112 鐵路人員升資考試佐級晉員級 技術類(選試鐵路工程概要) 鐵路工程概要 考古題詳解

核心觀念

道岔是使列車由一股軌道轉入另一股軌道的軌道設備。轉轍時，透過改變尖軌相對於基本軌的位置，開通預定進路；列車行經岔心時，則由護軌協助引導車輪安全通過。

轉轍方式可依操作與動力來源說明：

• 人工轉轍：由人員操作轉轍閘柄或扳道器，使尖軌轉換位置，常用於道岔數量較少、使用頻率較低，或未設集中控制的地點。
• 電鎖轉轍：由人員在現地扳動轉轍閘柄，但操作受電氣鎖控制，須符合號誌或聯鎖條件才能扳轉，增加行車安全。
• 電動轉轍：由電動轉轍機驅動尖軌轉換，並回傳位置表示；可配合聯鎖與集中控制，適用於道岔較多或列車運轉頻繁的車站。
• 其他動力轉轍：依設備可採液壓、電動液壓或氣壓等方式提供轉換動力。實際系統依路線與設備需求選用。

解題方法

本題分成兩部分作答：先依轉轍設備的操作方式與動力來源，列出常見類型並簡述用途；再從岔心的構造說明護軌的必要性。

核心觀念

超高是曲線軌道內側鋼軌低於外側鋼軌的高度差，用來平衡列車通過曲線時的離心作用。列車由直線進入曲線，或由一個曲率轉入另一個曲率時，超高不能突然改變，必須沿一段距離逐漸增減；這個逐步改變超高的過程，稱為超高遞減。

超高遞減通常配置在介曲線內，使軌道超高隨曲率變化逐步調整。設超高遞減量為 $C$、遞減長度為 $L$，平均超高變化率可表示為：

因此，超高遞減長度不能只看曲線半徑，還要同時滿足遞減坡度、列車通過時的超高變化率，以及介曲線幾何條件。鐵路相關規範要求超高在介曲線內逐漸遞減，並與曲率或正矢變化相配合。［交通部《鐵路修建養護規則》］

解題方法

本題是觀念題，作答可分成兩步：先說明「超高遞減」是什麼，再整理「決定遞減長度」時的限制與現場條件。核心原則是：遞減要平順，且必須安排在可容納遞減的線形區段內。

重要情境與考量如下：

1. 曲線與介曲線的線形配置 直線與圓曲線間設有介曲線時，超高應配合曲率變化，在介曲線全長內逐漸遞減或增加。介曲線長度不足時，超高變化就會過急；線形設計須使遞減長度能容納於介曲線內。

2. 超高遞減量與容許遞減坡度 遞減量愈大，若要維持同樣平順程度，所需長度愈長。設計時須依規範限制超高遞減的坡度，避免鋼軌高度在短距離內變化過大。

核心觀念

本題考查兩種鋼軌接合方式的原理、設備與現場作業順序：

• 熱劑焊接（鋁熱焊接）：利用鋁粉與金屬氧化物反應，產生高溫熔融金屬，填入鋼軌接頭間隙，熔接兩端鋼軌。
• 移動式電阻火花焊接：以專用焊軌車夾持鋼軌，通電使接合端面產生電阻熱，並在火花放電與軸向頂鍛作用下形成接頭。又稱移動式閃光對焊。

兩者都能將鋼軌接成長鋼軌，但熱源、設備型式及作業流程不同：熱劑焊接須設置鑄模並澆注熔融金屬；移動式電阻火花焊接則由焊軌車在鋼軌端面直接加熱、頂鍛。

解題方法

以「施工準備 → 加熱或熔接 → 接頭成形 → 整理與檢查」為共同架構，分別說明兩種方法的程序，再比較其差異。作答時要交代關鍵工序，尤其是熱劑焊接的模具、預熱及澆注，以及電阻火花焊接的端面接觸、火花加熱及頂鍛。

