枕木

枕木、クロスタイ（アメリカ英語）、鉄道枕木（カナダ英語）、または鉄道枕木（オーストラリア英語とイギリス英語）は、鉄道線路のレールを支える長方形の部材です。枕木は一般にレールに対して垂直に敷設され、荷重を線路のバラストと路盤に伝達し、レールを垂直に保ち、レールの間隔を正しい軌間に保ちます。

枕木は伝統的に木で作られているが、現在ではプレストレストコンクリートも広く使用されており、特にヨーロッパやアジアでは普及している。イギリスでは二次線では鋼鉄製の枕木が一般的である。 ^[1] 合成樹脂製の枕木も使用されているが、木やコンクリート製に比べるとはるかに少ない。2008年1月現在、北米における伝統的枕木と木製枕木の市場シェアはおよそ91.5%で、残りはコンクリート、鋼鉄、アゾベ（赤鉄木）、合成樹脂製であった。^[2]

枕木間隔は枕木の種類、交通荷重、その他の要件によって異なりますが、例えば北米の幹線鉄道では1マイルあたり2,640本のコンクリート枕木が使用され^{[3] 、} LMSジョイント軌道では1マイルあたり2,112本の木製枕木が使用されます^{[4] 。}

米国のレールは枕木に鉄道杭で固定される場合があります。枕木にねじ止めされた鉄/鋼のベースプレートは、ヨーロッパで一般的に使用されているVosslohやPandrolなどの独自の固定システムによってレールに固定されます。

最初の本格的な鉄道 (リバプール・アンド・マンチェスター鉄道)の前身で使用されていた枕木の種類は、地面に敷かれた一対の石のブロックと、そのブロックに固定されたレールを支える椅子で構成されていました。この建設方法の利点の 1 つは、馬がつまずく危険なしに中央の道を歩くことができることです。ますます重い機関車で鉄道を使用すると、正しい軌間を維持するのが困難であることがわかりました。いずれにせよ、石のブロックはチャットモスなどの柔らかい地面には適しておらず、木製の枕木を使用する必要があります。タイロッド付きのバイブロック枕木は、いくぶん似ています。

歴史的に、木製の枕木は斧で切って作られており（斧枕木と呼ばれる）、少なくとも2つの平らな面が得られるように鋸で切られていた。枕木にはさまざまな針葉樹と広葉樹が使用されており、オーク、ジャラ、カリが人気のある広葉樹であるが、特に持続可能な供給源からの入手はますます困難になっている。^[5]一部の路線ではダグラスファーなどの針葉樹が使用されている。針葉樹は処理がしやすいという利点があるが、摩耗しやすいが、安価で軽量（したがって扱いやすい）で入手しやすい。^[5]

針葉樹は処理されており、枕木に最も一般的に使用される防腐剤はクレオソートです。その他の防腐剤としては、ペンタクロロフェノールやクロム酸銅などがあります。銅 アゾールや微粒子銅などの無毒の防腐剤が使用されることもあります。米国の大手鉄道会社は、湿気の多い地域での枕木の寿命を延ばすために、二重処理プロセスで新しいホウ素ベースの木材防腐技術を採用しています。 ^{[6]一部の木材（}サル、モラ、ジャラ、アゾベなど）は耐久性が十分であるため、未処理で使用できます。^[7]

木製枕木の問題には、腐敗、割れ、虫害、英国ではチェア シャッフルとも呼ばれるプレート カット (枕木プレートの横方向の動きによって枕木が摩耗する)、スパイク プル (枕木からスパイクが徐々に緩む) などがあります。木製枕木は発火する可能性があり、古くなると亀裂が生じて火花がこびりつき、火災が発生しやすくなります。

コンクリート枕木は木製よりも安価で入手しやすく^{[疑わしい–議論が必要]}、より高い車軸重量を支え、より高速を維持することができます。重量が大きいため、特に連続溶接レールに設置した場合、軌道形状の保持力が向上します。コンクリート枕木は重量が大きいため、木製よりも耐用年数が長く、メンテナンスの必要性が少なく、正しい位置に長く留まります。コンクリート枕木は、十分に準備された路盤に、十分な深さで、自由排水バラスト上に設置する必要があります。コンクリート枕木が車輪の騒音を増幅するという誤解がよくあります。Euronoise 2018 の一環として行われた調査では、これが誤りであることを証明し、コンクリート枕木は木製枕木よりも平均 2dB(A) 静かですが、直線部分では音響的に鋭いことがわかりました。ただし、コンクリート枕木はカーブの可聴周波数帯域のほぼ全域で木製枕木よりも静かであることが示されました。^[8]これにより、コンクリート枕木の上を走る列車の騒音は、木製の枕木の上を走る列車の騒音よりも主観的に大きく感じられる可能性がある。

