世界鐵道的軌距一

世界鐵道的軌距

(本文節錄自 世界鐵道與火車圖鑑  鐵道運輸的基礎常識 單元)

一般而言，就軌道路線以軌距（Gauge）劃分最為常見，而且以標準軌距為參考基準。

 

軌距劃分常見可分成標準軌、寬軌、窄軌三種，軌距的劃分標準與歷史緣由如下：

 

軌距等於標準軌距1435公厘(Standard Gauge)  全球百分之59   

   標準軌是全球使用最多的軌距型式，起源自英國，包含台北高雄捷運的高運量系統、台灣高鐵即是此種軌距。世界各國以歐亞大陸主要國家，中國、美國、法國、德國皆屬之，歐洲國際路網也因為共同採用標準軌，使得鐵路交通無國界。直至今日，標準軌為全球使用最多里程的軌距，約佔全球百分之59。

     標準軌距的由來，其實眾說紛紜。一般比較信而可徵的說法，這種軌距源自英國的馬車鐵道Horse Railway，依古羅馬戰車雙輪寬度5英呎，約兩匹馬屁股並行的寬度，扣除L軌面的寬度一又四分之三吋，得到4英呎8英吋半，也就是1435公厘。而喬治史蒂芬生George Stephenson依此軌距建造鐵路，從1830年英國從曼徹斯特到利物浦的鐵路開始，如此被推廣開來。

    不過，研究英國歷史與工業革命史的學者，則有另外一套比較科學的說法。1771年，史蒂芬生出生在英國中部的Wylam, Northumberland，也就是Newcastle的西邊附近，他的成長過程，與礦坑的鐵道工程師的工作有密切關係。其實英國的馬車鐵道軌距很多，馬的屁股寬度不一，從4到5英呎之間各種都有。遠在1765年，位於英國Newcastle附近的Killingworth礦坑中，鋪設了軌距為四呎八吋( 1422mm )的軌道。史蒂芬生當然受此影響，他在此地改良研究蒸汽機車，1814年製造出第一部火車頭，使用於Killingworth wagonway。西元1825年，史蒂芬生建設世界上第一條公共運輸的鐵道，從達靈頓至史達克頓Stockton and Darlington railway (S&DR)，這條鐵路即是1422mm的軌距，又稱史蒂芬生軌距。

    如前面所述，1826年英國要興建從曼徹斯特Manchester到利物浦Liverpool的鐵路，1829年於利物浦附近舉行雨丘競賽，史蒂芬生父子的火箭號Rocket獲得勝利。這條鐵路才是全世界第一條4英呎8英吋半，1435公厘的鐵路。而這增加半英吋的由來，是史蒂芬生父子依據S&DR的經驗，發現火車過彎時，軌道應該適度放寬間隙(running tolerance)減低阻力，但是1422mm與1435mm的火車根本就是可以互駛的。往後十年，喬治史蒂芬生與他的兒子羅伯史蒂芬生，執行了許多鐵路的建造案，卻都各地自訂，牽就馬車鐵道，混亂不一，皆不是這種軌距。當時英國還有一派，認為應該加寬軌距，以提高機車的速度，最寬七又四分之一吋軌距2140公厘，1841年這樣的鐵路也完工通車，兩派進入激烈的論戰。

    然而，英國為了將來全國的路網彼此能夠銜接，甚至包含已經在建設鐵路的歐洲大陸，大家都需要一個普遍採用的軌距。西元1845年英國制定鐵道軌距法，公佈標準軌距為1435mm，也奠定喬治史蒂芬生「鐵道之父」崇高的地位，直到1848年他過世為止。於是標準軌距的制定，影響往後數百年的鐵道發展。

    由於標準軌有極大的通用性，使得許多窄軌國家，在二十世紀後葉，鐵路高速化都採取另建「標準軌」新線的方式，例如1964年起日本新幹線，2007年起臺灣高鐵，希臘的伯羅奔尼撒島等等。而那些寬軌國家，則想辦法修正軌距與鄰國接軌，最典型的實例為1992年起的西班牙AVE。

 

軌距大於標準軌距為寬軌(Broad Gauge)  全球百分之23

    寬軌是三種軌距中第二大的類型，多半因地理與國情等特殊理由而採用。例如俄羅斯與獨立國協的體系用1520公厘，西班牙用1668公厘，愛爾蘭與澳洲維多利亞省用1600公厘。而全球最寬軌距則為印度、智利、阿根廷的1676公厘。寬軌僅次於標準軌，僅約佔全球鐵道里程統計的百分之23。

