着帝国的毁灭仅停留在纸面上不了了之。

比标准轨窄的称为窄轨,占全球铁路16%。主要实际应用的有英国在如工厂、矿区推广使用的3英尺6英寸(1,067mm)轨距,及法国在主导制定国际单位制后推出的米轨(1,000mm)。日本在不同时期、不同地区师从英法,在东北曾一度将南满铁路改为当时其国内城市公交广泛使用的英制窄轨,以避免与中、苏铁路网互通;而在占领法属南亚殖民地期间,则推广当地的法国米制窄轨以便与当地铁路联通,如电影桂河大桥描述的即为日本在占领东南亚期间,强迫英国战俘修筑泰缅铁路之事,整段铁路包括大桥采用的都是米轨。

一般窄轨铁路适用于山路,而宽轨铁路则有更好的高速稳定性。双轨距或多轨距铁路铺有三或四条钢轨,让使用不同轨距的列车都可行驶。日本西班牙则采用了轨距可变列车,让列车在不同轨距的路线间直通运转

标准轨历史

标准轨由最先使用铁路的英国提出。设计及建造史托顿-达灵顿铁路英国工程师乔治·史提芬逊提出4英尺8½英寸的轨距,并成功说服火车制造商生产4英尺8½英寸(即1,435毫米)轨距的摩托车及车辆。由于史提芬逊成功设计的铁路是众人模仿的对像,亦使这轨距变得流行。[1]1845年英国皇家专员建议用4英尺8½英寸(1,435mm)作为标准轨距。1846年英国国会通过法案,要求将来所有的铁路都使用标准轨。除了英国的大西部铁路(Great Western Railway)是使用宽轨之外,英国的主要铁路都是标准轨。大西部铁路亦于1892年改成标准轨。

有关4英尺8½英寸的轨距的来源,有人认为是古罗马的战车轮距。[1]但知名谣言破解网站snopes则认为战车轮距之说为假。[2]但亦有人指出可能是因为早期铁路的轨道外侧距离为5英尺,而铁轨顶宽为1¾英寸,故内侧轨距为4英尺8½英寸。[来源请求]

实际上,标准轨距的确定仅仅是设计和实践综合考量得出的结果。乔治·史蒂芬生的火箭号是采用5英尺4¾英寸长的车轴(采取这个长度的车轴是因为车宽不能超过当时货运马车的7英尺宽度,以便兼容现成的隧道),以及厚度为8¼英寸的动轮。除去1英寸的轮缘宽度,理论最小轨距为4英尺7¾英寸。[3]最早期设计的轨距维持在4英尺8英寸,其中史提芬生预留出了¾英寸宽度来避免车轮和轨道卡死。但早期火车并没有差速装置和转向架,实际运行中出现了噪音过大和轮轨磨损的问题,随后史蒂芬生将轨距拓宽了½英寸(相较重新设计摩托车,改变轨距相对简单的多),解决了问题。[4]鉴于史蒂芬生的成功,以及该轨距的高度兼容性,皇家计量局决定将4英尺8½英寸作为标准轨距。

各地轨距

轨距对照图

亚洲

中国大陆

火车在中蒙边境更换转向架

中国大陆现在的铁路系统大部分使用标准轨宽轨窄轨仅有极少量运用。

中国早期的铁路由英国比利时工程师承建,因此中国境内大部分铁路之轨距沿用英国标准,为标准轨。但在民国时期由于未能推行统一标准,出现了各种轨距的铁路。

中东铁路曾经使用过1,524毫米的宽轨。山西同蒲铁路正太铁路曾用过1,000毫米(已经改造至标准轨),云南昆河铁路仍为米轨(1,000毫米,合1米,故称)。南京六合区冶山铁路,河南许昌-周口郸城许郸铁路四川犍为嘉阳矿区铁路为762毫米。在满州国时期,东北地区由日本建设了不少使用窄轨的铁路。