英国で最も高いカテゴリーの線路（最高速度と最高トン数の線路）では、ネットワーク レールの規格で許可されているのはプレストレスト コンクリート枕木のみです。

ヨーロッパの鉄道のほとんどでは、十分な量と品質のものを調達することがますます困難かつ高価になっている木材に比べて、コンクリート製の支柱の方が耐用年数が長くコストも安いため、分岐器や交差レイアウトにコンクリート製の支柱が使用されています。

スチール枕木はプレス鋼から作られ、断面はトラフ型です。枕木の端は「スペード」型に成形されており、枕木の横方向の抵抗を高めます。固定システムを収容するハウジングは枕木の上面に溶接されています。スチール枕木は現在、イギリスの二次線または低速線で広く使用されており、既存のバラスト ベッド上に設置できるため、設置コストが安いことが分かっています。スチール枕木はコンクリートよりも軽量で、木材とは異なりコンパクトな束に積み重ねることができます。スチール枕木は、新しいバラストを全深さ必要とするコンクリート枕木とは異なり、既存のバラスト上に設置できます。スチール枕木は 100% リサイクル可能で、コンクリート枕木よりも最大 60%、木製枕木よりも最大 45% 少ないバラストで済みます。

歴史的に、鋼製枕木は、設計不良と、通常は長い耐用年数の間に交通負荷の増加に悩まされてきました。これらの古くて時代遅れの設計は、荷重と速度の容量を制限しましたが、何十年も使用されているにもかかわらず、世界中の多くの場所でまだ見つかっており、適切に機能しています。50年以上使用されている鋼製枕木は多数あり、場合によっては修復され、引き続き良好な性能を発揮しています。鋼製枕木は、乾燥した暑い気候のために木製の枕木が不十分なアラビア半島のヒジャズ鉄道などの特殊な状況でも使用されました。^[9]

現代のスチール枕木は、重い荷重を扱い、信号のある線路で実績があり、厳しい線路条件にも耐えます。鉄道会社にとって非常に重要なのは、スチール枕木は、クレオソート処理された木製枕木やコンクリート枕木よりも、新築時に設置する方が経済的であるという事実です。スチール枕木は、重量輸送、クラス 1、地域、短距離線、鉱業、電化旅客線 (OHLE)、およびあらゆる種類の産業を含む、世界中の鉄道システムのほぼすべての分野で使用されています。特に、スチール枕木 (ベアラー) は、過去数十年にわたって分岐器 (スイッチ/ポイント) に有利であることが実証されており、そのような用途での長い木製枕木のますます増え続ける問題の解決策を提供します。

枕木を介した伝導を防ぐために絶縁されている場合、鋼製枕木は軌道回路ベースの列車検知システムおよび軌道整合性システムで使用できます。絶縁されていない場合、鋼製枕木は閉塞信号および踏切のない線路、または車軸カウンターなどの他の形式の列車検知を使用する線路でのみ使用できます。

最近では、多くの企業がリサイクルプラスチック樹脂^[10]とリサイクルゴムから製造された複合枕木を販売しています。製造業者は、木製枕木よりも耐用年数が長く、30～80年の予想耐用年数があり、枕木は腐敗や虫害を受けず、^{[11] [12] [13]}底部に特殊な凹凸を付けることで横方向の安定性を高めることができると主張しています。^[11]本線用途の一部では、ハイブリッドプラスチック枕木は、バラストで完全に囲まれるように凹んだデザインになっています。

リサイクル材料を使用することによる環境上の利点とは別に、プラスチック枕木は通常、クレオソート（有毒化学物質）に浸した木製の枕木に代わるものであり、^[14]理論的にはリサイクル可能です。^{[11]しかし、プラスチックは}マイクロプラスチックを放出し、紫外線防止剤などの他の有毒な化学物質を浸出させる 可能性があります。