    早年軌距的誕生，是以英尺英吋作為計算，後來在「公制」誕生之後，也因此產生「標準公制化」英吋去尾數的現象。例如俄國1842年12月12日制定用五英尺1524mm，後來到1960年代起標準公制化迄今，蘇聯與獨立國協等等改為1520mm。這種4mm改軌並非拓寬，而是換軌時「重軌化」，換成較粗的軌條，讓軌條的上端距間距改變，如今維持1524mm軌距的國家已經很少，例如芬蘭即是。一般而言10mm以下誤差，已經在Limits of Deviation軌距放寬的範圍之內，火車可以直通行駛，所以芬蘭1524mm的火車可以直接駛入1520mm的俄羅斯。

    在工業革命之後，由於軌距相同鐵路可以跨國互通。因此，軌距所代表的意義，並非只有鐵路運輸這麼單純，更包含有政治、經濟、國際同盟的意涵。因此產生許多「軌距同盟國」，尤其是在寬軌的國度。印度、巴基斯坦的1676公厘，稱為印度寬軌Indian gauge；俄羅斯與獨立國協的體系的1520公厘，稱為俄羅斯寬軌Russian gauge；西班牙與葡萄牙的1668公厘，稱為伊比利寬軌Iberian gauge；愛爾蘭的1600公厘，稱為愛爾蘭寬軌Irish gauge。而當時西班牙的寬軌，相對於鄰國的標準軌而言，也是一種軍事防禦，戰爭時不讓敵軍部隊長驅直入。

    隨著當年帝國列強征戰，在殖民地主義盛行的年代，許多軌距成為列強殖民的遺跡，例如澳洲維多利亞省用1600公厘，其殖民者來自愛爾蘭，大英帝國四處征戰巧取豪奪，來自蘇格蘭的軌距，創造了印度、智利、阿根廷的1676公厘。軌距意外地寫下列強殖民歷史的足跡，在窄軌的鐵道世界裡也有類似的例子。

 

軌距小於標準軌距為窄軌(Narrow Gauge)  全球百分之16

    世界各國為適應地形之故，並且考量到鋪設的經濟性，有相當多種類的窄軌系統。例如蘇格蘭軌距Scotch gauge 1372公厘(東京與函館的路面電車)，開普軌距1067公厘（台灣與日本）、米軌1000公厘（中南半島）、914公厘(中美洲國家)、800公厘（瑞士）、762公厘（林鐵）、610公厘（礦鐵）大小不等。在台灣以1067公厘和762公厘兩種最為普遍。窄軌佔全球鐵道里程百分之16。

    在這些軌距中，在台灣最為人熟知的，就是台灣與日本所用的1067公厘，三英呎六英吋的開普軌距（Cape gauge），全球大約有112000公里，佔全球9％。這種軌距並非英國所原創，而來自挪威工程師Carl Abraham Pihl所設計，為了適應挪威高山與湖泊地形，並在1861年在挪威鋪設，1873年在南非的開普省(Cape Province in South Africa)被使用。當然過去在以西方為主的工業歷史裡，1872年日本東京新橋第一條鐵路啟用，就這樣被忽略掉了。直到今日日本1067公厘的里程數，雖然是世界第三，但科技先進仍然全球首屈一指的窄軌鐵道王國。

    雖然中國第一條鐵路在1881年唐胥鐵路，採用標準軌1435mm，而劉銘傳在1887年創建台灣鐵路時，卻採用與日本相同的窄軌1067mm。這項歷史的巧合，也讓甲午戰爭前後，日本從清廷手中牟取台灣的動機更加強烈。因為從陸軍的角度思考更便於作戰，在1895年日本攻台時，日本陸軍從內地調運日本火車頭，可以立即行駛於台灣的鐵道上。陸軍代管台灣鐵道四年有餘，1899年開始興建縱貫線，日本火車不需改軌距直接輸入，從此台灣全面進入日本鐵道的時代。

