コンクリート枕木

コンクリート枕木（イギリス英語）またはコンクリート枕木（アメリカ英語）は、鉄筋コンクリートで作られた枕木または枕木の一種です。

1877年、フランスの庭師ジョセフ・モニエは、鉄筋コンクリートを鉄道の枕木の製造に使用できることを提案した。モニエは枕木を設計し、特許を取得したが、成功しなかった。^[要出典]

コンクリート枕木は、1884 年にアルフォード・アンド・サットン・トラムウェイで初めて使用されました。当時の AREA Proceedings の記録によると、幹線鉄道で初めて使用されたのは 1896 年のアメリカのリーディング社でした。設計はさらに発展し、20 世紀初頭にはオーストリアとイタリアの鉄道で初めてコンクリート枕木が使用されました。他のヨーロッパの鉄道もこれに続きました。^{[引用が必要]}

大きな進歩が達成されたのは第二次世界大戦の頃で、鉱山などの他の用途との競争により枕木用の木材が不足していた。^[1]フランスやその他のヨーロッパの鉄道で行われた研究に続いて、現代のプレストレストコンクリート枕木が開発された。より重いレールセクションと長い溶接レールも敷設されていたため、より高品質の枕木が必要だった。これらの状況により、フランス、ドイツ、イギリスでコンクリート枕木の開発が促進され、技術が完成された。^[要出典]

1フィート 11インチ+北デボンの1 ⁄ 2 インチ(597 mm) 軌間リントン・アンド・バーンスタプル鉄道(1898年から1935年) は、線路沿いの数か所でコンクリート枕木を試した。枕木は軌間に合わせて鋳造されたため、軌間の緩みが頻繁に必要となるこの非常に曲がりくねった線路の駅以外ではほとんど役に立たなかった。枕木は騒音も大きく、木製枕木のような弾力性もないため、非常に硬い路面となっていた。^[2]これらのコンクリート枕木の一部は現在、ウッディベイ駅で展示されている。^[3]

第二次世界大戦後、プレストレストコンクリートの設計、品質、生産の進歩に伴い、 コンクリート枕木への関心が高まりました。

椅子付きのブルヘッドコンクリート枕木は、少なくとも1940年代から存在していた。グレート・ウェスタン鉄道は2穴椅子を使用しており、戦時中の希少な木材と鋼鉄製の固定ボルトの両方を節約した。^[4]この設計は、第二次世界大戦中、特に木材が不足し、線路の延長または交換が緊急に必要だったノルマンディー上陸作戦の直前に、政府運営の鉄道で使用された。グレーブセンド・ウェスト・ストリート駅は、貨物輸送の大幅な増加に対応するため、1944年に敷設し直された。^[要出典]

2021年には、製造にエネルギーをほとんど必要とせず、水も使わない硫黄コンクリート製の枕木がベルギーで使用された。 ^[5]

コンクリート枕木は、均一な寸法の 1 本の枕木でも、さまざまな寸法の枕木でもかまいません。また、2 つの別々のブロックを鋼鉄製のタイ ロッドで接続して構成することもできます。また、第二次世界大戦中のグレート ウェスタン鉄道は、側線や一部のループで使用するために、鋼鉄製の棒で接続された 2 つのコンクリート製のポッドである椅子型の「ポット」型枕木を製造しましたが、これらのモノブロック ポット枕木には、すべての位置にゲージ タイが付いていませんでした。ゲージ タイは通常、3 つまたは 4 つのポットごとに、またはレールのジョイントで連続して配置されていました。このような例は、1963 年 9 月に旧ブレコン & マーサー鉄道のタリーリン イースト ジャンクションとロック サイディング (タリボント オン ウスク) の側線で記録されました。ごく最近まで、カンブリア海岸のドービー ジャンクションで例が見られ、他の場所にもまだ存在している可能性があります。^[6]

例外的に、コンクリートは 2 つの別々の縦方向のスラブとして注入されることもあり、これはナミビアで使用されている。スラブ軌道は、枕木に分割されていない連続したコンクリート路盤で構成されており、トンネルで最もよく使用される。英国鉄道は 1960 年代後半にスラブの実験を行い、ダービー北部の主要走行線に沿って数マイルにわたって敷設した。^{[引用が必要]}

コンクリート枕木は木製枕木ほど弾力性がありません。そのため、コンクリート枕木を使用したバラスト軌道では、通常、荷重がかかったときにバラストの劣化がかなり早くなります。これは、カーブ、分岐器、分岐器で特に当てはまります。バラストの摩耗を減らし、場合によっては振動を遮断するために、枕木のベースにパッドが取り付けられます。パッドは通常、軌道の弾力性要件を満たすように調整された剛性を持つポリウレタンフォームで製造されます。^{[引用が必要]}

バラストの劣化を抑えるために、木製枕木の塑性挙動を模倣した非常に硬い半塑性ポリウレタンフォームを使用することができます。バラスト石は枕木の表面に押し付けられ、接触面積が増加します。通常、これらのパッドの厚さは 7 mm (0.28 インチ) ～ 10 mm (0.39 インチ) です。振動絶縁も達成するには、弾性層をより柔らかくする必要があり、多くの場合、より厚くする必要があります。5 ～ 12 dB の振動絶縁を達成できますが、結果は、車軸荷重、速度、土壌の剛性、バラストの厚さ、バラストの品質など、多くの要因に依存します。したがって、結果を正確に予測することは非常に困難です。^[要出典]

