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1 資源工程研究所 碩士學位論文 軌道物料界面施工之研究 Research of the orbital material contact surface construction 研究生 : 吳鴻志 指導教授 : 丁原智張寬勇 中華民國 100 年 6 月 I

2 摘要 論文名稱 : 軌道物料界面施工之研究頁數 :107 校所別 : 國立台北科技大學資源工程研究所 畢業時間 : 九十九學年度第二學期 研究生 : 吳鴻志 ( ) 學位 : 碩士 指導教授 : 丁原智張寬勇 關鍵詞 : 物料界面施工管控 決策系統 台灣因人口集中都會區且道路年增率遠不及車輛年增率, 同時近年來在降低環境污染及增加能源使用效能之呼聲下, 故目前台灣陸運交通主流與世界趨勢相同, 主要以軌道運輸系統為陸運交通主要解決方案 世界各國軌道運輸系統因傳統道碴道床軌道其養護維修成本日益提高, 故近 20 年來國際軌道界亦致力於低養護之無道碴軌道系統發展, 軌道工程相較其他工程而言, 為一較封閉之工程項目, 其材料及使用物料多具特殊性及專利性, 多無法以一般性物料取代, 從定料到取貨期程有長達一年期, 軌道運輸又為一高安全性 高舒適度 準點性高之公共運具, 其中如何維繫此一特點及需求, 則考量著設計 施工及營運者智慧, 其中維繫正常營運之關鍵 - 物料界面施工管控 則是重要的一環 本文以臺北捷運系統軌道工程為研析目標, 首先探討軌道工程主要組件物料界面施工項目, 配合設計 / 施工 / 營運各階段之探討及推演, 最終釐定出最佳化軌道工程壽年內物料界面施工管控決策系統架構, 主要將以物料界面施工從設計階段開始規劃, 製造 / 施工階段即進行管控, 到營運階段可充分掌握物料使用狀況 ( 正常 異常 危險 ), 進而可建構物料界面施工使用及安全存量系統, 最終作為各軌道運輸系統之物料執行管控之參考, 希冀能對軌道運輸界在物料界面施工控管決策系統上有所幫助 II

3 ABSTRACT Title:Research of the orbital material contact surface construction Pages:107 School:National Taipei University of Technology Department:Institue of Mineral Resources Engineering Time:JUN, 2011 studies the Second term ofyear Degree:M.H.D Researcher:Wu,Hung-chih Advisor:Ding Yuanzhi and K.Y. CHANG This paper study the track material controlling system at service life, that it will keep the economic and safety and stable construction and operation of the urban track transportation system(our case study was the Taipei MRT track system), the study of track material controlling system was including the analysis of track components and its function, material controlling system at different stages(design, production, construction and operation), and set out the mainframe of material controlling strategic system. It was planning in the design stage, and controlling at the production and construction stage, and fully controlling to the material actually situation(normal, abnormal, danger). it will help the system operation safety and it was one of the material early warning system(both use and storage ). We hope we can share our result of study with other track Organization for the track material controlling system, and we hope to get some fee back by the others that we can renew our study result. III

4 誌謝 光陰如梭, 由於在人生學習路途中一直有個目標, 就是冀望能在職能與學習兩方面取得均衡 因此從未放棄繼續習讀學位夢想, 至再次進入北市府捷運工程局後, 在同仁間一股學習風氣之下, 興起了進修的信心, 就此始有繼續攻讀碩士學位之念頭 隨著工作時年資之累進, 發覺所學愈越來越有限, 惟經透過不斷的學習才能跟上工作之所需 雖然經過不斷的努力後, 勉已後補順位進入資源工程研究所, 先承蒙丁教授智原慨允收入弟子, 後右蒙張教授寬勇義助共同指導, 系上各授課老師除了學業上的指導外, 平時亦常諄諄教誨, 樂於分享生活經驗於不才, 故學生除增加本職學能外, 在各方面更受益良多, 師恩浩大銘記在心 三年研究學習期間, 感謝同仁長官大力支持及鼓勵, 另同仁在工作上的相互合作及協助, 讓工作與學業能夠在平衡點上維持, 在研究論文準備期間, 也感謝學長張思及同學們等大力協助, 使研究論文得以順利完成 最後謹以本研究論文獻予默默支持的家人, 謝謝各位一路走來給予的關心與鼓勵 謝謝!! 職資源碩三吳鴻志 JUN,2011 IV

5 目錄 摘要 i ABSTRACT ii 誌謝 iv 目錄 v 表目錄 viii 圖目錄 ix 第一章緒論 前言 研究目的 研究方法 4 第二章文獻回顧 軌道工程系統界面 界面組成 界面設計 依材料訂購時程區分 依施工時程區分 軌道工程安全 捷運系統災害要因分析 軌道與號誌界面問題 軌道與供電界面問題 軌道與通訊界面問題 營運路段銜接 軌道營運維護之物料充足及運送 軌道不良案例意外事故 軌道組件營運研析案例 30 第三章 軌道組件分析探討 鋼軌 耐磨鋼軌 特殊軌 岔心 其他零件 扣件系統 選用原則 PC 枕扣件系統 鋼軌墊片 40 V

6 3.4.2 扣夾系統 木枕扣件系統 彈性基鈑 彈性基鈑 彈性基鈑的主要零件 彈性基鈑的測試計畫 彈性基鈑的測試計畫 彈性基鈑的生產品質控制測試 枕木 枕木的功能 枕木材料的分類 預力混凝土枕 枕木 鋼軌接頭 端末設施 導電軌 ( 第三軌 ) 系統 導電軌 ( 第三軌 ) 系統 導電軌系統的伸縮接頭組件 導電軌系統的端部組件 導電軌系統的錨定組件 導電軌系統的電纜接頭組件 導電軌系統的絕緣接頭組件 導電軌系統的絕緣支撐組件 導電軌系統的保護蓋板組件 導電軌電氣測試 淨空檢核 63 第四章軌道物料決策系統研析 無道碴道床軌道施工之概述 施作流程施工動線規劃 國內軌道工程現行系統第一區段模式分析 國內軌道工程現行系統第二區段模式分析 國內軌道工程現行系統第三區段模式分析 99 第五章結論與建議 結論與建議 102 參考文獻 104 VI

7 表目錄 表 軌道工程界面一覽表 7 表 軌道標與界面標基本資料提供一覽表 8 表 UIC 鋼軌化學成份及物理性質 (UIC 860/0,1987) 35 表 扣夾系統分類 41 表 為臺北高運量捷運系統現有彈性材的性質彙整 47 表 臺北捷運系統枕木舖設間距 51 表 電氣檢測作業接受標準 61 表 車輛淨空包絡線最小淨空需求 64 表 板南線淨空檢查車檢測成果表 65 表 板南線淨空檢查車複測成果表 65 表 無道碴道床軌道外購材料選用一覽表 68 表 標識與標誌顏色 70 表 材料進場檢驗項目 71 表 臺北捷運混凝土基座施築工法選用 75 表 各線混凝土輸送使用方式 79 表 基座施築工法比較 86 表 混凝土輸送方式比較 86 表 各線基鈑承載面高程調整處理方式 92 表 軌道物料施工界面關聯綜整 96 VII

8 圖目錄 圖 計畫研究程序 4 圖 鋼軌絕緣接頭孔位 9 圖 尖軌拉桿孔位 9 圖 底碴舖設與壓實 10 圖 人孔與枕木距離 10 圖 引上管位於道床內 10 圖 駐車月台版與平交道高程銜接 11 圖 銜接不同道床之引道版 - 土建與軌道界面 11 圖 排水溝侵入軌床範圍 11 圖 簡易式擋水牆 12 圖 全斷面防洪閘門 12 圖 排水陰井設施與混凝土座衝突 12 圖 基座截角 13 圖 轉轍器及連桿底座 13 圖 電動絆腳閥裝設位置 - 軌道與號誌界面 13 圖 牽引接地銅導線位向 - 軌道與供電界面 14 圖 道釘孔深度不足 15 圖 軌床區積水 15 圖 隧道背景照明 16 圖 軌床施築照明 16 圖 施工用水 16 圖 工作區通風設備 16 圖 混凝土灌漿口之位置 17 圖 混凝土從灌漿口下料 17 圖 排水路徑留置 17 圖 混凝土版 ( 預留陰井 ) 17 圖 引上管侵入導電軌施作範圍 17 圖 引上管侵入軌床施作範圍 17 圖 工作廠內鋼軌供應 18 圖 號誌纜線佈設時溝蓋版之堆放位置 18 圖 號誌標依協調佈設纜線穿越軌區 18 圖 依協調安裝之鋼軌絕緣接頭 19 圖 依協調安裝之預留轉轍拉桿裝設空間 19 圖 轉轍器與連桿固定位置 19 圖 負電迴流纜線熔接軌腹 20 圖 電纜接頭組件與引上管 20 VIII

9 圖 接地銅導線與集流電纜接續 20 圖 阻絕門設置 21 圖 阻絕門與通風設施配置 21 圖 驗電棒確認斷電 ( 左圖 ) 與短路夾架設 ( 右圖 ) 22 圖 導電軌卸除 22 圖 鋼軌切除 22 圖 鋼軌焊接 22 圖 導電軌連接 22 圖 轉轍器混凝土底座位於電纜槽蓋版上 24 圖 基座與基鈑 25 圖 標準型基鈑裝設小壓鈑 25 圖 特殊型基鈑裝設大壓鈑 25 圖 淡水線已全面裝設壓鈑 26 圖 橫渡線 92m 無導電軌佈設 26 圖 實車模擬集電靴與導電軌接觸之距離 26 圖 橫渡線導電軌增設完成 26 圖 尖軌與基本軌閉合正常 27 圖 尖軌中段與基本軌仍保持正常閉合 27 圖 尖軌趾端與基本軌閉合不良 27 圖 尖軌與基本軌間隙過大 27 圖 收集負迴流之電纜 ( 左圖為機廠區, 右圖為主線 ) 28 圖 IRJ 電流瞬間燒毀痕跡 28 圖 IRJ 經輪軌接觸產生之熔蝕 29 圖 IRJ 熔蝕惡化情形 29 圖 出土段 IRJ 與電力分界點同為一處 ( 左圖 ), 產生熔燒現象 ( 右圖 ) 並可能蔓延至特殊軌區 30 圖 供電分界點 ( 以 IRJ 處理 ) 儘量避免緊臨特殊軌區設置 ( 左圖 ) 通常之供電分界點係以 IRJ 方式設置於一般軌區內 ( 右圖 ) 30 圖 3-1-1UIC60 鋼軌斷面尺寸及幾何參數 (UIC861-3/0,1981) 35 圖 臺北高運量捷運系統標準道岔構造示意圖 37 圖 臺北高運量捷運系統 #10 道岔岔心示意圖 37 圖 半焊接岔心 37 圖 軌距墊鈑 38 圖 交叉橫渡線示意圖 38 圖 K 形岔心 39 圖 K 形岔心安裝位置 39 圖 PANDROL 扣夾外觀 41 圖 VOSSLOH 扣夾外觀 41 IX

10 圖 鋼軌扣件預埋件試驗 42 圖 鋼軌扣件拉拔試驗 42 圖 鋼軌扣件反覆載重試驗 43 圖 鋼軌扣件縱向束縛試驗 43 圖 鋼軌扣件橫向束縛試驗 44 圖 彈性基鈑 45 圖 後續路網資格測試計畫架構圖 48 圖 為臺北高運量捷運土城線所採用的生產品質控制測試計畫架構 49 圖 膠式接頭 52 圖 非夾膠包覆式接頭 52 圖 MT 接頭 52 圖 滾動衝擊載重試驗 53 圖 各種端末設施 54 圖 焊接方式結合之導電軌 55 圖 搭接組件 56 圖 端部組件安裝完成狀態 57 圖 錨定組件外觀 57 圖 電纜接頭組件 58 圖 絕緣接頭組件 58 圖 護蓋支撐墊塊 59 圖 護蓋及警告標誌 59 圖 隧道段護蓋安裝型式 59 圖 端部組件支座護蓋 59 圖 伸縮接頭護蓋 60 圖 電纜接頭護蓋 60 圖 軌道元件系統枝狀圖及引 60 圖 道碴道床鋼軌直流電阻測試 62 圖 無道碴道床鋼軌直流電阻測試 62 圖 道碴道床導電軌連續性電阻測試 62 圖 無道碴道床導電軌連續性電阻測試 62 圖 鋼軌 / 鋼軌電阻測試 63 圖 導電軌對地電阻測試 63 圖 檢測車校驗 64 圖 淨空檢查車 64 圖 淨空車校驗 64 圖 無道碴道床構造 67 圖 電纜引上管位置量測 68 圖 仰拱面陰井位置量測尖軌拉桿孔位 68 X

11 圖 LORD 彈性基鈑 ( 第 1 代 - 淡水線 ) 69 圖 LORD 彈性基鈑 ( 第 2 代 - 中和 & 新店線 ) 69 圖 LORD 彈性基鈑 ( 第 3 代 - 板南線 ) 69 圖 銜 LORD 彈性基鈑 ( 第 4 代 - 土城線 ) 69 圖 ATS 彈性基鈑 ( 新店線 & 板南線 ) 69 圖 各類標示與標誌 70 圖 彈性基鈑組件會驗情形 71 圖 彈性基鈑堆置儲放 72 圖 無道碴道床軌道舖設作業流程 75 圖 座基座頂面高程檢測 75 圖 工作軌踏面高程檢測 75 圖 JIG 固定式鋼模桁架 76 圖 混凝土澆置情形 76 圖 組合式鋼模外觀 76 圖 混凝土澆置完成狀態 77 圖 鋼模工法模具外觀 77 圖 混凝土澆置完成狀態 77 圖 鋼框模支架 77 圖 改良式支座樣鈑 78 圖 GSF 模具構件 78 圖 混凝土基座施築作業流程圖 79 圖 傳統混凝土壓送灌漿 79 圖 混凝土澆置中繼分流器 79 圖 GSF 模具架設位置放樣 80 圖 結合釘孔位清理 80 圖 仰拱面及結合釘孔位清理 80 圖 結合釘植入 ( 環氧樹脂 ) 81 圖 結合釘植入 (denka) 81 圖 鋼筋組立 ( 鋼框模 ) 81 圖 鋼筋組立 (GSF) 82 圖 鋼筋絕緣夾裝設完成 82 圖 牽引接地系統佈設完成 82 圖 鋼筋與銅導線之火泥熔接 82 圖 接地銅導線佈設 (Pigtail) 82 圖 支架安裝 ( 鋼框模 ) 83 圖 模具線形調整 (GSF) 83 圖 模板組立完成 ( 鋼框模工法 ) 83 圖 模板組立完成 (GSF) 83 XI

12 圖 混凝土坍度量測 84 圖 試體取樣 84 圖 施工照明佈設 84 圖 通風設備配置 84 圖 鋼框模工法及鐵馬模具之拆模順序 85 圖 拆模後留存氣孔與凹槽 86 圖 氣孔填補 86 圖 氣孔填補完成 86 圖 測量方式檢測平整性 87 圖 錨定套管重新植入 87 圖 基鈑組件放樣 ( 出土段 ) 88 圖 基鈑組件放樣完成 ( 隧道段 ) 88 圖 舖軌台車與門型吊架 88 圖 槽鋼導軌佈設 88 圖 長焊鋼軌運送與舖設 88 圖 機車頭與台車運送鋼軌 88 圖 長焊鋼軌移設 89 圖 兩基座間暫存長焊軌 89 圖 金屬墊片處理 ( 淡水線 ) 89 圖 無收縮水泥與金屬墊片處理高程調整 ( 淡水線高架段 ) 89 圖 金屬墊片處理 ( 中和及新店線隧道段 ) 90 圖 水平線形調整作業 90 圖 ERC 壓漿高程調整作業流程 90 圖 鋼軌重壓漿面 91 圖 壓漿面週緣修整 91 圖 滾輪配置定位 93 圖 應力解除機敲擊鋼軌 ( 出土段 ) 93 圖 應力解除機敲擊鋼軌 ( 隧道段 ) 93 圖 扣夾鎖固 93 圖 鋼軌焊接線形調整 94 圖 鋁熱焊劑反應中 94 圖 IRJ 螺栓鑽孔 94 圖 膠結部位表面清理 94 圖 止衝擋主體定位 95 圖 消能組件安裝 95 圖 車輛停止標安裝 95 圖 坡度標安裝完成 95 圖 曲線標安裝完成 95 XII

13 圖 超高標誌安裝完成 95 圖 浮動式道床軌道示意圖 98 圖 台灣臺北捷運系統願景 99 XIII

14 第一章緒論 鐵路和公路是陸上兩大重要的交通運輸系統, 而鐵路更是具有運量大 安全 舒適 經濟之優點, 因此為各國交通建設之主要項目, 亦是衡量國家工業發展進步之重要指標之一 爾來, 雖然拜科技進步之賜, 促使航空 海運 公路之運輸工具均有長足發展, 而與鐵路運輸形成激烈競爭的局面, 然鐵路運輸仍能屹立不搖處於關鍵地位, 尤其都會區捷運系統的興起, 更因具有便捷 安全 舒適之特色, 擄獲都會區民眾的心, 形成都市新寵 鐵路之源起最早可溯自十七世紀初, 英國煤礦業以兩根木材平行作為運煤馬車之軌道開始, 後來因載重之增加木材改用鐵條, 漸漸形成今日以鋼軌作為車輛運行之鐵路 由於人口的增加, 經濟之發展, 土地的開墾, 人際交往的頻繁加上工業革命後各類製品產量大增, 大量運輸的需求急速增加, 帶動了鐵路蓬勃的發展, 由於鐵路兼具國防戰略上之重要價值, 因此歐美各國及日本競相建設 ; 二十世紀初都市人口激增, 捷運系統乃應運而生, 如倫敦 巴黎 紐約市之地鐵開始興建, 台灣也在清朝時期 1885 年興建鐵路, 開啟台灣鐵路史, 近年並引進都會區大眾捷運系統, 於 1987 年開始興建臺北捷運淡水線, 開啟捷運軌道新頁 軌道工程是提供鐵路車輛運行所需之重要承載結構, 與鐵路的發展息息相關密不可分, 品質之良窳常是關係行車之安全與乘座的舒適, 因此軌道工程的技術發展一直在鐵路工程居於非常關鍵的角色, 亦是交通運輸中不可或缺的一環 1.1 前言世界各國在陸運交通解決已多採軌道運輸系統為其主要解決方案, 傳統道碴道床軌道其養護維修成本日益提高, 故近 20 年來國際軌道界亦致力於低養護之無道碴軌道系統發展, 國內現有除台鐵系統以外之其他軌道運輸系統, 如捷運工程 ( 高雄捷運及台北捷運 重運量或中運量大眾捷運系統 ) 及高速鐵路或輕軌捷運系統等, 大部分均為全新建造的軌道工程, 並無往例可循, 同時在各系統規劃設計亦各有不同, 故在細部發展上需針對自己軌道系統做出最佳化之決策系統 軌道工程相較其他工程之特殊性 專利性及封閉性, 造成若想要施工進度 營運安全及養護維修正常則需要有正常物料提供及其安全儲存量 但軌道材料因有技術機密或專利性, 造成定料及取料多須向特定廠商購料, 而廠商從下訂單到出貨多須 6 至 8 個月, 同時軌道工程又屬一狹長線形廊帶工程特性, 其用料分配距離極長, 故施工及營運維修搶救之物料充足及運送 將影響其作業成功與否, 此亦為本案研究軌道壽年物料管控之主要原因 軌道運輸系統具有運量大 速度快 污染低及可靠度高的服務特性, 因此近年來政府交通部門逐漸將建設的重心移往軌道運輸系統建設 隨著高速鐵路即將通車營運, 各縣市捷運及輕軌之陸續興建, 以及台鐵的組織再造與捷運化轉型, 國內軌道運輸系統建設正蓬勃發展, 且依 挑戰二 OO 八 : 國家發展重點計畫 -8. 全島運輸骨幹整建計畫 中指出未來軌道運輸建設為國內陸運交通建設的主要骨幹 以技術面而言軌道產業技術能力的建立與整合及工業合作機制的推動與結合, 將會日趨複雜且專業 就軌道運輸系統之技術層面而言, 實有必要依不同軌道運輸系統之營運建設作業需求, 分析國內產業技術能力, 並依據其營運建設作業需求及國內產業技術能力, 規劃適當之工業合作需求, 俾讓軌道運輸系統之建設需求與產業技術能力及工業合作需求能充分配合 軌道運輸系統之運作具有專業性及整合性, 其所涵概的範圍包 括軌道 機電 土木 通信 號誌以及最後的營運及維修, 然而過去具鐵路實務經 1

15 驗的人大都留在台鐵, 由於台鐵獨占及公營的特殊地位, 過去軌道相關的技術的知識管理大都停留在師徒相授的階段, 晚近捷運系統則是透過藉由國外軌道運輸系統引進的機會得以一窺軌道運輸系統先進國家之技術 整體而言, 我國對於系統性軌道知識之建立 軌道技術之生根之及軌道運輸系統研究能量之發展, 仍與軌道先進國家尚有一大段距離需要努力 界面整合屬系統工程程序的一部份, 其功能是將個產品及製程統一成為一個整體, 確保硬體 軟體及人員間的互動能夠達到系統的目的及滿足客戶的需求, 軌道工程相關工程界面, 基本上可分為土木 車輛 行車控制 供電 機廠設備及通訊設備等六個主要工程系統, 唯有確切的瞭解軌道關連工作間, 各子系統間彼此時程及進度上配合的順序及時機, 以及技術上相互關連界面項目間之關係, 經相互配合修正並具可行性後, 方能做出完善的界面整合, 進而完善管控軌道運輸各子系統間之安全及相互物料協調管控作業 將由軌道組件之項目及功能分析, 藉以尋找出各組件在安全方面之分量及對施工營運之影響, 其後進一步做一軌道物料管控推演, 進而架構出物料管控決策系統 1.2 研究目的隨著政府五年五千億計畫 -- 新十大建設之推動, 國內軌道運輸系統建設更陸續展開, 往後軌道運輸系統日漸增加, 為期建構國內完善軌道運輸產業技術能力並輔以工業合作機制建立相關零組件國產化, 以降低營運維修成本 提高整體效率及提升國內產業競爭力, 並作整體能量之建立 規劃適當之軌道產業工業合作需求及配套措施, 並藉由工業合作機制具體之推動可在最快時間內, 促進產業發展之建議及進行整體軌道工業技術能量整合 在台灣地區的交通運輸中, 由於國民所得提高, 中小型運輸快速成長, 使得原 有都會道路系統已接近飽和容量 因此發展大眾運輸, 抑制中小型運輸快速成長, 已成為政府解決交通問題及兼顧環保的必要方法 而都會區發展大眾運輸, 均以軌道運輸為主, 因此可見捷運及軌道運輸未來將成為國人重要且方便的搭乘工具, 與民眾日常生活息息相關, 國人對於軌道運輸除了講求運具服務品質及舒適度的提升之外, 對於安全性亦將更加重視 因此如何預防軌道事故發生 降低軌道事故發生率及有效控制軌道事故發生, 將是未來的研究問題 而國內外文獻解析皆指出意外事故的預防, 有賴於完整安全管理系統才能有效加以控制 軌道系統通常事一項大型之交通建設工程, 施工期長達 5~10 年以上, 且工程品質與系統安全對大眾生命財產及都市經濟發展影響極大, 而我國的軌道工業發展尚在起步階段, 因此技術通常是國外轉移至國內使用, 惟國內地理環境 氣候與人文因素都異於國外, 很難將原廠系統整套成功轉移至國內, 故需將現有之各國各類系統擇優選取, 經由我國工程人員學習瞭解後, 才能適合發展我國軌道工程系統 軌道運輸系統是由機務 車務 工務 電務 運物及車輛等部門組成, 是一種規模龐大 條件複雜 作業項目繁多之系統, 建立一套軌道安全管理技術評估, 對國內軌道工業發展亦是當務之急迫切需要 有鑑於國內外鐵路曾發生列車出軌 平交道 機車列車故障等事故, 而捷運也曾發生火燒車 跳車及儀控設備故障等事故發生, 且因軌道事故之發生輕者造成列車時刻誤點, 重則將造成人員嚴重死傷, 但不論任何大小事故, 均將造成列車停駛影響廣大民眾搭乘權益, 浪費龐大社會成本 因此軌道運輸都以朝向零事故發生的方向努力以赴, 由此可見建立評估軌道工程系 2

16 統安全管理的重要性, 而軌道工程系統安全管理檢核評估的目的, 就是為了達到事前預防危險事故發生, 而非等到危險事故發生再採取修正補救方法 本研究希望藉助國外在公共工程系統安全中對預防事發生的安全管理分析方式, 對捷運在軌道壽年安全管理上進行分析評估探討捷運在事故預防上所應重視之因素, 並分析出成因背後所代表之將可能造成事故之嚴重程度, 且希望以此分析方式, 能作為日後探討軌道運輸安全管理因素方法之一, 借鏡對軌道運輸安全的更加認識與重視 惟探討軌道運輸安全管理上的問題, 不謹考慮員工 設備 環境及工作任務等因素, 更將探討整個組織構面的因素之上 因此本研究目的將為建立一套 適合軌道系統安全管理在檢核上預警方法, 以供實務及後續研究之參考 1.3 研究方法主要蒐集國內相關軌道產業及軌道建設案相關資料, 先行依國內軌道工業技術能力及國內近程 中程及長程軌道運輸市場需求, 進行綜整分析, 其中藉由文獻回溯法 資料研析及訪問與調查法 學者專家訪查法, 以國家整體發展作一全面性分析評估, 以忠實呈述國內軌道工業現狀, 建立國內軌道工業技術能量及其缺口, 並提出切合實際的軌道產業發展之具體建議及最適化軌道產業工業合作需求及配套措施 廣泛蒐集國內相關軌道產業及軌道建設案相關資料, 進行綜整及演繹歸納, 並依國內軌道運輸工業發展方向進行併合, 以希冀研析出較符合國內軌道運輸工業之發展方向, 同時亦可建構軌道運輸工業之技術能量資料庫 國內相關資料蒐集後, 再經由研究成員初步分析 評估及檢討判斷, 同時與國內專家學者訪談, 先尋求出一較適宜國內環境之軌道產業技術能量資料歸類, 瞭解國內公務機關相關軌道產業工業合作案之工作執行現狀及其推動瓶頸, 配合資料研析評估, 初步研析出本研發案之初步成果 國內軌道產業技術能量及軌道產業發展建議 之後再諮詢國內學者專家, 藉由國內學者專家訪談, 進一步修正本案研析成果 學者專家訪查進行國內專家訪查, 已瞭解軌道產業工業合作需求及工作執行瓶頸, 進一步修正本案研析成果 研究程序本計畫研究程序如下 : 蒐集國內相關軌道工業廠商資料及國內相關軌道運輸資料 初步進行資料分析評估 依循執行評估果, 將國內廠商進行篩選及歸類 研析建構國內技術能量檢視表及分析出技術能量缺口 分析國內相關軌道運輸案落實國產化執行狀況及問題 釐定軌道產業發展之具體建議及最適化軌道產業工業合作需求及配套措施 3

17 本計畫研究流程如下 : 計畫開始 資料蒐集 資料分析 國內學者專家訪談 技術能量檢視表及分析出技術能量缺口 分析國內相關軌道運輸案落實國產化執行狀況及問題 國內學者專家訪談 技術能量資料庫 產業發展之具體及配套措施 完成 圖 計畫研究程序 4

18 第二章系文獻回顧 國內因處於工商業社會, 人口大多集中於都會區, 加上台灣地形狹長, 各大都會區多居於台灣西海岸之狹窄陸地幅員上, 諸如基隆 台北 桃園 新竹 台中 嘉義 台南 高雄等地, 各都會區因彼此相距甚遠, 相互往返時間較長 ; 各大都會區內因人口又大多集中鬧區, 道路路幅成長率較陸運交通工具 - 汽車成長率低, 使得都會區內平均交通時間拉長, 在在以達人們忍耐上限, 政府在多方評估下, 決定採行鐵路軌道交通運輸傳系統作為解決陸運交通運輸之對策, 因其為一 安全 可靠 便捷 迅速 大量運載乘客 的陸上交通運輸工具 軌道運輸案以國際統合總發包標執行, 時程管控平台, 以系統工程概念推導出軌道工程執行管控技術平台鐵路軌道交通運輸傳系統在都會區內則為大眾捷運系統 ( 包含重運量 中運量 輕運量 ), 另在都會區之間則為高速鐵路. 因其可在同時間安全快速運送大量乘客, 在可預見未來將在國內更廣泛地被使用 現代天然及人為災害對於人類所造成的傷害已遠大於往昔, 故專家學者皆致力於防災及減災的發展上 國外鐵路軌道界在軌道系統上之理論研發及實體應用上, 已有相當多的研究成果與各自具體之發展方向, 但軌道工程之特性相較其他工程而言, 除理論推導外, 則需要較多的本土化轉換及當地的實體運用 但國內軌道界無論在學術理論推導及實體運用之本土化轉換, 相較國外, 仍須有許多方面待發展 軌道工程為鐵路工程中承續土木建築結構體, 並轉而提供各機電子系統作進一步施作的中間銜接工程, 軌道工程執行成功與否, 已儼然為鐵路工程成功關鍵之一 國內現有鐵路軌道業務, 除台鐵以外, 如捷運工程 ( 重運量或中運量大眾捷運系統 ) 或高速鐵路或輕軌鐵路系統多為全新建造的工程, 國內完全無往例或舊有傳統技術可遵循, 故鐵路工程中各子系統間之系統界面工程益形重要 ; 鐵路工程因屬重大建設, 不論在經費 牽涉乘客數量與各相關界面項目皆極為龐大, 只有在完善的系統界面整合及管控後, 才可使鐵路工程執行順利且節省時間與整體成本, 並可提供高安全性及高舒適度的大眾運輸系統 本研究將由鐵路軌道界面整合管理及界面管控執行兩方面進行改良分析研究, 並加入防災觀點, 以 周延縝密的設計, 已防範災害於未然 的論點, 針對軌道界面整合管控兩方面, 做出結合理論及實務的應用, 進行研究分析 2.1 軌道工程系統界面 現就國內已有相關鐵路工程的各項資料與針對軌道工程及其系統界面相關資料進行收集, 配合收集國外相關鐵路工程的各項資料與針對軌道工程及其系統界面相關資料後, 將兩者整合彙總, 並在本章節針對有助於本研究計劃推演軌道工程系統的各有關資料及文獻作一全面性整體回顧 從鐵路工程國際觀起 說明鐵路整體系統及各子系統 及軌道工程系統內外 因各層級系統原始理念不同, 即是軌道系統主要特性之一 再配合軌道工程執行實務, 進一步釐清軌道工程相關系統界面之鐵路工程子系統 最後分階段及分子系統, 個別列出各軌道工程各組件及其相關系統界面項目 鐵路軌道系統技術日新月益, 世界各大工業國家, 皆自行發展其獨特鐵路軌道工程技術, 形成共同理論雖一致, 但因各別研發方向略有不同, 造成其細部規劃 設計 施工及養護各階段工作成果亦略有差異 鐵路軌道系統大致可區分為歐 ( 英 法 德 西 ) 亞 ( 日 印 大陸 ) 美 ( 美 加 ) 等區域性技術主流 ; 而主要技術方向則區分為高速鐵路 傳統鐵路 捷運鐵路 5

