為什么鐵軌邊會有碎石子？

David S. Rose

這個好問題有一個有趣的答案。這些碎石子被稱為道砟。它們的用途是承載木十字架，從而托住鐵軌。

想想將狹窄的鐵軌鋪設上千英里，于地面綿延所面臨的工程技術挑戰：它們會受到熱脹冷縮、地面移動與振動、惡劣天氣的降水堆積、地下的野草和植物破土而出等影響。現在想一想雖然它們百分之九十九的時間只需要毫無負擔地躺在地上就好，但在剩下百分之一的時間里，它們需要承載約454噸的重量。

將這些都考慮在內，你發現你問的這個有趣問題最先在大約兩百年前解決，并且從那以后這一技術并未改善！

這個答案始于不毛之地，接著需要在地上建造一個地基以抬高鐵軌，避免它被水淹。在地基的上方，則灑下了不少碎石子(道砟)。在碎石子的上面，你需要將一系列木梁對齊鋪設，這些木梁長約2.6米、寬約22.9厘米、厚約17.8厘米，重約90.7公斤，并且每隔49.5厘米就鋪設一根木梁，每公里鋪設3249根木梁。接著你可以繼續在這些木梁周圍倒碎石子。這些碎石子鋒利的邊緣使得它們很難蓋住彼此(像光滑圓潤的鵝卵石那樣)，從而能夠有效地將它們固定在原地。

這些木梁由硬木(通常是橡木或者山核桃木)制作而成，并且它們會被浸入木榴油中，以保護它們不受天氣的干擾。在美國我們稱之為“cross ties”(枕木或者通俗地說是鐵路軌枕)；而在英國它們被稱作“sleepers”；歐洲葡萄牙語中是“travessas”；巴西葡萄牙語中是“dormentes”；俄羅斯“шпала”(讀作shpala)；法語“traverses”。雖然在美國百分之九十三的枕木依舊由木頭制作而成，但現在能負擔大重量的枕木材質正在慢慢取代它們，包括復合塑料、鋼鐵和混凝土。

與鐵路有關的有趣事實：

在美國約有689,974,000條枕木，支撐著212,000英里的鐵軌。在2011年，美國的主要鐵路替換了總共約15,063,539條枕木，其中14,148,012條新枕木由木頭制作而成； 544,652條由二手木制枕木制作而成；370,875條新枕木由木頭以外的材料制作而成。舊枕木被用作景觀美化、變成了固體成型燃料或者被熱電聯產發電廠用來供電。

接下來，熱軋鋼軌閃亮登場。在美國，過去的枕木一般長39'(因為它們要被40'的無蓋貨車運輸)，但現在增加到了78'，并將它們首尾相連地鋪設在了枕木上。過去人們會利用額外的鋼鐵和螺栓將它們連在一起，現在只需要利用無縫焊接即可。

你可能覺得只要將它們釘在枕木上即可，但這沒有用。如果它被固定了起來，熱脹冷縮會讓它變彎或者破裂。所以一般人們利用夾子或者錨將鐵軌與枕木連接起來，這樣既能固定它們又能讓它們在膨脹或者收縮的時候縱向移動。

所以你現在知道了：雖然沒有東西被永久地固定住，但它卻在這一個世紀里極大地方面了人們的交通和貨物運輸。

道砟雖然不起眼，但沒有它們，熱脹冷縮帶來的后果會非常可怕，想象一下火車在扭曲的鐵軌上運行的場景(下圖為墨爾本熱浪中的鐵軌)……

蛋友評論

二斤:我看懂了枕木，看懂了鐵軌，看懂了熱脹冷縮，唯獨沒看懂道砟干啥用。。。

lbSeevdo:道砟的作用：1.枕木的壓強還是很大，進一步減少壓強。2.吸收震動，延長其他部件和結構的使用壽命，間接起到降噪作用。3.在滿足前兩者的情況下是固定枕木的最優方案，可以平衡鐵軌的熱脹冷縮產生的縱向應力，當然其他方向的應力自然也包括在內。

高鐵不用道砟的原因：1.比較小的石子會被運行時的強風吹起來。2.沒有被吹起來的石子也受到很強的風力侵蝕，維護成本高。3.高鐵不上重車，道砟的前兩項需求可以降低標準。

另外高鐵的無縫線路的原理是改良材料減少溫度應力，同時在鋼軌與枕木，軌道板連接的部位使用強力扣件，在鋼軌達到它的鎖定溫度時將鋼軌鎖死，平衡溫度應力，如果溫度應力還是很大，則會增設溫度應力釋放結構，那樣的線路不是完全沒有縫隙，但是仍然滿足高速行駛的要求。

maximumpain:感覺大概是說，用碎石子一方面相比較鵝卵石不容易滾動，起到固定作用，另一方面給熱脹冷縮一點余量，因為枕木是不固定而是埋在碎石里面的，如果枕木固定，熱脹冷縮的時候會扯斷鐵軌。

老朱:現在中國的高鐵基本不用枕木了，鋼軌直接安裝在混凝土地基上，而且上千公里都是無縫的鋼軌，我一直奇怪怎么解決了熱脹冷縮的問題。

fosidea:@maximumpain: 不是扯斷，是掰彎，別忘了煎蛋的大業

文：肌肉桃/煎蛋網

關于煎蛋：資深新鮮事推送雞。網站 Jandan.net，公眾號：煎蛋（公眾號ID：jandancom，并沒有i）

發表于 2016-09-08 00:00
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