    窄軌與寬軌相同，都有「標準公制化」與去尾數的現象。最負盛名者為米軌軌距Metre Gauge 1000mm，從南法、瑞士流傳到中南半島諸國被大量採用，佔全球7％。而800mm軌距用於英國最高的鐵路Snowdon以及瑞士最高鐵路少女峰。其他實例包含762mm(英國2呎6吋)變成760mm(奧匈帝國軌距)，甚至更小750mm(東德與捷克軌距)；610mm(2呎)變成600mm，這樣的實例比比皆是。

 

窄軌的產業鐵道Industrial Railway 全球百分之2

    人類鐵道軌距的發展，並非在史蒂芬生發明蒸汽動力機車之後，早在十六世紀，歐洲就有很多礦業的鐵道，是以三英呎914mm或 兩英尺610mm為標準，體積小以便利礦坑輸送，然而在史蒂芬生之後，鐵道的發展除了考量運量還有速度，因此窄軌的產業鐵道其歷史更為悠久，在日本稱為「輕便鐵道」。由於台灣的產業鐵道幾乎過去在日治時期所創設，所以也沿用輕便鐵道這個名詞。

    這些輕便鐵道，泛指軌距小於914公厘的窄軌鐵道。過去這種鐵道的舖設比較簡陋，有些甚至直接用原木作為枕木鋪成，成本最為經濟。由於輕便鐵路軌距較窄，行駛的車輛也較輕，因此多半是機械牽引或以小型火車頭為動力。這些輕便鐵道的各型小火車，為了配合輕便鐵道窄小的軌距，往往體積不大，運能有限，顯得小巧可愛，世界各國的登山火車如瑞士少女峰登山鐵道、印度大吉嶺喜馬拉雅鐵道等等，皆不乏此類。台灣如阿里山的小火車、台糖的小火車便是實例，詳細請參閱即將出版的台灣輕便鐵道一書。

    因此，軌距小於914公厘以下，多半歸類為產業鐵道，通常不計入該國交通統計的鐵道路網裡面，因此本書除了少數國家的特例之外，對於914公厘以下的軌距統計不多，全部大概佔全球約2％。為了劃分產業鐵道的範圍，因此從1067mm-914mm(3英呎)，稱之為中度軌距Medium gauge，從914mm(3英呎) -610mm (2英呎)，稱之為兩呎軌距Two Foot gauge，而610mm(2英呎)以下，稱之為迷你軌Minimum gauge。一般客貨運輸的實用的最小軌距到15英吋381mm，不過還有更小的特例。全球各種實用的軌距如附表所示，詳細特例包含在內如本書附錄P.238所示。

 

 

軌距的選擇優缺

軌距的使用並無絕對的優缺點，只是工程經濟的選擇而已。基本上如果軌距愈小，舖設的成本愈少，曲線半徑也愈小，地形適應性愈佳，可減少若干隧道與橋樑的興建，但相對地，車輛的運能運量也愈小，火車速度也會減慢。

反之，軌距較大，舖設的成本愈高，曲線半徑也愈小，坡度也隨著幹線的等級而有所限制，為了路線拉直拉平，隧道與橋樑的興建將無可避免，成本勢必增加，一切端視該路線所經地形及所需運量而定。

基本上，寬軌距和窄軌距其優缺點分析如下：

 

寬軌距的優點

（1）可以行駛高速列車。在過去蒸汽火車時代，軌距加寬可以使用較大的動輪，蒸汽機車的馬力加大。例如標準軌的英國A4型4468蒸汽機車，1938年創造時速202.8公里，窄軌日本C62蒸汽機車，1954年最多創造時速129公里。

（2）可增大鐵路運輸能力（Transportation Capacity）。在過去蒸汽火車時代，因機車牽引力高，車長及車寬等車輛等容積較大，在一定時間內能輸送較多的旅客及貨物，輸送效率明顯提高。如今該項因素隨著列車功率加大，已經不具優勢。

（3）增加列車穩定性。減少搖晃，旅客乘坐舒適，減少貨物損傷。（車寬/軌距）比低，車輛重心降低，高速運轉時翻覆的危險性減少。所以國際長途列車多數採標準軌最多，日、法、德高鐵也使用標準軌。

（4）車輛寬度可以加寬。底盤設置機械尚有空間，可供檢查、修理或裝置各式容器使用。不過，軌距愈寬未必車輛寬度一定就寬，以標準軌1435公厘為例，日本新幹線寬3.38公尺，法國TGV僅有2.814公尺，而台鐵雖使用窄軌1067公厘，莒光號車寬卻有2.9公尺，比TGV還寬，所以未必完全成正比。