19 輕軌鐵路 ( 依車速等級區分 ) 等四大方向 鐵路軌道運輸系統因屬搭載大量乘客, 故為安全舒適性要求極高的陸上大眾運輸系統, 對整體系統技術安全度及純熟度亦較其它陸上交通運具要求更高, 同時各個鐵路軌道系統, 在其國家工業資源支援下, 也不斷地經由營運養護資料之回饋, 自我修正系統運作下, 將系統技術不斷地往上提昇, 推往更完善的境界 每一個鐵路軌道系統在籌劃之始, 即應透過各種資訊管道, 儘量收集國內 外各大鐵路軌道系統資料, 綜合整理 分析評估 ; 或擷取各子系統精華塑造成一具有特點的系統, 或將評選後決定採用的特定系統 ; 不論是前者或後者, 都需將透過系統界面工程的手段, 結合區域特性 ( 包含環境 工業 技術水準 勞工水準 人文素養 社會經濟 政治 文化 等 ), 重新系統界面整合, 相互修整, 才可得到一本土化的鐵路軌道系統 以台北捷運為例, 規劃早期則依資料評選, 先行訂出全系統特性, 進一步經由界面運作推演, 相互修正後再界面協調, 直至彼此相輔相成 此界面協調過程中, 可能有兩個或兩個以上的子系統, 同時產生相同界面項目 ( 點 ), 故該主管單位, 須具獨立性 權威性 ( 宜由技術最高主管單位擔任 ), 以全系統方位, 綜整協調 ; 以全系統最佳利益, 規劃相互修正方向指標, 直至相互共容 不論在規劃 設計 施工 營運各階段, 皆依此程序做系統界面協商, 因在資料收集時, 網羅世界各國鐵路系統, 而在其發展方向不盡相同之下, 皆自行制定其規範, 如美國 (AREA,AAR, ASTM,ACI ) 日本 (JIS ) 德 (DIN, 德鐵規範 ) 法 ( SNCF 法鐵規範 ) 英 (BS, 英鐵規範 ) 歐洲 (UIC 國際鐵路聯盟 ) 等及我國 (CNS) 國家規範, 在各種規範中歸納出一具本土化且技術相互融合的系統, 惟一不二法門就是經由 系統界面工程分析評估, 協調整合 以達到此目標 設計界面 捷運工程整體施工標一般可分為土建標 水電標 環控標 軌道標 電聯車標 號誌標 供電標 通訊標 機廠設備標 電 ( 扶 ) 梯標 自動收費系統標等, 每一標在捷運工程中均扮演著重要之角色, 相互間之界面繁多, 必須一次又一次地開會協商 研討與整合, 方能相互配合施工 其中與軌道標進行設計或施工有關者主要有 : 土建標 電聯車標 號誌標 供電標 通訊標及機廠設備標等, 一旦土建工作完成至相當階段 ( 約 70-80%), 軌道標便要進場施作, 以利後續之機電標安裝設備 佈纜及測試, 故在捷運工程中之軌道工程係屬要徑工作, 並攸關整個捷運工程之成敗 從軌道標觀點考量, 工程界面可概分設計與施工兩階段 在設計階段, 主要在確認自土建標所辦理之施作場地交接的狀況可符合軌床設計要求外, 並須取得沿線土建結構接頭位置里程, 以做為地下段混凝土基座或混凝土版配置設計, 另可將後續機電系統關聯標之設施安裝需求先行整合在各項施工圖說內 ; 在施工階段, 與關聯標進行施工協調並處理界面細節, 在不影響主要施工狀態下, 開放施作場地供機電界面標陸續進場施作 從各標施作項目關聯性言, 土建與軌道 軌道與車輛 供電 號誌 通訊 機廠設備等標別均有不同施作項目需與軌道進行界面整合或處理, 至於水電環控標係在排煙設備或消防管線安裝完成後, 透過軌道標進行淨空檢核作業時確認是否符合淨空需求, 相關界面需求項目如表 所示, 所述之界面項目大 6

20 部份以現行施工標之溝通協調機制已可獲得解決 表 軌道工程界面一覽表 界面標別土建工程水電環控工程車輛標 與軌道工程之界面 1. 淨空 : 車站及隧道結構 2. 線形 : 仰拱之高程及坡度 3. 各項設施之位置 : 排水陰井 截水溝 結構伸縮縫 結合道釘孔 仰拱凹槽 防洪閘門 簡易擋水牆 1. 消防管及汙水管線吊掛之位置及高程 2. 排風設施之風管與排風箱體之位置及高程 1. 鋼輪型式 2. 鋼軌斷面 : 特殊軌路段 3. 集電靴及導電軌之規格 4. 車輛連結器 止衝擋 防撞桿之規格 機電工程 號誌標供電標通訊標機廠設備標 1. 軌道電路 2. 鋼軌接頭 (IRJ) 之位置及數量 3. 轉轍器 ( 包含連桿底座 ) 之位置 4. 軌旁設備及纜線等之安裝位置 5. 道旁設施及吊掛纜線之高程及位置 6. 電纜線之容量需求 7. 電纜槽之尺寸及安裝路徑與基座截角 8. 安裝轉轍桿件之混凝土版塊之分割間距 1. 直流供電纜線及導電軌電纜接頭位置及數量 2. 雜散電流集流電纜佈設路徑 3. 電纜槽之尺寸及安裝路徑與基座截角 4. 電纜引上管 軌床基座及導電軌高程 5. 供電迴路與區間 1. 電纜槽之尺寸 1. 洗車設備之導電軌裝設位向 2. 車輛鍍修設備之位置 3. 車輛連結器 止衝擋 防撞桿之規格 設計界面 軌道工程界面在工程開工階段即已產生, 首先面對者為土建工程, 後續在軌道標進行細部設計階段, 必須將車輛 供電 號誌及通訊等標之需求納入施工圖說 材料選購與現場安裝細節 與軌道工程細部設計階段最為密切者屬土建標及號誌 7

21 標, 蓋因軌道承載系統與設施均舖設或安裝在土建標完成之軌床或隧道仰拱面上, 故軌道標進行軌道承載基礎之設計常配合土建標完成之結構設施進行, 而號誌標係 因其設施需裝設於軌道承載面或鋼軌腹部上, 故其設計界面常與軌道之特殊軌 鋼 軌長度有關 在進行細部設計前, 軌道標與界面標廠商之間須提供彼此間之設施基本設計與 功能需求, 以進行細部設計之參數, 各界面標間彼此提供資料計有如下表 所示 : 表 軌道標與界面標基本資料提供一覽表 界面關聯 軌道標需提供 界面標需提供 土建 - 軌道 1. 道床施築範圍及斷面 1. 路線結構型態 2. 結構伸縮接頭位置仰拱設施配置 軌道 - 車輛 軌道 - 號誌 軌道 - 供電 1. 鋼軌規格及斷面尺寸 2. 車輛淨空包絡線 3. 軌距 4. 導電軌配置圖 5. 止衝檔及防撞桿施工圖 1. 線形資料 2. 軌床混凝土基座及版配置圖 3. 道碴道床電纜槽斷面尺寸 1. 導電軌配置圖 2. 電纜接頭位置及數量 3. 道碴道床電纜槽斷面尺寸 1. 列車組成及長度 2. 車輛斷面 3. 軸重 4. 車輛連結器高度 5. 車輛中集電靴配置之位置及數量 1. 轉轍器之規格 2. 道旁設備之配置需求 3. 纜線之容量需求 1. 供電區間之區位 2. 電纜接頭需求數量及位置 軌道 - 通訊 1. 道碴道床電纜槽斷面尺寸 1. 電纜之容量需求 軌道 - 機廠設備 1. 車輛淨空包絡線 2. 鋼軌規格及斷面尺寸 3. 軌距 4. 止衝檔及防撞桿施工圖 1. 車輛規格 2. 車輛連結器高度 3. 各類車種之車輛型式 4. 洗車設備之控制室位置 依材料訂購時程區分 軌道標廠商進行細部設計時, 所需之施工材料除依工程規範要求訂定之規格由供料商製造, 由於軌道施工材料中, 外購材料佔大宗, 故此階段涉及需與界面標廠商進行簽認部份有特殊軌道 導電軌系統之電源接頭 絕緣接頭及道碴道床之電纜槽, 相關界面需求項目說明如下 : 一 特殊軌道 : 與號誌聯鎖區之電路佈設及轉轍設備安裝密不可分, 因此軌道標廠商提出特殊 8

22 軌道安裝佈設圖時, 號誌標廠商需將鋼軌絕緣接頭安裝數量及位置, 供轉轍器搬轉尖軌處之尖軌拉桿 偵測桿 鎖定桿及後尖軌拉桿等孔位標示於圖面上後, 由軌道標交由特殊軌製造商進行生產, 此一先期整合可透過特殊軌供料商在工廠內先行加工處理 ( 如圖 及 2-1-2), 避免日後現場無適當之鑽孔機進行加工或處理結果誤差過大衍生爭議 鋼軌絕緣接頭孔位圖 尖軌拉桿孔位二 導電軌系統 : 與此有關之界面標別為供電標, 供電標需對導電軌系統組件之電源接頭及絕緣接頭安裝數量進行確認, 以利軌道標進行採購 三 電纜槽 : 電纜槽斷面容量係提供供電 號誌及通訊等標廠商之纜線佈設需求 由於道碴道床機廠區電纜槽佈設之斷面尺寸非為固定, 常因特殊軌分佈 機廠塔台監控及號誌燈號設置位置需求而有所增減, 故在道碴道床施築前, 軌道標廠商需發展電纜槽佈設圖, 同時需將電纜槽斷面圖提供予需求單位進行確認所提之斷面容量是否可符佈纜需求 四 止衝擋及防撞桿 : 當軌道標獲得車輛標廠商之營運列車及機廠設備標之工程維修車輛前端之連結器高度簽認之圖說後, 方可進行止衝擋及防撞桿製品採購作業 前述材料中, 特殊軌道 導電軌系統之電源接頭及絕緣接頭組件 止衝擋等均屬外購材料, 製造商接獲軌道標廠商之供料訂單後, 尚需進入生產排程, 故其間若有修訂需求, 除須再次進行界面整合簽認外, 生產排程將重新開始 依供料作業需求, 特殊軌道自訂料後約需 8 個月, 導電軌組件及止衝擋約需 5 個月之時間, 製品方可運抵工地, 故此階段之細部設計界面整合完整與否影響軌道標廠商後續作業甚鉅 依施工時程區分 依施工順序, 路線沿線各土建標廠商陸續將施作場地交由軌道標廠商進場施作, 軌道標會將施作場地之進場需求條件在場地交接會勘前至少 3 個月提供土建標配合辦理, 其進場條件及需求如下 : 一 提供竣工測量資料 ( 含陰井導管人手孔座標及伸縮縫里程 ) 二 提供平面控制點及水準控制點 9

23 三 完成隧道及車站軌床區域之所有混凝土工作及下列項目 : ( 一 ) 導管 人手孔 工作井及仰拱下之排水管 ( 二 ) 道床施作範圍凹槽 道釘孔 ( 含孔塞 ) ( 三 ) 底碴及工地壓密試驗結果 電纜槽及安全走道 ( 四 ) 隧道及軌床區保持乾淨及無障礙物 ( 五 ) 完成排水系統及通暢 ( 六 ) 提供臨時設施 - 背景照明 電源 水源 軌道標將就欲交接的施作場地依上述施工場地交接條件進行會勘 測量與檢核, 以確認可符合軌道標進場條件, 其後軌道標將後續機電界面標需求納入, 完成之設施或各類作業有以下各項 : 一 軌道標與土建標 ( 一 ) 道碴道床 1. 平面控制點及水準控制點 : 查核土建標廠商提供之平面控制點及水準控制點點位, 做為軌道中心線佈設之依據, 以及後續鋼軌舖設及特殊軌道組裝等作業項目之基準 2. 竣工測量資料 : 依土建標提供之竣工測量資料檢核地面段或機廠區之結構 ( 底碴高程及夯實 電纜引上管位置 站區月台 駐車月台 工作廠房地坪 機廠工作廠軌及駐車軌淨空 機廠環廠道路與平交道銜接高程 引道版高程 排水溝或排水路徑等 ) 是否影響軌道施作範圍, 各項檢核說明如下 : (1) 底碴高程及壓實 : 需確認底碴面高程是否符合軌道標進場條件 ( 如圖 2-1-3), 底碴壓實成果需由土建標提供工地壓密試驗報告交予軌道標 (2) 電纜引上管位置 ; 查核土建標所施作之電纜引上管 電力 ( 信 ) 人手孔與軌道標所需施作之電纜槽 軌道舖設 特殊軌道 或導電軌系統安裝等是否會衝突 ( 如圖 及圖 2-1-5) 是有足夠之裝設空間, 以利後續各項作業施作 圖 底碴舖設與壓實 圖 人孔與枕木距離 圖 引上管位於道床內 10

24 (3) 站區月台 : 檢核月台高度與軌道舖設設計高是否相符 是否有侵入車輛淨空包絡線 (4) 駐車月台 : 查核月台邊緣是否侵入軌道施作範圍線 (5) 工作廠房地坪 : 檢核完成之地坪位置及高程是否影響軌道設施佈設範圍 (6) 機廠工作廠軌及駐車軌 : 查核工作廠軌終點位置是否與土建結構衝突 電聯車出入口處之淨空是否足夠 駐車廠軌之登車平台位置是否符合淨空需求 (7) 機廠道路與平交道銜接高程 : 查核土建標廠商施作之機廠環廠道路路面舖設高度或駐車廠區月台版完成面是否可平順地與平交道佈設高程銜接 ( 如圖 ), 以增進維修車輛橫越平穩性 圖 駐車月台版與平交道高程銜接 (8) 不同道床銜接之引道版高程 : 查核道碴道碴道床與無道碴道床的銜接處, 所設置之引道版高程是否會影響道碴舖設厚度 ( 如圖 2-1-7), 以利不同道床型式的施築及長焊鋼軌舖設作業 圖 銜接不同道床之引道版 - 土建與軌道界面 (9) 排水溝或排水路徑 : 查核土建標施作之穿孔排水管 排水陰井 排水溝及排水路徑是否影響軌床施築範圍 ( 如圖 2-1-8) 或侵入導電軌淨空需求 圖 排水溝侵入軌床範圍 ( 二 ) 無道碴道床 1. 竣工測量資料 : 依土建標提供之竣工測量資料檢核地下段之結構 ( 隧道仰拱完成面高程 排水陰井或排水路徑 截水溝 電纜引上管位置 結構伸縮縫 全斷面防洪牆設施 基座及版施作範圍凹槽 站區月台等 ) 查核隧道淨空是否符合軌道要求後, 進行相關之混凝土基座與特殊軌混凝土版配置 鋼軌舖設 特殊軌道及導電軌安裝等作業項目, 各項檢核說明如下 : (1) 隧道仰拱完成面高程 : 查核隧道仰拱完成面高程是否符合軌道標進行混凝土基座與特殊軌混凝土版配置厚度, 以進行後續鋼筋加工作業 (2) 排水陰井或排水路徑 : 檢核是否有排水陰井或排水路徑在道床施築範圍內, 檢核是否有排水陰井或排水路徑在道床施築範圍內, 並需現地調查就其尺寸 位置做成紀錄, 做為後續與土建標會勘探討決定是否需留置或掩蓋, 若需留置, 則應不抵觸扣件組件裝設位置 11

25 (3) 截水溝 : 現地調查應就其寬度 位置做成紀錄, 供基座設計時做為分割區塊依據及考量是否影響基鈑扣件裝設間距 (4) 電纜引上管 : 進場施作前之現地調查, 應就其施作位置及位向做成紀錄, 以便檢核進行基座或混凝土版設計時有否侵入施作空間, 尤其在道岔區之引上管常發生侵入版塊施作空間, 故本項因素應在施作前排除, 以避免影響道岔安裝時程 (5) 結構伸縮縫 : 查核結構伸縮縫位置 型式及縫寬予以詳實紀錄, 以做為混凝土基座設計分割區塊長度之依據 (6) 防洪設施 : 應就其路線中由土建標廠商施作之簡易式擋水牆及全斷面防洪閘門設施的位置進行量測做成紀錄, 尤其防洪閘門下方之混凝土底座的長度 寬度與基鈑安裝施築高程需做詳細之量測 ( 如圖 及 ), 以做為軌道標混凝土基座配置分割之設計配合 圖 簡易式擋水牆圖 全斷面防洪閘門 (7) 基座及版施作範圍凹槽 : 無道碴道床 ( 含潛盾隧道 新奧工法隧道 高架段及明挖隧道 車站區等 ) 仰拱面部份需確認深 25mm 之凹槽寬度 深 100mm 及每 20cm 間距之道釘孔, 以利進行結合釘植入及模板組立作業 (8) 站區月台 : 檢核月台高度與軌道舖設設計高是否相符 是否有侵入車輛淨空包絡線 2. 查核號誌標轉轍器安裝位置需求之混凝土底座或轉轍連桿底座施築位置里程是否會與土建標施作之工作步道 電纜槽或排水陰井等設施衝突 ( 圖 ) 圖 排水陰井設施與混凝土座衝突 3. 平面控制點及水準控制點 : 查核土建標提供之平面控制點及水準控制點點位做 12

26 為軌道中心線佈設之依據, 以利混凝土基座施築 後續軌道線形調整 特殊軌道組裝及軌道高程檢測作業項目之基準 4. 確認浮動式道床施作位置 範圍及高程 以上各項設施或完成項目之位置與高程, 均屬土建標易於施工階段放樣錯誤亦常為軌道標進場檢核後發生界面爭議而影響軌道標進場施作之因素 二 軌道標與機電系統標 : 軌道標將各機電系統標需求納入設計後所發展之施工圖大致可分混凝土基座配置 特殊軌混凝土版配置 鋼軌舖設 特殊軌組裝配置 導電軌安裝佈設 電纜槽佈設 平交道安裝及標識標誌安裝等圖, 各項圖說設計與機電系統標之界面項目說明如下 : ( 一 ) 混凝土基座及混凝土版配置圖 1. 混凝土基座及混凝土版截角 : 混凝土基座及混凝土版配置之分割節塊長度除受截水溝橫越 結構接縫及防洪閘門設置影響外, 另一因素係需配合機電纜線穿越而分割, 以提供纜線穿越路徑, 故軌道標進行混凝土基座及混凝土版配置時, 需提供配置圖交由供電及號誌標簽認以確認纜線穿越路徑及該處基座或版塊截角 ( 如圖 ); 圖 基座截角 另因考量號誌標轉轍器承載底座 桿件裝設位置作動淨空及維修空間之需求 ( 如圖 ), 混凝土版配置形狀不同於道岔區其它版塊, 故進行混凝土版設計時, 在不影響上述功能需求外, 應儘可能滿足軌道轉轍滑鈑裝設位置之承載面積及前後滑鈑裝設間距 2. 號誌標安裝之轉轍器及轉轍連桿底座需求位置 尺寸及位向需明確告知軌道標, 以利進行特殊軌混凝土版配置時納入施作 圖 轉轍器及連桿底座 3. 電動絆腳閥裝設位置 : 電動絆腳閥為號誌標設施, 一般裝設於機廠與主線連絡線間, 號誌標需將裝設里程納入界面圖說, 由軌道標施築基座時預留裝設空間 ( 如圖 ) 圖 電動絆腳閥裝設位置 - 軌道與號誌界面 4. 牽引接地銅導線位向 : 為牽引接地截流網佈設需求, 軌道標須確認由供電標施作收 13

27 集雜散電流之集流電纜佈設路徑, 以便預留牽引接地銅導線位向給供電標接續 ( 如圖 ) 圖 牽引接地銅導線位向 - 軌道與供電界面 ( 二 ) 鋼軌佈設圖主要界面為號誌標, 號誌標將對圖面之鋼軌絕緣接頭安裝位置及數量進行確認, 此也是軌道標決定長焊鋼軌焊接長度之因素之一 ( 三 ) 特殊軌組裝配置圖主要界面為號誌標, 號誌標除將就圖面之鋼軌絕緣接頭安裝位置及數量進行確認外, 並提供轉轍器安裝型式及裝設位向, 供軌道標進行特殊軌組裝時提供轉轍器承載所需及轉轍連桿底座所需之枕木或混凝土底座 ( 四 ) 導電軌佈設圖此項圖說涉及車輛 供電 號誌及機廠設備等標, 車輛標將對導電軌之端部組件佈設間距 ( 橋式或非橋式 ), 尤其在剪式橫渡線處應先確認兩導電軌端部之佈設間距屬橋式或非橋式搭接, 以避免電聯車行經此區造成斷電或無動力來源之現象, 另也應將列車通過特殊軌區變換行車方向時之動態偏移量納入考量, 以免車尾碰及導電軌端部組件 ; 供電標將就電源接頭組件設置位置與數量 絕緣接頭安裝位置及數量, 號誌標對端部組件與轉轍器之間距分別進行確認, 以符各標運作需求 ; 另對機廠設備標言, 為維護人員作業安全性, 導電軌佈設應在機廠洗車設備控制室另一側 ( 五 ) 電纜槽佈設圖主要係提供號誌 供電及通訊等標做為纜線佈設路徑及空間, 界面標需就電纜槽佈設路徑及各段空間容量做一確認, 以因應容量需求做為生產製造依據 ( 六 ) 止衝擋及防撞桿安裝圖本項設施與車輛連結器高度有關, 軌道標設計或採購之製品圖說需與車輛標及機廠設備標確認 ( 七 ) 軌道標識標誌施工圖標識標誌與機電系統標有關者為設置於道岔岔心後之警衝標, 其係提供列車駕駛員在列車交會時, 做為列車暫停不得逾越之停駐點, 設置位置需與車輛標完成界面確認 由以上說明可知, 軌道標除需依工程規範完成所有軌道設施外, 尚需對前行土 14

28 建標完成之軌床施作範圍做一檢核, 並需將機電關聯標設施安裝需求納入各項施作範圍, 故界面整合完整性常是影響通車關鍵因素 2.2 軌道工程安全 前述設計界面探討與考量係指在正常作業程序下須融入軌道標細部設計範圍與做法, 現場各項施作項目之尺寸及細節方可次第實現, 此亦是現場工程師按圖施工之依據 雖設計階段已有諸多之考量與規劃, 惟在現場施作中仍有許多施作界面需一一克服 工程契約圖說納入機電系統各關聯標需求所發展之設計圖說, 經由界面協調會議簽認核定後成為各項作業之施工圖說中, 與現場施作有關之標別為土建標 號誌 供電與通訊等標, 前述所提之車輛與機廠設備等標與軌道無關 在軌道標現場施作項目以施工標順序說明, 首先為土建與軌道標之混凝土基座及特殊軌混凝土版施築作業, 與供電標有關部分為導電軌安裝作業, 與號誌標有關者為混凝土基座及特殊 軌道混凝土版施築 特殊軌道組裝配置等 捷運系統災害要因分析 軌道標廠商在進行混凝土基座及特殊軌混凝土版施築作業過程中, 常需面對的界面處理有如下各點 : 一 道釘孔深度不足軌道標在場地交接後, 受限於時程及人力無法逐一檢核道釘孔深度, 常在結合釘植入作業開始後發現有道釘孔深度不足現象 ( 如圖 中之橫置道釘 ), 此一狀況若為少數, 一般係由軌道標自行處理, 若屬大區域情形則需協調土建標改善 圖 道釘孔深度不足 二 場地滲水或排水堵塞引致積水施作場地若有積水 ( 如圖 ) 現象, 對以環氧樹脂植入結合釘的作業極為不利, 易使環氧樹脂無法固結達到設計強度亦就無法通過工地拉拔試驗, 此一問題仍需協調土建標完成止水及暢通排水設施 圖 軌床區積水 三 背景照明及施工用水電提供施作場地之背景照明無論現場是否進行作業, 每 m 間距安裝一盞燈具照明係由土建標廠商提供 ( 如圖 ), 而施工所需之照明及機具用電 ( 如圖 ) 部份, 則有賴軌道標廠商事先向土建標協調申請 15

29 圖 隧道背景照明圖 軌床施築照明至於軌床施築過程中, 無論混凝土灌漿管或施工模具清洗, 或混凝土版進行鋼軌扣件錨定套管之鑽孔作業 ( 如圖 ) 等均需接引用水, 故此沿線施工中的清洗用水亦需由軌道標廠商事先向土建標協調申請, 所需費用亦是採取分攤方式處理 若土建標廠商原向電力單位申請之容量不足時, 將衍生該區地下段跳電頻繁而影響現場施工, 因此在施工場地交接後, 軌道標廠商需事先估算電力需求容量, 再與各土建標廠商協調供應, 如無法滿足施工所需, 則軌道標需自備發電設施 圖 施工用水四 通風設施提供 : 此項設備一般均由軌道標自備風扇或排風設備處理 ( 如圖 ), 一般以在施築區域前後各設置一組之排風效果最佳 圖 工作區通風設備五 灌漿孔及接管 : 取得適當數量與位置的灌漿孔道 ( 圖 及 ), 灌漿口的位置通常利用既有的工作井或出入口佈管深入軌道區, 對軌道標施作 16

30 混凝土基座及特殊軌混凝土版施築作業時對縮減接管長度 減少灌漿及清理時間有相當大的效益, 故軌道標廠商在設計階段即需與各土建標廠商協調預留灌漿孔位置與數量 圖 混凝土灌漿口之位置圖 混凝土從灌漿口下料六 工作井 : 施作路線中如非以機廠為腹地往地下段輸運機具材料或無軌道投料口設置時, 軌道標亦需在施作前將作業需求透過協調與土建標洽談自工作井吊運機具材料進場 七 排水路徑留置 : 排水陰井及排水路徑若整個或部份位於欲施築之混凝土基座或特殊軌混凝土版範圍內, 需與土建標透過會勘方式決定留置避開或可掩蓋 ( 圖 及 ) 圖 排水路徑留置圖 混凝土版 ( 預留陰井 ) 八 電纜引上管留置高度侵入導電軌淨空包絡線 : 此一狀況 ( 圖 ) 應與土建標廠商協調可否截短, 若無法降低高度, 則應請土建標與供電標廠商協議移設 圖 引上管侵入導電軌施作範圍圖 引上管侵入軌床施作範圍九 電纜引上管位置侵入軌床施作範圍引上管座落位置位於基座施築範圍線內 ( 如圖 ), 此將影響軌道標廠商進行組筋與組模之作業, 此一狀況應請土建標廠商在基座施築前先行移設 17

31 十 鋼軌供應機廠區內維修工作廠房之路軌均由機廠土建標負責, 而鋼軌材料則由軌道標提供 ( 如圖 ), 所提供的鋼軌數量由土建標整合車輛 號誌 供電及機廠設備標之需求後提供數量清單予軌道標, 由軌道標進行焊接 裁切, 再由土建標點收, 至於為配合機廠設備標, 需與車體頂昇設備 (Car Hoist) 底盤頂昇設備 (Bogie Hoist) 轉向架迴轉台 (Turntable) 及車輪切削設備等銜接的鋼軌端部斜切或圓弧加工則由土建標處理 圖 工作廠內鋼軌供應 十一 鋼軌銜接由機廠土建標施作的工作廠房鋼軌與其它由軌道標舖設的鋼軌銜接, 除需檢核舖設線形外, 銜接先後次序亦需先行協調, 以利雙方預留調整空間及焊接間隙 以上各點界面協調均會影響混凝土基座及特殊軌混凝土版施築作業之效率與品質, 和鋼軌材料供應是否符合機廠土建標作業並滿足各界面標需求, 因此, 事先與沿線各土建標做好施工界面協調是軌道施工作業可否順利推展的關鍵因素 軌道與號誌界面問題 軌道與號誌之界面項目計有纜線佈設 管線穿越軌區 鋼軌絕緣接頭 特殊軌道與轉轍器桿件安裝等項, 分別說明如下 : 一 纜線佈設在道碴道床區, 號誌之纜線係沿著軌道標完成之電纜槽佈設 ( 如圖 ), 而電纜槽蓋版在佈纜前的掀翻時機及佈纜後之復原作業, 因涉及蓋版定位及破損修復, 故需與軌道標協調處理 圖 號誌纜線佈設時溝蓋版之堆放位置 二 管線穿越軌區號誌標的管線在無道碴道床區域係在混凝土基座或混凝土版截角處穿越, 而在道碴道床區則需就道碴挖掘區域範圍 深度及道旁設施裝設位置 道碴邊坡挖掘深度 ( 如圖 ) 事宜透過界面協調處理 在施作過程中, 對底碴及道碴材料避免混淆之分離 道碴回填的夯實 表層清理 特殊軌道的尖軌與滑床鈑密合及軌距部份, 均應在施作前完成界面協調與分工, 以利相互配合施工 圖 號誌標依協調佈設纜線穿越軌區 18

32 三 鋼軌絕緣接頭鋼軌絕緣接頭組裝位置應在兩枕木間 ( 如圖 ), 雖然安裝數量及位置已經 (ICD) 簽認後由軌道標施作, 惟在鋼軌舖設時, 裝設位置常落在鋼軌扣件組件上, 因此為避開此一狀態, 鋼軌絕緣接頭裝設位置有可能縱向平移 1 組基鈑組件間距, 最大位移量以不超過 2m 為原則 在淡水線鋼軌絕緣接頭安裝係在同一斷面上, 其它各線組裝時左右軌採錯開 1 組基鈑間距 (0.75m), 無論採何種佈設方式, 對號誌軌道電路而言, 其功能不受影響 圖 依協調安裝之鋼軌絕緣接頭 四 特殊軌道與轉轍器除在無道碴道床混凝土版側邊的轉轍器底座有鑽孔需求外, 本項界面在道碴道床或無道碴道床區域相當雷同, 茲分別說明如下 : ( 一 ) 轉轍拉桿裝設空間 : 位於轉轍區內的枕木佈設間距除依循供料商所建議之間距處理外, 同時應納入號誌標日後進行轉轍器與轉轍拉桿連接桿件的安裝空間 ( 如圖 ), 而道碴舖設的深度亦應預留在相鄰木枕底部高度, 以供後續號誌連桿安裝 圖 依協調安裝之預留轉轍拉桿裝設空間 ( 二 ) 木枕端部榫槽處理 : 轉轍器安裝位置一般均設置在特殊軌的尖軌趾端之 2 根長 3.9m 木枕的側邊, 無論基於安裝高程或平整性需求, 會在木枕處進行鑽孔或斧槽, 又如特殊軌道佈設 T/O#10 以上時, 號誌標將會安裝轉轍連桿以利尖軌搬轉, 亦需在轉轍器同側的連桿底座進行斧平 ( 如圖 ), 此種在木枕側邊的加工固定方式與範圍均需透過協調處理, 以避免施工調整時相互干擾 圖 轉轍器與連桿固定位置 ( 三 ) 轉轍拉桿寬度調整 : 號誌標進場安裝轉轍器時, 在調整過程中為求得尖軌與主軌開口間距可保持 130mm, 會將軌道標安裝的尖軌拉桿中用的固定拉桿寬度之螺栓拆卸, 由唧筒取代與轉轍器搬轉組件連結, 而尖軌拉桿寬度係決定 19

