軌間
ロシアが侵略に備えて異軌間を選んだとする説の初出は、1866年にイギリスのタイムズ紙に掲載された特派員報告で、伝聞の形で伝えている。また、ロシア交通省は1841年の報告書で、鉄道が敵に利用される可能性について、軍が退却する時に線路を破壊すればよいと記しているが、軌間の違いには言及していない。
また、他国の侵入防止目的説の最大の問題点としてこれらの国が広軌を採用している点があり、軌間は狭める方が楽であり、実際に日本が日露戦争中に満洲にあった5フィート軌間のロシアの鉄道(後の満鉄など)を改軌して3フィート6インチにしてしばらく使用していたケースがあるので、仮想敵国より軌間を狭くしないとこの目的には使用できない。
スペインにおいては、1856年にフランス国境近くの鉄道にフランス人が出資しようとしているのが国防上問題視された際に、経営者が軌間が違うため侵略に使われることはないと回答したのがおそらく初である。
また、隣国と異なる軌間を用いることは、敵に攻められた場合には有利でも、逆に攻め込む場合には不利になる。実際ロシアは露土戦争の際ルーマニア公国を経由してオスマン帝国に攻め込んだが、ルーマニアの鉄道は標準軌だったため、国境で貨物を積み替える必要が生じ兵站上の大きな問題となった。第一次世界大戦の序盤においても、ドイツ領東プロイセンに侵攻してからは鉄道を使うことができなかった。これがタンネンベルクの戦いの敗因の一つとなった。
なお、プロイセン王国においては、フランスやベルギーと同じ軌間を使うことについて、一部の高官が侵略に用いられる可能性があると反対したが、退けられている。
鉄道会社の経営上の理由から、あえて他鉄道と異なる軌間を採用したと考えられる例は存在する。
1841年に開業したアメリカ合衆国のニューヨーク・アンド・エリー鉄道(後のエリー鉄道)は、アメリカ合衆国北東部で一般的であった4フィート8.5インチ軌間ではなく、6フィート軌間を採用した。これはエリエイザー・ロード社長の意向によるところが大きい。ロードはニューヨーク・アンド・エリー鉄道の設立にあたって、顧客が他の鉄道に逸走することのないように、同鉄道を他の鉄道と接続させないとする免許を得ていた。しかし免許条件は将来変更される可能性があるが、軌間は容易には変更できないとして、他鉄道と異なる軌間を採用した。もっとも、1845年のロード社長の退任後は、軌間の違いはむしろ経営上不利であるとして、しばしば株主から批判を受けている。
また、1853年に開業したアメリカ合衆国メイン州のポートランドとカナダのモントリオールを結ぶ鉄道は、5フィート6インチ軌間を選択した。その理由の一つが、ポートランド側の出資者の意向によるものである。ポートランド港はボストン港と競合関係にあるため、この鉄道を利用したカナダからの貨物がボストンに奪われないように、ボストン周辺の鉄道とは異なる軌間にしたのである。ただし、こうした事情はモントリオール側の出資者には無縁のことであり、広軌が技術的に優れているという当時の風潮のほうがより影響したと思われる。
異なる軌間の鉄道が接続する地点を軌間不連続点という。通常は列車は軌間不連続点を越えて走行することはできない。これに対して様々な対処法がある。
最も簡単な対策は、軌間不連続点において旅客の乗り換え、貨物の積み換えを行なうことである。
これには特別な設備は何も必要としない。ただし、旅客の乗り換えの負担を減らすために対面乗り換えが行われることがある。貨物の場合も、異軌間の線路を並べてその間で積み換えが行えるようにすることがある。また、規格化されたコンテナ(一般的にISO 668で定められたサイズのISOコンテナ)を用いることで効率的に積み換えを行なうことができる。
軌間の異なる鉄道車両を搭載するための貨車をロールワーゲンという。また輪軸部分のみを載せるようにした小さな車両をロールボックという。これらは20世紀初め頃までにヨーロッパで標準軌の貨車を狭軌の路線に直通されるために用いられるようになった。
しかし、ロールワーゲンやロールボックを使うと車両の重心が高くなってしまうため、特に標準軌の車両を狭軌線に乗り入れさせる場合には極めて不安定になってしまい、低速でしか運転できないという欠点がある。
軌間不連続点を越えて貨車や客車を直通させるため、接続駅で台車をそれぞれの軌間に対応したものに交換する。台車交換の方法には、クレーンやジャッキを使って車体を持ち上げるものと、車体の高さを固定した上でレールの側が沈み込んで台車を取り外すものがある。