一、熱劑焊接作業程序

1. 鋼軌端部準備 確認鋼軌端面與接頭位置，清除油污、鏽蝕及其他雜物；按規定調整兩端鋼軌的間隙、水平、高低與方向，並固定鋼軌，避免焊接期間移位。

2. 安裝鑄模並封模 在接頭周圍安裝適用的耐火鑄模，使模腔包覆鋼軌端部及預留間隙；以封泥等材料密封模具接縫，防止熔融金屬外漏。

3. 預熱接頭 使用預熱設備加熱鋼軌端面及鑄模內部，使接頭區達到規定溫度並去除水分。預熱不足會使熔融金屬冷卻過快、融合不良，接頭容易產生缺陷。

4. 配製並點燃熱劑 將鋁熱焊劑置於反應坩堝內，按施工規定點燃，使鋁與金屬氧化物發生放熱反應，生成高溫熔融鋼液及氧化鋁熔渣。

5. 澆注熔融金屬 反應完成後，讓熔融鋼液經澆注口流入鑄模，填滿鋼軌端部間隙及周圍模腔；熔渣與鋼液分離，避免混入焊縫。

6. 冷卻、拆模與整修 待焊頭凝固並依規定冷卻後拆除鑄模，清除冒口、飛邊及多餘金屬，再以切削、打磨等方式整修軌頭、軌腰及軌底，使接頭輪廓順接鋼軌。

7. 檢查與驗收 檢查焊縫外觀及軌面平順度，並依規定進行幾何尺寸、接頭品質及必要的無損檢測；合格後才完成接頭施工。

二、移動式電阻火花焊接作業程序

1. 焊軌車就位與端部準備 將移動式焊軌車駛至預定接頭位置，確認鋼軌端面清潔、無明顯損傷，並校正兩端鋼軌的方向、水平、高低及接合位置。

核心觀念

本題考查計軸器的列車占用判定、雙系統備援方式，以及鐵路號誌的「失效自趨安全」（Fail-safe）原則。

計軸器在區間入口與出口偵測車軸數，系統依進入與離開區間的車軸數是否相等，判斷區間是否清空。若車軸數不平衡、設備故障或系統狀態異常，安全側的處理應是判定區間占用，禁止建立新的列車進路。其基本判斷可表示為：

雙計軸設置兩套計軸系統，目的在於提供備援及提高設備可用性；但雙套設備本身不等於安全性必然加倍，仍須確認系統切換邏輯、故障告警、聯鎖處理及人工操作程序均能維持安全。

解題方法

作答宜依序說明「正常運作方式、兩系不一致時的處理、安全評價、改善措施」。分析重點是：不一致時，列車占用訊號是否會消失、能否建立新進路，以及人員是否可能在未確認區間清空前重置或切換系統。

現有系統運作機制

依命題當年臺鐵雙計軸系統的改善方向，兩系採「一系常用、另一系備援」的運作方式；常用系統負責區間占用偵測，備援系統供故障時切換使用。兩系切換時，原已建立的列車進路應予保留，不得因切換而解除。

當計軸器故障或計軸結果異常時，系統依失效自趨安全原則將區間顯示為占用，並以畫面及告警提示車站人員；此時不得再建立新的號誌進路。故障處理須依程序通報號誌維修人員，並依規定確認列車位置及區間狀態後，才能執行重置或切換。

因此，兩系結果不一致時，安全處置的核心不是直接採用顯示「未占用」的一系放行列車，而是將異常視為故障狀態，維持占用限制，並查明故障後再依程序處理。

安全性評論

安全優點

1. 故障導向占用判定：計軸器故障或計入、計出不一致時，將區間判為占用，可避免單一故障直接造成錯誤清空訊號。
2. 備援提高可用性：一系故障時，另一系可供切換，降低設備故障對營運的影響。
3. 聯鎖限制進路：異常區間顯示占用並禁止建立新進路，可降低後續列車進入未確認區間的風險。
4. 切換保留既有進路：切換計軸系統不應解除已建立的進路，避免列車行進中因偵測系統轉換而失去保護。

風險與限制