中国大陆现在使用的是轨距为1,435毫米标准轨,并逐渐将其他轨距的铁路转换为标准轨,至2003年,中国大陆境内正式营业的铁路中,尚存宽轨9.4千米,窄轨600多千米。[5]

香港

另外香港电车使用1,067毫米窄轨,而山顶缆车则采用1,520毫米的宽轨

台湾

台湾清治时期修筑“台湾铁路”时,由英籍工程师建议下选用1,067毫米,正巧与日本轨距相同。1895年甲午战争后,台湾爆发了乙未战争。战争结束后,日本正式接收台湾,同时将火车头运抵,随即作为军事用途行驶。台湾日治时期结束前轨距亦未变动,并陆续完成西部干线

另一方面,由于地形及运量的因素,同样由台湾总督府交通局铁道部兴建的花东线,与产业铁道(糖业铁路阿里山森林铁路等)采用762毫米规格轻便铁道;其中花东线的轨距已于1982年改为1,067毫米。[1]

1958年,(前中华民国,现中国台湾省)政府于《铁路法》内规定以标准轨1,435毫米为国家标准。但台湾早期的铁路网因继承日治时期规划,绝大部分都是1,067毫米或762毫米轨距,故亦加注“有特别情事,经(前中华民国,现中国台湾省)交通部核准者,不在此限”。1970年代台东线配合北回线兴建,拓宽成与西部相同的1,067毫米[1]。也未采1,435毫米的轨距;一直到台湾高速铁路台北捷运高雄捷运台中捷运桃园捷运,台湾才陆续出现标准轨距铁道。

台湾部分产业铁路采用更窄的轨距,如新平溪煤矿铁路采用495mm规格,为台湾最窄的轨距;乌来台车则采用545mm轨距。[6]

日本

日本的铁路轨距主要为1,067毫米(3英尺6英寸)。但也有部分铁道使用762毫米、1,372毫米(京王电铁东急世田谷线函馆市电东京都电车都营新宿线)和1,435毫米(京成电铁、都营浅草线大江户线京滨急行电铁、东京地下铁银座线丸之内线)。早期在库页岛的军用轻便铁道也使用600毫米轨距。在建造高速铁路新干线)时则统一选用1,435毫米为标准轨,以提高车辆行驶的稳定性,但这样使高速铁路列车不能以原有的路轨行驶[7],所以现在正在开发轨距可变的铁路车辆。

印尼

印尼轨距主要是1,067毫米。因此可以使用二手的日本列车运行。

菲律宾

菲律宾轨距主要是1,067毫米,而马尼拉轻轨马尼拉捷运则采用标准轨。

东盟

东南亚国家,包括越南柬埔寨老挝泰国曼谷大众运输系统曼谷地铁素万那普机场捷运则采用标准轨)、缅甸马来西亚吉隆坡机场快铁巴生河流域轻快铁系统为标准轨)以米轨(1,000毫米)铁路为主。越南首都河内至接壤中华人民共和国边境城市同登之间则铺设了标准及米轨双轨距铁路。[8]计划中连接新加坡及中国的泛亚铁路会是标准轨,或标准及米轨双轨距。

南亚

南亚国家的印度巴基斯坦孟加拉斯里兰卡的铁路轨距不一,但多数为1,676毫米。印度统一轨距计划英语Project Unigauge正在将所有铁路轨距改成1,676毫米。

阿富汗

阿富汗有个相当特殊的情况,因为它在靠近亚洲中央的位置,并且实际上没有铁路。如果它决定修筑铁路,在其接壤的国家之中则有三种不同规格的轨距,不管选择其中任何一种规格,都会使情况变得复杂。位于阿富汗西部的伊朗、东部的中国都使用标准轨;阿富汗南部的巴基斯坦使用1,676毫米的宽轨;而阿富汗北部的土库曼乌兹别克斯坦塔吉克斯坦则是用苏联时期的1,520毫米规格。