1870年代の北アメリカで実用化された。現代でも旧ソビエト連邦の広軌鉄道と東ヨーロッパや中国などの標準軌鉄道の間の直通などに用いられている。日本においても、1067 mm軌間でない車両をJR在来線を介して輸送する場合などには、台車交換が行われることがある(車両輸送を参照)。近畿日本鉄道では車両検修場(五位堂検修車庫)が標準軌線内にあるため、1,067 mm軌間車両が入場する際は橿原神宮駅で仮台車に交換している。
また、台車そのものではなく輪軸のみを軌間に合わせて交換できるようにした車両も存在する。
原始的な軌間可変車両は1860年代のカナダで現れており、車軸上の異なる位置に車輪を固定することで、5フィート6インチ軌間と4フィート8.5インチ軌間などの異なる軌間に対応していた。しかしこの方式は信頼性に乏しかったため早期に姿を消し、台車交換に取って代わられた。
近代的な軌間可変車両は1968年に製造されたスペイン・タルゴ社のTalgoIII-RD客車が初であり、TEEカタラン・タルゴとして広軌のスペインと標準軌のフランスの間を直通した。その後スペインの他ポーランド、日本、ドイツで種々の方式が開発され、一部は実用化されている。
3本以上のレールを使った三線軌条(三線式)や四線軌条(四線式)により、同一の線路で2種類の軌間に対応することができる。混合軌間(mixed gauge)やデュアルゲージ(dual gauge)、軌間混合とも呼ばれる。三線軌条では片側のレールは共通であり、もう片方のレールをそれぞれの軌間に合わせて敷設する。四線軌条ではそれぞれの軌間に対して2本ずつのレールを用いる。稀ではあるが、四線軌条で3種類の軌間に対応した例もある。軌間の差が200 mm程度以下の場合には、レールが干渉してしまうため三線軌条を使うことができない。
19世紀半ばから、イギリスや北アメリカにおいて標準軌鉄道と各種の広軌の鉄道の間での直通のために用いられるようになった。現代においても世界各地で広く用いられている。
車両側には特に何も対応する必要はないが、建設や保守には余分なコストがかかる。車両側での対応による異軌間乗り入れのコストが乗り入れる車両数に依存するのに対し、混合軌間による乗り入れの場合は乗り入れる距離に依存する。このため、輸送量が多く乗り入れ距離が比較的短い場合には、混合軌間による対応が適していることになる。
軌道は列車が走行するたびに少しずつ変形してしまう。これを軌道狂いといい、このうち軌間の所定の値(ただし曲線部では所定の軌間とスラックの和)からのずれを軌間狂いという。狂いが大きくなると乗り心地が悪くなり、さらに大きくなると脱線の危険も高まる。このため定期的に検測と保守作業を行ない、狂いが一定の範囲内に収まるようにしている。
手動による軌間狂いの検測には、軌間ゲージという器具が用いられる。また軌道検測車により走行しながら検測を行なうこともできる。
JR在来線の場合、軌間狂いの整備目標値は+6 mmから-4 mm(高速軌道検測車による動的値の場合は+10 mmから-5 mm)である。ただし分岐器のクロッシング部では、狂いが大きいと異線進入のおそれがあるため、+5 mmから-3 mmとされている。整備基準値は直線部で+14 mm(高速軌道検測車による動的値の場合は+20 mm)である。新幹線の場合は、軌道管理目標値は高速軌道検測車による測定で+6 mmから-4 mmとなる。
日本の私鉄路線において、運輸安全委員会が調査した事故のうち、2017年5月22日に発生したわたらせ渓谷鐵道脱線事故における検測車両(キヤE193系)の脱線事故を始めとして、西濃鉄道市橋線脱線事故(2016年10月6日発生・貨物列車)・紀州鉄道脱線事故(2017年1月22日発生・旅客列車)・熊本電鉄藤崎線脱線事故(2017年2月22日発生・旅客列車)の4件で同様の事故が発生したことを受けて、2018年6月28日に運輸安全委員会がこれらの事故は枕木やレール締結装置の不良(犬釘が浮いた状態になるなど)で「軌間拡大」が発生したことによると考えられると指摘している。その対応策として、コンクリート製などへの枕木の材質変更、脱線ガードや脱線防止レールの敷設が望ましく、軌道の定期検査や線路巡視による枕木やレール締結装置の適切な管理、軌道変位の状況に応じた適切な軌道整備の実施が必要としている。
鉄道車両に高速カメラを搭載させて、運行時に線路(路面)撮影する。撮影された映像をもとにして、軌間狂いを人工知能などで検出を行い、沿線の保守工事を行うことがなされている。
