鉄道枕木

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鉄道枕木は、地面に埋め込まれた一対の石ブロックで構成され、レールを支える支柱がそのブロックに固定されていました。この構造の利点の1つは、馬がつまずくことなく中央の通路を歩くことができたことです。しかし、より重い機関車が使用されるようになると、正しい軌間を維持することが難しくなりました。いずれにせよ、石ブロックはチャット・モスのような軟弱地盤には適しておらず、そこでは木製の枕木を使用する必要がありました。タイロッド付きの二連ブロック枕木は、これといくらか似ています。

歴史的に、木製のレール枕木は斧で削って作られたもの（斧枕木と呼ばれる）か、少なくとも2つの平らな面が得られるように鋸で切断されたものであった。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、カリは人気の広葉樹であるが、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。^{[ 6 ]}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。針葉樹は処理しやすいという利点がある一方で、摩耗しやすいが、安価で軽量（そのため取り扱いが容易）で入手しやすい。^{[ 6 ]}

針葉樹は処理され、鉄道枕木にはクレオソートが最も一般的な防腐剤として使用されています。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ヒ酸塩などがあります。銅アゾールや微粉化銅などの無毒性の防腐剤が使用されることもあります。米国の主要鉄道会社は、湿潤地域での木製枕木の寿命を延ばすために、新しいホウ素ベースの木材防腐技術を二段階処理プロセスで採用しています。 ^{[ 7 ]}サル、モラ、ジャラ、アゾベなどの一部の木材は、未処理でも使用できるほど耐久性があります。^{[ 8 ]}

木製枕木の問題としては、腐食、割れ、虫害、プレート切断（英国ではチェアシャッフルとも呼ばれる、枕木プレートの横方向の動きによって枕木に生じる摩耗損傷）、スパイク引き抜き（スパイクが枕木から徐々に緩む現象）などが挙げられます。木製枕木は燃えやすく、経年劣化によりひび割れが生じ、火花が入り込みやすくなり、火災が発生しやすくなります。

コンクリート枕木は木材枕木よりも安価で入手しやすく、より高い車軸荷重を支え、より高速に耐えることができます。重量が大きいため、特に連続溶接レールで設置した場合、軌道形状の保持が向上します。コンクリート枕木は重量が大きいため、正しい位置に長く留まりやすく、木材枕木よりも耐用年数が長く、メンテナンスも少なくて済みます。コンクリート枕木は、十分な深さの排水性の良いバラストの上に適切に準備された路盤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が、Euronoise 2018の一環として行われた調査では、これは誤りであることが証明され、コンクリート枕木は平均して木製枕木よりも2dB(A)静かであるものの、直線区間では音響的な鋭さが増すことが示されました。ただし、曲線区間では、可聴周波数帯域のほぼ全域で、コンクリート枕木は木製枕木よりも静かであることが示されました。^{[ 9 ]}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。

英国の最高カテゴリーの路線（最高速度と最高輸送量を誇る路線）では、ネットワーク・レール社の基準で認められているのは、プレストレストコンクリート製の枕木のみである。

現在、ヨーロッパのほとんどの鉄道では、分岐器や交差線路のレイアウトにコンクリート製の梁を使用している。これは、木材に比べてコンクリート製の梁の方が寿命が長く、コストも低いためである。木材は、十分な量と品質のものを調達することがますます困難で高価になっている。

鋼製枕木はプレス加工された鋼材から作られ、断面は溝形をしています。枕木の両端は「スペード」状に成形されており、枕木の横方向の抵抗力を高めています。固定システムを収容するためのハウジングが枕木の上面に溶接されています。鋼製枕木は現在、英国の二次線や低速線で広く使用されており、既存のバラスト床に設置できるため経済的であることがわかっています。鋼製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に束ねて積み重ねることができます。鋼製枕木は既存のバラストの上に設置できますが、コンクリート枕木は全深さの新しいバラストが必要です。鋼製枕木は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、その長い耐用年数の間に設計不良や交通荷重の増加に悩まされてきました。これらの老朽化し、しばしば時代遅れとなった設計は、荷重と速度の許容範囲を制限しましたが、世界中の多くの場所で、数十年の使用にもかかわらず、依然として十分な性能を発揮しています。50年以上使用されている鋼製枕木は数多くあり、場合によっては修復され、良好な性能を維持しています。鋼製枕木は、乾燥した暑い気候のため木製枕木が不適切だったアラビア半島のヒジャーズ鉄道のような特殊な状況でも使用されました。^{[ 10 ]}

現代の鋼製枕木は、重荷重に対応し、信号線路での実績があり、悪路条件にも耐えることができます。鉄道会社にとって特に重要なのは、鋼製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設工事での設置コストが経済的である点です。鋼製枕木は、重量貨物輸送、クラス1鉄道、地域鉄道、短距離鉄道、鉱業、架線式旅客鉄道（OHLE）、その他あらゆる産業を含む、世界中の鉄道システムのほぼすべての分野で利用されています。特に、鋼製枕木（支線）は、ここ数十年の間に分岐器（ポイント）でその優位性が証明されており、分岐器での使用における長尺木製枕木の不足という、ますます深刻化する問題に対する解決策となっています。

鋼製枕木は、導通を防ぐために絶縁処理が施されている場合、軌道回路を用いた列車検知システムや軌道健全性システムと併用できます。絶縁処理が施されていない場合、鋼製枕木は閉塞信号や踏切のない路線、または車軸計数器などの他の列車検知方式を採用している路線でのみ使用できます。

近年では、多くの企業が再生プラスチック樹脂^{[ 11 ]}と再生ゴムから製造された複合鉄道枕木を販売している。メーカーは、木製枕木よりも長寿命で、期待寿命は30～80年であり、枕木は腐敗や虫害を受けず^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}、底面に特別な凹みを設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る^{[ 12 ]} 。一部の主要線路用途では、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型設計になっている。