33 軌道標特殊軌道的尖軌與主軌及尖軌與止動撐兩項組裝閉合精度之控制, 故號誌標在進行轉轍器安裝時需與軌道標協調處理 ( 四 ) 轉轍器底座預埋件鑽孔 : 在軌道標完成特殊軌混凝土版施築後, 依先前界面協調結果由軌道標在提供轉轍器承載混凝土底座上進行鑽孔, 以便號誌標植入預埋套管做為轉轍器安裝固鎖, 由於轉轍器與道岔兩者裝設有其固定相對應位置, 故鑽孔完成後將由號誌標確認位置正確與否 ( 五 ) 纜線及道旁設備安裝 : 號誌標為建立軌道電路, 需在沿線兩鋼軌間佈設天線 感應線圈 阻抗搭接器 沿著鋼軌固定控制線或電力線及負迴流纜線熔接在鋼軌腹部 ( 如圖 ), 因此, 在不影響日後軌道標扣件組件 鋼軌接頭螺栓調整與更換空間及鋁熱焊接部位前提下, 同時亦在號誌設備安裝及纜線佈設位置允許公差條件下, 兩者可透過施工協調處理 圖 負電迴流纜線熔接軌腹 軌道與供電界面問題 軌道標與供電標間的施工界面計有導電軌電纜接頭組件 絕緣接頭組件安裝位置及混凝土基座側邊預留之牽引接地銅導線連接等項, 各項作業說明如下 : 一 電纜接頭組件與引上管 : 導電軌電纜接頭組件一般均裝設在端部組件後第二至第三個支座間, 此兩支座間最多僅允許裝設 3 組電纜接頭組件, 安裝需配合電纜引上管座落位置 ( 如圖 ), 以往在淡水線軌道工程施作時, 係由供電標會同軌道標赴現場標示裝設位置及數量, 由軌道標依標定位置裝設, 後續其它各線作業係由軌道標與供電標在施工圖面上先完成界面文件簽認, 由軌道標依現場電纜引上管座落位置進行安裝, 最後由供電標進行確認 圖 電纜接頭組件與引上管 圖 接地銅導線與集流電纜接續 20

34 二 絕緣接頭組件安裝位置 : 依導電軌細部設計圖經供電標完成界面簽認的位置佈設, 一般設置在站區機房側, 用以區隔不同供電迴路或區間 三 牽引接地銅導線連接 : 在混凝土基座或版側邊所預留的牽引接地銅導線長度亦需滿足供電標後續佈設集流電纜接續作業 ( 如圖 ), 尤其在全斷面防洪閘門處的預留長度需求將較其它區域來得大, 一般以預留長度 m 較符供電標接續要求 軌道與通訊界面問題 軌道與通訊之界面項目僅在通訊光纖纜線沿著軌道標完成之電纜槽佈設有關, 由於通訊標佈設的光纖電纜無法重壓, 因此其與號誌及供電之纜線佈設先後順序係亦是透過界面協調處理 營運路段銜接 基於營運安全與管理考量, 一般在營運路段與在建工程間會設置阻絕門, 當在建工程的混凝土基座欲施築至營運路線末端時, 則須與捷運公司進行協調可供進場的時機與路段範圍, 透過協調後進場作業的項目可分為基座施築與軌道連接兩階段 : 一 混凝土基座施築階段 : ( 一 ) 測量控制點檢測 ( 二 ) 軌道連續里程銜接測量 ( 三 ) 施作範圍線檢核 ( 四 ) 營運路線末端設施 ( 一般指止衝擋 ) 設置位置調查 確立上述各點檢核或調查係做為混凝土基座施工前檢測的必要過程, 當現場設施配置可滿足作業需求後, 以召開施工界面協調會議或現場會勘方式並配合捷運公司不影響營運狀態的條件下, 由負責阻絕門的土建標拆除 ; 為避免施工期間的粉塵飄散至營運區, 亦是透過上述會議協調由該區土建標另立阻絕門 ( 如圖 ) 防止人員誤入營運管制區 至於粉塵飄散的抑制措施, 較為有效地方式係採用風扇由阻絕門反向吹向施工區域 ( 如圖 ) 圖 阻絕門設置圖 阻絕門與通風設施配置另為確保基座施築期間的人員機具作業安全及具有較為寬闊的施作空間, 需暫時將營運路段末端的鋼軌與導電軌切除或移置, 俟施工路段之作業完成而需要進行銜接時, 由軌道廠商負責處理 此項作業一般均選擇在營運斷電狀態之維修時段進 21

35 行 當軌道廠商向營運單位申請, 於許可後, 以取得之授權碼與營運單位之行控中心進行連繫 當進入現場作業時, 首先必須確定斷電, 斷電與否之判定, 係以非接觸式驗電棒確認無誤後, 再架設短路裝置 ( 短路夾 )( 如圖 ), 其目的均在確保施工作業人員的安全性 現場鋼軌與導電軌的移設, 係先拆卸適當長度之導電軌後 ( 如圖 ), 再進行鋼軌切除 ( 如圖 ) 圖 驗電棒確認斷電 ( 左圖 ) 與短路夾架設 ( 右圖 ) 圖 導電軌卸除圖 鋼軌切除二 軌道連接階段 : 與營運路段的軌道銜接時機係在軌道所有設施均已建構完成且機電系統標的號誌與供電設施亦已完成佈設並取得協調可進行連接下進行, 冒然連接將導致營運路段的鋼軌負電可能導入施工路段, 造成人員感電或設施損壞 此項作業將由軌道標廠商向營運單位申請, 於同意後進場施作, 現場作業將先進行鋼軌焊接再進行導電軌銜接 ( 如圖 及圖 ) 圖 鋼軌焊接圖 導電軌連接界面協調在軌道工程中扮演極為重要之角色, 無論始自施工材料訂購 細部設計圖繪製與簽認, 到施工場地交接後的各項施作, 軌道標除陸續需與各土建標在安 22

36 衛與水電費用之分攤達成協議外, 另需提供土建標進場施作收尾工作或改善工程之作業順序, 同意後續機電系統標先行佈纜或安裝設施, 或提供場地予水電環控標進行管線工程安裝等, 如何在不影響自身施作外, 尚能開放供有時程壓力或非在該時段完成之界面標進行作業, 常需透過下列各項會議或雙方認可的協調機制處理 一 界面協調處理機制軌道工程在細部設計階段需就土木 機電系統標之需求納入整合設計, 或在與營運路段軌道銜接上, 均須透過協調, 其方式有如下各點 : ( 一 ) 軌道標於各土建標送審之 SEM 施工圖之提出意見, 並與土建及機電關聯標協商 ( 二 ) 軌道標參與沿線各土建標每月召開之 CIP(Coordination Interface Pro ( 三 ) 軌道標針對本身細部設計需求, 邀集機電系統標協商確認 ( 四 ) 藉由 ICD (Interface Coordination Document) 圖整合關聯界面標相關需求 ( 五 ) 針對土木標共同事項, 定期以 CIP 會議邀集各土建標協調 ( 六 ) 針對作業或時程需求, 召開特定議題與捷運公司申請現場會勘或會議處理 二 界面文件處理軌道工程界面在軌道標與沿線各土建標之界面常透過界面協調會議處理, 對機電系統標而言, 所進行之各項簽認資料係以界面簽認文件 (ICD) 形式處理, 一般均由軌道標依契約圖說發展成之細部設計圖交由各界面標進行簽認, 各界面標將就其需求提出回覆由軌道標進行圖說修訂將各標需求納入後, 重出設計圖再交由各界面標確認, 各標若確認需求已納入, 將在圖面上由計劃經理或授權代表進行簽屬, 如某標有額外需求, 則由軌道標進行協調是否需全數重簽或僅對該標單獨進行簽認 由於界面文件簽認涉及關聯標權益與日後進場施工便利性, 文件往來均應有正式書面信函或備忘錄檢附簽認圖說影本詳載安裝需求或精度要求, 以免日後爭議損及權益, 而文件傳遞以往均透過掛號郵寄至對方, 隨著時效要求, 已漸由專人送達之方式處理, 以減少文件旅行時間 所有軌道施作項目, 經與相關界面廠商協調並完成簽認後, 以審驗申請單將施工圖說送請業主審查, 核定後才據以施工 2.3 營運維修之物料充足及運送 近年來軌道設施的維護管理逐漸受到社會重視, 設備運轉效率也會反映在維護成本效益上, 而軌道設備的維護績效須兼顧經濟性與機能性等層面, 但背後牽涉的影響因素往往過於複雜且衡量不易, 考驗維護管理者的決策判斷, 加上實務上的維護過程多未能有效記錄與探討, 故研究以營運績效評估為基礎來建構決策支援系統模式, 應用資料倉儲 (Data Warehouse, DW) 達到決策查詢導向 (Decision oriented) 的目的 蒐集調查軌道設備適用的維護績效指標 (Performance indicators) 與影響因子 (Impact factors), 以及維護管理者關心的資料類型 建構日常維護作業的資料庫, 也就是線上交易處理資料庫 (On-Line Transaction Process, OLTP), 如此可透過資料萃 23

37 取轉換載入 (Extraction Transformation Loading, ETL) 等步驟, 將線上交易處理資料庫內的資料載入到以星狀綱要 (Star schema) 及雪花狀綱要 (Snowflake schema) 為其設計架構的資料倉儲中, 並建立多維度 (Multidimension) 的資料方體 (Data cube), 再利用線上分析處理 (On-Line Analytical Process, OLAP) 技術, 依決策需求快速彈性地取得所需的資訊 並可透過 MS-Excel 中的樞紐分析表功能, 將資料利用前端工具瀏覽的視覺化 (Visualization) 方式呈現資訊, 以提昇決策品質及時效 不良案例之意外事故 捷運系統工程係屬相當複雜之工程, 界面整合不易, 常易因而影響工程進度, 台北捷運亦無法倖免, 本章將就臺北捷運以往各線軌道標發生之案例及處理方法為探討重點, 提供借鏡參考 臺北都會區大眾捷運系統建設開展已近二十年, 國內第一條高運量軌道運輸路線自 85 年 3 月由淡水線通車以來, 臺北捷運陸續建造完成並加入營運, 路網里程快速成長 歷年來, 工程由規劃 設計至施工等階段過程, 所發生之案例中, 有進行細部設計階段之整合未盡周詳, 或者施工中引用資料不當, 或施工界面整合未予釐清等, 無論屬軌道標自身或界面標影響, 均有發生因整合不良而影響工程進度之情事, 以下舉例說明 例一 轉轍器與安全步道衝突臺北捷運新店線隧道軌床區經土建標施工完成後, 陸續提供交由軌道標進場接續施作, 其中位於新店市公所站 (G2) 與新店站 (G1) 間之特殊軌區, 在進行特殊軌區混凝土版配置時, 發現安裝號誌轉轍器所需之混凝土基座之施築範圍, 與月台端步下軌區之安全步道衝突 ( 未留置放轉撤器基座之空間 ), 此為土建標細部設計顧問廠商未將機 電號誌標之道旁設備安裝的空間納入圖 轉轍器混凝土底座位於電纜槽蓋版上 考量之案例 本案經土建與機電人員會勘研討結果, 由土建標針對衝突之位置改善, 重新設計步道梯階 ( 下方空出較多空間 ), 以允許軌道標施築底座, 以供日後號誌標安裝轉轍器 類此案例, 在板南線之西門站 (BL6) 至臺北車站 善導寺站 (BL8) 至忠孝新生站 (BL9) 及忠孝復興站 (BL10) 至忠孝敦化站 (BL11) 間之特殊軌區, 亦出現由軌道標負責施作之轉轍器混凝土基座之施築範圍與電纜槽蓋版衝突 ( 如圖 ), 由土建標針對衝突處進行補強與固定, 以使轉轍器與基座之間可以錨定 土城線位於亞東醫院站 (BL40) 至海山站 (BL39) 間之袋狀軌區亦有排水陰井與號誌轉轍器安裝位置衝突案例, 同樣透過協調, 由土建標修改陰井格柵尺寸, 避開轉轍器混凝土座位置 例二 基鈑剝離 24

38 淡水線軌道工程施工曾於 84 年間, 發生無道碴道床路段上固定鋼軌之彈性基鈑組件產生銹蝕與剝離現象 銹蝕是發生在基鈑底鈑之無橡膠材包覆之鋼材處, 剝離是指安裝在現場的基鈑底鈑與橡膠材間產生脫膠現象 本案自 83 年 10 月發現現場基鈑有上述現象, 於 84 年初確定為基鈑剝離後, 經過一連串之研討與會勘調查, 所發生之原因可歸納為彈性基鈑表層未做適當之防銹防蝕處理 基座基鈑承載面平整性之處理不足 材料儲存未做適當之保護 ( 因北投地區硫磺氣影響 ) 北投士林地區之空氣含硫量高與天候濕熱交替產生金屬腐蝕作用等 實體上, 由鋼軌安裝固定裝置往下探討, 軌條係靠表基鈑固定, 而基鈑與基座之固定則依賴底鈑 錨定螺栓及預埋之套管, 構成一連結體 ( 圖 ) 圖 基座與基鈑基鈑剝離後, 將無法提供軌條在垂直及水平方向之約束力, 因此列車行駛其上, 可能導致軌條受溫差影響而產生變形及軌距變化 依現場調查結果, 產生剝離現象之基版, 以位於奇岩站 (R25) 至北投站 (R26) 區域之現場為數最多, 銹蝕量亦大, 往南 ( 往臺北車站方向 ) 路段之剝離與銹蝕量則不大 本案例之改善工作係由廠商以加裝壓板 (Snubber), 即發生剝離的基鈑以壓鈑將上鈑與下鈑由錨錠螺栓固鎖來達到固結之目的 因此, 在普通運行軌區, 發生剝離之標準型基鈑係以小壓鈑, 特殊軌區則使用大壓鈑分別扣鎖 ( 圖 至圖 ), 安裝原則為在特殊軌區, 有剝離部份加裝大壓鈑, 在標準軌區, 除全數剝離者全面裝設小壓鈑外, 部分剝離及未產生剝離者以直線段採用 4+1( 即每 4 個基鈑裝設 1 個 ), 曲線段採 3+1 方式處理 圖 標準型基鈑裝設小壓鈑 圖 特殊型基鈑裝設大壓鈑 25

39 圖 淡水線已全面裝設壓鈑例三 交叉橫渡線增設導電軌南港線主線銜接南港機廠之出土段上設有 1 處交叉橫渡線, 由於進出廠線兩股軌道較接近, 故採用夾角較小之菱形岔心 因此進行導電軌佈設時, 在運行軌變換路徑之端部間距超過 92m( 如圖 ), 經觀察列車收發班行駛路徑及列車調度, 常在此區做路徑調度變換, 惟由機廠往昆陽站 (BL 16) 主線通過菱形岔心時, 屬下坡路段, 列車變換路徑與調度尚屬正常, 惟由主線往機廠收班之列車, 需在爬坡段受號誌管制而暫停再開, 造成列車通過此區受導電軌不連續而電力無法滿足其正常牽引功能 圖 橫渡線 92m 無導電軌佈設經以實車模擬集電靴與導電軌接觸之距離, 做為在路徑變換於菱形岔心前後之位置增設導電軌之可能性, 此經列車實地模擬 ( 如圖 ) 正好途經交叉橫渡線區變換行車方向時停住, 然再啟動之最嚴苛情況進行驗證, 驗證結果顯示可正常運轉, 此表示增設菱形岔心前後 4 處導電軌後, 可有效地改善列車橫越速度, 增進機廠調度效率, 電力纜線則由鄰近之電纜接頭組件引出跨越方式佈設 ( 圖 ) 圖 實車模擬集電靴與導電軌接觸之距離圖 橫渡線導電軌增設完成例四 道岔尖軌間隙問題當軌道施工廠商完成道岔組裝後, 交由號誌施工廠商進場安裝轉轍器及連桿, 以達成轉轍器可電動扳轉道岔為目的 構成道岔變換路徑之尖軌須與基本軌貼合, 兩者間隙須控制在 0.75mm, 而整組尖軌自中間部位往岔心處, 一般均在基本軌內側 26

40 設有軌撐, 藉以控制尖軌與基本軌維持固定之軌距 號誌廠商進廠後, 將先鬆開軌道標所裝設之臨時固定桿, 再將轉轍拉桿 偵測桿 輔助拉桿等桿件與軌道標之桿件結合, 利用螺栓固結成一推動裝置, 最後由軌距拉桿與轉轍器之構件結合, 除逐一調整尖軌上之各部桿件與基本軌貼合外, 並進行作動電流之測試, 以確定可達成電動扳轉之功能 由於號誌施工廠商係以道岔之尖軌變換達成電動扳轉為目的, 而軌道施工廠商係以滿足標準軌距安裝原則下, 針對尖軌與基本軌之間隙及設置於基本軌之軌撐與尖軌密合度控制在 1mm 之精度 ( 圖 及圖 ), 故現場由軌道施工廠商完成之道岔, 經由號誌施工廠商進場安裝轉轍器後, 尖軌與基本軌或尖軌與軌撐之精度無法符合道岔組裝精度, 同時此區之軌距經量測結果為 mm( 如圖 至圖 ), 而無法符合標準軌距 1435±1.5mm 之要求 圖 尖軌與基本軌閉合正常 圖 尖軌中段與基本軌仍保持正常閉合 圖 尖軌趾端與基本軌閉合不良圖 尖軌與基本軌間隙過大道岔軌距未能確保在標準軌距之際, 工程車欲進入道岔區時, 其鋼輪將強迫尖軌閉合, 因其車速慢且通過次數少, 短期內對道岔組裝線形難以目視判定其影響 ; 惟若工程進入動態整合測試階段, 測試列車以模擬營運車速通過軌距不符之道岔時, 鋼輪將直接擠壓尖軌或直接衝擊尖軌使其強迫閉合, 對尖軌均會反覆發生橫向擠壓現象, 此對尖軌之線形與道岔轉轍功能穩定性有不利之影響 此種軌道與號誌間之界面處理之問題宜注意協調與解決, 以維護道岔原有設計之線形, 俾列車營運更能平順與安全 27

41 例五 IRJ 熔蝕問題在軌道工程中, 軌道標與號誌標間之 IRJ 問題是最常發生之問題之一 捷運列車的動力來源係透過列車兩側之集電靴接觸導電軌取得, 列車行駛運轉時, 藉由鋼軌傳遞負電, 由供電標安裝於鋼軌腹部專門負責收集負迴流之電纜, 收集到列車運轉時的牽引電流後, 負迴流電纜將其導至動力變電站之負迴流排而構成一電氣迴路 一般而言, 無論號誌標施工廠商進行軌道電路佈設或供電標施工廠商進行不同區間之供電迴路設置等, 均須在軌道上設置鋼軌絕緣接頭 (Insulated Rail Joint, IRJ) 做為電路或供電區隔, 實務上, 號誌或供電標施工廠商對 IRJ 之設置位置與數量需求, 現場安裝均由軌道施工廠商施作 圖 收集負迴流之電纜 ( 左圖為機廠區, 右圖為主線 ) 以電氣隔離功能言, 訊號或電力係藉由 IRJ 組件中央寬為 6mm 之絕緣邊標 (End Post) 將兩鋼軌之電氣連續或電力做一隔離 當 IRJ 組裝完成時, 自身不致產生電弧而造成熔蝕,IRJ 會產生熔蝕的原因係其兩端之鋼軌已存有電位差狀態下, 由車輛鋼輪輾壓通過造成 橋接效應 而產生電弧造成熔蝕 除了在進行短路測試過程中, 因為誤判而將訊號軌視為電力軌, 經由短路夾與導電軌接觸, 致使訊號軌之 IRJ 瞬間燒毀 ( 圖 ) 外, 造成 IRJ 兩端鋼軌存有電位差之因素, 經歸納大致可分兩種, 一為 IRJ 兩端鋼軌之中有一端絕緣效果不良, 此一狀況在路線中設置有擋水牆或防水隔艙閘門路段, 因鋼軌舖設在擋水牆或防水隔艙閘門底部之凹槽, 混凝土底座未做好絕緣措施, 使得路線因列車行走而通電後, 車輪通過 IRJ 兩端時會產生電弧因而造成熔蝕現象 圖 IRJ 電流瞬間燒毀痕跡另外, 分段通車營運路段與施工路段完成並銜接時, 因為列車行走而帶來之牽引電流之負迴流會導入施工路段, 或測試路段與施工路段銜接處之 IRJ 會因列車及施工用車通過後產生電弧而造成熔蝕 ( 如圖 ) 由上述可知, 當 IRJ 會產生熔蝕的原因與其兩端鋼軌存有電位差, 因車輛鋼輪輾壓通過先產生電弧而發生熔蝕, 當此一現象開始產生時, 若不加以留意進行必要之管制措施, 會因持續熔蝕, 最終導致 IRJ 熔燒而喪失絕緣功能 28

42 圖 IRJ 經輪軌接觸產生之熔蝕通常因人為因素誤判所造成之損害與影響, 較易被發現, 經檢討後均可改正 但牽引電流之負迴流導入施工路段部分, 所造成之初期損害難以即時發現, 常常是號誌電路無法接收或傳遞訊號後, 甚有軌道踏面已產生熔蝕才知 IRJ 已喪失絕緣功能, 從供電系統觀點而言, 如果出土段鋼軌之 IRJ 位置與供電 ( 通常分主線區與機廠區供電 ) 分界點同為一處, 則 IRJ 產生之損害將蔓延至相關之橫渡軌區, 最為嚴重, 應特別注意 ( 如圖 ) 圖 IRJ 熔蝕惡化情形除因前述所指營運路段之牽引電流負迴流導入施工路段為造成此區電力分界點處之 IRJ 熔燒喪失功能外, 亦因該組 IRJ 喪失絕緣功能且施工車輛未能有效管制, 致使車輛在通過鋼軌面的瞬間產生火花熔蝕與 IRJ 熔蝕之情況 若要避免 IRJ 兩端的鋼軌產生電位差, 不致因車輪通過發生熔蝕的最為有效方式有以下兩點 : 一 為避免牽引電流負迴流自營運路段或動態整合測試路段導入施工路段, 此一處理措施可以選在靠近營運路段或測試路段與施工區之分界, 由號誌標施工廠商安裝之阻抗搭接器的纜線暫時拆卸而獲得解決, 惟因工程測試需求, 測試列車須往返此區時, 該組阻抗搭接器纜線須在測試列車通過前完成接續, 以使牽引電流負迴流之收集與傳遞功能正常 二 至於萬一牽引電流負迴流已傳導進入施工路段, 而工程車又必須由機廠往主線行駛時, 可採營運路網全線已斷電及測試路段未進行測試狀態下通過 特別需注意, 電力分界點設置區間須審慎考量, 尤其牽引電流負迴流已導入且 IRJ 電力分界點已產生熔蝕情形下, 為免未能即時發現而蔓延其它區域, 電力分界點設置位置應遠離主線與機廠間之交叉橫渡線區, 而以佈設在一般運行軌區間最為適當 ( 如圖 至圖 ) 29

43 圖 出土段 IRJ 與電力分界點同為一處 ( 左圖 ), 產生熔燒現象 ( 右圖 ) 並可能蔓延 至特殊軌區 圖 供電分界點 ( 以 IRJ 處理 ) 儘量避免緊臨特殊軌區設置 ( 左圖 ) 通常之供電分界點係以 IRJ 方式設置於一般軌區內 ( 右圖 ) 以上所述之 IRJ 熔蝕與熔燒原因易為施工廠商所忽略, 故無論號誌 供電與軌道等施工廠商在細部設計之功能需求 施工階段之設備安裝與纜線佈設連接或進行列車動態整合測試之管制與確認等措施, 均須密切協調與整合, 以減少設施損害程度 軌道組件營運磨耗研析 維護管理者可依據所關心之事實 (Fact) 及觀看資料的角度 (View), 以多維的方式瀏覽資料, 整理維護成本及設備效能這兩大類型績效指標, 觀察各影響因子對維護績效指標值的變化, 並對關鍵影響因子採取應對策略 透過本研究, 與軌道設備維護相關之績效評估模式及資料倉儲決策支援系統將被建立, 此成果提供業界在系統設計時能有一參考模型, 以縮短系統建置時間, 並改善維護效率與經濟性 公共工程全生命週期包括可行性評估 規劃 設計 施工 營運維護 拆除重建等階段研究係針對現行施工階段作探討 首先整理以往施工品質管理文獻及現行施工查核現況, 導入全生命週期施工階段影響因素, 製成施工階段問卷調查, 應用 SPSS 軟體進行統計分析, 得到全生命週期施工階段五個影響因素分別為營運維護管理品質查核 廠商及人員實施證照機制 規劃設計品質查核 品管證照機制 軌道營造業品質管理系統導入 ISO 9001 品管機制 擔負大臺北都會區每日百萬旅次之大眾捷運高運量系統, 如何有效維持正常營運及安全 便捷 準點 舒適之系統服務指標著實不易 電聯車為攸關營運正常之重要運輸載具, 若因其失效或故障率偏高, 不僅易造成營運延誤, 且導致旅客抱怨, 降低服務品質, 而營運財損及耗費檢修成本在所難免, 同時亦影響營運機構之經營維護績效與商譽, 故高運量電聯車失效故 30

44 障偏高造成之營運故障問題, 係須持續精進改善之重要課題, 目的主要彙整歷年實際發生之營運延誤故障, 運用故障樹分析法 (FTA) 及德爾菲專家問卷調查 (Delphi Technique) 進行分析探討 配合現行施工查核案例作分析, 得知施工查核有關規劃設計缺失統計, 依設計缺失類別及工程類別作統計最後再以 SWOT 分析法對現行之施工階段品質管理機制加以分析, 以現行施工階段品質管理機制之既有作法稱為內部優勢 (S) 及劣勢 (W), 執行時可能發生之影響因素歸為外部機會 (O) 及威脅 (T), 接著以矩陣配對的四項原則 (SO 原則 ST 原則 WO 原則 WT 原則 ), 擬訂施工階段品質管理提昇策略, 並針對施工階段品質管理有關規劃設計提出改善策略 軌道的生命週期從規劃 設計 施工 到維護, 每個階段都是必要的考量因素, 而建立生命週期導向橋梁管理系統即可整合規劃 設計 施工 維護各階段所需面臨之管理資訊 但是生命週期各階段未經過濾的龐雜資料對一個急需瞭解目前情形的管理人員為相當沈重的負擔, 甚至連專家也容易發生判斷上的錯誤 就另一方面而言, 單一性的檢測表格與權重分數資訊, 卻也使得管理人員不知其代表的真正含意 研究嘗試利用針對橋梁生命週期相關資料設計完成之安全性 耐久性二指標, 以及生命週期成本分析, 建立一套合理之評估建議準則, 用以輔助軌道管理者於生命週期各階段可以對每一條軌道進行評估, 並擬定適當的軌道管理策略, 以此方式期望可以解決橋梁在生命週期分析時的資料繁雜不易處理 此外, 並初步設計一個除了指標評估外, 亦能針對生命週期各階段 各評分不同範圍提供狀態說明與專家建議資訊給予管理者之評估系統, 而此系統亦可提供使用者以生命週期成本為考量做較佳方案的選擇 隨著各縣市捷運之陸續興建與即將完工通車之高速鐵路, 軌道運輸在我國整體運輸網路之功能日形重要, 與民眾的關係也將更加密切 大眾運輸系統之使用首重安全, 唯有在安全性確保的情況下, 民眾方能安心地搭乘, 軌道運輸也才能發揮其運量大 速度快 低污染的優勢 維護是影響軌道系統安全的主要因素, 好的維護管理不但可以增進營運生產力, 更可讓維護資源有效運用, 減少軌道營運者之成本 目前國內軌道系統維護之作法仍採取傳統的預防性維修 (Preventive Maintenance), 該作法在維護資源的運用上缺乏效率 這對於未來國內軌道事業邁入民營化之後, 額外的維護成本將會導致缺乏競爭力, 不利於軌道事業的經營 研究引進可靠度集中維護 (Reliability Centered maintenance,rcm) 於軌道系統維護管理中 RCM 起源於航空業, 是兼顧成本與安全考量的維修方式 本研究運用參照單位分析 (Ridit) 錯誤樹分析(FTA) 和失效模式 影響與嚴重度分析 (FMECA) 找出台北捷運電聯車系統的維修關鍵項目 (Maintenance Significant Item,MSI), 並依據嚴重度矩陣 (Criticality Matrix) 決定維修工作的執行優先順序, 最後建構維修流程的派車網路進行模擬, 決定出合適之維修策略, 以作為我國未來軌道系統維護管理之參考 由於主觀的設計缺陷及客觀的操作環境因素將造成軌道設備或組件的損傷, 如機器的磨耗 塑膠的彈性疲勞等等 鋼輪以旋轉的方式運作, 其軸承會因為加工公差或裝置定位問題, 使得旋轉時產生不平衡振動造成軸承疲勞現象 根據模擬結果找出適當的系統預防保養維修之週 31

45 期 研究結果顯示 : 例如在捷運電聯車系統應優先處理的關鍵維護項目共有五項 : 煞車夾持器 煞車制動器 空壓機 主懸吊彈簧 固定座 基於人力與時間上的限制, 以及維護參數搜集上的困難, 僅對其中四者 ( 固定座除外 ) 進行維護策略模擬 模擬結果顯示, 就更換間隔而言, 四者均有再向上提升的空間 ; 就檢修間隔而言, 除致動器應加以提升外, 其餘三者均應加以縮短 此外, 模擬結果亦指出針對關鍵維護項目制定維護策略, 的確能有效降低電聯車系統風險以符合安全上的要求, 顯示出可靠度集中維護方法適用於軌道系統安全分析, 且有助於提升未來國內的軌道系統維護觀念 例如在直流供電牽引系統中, 牽引電流係由牽引動力變電站經第三軌送至電聯車上 這些牽引電流再經鋼軌回流至牽引動力變電站的負端, 但部分牽引電流會經鋼軌洩漏至大地, 稱為雜散電流, 而鋼軌相對於牽引動力變電站大地之間的電位稱為軌道對地電位 雜散電流常以靠近鋼軌的地下埋設物 ( 如各式管線等 ) 為回流路徑, 流回變電所 在結構物或埋設物的電流流出位置會形成電蝕, 造成管路或鋼筋的穿孔洩漏 至於軌道對地電位的上升, 則會影響軌道維護人員的安全 例如牽引動力變電站的接地方式影響雜散電流及軌道對地電位, 一般的接地形式有三型 : 直接接地系統 非接地系統及二極體接地系統 台北捷運目前採用二極體接地系統, 二極體接地系統的軌道下鋪設截流網以回收雜散電流 此外, 在淡水 - 新店線及板南線所形成的十字路網軌道之間設置連絡軌, 軌下截流網亦予相連 對二極體系統而言, 動態列車進站 離站 煞車是造成雜散電流的一項主要影響因素 而牽引動力變電站所裝設的洩流二極體導通位置, 亦影響雜散電流分布 上述十字路網的截流網互連更造成雜散電流的亂竄 這些雜散電流可能由原來的路線流至其他鄰近路線內二極體導通的變電站, 致使雜散電流量及軌道對地電位升高 為尋求抑制軌道對地電位及雜散電流的方法, 包括評估更改現行二極體接地系統成為非接地系統的可行性, 台北捷運公司曾執行一系列的量測試驗 鑑於以往研究軌道對地電位及雜散電流僅研究列車在單區間的軌道特性, 其電路僅模擬一次雜散電流而未模擬二次雜散電流, 所以提出一 二次雜散電流的階梯網路模型, 分析全線軌道系統特性以及牽引動力變電站不同的接地方式 以模擬方式呈現捷運公司上述的各次量測試驗, 並與實測結果相比較, 探討模型的適用性 例如台灣的電氣化軌道系統可分為交流與直流兩種供電方式, 在城市間長程的運輸系統是採交流供電方式, 例如傳統的台灣鐵路局之環島系統 現代的台灣高鐵局之高速鐵路系統 ; 在城市內短程的運輸系統是採直流供電方式, 例如台北市捷運系統 本文的重點在於探討高速鐵路和捷運高運量系統當列車正常運行下, 由鋼軌回流洩漏至大地之電流所造成對地電位上升之安全問題與雜散電流所造成的電蝕現象, 提供日後軌道維護和設計之參考 第一部份首先推導軌道對地電位分佈的簡易公式, 然後針對台灣高速鐵路供電架構下的元件, 包括電車線 鐵軌 負饋線 自耦變壓器 接地線和牽引 ( 主 ) 變電站之變壓器等, 應用 PSPICE 軟體建立等效電路, 據之進行模擬, 並計算供電系統之牽引變電站變壓器和每個自耦變壓器接點的對地電位, 然後應用 MATLAB 軟體撰寫 32

