为什么铁轨边会有碎石子？

David S. Rose

这个好问题有一个有趣的答案。这些碎石子被称为道砟。它们的用途是承载木十字架，从而托住铁轨。

想想将狭窄的铁轨铺设上千英里，于地面绵延所面临的工程技术挑战：它们会受到热胀冷缩、地面移动与振动、恶劣天气的降水堆积、地下的野草和植物破土而出等影响。现在想一想虽然它们百分之九十九的时间只需要毫无负担地躺在地上就好，但在剩下百分之一的时间里，它们需要承载约454吨的重量。

将这些都考虑在内，你发现你问的这个有趣问题最先在大约两百年前解决，并且从那以后这一技术并未改善！

这个答案始于不毛之地，接着需要在地上建造一个地基以抬高铁轨，避免它被水淹。在地基的上方，则洒下了不少碎石子(道砟)。在碎石子的上面，你需要将一系列木梁对齐铺设，这些木梁长约2.6米、宽约22.9厘米、厚约17.8厘米，重约90.7公斤，并且每隔49.5厘米就铺设一根木梁，每公里铺设3249根木梁。接着你可以继续在这些木梁周围倒碎石子。这些碎石子锋利的边缘使得它们很难盖住彼此(像光滑圆润的鹅卵石那样)，从而能够有效地将它们固定在原地。

这些木梁由硬木(通常是橡木或者山核桃木)制作而成，并且它们会被浸入木榴油中，以保护它们不受天气的干扰。在美国我们称之为“cross ties”(枕木或者通俗地说是铁路轨枕)；而在英国它们被称作“sleepers”；欧洲葡萄牙语中是“travessas”；巴西葡萄牙语中是“dormentes”；俄罗斯“шпала”(读作shpala)；法语“traverses”。虽然在美国百分之九十三的枕木依旧由木头制作而成，但现在能负担大重量的枕木材质正在慢慢取代它们，包括复合塑料、钢铁和混凝土。

与铁路有关的有趣事实：

在美国约有689,974,000条枕木，支撑着212,000英里的铁轨。在2011年，美国的主要铁路替换了总共约15,063,539条枕木，其中14,148,012条新枕木由木头制作而成； 544,652条由二手木制枕木制作而成；370,875条新枕木由木头以外的材料制作而成。旧枕木被用作景观美化、变成了固体成型燃料或者被热电联产发电厂用来供电。

接下来，热轧钢轨闪亮登场。在美国，过去的枕木一般长39'(因为它们要被40'的无盖货车运输)，但现在增加到了78'，并将它们首尾相连地铺设在了枕木上。过去人们会利用额外的钢铁和螺栓将它们连在一起，现在只需要利用无缝焊接即可。

你可能觉得只要将它们钉在枕木上即可，但这没有用。如果它被固定了起来，热胀冷缩会让它变弯或者破裂。所以一般人们利用夹子或者锚将铁轨与枕木连接起来，这样既能固定它们又能让它们在膨胀或者收缩的时候纵向移动。

所以你现在知道了：虽然没有东西被永久地固定住，但它却在这一个世纪里极大地方面了人们的交通和货物运输。

道砟虽然不起眼，但没有它们，热胀冷缩带来的后果会非常可怕，想象一下火车在扭曲的铁轨上运行的场景(下图为墨尔本热浪中的铁轨)……

蛋友评论

二斤:我看懂了枕木，看懂了铁轨，看懂了热胀冷缩，唯独没看懂道砟干啥用。。。

lbSeevdo:道砟的作用：1.枕木的压强还是很大，进一步减少压强。2.吸收震动，延长其他部件和结构的使用寿命，间接起到降噪作用。3.在满足前两者的情况下是固定枕木的最优方案，可以平衡铁轨的热胀冷缩产生的纵向应力，当然其他方向的应力自然也包括在内。

高铁不用道砟的原因：1.比较小的石子会被运行时的强风吹起来。2.没有被吹起来的石子也受到很强的风力侵蚀，维护成本高。3.高铁不上重车，道砟的前两项需求可以降低标准。

另外高铁的无缝线路的原理是改良材料减少温度应力，同时在钢轨与枕木，轨道板连接的部位使用强力扣件，在钢轨达到它的锁定温度时将钢轨锁死，平衡温度应力，如果温度应力还是很大，则会增设温度应力释放结构，那样的线路不是完全没有缝隙，但是仍然满足高速行驶的要求。

maximumpain:感觉大概是说，用碎石子一方面相比较鹅卵石不容易滚动，起到固定作用，另一方面给热胀冷缩一点余量，因为枕木是不固定而是埋在碎石里面的，如果枕木固定，热胀冷缩的时候会扯断铁轨。

老朱:现在中国的高铁基本不用枕木了，钢轨直接安装在混凝土地基上，而且上千公里都是无缝的钢轨，我一直奇怪怎么解决了热胀冷缩的问题。

fosidea:@maximumpain: 不是扯断，是掰弯，别忘了煎蛋的大业

文：肌肉桃/煎蛋网

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