再生材を使用することによる環境上の利点とは別に、プラスチック製の結束バンドは通常、クレオソートに浸した木製の結束バンドの代替品として使用され、後者は有毒な化学物質である^{[ 15 ]}。また、理論的にはリサイクル可能である^{[ 12 ]} 。しかし、プラスチックはマイクロプラスチックを放出したり、紫外線抑制剤などの他の有毒な化学物質を溶出する可能性がある。

ハイブリッドプラスチック製枕木と複合枕木は、地下鉱山作業^{[ 16 ]} 、工業地帯、湿潤環境、人口密集地域などの他の鉄道用途でも使用されています。ハイブリッド製枕木は、個々の腐った木製枕木を交換するためにも使用され、その結果、ハイブリッド枕木と木製枕木が混在し、連続した軌道剛性が得られます。ハイブリッドプラスチック製枕木と複合枕木は、橋梁や高架橋でも利点があります。これは、それぞれ橋桁またはバラストへの力の分散と振動の低減につながるためです。これは、ハイブリッドプラスチック製枕木と複合枕木の減衰特性が優れているため、振動の強度と音の発生が低減されるためです。^{[ 17 ]} 2009年、ネットワークレール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。^{[ 18 ]}しかし、I-Plasは2012年10月に破産しました。^{[ 19 ]}

2012年、ニュージーランドは分岐器や橋梁に使用するため、Axion社から「EcoTrax」ブランドのリサイクル複合枕木の試作ロットを発注し、^{[ 20 ] [ 21 ]} 2015年にはさらに3年間の発注を行ったが、^{[ 22 ]}その後Axion社は2015年12月に破産を申請したが、^{[ 23 ]}現在は営業を続けている。^{[ 24 ]}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ものである。^{[ 25 ]}

様々なリサイクルプラスチックから製造された複合枕木が、2021年にイギリスのウィルトシャーで導入された。コンクリート枕木では重すぎる橋梁に、木製枕木の代替として設置された。国内の幹線鉄道にプラスチック枕木が設置されたのはこれが初めてだが、狭軌鉄道では以前から使用されていた。^{[ 26 ]}

ネクタイはグラスファイバーで作られることもある。^{[ 27 ]}

車輪梁は、橋梁や分岐器の下など、追加の構造的サポートが必要な場所で使用されます。交差梁はレールに対して垂直に配置され、従来の鉄道枕木よりも長く、または幅広くなっています^{[ 28 ]}。橋梁で使用される場合、橋梁に接合され、橋梁の構造的強度の一部を提供します。ウェイビームまたは縦方向車輪梁は、通常橋梁で、軌道バラストの代わりに軌道と平行に敷設される車輪梁です。^{[ 28 ] [ 29 ]}。

珍しい形状の枕木として、1983 年に初めて開発された Y 字型枕木がある。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る。^{[ 30 ]}騒音レベルは高いが、軌道の動きに対する抵抗は非常に優れている。^{[ 31 ]} 曲線の場合、Y 字型鋼製枕木の 3 点接触により、固定された取り付け点では正確な幾何学的適合が観察できない。

タイの断面はI形梁である。^{[ 32 ]}

2006年時点で、Y字型枕木軌道は1,000 km (621マイル)未満しか建設されておらず、その約90パーセントはドイツにある。^{[ 30 ]}  

ZSXツインタイは、Leonhard Moll Betonwerke GmbH & Co KGによって製造されており、4本の鋼棒で長手方向に接続された2本のプレストレストコンクリート製枕木からなるペアです。^{[ 33 ]}この設計は、急カーブのある線路、渦ブレーキ付き列車が走行するような温度ストレスを受ける線路、橋梁、および従来の線路とスラブ線路または橋梁との間の移行線路に適していると言われています。^{[ 34 ]}

コンクリート一体型枕木は、枕木間にバラストがない幅広の形状（例えば57 cm または22 + 1/2インチ）でも製造されており、この幅広枕木は横方向の抵抗を増加させ、バラスト圧力を低減します。 ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}このシステムはドイツで使用されており^{[ 38 ]}、GETRAC A3 バラストレス軌道システムと組み合わせて幅広枕木も使用されています。^{[ 39 ] [ 40 ]}  

バイブロック（またはツインブロック）タイは、鋼棒で接合された 2 つのコンクリートレール支持部で構成されています。利点としては、モノブロック コンクリートタイよりも横方向の抵抗が増加し、重量が軽くなること、また、より柔軟な鋼製接続により、タイの中央部にかかるねじり力による損傷がなくなることが挙げられます。^{[ 41 ]}このタイプのタイはフランスで一般的に使用されており、^{[ 42 ]}高速鉄道TGV線で使用されています。^{[ 43 ]}バイブロックタイは、バラストレス軌道システムでも使用されています。^{[ 42 ]} 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、軌間変換が可能です。

フレームタイ（ドイツ語：Rahmenschwelle）は、横方向部材と縦方向部材の両方を一体成形したコンクリート製です。^{[ 32 ]}このシステムはオーストリアで使用されています。^{[ 32 ]}オーストリアのシステムでは、軌道はフレームの四隅で固定され、フレームの中間でも支持されます。隣接するフレームタイは互いに突き合わせられています。このシステムの従来のクロス方式に対する利点は、軌道の支持​​が強化されることです。さらに、このタイプの軌道に使用される建設方法は、従来の軌道に使用される方法と似ています。^{[ 44 ]}

ラダートラックでは、枕木はレールと平行に敷設され、長さは数メートルに及ぶ。構造はブルネルのバル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ともに使用することも、バラストのない堅固な支持構造の上に弾性支持材を用いて使用することもできる。