46 程式分析軌道對地電位和雜散電流隨距離分佈的特性, 最後將軌道對地電位的模擬數據和 IEC 規範作比較 第二部份針對捷運系統供電架構下之元件, 包括供應列車電源之第三軌 ( 正軌 ) 鋼軌( 負軌 ) 截流網 汲流二極體和動力牽引變電站(TSS) 等作探討 ; 分析步驟如下, 首先推導軌道對地電位公式, 並應用 MATLAB 軟體撰寫單一運輸線之軌道對地電位分佈程式, 再依列車運轉特性 ( 如列車加減速 營運班次表等 ) 和軌道相關參數執行能源管理模型 (EMM) 套裝軟體, 估計列車行進中之用電量, 最後將用電量估計結果輸入上述 MATLAB 程式以模擬軌道對地電位和雜散電流隨距離和時間之分佈情形 經由彙整歷年系統實際發生之營運故障, 得到涵蓋 94% 營運故障之子系統與故障項目, 經由德爾菲專家問卷調查及平均值與標準差檢核, 獲得目前尚未發生, 惟後續可能發生之營運故障項目, 結合實際與潛在風險之營運故障項目, 建構故障樹並進行故障樹定性與定量分析, 得到完整之子系統營運故障層級 架構 關鍵故障項目及故障率偏高各子系統之故障發生機率, 並與現行相關規定之檢修週期項目 檢修手冊進行差異比較, 最後提出改善建議, 俾利作為後續改善電聯車營運故障檢修作業之參考 33

47 第三章軌道組件分析探討 軌道元件係指構成或組合軌道系統結構的基本單元組件 由上而下, 其涵蓋著鋼軌或特殊軌道 扣件系統 枕木 道碴 連接鋼軌所需的鋼軌接頭 涉及保安系統之端末設施與標誌標識 為供電系統設置之導電軌等等 3.1 鋼軌 鋼軌是構成軌道結構的主要元件, 係提供電聯車之鋼輪一個安全 平順的行駛踏面 (Running Surface), 並導引鋼軌的運行 電聯車負荷由鋼輪傳至鋼軌, 再由鋼軌往下傳至道床 路基或下部結構等, 由於電聯車的負荷相當大, 而鋼輪與鋼軌間的接觸面積很小, 造成輪軌間的接觸應力極高, 已臨近或超出鋼軌材質的降伏強度, 長期使用下, 鋼軌是不可避免會磨耗受損而需抽換 鋼軌磨耗受損若未處理, 輕者劣化行車舒適性 衝擊鄰近環境品質 縮短鋼軌與鋼輪的使用壽年等, 嚴重者將影響行車安全 至於抽換鋼軌頻繁, 除干擾正常營運, 無疑將增加營運成本 如何延長鋼軌的使用壽年, 一直是軌道界努力克服的問題, 包括 : 一 結合長期觀察與嘗試中所累積的經驗, 局部調整鋼軌斷面尺寸, 俾使斷面形狀達到最佳化 二 利用冶金技術, 調整鋼軌的材質成份, 以提高鋼軌的強度 耐磨性 韌性等 三 利用熱處理技術, 以增加鋼軌硬度, 進而提高其耐磨性等 四 其它, 如改善鋼軌焊接性等 鋼軌發展迄今, 平底鋼軌 (Flat Bottom Rail) 已是目前各國通用的鋼軌斷面形狀, 差別僅在細部幾何尺寸 各鐵路大國, 例如 : 美國 俄羅斯 中國大陸 英國 德國 日本 澳洲等國家, 皆自行發展其鋼軌斷面尺寸, 惟對部分國家, 因受限於國內市場狹小, 無力自行生產鋼軌, 需仰賴國外進口, 但又不願長期受制於鐵路大國的壟斷, 轉而以國際鐵路聯盟 (International Union of Railways,UIC) 的鋼軌斷面為標準, 香港 新加坡 臺北高運量捷運系統等就是採用 UIC 鋼軌斷面 而 UIC 標準初期為歐陸及北非等國家採用, 目前則已普遍為國際間所認同, 世界各大鋼鐵廠皆有能力生產符合 UIC 規範的鋼軌, 對鋼軌仰賴進口的國家, 若採用 UIC 鋼軌斷面, 將可擺脫以往受少數鋼廠壟斷市場 任意調高鋼軌售價等不合理現象 目前通用的鋼軌表示方式是以一組英文代號與一組字串所組合, 前者代表引用標準, 後者主要代表鋼軌單位長度的重量, 單位為公斤 / 公尺或磅 / 碼 例如 : UIC 60:UIC 規範所規定之 60 公斤鋼軌 UIC 54:UIC 規範所規定之 54 公斤鋼軌 JIS 60:JIS( 日本工業規格協會,Japanese Industrial Standards) 規範所規定之 60 公斤鋼軌 AREA 115:AREMA( 美國鐵路工程與路線養護協會,American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association) 規範所規定之 115 磅鋼軌 BS 113A:BSI( 英國標準協會,British Standards Institute) 規範所規定 34

48 之 113 磅鋼軌 臺北高運量捷運系統在初期規劃階段, 經過嚴謹之評估決定使用 UIC 60 鋼軌, 理由為鋼軌斷面之決定, 一般取決於規劃年運量 最大軸重 使用年限磨耗狀況等諸多因素, 因為捷運系統型態與傳統鐵路略有不同, 其在於設法延長軌道零組件之使用年限, 並免於爾後頻繁之養護及維修, 同時可避免鋼軌料源受制於少數鋼廠 圖 UIC60 鋼軌斷面尺寸 (UIC861-3/0,1981) 有關 UIC 60 鋼軌之化學成份及物理性質如表 所示 表 表列出不同等級的 UIC 鋼軌其對應的抗拉強度值, 硬度則是經推估分別為 700 級數的 BHN= 220~ A 級數的 BHN=275~ B 級數的 BHN=270~ 級數的 BHN =320~350 美國 AREMA 則值接列出抗拉強度與硬度 表 UIC 鋼軌化學成份及物理性質 (UIC 860/0,1987) 目前臺北捷運系統係以 900A 及 1100 級數為主, 前者為普通鋼軌, 是用在一般路段, 後者為耐磨鋼軌, 則是使用在小半徑曲線段或車站區加減速頻繁路段 耐磨鋼軌 捷運系統大多構築於人口密集的都會區, 因此有些路線之線形無可避免的將形成曲線線型 以臺北捷運淡水線為例, 全線半徑 1,200 公尺以下的曲線個數高達 130 個, 佔淡水線全長 35.2% 此種型態的路線, 由於彎道特別多, 電聯車行駛在軌道上, 鋼軌易發生嚴重的偏磨耗, 大幅降低鋼軌的使用壽年, 並增加養護維修的費用 尤有甚者, 對連續長焊接鋼軌 (CWR), 抽換鋼軌的作業程序繁瑣, 恐將干擾正常營運 為減緩鋼軌磨耗速率, 延長鋼軌的使用壽年, 故系統初期, 在半徑小於 1,200 公尺的路段及車站區約 200 公尺範圍, 規劃使用強度與硬度較普通鋼軌為高的耐磨鋼 35

49 軌 惟後續重新評估, 自土城線開始, 已將轉彎段舖設耐磨鋼軌的條件由半徑小於 1,200 公尺降至 700 公尺 耐磨鋼軌的種類有三, 依其發展先後分別為全斷面熱處理 (Fully Heat Treated) 鋼軌 軌頭硬化處理 (Head Hardened) 鋼軌與合金 (Alloy) 鋼軌 臺北高運量捷運系統針對耐磨鋼軌的使用, 是採漸近方式 初期完全是參考新加坡捷運系統規範, 依照當時的 UIC 規定, 將耐磨鋼軌限制為合金鋼軌 ( 級數 1100), 其後參考美國 AREA ( 目前已改為 AREMA) 的規定開放全斷面熱處理鋼軌, 最後軌頭硬化處理鋼軌亦一併提供廠商選用 臺北捷運有關熱處理鋼軌的條文為 : 900A 級 UIC 鋼軌經熱處理過 (heattreated) 鋼軌必須經過電導程序(electric induction process) 或在熱箱 (thermal boxes) 中處理, 不可使用火焰作硬化處理 鋼軌踏面之硬度, 從外表往內 10mm 範圍內, 硬度須在 HBN 度 以熱處理之鋼軌於各主要鐵路或捷運系統須能承載 200 百萬噸之運量 3.2 特殊軌 捷運電聯車由主線進入岔線, 或由岔線進入主線, 其分岔點必須有特殊裝置, 俾提供列車安全無礙地駛入另一股軌道, 此種特殊裝置稱為道岔 (Turnout) 如果兩股軌道在平面交叉, 交叉處亦必須有另外一種特殊裝置, 以提供列車順暢通過交叉處, 此裝置稱為菱形岔心 (Diamond Crossing) 為防止側線列車不當進入正線, 部分系統會在鄰近正線的側線端點設置半套尖軌, 一旦有未經許可試圖闖入正線軌道的列車時, 可令其脫軌, 以保護正線列車的安全, 此半套尖軌稱為脫軌器 (Derail) 以上所述道岔 菱形岔心 脫軌器及鋼軌伸縮接頭等, 因剖面形狀不同於一般軌道使用的標準鋼軌, 故泛稱為特殊軌道 (Special Track -work), 簡稱特殊軌 對鋼軌鋼輪系統而言, 電聯車是利用鋼輪的輪緣卡在鋼軌內側 ( 軌距側 ) 行駛在鋼軌踏向運行, 故必須配合道岔的設置, 以適度提供電聯車換軌調度所需 道岔至少由兩股軌道彙集, 其複雜性非一般軌道所能比擬, 係軌道工程相當專門且重要的課題, 以下謹就道岔功能性規範作介紹, 整付道岔可概分成三個區域, 分別為尖軌區 導軌區與岔心區 其中構成尖軌區的主要零件為尖軌或稱岔尖 (Switch Rail Switch Point or Point Rail) 基本軌(Stock Rail) 滑床鈑(Slide Plates) 止動撐 (Rail Stops) 防爬裝置(Anti Creep Device) 軌撐(Braces) 軌距墊鈑(Gauge Plates) 等, 構成岔心區的主要零件為岔心 (Frog) 護軌 ( Guard Rail or Check Rail) 軌距墊鈑等, 而導軌區則是由標準鋼軌構成的導軌 (Closure Rail) 以連接尖軌區與岔心區 前述除導軌外, 基本軌亦為標準鋼軌, 惟其頭部配合尖軌密合需局部刨削加工, 尖軌 護軌及半焊接岔心等則是取標準鋼軌, 經刨削與熱處理程序加工而成, 至於錳鋼岔心則是整體鑄造並經適當刨削與熱處理程序製造而成 有關道岔各部分組件及名稱如圖

50 圖 臺北高運量捷運系統標準道岔構造示意圖圖 為臺北高運量捷運系統 #10 道岔之岔心示意圖, 岔心主要是由二根翼軌與二根鼻軌組合而成, 其中, 曲線翼軌延伸至理論岔心點上的切線與短鼻軌間的夾角稱為岔心角, 道岔號數與岔心角有密切關係 圖 臺北高運量捷運系統 #10 道岔岔心示意圖茲以面對分岔點方向, 道岔依岔線的岔出方向可分成左開與右開兩種道岔 岔心 主線軌道與岔線軌道因各有一根鋼軌交叉, 將阻斷輪緣的運行, 為提供輪緣順利通過交叉處, 該處的軌距線必須中斷, 由於軌距線不連續, 將嚴重影響行車安全與軌道材料的使用年限, 因而有岔心之特殊裝置的設計 岔心是由翼軌與鼻軌組合而成, 以提供不連續的軌距線, 同時為確保鋼輪的安全運行, 另一側的軌距線則平行加設一段護軌, 以導引輪對 (Wheel Set) 順利通過岔心 岔心是由鼻軌與翼軌組合而成, 為使鋼輪順利由鼻軌轉移至翼軌或由翼軌轉移至鼻軌, 鼻軌與翼軌之間所預留的間隙稱為輪緣槽 (Flangeway) 或稱輪緣間隙 當岔心之輪緣間隙固定不變, 此種岔心稱為固定式岔心 (Fixed Nose Frog); 若岔心鼻軌經由特殊設計, 仿照尖軌方式可扳動, 俾使岔心處之軌距線連續, 則此種岔心稱為可動式岔心 (Swing Nose Frog,SNF) 圖 半焊接岔心 37

51 3.2.2 其它零件 道岔除尖軌 岔心 滑床鈑 護軌外, 基本軌 導軌屬標準鋼軌, 以下將介紹其它零件如止動撐 防爬裝置 軌撐 軌距墊鈑等 一 止動撐 : 介於基本軌與尖軌之間, 係固定在基本軌的腹部上, 以導引尖軌密接至基本軌後的整體線形 二 防爬裝置 : 位在尖軌撓曲踵端附近, 相當於尖軌撓曲的固定端, 利用各別鎖在尖軌與基本軌腹部的卡筍裝置, 以限制尖軌縱向位移 三 軌撐 : 置於基本軌外側, 提供基本軌側向支撐的裝置, 以避免電聯車運行經道岔時, 因尖軌與基本軌密接不良, 造成號誌系統出現故障信號 四 軌距墊鈑 : 由於尖軌尖端與岔心處的鋼軌係不連續, 為使主線與岔線的軌距保持在正確位置, 因而在鋼軌底部安裝絕緣軌距墊鈑 ( 圖 3-2-5) 圖 軌距墊鈑其中在尖軌尖端應提供二個軌距墊鈑並延伸便於轉轍器附著其上, 所有無道碴道床道岔和正線上道碴道床道岔之岔心應提供一定數量的軌距墊鈑,14 號和 17 號道岔應安裝 3 塊軌距墊鈑,10 號和 7 號道岔應安裝 2 塊軌距墊鈑 軌距墊鈑斷面應不小於 200mm 19mm 軌距墊鈑之絕緣裝置應如 AREA 圖說 NO.223 詳圖 4103 所示或玻璃纖維絕緣平板, 最小尺寸為軌距墊鈑寬 190mm 19mm 無道碴道床之軌距墊鈑其錨定組件應由上鈑貫穿墊鈑鎖入錨定套管內, 延伸供轉轍器附著其上之延伸墊鈑亦應由上鈑鎖入錨定套管, 其錨定組件應具有絕緣功能 菱形岔心 菱形岔心是位在兩股軌道平面相交處, 例如交叉橫渡線 (Diamond Crossover)( 圖 3-2-6), 由於每股軌道是由兩根鋼軌組成, 當兩股軌道相交時, 各股軌道的鋼軌將相互交叉, 計有 4 個鋼軌交叉點, 每一交叉點相當於前述道岔之岔心, 故菱形岔心實際就是由 4 付岔心所組合而成 圖 交叉橫渡線示意圖菱形岔心包括有兩付端部岔心 (End Frog) 與兩付中央型岔心 (Center Frog) 38

52 前者係位在菱形岔心的前後位置, 其構造與道岔之岔心相同 ; 後者則位在菱形岔心的中央兩側, 其構造與道岔之岔心不同, 形狀似英文字母 K( 圖 及圖 3-2-8), 故又稱為 K 形岔心 (K Frog) 圖 K 形岔心 圖 K 形岔心安裝位置 3.3 扣件系統 所謂扣件系統係泛指固定鋼軌的所有零件統稱, 依據支撐材質及道床的不同, 大略可分成預力混凝土枕 (Prestressed Concrete Cross Tie, 簡稱 PC 枕 ) 扣件系統 木枕扣件系統 彈性基鈑或稱直接固定式扣件系統 (Direct Fixation Fastener,DFF) 等三種 道碴道床軌道因道碴本身具有一定的吸音減振功能, 故其扣件系統除使用彈性扣夾 (Spring Clip) 外, 無需再使用較軟的彈性材 當輪軌負荷經由鋼軌傳至枕木的過程, 因木枕材質較軟, 為避免木枕受損, 必須在鋼軌與木枕之間使用金屬墊鈑 (Baseplate), 以提供鋼軌較大的承載面積, 緩和木枕所受的應力 ; 但對 PC 枕而言, 因混凝土抗壓強度高, 鋼軌可直接座落在 PC 枕上, 但經考量其它因素, 一般在鋼軌與 PC 枕間會使用一塊彈性係數較高的彈性材, 稱為鋼軌墊片 (Rail Pad) 對無道碴道床軌道而言, 其扣件系統將視道床的減振功能而有不同的設計, 簡單者如 PC 枕所使用的彈性扣夾與鋼軌墊片, 複雜者為彈性基鈑 構成扣件系統的零件其數量不一, 各種扣件系統都有其獨特理念, 且涉及專利問題, 以下將先說明扣件系統的基本功能及選用原則, 後續本節再介紹目前鐵路界較為人所知的 PC 枕扣件系統, 由 PC 枕扣件系統再延伸探討木枕扣件系統及彈性基鈑 選用原則 鐵路發達的國家, 為了保護其軌道工業, 一般係採用該國所發展或扶植的扣件系統, 其中以英國 德國 日本 法國等國家最為明顯, 但對大部分的國家, 由於其國內軌道市場的規模並不足以支持發展屬於自己的扣件系統, 而扣件系統又是承受大部分輪軌側向負荷, 束制鋼軌避免因溫度變化造成軌道挫屈或斷軌行為等, 所以選擇良好的扣件系統, 對軌道品質具有決定性的影響 茲將扣件系統的選用原則例如下 : 一 整體成本低 : 扣件系統的選用除考量低初期建造成本外, 維修成本與抽換成本亦需一併納入評估 39

53 二 締結及拆裝便利性 : 締結方式 拆裝工具 拆裝費用 拆裝所花費時間 零件複雜性等, 需納入評估項目 三 安全性 : 扣件系統的安全性是勿庸置疑, 這裡所指的安全性係針對扣件在長期使用下是否會有鬆動 防人為破壞機構 鏽蝕卡死及斷裂問題等 四 適合任何道床的使用 : 一般捷運系統至少會有道碴道床與無道碴道床兩種, 而道碴道床又因 PC 枕與木枕的不同, 扣件系統亦會有差異 為使扣件的養護維修工作單純化, 因儘可能簡化扣件系統的型式 五 適合尖軌與岔心的使用 : 尖軌與岔心的位置, 因二根以上的鋼軌固定在同一塊基鈑或墊鈑上, 故扣件系統需配合不同位置作調整 六 維修狀況 : 指檢修的方式是否便捷, 即使在隧道內或視線不良處, 亦可快速判斷扣件使用狀況, 而予以必要之維修 另外, 檢修頻率與維修頻率亦涉及營運維修成本, 故必需納入評估考量 七 市場性 : 評估某一扣件系統的使用狀況, 最直接的方式是該扣件為鐵路界認同的程度 使用實績以及是否曾有系統性瑕疵問題的 對一個扣件系統需仰賴進口的國家, 選用市場占有率大的扣件系統, 其保障性亦大 八 耐久性 : 使用壽年的長短, 將關係到建造與營運成本, 是評估扣件系統的重要考量因素之一 九 舒適性 : 包括電聯車行駛的晃動量, 噪音 / 振動問題 商業運轉的扣件系統一般都可符合扣件基本功能, 對新建捷運系統而言, 在欠缺經驗的情況下, 規範往往開放由軌道專業廠商來選定扣件系統 以臺北捷運系統為例, 初期路網所用的扣件系統主要來自德國 VOSSLOH 公司及美國 LORD 公司所開發的產品, 其關鍵在於淡水線軌道廠商選用 VOSSLOH 扣夾系統及 LORD 公司的彈性基鈑後, 其它線軌道標廠商為求簡化文件送審程序而比照辦理 3.4 PC 枕扣件系統 PC 枕扣件系統主要包括彈性扣夾 錨定組件與鋼軌墊片 ( 及 / 或扣夾絕緣 ) 等三大部分, 其中又以彈性扣夾的型式主控整個扣件系統的設計以及錨定方式, 茲將其歸類為扣夾系統 在探討 PC 枕扣件系統的核心 扣夾系統 之前, 宜先就鋼軌墊片此一共通性零件作說明 鋼軌墊片 (Rail Pad) 鋼軌墊片是介於鋼軌與混凝土枕之間的彈性材, 係用來過濾輪軌中的高頻動態負荷, 以保護混凝土枕, 並提供鋼軌絕緣與縱向束制抵抗等 早期鋼軌墊片的材質為天然橡膠,1970 年代以後, 乙烯 - 醋酸乙烯共聚物 (Ethylene Vinyl Ac -etate Copolymer,EVA) 高密度聚乙烯(High Density Polyethylene,HDPE) 具有成本低 耐久性 高電氣絕緣等特性, 而廣為使用 惟 EVA 軟化點 (Softening Point) 相當低, 而 HDPE 低溫易脆化, 故 EVA 適用在低溫地區,HDPE 則用在溫度較高的地 40

54 區 因臺北都會區並無低溫問題, 故其規範規定的鋼軌墊片需為 HDPE 或天然橡膠 此外, 為了增加縱向束制力, 鋼軌墊片應為高磨擦係數之表面, 此縱向抵抗一般約為 10KN, 而枕木與道碴間的縱向抵抗約為 5KN, 如此, 鋼軌與枕木之間可維持固定不動, 所有軌道縱向變位皆發生在枕木與道碴之間 惟對高架段結構之無道碴道床軌道, 為考量軌道與橋樑因溫差的互制行為, 縱向束制抵抗將適度降低, 以避免橋墩承受過大的水平負荷 一般用在混凝土枕上的鋼軌墊片, 其垂向彈性係數約為 200KN/mm 部分扣夾系統亦會在扣夾與鋼軌底部上方之間使用一塊絕緣材料, 稱為扣夾絕緣子 (Spring Clip Insulator), 其材質一般亦為 EVA 或 HDPE 扣夾絕緣子除提供電氣絕緣外, 因扣壓力的關係, 扣夾絕緣子與鋼軌間亦有磨擦力存在, 相對可提高扣件系統對鋼軌的縱向束制力 一般扣夾絕緣子與鋼軌之間磨擦係數約為鋼軌墊片與鋼軌之間磨擦係數的 1/3, 部分設計者將其視為調整鋼軌束制力之用, 惟扣夾絕緣子的主要功能應是電氣絕緣 扣夾系統 扣夾系統的分類方式至少有以下幾種 : 一 螺栓式與非螺栓式 : 以扣夾固定方式作區分 二 彈性與非彈性 : 以扣夾本身具有彈性與否作區分 三 鋼條 鋼鈑與鋼塊 : 以扣夾的外觀作區分 四 高縱向阻力與低縱向阻力 : 以扣夾系統要求提供的縱向阻力大小作區分 茲將目前在軌道界較為知名的扣夾系統, 以其扣夾固定方式及扣夾外觀作分類如表 表 扣夾系統分類 圖 PANDROL 扣夾外觀 圖 VOSSLOH 扣夾外觀 41

55 為驗證扣件系統的功能, 配合 PC 枕而執行的試驗有 : 鋼軌扣件動態爬行試驗 (Rail Fastening Dynamic Creep Test): 將震動馬達 (vibratory motor) 安裝在鋼軌上, 該馬達在頻率 2850cpm 下足以輸出 2500 牛頓垂直作用力 鋼軌受振動下, 產生連續移動之最小荷重, 視為扣件動態爬行抵抗 變形在服務點 (service point)1 公厘內 頻率 1000cpm 曝露 3 仟萬週次之反覆作用下, 所顯示之鉗制力應無損失 鋼軌扣件預埋件試驗 (Fastening Insert Test): 如圖 所示, 加載荷重至少為扣夾施加在鋼軌底座作用力之 5 倍, 並至少持續 3 分鐘 經由目視檢查時, 預埋件不得有移動 混凝土不得有開裂 因環繞在預埋件周圍之乳沫所產生分離現象, 將不作為拒絕之理由 圖 鋼軌扣件預埋件試驗 鋼軌扣件拉拔試驗 (Fastening Uplift Test): 如圖 所示, 對鋼軌逐漸施加一荷重, 並記錄鋼軌自墊片或墊片自軌座分離之荷重 P( 取最先發生者 ), 然後將荷重完全解除, 再施加 1.5P 之荷重 混凝土內之預埋件不得被拔出或鬆動 扣件系統之任何零件應無破裂且鋼軌應無鬆動 圖 鋼軌扣件拉拔試驗 鋼軌扣件反覆載重試驗 (Rail Fastening Repeated Load Test): 如圖 所示, 荷重為向上及向下交互作用, 方向與鋼軌垂直軸呈 20 之角度, 共作用 3 百萬週次, 加載速率每分鐘不超過 300 週次 鋼軌在荷重作用下應可自由旋轉, 每一週次應包括向上及向下加載各一次, 向上之加載應為 0.6P,P 值為鋼軌扣件拉拔試驗所定義之荷重 若使用彈簧來產生向上之加載, 則向下加載應為 75KN+0.6P; 若使用雙動油壓槌 (double-acting hydraulic ram) 來產生向上及向下加載, 則向下加載應為 75KN 扣件系統內任何零件的破損, 將判定本試驗失敗 電阻及阻抗試驗 (Electrical Resistance and Impendance Test): 由廠商提出一試驗室試驗程序 / 標準, 用以驗証混凝土枕及其扣件系統符合軌道對地絕緣要求 42

56 圖 鋼軌扣件反覆載重試驗 鋼軌扣件縱向束縛試驗 (Rail Fastening Longitudinal Restraint Test): 如圖 所示, 施加縱向荷重, 在每增加 1.5 仟牛頓之縱向荷重後, 讀取縱向位移量 鋼軌之兩側各安裝一變形指示計 (dial indicat -ors) 且平行於鋼軌縱向軸, 鋼軌位移量取二個變形指示計之平均值, 且讀至 公厘 加載方式採逐量增加至扣件系統容許最大的縱向束制力, 且此荷重下至少持續 15 分鐘 扣件須有能力承受任一方向之縱向荷重試驗, 若鋼軌縱向位移量超過 3 公厘, 則判定本試驗失敗 圖 鋼軌扣件縱向束縛試驗 鋼軌扣件橫向束縛試驗 (Rail Fastening Lateral Restraint Test): 如圖 所示, 先對鋼軌施加一 44 仟牛頓之荷重, 以使鋼軌座落在扣件上, 將荷重移開後, 使量測鋼軌位移之變形指示計歸零 加載速率每分鐘不超過 20 仟牛頓, 直到荷重達 80 仟牛頓或量測鋼軌底座位移之變形指示計達 3 公厘止 若扣件在荷重未達 80 仟牛頓而位移己超過 3 公厘, 或軌枕或扣件之任何零件完全失敗, 則判定本試驗失敗 43

57 圖 鋼軌扣件橫向束縛試驗 3.5 木枕扣件系統 在臺北捷運系統中, 木枕大多用於機廠地區 木枕扣件系統主要包括彈性扣夾 金屬墊鈑 (Baseplate) 與道釘等三大部分, 其中彈性扣夾是座落在金屬墊鈑上, 金屬墊鈑則利用道釘固定在木枕上 因木枕材質較軟, 利用金屬墊鈑不僅可保護木枕避免其受損, 同時金屬墊鈑亦可提供彈性扣夾的安裝底座 束制鋼軌橫向位移所需的鋼肩設計等等 另外, 木枕為天然材質加工而成, 扣件系統係直接在現場利用道釘固定在木枕上, 此有別於 PC 枕的錨定組件是在 PC 枕製造過程中預先埋入 部分木枕扣件系統亦有使用鋼軌墊片, 以緩和輪軌衝擊負荷對金屬墊鈑的影響 臺北高運量捷運系統除平面段的特殊軌區使用木枕外, 其它則在零星點使用, 例如道碴道床與無道碴道床相鄰處的數根 PC 枕改用木枕 機廠平交道位置使用木枕 平面段因預埋管出口 (Stub-Up) 位置干擾 PC 枕的安裝而改用木枕等, 故各線對木枕扣件系統的需求量小 此外, 平面段的特殊軌區, 各系統目前已有改用 PC 枕或其它混凝土枕, 木枕扣件系統的使用空間將大幅被壓縮, 可預期的未來, 木枕扣件系統將有被淘汰的趨勢 至於扣件系統配合木枕而執行的試驗有以下二項 : 一 鋼軌扣件動態爬行試驗 (Rail Fastening Dynamic Creep Test): 將震動馬達 (vibratory motor) 安裝在鋼軌上, 該馬達在頻率 2850cpm 下足以輸出 2500 牛頓垂直作用力 鋼軌受振動下, 產生連續移動之最小荷重, 視為扣件動態爬行抵抗 變形在服務點 (service point)1 公厘內 頻率 1000cpm 曝露 3 仟萬週次之反覆作用下, 所顯示之鉗制力應無損失 二 電阻與阻抗試驗 : 在 500V D.C. 下, 量測鋼軌與枕木間之最小電阻值為 10 百萬歐姆 44

58 3.6 彈性基鈑 基鈑或稱墊鈑 (Baseplate) 原本係指道碴道床軌道中介於木枕與鋼軌之間的鋼質面鈑, 其是用來緩和輪軌負荷直接作用在木枕上, 避免木枕因高壓應力而受損, 同時亦可提供固定鋼軌所需扣夾底座與限制鋼軌側向位移的鋼肩設計等, 但隨著無道碴道床軌道的發展, 道碴道床原有吸音減振的功能已不復存在, 取而代之的就是彈性基鈑的開發 彈性基鈑顧名思義是將金屬墊鈑與彈性材結合, 一方面仍維持墊鈑原有功能, 另一方面利用彈性材的性能, 以達到絕緣及減振抑噪的效果 ( 圖 ) 由於其是用在無道碴道床軌道上, 故泛稱為無道碴道床鋼軌扣件組件 (Direct Fixation Rail Fasteners,DFF) 彈性基鈑的分類 圖 彈性基鈑 由彈性基鈑的發展經過, 可將彈性基鈑作以下之分類 : 一 彈性基鈑依彈性材受力變形的方式, 可分成承壓型與剪切型兩種 以橡膠彈性材為例, 其容許剪切應變一般為容許壓縮應變之 2 倍以上, 若橡膠容許壓縮應變為 25%, 則容許剪切應變可達 50%, 這也說明了剪切型基鈑的垂向彈性係數可降低的原因, 因彈性係數低, 軌道自然頻率低, 相對地減振抑噪的功能佳 是類彈性基鈑以德國 Clouth 所生產的 Cologne Egg 最為有名, 其彈性係數可低至 6KN/mm, 為目前粘結型彈性基鈑中公認最佳者 至於承壓型彈性基鈑的垂向彈性係數, 最高可達 30KN/mm 以上, 最低如美國 L. B. Foster 的彈性基鈑, 其彈性係數為 13KN/mm 目前臺北高運量捷運系統所採的彈性基鈑為承壓型, 其彈性係數在高架段為 20.38KN/mm 地下段為 15.76KN/mm, 屬彈性係數較低的一種 二 彈性基鈑依金屬鈑 ( 包括頂鈑及或底鈑 ) 與彈性材粘結與否, 可分成粘結型與非粘結兩種 兩者特性比較如下 : ( 一 ) 非粘結型彈性基鈑由於彈性材與金屬鈑間未粘結而會有滑移行為, 滑移將導致彈性變軟, 應變更大, 鼓脹象現減少, 形狀係數將比粘結型為小, 同時彈性係數因滑移而變動, 有效性降低, 故一般在分析時, 非粘結型的形狀係數 45