コンクリート枕木は木製枕木よりも弾力性が低いにもかかわらず、列車が通過しても騒音が大きくならないことが立証されている。Euronoise 2018の一環として実施された調査では、コンクリート枕木は木製枕木よりも平均2 dB(A) 静かだが、直線区間ではサブベース（16～60 Hz）と中音域（500～2000 Hz）の周波数範囲で騒音が大きくなることがわかった。曲線区間では木製枕木が可聴周波数範囲のほぼ全域で騒音が大きくなるが、直線区間ではコンクリート枕木の音響応答が鋭いため、コンクリート枕木の方が騒音が大きいという主観的な認識が生じる可能性がある。^[7]

利点としては、木製枕木のように腐らない、耐火性がある、余分な重量があるため線路がより安定する（特に温度変化に対して）、木製枕木よりも火災の危険によく耐える、線路の保持力が高い、木製枕木よりも寿命が長い、メンテナンスの必要性が少ないため継続コストが低く、線路の閉鎖が少ない、などが挙げられます。さらに、コンクリート枕木は、ほとんどの木製枕木（主にヨーロッパで使用）のようにクレオソートに浸されていないため、環境に優しいです。

欠点としては、列車が脱線して車輪が枕木にぶつかった場合、木製枕木は衝撃を吸収して無傷のままであるのに対し、コンクリート枕木は砕けやすく、交換が必要になることが挙げられます。初期費用が高く、軌間変更には不向きです（軌間変更を考慮に入れていなければ）。コンクリート枕木は木製枕木より最大 300 ポンド（136.1 kg）重いです。そのため、枕木を路盤上で支えて所定の位置に保持するには、より大きなバラストが必要です。さらに、木製枕木ほど列車の通過による振動を吸収しません。これにより、小さな亀裂から時間の経過とともに完全な破損まで、枕木自体の劣化を引き起こす可能性があります。この問題は、枕木がレールの継ぎ目の横にある場合に最も多く発生します。このため、普通線にコンクリート枕木を使用していた鉄道会社は、分岐器や連動装置にはコンクリート枕木を使用しませんでした。しかし、現代の設計では分岐器にコンクリート製の支柱を使用できるようになり、多くの鉄道で分岐器の更新の標準となっています。もう 1 つの潜在的な欠陥は横方向の剛性で、特に横方向の力の急激な変化によって応力が強調される逆カーブでは、累積的な金属疲労を引き起こす可能性があります。これは、レール自体や鉄製の枕木補強材のゲージ コーナーのひび割れの原因となる可能性があります。

ドイツの鉄道は高速路線の枕木にひび割れが生じ、寿命が短いにもかかわらず何千本もの枕木を交換しなければならなかったが、これはコンクリート混合物に不適切な骨材を使用したことが原因であることが判明した。^[8]損傷したコンクリート枕木は修復できない。古いコンクリート枕木は擁壁などに使用できるが、そうでなければ粉砕して砂利や鉄筋をリサイクルすることになるだろう。^[9]

ニュージーランドのニューマーケットにある半径95メートル（312フィート）の1,067ミリメートル（3フィート6インチ）軌間の新しい三角曲線のような、非常に急な曲線では特別な枕木が必要になる場合があります。ここでは枕木は約250キログラムと非常に重く、軌間拡張と遷移軌間拡張が含まれる場合があります。^[10]

分岐器用のコンクリート枕木は、設置場所に合わせて個別にカスタム設計する必要があります。通常の枕木よりもはるかに長く、スイッチモーター用の隙間があり、通常は少数の専門メーカーによって製造されています。分岐器が急いで必要な場合は、穴を開けるだけで適合する木製枕木で製造できます。

国際鉄道連合（UIC）はコンクリート枕木に関する規格（#710）を発行しました。

マレーシアやシンガポールなどの他の国では、オーストラリア規格、AS 1085.14:2012 (鉄道線路材料 - プレストレストコンクリート枕木)、または EN 13230-4:2016 (鉄道用途 - 線路コンクリート枕木と支柱、パート 4: 分岐器とクロッシング用のプレストレスト支柱) などのさまざまな規格が使用されています。UIC 713R リーフレットは、EN 13230 のパート 6 がまだ草案段階であるため、補足資料としても使用されます (つまり、pr EN 13230-6:2016)。122333

コンクリート枕木は、枕木数本分の長さの型枠で上下逆さまに作られます。パンドロールクリップ ベースまたはその他の継手が型枠に挿入されます。プレストレスト スチールの鉄筋がこれらの型枠に設置され、コンクリートが流し込まれます。コンクリートが硬化するまで数日かかり、その後枕木が型枠から取り出され、個々の枕木に切断されます。型の底には、製造元のロゴと日付スタンプが付けられます。

枕木には、軌道回路配線用の導管やガードレール用の追加器具が取り付けられている場合もあります。枕木はロングライン方式またはショートライン方式で製造できますが、それぞれの方法には長所と短所があります。^[11]

枕木は世界中で 複数の会社が製造しています。枕木は小さな積み重ねられた状態で作業現場に運ばれ、枕木の各層は木材で区切られ、その後、手作業またはさまざまな枕木敷設機械を使用して敷設されます。

2011年、米国連邦鉄道局（FRA）はコンクリート枕木に関する新しい規制を施行し、2011年4月1日から9月9日までの米国連邦官報にFRAの通知が掲載されました。FRAの通知では、2005年4月3日にワシントン州ホームバレー近郊でアムトラックの列車が脱線した事故によって新しい規則の必要性が示されたと述べられており、米国国家運輸安全委員会によると、この事故はコンクリートの過度の摩耗（0.5インチ（13ミリメートル）以上）が原因の一部でした。

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