大韩民国

大韩民国使用1,435毫米标准轨,在京义线修复后列车可与朝鲜民主主义人民共和国互通。

朝鲜民主主义人民共和国

朝鲜民主主义人民共和国使用1,435毫米标准轨,列车可与大韩民国中华人民共和国直接互通。至于俄罗斯因为要使用1,520毫米的宽轨,在俄朝边境需更换转向架后才能继续行驶。

美洲

北美

美国加拿大最初亦使用不同的轨宽,Erie等铁路公司曾采用1,829毫米轨距,而美国南部则多采用1,524毫米轨距。后来加拿大追随英国采取标准轨。美国北部的铁路因为最初多是从英国入口器材,故亦多为标准轨。19世纪末原为1,524毫米轨距的美国南部铁路被统一改为1,448毫米,之后在长年维护下逐渐变为1,435毫米。墨西哥也采用1,435毫米轨距。

阿根廷

阿根廷的铁路轨距主要为1,676毫米(其中海岸列车英语Tren de la Costa乌尔基萨线英语Urquiza Line为标准轨)。

智利

智利的铁路轨距为1,676毫米。

欧洲

欧洲大部分国家都是使用标准轨(1,435毫米),除了:爱尔兰英国西班牙葡萄牙芬兰瑞典等国使用宽轨窄轨

爱尔兰

爱尔兰的轨距是1,600毫米,但都柏林现代轻轨系统采用标准轨。

英国

  • 北爱尔兰的轨距是1,600毫米。
  • 除了北爱之外,英伦三岛和曾被英国殖民的地区(如美国、加拿大、新西兰等,澳洲除外)都是采用标准轨距。在英国铁路专家乔治·史蒂文生的倡导之下,英伦三岛的铁路(包含苏格兰、威尔士)都是采用标准轨距。然而19世纪部分英国铁路(尤其是大西部铁路公司)大量采用极宽的2,140或2,134毫米(7英尺)轨距,后来这些轨距都被改为标准轨,由此造成了大西部铁路线路巨大的限界盈余。在个别博物馆线路上仍然存在7英尺轨距。

西班牙

西班牙的正式标准是1,674毫米,为了使列车在其与葡萄牙间跨国运转,而开发了变距列车。此外,西班牙正进行改轨工程,将路轨改成标准轨距。

现时标准轨距只见于西班牙之巴塞罗那地铁27号线英语Barcelona Metro line 7巴塞罗那-巴列斯线英语Linia Barcelona-VallesS1英语FGC line S1S2英语FGC line S2、S5和S55线。另外,西班牙的高铁采用标准轨。

葡萄牙

葡萄牙轨距为1,665毫米。

芬兰

芬兰在19世纪是俄国辖下的大公国,使用1,524毫米(5英尺)轨距;后来为了方便与邻国瑞典进行顺畅的铁路运输,芬兰与瑞典陆上边界会铺设双轨距线路,以及铁路渡轮的甲板也会铺设双轨距线路。

前苏联国家

19世纪和20世纪前期和中期的俄罗斯选用1,524毫米的(5英尺)宽轨,因为最初的沙俄铁路是在美国南部工程师的指导下建造的,而当时美国南部主要轨距是1,524毫米。俄罗斯和属于前苏联的国家以及蒙古采用俄国的1,520毫米轨距。这比1,524毫米窄4毫米,有时两者的车辆可以互换。而南萨哈林州库页岛)则是采用当时日本占领南库页岛时期的1,067毫米(3英尺6英寸)轨距,标准轨(1,435毫米)只用于顿河畔罗斯托夫电车俄语Трамвай Ростова-на-Дону加里宁格勒境内与波兰接壤的路段。近些年欧盟支持的"波罗的海铁路计划"将把波罗的海三国的铁路改为1,435毫米的标准轨.