59 可取粘結型的形狀係數除以 1.8; 若單側粘結, 前述比值降為 1.4 ( 二 ) 非粘結型基鈑因彈性材長期處在預壓狀態, 彈性材壽年相對會縮短 ; 不過, 非粘結型彈性基鈑, 若發生彈性材老化現象, 可快速將彈性材更換 至於粘結型彈性基鈑的使用壽年一般會較高, 惟一旦彈性材老化, 則整組基鈑需抽換 ( 三 ) 非粘結型彈性基鈑因彈性材未與金屬鈑粘結, 其粘滯性只有壓力而無張力, 此將影響其耗能行為, 相對喪失部分阻尼特性, 影響其減振抑噪效果 三 彈性基鈑依其錨定方式, 可分成固定底鈑方式與錨定螺栓由頂鈑貫入等兩種 其中固定底鈑的錨定方式一定是粘結型基鈑, 是類基鈑之錨定螺栓只承受有限的安裝應力, 一旦基鈑承受負荷時, 彈性材可減緩負荷對螺栓的影響, 相對所需之螺栓直徑較小 ; 螺栓由頂鈑貫入的的錨定方式又稱為機械式固定, 對非粘結型基鈑而言, 彈性基鈑的完整性完全是由螺栓所提供, 為確保金屬鈑與彈性材的密接, 螺栓安裝定位後必須承受相當高的張應力, 加上基鈑承受外界負荷時, 大部分的負荷仍將由螺栓所承受, 故其直徑要求較大 四 完整三維基鈑與不完整三維基鈑之區分 : 完整三維基鈑是指基鈑除垂向束制外, 尚有對縱向與橫向適當束制機制, 此機制一般係指機械式束制方式 典型例子為 Cologne Egg 彈性基鈑, 其頂鈑是套在底鈑之內, 中間填以橡膠, 故能有效束制縱向與橫向負荷所產生的變位 此外, 前述錨定螺栓由頂鈑貫入的基鈑雖屬完整三維基鈑, 惟一旦螺栓斷裂, 其縱向與橫向束制將不復存在 至於不完整三維基鈑, 其雖具有縱向與側向束制功能, 惟因機制不夠完善, 一旦彈性材與金屬鈑之粘結失效後, 將無法有效提供束制功能 另外改良型的 Cologne Egg, 原係配合臺北捷運限用二根錨定螺栓的規定及基鈑容許的平面尺寸與厚度所作之改良, 其增加一個向上內彎之上壓鈑, 可抵抗軌道上拉力, 如此, 三方向皆有束制, 更增加安全性, 可惜臺北捷運的廠商並未選用, 反而臺鐵苗栗隧道段及香港機廠快線已先一步使用, 其垂向勁度均為 25KN/mm 五 外部擋鈑與內部擋鈑 : 外部檔鈑如前述 Moses 及早期的彈性基鈑, 惟因擋鈑設計尚有改善空間, 容易造成外部擋鈑受損, 新型的彈性基鈑如 L. B. Foster, 其外部擋鈑的設計已臻完善, 為最典型的例子, 另外,LORD 之 RF 型亦為外部擋鈑設計 至於內部擋鈑設計如淡水線 LORD 之 RF 型基鈑與 ATS 之 B2 型基鈑, 其是利用頂鈑與底鈑間的內楯 (Key) 或制動器 (Stop) 的方式, 以提供基鈑側向與縱向抵抗 主要零件 彈性基鈑的整體功能係以一系列測試作驗證, 在進行基鈑整體功能驗證之前, 構成彈性基鈑之金屬鈑與彈性材的材料性質 錨定組件等, 需先完成相關試驗 臺北捷運第一條高運量系統 ( 淡水線 ) 就曾因金屬底鈑腐蝕 金屬底鈑與橡膠彈性材脫膠 (Debonding) 等原因, 而發生基鈑剝離案, 造成整個淡水線軌道標契約執行上的困擾, 對使用彈性基鈑的無道碴道床初次引進國內的打擊相當大 所以規範針對不同的橡膠需提供不同的試驗方法與試驗結果 46

60 表 為臺北高運量捷運系統現有彈性材的性質彙整 由於彈性材的性質規定, 對淡水線基鈑剝離案的影響甚微, 故此部分在臺北高運量各線的軌道規範中幾無變動 表 的各項性質要求 試驗方法與試驗結果等, 大致與北美各大捷運系統的規定相同 錨定組件包括有錨定螺栓及錨定套管兩項, 北美各大捷運系統對錨定組件的材質規定相當一致, 錨定螺栓一般要求為鋼質, 須符合 ASTM A325 型式 1 之規定且依照 ASTM A153 作熱浸鍍鋅處理, 或是符合未鍍鋅型式 3 之規定 ; 至於錨定套管亦為鋼質, 應由符合 ASTM A536 級數 或更高級數但伸長率大於 6% 之延性鑄鐵或 SAE J429 之 5 級鋼等製造 臺北高運量捷運自土城線及後續路網針對錨定螺栓及套管所規定的試驗項目有三 : ( 一 ) 束制拉拔試驗 : 上拔負荷至少 175KN ( 二 ) 無束制拉拔試驗 : 上拔負荷至少 70KN ( 三 ) 扭力試驗 : 施加扭力至設計上磅值之二倍以上 47

61 3.6.3 彈性基鈑的測試計畫 試驗結果不得發生有明顯滑動或混凝土測試塊破裂, 或螺栓與套管 套管與混凝土間之粘結破壞等現象 另外, 除了鑄鐵材質之錨定套管外, 北美以外的捷運系統亦有使用類似 PC 枕木的塑膠套管, 其所持理由是塑膠套管的絕緣性能佳 鑄鐵套管使用久後易發生螺栓與套管生鏽卡死 但塑膠套管亦有缺點, 例如 : 螺栓在塑膠套管內亦可能發生生鏽卡住 塑膠套管因混凝土施工不當而滑牙 塑膠套管可重覆上磅之次數遠較鑄鐵套管為少等等 兩者各有其利弊, 惟為改善螺栓與鑄鐵套管生鏽卡死問題, 在每次鬆開再鎖入螺栓前若能塗上適量防鏽劑, 則可避免生鏽卡死的發生 彈性基鈑的測試計畫北美各大捷運系統對彈性基鈑的規範係以採購 (Procurement) 性質的方式處理, 由於是類商業產品大部分涉及專利問題, 相對規範只以功能性條文作規定, 並不觸及基鈑的細部設計, 但對於構成基鈑之金屬鈑與橡膠的材料性質 錨定組件 整組基鈑的功能等, 規範則是以一系列的測試來驗證是否符合可接受標準 臺北高運量捷運系統初期的基鈑並非使用採購規範, 整個資格測試計畫是由廠商提送審查, 資格測試計畫架構太過簡略 在淡水線發生基鈑剝離後, 中和線已要求廠商依據臺北捷運的系統特性並參照 LA 的測試計畫架構提送 後續在中山科學研究院與工業技術研究院的協助下, 經由現場電聯車運行的量測數據 數值分析結果 實驗室疲勞與腐蝕測試等等, 同時全面檢討北美各大捷運系統的測試架構後, 參照 WMATA 而建立屬於臺北捷運特有的資格測試計畫架構 ( 圖 3-6-3), 並由土城線開始, 應用在後續路網中 生產品質控制測試生產品質控制測試主要是管控基鈑的量產過程, 確保品質的嚴謹程度不亞於原型基鈑 由於基鈑的品質及生產過程業經完整的資格測試驗證, 故在量產過程中, 係就每批產品進行抽測, 試驗的項目簡化為靜態 動態 電氣等測試 測試計畫架構 圖 後續路網資格, 至於反覆荷及耐久性測試因試驗時間較長, 費時費工, 不經濟, 一般係選作垂直與側向反覆負荷測試, 且試驗週次縮減為 500,000 次, 以符產品抽測原則 48

62 臺北高運量捷運系統之土城線所採用的生產品質控制測試計畫架構, 至於測試項目 程序與可接受標準, 請參閱前揭說明 另因初期路網曾發生基鈑各項測試符合規定, 但內部有橡膠與金屬膠結不良或橡膠內部出現孔洞等瑕疵, 其可能是生產過程中某一品管環節或其它原因所造成, 例如 : 粘結劑塗佈不全 灰塵異物沾上 壓力控制不當等等, 是項缺失的基鈑一直可運作正常, 惟非剖開基鈑, 瑕疵是很難被發現 故自新莊線 蘆洲支線開始, 基鈑在完成生產品質控制測試後, 需執行基鈑剖開目視檢測, 由測試用的 4 組基鈑中隨機抽取一組, 正面與側面各切一刀將基鈑分成四塊, 以目視檢測橡膠與金屬膠結情形 橡膠內部孔洞大小及比率等 圖 為臺北高運量捷運系統之土城線所採用的生產品質控制測試計畫架構 3.7 枕木 鋼軌必須以枕木 ( 亦有稱為軌枕 ) 為中介物方能置放於道碴上, 軌枕的設計及舖設分縱承墊枕 ( 沿著鋼軌之走向, 稱為縱枕 ) 及橫承墊枕 ( 與鋼軌走向垂直之方向, 稱為橫枕 ) 兩種, 鋪設方式由此而變化衍生成縱 橫枕相間舖置 框式構造等方式, 但仍不出前述兩種基本型式 橫枕易於道床之排水 舖設及抽換, 縱枕因與鋼軌合成一體, 而因荷重均勻分佈, 故車輛脫軌後便於滑行而減少損失 ; 縱枕大多用在橋梁上及路線終點場站 枕木的功能軌道工程實務上所使用之枕木多為橫枕, 以下以橫枕為討論對象, 說明枕木的功能及選用條件如下 : 一 枕木的主要功能 ( 一 ) 提供鋼軌平整的彈性基礎, 使鋼軌不必直接接觸粗糙不平之道碴 ; ( 二 ) 承受鋼軌荷重, 並儘可能均勻分佈於較大面積之道碴道床上 ; ( 三 ) 為軌足與扣件系統提供支撐與固定 ; ( 四 ) 保持軌距 鋼軌傾斜度及軌道平 縱斷面線形 ; ( 五 ) 抵抗鋼軌之橫向應力 ; ( 六 ) 提供鋼軌間之電氣絕緣 ; ( 七 ) 防止鋼軌爬行 二 選用條件 49

63 ( 一 ) 具有相當彈性及耐久性 : ( 二 ) 受溫度影響之伸縮量少 ; ( 三 ) 扣件系統易於穩定固著, 以利固定鋼軌 ; ( 四 ) 便於設置 維修及抽換 ; ( 五 ) 可以長久供應無虞 材料的分類就材料之分類而言, 雖有木枕 鋼枕 混凝土枕及預力混凝土枕等四種, 但鋼枕及混凝土枕之應用已日漸減少, 僅限於局部特殊地點的使用 ( 如支線 山區鐵路 ); 鋼枕在早期鐵路發展中可與木枕相提並論, 因其具有使用壽年長 產品尺寸精度準確及仍有殘餘利用價值等優點, 但亦有取得困難及維修保養的缺點, 如電氣絕緣性不佳 須做適當防鏽蝕處理 易受砸道機具損傷及初期購置成本高等, 故難以在全面電氣化的軌道系統中使用 ; 混凝土枕則因彈性不佳, 易致破裂, 而且大部分優良特性與預力混凝土枕幾近相似, 因而被預力混凝土枕取代 臺北捷運系統中僅使用木枕及預力混凝土枕, 以下就該捷運系統中之預力混凝土枕及木枕分別予以說明 預力混凝土枕 ( 一 ) 軌枕分為兩支短軌枕, 但兩者中間以連接桿 (coupling rod or pipe) 連繫, 即所謂的雙節塊軌枕 (twin-block sleeper): 連接桿材質可為三角形角鋼或中空圓形合成材料, 中間灌填以鋼筋混凝土以增加其重量及勁度, 此型軌枕之另一個優點係較單支軌枕多兩個側向端面, 故在道碴中有較高的側向扺抗力 ( 二 ) 仍為單體式的整支軌枕 (mono-block sleeper), 但中段斷面變窄變薄, 但此種變化斷面型式軌枕之製作複雜且實效並不顯著, 故單體式軌枕仍舊以規則變化之角柱形為主, 本系統所使用之型式, 其中橫斷面上有 10 支先拉預力鋼鍵 由於鋼鍵為直線 ( 即平行於軌枕底面 ), 因此軌枕橫斷面可以變化, 以使得預力產生偏心作用而能配合彎曲力矩的分佈, 由此而得出之預力混凝土枕之典型形狀, 高度係由軌枕兩端向中央漸減, 寬度則由底面向頂面漸減 ( 成一梯形 ), 剖面線形的和緩變化可以防止應力集中 綜合而論, 預力混凝土枕具有以下的優點及缺點可供選用時的參考 : 一 可以施加預力 ( 先拉或後拉均可 ) 以承受較高的車輛載重二 體積及重量較大, 可以提供連續焊接鋼軌較高的穩定性三 設計及製作上可容許較大的變化程度四 混凝土材質較不具彈性, 在不良路基上較易發生噴泥現象五 對於波狀磨耗 (corrugation) 及不良焊接較為敏感六 受衝擊力 ( 如車輛出軌 裝運或卸載時 砸道機齒叉等 ) 作用時較易損壞七 動態荷重及道碴應力可能高出約 25% 八 廢棄使用後不具殘餘價值且需處理費用 木枕 50

64 一 使用處所 : 僅有少部分位於特殊軌區之前後與其直接相連的一般軌區, 或因閃避障礙物無法使用預力混凝土枕之軌區 ; 特殊軌區是使用木枕的主要範圍, 這是因為該區域內之軌道數及扣件固定孔位置變化所致, 故須先量測標定孔位或佈設擺定鋼軌後再行鑽設固定扣件孔位 ; 但若將特殊軌區之道岔或菱形岔心種類予以簡化, 且總數量可達經濟規模時, 亦可同樣採用預力混凝土枕以減少維修保養等壽年總成本, 此舉已在臺鐵已在研發試行中 二 木枕材質 : 可作為木枕的木材種類很多, 一般可概分為柔木及硬木兩大類, 前者如松木, 必須在鋼軌與木枕間加墊鋼質墊鈑以分散荷重, 但未免日久而產生凹陷, 亦有於墊鈑下方木枕表面再加上一層合成材料者, 柔木之優點在於不易因螺栓貫入而破裂 ; 硬木如橡木等, 常用於特殊軌區木枕表面無須設置鋼軌墊鈑而直接安放鋼軌者, 取其材質堅硬可直接承受荷重之故 ; 本系統使用木枕並不普遍, 故僅有一種規格之木枕即可 三 防腐處理 : 本系統中係使用蒸木餾油製煉法 (creosote), 將蒸木餾油防腐劑壓入木枕之內, 防腐劑為柏油木餾油或木餾油 - 柏油溶液 ; 在製煉之前須先將木枕枕身切刺深過 15mm 以上的注油孔, 用以增加木枕吸收防腐劑之含量 ; 煉製時將一批木枕封固於大圓筒中, 先施以蒸汽壓力以資鬆開木材纖維而易取其汁液, 繼之將筒內以真空抽氣吸出汁液及水份, 此兩道手續交替進行數個循環後約需時數小時之久, 可將木材內之水份及汁液抽出殆盡 ; 而後以低壓抽去木枕細胞內空氣 ( 本系統中採用白塞法 Bethell process, 為充細胞法 full cell method 中之一種), 再將加溫至 120 以上之木餾油導入筒內後施以大於 90N/cm2 之高壓, 以將木餾油壓入木枕內, 此過程需能將每一立方公尺體積之木枕吸收 160kg 之防腐劑, 對整批木枕而言之平均注入量不得少於 155kg/m3, 為達此標準需時十餘小時 ( 視木枕材積而定 ); 此法是最有效的防腐處理方法, 因為木枕內涵之油質可深入表面下 25mm 以上 ( 端部則為 40mm 以上 ), 故無虞被水沖刷, 經此處理後之木枕可耐用數十年之久 ( 須視木材種而定 ) 四 木枕尺寸 : 一般軌區 : 厚度 175mm 寬度 225mm 長度 2600mm, 特殊軌區之木枕厚度及寬度與一般軌區相同, 但長度則依軌道佈設之實際需求而定, 基本上最小為 2700mm, 另以 200mm 為增加單位 表 臺北捷運系統枕木舖設間距五 木枕排列 : 荷重傳佈的過程中鋼軌型式與軌枕間距係相互作用的, 而且若用較小之軌枕而列較密, 其結果常優於用較大而排列較疏者 ; 因為軌枕之間隔距離縮短以後, 一切軌道材料上受之壓塵力將隨之減少, 同時路基之載荷重將因而增加, 故較密之軌枕排列, 其重要性甚於軌枕之大小 : 一般而言, 為利道碴將鋼軌緊護及維修砸道, 軌枕間隔距離約等於軌枕厚度之二倍 ; 依此原則計算, 則本系統之預力混凝土枕中心間距為 22cm cm = 70cm, 木枕中心間距為 51

65 17.5cm cm = 57.5 cm, 但此係所有軌枕之平均值, 實際舖設時仍須依平面線形條加以調整, 表 即為本系統對於枕木間距之規定 3.8 鋼軌接頭 近代軌道系統已普遍採用連續長焊接鋼軌, 其特點是在非必要時, 儘量減少鋼軌接頭之設置, 以維持軌道結構完整性 惟為配合號誌之軌道電路 區隔供電系統之供電或維修換軌之方便性, 系統仍難免需佈設鋼軌接頭 典型者為鋼軌絕緣接頭 (Insulated Rail Joint,IRJ), 其完全是基於機電系統之需求而設置, 尤其號誌系統中之軌道電路發展與鋼軌絕緣接頭之使用有其密不可分之關係, 故在探討鋼軌絕緣接頭之前, 實有必要對號誌系統作一概述 本篇內容著重在鋼軌絕緣接頭之分析與設計, 並就各鐵路或捷運系統有關鋼軌絕緣接頭之試驗驗証作一比較分析 由於臺北捷運系統之軌道規範是由美國捷運總顧問制定, 鋼軌絕緣接頭之相關條文幾乎完全沿襲美國各大捷運系統之規範, 鑑於 AREA 1996 年版已將美國各大捷運系統行之有年之鋼軌絕緣接頭規範另立章節, 故本節將以此為中心作探討與比較 自從 1934 年 Meier 教授提出連續長焊鋼軌 (Continuous Welded Rail, CWR) 理論迄今,CWR 觀念已成熟且普遍地應用在近代軌道系統上 其特點是定尺鋼軌皆以焊接方式結合, 在非必要時, 儘量減少魚尾鈑接頭之使用, 俾維持軌道結構之完整性 在不得已需設置魚尾鈑接頭之軌道, 則採用高強度之接頭, 使軌道得視同無接縫 CWR 軌道之鋼軌接頭可分成夾膠式 非夾膠包覆式與 MT 接頭 夾膠式鋼軌接頭 圖 夾膠式接頭如圖 , 魚尾鈑與軌腹間塗以粘著劑, 粘著劑除作為絕緣功能外, 主要是提供接頭負荷抵抗之用 非夾膠包覆式鋼軌接頭如圖 , 魚尾鈑是採全包覆式塗裝絕緣材, 魚尾鈑可直接由螺栓固定在軌腹上, 由於是機械式接頭, 安裝與拆卸快速 容易, 且得重覆使用, 早期其是否可用在 CWR 軌道上常引起爭議, 惟 AREA 在 1996 年版已將其納入規範, 故其適用性應無虞 52

66 圖 非夾膠包覆式接頭圖 MT 接頭如圖 , 纖維樹脂絕緣層以鋼質面板保護, 魚尾鈑先在工廠內施加絕緣層與面板, 俾利工地現場安裝, 當魚尾鈑利用螺栓固定在軌腹後, 魚尾鈑與軌腹間之縫隙再灌入填縫料,MT 接頭所受負荷是由魚尾鈑與軌腹間之磨擦抵抗, 德國鐵路將 MT 接頭視同夾膠式接頭, 其與非夾膠包覆式鋼軌接頭皆方便於工地現埸安裝 鋼軌接頭依其絕緣與否又可分成普通接頭與絕緣接頭 鋼軌普通接頭是應換軌方便而設置, 例如岔心處, 為確保電氣之連續性, 一般將負電迴流聯軌線兩端各焊於接頭兩側鋼軌之軌腹上, 接頭處無需再安放絕緣端板 (End Post), 惟臺北高運量捷運系統在初期路網並無使用普通接頭之案例 53

67 圖 滾動衝擊載重試驗 3.9 端末設施 端末設施係指設於軌道末端的停車設備, 例如止衝擋 (Buffer Stop) 防撞桿 (Bumping Post) 阻輪器或止輪器 (Wheel Stop) 等, 如圖 所示 54

68 止衝擋防撞桿阻輪器圖 各種端末設施止衝擋因具漸進式提高阻抗列車行駛能力之停車設備, 一般係安裝在正線軌道的末端, 其設計考量首在旅客安全, 其次為避免或滅少電聯車受損, 惟機廠軌道末端若鄰近重要結構物 ( 如變電站 工廠 抽水機房等 ), 為保護結構物與電聯車的安全, 仍以設置止衝擋為宜 機廠一般軌道的末端, 由於機廠行車速率低 鄰近端點無結構的影響時, 設置防撞桿已足敷所需, 防撞桿為固定在軌道末端, 以彈性面板 (Spring Face) 緩和電聯車的撞擊, 電聯車撞擊速率一般低為 5 km/hr 對於廠房內非號誌控制區的軌道, 端末設施只在防止電聯車滑行, 故可設置型式更為簡單的阻輪器 新加坡捷運系統規定電聯車的撞擊速率為 15 km/hr 主體長度 2 公尺的止衝擋在滑行距離 8 公尺內至少能吸收 2000KN-m 的動能而不致受損 經估算電聯車質量約為 230Ton, 相當於電聯車一列六節車廂的座位坐滿時的質量, 止衝擋對電聯車的平均反力為 2000/8=250KN, 若取八組磨擦元件 (Friction Elements) 並參考 DB 標準, 則最大反力約為 320KN 3.10 導電軌 ( 第三軌 ) 系統 自從鐵路電氣化以來, 當時 1902 年所採用之導電軌系統材質均為鋼 (Steel ), 選用該材質之考量係鋼軌 (Running Rails) 之延伸, 故導電軌又稱之為 第三軌 (Third-Rail) 隨著電車車廂之加大 車次班距之密集等致負載電流量需求增加, 其導電鋼軌之截面積從 3500mm² 逐漸演變至 5532mm² 但由於其電阻值過大, 會造成大量電能之損耗及嚴重電壓降 (Volt-drop), 進而無法驅動電聯車, 故牽引動力變電站之站距一直受到限制無法拉遠 後來, 為改善其導電性, 故在原鋼材內加入高純度之鐵質而製造出低碳鋼 (Low-carbon Steel), 又稱軟鐵 (Soft-Iron) 55

69 導電軌 ( 第三軌 ) 系統 1958 所採用之軟鐵導電軌其導電率已從 7m/Ohm-mm² 提升為 8.5m/Ohm-mm², 但受限於鋼材材質本身電氣性能已無法再大幅改善 1963 年 11 月鋁製 (Aluminum) 導電軌首次安裝於 SelhurstDepot 機廠內的部份軌道, 經 18 個月使用後, 由於鋁材硬度特性並不耐磨, 發現其與集電靴之接觸面過度磨損 對此缺點, 加拿大發展出一新穎設計方式, 其利用一層薄不鏽鋼以機械壓縮方式夾接至鋁導電本體, 以做為集電靴犘擦面 然而, 根據理論分析及舊金山和巴塞隆納捷運系統使用經驗可得知, 其兩不同材質通過電流所產生之熱脹冷縮比率並不一致, 將衍生雙金屬效應 (Bimetallic Effect), 並且另有鋁 / 鋼接面電阻 (Transition Resistivity) 問題均限制此形式之導電軌僅適用於輕軌捷運系統 (Light Rail System) 或負載電流不大的維修工廠內之滑動式供電系統 也唯有以分子式或焊接方式結合之新型鋁合金複合導電軌, 其機械特性與電氣性能才能符合重運量捷運系統需求 因此臺北捷運局軌道標技術規範 (TTS) 第 章 2.01 條款規定 : 軌道承商所提供之導電軌應由高導電率之鋁合金所製成, 並不得使用機械方式而須以分子式 (molecular) 或焊接程序 (welding process) 將不鏽鋼耐磨表面鑲入, 以承受電聯車的集電靴接觸 圖 焊接方式結合之導電軌 目前搭接接頭組件均建議採用魚尾板搭接螺栓固定方式 此組件使用時機為以下四種情形 : 一 導電軌與導電軌間之搭接 二 導電軌與端部組件間之搭接 三 導電軌與伸縮接頭組件間之搭接 四 導電軌與絕緣接頭組件間之搭接 搭接組件的兩片魚尾搭接板 (Fish-plate) 材質一般均採用和導電軌相同之材質製成, 高運量用鋁合金而中運量木柵線則使用鍍鋅碳鋼, 其設計形狀應能緊密的夾住導電圖 搭接組件 軌腹部之凹槽部位 ( 圖 ) 搭接板之長度尺寸值由廠商細部設計時決定之, 唯其必須滿足以下兩項功能要求, 一其接觸電阻值不得高於原導電軌之電阻值, 二其機械彈性應力不得低於原導電軌之彈性應力值 搭接板固定螺栓 (Fixed-Huckbolt) 須為熱浸鍍鋅碳鋼或鍍以其他經核准之表面材質, 以抵抗臺北炎熱潮溼氣候下之腐蝕問題 淡水線施工初期原本採用鍍鎘 (Cadmium plated) 螺栓, 但因鎘污染環境甚鉅, 螺栓工廠後來停止製造生產 每組搭接接頭組件之固定螺栓數目在不得少於四個下, 由廠商細部設計所決定 伸縮接頭組件 伸縮接頭組件主要目的係提供導電軌每一區段, 在一定之距離, 提供一個熱漲 56

70 冷縮的伸縮氣隙, 氣隙之作用長度至少為 150mm, 使導電軌可避免因為 4000A 連續負載電流所產生之熱漲冷縮效應, 而彼此擠壓導致導電軌線形扭曲變形, 進而影響行車安全 伸縮接頭除了要提供熱漲冷縮氣隙外, 另需提供一導電軌相同容量之電流路徑以跨越氣隙 較舊型的設計方式為氣隙間用數根高可撓性的銅電纜搭接, 以提供氣隙間的電氣連續 端部組件 端部組件主要目的係在配合轉轍區 (Turn-out) 維修步道(Walk-way) 穿越行車軌與防洪隔艙等區域, 導電軌不能連續佈設而須中斷時, 須以此組件用以平滑地將集電靴導入 (Lead in) 或脫離 ( Run off) 該區段之導電軌系統 ( 臺北捷運導電軌標準工作高度為鋼軌面 T/R+170mm), 以避免電聯車集電靴與導電軌發生碰撞事故 端部導電軌有高速型及低速型兩種, 高速型斜面坡度斜率為 1:50, 使用在主線區與機廠進出軌區, 低速型斜面坡度斜率為 1: 30, 使用於機廠區, 由於機廠廠區電聯車運行速度被限制在 25km/hr 圖 端部組件安裝完成狀態 錨定組件 錨定組件之功用主要是防止導電軌在絕緣礙子的固定爪勾上 (Insulator claw) 朝水平方向任意滑動位移, 水平方向之位移力主要是由電聯車集電靴於導電軌上之滑行接觸力, 以及導電軌上承載負載電流產生溫度變化所致之熱漲冷縮, 透過此組件使得導電軌之熱漲冷縮效應, 平均地朝其兩導電軌區段之自由端或伸縮接頭組件自由伸縮 因此當導電軌之伸縮接頭失效時, 錨定組件之錨定作用, 需有足夠強度來承受導電軌水平方向之位移力, 此時, 該位移力將藉由錨定組件轉移至支撐托架上, 該托架將偏斜以提供軌道維修人員明顯之故障指示, 製品外觀如圖 圖 錨定組件外觀 57

71 電纜接頭組件 電纜接頭之主要功能係提供由其它承商所安裝的 750V 供電直流電纜 ( 來自 TSS 饋電電纜或在特殊軌區 導電軌無法連續佈設等之跨接電纜 ) 與導電軌連接之用, 由於往往土建標施作軌道層預埋管時程, 遠早於軌道標完成導電軌系統佈設圖之前, 所以這些電纜出線管 (Stub up) 之位置無法事先精確的決定, 因此電纜接頭之設計必須能沿導電軌上 ( 除端部組件 ) 任一點均可安裝 電纜接頭尺寸大小之設計應能安全承載所搭接全部電纜的額定電流值, 而不會產生過熱現象, 並應提供適當足夠的安裝空間, 以便容易連接電纜 而在設計每個電纜接頭的接線端子板提供多少數量電纜端接時, 另一考量重點在於其加於導電軌上的偏心載重值, 不得造成導電軌在接線端子附近產生扭曲 下沈或其它定線變形情況 電纜接頭之上方必須安裝以一個特殊造型的保護蓋板, 以隔絕任何可能帶電體之外露 電纜接頭可用螺栓或焊接方式固定至導電軌上, 由軌道承商於細部設計決定採用何種安裝方式 但就工地環境與施作速度考量, 除了木柵線採用電纜直接焊接於正負電軌上之外 ( 銅與鋼之熔點相近 ), 目前臺北捷運高運量的電纜接頭仍均採螺栓固定方式設計, 製品外觀如圖 圖 電纜接頭組件 絕緣接頭組件 導電軌絕緣接頭組件之主要功能是做為區隔相臨兩 TSS 之電力區間, 並可避免採用端部組件做為區隔電力區間, 如圖 所示, 所導致電聯車上之集電靴導入及脫離導電軌而產生火花及機械性碰撞磨損, 以增長導電軌及集電靴之使用壽命 圖 絕緣接頭組件 絕緣支撐組件絕緣支撐組件其功能主要為支撐導電軌在相對於車行鋼軌一固定幾何位置上 ( 臺北捷運的導電軌標準工作高程為鋼軌面上方 T/R+170mm 導電軌水平中心距鄰近鋼軌內緣 600mm; 即距軌道中心線 mm), 使電聯車在兩鋼軌上運行時, 集電靴均能與導電軌緊密接觸以獲取工作電流 此組件並須確保使帶有 750V 直流電壓之導電軌與大地電氣絕緣, 及提供足夠的絕緣間距 (electrical clea -rance) 絕緣支撐組件的設計重點在其機械強度須能承受住靜態與動態負重, 靜態 58

72 負重係指一個體重約九十公斤成人站立於兩絕緣支撐中間, 而動態負重係指系統最大短路電流所產生之電磁力 其均不能造成絕緣子破裂及絕緣支撐最大永久偏移量超過 5mm 絕緣支撐組件並應具有水平及垂直方向的可調整性, 以利現場安裝與未來鋼軌磨耗時之調整需求 保護蓋板組件 導電軌系統中之保護蓋板 (Protective Cover), 如附圖, 其功能係為防止軌道維修人員或乘客於軌道間行走時意外碰觸而造成感電意外, 並保護導電軌不受下墜物及投擲等外物之破壞 電聯車行駛所需之電力係藉其集電靴以上壓方式與導電軌之不鏽鋼面接觸, 故電聯車上之集電靴勢必在導電軌接觸面上滑動, 然導電軌是由每根標準長度為 15 公尺之第三軌透過搭接接頭組接而成, 並且於特殊軌區 ( 人行通道或轉轍區 ) 導電軌更是以不連續方式搭設, 故在電聯車高速行駛晃動之情況下, 集電靴滑過此特殊軌區或第三軌間搭接縫時, 會因而產生電弧火花, 因此保護蓋板須具有高燃點, 以防止電弧而引起蓋板發生點火現象 在標準型式的保護蓋安裝後, 仍有帶電體曝露在外處諸如所有的絕緣支撐 伸縮接組件 端部組件及電纜接頭, 則應安裝經加工裁切的護蓋或以特殊的保護蓋板, 絕不可有任何導電軌上帶電體部位沒有絕緣蓋板遮蔽保護, 以避免將來發生維修人員或乘客不慎碰觸之感電事故 保護蓋與導電軌之間應安裝以蓋板支撐塊 (Cover Block), 另外, 保護蓋頂面應貼以自粘性的警告標誌, 其間隔不超過 5 公尺, 標誌須具有閃電符號及中英文白底紅字 高壓危險 字樣, 此標籤應適合臺北的戶外環境 護蓋安裝前應置放蓋板支撐墊塊 護蓋安裝完成後黏貼警告標誌 各式接頭特殊護蓋型等如圖 至 所示 圖 護蓋支撐墊塊 圖 護蓋及警告標誌 圖 隧道段護蓋安裝型式 圖 端部組件支座護蓋 59

