综述

社会经济的发展已经让我们生活的方方面面发生了很大的变化,从衣食住行到文旅娱乐,都进入了一个全新的阶段,在中国,这一点尤其体现在交通运输的发展上面,高铁的普及几乎深入到了这个国家的每一个角落,中国速度成为了外国乃至世界热议的话题。

同时我们也注意到高铁与传统的火车轨道之间的区别,比如一个最显著的差异,同样是铁轨,火车轨道下面会铺上很多碎石子,但是高铁轨道却不用,这是为什么呢?

铁路轨道为什么用石子(为什么火车轨道下面要铺碎石子)(1)

轨道的历史

火车轨道下面铺设碎石,这跟它的建设原理相关,所以也就要从更早的时候说起了。提到火车,我们很容易把它看成一个整体,在我们的想象当中,它从最开始出现的时候应该就是这个样子,至少也只是各方面性能差一点的版本而已。

但实际上并非如此,火车出现的基础是轨道,轨道的发展才成就了后来的火车和长途运输。

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看过一些老电影的朋友应该还记得这样的一类场景,在条件比较艰苦的时代,煤矿上的工人要想把煤炭从井下运出来是非常不容易的,一开始没有办法,只能靠人力一点一点背,但是后来慢慢想出来一个更好的办法,那就是用轨道

怎么做呢?用一些比较坚固的材料组建起两条轨道,让矿车的车轮能够在上面稳定滑动,保证在一定的承重量之内不会翻车,然后将这两条轨道固定在特定的位置,为了保证不会脱轨,还会在中间安装上一些控制距离的木块或者木条,这就形成了最早期的轨道。

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它的原理其实很简单,就是让矿车的车轮能够沿着既定的方位滑动,同时带动车筐里的重物,从而实现运输的目的。

根据运输的物体的重量级别,会对这个轨道进行改造升级,在相当长的一段时间内,轨道一直都被用在类似的场景当中,至少在工业革命之前,还没人想过要用它来载人,毕竟谁能想到,运煤的玩意儿也能用来拉人呢?

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而且一个更重要的问题是动力,如果要实现载人的目的,那就不是像矿场里那样依靠地势来获得动能了,而是必须能够随时启动,随时喊停,不受地势和时间的限制,这需要的是一种外部能量的推动。

所以轨道和旅客运输的结合要到蒸汽机的发明之后才得以实现,不仅实现了载人,而且速度更快、运量更大,当然,轨道的材质也发生率根本性的变化,由原来的木头、皮带一类进化到了钢铁,这样才能承载车厢与乘客的重量。

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规模化的工业生产让铁轨的普及速度非常之快,差不多在18世纪中后期左右,欧洲的轨道交通已经由铁轨联结起来了,即便各方面还没有达到完美的程度,但是在安全性和承载力上面已经有了一定的保障。

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碎石的作用

当然,工业的精神就是精益救精,要想在市场中获得优胜,就必须要要不断改进和提升自己的产品。

对于铁轨来说,它面临的不只是材料承重和速度提升的问题,还有最基础的工程结构问题,因为要保障全年运输,它就必须要适应各种各样的气象条件,除了极端恶劣的寒冬之外,最大的难题就是雨水天气。

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我们知道,为了减轻轨道的压力,为整体结构提供一定的弹性空间,一般会在两条轨道之间加上均匀分布的枕木,这既降低了成本,又实现了目的,可谓是一举两得。

不过随之而来的问题是,跟钢铁相比,木头很容易受到雨水的影响,一旦雨势稍微大一点,枕木下的土地就会排水困难,最后整个铁轨都会泡在水里,时间久了,枕木就会损坏,更换和检修的成本又大大增加了

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这么办呢?要解决这个问题,关键就在于如何排掉积水,既然土壤做不到这一点,我们就需要另外一种排水性更好的物质作为基底,碎石就这样成为了最佳的选择。

从应用上来说,相当于用碎石给整个轨道面重新加了一层,这样在地面和枕木之间就多了一层缓冲,当雨水进入轨道中间地带的时候,就能通过这些碎石的缝隙流到更低一些的地面上,从而彻底解决积水的问题。

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在实际的使用中,其实还发现了一个新的好处,因为碎石的这个空隙的存在,能够让它以一个比较灵活的结构承接住来自车厢的压力,并且将这些压力分散到每一个细碎的石子上面,从而减轻了铁轨和枕木的承重压力,可以说是一举两得,非常实用了。

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那么高铁为什么不需要碎石结构呢?首先高铁的基础承重结构和火车不同,为了实现更快的运行和更稳定的运输,进行了特殊的力学设计,以承重单位时间内更大的压力。

面对这种压力,碎石不仅起不到分担的作用,反而还有可能飞出铁轨,或者造成铁轨变形,影响列车的安全运行。

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结语

有人会问,既然高铁现在这么普遍了,那么为什么不干脆淘汰掉又慢又老的火车呢?这一方面有基础设施对于地区的交通的意义问题,另一方面也是出于运输成本的考虑,就在货物运输方面上来看,火车相比高铁肯定要划算得多。

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