（5）機車可用直徑較大動輪（Driving Wheel）。過去蒸汽火車時代，較少旋轉數便能行駛長距離，故可減輕車輪磨耗。世界著名的高速火車記錄締造者，如英國A 4 M allard蒸汽機車、法國BB9004電力機車和TGV高鐵，皆採用標準軌。

 

窄軌距的優點

（1）鋪設成本較為經濟。車輛寬度較窄，結構物均較小，軌條亦較輕，可節省用地成本及建設工程經費。所以各種產業輕便鐵道處處可見，即是顯著實例。

（2）於銳曲線軌道之處，曲線阻力較寬軌小，曲線半徑可以很小，適用於地勢險峻的山岳地區。如森林鐵道和登山鐵道，皆以窄軌為主。

（3）車廂的重量減輕，牽引噸數較小，可節省機車牽引動力，能源消耗也少，適合小型機車運用。

（4）路線的坡度可以加大。因軌距較小地形適應性較好，如登山用索道、登山的火車與鐵道，普遍以窄軌為主。

 

 

軌距的速度

    台灣的政治界與學術界，對於軌距的迷思在於速度，誤以為拓寬軌距，就可以提高行車速度，這是嚴重的錯誤。軌距加寬絕非提高車速的必要條件，提高車速必須要有其他諸多配套因素，在我的高速鐵路新時代(世界高速鐵路火車百科)一書中，已經有詳細的說明。例如印度、俄羅斯、阿根廷的軌距為世界最寬1676mm，火車卻還是在一百二十公里上下，寬軌列車的速度，還不如中國與日本的標準軌1435mm高速鐵路。反之，日本的窄軌1067mm，JR西日本的683系電聯車，營運時速可達160公里，歷史上南非的火車，還曾創下時速245公里1067mm軌距的世界紀錄。換言之，加寬軌距未必可以提高行車速度，還包含曲線半徑，重軌化，號誌提升等配套措施。

 

軌距的量測

    軌距的測量，一般而言採鋼軌內側的間距長度。台鐵為考慮鋼軌磨耗，採用兩鋼軌間由軌面向下16公厘以內處，相距最短距離為軌距。由於不同軌距與不同軌條粗細磨耗不等，一般而言，若軌距為1067mm及1.435mm時，規定軌面向下14mm之處，若軌距為762mm時，則規定軌面向下11mm之處量取軌距。

 

雙重軌距Dual Gauge與可變軌距Variable Gauge

    當火車駛經不同的軌距必須加以銜接時，軌距的轉換稱為Break of Gauge。而「雙重軌距」Dual Gauge/Mixed Gauge，是將三根軌條Three running rails並列，同時可以行駛兩種軌距的火車。例如在日本的箱根湯本銜接小田急共用路段，奧羽本線與秋田新幹線共用路段，有1435mm/ 1067mm雙重軌距線；台灣過去台糖與台鐵共用路線，有1067mm/ 762mm雙重軌距線；在瑞士等阿爾卑斯地區，因為米軌登山鐵道很多，不乏許多有1435mm/ 1000mm的雙重軌距線。

 

    隨著現代科技的進步，發展出可以改變軌距的火車，稱為可變軌距Variable Gauge。讓不同軌距的火車可以直通行駛，減少軌距轉換時所浪費的時間，更加方便。因此可變軌距Variable Gauge的火車應運而生，例如西班牙的Talgo，日本開發的在來線與新幹線直通列車FGT，利用類似風琴的可變車軸Variable Gauge Axle，希望可以延伸新幹線的服務路網。其他類似的科技包含軌距調整輪組Gauge Adjustable Wheel sets (GAW)，自動軌距變換系統 Automatic Track Gauge Changeover System (ATGCS/TGCS)，車輛軌距調整系統Rolling Stock Re-Gauging System (RSRS), Rail Gauge Adjustment System (RGAS)等等。而東歐波蘭正開發SUW2000系統，可以轉換1,435mm至1,520mm，將來歐洲高速鐵路，從柏林、華沙直通白俄羅斯到莫斯科，將不再是夢想。

 

本文延續下一篇  世界鐵道的軌距二

 

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