ハイブリッドプラスチック枕木と複合枕木は、地下採掘作業、^[15]、工業地帯、湿気の多い環境、人口密集地域などの他の鉄道用途にも使用されています。ハイブリッド枕木は、腐った木製枕木と部分的に交換するためにも使用され、その結果、継続的な軌道剛性が得られます。ハイブリッドプラスチック枕木と複合枕木は、橋梁や高架橋でも利点があります。なぜなら、それぞれ橋桁またはバラストへの力の分散と振動の減少につながるからです。これは、ハイブリッドプラスチック枕木と複合枕木の減衰特性が優れているためであり、振動の強度と音の発生が減少します。^[16] 2009年、Network Railは、木製枕木を再生プラスチックに交換し始めると発表しました。^[17]しかし、I-Plasは2012年10月に破産しました。^[18]

2012年、ニュージーランドは分岐器や橋梁に使用するために、アクシオン社に「エコトラックス」ブランドのリサイクル複合枕木の試作品を発注した^{[19] [20]。}さらに2015年に3年間の発注を行った^[21]が、アクシオン社は2015年12月に破産を申請した^[22]。しかし、取引は続けている^[23] 。これらの枕木はラトガース大学のノスカー博士によって開発された。^[24]

2021年、イギリスのウィルトシャー州で、さまざまなリサイクルプラスチックから製造された複合枕木が導入されました。コンクリート枕木では重すぎる橋に、木製枕木の代替品として設置されました。イギリスで幹線軌道にプラスチック枕木が設置されたのはこれが初めてでしたが、狭軌鉄道では以前にも使用されていました。^[25]

枕木はグラスファイバーで作られることもある。^[26]

珍しい枕木の形状としては、1983年に初めて開発されたY字型枕木があります。従来の枕木と比較して、Y字型枕木の荷重分散特性により、必要なバラストの量が削減されます。^[27]騒音レベルは高くなりますが、線路の動きに対する耐性は非常に優れています。^[28] 曲線の場合、Y字型鋼枕木の3点接触は、固定された取り付けポイントでは正確な幾何学的適合が観察できないことを意味します。

枕木の断面はI型鋼である。^[29]

2006年時点で、Y字型線路は1,000km（621マイル）未満しか建設されておらず、そのうち約90パーセントがドイツ国内にあります。^[27]

ZSXツイン枕木は、Leonhard Moll Betonwerke GmbH & Co KG社によって製造されており、4本の鋼棒で縦方向に接続された2本のプレストレストコンクリート枕木です。^{[30]この設計は、急カーブのある線路、}渦流ブレーキ付きの列車が走るような温度ストレスを受ける線路、橋梁、従来の線路とスラブ線路または橋梁の間の移行線路に適していると言われています。^[31]

コンクリートモノブロック枕木は、より幅の広い形状（例えば57cmまたは22cm ）でも製造されている。+枕木の幅は1 ⁄ 2 インチと広く、枕木の間にバラストが挟まれない。この幅広の枕木は横方向の抵抗を増やし、バラスト圧を減らす。 ^{[32] [33] [34]}このシステムはドイツで使用されており^[35]、 GETRAC A3バラストレス軌道システムと組み合わせて幅広の枕木も使用されている。 ^{[36] [37]}

バイブロック（またはツインブロック）枕木は、2つのコンクリート製レール支持部を鋼棒で結合したもので、モノブロックコンクリート枕木よりも横方向の抵抗が大きく、重量が軽いこと、また、より柔軟な鋼鉄接続部により枕木中央のねじり力による損傷がなくなることなどの利点がある。^[38]この枕木タイプはフランスで一般的に使用されており、^[39]高速TGV線で使用されている。^[40]バイブロック枕木は、バラストレス軌道システムでも使用されている。^[39] 鋼棒を新しい軌間に適した寸法に切断して溶接することで、軌間を変換できる。

フレームタイ（ドイツ語：Rahmenschwelle）は、単一のモノリシックコンクリート鋳造物に横方向と縦方向の部材の両方が含まれています。^{[29]このシステムは}オーストリアで使用されています。^[29]オーストリアのシステムでは、トラックはフレームの4つの角に固定され、フレームの中央でもサポートされています。隣接するフレームタイは互いに密着して接合されています。このシステムが従来のクロストラックよりも優れている点は、トラックのサポートが強化されることです。さらに、このタイプのトラックに使用される構築方法は、従来のトラックに使用される方法と似ています。^[41]