73 圖 伸縮接頭護蓋 圖 電纜接頭護蓋 鋼軌 鋼軌扣件 標準鋼軌 - AREA. UI C 耐磨鋼軌 - AREA. UI C 扣夾扣夾扣夾絕緣子單層雙層基鈑三層 錨定螺栓 鋼軌墊板錨定預埋套管錨定螺栓 道岔 - UI C. AREA 軌道 道岔 菱形岔心 - UI C. AREA 軌道承托系統 軌道其它附屬品 道碴軌道 - AREA 少道碴軌道無道碴軌道鋼軌絕緣接頭止衝檔防撞桿鋼軌焊接 傳統接頭 夾膠接頭 - AREA 圖 軌道元件系統枝狀圖及引如圖所述, 軌道工程係經歷過軌床施築 運行鋼軌鋪設 特殊軌道組裝 導電軌系統安裝及相關軌道附屬設備與組件安裝, 各項均係獨立施築, 雖於施工過程中亦有執行檢驗工作, 但僅限於該個別施工項目, 故於整個軌道標工程項目完成後, 進行整體性質檢驗, 以測試是否能配合後續之系統機電工程之需求, 以及在運作性能上是否能達到規範之要求 本章逐項說明檢驗項目 內容淨空檢核等 第一節檢驗項目及內容軌道安裝完成後, 須進行整體軌道系統之檢測, 以確認系統安裝組合可符合契約規範要求, 檢驗之項目與內容計有 : 止輪器 60

74 一 尺寸 軌距 線形及高程須在容許公差內二 所有扣件 螺栓等必須正確安裝且鎖緊三 工區必須整齊清潔, 所有碎屑須已清除四 道碴斷面正確無誤及道碴夯實五 標識與標誌已正確地安裝六 尖軌區已潤滑且能正常操作七 契約範圍內之排水管及導管其阻塞物已清除八 焊點軌頭已研磨完成九 電力絕緣值及電導值在檢驗前, 軌道施工廠商須將已安裝之材料與已完成之工作結果的試驗報告與品管文件提送審查, 並在條件成熟下, 依約定之時間進行最終檢測 由上述各項分類, 概可區分為目視量測 尺寸檢測 力量檢測及電力檢測等 4 項 此 4 項中, 隱含了 2 項對軌道工程安裝品質檢核最具代表之項目, 一為軌道本身之軌道電氣測試, 另為所有界面設施安裝完成後, 所進行之淨空車檢核作業 所有之作業分類, 將依序說明其作業或檢核內容 一 目視檢查 : 針對主要材料及標誌等設施, 可以目視方式確認其是否正確安裝及表面是否受損傷 本項檢測之主要執行方式為履勘, 檢驗人員檢查並計數軌道沿線所需之里程標誌 超高標誌 曲線標誌及導電軌護蓋之警告標誌等可以目視檢查之設施, 以確認數量無誤 安裝正確且表面符合規範要求 二 尺寸檢測 : 完工成果之外觀尺寸及各項設施或設備之位置等均須以精密測量儀器加以確認, 並繪製圖說以利日後維修人員有所依循 一般而言, 材料之外觀尺寸於出廠前或進場安裝前, 可以試驗室出具之檢驗報告或工地會驗檢測得到確認, 而完工檢測主要係針對完工成果, 如軌床混凝土基座之長度 間距等 ; 軌道之軌距 線形 超高等 ; 轉轍器位置 ; 及隧道淨空等等, 以測量儀器量測位置, 再與設計資料比對, 來確認施作成果符合要求 而導電軌之位置或長度可由安裝之里程計算來確認 三 力量檢測 : 軌道工程中由扣件系統固鎖鋼軌, 或支撐導電軌固定位置與高度, 需採螺栓鎖住扣夾與基鈑或支座組件, 由施工規範要求或材料供應商建議鎖定所需之力矩, 故最終檢測須加以確認 四 電氣檢測 : 以電氣儀錶設備檢測各項施作組裝或配置之設備迴路正常性, 量測項目如下 : ( 一 ) 鋼軌絕緣接頭組件 道岔區之絕緣軌距鈑需檢測其電阻值, 所得之電阻值須達 歐姆以上 ( 二 ) 導電軌軌條連接之搭接組件及伸縮接頭組件安裝均需確保安裝後之電氣連續性, 每公尺需能保持小於 7μΩ 之電阻值 ( 三 ) 絕緣接頭組件係由高電阻之玻璃纖維製成, 安裝完成後需能提供 10 百萬歐姆以上之電阻值, 以阻斷電流通過 各項組件安裝後, 量測接受標準說明如表

75 表 電氣檢測作業接受標準 上表所列之 5 項材料在施工安裝階段, 均已完成百分之百量測, 確認其組合或安裝品質, 而在完工階段, 因鋼軌連接或機電系統標之纜線佈設, 除非採取破壞性之作業, 切斷系統之連接, 否則所構成之電氣迴路已無法量取 由於上述之測試時機有其階段性, 此為軌道標施工安裝及機電標進場作業後, 需有之共同體認 ( 四 ) 後續延伸線與既有營運線之電氣連接, 亦需進行系統電力測試, 以維行車安全 導電軌系統完工後, 須與已營運之路網連接, 完工之路線方可加入營運, 成為路網之一部分, 須執行導電軌之搭接組件連續性測試, 來確認路網連接正常, 營運無虞 至於屬軌道全線之系統電氣測試驗證與上述測試不同, 將在下節中說明 軌道電氣測試 軌道舖設完成後, 需進行電氣測試, 以驗證安裝舖設品質符合施工規範並滿足機電系統標之需求 一 測試條件 : 軌道電氣測試在執行上, 並非以全線區域進行 1 次測試, 而是配合區段不連續點 ( 可能是軌條尚未連接, 或為 IRJ 安裝處 ) 為測試範圍, 逐段進行測試驗證 測試配合條件涉及軌道標使用之儀錶及界面配合事項較廣, 惟基本上可歸納以下各點須充份配合之處 : ( 一 ) 測試範圍 : 1. 確定量測範圍與長度 2. 接線端子確實拋光研磨, 以降低界面電阻 ( 二 ) 儀錶校正 : 1. 測試使用之量測儀器均需有獨立實驗室出具校正報告, 以確認量測儀錶精確性 2. 每執行乙次量測, 儀錶均需歸零 ( 三 ) 測試區段配合條件 1. 無其它標施工機具 材料與鋼軌或導電軌接觸 2. 鋼軌 導電軌需與發電機或磁性材料避開 ( 隔離 ) 適當距離 3. 鋼軌 導電軌無界面系統標之纜線或道旁設施連接 ( 若有連接, 應透過協調進行拆卸 ) 4. 鋼軌與扣件組件無積水或滲水造成短路情況 5. 落實人員管制, 避免感電 62

76 ( 四 ) 隧道段測試項目限制指的是在潛盾隧道內進行導電軌 / 導電軌之連續性測試時, 受隧道單向性之影響, 導電軌測試接線無法構成一迴路, 常用鋼軌 - 導電軌之連續性測試取代, 即在測試區段內, 將導電軌與鋼軌連成一測試迴路, 所量得之結果扣除鋼軌連續性電阻值後, 即為此區段之導電軌連續性電阻 若測試結果無法符合規範, 應逐一隔離造成不符之可能原因, 並加以探討 修正與重測 最終測試之目的在確認軌道系統間之界面已完全整合, 並符合約規範要求, 已可與其他系統 ( 如供電 號誌及車輛等系統 ) 進行整合測試 二 測試項目軌道電氣測試分為連續性電阻及絕緣性電阻量測兩種, 連續性電阻量測計有鋼軌對鋼軌間及導電軌對導電軌兩項 ; 絕緣性電阻則有鋼軌對地及導電軌對地兩項 各項作業量測均需符合規定 : ( 一 ) 電氣連續性電力供應之迴路需確認電氣連續性, 以減少損耗, 提升效率, 進行軌道電氣連續性電阻測試之分類計有鋼軌及導電軌兩類, 鋼軌連續性電阻測試項目為鋼軌直流電阻測試 (Rail Electrical Continuity Test), 導電軌部份為導電軌 / 導電軌連續性電阻測試 (Conductor Rail Electrical Continuity Test) 等 1. 鋼軌直流電阻測試 : 鋼軌系統完工後須進行系統電阻測試 測試後之電阻須低於每公里 歐姆, 以確認鋼軌與鋼軌之連接正確無誤 ( 圖 及 ) 圖 道碴道床鋼軌直流電阻測試圖 無道碴道床鋼軌直流電阻測試 2. 導電軌 / 導電軌之連續性電阻測試 : 為確認所有導電軌之連接均正確無誤, 導電軌系統完工後, 進行測試後須確認每公里電阻須低於 歐姆 ( 圖 及 ) 圖 道碴道床導電軌連續性 圖 無道碴道床導電軌 電阻測試 ( 左 ) 連續性電阻測試 ( 右 ) 63

77 ( 二 ) 電氣絕緣性為防止雜訊或雜散電流之產生, 鋼軌間電阻 鋼軌對地及導電軌系統對地電阻等須較契約規範為高, 電氣絕緣性電阻測試項目有鋼軌 / 鋼軌電阻測試 (Rail-Rail Electrical Resistance Test) 軌道對地電阻測試 (Track to Ground Electrical Resistance Test) 及導電軌 / 導電軌連續性電阻測試 (Conductor Rail to Ground Electrical Resistance Test) 等 1. 鋼軌 / 鋼軌電阻測試 : 測試後之電阻, 道碴道床軌道每公里電阻值須大於 20 歐姆, 無道碴道床軌道每公里須大於 150 歐姆 ( 圖 ) 2. 鋼軌對地電阻 : 當軌道系統之扣件鎖定後, 即可量測鋼軌對地電阻 依契約規定, 無道碴路段之電阻要求為每公里 150 歐姆以上, 而道碴路段之電阻要求則為每公公里 20 歐姆以上 圖 鋼軌 / 鋼軌電阻測試 3. 導電軌對地電阻 : 導電軌系統對地電阻係量測導電軌與混凝土基座或軌枕間之電阻值, 為確保系統充分絕緣, 本測試需達到每公尺 歐姆 ( 或每公里 10 百萬歐姆 ) 以上之電阻 ( 圖 ) 圖 導電軌對地電阻測試 3.11 淨空檢核 在軌道工程中所謂淨空係指車輛與相鄰結構物間必需保持之安全間距, 因此定義了車輛外圍線有下列 3 種 : 一 靜態包絡線 : 無乘客載重之新車廂, 靜止停放於直線軌道時之外圍線 二 動態包絡線 : 最大乘客載重 車體支撐裝置磨耗 鋼輪磨耗等之情況下之車廂, 運行於直線軌道時之外圍線 三 車輛淨空包絡線 : 車輛之動態包絡線外加一空間以容許車輛運行於豎曲線所產生之垂直偏倚 (Vertical Throw) 及軌道施工與維修之公差所定義之空間 由於施工過程中難免因測量 施工及環境變因等因素而產生誤差, 因此於站體 明挖覆蓋隧道段及潛盾隧道段完成後仍需進行淨空檢核, 以確保列車於未來通車營運時, 能與相鄰結構物保持安全間距, 以保障鄰近軌道設施及人員安全 淨空係以車輛淨空包絡線作為分析之依據, 在曲線段須加上水平偏移量及超高所產生之包絡線, 另土建標站體需完成裝修後再據以進行淨空檢測, 方可研判其裝 64

78 修面是否侵入淨空包絡線, 否則需依既有軌道中心線及淨空需求進行站體的建築裝修 一 淨空車檢核軌道完工時, 施工廠商須提供一行駛於軌道上之裝置進行路線淨空檢核, 以檢驗沿線結構 道旁設施 吊掛物 標識標誌等是否侵入車輛淨空包絡線 考量淨空檢核作業難以營運列車進行實際檢核, 淡水線廠商發展設計委由國內廠商生產製造後, 進行全線之檢核 由於製造完成之淨空車可依不同檢核路段, 調整檢核之包絡線種類含蓋之大小範圍, 且由機車頭推拉具機動性, 此種機動可調性之檢測設備亦為後續各線所採用或改良 每次進行淨空檢測作業前, 須先將淨空車移至直線無超高之軌道上, 以儀器檢校檢測車之中心線是否正確 ( 圖 ) 並將其框架伸展調整至包絡線範圍, 並量測各點 ( 如圖 之 D E F ) 之座標是否正確 圖 檢測車校驗圖 淨空檢查車淨空檢核作業係以車輛淨空包絡線最小淨空需求 ( 表 ) 進行現場檢核, 重點在沿線之結構物 ( 尤其公共月台 ) 管線設備及道旁設施等( 圖 ) 表 車輛淨空包絡線最小淨空需求單位 :mm 65

79 圖 淨空車校驗二 檢核成果處理一旦路線中有侵入淨空之結構物 設施或設備之情況將逐一紀錄, 並整理成淨空檢核成果表提供予關聯廠商, 由軌道標召開協調會確認該結構物或設施 設備由應負責之廠商依檢核結果進行改善 當改善作業完成後, 由各標通知軌道廠商進行複檢, 直至無結構物或設施 設備侵入淨空為止, 此一確認作業程序將可提供後續電聯車進行動態測試時, 確保安全無虞 以板南線完成之淨空檢核實例說明, 現場以淨空檢測車檢測之成果如表 所示, 計有走道 風管 站體扶手欄杆及纜線支架等物侵入, 分屬土建 環控及通訊等標, 侵入淨空量由 mm 不等 檢核成果經軌道標彙整, 通知關聯標就侵入位置進行改善後, 再次進行複測, 複測成果 ( 表 ) 亦需正式通知關聯廠商, 以做為工程缺失改善完成之佐證 表 板南線淨空檢查車檢測成果表單位 :mm 表 板南線淨空檢查車複測成果表 單位 :mm 66

80 第四章軌道物料決策系統 臺北都會區大眾捷運系統建設迄今已近二十年, 因為國內首次設計施作者, 故從規劃到設計, 進而施工, 皆審慎參照世界其它系統資料, 並納入本地特性, 依各階段性工作性質, 逐步訂定本系統之各項文件, 然而在執行過程中, 以及科技演進下, 仍需不斷回饋 更新及修正, 才得使本系統在穩定中求成長, 充滿活力而不致落伍老化 基本上, 系統所採用之構件, 皆為經其它系統運轉後, 證實為良好者 ; 另因各線發包時間不同, 為了保障各個廠商競標能力, 吸收較新技術及日後養護料源充裕, 在契約規範中, 釐定了不同層次的共容性 4.1 無道碴道床軌道施工概述 軌道工程其組件包含鋼軌 鋼軌扣件 軌道承托系統 特殊軌 其他附屬件等五大類, 雖同為一標, 但在承商自行考量之下, 卻不一定採購自同一軌道系統技術源流或同一國家技術源流, 故軌道工程內部各組件間仍存在不同的界面整合工作, 再加上與其它各子系統間的界面綜整, 使得界面工作可否完善的推動, 主控了軌道工程可否順利完成 ( 一 ) 軌道工程規劃基本理念 : 臺北捷運系統軌道工程, 基本上係採用世界各國高運量捷運系統工程中, 已經長久使用的各種實務作法 本系統除普遍採納各種專業務實的設計及施工方法外, 亦廣泛選用各類已經充分驗證的材料, 以確保本系統於商業營運時的優良表現 對於本系統中各項環境限制, 如路軌使用頻繁密集 平面彎曲路線多 有限的維修時間 周遭的環境因子以及低噪音 / 振動傳播要求等, 亦列為軌道設計的重要考慮條件 ( 二 ) 軌道特性 : 1. 本系統中所有軌道均使用 UIC 60 斷面之鋼軌,UIC 規範第 章有關 UIC900 -A 級及 UIC 1100 級之規定, 分別適用於標準鋼軌及耐磨鋼軌 軌道遵循 1435 公厘的標稱軌距, 施工允許誤差值則為正負 1.5 公厘 本系統採用道碴及無道碴兩種道床型式 於主線地面段及機廠軌道區中, 係使用傳統之混凝土枕及 / 或木枕, 並舖設於道碴底層基礎上 主線上的其餘路段, 即高架段與地下段, 以及機廠中之指定區域, 如建築物內部, 則舖設無道碴道床軌道 2. 本系統中連續長焊鋼軌之連接, 係以電阻火花對焊及熱劑焊接方式完成 系統很少使用 魚尾板鋼軌接頭, 只有在號誌 / 電力與軌道的某些界面中才會使用到 鋼軌絕緣接頭 (IRJ) 無道碴道床軌道亦被稱為 直接固定扣件 (DFF) 軌道, 因為鋼軌係被直接固定於土木構造物上之二次混凝土基座上 直接固定扣件使用彈性材質, 以期減少潛在之噪音及振動問題 除此之外, 於本系統之未來延伸路線中, 將會引進一種更有效的減低振動方式, 此即為 浮動式道床軌道 (FST) 3. 電聯車經由車身旁之集電靴, 自軌道左或右側之下觸式第三軌取得電力而得以推動 因為第三軌係固定於軌道基座或枕木上, 故其沿著軌道路線之實際佈 67

81 設位置 材質 尺寸與外圍包絡線 錨定系統等均屬於軌道工程之設計範圍 至於電力供應點 電力迴路電纜位置等則是由供電標廠商負責設計及安裝 4. 本系統建置了四種標準型式道岔, 分別為 及 17 號, 最近的設計中已經很少使用到 17 號, 以減少道岔種類而能降低維修工作負荷及備品數量 除了單一型式道岔外, 正線軌道上尚且包含 單橫渡線 菱形橫渡線 中央避車線 及側線 道岔岔心及菱形橫渡線岔心需為厚腹鋼軌焊接 整型錳鋼型 堅心錳鋼型或使用鋼錠鍛造之單體型結合厚腹鋼軌焊接 所有岔心均需作表面硬化處理, 但不能造成鋼輪之高程差 道床型式依道碴分類可分成有道碴無道碴兩類, 以承托系統而言, 又可分為路基道床 混凝土道床 版式道床等, 本文以無道碴混凝土道床為討論重點, 說明其施工步驟及方法 無道碴道床構成 捷運工程系統施築之無道碴道床軌道係將兩條運行軌條舖設在不連續的兩條平行混凝土基座上, 道床係施築在隧道工程所完成之混凝土仰拱面上, 基座與仰拱面間由結合釘固結, 基座在施築階段已將基鈑彈性扣件之錨定套管及固定支撐導電軌的支座錨定套管預先依設計要求之位置埋設, 以便於施築完成後安裝鋼軌及導電軌 ; 透過鋼軌線形調整及應力解除等作業程序後, 導電軌系統依其相對線形進行安裝, 並輔以鋼軌附品與雜項材料製品 ( 如鋼軌接頭 止衝擋 標識與標誌等 ) 成為一完整之無道碴道床軌道設施, 無道碴道床軌道之形式與構造如圖 所示 施工場地交接條件 圖 無道碴道床構造 當沿線土建標施作至尾聲時, 係透過現場會勘方式將軌床區部份或全部辦理施工場地交接由軌道標進場施作, 土建標欲將施作完成之軌床區域交接予軌道標時需提供如下資料 : 場地交接範圍 測量控制點位 隧道竣工測量資料 現場或週邊若尚有部份施作項目尚未完成或有界面標作業時, 土建標需主動提出, 如可接受即於 68

82 紀錄上簽署, 軌道標即可依紀錄進場施作 施工場地交接後所需進行檢核的項目如下 : 一 控制點位檢核 : 控制點位置的確認與精度需求及維護, 以使系統在同一基準點上進行後續軌道施工 二 軌床上之結構設施完成座標及里程 : 調查並紀錄交接區域內之電纜溝槽 人行步道 電纜引上管 排水陰井 截水溝 結構伸縮縫等設施之位置與里程, 如圖 及 4-1-3, 以檢核其是否侵入混凝土基座或特殊軌混凝土版承托軌床之施築範圍線或導電軌安裝之淨空包絡線 圖 電纜引上管位置量測圖 仰拱面陰井位置量測三 隧道竣工測量資料檢核 : 隧道偏移量 仰拱高程或屬永久設施的吊掛管線是否可滿足軌道舖設後之淨空需求 上述係指在正常狀態下, 土建標已依其工程契約幾乎或全部完成時之作業狀態順利將施作場地交予軌道標進場施作, 惟若土建標於軌床上之設施施作方位有所偏差或軌床面高程施工誤差過大無法滿足軌道標進場條件時, 軌道標必需將檢驗成果通知土建標進行改善, 土建標需於約定之期限內完成, 再透過會勘方式確認 施工材料 施工材料按軌道組成由上而下可概分為鋼軌 彈性基鈑扣件組件及混凝土基座內之鋼筋 鋼筋絕緣夾 牽引接地銅導線 結合釘等材料組合而成, 一般可歸為由國內生產的混凝土 鋼筋 鋼筋絕緣夾 牽引接地銅導線 結合釘 軌道標識與標誌等, 外購材料則有鋼軌 彈性基鈑扣件組件 鋼軌鋁熱焊劑及屬軌道附品之鋼軌絕緣接頭與止衝擋等, 來源如表 所示 : 表 無道碴道床軌道外購材料選用一覽表 69

83 材料組成 無道碴道床所使用的材料依不同品名有不同零組件或構件所組成, 由於鋼軌 鋼軌絕緣接頭及鋼軌鋁熱焊劑等製品材料與道碴道床段相同, 本文將就彈性基鈑扣件組件 止衝擋及軌道標識與標誌材料做一說明如下 : 一 彈性基鈑扣件組件 : 由彈性基鈑 鋼軌墊片 錨定套管 螺栓及彈性扣夾所組成 臺北捷運所使用之基版扣件演化如圖 (4-1-4~4-1-8) 所示 圖 4-1-4LORD 彈性基鈑 ( 第 1 代 - 淡水線 ) 圖 4-1-5LORD 彈性基鈑 ( 第 2 代 - 中和 & 新店線 ) 圖 LORD 彈性基鈑 ( 第 3 代 - 板南線 ) 圖 LORD 彈性基鈑 ( 第 4 代 - 土城線 ) 圖 ATS 彈性基鈑 ( 新店線 & 板南線 ) 70

84 前述彈性基鈑扣件組件係由施工廠商依市面現有產品選擇具有實績且供料可符合規範測試要求與安裝簡便之需求評選採用 無論採用廠牌型式或產品, 依訂料廠商要求而發展的型式已有所變革, 自淡水線以來發展 由圖 至 可得知彈性基鈑主體之外觀變化具有以下特點 : ( 一 ) 不同廠牌的彈性基鈑主體高度與孔洞位置相同且錨錠套管及錨錠螺栓均可相容, 現場安裝可相互替換 ( 二 )LORD 第 2&3 代產品已將第 1 代基鈑錨錠部位易於銹蝕處改為全包覆 ( 三 ) 為便於安裝調整,LORD 第 4 代產品底鈑錨錠部位水平調整功能之齒槽改為朝上型式, 同時為抑制側向變位, 底鈑與頂鈑兩側增加側向支撐 另考量安裝簡易與維修, 第 4 代基鈑組件在頂鈑部位整合了扣夾絕緣與鋼軌防爬設計, 已無鋼軌墊片及扣夾墊片 ( 四 ) 底鈑採用之鋼材部份由第 1 代之 ASTM A36 普通鋼材改為第 2 代之 ASTM A242 耐候鋼, 並進化至第 3&4 代 ASTM A536 的延性鑄鐵材質 ( 五 )ATS 之基鈑主體 ( 底鈑及頂部 ) 具有排水坡度設計並強化底鈑球形化強化與橡膠材黏結功能 二 止衝擋 : 外觀及顏色與道碴道床型式相同, 差別在於安裝在無道碴道床混凝土基座處並無導槽設置, 亦即扣件組件已固鎖在混凝土基座上, 止衝擋與軌床間並無締結構件 三 軌道標識與標誌 : 無道碴道床的軌道標識與標誌均為厚 3mm 的金屬鈑製品, 配合標誌的設置功能而有不同之型式與顏色區別, 各類標識與標誌顏色如表 及圖 所示 表 標識與標誌顏色 a 里程標 b 坡度標 c 警衝標 材料管控風險 圖 各類標示與標誌 無道碴道床施工材料中, 對材料品質要求最高 測試期間最長且影響施工進度 71

85 最為明顯者屬彈性基鈑組件, 尤其在整個捷運系統之各條路線之基版供應為同一廠商, 且有趕工通車之需求時, 容易受限於供料商量產產能不足以致趕製不及, 以致使即將通車路線在鋼軌舖設階段受到不同程度之影響, 而該即將通車路線亦為此材料到港發生搶料情事, 使得舖軌時程一再調整與壓縮, 受此影響經檢討可歸納以下因素所造成 : 一 供料商評選定案緩慢 二 材料需求與施工計劃未能配合, 以致供料產能無法滿足現場需求 三 各階段材料需求未有專責人員管控, 防範於未然 另由於地下段鋼軌佈設較地面段機廠區多了耐磨鋼軌種類, 各線在舖軌階段常發生普通鋼軌鋁熱焊劑不足而造成舖設作業中斷, 此亦源於材料管控不良所致 上述材料的供應時程掌控與進場使用需求量為工程上易於忽略之處, 對工期緊縮及作業項目排程延密的軌道工程影響與衝擊甚巨, 專責人員的設立與管理有助於前述缺失降至最低 材料進場檢驗 材料進場會驗目的除檢核產品外觀與尺寸, 亦是避免材料運抵作業區段後發現規格不符之現象的必要手段, 另亦透過進場數量與作業排程及作業需求量相互搭配, 以管控作業與供料時程不致中斷而影響現場施工進度 各項材料依其組成與功能需求, 在檢驗時查核項目如表 所示, 基鈑組件材料檢驗如圖 圖 彈性基鈑組件會驗情形表 材料進場檢驗項目 72

86 4.1.7 材料堆置與儲存 無道碴道床軌道的施工材料以彈性基鈑扣件為大宗, 無論最早施工之淡水線或正興建中的土城線, 一般規劃係依施工進度需求分批進場, 經統計約在施工前 2 個月開始陸續供料, 整個供應期長達 個月分 批進場 材料進場後之儲存仍以機廠做為腹地, 堆置方式並無硬性規定, 一般如圖 堆置 2 層可縮減儲存空間且且容易搬移與便於取用, 由於彈性基鈑主體之構造係由橡膠材將底鈑與頂鈑膠結成一體, 有如三明治般之製品, 因此, 彈性基鈑應避免儲放在低窪有泡水之虞處, 同時亦應避免其它施工材料或機具重壓而變形或損及橡膠材質, 材料分批進場採先進先出之原則亦是避免包裝箱破損而遭受外力碰圖 彈性基鈑堆置儲放損之處理方式 施作流程施工動線規劃 無道碴道床軌道之施工動線規劃較道碴道床軌道來得複雜, 受到路段空間或線形限制因素影響較為明顯, 不同路段之特性與限制有以下幾點 : 一 出土段 : ( 一 ) 銜接不同道床型式 : 道床承拖結構不同, 除鋼軌外, 無其它施工材料可銜接運用, 尤其在材料運送與施工順序安排上, 易受鋼輪與膠輪系統之替換影響 ( 二 ) 最大坡度 : 此區段縱坡常達 3 %, 為路線坡度最大區段, 優先考量材料與機具運輸安全性再衡量施工節奏 ( 三 ) 特殊軌道佈設密集 : 除路段中有進 離廠線列車調度與變換考量而在 3 %坡度上設有交叉橫渡線外, 一般在主線與機廠連接或考量未來路網接續性, 亦至少會再設置 3 組以上之特殊軌道以因應日後行車調度不致影響營運路段, 此等設置亦較難以決定特殊軌道組裝配置先後或舖設臨時軌因應 二 高架段 : ( 一 ) 銜接不同道床型式 : 與出土段面臨相同之問題 ( 二 ) 路段橋面版兩側均設有遮陽版 : 因視線受到限制, 對材料吊運較為不便 ( 三 ) 路段全為防脫緣石配置 : 路段混凝土基座全為防脫緣石型式, 在施築階段, 模具組立須縮短間距, 模板輔助構件相對增加而益增施工困難度, 此階段施築速度將較其它區段低 % 73

87 ( 四 ) 季節溫度變化大 : 在舖軌階段影響較大, 尤其夏季溫度消散速率緩慢 秋季 早晚溫差變化較大及冬季軌溫較低, 對解除鋼軌應力之作業較為困擾 三 地下段 : ( 一 ) 隧道空間狹小 : 無法如地面段作業可任意採用大型吊具或載具搬運施工機具及材料般自如, 採取輕便且機動性高之設施往往成為優先考量 ( 二 ) 單向性 ( 上 下行隧道 ) 限制 : 每標作業均有連續性作業之需求, 例如軌道標之舖軌或鋼軌連接 供電或號誌之纜線佈設或水電環控標之管線配置等, 無法以跳躍方式施工, 在各標作業順序安排上亦常依作業項目特性與時間常進行整合, 故在隧道內之作業常需具備主動協調與常保彈性 ( 三 ) 路徑獨佔性 : 軌道標在軌床承拖系統之基座施築 鋼軌運送與舖設 特殊軌道組裝等項目之作業均有其地域位置之獨佔性, 無併行作業之空間, 所有界面標欲進場施作, 常需透過申請協調, 且在舖設或組裝完成後, 所有界面標通行或進入之移動設備將由膠輪全數改為鋼輪型式 ( 四 ) 灌漿路徑取得 : 灌漿路徑需進行現場會勘, 對使用之位置 固定方式 管線連接與維護等均應取得協議, 此為無道碴道床軌道承拖系統之基座施築最為重要之配合路徑, 尤其在取得灌漿路徑後, 仍需密切掌握投料口或灌漿開口受交維變動調整之訊息而配合調整 ( 五 ) 通風不佳 : 隧道主要受到站體內之裝修 配管焊接或軌道標基座修整研磨作業之影響致使此期間之隧道空氣混濁, 尤其從事基座施築階段之人力與機具達到高峰, 促使隧道通風之排風設施顯得相當重要 ( 六 ) 照明不足 : 土建標提供之隧道背景照明並不足以做為施工照明, 如何選擇適合亮度及省電之電力設施, 常為施工前妥為考量之重點, 同時, 對電力容量之計算與需求期限亦是事先必須與土建標協調的重點, 為趕工而增加工班及設備常為施工廠商所採用之手段, 而足夠的備載容量, 常能做為趕工階段最佳之利器 上述說明針對不同路段之軌床承拖型式 空間特性及作業限制等做一分析, 其目的在點出無道碴道床軌道在施工規劃及動線安排上所需納入考量與協調之項目, 以避免出現連貫性作業時常遭受非技術性因素中斷或各標施作相互干擾情形 因此在規劃動線考量與施工程序配合上, 須有較為嚴謹與周詳之計劃, 一般須納入考量與施工配合之條件如下 : 一 工作井或投料口可使用之空間與期限 : 透過會勘與協調程序, 先行瞭解開口規格與協調可供軌道材料投料之時間運用期限, 並隨時掌握土建標施工圍籬拆除時間或改道需求 二 鋼筋加工場 : 軌床承托系統採用 #4 鋼筋, 因此加工場地設置係先考量搬運便利, 其次以不影響其它作業而需搬遷, 一般設置在站區前後空地或特殊軌道施作之空間內 三 施工材料運輸 : 一般軌床施工材料係在承拖系統尚未施築前, 可將所需之結合釘 鋼筋及基鈑錨定套管等依設計位置一次佈設完成, 可有效地提升軌床承托系統施築作業效率 四 軌床承拖系統施築順序 : 主要係以道碴道床舖設完成之軌道做為延伸, 目的在打通材料運輸路徑, 尤其在機廠區儲放之機具或材料, 透過機車頭及平台車之 74