標準軌(国際標準軌、スティーヴンソン軌間)は、1,435 mm(4 ft 8.5 in)で、ヨーロッパ(一部を除く)、北アメリカ、東アジアの大陸部などで広く用いられている。ストックトン・アンド・ダーリントン鉄道やリバプール・アンド・マンチェスター鉄道といった初期の鉄道で用いられたことがきっかけとなり、世界的に普及した。
ただし1435 mm以外の軌間が主流となっている地域では、その軌間のことを「標準軌」と呼ぶことがある。たとえば日本においては1067 mmが圧倒的多数を占める。そのため、古い資料では「1435 mm=広軌、1067 mm=標準軌」と記されているケースもあり、注意が必要である。この場合、京王線、函館市電などが採用する1372 mmは広軌の扱いを受けることが多い。
標準軌より広い軌間。「ブロードゲージ(Broad Gauge)」とも呼ばれる。19世紀半ばには広軌のほうが標準軌より優れているとの考えから、様々な広軌が実用化された。その後標準軌に改軌されたことで現存しないものも多いが、国や地域によってはそのまま地域における標準的な軌間となった。
現代の本線鉄道で用いられている軌間で最大のものは1,676 mm (5 ft 6 in)である。特殊用途の鉄道では、巨大な積載物を移動する必要性などから広軌が採用される場合もある。インクラインやレール上を移動するクレーンなどでは、極端に広い軌間が用いられることもある。
現代の普通鉄道において用いられている主な広軌は以下である。
1,600 mm (5 ft 3 in) - アイルランド、オーストラリアの一部など
1,668 mm - スペイン(元は1672 mm)、ポルトガル(元は1665 mm)
1,676 mm (5 ft 6 in) - 南アジア、南アメリカの一部など
標準軌より狭い軌間。「ナローゲージ (Narrow Gauge)」とも呼ばれる。国際鉄道連合の分類では、1000 mmから1067 mmまでの軌間を広義のメーターゲージとも呼ぶ。1,000 mm未満の軌間は各地に分散しており、広範囲の鉄道網は形成していない。
現代において用いられている主な狭軌は以下である。
1,372 mm(4 ft 6 in) - スコットランドの初期の鉄道の一部と、20世紀以降の日本の一部。
1,067 mm(3 ft 6 in)または1,065 mm - JR在来線、一部の私鉄・地下鉄など、台湾、フィリピン、インドネシア、南部アフリカ(ケープ軌間)、中南米の一部、オーストラリアの一部、ニュージーランド。
1,000 mm(メーターゲージ) - 東南アジア(大陸部分)、アフリカ、南アメリカの一部。ヨーロッパ(ドイツ、スイスなど)の地方鉄道など。
0914 mm(3 ft) - かつてのアメリカ合衆国の狭軌鉄道、中南米の一部の鉄道。
0762 mm(2 ft 6 in)または760 mm - 世界の多くの軽便鉄道。日本で「軽便」「ナローゲージ」「特殊狭軌」と呼ばれる鉄道の多くがこの軌間である。
0610 mm(2 ft)、600 mmなど - 軽便鉄道
営業用の鉄道として認知されているもののうちで、最小の軌間はイギリスの Mull and West Highland Railway (1983年 - 2010年、2011年 5月 - 9月 )と Wells and Walsingham Light Railway の260 mm である。このほか 311 mm, 381 mm (15 in), 500 mm などの軌間も存在する。日本では法制上は鉄道とはされていないが、伊豆修善寺の「虹の郷」園内の虹の郷ロムニー鉄道が381 mm軌間である。
三重県の桑名駅付近に、762 mmの三岐鉄道北勢線、1067 mmの関西本線、1435 mmの近鉄名古屋線と、異なる3種の軌間を渡る踏切がある。
ここまでが、実際の交通機関(輸送手段)として使われている(または過去に使われた)軌間である。これより狭いものはライブスチーム(イベントなどのミニSLなど)による庭園鉄道や、鉄道模型などで使われる。
190.5 mm - 7 1/2インチゲージ
127.0 mm - 5インチゲージ
089.0 mm - 3 1/2インチゲージ
045.0 mm - 1番ゲージ、Gゲージ
032.0 mm - Oゲージ
016.5 mm - HOゲージ、OOゲージ
009.0 mm - Nゲージ
006.5 mm - Zゲージ
003.0 mm - Tゲージ