ラダー トラックでは、枕木はレールと平行に敷かれ、長さは数メートルです。構造はブルネルのボーク トラックに似ており、これらの縦方向の枕木はバラストと一緒に使用することも、バラストのない固体の支持台の上に エラストマーの支持台と一緒に使用することもできます。

幹線鉄道の枕木間隔は、木製枕木の場合は約19～19.5インチ（48～50cm）、コンクリート枕木の場合は24インチ（61cm）である。枕木の数は、木製枕木の場合は1マイルあたり3,250本（1kmあたり2,019本、または65フィートあたり40本）、コンクリート枕木の場合は1マイルあたり2,640本である。^{[3] [42] [43]}

ロンドン・ミッドランド・アンド・スコティッシュ鉄道は、 45フィート（13.72メートル）のレールあたり18本の枕木と60フィート（18.29メートル）のレールあたり24本の枕木を指定しており、^[4]どちらも1マイルあたり2,112本の枕木に相当します。

枕木の長さは 8 フィート 6 インチ (2.59 m)、幅は 10 インチ (254 mm)、深さは 5 インチ (127 mm) です。地層が柔らかい場合や交通量が多く速い場合は、ジョイントに隣接する 2 本の枕木の幅が 12 インチ (305 mm) になることがあります。枕木はほとんどの場合、中心から中心まで 2 フィート 7 インチ (0.79 m) の間隔で配置されますが、フィッシュプレート レール ジョイントに隣接する場合は枕木がさらに近くなります。間隔の順序は次のとおりです。 フィッシュプレートの間隔が強調表示されています。

フィッシュプレートの分数インチ間隔は、レールの端の間に許容される熱膨張ギャップに対応します。

• 45 フィート (13.72 m) のレール– 1 ⁄ 4 インチ (6.4 mm)
• 60 フィート (18.29 m) のレール– 5 ⁄ 16 インチ (7.9 mm)

1800年代後半から1900年代初頭にかけての都市間鉄道では、一般的に幹線蒸気鉄道よりも軽量の車両が使用されていましたが、路盤は同様の基準で建設されました。木製の枕木は約2フィート（0.61メートル）間隔で設置されていました。^[44]

レールを枕木に固定する方法は様々です。歴史的には、枕木に固定するスパイクの代わりに鋳鉄製の椅子が使用されてきましたが、最近ではバネ（パンドロール クリップなど）を使用してレールを枕木に固定しています。

近年、木製の枕木はガーデニングや造園にも人気が出てきており、擁壁や上げ床庭園の作成に使われるほか、階段を建築する際にも使われる。伝統的に、この目的で販売されている枕木は、新しい枕木に交換する際に線路から取り外された使用済みの枕木であり、腐食のために寿命が限られていることが多い。起業家の中には新しい枕木を販売している人もいる。枕木にはコールタール、クレオソート、重金属塩などの木材防腐剤が含まれているため、庭に余分な土壌汚染の要素をもたらすため、多くの土地所有者は枕木の使用を避けている。英国では、標準的な枕木と同じ長さ（2.4m）で危険な化学物質で処理されていない新しいオーク材または松材の梁が、特に庭の建設用に販売されている。場所によっては、枕木が住宅建設に使用されており、特に線路の近くに住む低所得者層、鉄道従業員などで多く使用されている。ドックやボートハウスの支柱としても使われます。

スペインの芸術家アグスティン・イバロラは、いくつかのプロジェクトでレンフェの枕木をリサイクルして使用しています。

ドイツでは、木製枕木を建築材料として使用することは（庭、家屋、人間の皮膚と定期的に接触する可能性のあるすべての場所、子供が頻繁に出入りするすべての場所、および何らかの形で食品の生産または取り扱いに関連するすべての場所）、健康と環境に重大なリスクをもたらすため、1991年以来法律で禁止されている。1991年から2002年までは、これはTeerölverordnung （炭化物条例）によって規制され、2002年以降はChemikalien-Verbotsverordnung（化学物質禁止条例）第1条および付録第10部および第17部によって規制されている^。[45]

• バラストレストラック
• ギャングネイルトラスコネクタプレートの発明者、ジョン・カルバン・ジュレイト
• ラダートラック
• トラック（鉄道輸送）
• 太陽のねじれ

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