轨距(track gauge)亦即轨道距离,是铁路轨道两条钢轨之间的距离,以钢轨的内距为准。
实际上,不同国家、地区的铁路轨距并非完全统一的,一般根据钢轨内距长度可分为标准轨距、宽轨和窄轨。
轨距对照图
标准轨距
国际铁路联盟在1937年制定的1,435mm(4英尺8½英寸)为标准轨距,又称国际轨距,约占世界上铁路里数大约59%
标准轨由最先使用铁路的英国提出。设计及建造史托顿-达灵顿铁路的英国工程师乔治·史提芬逊提出4英尺8½英寸的轨距,并成功说服火车制造商生产4英尺8½英寸(即1,435毫米)轨距的车辆。由于史提芬逊成功设计的铁路是众人模仿的对像,亦使这轨距变得流行。
有关4英尺8½英寸的轨距的来源。实际上,标准轨距的确定仅仅是设计和实践综合考量得出的结果。乔治·史蒂芬生的火箭号是采用5英尺4¾英寸长的车轴(采取这个长度的车轴是因为车宽不能超过当时货运马车的7英尺宽度,以便兼容现成的隧道),以及厚度为8¼英寸的动轮。除去1英寸的轮缘宽度,理论最小轨距为4英尺7¾英寸。最早期设计的轨距维持在4英尺8英寸,其中史提芬生预留出了¾英寸宽度来避免车轮和轨道卡死。但早期火车并没有差速装置和转向架,实际运行中出现了噪音过大和轮轨磨损的问题,随后史蒂芬生将轨距拓宽了½英寸(相较重新设计火车,改变轨距相对简单的多),解决了问题。鉴于史蒂芬生的成功,以及该轨距的高度兼容性,皇家计量局决定将4英尺8½英寸作为标准轨距。
宽轨
比标准轨宽的轨距称为宽轨,占全球铁路23%。主要实际应用的有俄罗斯使用的5英尺(1,520mm),及印度使用的5英尺6英寸(1,676mm)轨距。
窄轨
比标准轨窄的称为窄轨,占全球铁路16%。主要实际应用的有英国在如工厂、矿区推广使用的3英尺6英寸(1,067mm)轨距,及法国在主导制定国际单位制后推出的米轨(1,000mm)。
一般窄轨铁路适用于山路,而宽轨铁路则有更好的高速稳定性。双轨距或多轨距铁路铺有三或四条钢轨,让使用不同轨距的列车都可行驶。日本和西班牙则采用了轨距可变列车,让列车在不同轨距的线路间直通运行。
中国铁路轨距
我国现在的铁路系统大部分使用标准轨,宽轨和窄轨仅有极少量运用。
中国早期的铁路由英国及比利时工程师承建,因此中国境内大部分铁路之轨距沿用英国标准,为标准轨。但在民国时期由于未能推行统一标准,出现了各种轨距的铁路。
火车在中蒙边境更换转向架
中东铁路曾经使用过1,524毫米的宽轨。山西的同蒲铁路和正太铁路曾用过1,000毫米(已经改造至标准轨),云南的昆河铁路仍为米轨(1,000毫米,合1米,故称)。南京六合区冶山铁路,河南许昌-周口郸城许郸铁路,四川犍为嘉阳矿区铁路为762毫米。在满州国时期,东北地区由日本建设了不少使用窄轨的铁路。
中国大陆现在使用的是轨距为1,435毫米标准轨,并逐渐将其他轨距的铁路转换为标准轨,至2003年,中国大陆境内正式营业的铁路中,尚存宽轨9.4千米,窄轨600多千米。
哪个才是最优轨距?
一般来说轨距不同会对成本、负载力、最小转弯曲率、车辆最高速度与爬坡率等方面有影响,基本上都跟轨距呈正比关系(但爬坡率为反比)。
由于轨距越宽,车轮就可做更大,车辆截面也可做的宽扁降低重心,负载力与高速表现就越好,但建造成本也越高,同时不利于做小曲率的转弯,也较难爬上陡坡,因此宽轨距一般都适用于平原地区、工业铁路或高速铁路。
相反轨距越窄,建造成本就较低,爬坡性能较佳,而且容易做小曲率的转弯,车辆截面也可做小降低车辆制造与隧道挖掘成本,但车辆的行驶速度与负载力就容易被限制,所以窄轨距较常用于山区或产业轻便铁路,有助降低工程的难度和成本。
但实际上从现代角度看,宽轨或窄轨并没有绝对的优缺点,负载力方面,世上最重的货车可以在美国及澳洲的标准轨上行走,而澳洲昆士兰及南非的窄轨(1,067毫米)铁路上的列车依然是十分重。速度方面,最快的高速铁路多是采用标准轨,而窄轨的日本列车也能以160km/h的高速行驶,这些方面并没绝对的正比限制关系。
成本上虽然会有差异,但以标准轨为基准只有轨距低于1米或3英尺建造成本才会有落差,但相对的负载力与性能也限制很多。而建造标准轨的轻便铁路与窄轨铁路价格相差并不大。
以此看来,选择宽轨或窄轨皆未必优于标准轨,采用不同的轨距能应对不同线路的运输需求让效益最佳化。
但轨距不同也失去了与标准轨之间的兼容性,这提高了车辆开发采购的限制与成本,也让未来线路整合提高困难度。不少国家在应对此问题时若无法做全国轨距统一化的工程,则必须采用双轨距或可变轨距列车来整合线路。