大洋洲

澳大利亚各州铁路轨距

新西兰

新西兰的铁路为了跨越中部山区地形,采用1,067毫米的轨距。为了克服这个地形,需要复杂的工程,例如著名的劳里穆螺旋英语Raurimu Spiral。在不到4,000千米的轨道就有1,787座桥梁和150个隧道。这条轨道大约有500千米是电气化的。

澳大利亚

澳洲本来采用标准轨,后来因为某些原因而在维多利亚省南澳州出现了1,600毫米(5英尺3英寸)的轨距。部分地方亦有1,067毫米(3英尺6英寸)的路轨。昆士兰铁路在建立之初,便使用1,067毫米(3英尺6英寸)的窄轨,是全世界最大规模的窄轨系统[来源请求]

现时澳洲各首府皆有标准轨列车互通。

非洲

目前在既有的非洲铁路系统中,南非豪登列车除外,轨距为1,435毫米)及安哥拉本格拉铁路)、博茨瓦纳刚果加纳赞比亚(包括坦赞铁路坦桑尼亚段)等国多数使用1,067毫米窄轨距。但是肯尼亚境内的蒙内铁路以及连接埃塞俄比亚吉布提两国的亚吉铁路均为新建铁路,采用1435毫米的标准轨距

各轨距优缺点与最佳轨距的争论

几种不同的轨距,以右侧为准,左侧铁轨自左向右依次为标准轨、米轨和云南鸡街一条旧铁路的600毫米窄轨。拍摄于中国铁道博物馆

自19世纪铁路开始出现,即有争论何种轨距最佳。一般来说轨距不同会对成本、负载力、最小转弯曲率、车辆最高速度与爬坡率等方面有影响,基本上都跟轨距呈正比关系(但爬坡率为反比)。由于轨距越宽,车轮就可做更大,车辆截面也可做的宽扁降低重心,负载力与高速表现就越好,但建造成本也越高,同时不利于做小曲率的转弯,也较难爬上陡坡,因此宽轨距一般都适用于平原地区、工业铁路或高速铁路。相反轨距约窄,建造成本就较低,爬坡性能较佳,而且容易做小曲率的转弯,车辆截面也可做小降低车辆制造与隧道挖掘成本,但车辆的行驶速度与负载力就容易被限制,所以窄轨距较常用于山区或产业轻便铁路,有助降低工程的难度和成本[9]

但实际上从现代角度看,宽轨或窄轨并没有绝对的优缺点,负载力方面,世上最重的货车可以在美国及澳洲的标准轨上行走,而澳洲昆士兰及南非的窄轨(1,067毫米)铁路上的列车依然是十分重。速度方面,最快的高速铁路多是采用标准轨,而窄轨的日本列车也能以160km/h的高速行驶,这些方面并没绝对的正比限制关系。

成本上虽然会有差异,但以标准轨为基准只有轨距低于1米或3英尺建造成本才会有落差,但相对的负载力与性能也限制很多[10]。而建造标准轨的轻便铁路与窄轨铁路价格相差并不大。

以此看来,选择宽轨或窄轨皆未必优于标准轨,采用不同的轨距能应对不同路线的运输需求让效益最佳化。但轨距不同也失去了与标准轨之间的兼容性,这提高了车辆开发采购的限制与成本,也让未来路线整合提高困难度(但有些国家即是出于战略考量而采用不同轨距刻意提高整合难度)。不少国家在应对此问题时若无法做全国轨距统一化的工程,则必须采用双轨距或可变轨距列车来整合路线。

未来

随着各国开始寻求扩充、统合各地的铁路网络,轨距在未来可能会进一步标准化。

澳洲印度都在进行统一国内铁路轨距的工程;而欧盟也计划让各成员国的铁路系统可以互用,涉及的工作包括轨距、讯号系统和供电系统的标准化。现时波罗的海三国立陶宛拉脱维亚爱沙尼亚)已获得欧盟的资助,把前苏联时代遗留的1,520毫米阔轨转换成标准轨;西班牙葡萄牙也在建造连接国内各大城市与法国之间的高速铁路中获得欧盟的援助。欧盟亦计划提升西班牙与葡萄牙连接其他欧洲国家的货运铁路。

