109 鐵路人員升資考試士級晉佐級 技術類(選試鐵路工程大意) 鐵路工程大意 考古題詳解

核心觀念

本題考查鐵路平面線形中各類曲線的功能，以及直線與曲線之間如何平順銜接。曲線主要用來改變路線方向、克服地形高差，並降低列車通過線形變化時的衝擊。

一般可分為平面曲線與縱面曲線：

• 平面曲線：使路線在平面上改變方向，主要包括圓曲線與緩和曲線。
• 縱面曲線：使路線縱坡平順變化，主要包括凸形曲線與凹形曲線。

本題屬工程線形概念題，無須套用特定法條或進行數值計算。

解題方法與各類曲線用途

可依「改變方向」或「改變坡度」分類，再說明各類曲線的主要用途、線形及採用理由。

核心觀念

本題考查軌距的定義、依軌距大小所作的分類，以及軌距對鐵路建設與營運的影響。

**軌距（track gauge）**是同一軌道兩股鋼軌之間的寬度，工程上以兩鋼軌軌頭內側的量測基準面間之水平距離表示；實務量測點位於鋼軌踏面下方的規定位置。軌距與車輛輪對規格相配合，決定車輛能否在該軌道上行駛。

依與標準軌距的相對大小，分為三類：

1. 寬軌：大於標準軌距。
2. 標準軌：軌距為 $1,435\text{ mm}$。
3. 窄軌：小於標準軌距。

軌距並非單獨決定鐵路運能或速度；列車載重、車輛與軌道設計、路線條件及號誌等也會影響營運表現。

解題方法

先寫出軌距定義，再以 $1,435\text{ mm}$ 為分界，說明寬軌、標準軌與窄軌的特性，最後將題目指定的三個臺灣系統代入分類：

臺北高運量捷運與臺灣高鐵雖然軌距相同，車輛、軌道、電力與號誌等系統規格仍不相同，因此不能僅憑軌距相同就認定兩者可直接共線營運。

三類軌距的特性與優缺點

寬軌

寬軌大於 $1,435\text{ mm}$。較寬的軌距可提供較寬的車體及較大的車輛空間配置餘裕，適合配合重載或特定運輸需求；較大的輪距也有助於車輛穩定性。

其缺點是路線、車輛及相關設施須採用相應規格，建設與維修成本可能較高；若與標準軌或窄軌路網銜接，須處理轉運或換裝，也會降低路網互通性。

標準軌

標準軌為 $1,435\text{ mm}$，也是國際間廣泛採用的軌距。其優點是規格普及，車輛與工程技術較容易取得，跨區路網的互通性較佳；相較窄軌，也較容易配合較寬車體與較大運輸需求。

核心觀念

本題考查軌枕在軌道結構中的作用、作為軌道構件應具備的工程特性，以及木枕與預力混凝土枕的材料特性比較。軌枕設於鋼軌下方，與道碴或其他道床共同支承鋼軌；解題時可依「支承與分散荷重、維持軌距與位置、提供扣件及道床作用」整理其功用，再以耐久、強度、穩定、施工與維修等面向比較兩種枕木。

解題方法與說明

一、軌枕的功用

1. 支承鋼軌並分散荷重：承受鋼軌傳來的列車垂直荷重，將荷重分散至道床，降低道床局部壓力。
2. 保持軌距與軌道幾何形狀：連結兩股鋼軌，維持規定軌距，並協助保持軌道的方向、高低及水平。
3. 固定鋼軌並傳遞作用力：提供扣件的安裝與錨定位置，承受列車行駛所生的橫向力、縱向力及振動，並將其傳遞至道床。
4. 維持軌道穩定：藉由適當的重量、底面與道床接觸，增加軌道抵抗位移與變形的能力。
5. 提供電氣隔離條件：採用適當材質或絕緣構造時，可使兩股鋼軌間電氣隔離，供軌道電路等設備使用。

二、軌枕應具備的工程特性

1. 強度與剛度足夠：能承受列車荷重及反覆動載，不致破壞或產生過大變形。
2. 耐久性良好：能抵抗氣候、濕氣、腐朽、蟲害、磨耗及化學作用；混凝土枕亦須避免裂縫與鋼材腐蝕。
3. 軌距保持能力佳：能可靠固定扣件與鋼軌，長期維持軌距及軌道幾何形狀。
4. 道床穩定性佳：具有適當重量與底面，使荷重分布均勻，並能與道床共同抵抗縱、橫向位移。
5. 扣件錨定與絕緣性能適當：扣件應能牢固安裝；需要軌道電路時，應具備必要的電氣隔離。
6. 施工及維修便利：尺寸、重量與構造應利於搬運、鋪設、調整、檢查及更換，且全生命週期成本合理。