88 組合將屬膠輪系統之貨車 堆高機 山貓及傾卸車等運至現場, 在軌床施築期間, 車輛依工作性質排列運送, 常是高架路段或隧道段施工之最佳幫手 至於各種路段施築順序如下 : ( 一 ) 平面機廠 - 隧道段 : 採先行施築 1 條進廠或離廠線, 可兼具軌床施作進度及膠輪機具運送材料之便 ( 二 ) 標準軌 - 特殊軌區 : 施築 1 條行軌床之原則不變, 惟特殊軌區之混凝土版將先行施築完成, 以利機具通行, 為通過兩基座間或基座與版之 300mm 間隙, 係以鋼鈑做為支撐銜接 五 鋼軌舖設與臨時軌設置 : 實務上, 鋼軌將依正常程序於基座承載面填補氣孔修補完成後再進行舖設, 遇有特殊軌區時, 特殊軌將先行組裝, 以便進行連接, 一般施工廠商莫不以標準軌與特殊軌連接視為舖軌作業重大進展之指標, 一旦連接完成, 材料輸運及施工之動線即陸續建構完成 由於特殊軌道之放樣與組裝作業較為緩慢, 對於施工較為急迫之區段亦常以舖設臨時軌因應, 一般臨時軌舖設仍由基鈑組件採以每 4 組基鈑扣鎖 1 組之間隔將鋼軌束制, 並輔以側向支撐及施工固定桿固定軌距, 工程車通過之速限亦降為 10km/hr. 六 長焊鋼軌移設 : 長焊鋼軌由機廠儲存區移至隧道段時, 即以上述第 ( 五 ) 項所述路徑由機車頭連結台車將長焊鋼軌移至已舖設完成之軌道側儲放, 由機廠移至隧道儲放及由隧道儲放位置移至舖設位置之順序須經妥善之規劃, 以避免鋼軌種類及浮印錯置 七 營運路段銜接 : 軌床施築階段, 需與當地之土建標及營運單位會勘與協調設立阻絕門及防塵措施, 以維護施工人員安全與避免干擾營運路段 ; 在舖軌階段, 鋼軌之連接與端末設施之移置, 則需與號誌 供電及營運單位協調連接時機及設施移除時間, 以避免鋼軌負電迴流傳遞至施工路段造成感電及維護列車行駛停駐安全性 施工動線即以上述之原則及配合條件做為規劃, 一般由機廠軌道銜接至無道碴道床的出土段, 再延伸至隧道區, 可獲得最大便利性, 淡水 新店及土城線即是以機廠為腹地往主線高架或隧道推進, 惟若機廠區施工區域場地較晚交出如板南線或施作均屬無道碴道床區域之中和線, 則是充份利用路線中預留之軌道工作井或投料口, 將施工機具與材料運送至施工地點, 而進入隧道後則利用袋狀軌區或交叉橫渡線區域做動線轉換, 以使各項作業之調配與規劃可機動調整 當基座陸續施築完成後, 應詳細規劃軌床施築 材料供應路徑與後續舖軌作業之動線安排, 以利依即定排程施作 無論採用何種路徑進行施工, 均應慎選不少於 100m 長的示範段混凝土基座施作位置, 各線混凝土基座施築長度介於 m 間, 除土城線係選擇在出土段轉彎半徑 190m,T/R-400 的標準路段外, 其它各線均選擇在直線段 施工作業流程 在無道碴道床軌道施工作業項目與作業流程中, 以混凝土基座施築較具關鍵與要徑, 亦佔據了整個無道碴道床軌道施工時程約 %, 且其完成面的高程精度控 75

89 制影響後續鋼軌舖設作業之速度與精度, 當然導電軌系統的安裝效率亦連帶受到限制, 因此僅要混凝土基座的作業循環週期與混凝土基座之基鈑承載面精度控制得宜, 後續的舖軌作業將可達事半功倍 施工作業自隧道仰拱面清理至沿線軌道附品安裝完成, 大致可分為 16 個作業項目, 作業流程如圖 所示, 以階段區分, 可歸為基座施築 鋼軌舖設及軌道附品安裝等三階段 基座施築 圖 無道碴道床軌道舖設作業流程 一般施工廠商在基座施築的工法選用上, 有相當大的比例是對模具調整功能與模板加工便利性之熟悉程度做為考量的重點, 依其以往使用之經驗決定工班人力配置 模版加工機具型式與數量 裝拆模速度及循環使用之搬移等, 以掌控每一循環作業時程, 進而推估本項作業完成期限 由於臺北捷運採用狀似平行長條狀的混凝土基座型式做為軌道承拖系統, 另因應基座尺寸特性選用模具與施工輔助構件結合進行作業為各軌道施工標通用的做法, 淡水線基座施築屬廠商自行發展之 JIG 模具, 其它廠商所採用之模具均為市面上現有產品, 如板南線使用的鋼框模, 中和 新店及土城線採用鐵馬系統 (Gauge Support Fasten, GSF) 故在基座施築作業廠商所使用的工法依檢核高程不同而可區分為以基座頂面設計高程做為控制的 OTTOM UP 工法 ( 圖 ) 及以工作軌踏面設計高程檢核的 TOP DOWN 工法 ( 圖 ) 兩種, 各線採用工法如表 所示 圖 基座頂面高程檢測 圖 工作軌踏面高程檢測 76

90 表 臺北捷運混凝土基座施築工法選用 無論採用何種工法, 因應工法選擇之模具在組裝與施作程序上或有所差異, 惟並不影響混凝土基座在施築過程中應完成組立或連結之項目, 本節之軌床承拖系統施築將以由工作軌踏面做為高程控制之 TOP DOWN 工法為主, 以承拖基座面為施作高程之 BOTTOM UP 工法為輔做一比較說明 模板系統 工法選用與採用之模板系統習習相關, 各線採用之施工模具簡述如下 : 一 移動式鋼模 : 為淡水線早期採用之模具, 係由多組滾輪支架組成之活動模板 以 TOP DOWN 工法之理念設計, 將高程定位用之鋼軌 基鈑模具 基鈑錨定套管以及可調式活動側模, 全部安置於支架內, 各部構件皆有螺桿可做調整 原始設計構想在簡化模板組拆程序, 同時容易控制施工精度, 利用此半自動化之設備, 可增加施工速率, 但由於模具過於複雜與笨重, 工人操作不熟練, 而未能達到預期目標 二 JIG 固定式鋼模 : 由於移動式鋼模施作不如預期, 淡水線廠商乃放棄利用鋼軌定位之 TOP DOWN 工法, 而改用較簡單之雙軌距固定 JIG 支架之 BOTTOM UP 工法 ( 如圖 ~16) 利用 JIG 內之螺桿, 調整支架頂面高程方式定位, 基鈑錨定套管則裝於支架下之樣鈑 (Template) 內 此工法對測量工作較為依賴 由於在澆置過程中, 工人受樣鈑沾滿混凝土後的抹面高程控制不易, 在拆模後, 往往發現樣鈑面凹陷產生積水之缺點 圖 JIG 固定式鋼模桁架圖 混凝土澆置情形三 組合式鋼模 : 針對上述採用之模板缺失, 淡水線廠商試圖發展更為簡單且組拆輕便的模板, 亦即基座兩側模板分開組合, 每側基座寬度均以樣架固定, 樣架中央可固定基鈑錨定套管, 除側模及樣架外無多餘構件, 可大幅增加抹面作業空間, 且具有組裝快速與搬運便利之優點, 惟因基鈑承載面為開放形式, 對錨定套管處之抹面及整個基鈑承載面平整性控制不易, 現場並未使用 ( 如圖 ~18) 77

91 圖 組合式鋼模外觀 圖 混凝土澆置完成狀態四 側模可調高程式模具 : 淡水線後期, 有感於使用 JIG 與 Template 缺點仍多, 例如 JIG 支架中心點不易對正, 有超高路段更難控制, 灌漿時容易被擾動, 而 Template 樣鈑無透氣孔, 造成完成面充滿氣泡孔隙, 事後填補研磨費時費力 因此協力廠商根據組合式鋼模造形再研究改良, 高程與定位直接交由兩片式之側模調整, 基鈑錨定套管固定則改採可直接鏝平之鏤空式樣鈑 整套模具穩固但卻輕便, 平面式頂版使得高程控制一元化, 且可供通行, 更增加施工便利 可調式側模使得超高控制更為方便 ( 如圖 ~20) 圖 鋼模工法模具外觀圖 混凝土澆置完成狀態五 鋼框模 : 板南線廠商採用鋼框模系統模板配合吊架運用之設計類似 JIG 工法, 每一支架橫跨基座兩側, 分別由四列鋼框模支撐固定, 支架高程由螺桿調整, 基鈑錨定套管則固結在支架下方之四根小 JIG 上 此法亦由於有同組合式鋼模工法在基鈑承載面為開放形式, 對錨錠套管處之抹面及整個基鈑承載面平整性控制不易之缺失, 故在示範段施築後之檢討中, 加裝較基鈑面積更大 ( mm) 之 Template 在基鈑錨定套管上方, 同時為消除氣泡孔隙, 在 Template 鑽有 32 個 6mm 直徑排氣孔 基鈑承載完成面已可克服前述工法主要的缺失 惟樣鈑高程調整測量需求量大, 有牽一髮而動全身之困擾, 另因支架長 2.5m 且調整螺桿高出施作面 30cm, 阻礙人員作業通行 ; 在曲線半徑 <900m 之路段線形調整不易, 因此在隧道內空間狹窄狀態, 施作時事先須有周詳之計劃 ( 如圖 ) 78

92 圖 鋼框模支架六 改良式鋼框模 : 板南線廠商為克服曲線段線形調整不易之困擾而改良支架與 Template 間之連結方式, 除支架改為較輕之型式外, 支架與每一 Template 間由固結型式改為可因應坡度變化之軸承式, 且每一 Template 具水平與高低調整功能, 以便於克服曲線段之調整 此法因構架略嫌單薄容易移位走樣, 亦同樣有樣鈑高程調整測量需求量大, 有牽一髮而動全身之困擾, 及調整螺桿過高阻礙作業通行之缺點 ( 如圖 ) 圖 改良式支座樣鈑七 GSF 模具 : 中和 新店 板南線部份路段及土城線廠商採用國外施工普遍採用之 TOP DOWN 工法, 使用美國鐵馬公司專利之 GSF(Gauge Support Fasten) 模具, 利用鋼軌定位控制線形, 使得測量工作大量簡化, 又由於模具設計功能已考量現場作業需求, 側模位置 混凝土面高程控制樣鈑之相對位置皆有構架相連 ( 如圖 ), 除鋼軌須定位及混凝土設計面之側模壓條高程須測量外, 其它部位全不需再測, 且模具長度可無限延伸, 對長隧道趕工極為有利 此法因需先行架設工作軌, 對鋼筋組立作業較為不便, 另因取得搬運 線形調整與固定便利性, 廠商習以 18m 鋼軌連接而成, 故施築區段兩側佈滿側向支撐, 同樣有阻礙作業通行之缺點, 另在組模階段若採用鋼製假基鈑取代真正之基鈑實體時, 在循環使用後易於變形而難以查覺 79

93 圖 GSF 模具構件 基座施築 採用不同模具對基座施築之流程有所差異, 基於工法的代表性並考量現場施築完成之長度因素與利於比較, 本文將以 BOTTOM UP 之鋼框模工法與 TOP DOWN 之鐵馬模具工法為代表說明模板組裝與施工順序之差異性 由圖 可知整個作業流程中因採用不同工法使用之模具與構件不同而在施築順序上有所差異, 除因應模具與搭配之構件不同外, 主要亦是考量組裝便利性與精度控制要求 至於兩種模具在施工組裝過程與調整細節將在以下各項施工步驟中做一比較說明 圖 混凝土基座施築作業流程圖基座灌漿之混凝土輸送至澆置區, 一般混凝土由預拌車運送至工作井或投料口處, 由壓送設備將混凝土料經由輸送管輸送至澆置區域, 可稱之為傳統壓送工法 ( 如圖 ), 另由混凝土預拌車將料投入灌漿口落入傾卸車斗內, 由其輸送至澆置區前端的攪拌槽, 再倒入壓送設備透過輸送管輸送至澆置區域, 可稱之為中繼壓送工法 ( 如圖 ) 表 各線混凝土輸送使用方式 80

94 表 各線混凝土輸送使用方式 圖 傳統混凝土壓送灌漿 圖 混凝土澆置中繼分流器 施工測量 此階段之測量主要在進行施築區域的軌道中心點位及基座節塊單元邊端模位置放樣, 如圖 及 ( 採用 TOP DOWN 工法時, 另需放樣 GSF 模具架設位置 ), 軌道中心點在直線段以 5m 曲線段 2.5m 之間距進行放樣, 以供現場組模及施築線形調整 ( 如圖 ) 仰拱面清理 圖 GSF 模具架設位置放樣 此階段軌道標除需進行施工區域內之粉塵 零星混凝土碎塊或積水清理外, 重要地是將移除結合釘孔塞, 並將留存於孔洞內之粉塵碎塊以高壓空氣噴槍清理或加壓水柱噴離如圖 及 , 另為避免雜物流入排水陰井, 亦須將陰井溝蓋鈑以不織布包覆保護 81

95 圖 結合釘孔位清理 圖 仰拱面及結合釘孔位清理 結合釘植入 結合釘係埋入土建標在仰拱面斷面間隔 20cm 深度 10cm 的預留孔, 以環氧樹脂膠結劑材料使其固結, 採用環氧樹脂僅適用於乾燥區域, 而另有一種環氧樹脂添加矽砂稱為 denka 之膠結劑, 則可同時適用於乾燥或潮溼區域, 在植入作業效率上, 以相同之作業人力相較, 以環養樹脂材料植入之方式較 denka 快約 30 %完成 惟兩者養護期均需 3 天, 植入作業如圖 及 結合釘埋設完成後, 須進行工地拉拔試驗, 以通過 8kN 拉力判定合格, 頻率為每 500 支取 1 支試驗 圖 結合釘植入 ( 環氧樹脂 ) 圖 結合釘植入 (denka) 基座鋼筋組立 縱向鋼筋佈設採上 下 2 層配置 ( 即上層 6 根 下層 2 根 ), 由於鋼筋組立需避開彈性基鈑與導電軌之預埋套管及仰拱面上之結合釘結合位置, 故橫向筋原則以間隔 25cm 佈設 鋼筋組立與模具架設的先後次序視基座施築採用之工法不同而有所差異, 圖 為採用 BOTTOM UP 工法之鋼框模時, 先進行鋼筋組立後架設模板與支架, 圖 為採用 TOP DOWN 工法之鐵馬模具時, 則架設 GSF, 再進行工作軌之 82

96 高程與水平線形和軌距之調整, 其後進行組筋再組模板 圖 鋼筋組立 ( 鋼框模 ) 圖 鋼筋組立 (GSF) 接地銅導線佈設 為收集雜散電流, 牽引接地截流網之佈設係以每一節塊基座為單元處理, 即每一基座節塊之縱向筋僅允許 1 根與所有橫向筋焊接, 亦僅能有 1 根橫向筋與所有縱向筋焊接, 其它鋼筋交錯部份均以絕緣夾隔離 ( 圖 ), 鋼筋與鋼筋間之焊接或鋼筋與銅導線之熔接, 一般係由同一節塊之左右基座之第 2 個橫向筋與縱向筋焊接 ( 圖 ), 左右基座兩者電氣連接性則採由 70mm2 低煙無毒被覆銅導線材料 (XLPE), 以火泥熔接 (CAD WELD) 方式連接 ( 圖 ), 基座其中一側 ( 一般均留設與導電軌同側 ) 引出長度不小於 1m 之銅導線 (Pigtail)( 圖 ), 以利後續供電標安裝集流電纜時, 可串成一連續導線至供電電力盤之負迴流排 83

97 圖 鋼筋絕緣夾裝設完成 圖 牽引接地系統佈設完成 圖 鋼筋與銅導線之火泥熔接 圖 接地銅導線佈設 (Pigtail) 模板組立 採用鋼框模工法時, 側模底部係以膨脹螺絲固定在仰拱面, 頂部透過以間隔 75cm 的施工支架預留之橢圓孔置入螺桿, 每一螺桿配有 2 個螺帽, 可在支架調整至需求高度後固定, 端模則由木質角材固定 ; 採用鐵馬模具工法時, 側模底部係由木條以鋼釘固定在仰拱面上, 以提供固定支撐, 頂部則由固結在基鈑下方之施工鋼鈑輔助構件固定架扣住後, 由調整旋扭鎖緊, 做為固定基座施築寬度, 用於施工階段做為模具之彈性基鈑間距原則以 75cm 裝設, 另為配合導電軌支座組裝需求, 此階段亦將支座錨定套管先行埋設, 間距以不大 3m 為原則 各項施作處理或固定方式如圖 至 圖 支架安裝 ( 鋼框模 ) 圖 模具線形調整 (GSF) 84

98 圖 模板組立完成 ( 鋼框模工法 ) 圖 模板組立完成 (GSF) 基座之混凝土澆置 一 施築前查驗 : 由施工廠商針對施築區段範圍之每一基座節塊完成自主檢查後進行會驗, 檢核的項目包含施築範圍之仰拱面清理 模板固定 鋼筋間距與保護層 鋼筋與牽引接地系統的導電與絕緣性 基鈑佈設間距 導電軌支座之預埋套管間距 基座寬度及控制基座施築高程的工作軌踏面高程與軌道中心量測等查驗項目符合要求後, 才可以進行混凝土澆置 二 混凝土試體取樣 : 混凝土預拌車到場後, 現場品管須執行混凝土氯離子及溫度檢測, 並確認出料時間, 而如圖 及 測定坍度及依每 100m3 混凝土取 6 個試體送驗常為工地灌漿作業之例行性工作, 製作的試體將進行 7 天及 28 天抗壓試驗 圖 混凝土坍度量測圖 試體取樣三 混凝土澆置 : ( 一 ) 灌漿管通水處理 : 澆置前之通管砂漿不能伴隨出料口流入澆置區內, 一般均會以事先準備的塑膠容器盛裝, 直至正常出料後停止壓送, 至現場裝待處理完成後, 開始正式進行灌漿 ( 二 ) 混凝土施灌之人力配置 : 混凝土基座施築高程在模具組立時已由測量確認, 混凝土表面之平整性則由施作工班處理, 而日後置放基鈑之承載面如何控制較少之氣泡孔面積及數量和不致出現凹槽, 則是施工廠商在施築前須考量周詳之重點工作, 又由於隧道空間狹窄, 可運用的機具有限, 幾乎仰賴事先人力規劃與訓練有素的工人發揮工藝水準, 一般廠商在基座施築時規劃成立 85

99 25-30 人數之獨立工班進行, 各自職司混凝土灌漿管線澆置與搬移 振動 擠壓 抹面及清理等各項作業 ( 三 ) 注意事項 : 為確保混凝土澆置可順利進行, 並考慮工作環境與作業品質, 施築過程期間, 有下列事項需予注意與解決 : (1) 施築前注意事項 : 施築區段提供較施作範圍更長且充足的施工照明, 如圖 , 可在施工安裝調整及處理基座面之平整獲得預期之成果並有利人員通行與施築區清理 作業區前後提供必要的通風設備, 如圖 , 可使隧道空氣不致因施工設備排放之廢氣瀰漫週遭 另帆布或夾板在施築區域做好位於月臺區之裝修面鈑 仰拱面排水路徑或纜線遮閉與覆蓋, 可免於污損界面設施, 亦有利於後續仰拱面清理 圖 施工照明佈設圖 通風設備配置 (2) 施築過程細節 : 1. 混凝土出料時間至澆置位置須控制在 90 分鐘內完成 2. 每 100m3 混凝土須取 6 個試體, 亦可視需要彈性增加取樣數 3. 混凝土運送至澆置位置之過程不應添加水量或混凝劑 4. 遇架設模具周圍之抹面需仔細鏝平, 以維持基座面整體平整性 5. 採用鐵馬模具之樣鈑應避免以振動器在基鈑承載面下方混凝土夯實, 以免氣泡集中而形成面積更大之氣孔 6. 溢出施築範圍之漿料, 應在施築過程中清理較易處理 拆模與養生 混凝土澆置後約 2-3 小時, 可以濕治或噴撒養護劑進行養生, 一般考量灑水管線佈設及人力調配, 大致均採以混凝土初凝後直接噴灑養護劑較為便利且效果良好 當澆置完成後次日 ( 間隔約 12 小時 ) 進行拆模, 拆模順序將因模具不同而有所差異, 鋼框模工法及鐵馬模具之拆模順序如圖 所示 86

100 圖 鋼框模工法及鐵馬模具之拆模順序 施築工法與混凝土施灌方式之比較 依據以上敘述採用 BOTTON UP 工法之鋼框模與 TOP DOWN 工法之鐵馬模具之說明可瞭解兩種模具之特性與施作順序之差異點, 對於基作施築之精度控制與平整性處理上, 亦都有其優缺點, 以兩種模具均曾使用之板南線為例, 在工班人數配置及灌漿方式均相同條件下以 5 天施工循環施築長度 150m, 採用鋼框模需以 4 名測量員進行 2 天全天候之測量, 以測定施築範圍 200 根支架 ( 每一支架 2 片施工樣鈑計 8 個角落測點 ) 之相對高程, 而採用鐵馬模具僅需 2 名測量人員, 可在半天內完成施築範圍之工作軌踏面高程量測, 對於多個工作面展開時, 兩者之差異與效益將持續拉大, 此為兩種工法採用之模具在效益上差距最大之處 至於灌漿方式採用傳統壓送或中繼壓送亦均各有特色, 經整理與分析施築工法與灌漿方式比較可獲致如表 及 所示 表 基座施築工法比較 87

101 表 混凝土輸送方式比較 基座承載面修整 無論採用何種工法施築混凝土基座, 在拆模後的基鈑承載面處一定會留存不同程度之氣孔與凹槽, 因此, 完成面修補成為鋼軌舖設前很重要的一項工作, 各線進行基座承載面填補修整之方式大致處理的程序, 係先對承載面留存氣孔部份採取環養樹脂材料進行填補, 於凝固後以砂輪機研磨平整 作業程序如圖 至 所示 圖 拆模後留存氣孔與凹槽圖 氣孔填補圖 氣孔填補完成至於平整性之檢測, 各線採取之方式亦不盡相同, 淡水線廠商之施工理念期望運用大量之測量人力, 期使在承載面修整時可將坡度之一致性及高低差控制在施工允許誤差內 ( 如圖 ), 對於承載面高程較設計值差異較大部份, 亦曾採取將套管鑽除而重新植入, 又由於利用高程調整用之金屬墊片做為固定基鈑錨定套管施作高程之墊片開孔設計非為套管植入作業之用, 倒入之接合劑受其作業空間不大, 致使拆模後之承載面與套管面又留存不同程度之高程差, 因此基座承載面修整作業即陷入多次研磨和修整之困境 此一處理方式運用在高架段全路段時, 亦常受天候不佳與高架橋面版溫差產生之潛變因素, 致使精度控制不易掌控, 作業效率亦未如預期 後續之中和 新店線則以實體基鈑置放在研磨完成之承載面上施力貼合, 逐一檢視其研磨成效, 以不產生搖晃判定為接受標準 ( 如圖 ) 88

102 圖 測量方式檢測平整性 圖 錨定套管重新植入 板南線為了消除數種模具工法造成之承載面高程相對性誤差, 曾試圖採用上述 各種研磨修整之方式處理, 惟因全線調查測量結果顯示基鈑承載面除有高出設計值 4mm 低者為 7mm, 尚有為數不少之承載面 4 個角落高程不一致, 最大差異達 9mm, 為克服上述圖 實體基鈑檢核平整性缺失, 乃參照中和及新店線當時運用在特殊軌道高程控制之 ERC 塞漿工法, 而創立 ERC 壓漿工法處理, 詳細之作業流程將在鋼軌舖設之線形調整中做一說明 土城線之作法係在承載面修整過程中, 每一個承載面以長 400mm 鋼直尺或角鋼配合厚 0.5mm 厚薄規 ( 圖 ) 作為檢測平整度之量具 基座承載面修整完成經廠商自主檢查後將進行會驗, 項目計有確認兩基座節塊間之仰拱面凹槽填平 ( 若採用鐵馬系統之模具時, 亦需將留存於左右基座之螺桿孔洞填平 ) 基座寬度 基鈑 承載面平整度及扣件與導電軌支座錨定套管之工地拉拔試驗等 鋼軌舖設 扣件放樣預埋套管上之孔塞移除後, 須先確認套管內無異物與積水情形, 再以標示於基 鈑側之 G 值佈設臨近軌道中心之一側依序排列 ( 圖 及 ), 此階段重點在須逐一確認基鈑置放位向, 避免反裝, 錨錠螺栓在塗佈潤滑油脂後, 扣鎖機扭力值設定在 Nm 固鎖, 固鎖過程需留意螺栓調整墊圈無歪斜狀況, 並逐一檢視鋼軌墊片已安裝定位 圖 基鈑組件放樣 ( 出土段 ) 圖 基鈑組件放樣完成 ( 隧道段 ) 鋼軌舖放 長焊鋼軌在搬移前需先逐一確認軌條腹部之浮印標示須在兩軌外側與舖設行 89

103 軌, 依臺北捷運各線經驗, 大致採用以下鋪設方式 : 一 淡水及新店線使用機車頭牽引台車運至舖設地點, 利用最末一節台車配置的滾輪與門型吊架 ( 圖 ), 將鋼軌移置於彈性基鈑上 圖 舖軌台車與門型吊架圖 槽鋼導軌佈設二 板南線因當時南港機廠腹地正進行排水箱涵施作, 機廠至隧道間之出土段仰拱面亦正在施工, 而尚未交接, 因此乃利用佈設在明挖隧道之橫渡線區做為長焊鋼軌焊接廠, 焊接完成之鋼軌係利用置於搬移路徑上的滾輪, 以捲揚機拉至舖設位置兩側, 再由門型吊架移置在基鈑上 三 中和及土城線係在基座兩側邊先行佈設型鋼做為導槽 ( 圖 ), 使用機車頭牽引輕便型台車運至舖設地點 ( 圖 至 ), 利用台車上安置之鋼軌夾具逐根將鋼軌置於彈性基鈑上 圖 長焊鋼軌運送與舖設圖 機車頭與台車運送鋼軌由於長焊鋼軌之適合儲放之地點不易尋覓, 隨著施工進度需求與不影響後續界面標作業, 因此, 在施工過程中常配合上述需求而移置, 可用之地點一般常選用鋼軌已舖設完成之區段 ( 圖 及 ), 此乃可不受搬移路徑設定及可避免影響沿線作業之標別 以機車頭牽引輕型台車做為長焊鋼軌運輸之方式, 可較不受路徑淨空上之限制且更為輕便 在運送過程中, 由於台車重量輕且鋼輪尺寸較小, 亦同時受鋼軌勁度作用影響, 在行經特殊軌道時, 對尖軌之閉合要求與通過岔心之速度, 應更為緩慢與謹慎, 以防出軌 90

104 圖 長焊鋼軌移設 圖 兩基座間暫存長焊軌 鋼軌線形調整 由於基座施築階段已就施築位置 基座高度 基鈑間距及軌道中心等項目檢核完成, 而鋼軌亦是舖設在預期的基鈑佈設線形上, 故無道碴道床的鋼軌線形尤其水平線形調整常不超過 2mm 範圍, 此調整幅度較道碴道床軌道單純, 至於鋼軌踏面高程端視廠商採用的工法與施工路段而定 各線在鋼軌舖設完成後, 以現場佈設之軌道中心點為基準, 由錘球對準中心點, 以曲線間隔 2.5m, 直線間隔 5m 之距離調整水平線形 ; 至於鋼軌踏面高程之處理, 各線則有不同之處理方式 淡水線高架路段採用無收縮水泥 金屬墊片或兩者搭配 ( 板南線出土段區域亦是以此方式處理 ), 此種作業方式常為階段性之施工動線需求所舖設之鋼軌路段, 在進行高程調整時, 需以大面積或路段方式處理 ( 圖 至圖 ), 故較費時費力 隧道段則以金屬墊片調整方式處理 ( 新店 中和及土城線採用 )( 圖 ) 垂直線形係以鋼軌踏面為檢核點, 測點間隔距離及軌距量測同水平線形量測, 無論進行水平或垂直線形調整 ( 圖 ), 每一量測斷面均再度確認軌距 水平及垂直線形以設計線形 ±3mm, 軌距以 1435 ±1.5mm 為接受標準 圖 金屬墊片處理 ( 淡水線 ) 圖 無收縮水泥與金屬墊片處理高程調整 ( 淡水線高架段 ) 91

105 圖 金屬墊片處理 ( 中和及新店線隧道段 ) 圖 水平線形調整作業板南線在隧道區之鋼軌舖設階段, 係將承載面修補與高程調整結合為一, 以 ERC 圖 水平線形調整作業壓漿高程調整工法進行處理 採用此等工法之前置作業與壓漿工法作業流程敘述如下 : 一 前置作業 : 先完成沿線基座完成面高程檢測, 瞭解高程差異程度後, 辦理修線作業, 根據調查分析結果, 採行位於公共月台區調高 3mm 隧道區調高 5mm 特殊軌區維持原設計高程, 介於公共月台與隧道及隧道與特數軌道區採漸變之方式處理 二 ERC 壓漿工法 : 作業流程如圖 , 各分項作業分別說明如下 : 圖 ERC 壓漿高程調整作業流程 ( 一 ) 基準承載面高程放樣以每間隔 4 個基鈑承載面 (1,6,11,16...) 個別量測承載面 4 個角落高程, 由厚 1mm 之金屬平面墊片以環氧樹脂疊加黏貼於量測位置 ( 二 ) 承載面打毛每一承載面以破碎機將表面破擊成一粗糙面 ( 三 ) 基準承載面製作每一基準承載面係依下述 7 個步驟個別完成 : 1. 表面清理 : 清理施作面粉塵及雜質, 若表面潮濕須烘乾 2. 樣鈑包覆 : 樣鈑壓漿面塗佈脫模劑後, 以保鮮膜包覆平整 3.ERC ( Epoxy resin concrete) 拌合 : 將環氧樹脂 硬化劑 矽砂充份拌合成黏稠狀砂漿 4. 壓漿 : 將砂漿倒入施作面, 以鏝刀初步鏝平後, 由施工樣鈑對準施作面, 再以橡膠槌敲擊樣鈑, 受壓擠出之砂漿以鏝刀沿樣鈑邊切離後鏟除 5. 拆模 : 經 6 小時後, 以橡膠槌輕敲樣鈑面, 即可輕易移除樣鈑及保鮮模, 獲得 92