高速铁路

几乎所有的高速铁路,包括在使用窄轨的日本、(前中华民国,现中国台湾省)台湾地区,以及使用宽轨的西班牙等地,都是采用标准轨兴建的(唯一的例外是俄罗斯芬兰采用的5英尺阔轨高速铁路)。这种标准使一些国家开始为当地原有的非标准轨铁路进行轨距转换,使列车能在高速铁路网络与现行铁路网络之间行走。

矿区铁路

虽然矿区铁路较少与外面的铁路系统连接,但现时矿区亦有使用标准轨的趋向,以方便其使用现成的铁路设备(例如负载量更大的车辆)。

计划

  • 联合国经济和社会委员会的亚洲太平洋计划中,有一项是关于把欧洲和太平洋连接起来的“亚洲铁路系统”,当中包括三条走线:北方从欧洲到朝鲜半岛,南线从欧洲到东南亚,并设一条南北向走廊从北欧波斯湾。三条走线都会在横越亚洲时使用至少两条轨距相异的铁路。目前计划并没有涉及转换轨距,而是在轨距相异铁路的立交设置机械设施,以便把货柜在行走不同轨距的列车之间移动。
  • 肯尼亚乌干达苏丹在2004年10月提出了一项使用标准轨建造电气化高速铁路的计划。虽然肯、乌两国及苏丹的铁路网络分别采用1,000毫米阔及1,067毫米阔的窄轨,但它们由于建成年代早,弯位多且负载力低,需要进行改建,加上北方的埃及是使用标准轨的,因此统一使用标准轨距建造新铁路被认为是理所当然。
  • 根据某2007年的计划,数条来自刚果坦桑尼亚卢旺达、轨距相异(分别为1,000毫米及1,067毫米)的铁路将于卢旺达的一个枢纽地点交汇。

参考文献

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 陈炳圣. 《萬物簡史》. 源桦. 2007. ISBN 986828421X.
  2. ^ 存档副本. [2015-12-11]. (原始内容存档于2013-07-03).
  3. ^ Science Museum Group. Sectioned conjectural model of 'Rocket' steam locomotive. 1909-3. Science Museum Group Collection Online. Accessed September 13, 2017. https://collection.sciencemuseum.org.uk/objects/co26970.
  4. ^ Vaughan 1977.
  5. ^ 亲历云南窄轨铁路
  6. ^ 苏昭旭. 認識台灣的輕便鐵道體系. 苏昭旭老师的全球铁道视野部落格. [2019-12-18].
  7. ^ 秋田新干线山形新干线是把在来线本来的轨距扩阔,成为1,435毫米,以便新干线列车能够行驶(即迷你新干线
  8. ^ Hạ tầng cơ sở Đường sắt. (原始内容存档于2011-12-29).
  9. ^ https://blog.xuite.net/sujaushi/twblog1/119022547-%E4%B8%96%E7%95%8C%E9%90%B5%E9%81%93%E7%9A%84%E8%BB%8C%E8%B7%9D%E4%B8%80 世界铁道的轨距一 @ 苏昭旭老师的全球铁道视野部落格 :: 随意窝 Xuite日志
  10. ^ https://blog.xuite.net/sujaushi/twblog1/119021982-%E4%BD%95%E8%AC%82%E8%BC%95%E4%BE%BF%E9%90%B5%E9%81%93+++++%E7%B6%93%E6%BF%9F%E5%9E%8B%E4%BD%8E%E6%88%90%E6%9C%AC%E7%9A%84%E9%90%B5%E9%81%93 何谓轻便铁道 经济型低成本的铁道 @ 苏昭旭老师的全球铁道视野部落格 :: 随意窝 Xuite日志

参见

外部链接


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