为啥火车铁轨要铺石子而地铁不用(为什么火车轨道下面要铺碎石子)

每当路过火车轨道的时候,大家都能看到满满一地的碎石子,这些石子是干什么的,为何高铁的铁轨没有?

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生活中的细节往往能衍生出问题

火车轨道的碎石子

有的人猜想,碎石子的出现是因为火车重量太大,导致轨道周围的石头被碾碎了。

可问题是,这些碎石子密密麻麻,摆放得相当整齐,怎么看也不像是自然形成的。

其实,火车轨道的碎石其实就是人工铺在路面上,其原因有三点。

其一,碎石子是为了增加火车行驶的安全性,为地面加固加稳。

通常来讲,一列8节的客运列车的重量在420吨到510吨之间,客运列车一般是16节,重量可能会达到1000吨左右,而货运列车装满货物的重量只会更高。

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普通列车的内部结构

如此重的列车在轨道上行驶,势必会给路面带来巨大的负担,大家平时看到的沥青路也坑坑洼洼,这就是行驶的汽车给路面带来的损害,而列车行驶在轨道上带来的后果只会更严重

如果是地质坚硬的路面还好,一旦遇到松软的泥土层,轨道很容易塌陷进去,影响列车正常行驶。

在路面上铺满石子,就能很好地解决这一问题。

这些石子别看都是碎石,但是内部的结构都相当坚硬,能够为轨道分摊压力,让列车在行驶的时候更加安全。

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列车轨道受力分析

所以,并不是所有碎石都能够铺上轨道,只有玄武岩、花岗岩这类密度较高的岩石,才有这个资格,这些石头被打碎之后还要进行加工处理,使它们能够在路面上发挥更好的效果。

值得一提的是,这种碎石也被运用在高速公路的建设上,由此看来,碎石的硬度是受到工程师的认可的。

减噪减震

列车在行驶的过程当中,噪音对于乘客来说也是一大问题。

由于火车轮轨的相互作用,在轨道附近产生了复杂的运动形式,并通过火车的外壳传入到车厢当中。

路面的石子可以减少列车与轨道之间的相互作用力,让列车产生的震动更小,行驶起来相对要稳定许多,大大减少了噪音污染。

这也是为什么,同样是平坦的路面,火车运行要比汽车平稳得多。

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平安出行把家还

减少噪音的操作一方面是为了增加乘客的乘坐体验,另一方面也能减少对周围环境的影响。

因为列车行驶过程当中要经过大量的野外地带,噪音很容易对当地的野生动物造成影响。

排水定型

由于每个碎石之间的形状不一,堆积到一起的碎石空隙很大,降落到轨道当中的雨水和很容易通过这些缝隙排出。

如果没有这些碎石,雨水会在轨道内部堆积起来,铁制的轨道很容易受到雨水侵蚀,出现生锈等情况,从而导致轨道寿命的减少。

此外,碎石还起到定型的作用,所谓的定型主要是轨道的形状。

在自然环境当中,轨道经历寒冬和酷暑,在热胀冷缩作用下,铁轨用不了几年就已经不成原样。

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热胀冷缩原理

轨道当中的石子将轨道挤满,使得轨道很难向内收缩,而外部的石子起阻拦作用,轨道又几乎无法外扩张,以此来保证轨道几年甚至是十几年都不会改变原有的形状。

最后就是,铺在路面上的碎石子能够抑制杂草的生长,减少人工清理的成本,让列车在轨道上行驶得更加通畅。

总之,碎石子的好处多种多样,后来人们也将这些小碎石铺成的道路称之为道砟,属于铁路建设的基础工程。

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人工填铺道砟

在修建道砟的过程当中,要用重物将路面的碎石子压实,使得碎石子的耐风化能力有效提升。

既然碎石子对铁轨的帮助如此巨大,为何在高铁修建的过程当中,不采用道砟的方式?

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多提问,多探究:道砟为何不适用于高铁

高铁不用碎石子的理由

首先碎石子铺在高铁路面上相当不安全,因为高铁的速度很快,一般在200到380千米每时。

普通火车的速度也才140千米每时,在高铁高速行驶的气流下,小碎石可能飞出原本的轨道,对周围的人或物造成危害。

这并不是危言耸听,我国路面交通就经常出现碎石伤车的情况。

比如在高架桥上高速公路行驶的汽车,有时就会蹦跶两颗石子到桥下,导致桥下的车窗玻璃损坏。

高速路上的汽车行驶的车速一般只有80到120km每时,这种速度蹦出的石子都足以伤及车窗玻璃,如果是换做高铁,后果难以想象。

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物体被抛出窗外会产生加速度

随着我国技术的进步,如今的高铁时速能够达到600公里,考虑到列车安全问题,传统的道砟肯定是不能使用了。

其次,我国的铁轨建设技术上已经相当成熟,在高铁的铁轨当中采用的是特殊混凝土单元来替代原本道砟的作用。

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无砟轨道结构

这种新式的混凝土与轨道融为一体,在保证轨道性能的同时,也有着较高的安全性

最后,道砟也不利于高铁的高速行驶,高铁为了加快速度在轨道上采用的是无渣轨道,这种轨道最大的特点就是光滑,在行驶的过程当中轨道没有任何阻碍。

而道砟上的碎石会严重影响高铁的速度,甚至对某些特定的高铁造成损坏。

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高铁轨道结构

因为这些高铁被设计出来,就是为了投放在新型高铁轨道上,设计结构更偏向于这一方面,所以很难适应道砟结构。

通俗来讲,就像是跑车不能适应陡峭的乡间小路一般。

话虽如此,但并不是说高铁的轨道完全不能采用道砟的方式。

法国的高铁轨道是世界上为数不多的,采用道砟的国家。

这种道砟并不是普通的道砟,当中的碎石全部都是利用了一种强力的黏合剂加固,保证列车行驶的安全。

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特殊的法国高速铁路

理论上,黏合之后的道砟碎石能够承受的列车时速高达570千米左右,在这个数值以下,碎石不会飞出,没有安全隐患。

这也仅仅是理论值,因为法国的商业高铁速度也不过在250到300千米之间,远远达不到理论数值。

我国的客运高速铁路早在2011年的时候,就已经达到了380千米每时,这就是著名的京沪高速铁路,在设计上,京沪高速铁路最低时速都可以达到350千米,是“中国速度”的骄傲。

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京沪高速铁路路线图

另外,法国的道砟也伴随着巨大的成本,这些成本最终都会反映到民众身上。

毕竟铁轨的建造成本越高,发售的车票票价也就越高。

法国高铁票价在1.65到2.13元每公里之间,1318千米所需要的费用折合人民币高达2000元,这是我国的京沪高速铁路的距离,而我国京沪高速铁路二等座的费用常年在500到600人民币之间浮动。

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京沪高速铁路:中国人的骄傲

可见技术进步的最终受益人,还是普通老百姓,在技术的背后,正是有着无数的科学家夜以继日地研究、实验才有了今天的成果。

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