三、木枕與預力混凝土枕比較

核心觀念

鋼軌是軌道的主要構件，作用不只在供車輪行駛，也要把車輪荷重安全傳給軌枕，並維持列車行駛方向與軌距。題目接著考鋼軌斷面如何分配材料，以兼顧承載、耐磨、抗彎與固定等需求。

鋼軌通常採工字形平底斷面，由上而下分為軌頭、軌腰、軌底。工字形能把較多材料配置在離中性軸較遠的位置，因而有效提高斷面慣性矩與抗彎能力。

解題方法

作答分成兩部分：先列鋼軌的主要功用，再由工字形斷面的受力與使用需求說明各部設計目的，最後交代常見斷面及大致比例。

鋼軌的主要功用如下：

1. 引導車輪行進：提供連續、平順的滾動面，並配合軌距引導車輛沿線路行駛。
2. 承受並傳遞荷重：承受車輪傳來的垂直荷重、水平力及衝擊力，再傳至軌枕、道床與路基。
3. 承受磨耗與衝擊：軌頭直接與車輪接觸，須有足夠強度、硬度與耐磨性。
4. 維持軌距及軌道方向：鋼軌與扣件、軌枕共同維持軌道幾何形狀。
5. 兼作電流通路：電化鐵路可利用鋼軌作為牽引回流通路；設有軌道電路時，鋼軌也可作為訊號電流通路。

鋼軌斷面各部分的功能需求如下：

• 軌頭：承受車輪集中荷重、接觸應力與磨耗，須有足夠寬度和厚度，並提供適當的車輪踏面及輪緣接觸形狀。
• 軌腰：連接軌頭與軌底，傳遞兩者間的剪力，並承受彎曲造成的應力；

核心觀念

本題考查鐵路與捷運的牽引供電方式，須分辨供電電流型式、電壓、供電設備及列車取電方式。

• 架空電車線供電：電車線架設於軌道上方，列車以集電弓取電；回流通常經車輪、鋼軌及回流線返回變電站。
• 第三軌供電：在走行軌旁另設導電軌，列車以集電靴取電。牽引變電站將交流電降壓、整流為直流電後供應列車。
• 自耦變壓器供電（AT）：屬於交流架空供電系統的饋電方式，藉由自耦變壓器配置改善供電電壓降與通信干擾；它不是第三種列車取電設備。

解題方法與各系統供電方式

答題時先逐一寫明系統的電流型式、電壓與取電設備，再從建置條件、輸電能力、維護及安全性比較優缺點。供電方式可整理如下：

臺鐵

臺鐵電化路線採單相交流 $25\,\text{kV}$、$60\,\text{Hz}$ 架空電車線供電。牽引變電站將外部交流電源轉換為牽引電力，經電車線供列車集電弓取用；電流再經列車、鋼軌與回流設備返回，形成電氣迴路。

臺灣高鐵

臺灣高鐵同樣採單相交流 $25\,\text{kV}$、$60\,\text{Hz}$ 架空電車線供電，列車以集電弓取電。其長距離、高速運轉路線採用 AT 饋電，以降低電壓降及對通信線路的電磁干擾，並利於延長供電區間。高鐵正線依高速行車需求配置較高規格的電車線系統。

臺北捷運

臺北捷運主要採直流 $750\,\text{V}$ 第三軌供電。牽引變電設備將交流電降壓、整流為直流電，再送至軌旁導電軌，由列車集電靴接觸取電。此方式不需在列車上方架設高架電車線，適合隧道及都市密集區段。

高雄捷運

高雄捷運紅、橘線重軌系統採直流 $750\,\text{V}$ 第三軌供電，列車以集電靴取電，基本原理與臺北捷運相同。

本題所稱「高雄捷運」按考試常見用法指紅、橘線重軌系統；高雄環狀輕軌採用不同的供電與車載儲能設計，不宜與重軌系統混為一談。

優缺點比較

架空電車線供電

優點：