106 一平滑面, 若完成面出現砂漿不足形成凹槽或保鮮膜不整致使皺紋過多時, 將敲除重新製作 6. 周緣修整 : 以鏟刀鏟除壓漿面邊緣附著殘留砂漿 7. 孔位破除 : 鑿穿錨定套管處之砂漿, 並清除掉落套管內之碎屑 ( 四 ) 高程檢測 : 每一基準承載完成面較實際基鈑尺寸為大 ( mm), 檢核點量測 4 個角落位置之高程, 實測值與設計高程相較 ±2mm 為接受標準, 每一完成面 4 個角落高程差控制在 1.5mm 無論是實測值與設計高程相較或每一面 4 個角落之相較高程差控制, 均在確認每一基準面之製作品質, 此將可確保在進行長焊鋼軌壓漿後之承載面高程可達預期之效果, 縱使有些許誤差, 亦可經 3.75m 之跨距吸收而獲得平滑之高程變化 ( 五 ) 長焊鋼軌定位 : 壓漿區域之長焊鋼軌由門型吊架移至基座中央, 由木塊墊高離壓漿面 30 cm 高度, 以供基鈑組件及施工樣鈑安裝作業空間 ( 六 ) 基鈑組件連結 : 基鈑每間隔 75cm 安裝扣鎖在鋼軌上, 同時此階段壓漿承載面須清理完成 ( 七 ) 基準承載面基鈑組件安裝 : 基鈑組件安裝在基準承載面上予以鎖固, 做為長焊鋼軌壓漿固定位置 ( 八 ) 施工樣鈑包覆與安裝 : 依上述基準承載面所述之包覆方式處理, 每一片樣鈑附著之保鮮膜須予確認平整無皺摺產生, 再逐一將樣鈑安裝在基鈑下方, 此為拆模後可獲得一良好平整性承載面之重要檢視步驟 ( 九 )ERC 砂漿配置 : 拌合完成之砂漿, 由壓漿位置依序分配至壓漿區域之承載面上, 由作業人員將砂漿初步鏝平 ; 此步驟須確認承載面內無雜物 ( 固定樣鈑之螺帽掉入, 以免影響壓漿高程 ) 每一壓漿面所分配之砂漿量採取可多之原則, 以避免砂漿不足 ( 十 ) 壓漿 : 以千斤頂或門型吊架將長 216 m 鋼軌與基鈑組件結合後之重量緩慢置放在基準承載面之基鈑鋼肩內 ( 圖 ), 再以電動鈑手將扣夾鎖固, 電動鈑手之振動洽可提供類似夯實之效果, 可使砂漿受壓擠溢出樣鈑外, 施工作業人員得以鏝刀切離或清理多餘之砂漿 ( 圖 ) 由於砂漿材料易於凝固且受機具數量限制, 現場係以單側鋼軌壓漿, 完成側鋼軌壓漿, 完成後再予換側 正常情況下, 由 人組成之作業工班, 每日可完成 216m( 行進米 ) 之鋼軌舖設 圖 鋼軌重壓漿面 圖 壓漿面週緣修整 93

107 ( 十一 ) 拆模 : 壓漿完成後 6 小時即可進行拆模, 卸除施工樣鈑後移至下一壓漿區段, 隨即鑿穿錨錠套管處之砂漿, 並清除掉落套管內之碎屑 採用 ERC 壓漿工法進行舖軌, 雖具有高程幾乎無需再予調整, 且施工人員熟練作業後, 舖軌速度可較前述先處理基座面再調整高程之方式快速之優點, 惟採用此法, 事先之規劃 施工細節考量需更為週詳, 而現場作業所需人力幾為一般作業方式之 2 倍及處理 ERC 混合材料之成本亦較一般高程調整材料高出許多, 經濟效益則需做整整體之評估 各線採用高程調整所用之材料與方式如表 表 各線基鈑承載面高程調整處理方式 應力解除 無道碴道床之高架段與出土段均為露天區域, 與道碴道床的鋼軌零應力溫度控制遭遇相同的問題, 即是鋼軌受日照後散熱較為緩慢且因在橋面版或仰拱面上, 受熱輻射效應影響, 常較道碴道床軌道之軌溫高 3-5, 因此, 在 30±3 的鋼軌零應力溫度作業條件下, 常選擇在凌晨至清晨時段進行 ; 至於隧道段之軌溫雖較露天區屬常溫狀態, 冬季溫度介於 17-19, 夏季為 間, 而連絡主線與機廠仍屬隧道的明挖隧道區受出土段露天區影響, 軌溫分佈在 範圍 是以在進行隧道區的鋼軌應力解除, 為滿足 20±3 作業條件下, 亦常選擇深夜進行 如果至深夜仍無法達道作業溫度, 整個區段以冷水噴撒並配合通風設備處理可有效降低 2-3, 達到作業溫度條件 無道碴道床軌道鋼軌應力解除作業中, 除鋼軌零應力溫度設定不同外, 整個作業程序與第六章道碴道床軌道所述相同, 由於鋼軌扣件已固鎖在混凝土基座上, 水平線形可較道碴道床軌道獲得更為良好之控制, 作業時, 僅須鬆開扣夾, 進行敲擊鋼軌作業, 以消除應力集中現象, 亦有在適當間距置入滾輪, 將鋼軌抬高離開基鈑面, 達到解除區域鋼軌可自由伸展之目的 淡水 新店及板南線係以以鋼棒或鋼管置入鋼軌底部達到抬軌之目的, 以人工敲擊或機械振動方式進行應力解除 中和線係在扣夾鬆開後, 以應力解除機敲擊鋼軌方式處理, 而土城線係以特製之滾輪裝置 ( 圖 ) 置入鋼軌底部, 使整個作業區之鋼軌脫離基鈑面 mm 高度, 達到自由伸展之目的, 每一裝置與鋼軌底部接觸具有 4 個滾輪支撐, 軌足兩側 94

108 另各設有 1 個滾輪, 裝置定位係利用基鈑錨定螺栓固結 ( 圖 ), 此一裝置提供 解除作業在曲線段時, 可有效地束制鋼軌側向移位, 同時應力解除作業完成後, 鋼軌復原作業亦較為便利 圖 滾輪配置定位圖 應力解除機敲擊鋼軌 ( 出土段 ) 鋼軌應力解除之零應力溫度非僅在解除過程中遵守, 其作業溫度條件將持續至鋼軌扣件全數固鎖完成, 因此, 本項作業將是繼軌床承拖系統之混凝土基座施築後, 次高之人力作業項目, 無論係在主線隧道與基廠間之出土段 高架段或隧道區段, 為爭取軌溫變化前之作業時間, 一般作業常配置 人力, 分別進行軌溫計設置量取 滾輪移除 扣夾定位及鎖固和鋼軌長度變化紀錄 ( 圖 至 ) 圖 應力解除機敲擊鋼軌 ( 隧道段 ) 圖 扣夾鎖固鋼軌應力解除後之鋼軌伸縮量, 一般以伸長居多, 以板南線隧道兩長焊鋼軌焊成 432m, 於解除作業完成後, 左右軌量得之伸長變化量介於 19-27mm 間, 土城線以每 180m 鋼軌為解除單元, 左右鋼軌長度變化量介於 7-14mm 間, 此可說明應力解除作業除具有避免鋼軌應力集中之現象, 亦可降低受溫差效應產生軌道線形不整之機會 95

109 鋼軌鋁熱焊接 本項作業流程與各項調整細節與道碴道床軌道相同, 惟在隧道內作業須有足夠 之施工照明 ( 圖 至 ), 以確認焊接作業之調整細節與各階段之時間控制 圖 鋼軌焊接線形調整 圖 鋁熱焊劑反應中 鋼軌絕緣接頭組裝 鋼軌絕接頭在隧道內組裝之作業流程與各項調整細節與道碴道床軌道相同, 惟在隧道內除需有足夠之施工照明外, 並需確認接頭螺栓鑽孔相對位置 ( 圖 ), 表面亦應徹底清理 ( 圖 ), 同時亦應避免因隧道滲水致使表面沾附雜質而降低絕緣電阻值 圖 IRJ 螺栓鑽孔 圖 膠結部位表面清理 止衝擋安裝 止衝檔安裝時機一般均在鋼軌舖設後之所有調整作業完成之際, 安裝位置須透過號誌 供電與號誌等界面整合之結果設置 安裝順序係先將止衝主體移置定位後, 先行安裝導向爪勾至正確位置, 再組裝主體兩側之磨擦組件, 最後再裝設消能組件 所有組件之螺栓扭力值均為 150Nm 現場安裝作業如圖 至

110 圖 止衝擋主體定位 圖 消能組件安裝 軌道標識與標誌安裝 軌道標識與標誌在製品進場時, 已經過會驗程序確認顏色 型式及標示內容, 現場安裝時係依測量放樣之里程位置進行安裝, 除車輛停止標安裝在站區月台兩側前後之仰拱面 警衝標設置在特殊軌道岔心後方之兩軌間, 及超高標誌設在曲線超高外軌內側距混凝土邊緣處 100mm 外, 其它里程標 坡度標 曲線標等標識依放樣里程安裝在公共月台區係固定在月台下方 高架段之遮陽版 明挖隧道及出土段裝設在牆面及潛盾隧道區固定在電纜槽側邊下方, 高度一般控制較鋼軌踏面高約 40-50cm 處 安裝位置及完成如圖 至 圖 車輛停止標安裝 圖 坡度標安裝完成 圖 曲線標安裝完成 圖 超高標誌安裝完成 97

111 4.3 建議施作缺失及改善方法利用 TOP-DOWN 工法施築軌床基座 (Plinth), 最常發生的缺失有下列三項 : 1. 混凝土表層微小氣泡 : 依技術規範 - 無道碴道床軌道施工, 所謂混凝土表層微小氣泡, 是指孔穴不超過面積 5%, 最大尺寸為 5mm 其修補辦法為先將混凝土表面清理, 待混凝土表層自然乾燥後混合調配環氧樹脂 ( 如 EP220G) 填補表層氣泡孔穴, 待環氧樹脂硬化再次以環氧樹脂進行填補, 最終環氧樹脂硬化後使用 4 電動砂輪機進行表層平整度修飾作業, 將基鈑放置於承載面上檢測其平整度重覆進行研磨, 接著表面氣泡孔穴檢測 安裝扣件及長焊鋼軌 2. 環氧樹脂混合及填補須知 : (1)A 劑與 B 劑 ( 硬化劑 ) 混合比例為 4:1 (2) 依上述比例於桶內先加入 A 劑後再加入 B 劑 (3) 使用攪拌機攪拌搗實 3 分鐘使其充分均勻 (4) 攪拌完成之環氧樹脂須於 30 分鐘內使用完畢, 若超過 30 分鐘, 環氧樹脂將會起化學反應進而影響氣泡填補效果 (5) 使用抹刀或其它合適工具進行混凝土表層氣泡修補作業 (6) 由於環氧樹脂硬化後會收縮, 因此在填補氣泡洞孔時, 須多次塗抹環氧樹脂磨去多餘凸出部份, 使表面保持平整 (7) 於超高軌區或斜坡區使用環氧樹脂可能會發生外溢現象, 此時須添加矽土砂以增加黏性待第一次填補之環氧樹脂硬化 24 小時後再進行第二次填補作業 (8) 填補前, 表面須進行清理, 若有油脂 水等須清理乾淨 (9) 為確保混凝土與環氧樹脂間及兩層環氧樹脂間之接著力, 表層須保持乾燥清潔 3. 混凝土表層大型氣泡 : 指孔穴不超過面積 5%, 最大尺寸超過 5mm 之氣泡, 其使用環氧樹脂修補孔穴辦法與前述方法雷同 惟須注意對於氣泡較大處應於環氧樹脂拌和時加入較多矽土砂增加黏性, 如此可避免多次重覆進行填補 4. 錨錠套管表層油漆脫落 : 基座承載面常因研磨而使錨錠套管上表層油漆脫落, 其修補辦法為採取與錨錠套管同色調之 Epoxy EP431 進行修補, 以防止錨錠套管生銹 表 軌道物料施工界面關聯綜整 界面關聯軌道標需提供界面標需提供與軌道工程之界面 土建工程 1. 道床施築範圍及斷面 1. 路線結構型態 2. 結構伸縮接頭位置仰拱設施配置 1. 淨空 : 車站及隧道結構 2. 線形 : 仰拱之高程及坡度 3. 各項設施之位置 : 排水陰井 截水溝 結構伸縮縫 結合道釘孔 仰拱凹槽 防洪閘門 簡易擋水牆 水電環控工程 1. 鋼軌規格及斷面尺寸 2. 車輛淨空包絡線 3. 軌距 4. 導電軌配置圖 5. 止衝檔及防撞桿 1. 列車組成及長度 2. 車輛斷面 3. 軸重 4. 車輛連結器高度 5. 車輛中集電靴配置之位置及數量 1. 消防管及汙水管線吊掛之位置及高程 2. 排風設施之風管與排風箱體之位置及高程 98

112 機電工程施工圖 1. 線形資料 1. 轉轍器之規格 1. 鋼輪型式 車輛標 2. 軌床混凝土基座及版配置圖 3. 道碴道床電纜槽斷面尺寸 2. 道旁設備之配置需求 3. 纜線之容量需求 2. 鋼軌斷面 : 特殊軌路段 3. 集電靴及導電軌之規格 4. 車輛連結器 止衝擋 防撞桿之規格 1. 導電軌配置圖 1. 供電區間之區位 1. 軌道電路 號誌標 2. 電纜接頭位置及數量 3. 道碴道床電纜槽斷面尺寸 2. 電纜接頭需求數量及位置 2. 鋼軌接頭 (IRJ) 之位置及數量 3. 轉轍器 ( 包含連桿底座 ) 之位置 4. 軌旁設備及纜線等之安裝位置 5. 道旁設施及吊掛纜線之高程及位置 6. 電纜線之容量需求 7. 電纜槽之尺寸及安裝路徑與基座截角 8. 安裝轉轍桿件之混凝土版塊之分割間距 1. 道碴道床電纜槽斷面尺寸 1. 電纜之容量需求 1. 直流供電纜線及導電軌電纜接頭位置及數量 供電標 2. 雜散電流集流電纜佈設路徑 3. 電纜槽之尺寸及安裝路徑與基座截角 4. 電纜引上管 軌床基座及導電軌高程 5. 供電迴路與區間 通訊標 1. 電纜槽之尺寸 1. 車輛淨空包絡線 1. 車輛規格 1. 洗車設備之導電軌裝設位向 機廠設備標 2. 鋼軌規格及斷面尺寸 3. 軌距 4. 止衝檔及防撞桿施工圖 2. 車輛連結器高度 3. 各類車種之車輛型式 4. 洗車設備之控制室位置 2. 車輛鍍修設備之位置 3. 車輛連結器 止衝擋 防撞桿之規格 由於軌道工程是捷運系統的骨幹, 扮演著最關鍵之角色, 必須不斷累積經驗及檢討改進, 引進新的設計與施工技術, 軌道工程規劃與設計包括系統目標擬定, 路線線形訂定, 承托系統及軌道元件選用並納入營運基本參數等, 為達成未來捷運系統安全 經濟 舒適的目標持續提昇, 本系統已於在建工程之新莊 / 蘆洲線中, 納入浮動式道床 ( 如圖 ) 之設計, 期使在路段敏感區域可有效的降低噪音與振動, 另在民國 93 年底即將發包之信義線工程中, 除規畫浮動式道床外, 也提出高隔振軌道之設計, 以使後續興建之路網, 可提供乘客享受高品質捷運系統, 也能讓捷運系統沿線居民擁有舒適的居住環境 基於營運維修考量, 無道碴道床軌道 (Ballastless Track) 業已逐漸取代傳統道碴道床軌道 (Ballasted Track), 從初期應用在地下段 高架段, 目前平面段亦有採用無道碴軌道之案例 無道碴道床軌道的使用雖大幅減少軌道養護維修工作, 但相對地也犧牲了道碴軌道在吸音減振之功能, 為彌補此一缺失, 因而有無道碴道床鋼軌扣件 (Direct Fixation Fastener, DFF) 或稱彈性基鈑之發展, 以及各種降低軌道自然頻率的設計, 目的是在軌道結構與建造成本變動不大之前題下, 試圖發展出吸音減振良好之無道碴道床系統 但對於路線經過特殊地區, 例如 : 聯合開發共構車站 隧道與鄰近建物質實連接 穿越或鄰近對振動敏感之建物等, 當無道碴道床軌道無法達到預期減振效果時, 浮動式道床軌道 (Floating Slab Track,FST) 是目前公認最佳替代方案 99

113 圖 浮動式道床軌道示意圖 近代世界各大捷運系統在選用軌床系統之同時總會將 FST 列入特別考量, 例如 : 華盛頓 紐約 多倫多 洛杉磯 巴爾的摩 亞特蘭大 達拉斯 舊金山 墨爾缽 香港 新加坡等地之捷運系統, 目的係就可能經過或穿越對振動敏感之路段, 以 FST 取代一般道床系統以達到降低振動對鄰近建物之影響 前言軌道工程相較其他工程而言, 為一較封閉之工程項目, 其材料及使用物料多具特殊性及專利性, 多無法以一般性物料取代, 從定料到取貨期程 ( 多為國外進口 ) 有長達一年期, 軌道運輸又為一高安全性 高舒適度 準點性高之公共運具, 其中如何維繫此一特點及需求, 則考量著設計 施工及營運者智慧, 其中物料維護與壽年警訊管控則是最重要的一環 二十一世紀是資訊發達飛驣的時代, 利用電腦普及使它融入每一個人的生活與工作之中透過電腦來管控與儲存大量的資訊, 達到物料維護與壽年警訊管控則是必備的手段的一環, 首先利用英文代碼管控物料壽年警訊預測防護, 第一區段代碼為路網路線 ; 第二區段代碼為路線里程 ; 第三區段代碼為物料零件 第一區段首位兩英文字母代碼為路網代表路線 : 例如木柵線 (CM) 淡水線 (CT) 新店線 (CH) 中和線 (CC) 南港線 (CN) 板橋線 (CP) 蘆洲線 (CL) 新莊線 (CK) 松山線 (CG) 信義線 (CR) 南港東延段 (CE) 內湖線 (CB) 等 圖 台灣臺北捷運系統願景圖 100

114 4.3.2 第二區段代碼為路線里程之計算 : ( 一 ) 連續里程 : 1. 臺北捷運系統整體網連續里程之規劃係以紅線 ( 淡水線 ) 臺北車站 ( R13 站 ) 之車站中心訂為 參考里程, 其上行線里程向北遞增 向南遞減, 而綠線 ( 新店 松山線 ) 與紅線在中正紀念堂站 (R11 / G11 站 ) 交會, 綠線該點里程即定為相同於該點紅線里程 2. 綠線上行線里程由 G11 站往松山方向遞增 向新店方向遞減, 而藍線 ( 板南線 ) 與綠線在西門站 (G13/BL6 站 ) 交會, 藍線該點里程即定為相同於該點綠線里程 3. 藍線上行線里程由 BL6 站往南港方向遞增 向板橋方向遞減, 又橘線 ( 中和 新莊線 ) 與綠線在古亭站 (G10/O15 站 ) 交會, 橘線該點里程即定為相同於該點綠線里程, 橘線上行線里程由 O15 站往新莊方向遞增 向中和方向遞減 ( 二 ) 分段里程 : 分段里程為自任一車站月台中心 (0+000 參考里程 ) 至下一車站月台中心的站間里程, 分段里程若加上前一車站月台中心之連續里程即可轉換得該車站月台中心之連續里程 ( 三 ) 捷運定線資料範例 : 1. 臺北捷運定線以路線里程中分段里程由左至右遞增標示, 其上行線里程以往東 往北方向遞增為原則, 惟信義線因屬臺北捷運路網紅線, 而整個路網連續里程之規劃係以紅線臺北車站 (R13 站 ) 之車站中心訂為 參考里程向北遞增 向南遞減, 因此其上行線里程反由東往西方向遞增, 新莊線里程亦因此往新莊方向遞增 ; 路線內標註指北針, 其指北方向係隨路線前進方向之走向而變化 ; 路線縱面標示地面高程 軌道之縱坡度 豎曲線及各等距里程 特定里程之鋼軌踏面高程 此外, 路線段潛盾隧道結構與集水井或明挖結構線 車站結構牆 及現有或計劃之地下重大結構體均應標繪 2. 臺北捷運定線平面線形資料內載各變化點之里程 精緯座標 方位角 接連變化點間長度 曲線段曲線半徑 曲線段選用超高值 曲線編號及曲線段之速限 ( 低於 80KM/HR) 臺北捷運定線平面線形資料內標示各縱坡線直 ( 切 ) 線交點之里程 高程 縱坡度及豎曲線半徑 長度 中距 第三區段代碼為物料零件與扣件 : (1) 錨栓 (Anchor): A. 防爬器 (Rail Anchor): 緊鄰軌枕固定於鋼軌底部之裝置, 設計以阻止鋼軌因列車運行及溫度變化所產生之縱向移動 B. 無道碴道床鋼軌扣件錨栓 (Direct Fixation Rail Fastening Anchor): 固定無道碴道床鋼軌扣件於混凝土基座上之錨栓 (2) 引道版 (Transition Slab): 位於道碴道床與無道碴道床界面處之混凝土版, 目的在兩者間提供一緩衝區 由土木廠商施作 (3) 道碴 (Ballast): 為道碴道床軌道結構組成要素之一, 其組成為碎石, 軌枕埋入其中 (4) 鋼軌接頭 (Rail Joint): 兩根鋼軌間以魚尾鈑螺栓接合 有普通及絕緣兩種型式 (5) 止衝擋 (Buffer Stop): 設於軌道末端具漸進式提高阻抗列車行駛能力之 101

115 停車設備 (6) 防撞桿 (Bumping Post): 設於軌道末端之停車設備 (7) 菱形岔心 (Crossing Diamond) -位於交叉橫渡線之交叉處, 由兩副端部岔心及兩副中央型岔心所組成的特殊軌道組件 (8) 連續長焊鋼軌 (Continuous Welded Rail, CWR): 鋼軌以焊接方式連結成連續性無魚尾鈑接頭之長鋼軌 (9) 脫軌器 (Derail): 安裝在軌道上藉由列車出軌以保護另一相連軌道之裝置, 同時避免列車進入或干擾其它軌道運作 (10) 無道碴道床鋼軌扣件 (Direct Fixation Rail Fastener): 將鋼軌固定於無道碴道床軌道之混凝土基座上且具彈性之裝置 A. 鋼軌扣夾組件 ( Rail Clip Assemblies): 為無道碴道床扣件的一部份, 由一個或數個零件所組成, 作為鋼軌附著於扣件本體之用 B. 錨定組件 (Anchorage Assemblies): 為無道碴道床扣件的一部份, 由一個或數個零件所組成, 作為扣件本體固定於混凝土基座上之用 C. 錨定套管 (Anchorage Insert): 為錨定組件之一部份, 置於混凝土基座內, 內具螺紋可固定錨定組件之錨栓 (11) 連綴軌 (Dutchman): 為一小段之臨時鋼軌, 置於尚未連結之連續長焊鋼軌端部之間, 以減低軌道施工機具通過時對鋼軌端部造成之損傷 (12) 牽引接地系統 (Traction Earth System)( 雜散電流收集系統 ): 置於鋼軌下方, 連接牽引接地迴流導線網 (13) 軌道雜項材料 (Other track material,otm): 除鋼軌 特殊軌道 軌枕及道碴外, 完成軌道施工所需之雜項材料 (14) 墊鈑 (Plate): A. 軌距墊鈑 (Gauge Plate): 裝設於尖軌或岔心區域用以維持軌距之鋼質墊鈑 B. 滑床鈑 (Slide Plate): 支承尖軌以利其扳轉滑動之特殊尖軌墊鈑 C. 特殊墊鈑 (Special Plate): 特殊軌道區之鋼質墊鈑, 設計用來取代標準軌距 尖軌 尖軌踵端及軌枕墊鈑 一般使用在尖軌及岔心處 (15) 鋼軌或稱軌條 (Rail): A. 連續長焊鋼軌 (CWR): 將數根制式鋼軌焊成一根長鋼軌 B. 接縫鋼軌 (Jointed Rail): 使用魚尾鈑及螺栓連接之鋼軌 C. 運行軌 (Running Rail): 直接支承鋼輪之鋼軌, 具有導引車輛輪緣之功能 D. 特殊軌道鋼軌 (Special Trackwork Rail) 指特殊軌道區內之鋼軌, 視為特殊軌道的一部份 (16) 軌撐 (Rail Brace): 安裝在道岔基本軌 (stock rails) 之外側, 提供基本軌橫向支撐以維持軌距之裝置 (17) 止動撐 (Rail Stop): 以螺栓鎖於道岔基本軌腹部且位在尖軌側之裝置, 目的是經由基本軌腹部提供支承以確保尖軌軌距 請勿與踵端間隔材 (heel block) 混為一談 (18) 桿件 (Rod): A. 偵測桿 (Detector Rod): 連結尖軌與鎖定桿之桿件 B. 尖軌拉桿 (Switch Rod): 連結兩根尖軌之桿件 102

116 C. 前尖軌拉桿 (Head Rod): 連結操作桿之尖軌拉桿 D. 後尖軌拉桿 (Back Rod)/ 軌距拉桿 (Gauge Rod): 泛指前尖軌拉桿以外之其它尖軌拉桿 E. 操作桿 (Operating Rod): 連結首尖軌拉桿至轉轍器之桿件 F. 鎖定桿 (Lock Rod): 連結偵測桿至鎖定機構之桿件 (19) 底碴 (Subballast): 比路基組成成份優良之級配料, 舖設在軌道道碴與路基之間 (20) 轉轍器 (Switch Machine): 帶動尖軌或脫軌器運作之機械裝置 (21) 尖軌或岔尖 (Switch Rail or Switch Point): 斷面漸尖可扳轉之鋼軌, 以導引鋼輪輪緣至預設之軌道上 (22) 枕木或稱軌枕 (Cross Tie or Sleeper): A. 枕木 (Cross Tie): 指道碴道床軌道結構之橫向構件, 用以固定鋼軌位置 並將鋼軌上之荷重分佈在道碴上 B. 木枕 (Wood Cross Tie): 材質為特定木材之枕木 C. 混凝土枕 (Concrete Cross Tie): 本規範係指材質為預力混凝土之單塊枕木 D. 導電軌枕木 (Conductor Rail Cross Tie): 可同時支撐導電軌之枕木 (23) 軌道 (Track): A. 道碴道床軌道 (Ballasted Track): 由鋼軌 軌枕 道碴及雜項材料所構築之軌道 B. 無道碴道床軌道 (Direct Fixation Track) 將鋼軌利用無道碴道床鋼軌扣件 ( 直接固定式扣件 ) 安裝在混凝土道床上之軌道 ( 基座式或版式 ) C. 浮動式道床軌道 (Floating Slab Track): 將相當質量之道床版, 利用離散配置之支承墊與隧道仰拱面或橋面版隔離, 以達到大幅降低輪軌振動 / 噪音之軌道系統 因抽換支承墊將嚴重影響系統營運, 故支承墊之材質必須具有高使用壽年, 一般常用之材質為橡膠 橡膠混合物 金屬彈簧 玻璃纖維等 (24) 導電軌 (Conductor Rail): 位於軌道側邊之電導體, 設計用來傳輸列車運行所需之動力能源 第三區段代碼均為兩個至四個英文字母代表, 利用電腦建立資料庫, 將物料零件與扣件從製造 出廠 檢驗 運送到關交貨 安裝 品管驗證 行駛期程等原始資料登錄逐筆紀載使用期限, 成立完整物料壽年安全預警機制 103

117 第五章建議與結論世界各國軌道運輸系統因軌道工程相較其他工程而言, 為一較封閉之工程項目, 其材料及使用物料多具特殊性及專利性, 多無法以一般性物料取代, 用料取得時間過長, 如無適當物料管控規劃將造成軌道運輸系統, 無論在施工階段及營運階段, 皆將造成相當大之困擾, 如備料安全存量不足, 則有降低營運等級或停止營運之後果, 另軌道運輸系統材料特殊, 如安全存量過高, 則會造成成本積壓過大及物料超過安全期限與備料場地過大之影響, 現就分析研究後提出下列幾項結論 1. 規劃及設計階段即須編制軌道物料管控架構及規則, 其中需考量區域使用經驗 該地工業生產技術及市場性 2. 設計上已將滾輪式滑床鈑製品納入規範選用, 以提供路線道岔尖軌搬轉平順與穩定之要求, 另開放廠商為配合施工需要, 在舖設高隔振軌道區域可將彈性基鈑的型式與尺寸做一調整, 以利於細部設計與施工, 達到降低噪音與振動之目的 3. 管控物料愈早開始越好, 才可完整掌握各組件個別物件之使用狀況, 適時規劃物料存量及各物件養護抽換時機, 以更有效率之掌控資源及降低物料人工成本 4. 在特殊軌道組裝之高程調整由原先之混凝土版高程控制改為環氧樹脂砂漿 (ERC) 高程調整方式, 其衍變較大, 而 ERC 高程調整工法所具備之施工快速 人力精簡及穩定性高之優點, 除非道床承托系統有所改變, 否則目前難有其它工法可予取代 5. 鋼軌舖設作業常受隧道空間影響, 目前之做法已由傳統之長焊鋼軌佈置放在平板台車上, 由機車頭牽引台車運送至現場舖設之方式, 改為機車頭牽引輕便型台車運輸及佈設, 由於此等作業已可克服空間上之諸多限制條件, 且同時具有量輕 機動性高與長度可靈活調整 6. 以臺北捷運所採用之兩條平行節塊式基座特性, 從各標處理程序, 在鋼軌舖設前, 氣孔填補 研磨修整與可預期之金屬墊片高程調整等作業之施工節奏難以流暢, 亦常影響隧道作業環境與空氣品質, 至於人力需求最多 施作精度須控制良好, 後勤之施工照明 通風設備與施工用水管理需充份配合, 如何引進新的工法, 以降低前述缺失, 或減少作業流程, 實為施工廠商今後應投入探討與研究努力之目標 7. 未來宜做區域整體規劃, 建構區域軌道物料管控交流及調配, 達到相互支援, 降低區域內各軌道運輸系統整體物料成本及其儲運空間, 甚而達到資源更有效率運用及分貝之最宗目的 8. 以滾輪式滑床版取代乾式潤滑之滑床鈑, 不僅免去滑床版之潤滑作業, 同時解決號誌與軌道長期為尖軌定位紛擾之問題 岔心備品鼻軌部分之正常鋼軌長度至少需為 1 公尺, 以因應後續抽換接續之所需 9. 每組道岔岔後 15 公尺範圍之兩股軌道間, 以混凝土將基座連成一體或製作版塊, 其混凝土面與基座同高, 俾利導引出軌列車, 避免翻車之虞 比照香港地鐵, 每 10 公尺設置一塊十公尺標識, 俾利維修人員快速回報軌道里程 10. 調整岔心局部幾何形狀, 以延長岔心使用年限並適度降低電聯車通過岔心振動量 信義線初次開始正線使用錳鋼岔心, 冀大幅延長岔心使用年限 11. 信義線初次開始為平衡建造成本與市民對環保的期許, 引進高隔振無道碴軌道 (NBHI) 用在振動較為敏感的路段 端點站及交會站之道岔採加厚型尖軌, 俾能 延長尖軌之使用年限 104

118 12. 正線特殊軌區之導電軌佈設須盡量為橋接式, 冀延長電聯車集電靴使用年限 本文雖以台北捷運系統軌道工程為研析標的, 探討軌道工程主要組件物料項目, 最終釐定出最佳化軌道工程壽年內物料管控決策系統架構, 軌道工程一般而言組成大恙架構仍具有共通性, 故本文之研究成果仍可做其他軌道運輸單位或軌道相關學術研究機構, 做這一方面研究分析或發展之參考, 亦希望藉此拋磚引玉, 能與軌道運輸界做一技術及經驗之交流, 亦希冀本文能對軌道運輸界在物料控管決策系統上有所幫助 105

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