@ 2016.09.07 , 17:00
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Quora: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。

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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。

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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。

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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。

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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)……

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本文译自 Quora,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 30+1

  1. 真的金龙
    @1 year ago
    3250370

    F**K,这还是铁路吗

    [12] XX [7] 回复 [0]
  2. 二斤
    @1 year ago
    3250373

    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。。。

    [207] XX [2] 回复 [0]
  3. 飞机飞啊
    @1 year ago
    3250378

    @二斤 让铁轨枕木不跑偏

  4. maximumpain
    @1 year ago
    3250382

    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。

    [54] XX [1] 回复 [0]
  5. 雨雨
    @1 year ago
    3250386

    无砟轨道会被热浪掰弯吗?

  6. fosidea
    @1 year ago
    3250388

    @maximumpain: 不是扯断,是掰弯,别忘了煎蛋的大业

    [27] XX [0] 回复 [0]
  7. 老朱
    @1 year ago
    3250390

    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。

    [56] XX [1] 回复 [0]
  8. 大红
    @1 year ago
    3250391

    石子不是用来分散传导到地基的重量的么

  9. 路过人间
    @1 year ago
    3250397

    以前我一直认为碎石头只是用于排水~

  10. 无关人士
    @1 year ago
    3250414

    @二斤: 第一句就是。、

  11. 不要喷我
    @1 year ago
    3250416

    @老朱:

    特意去查了查 不是把枕木换成混凝土条了吗

  12. 玛彼得
    @1 year ago
    3250417

    我还以为故意弄成尖石子防止有人躺在上面玩耍

    [11] XX [1] 回复 [0]
  13. 3250419

    @老朱: 这种技术叫温度应力式无缝线路,具体可以自行百度。

  14. lbSeevdo
    @1 year ago
    3250424

    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。

    [84] XX [0] 回复 [0]
  15. 3250427

    @老朱: 有缝的,只不过单段铁轨比普通的长而已

  16. 世界的第八天
    @1 year ago
    3250438

    再补充一点,下雨的时候碎石也不会积水,不会长出植被,积雪在碎石上融化的也快

  17. 奥巴马是基佬
    @1 year ago
    3250447

    然而中国的高铁早就不用木枕和石子了

  18. 3250511

    无砟轨道又作无碴轨道,是指采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构统称为无砟轨道。其轨枕本身是混凝土浇灌而成,而路基也不用碎石,钢轨、轨枕直接铺在混凝土路基上。无砟轨道是当今世界先进的轨道技术,可以减少维护、降低粉尘、美化环境、而且列车时速可以达到400公里以上。无砟轨道平顺性好,稳定性好,使用寿命长,耐久性好,维修工作少,避免了飞溅道砟。

  19. CarShock
    @1 year ago
    3250514

    @老朱: 主要是靠硬锁的办法,就是通过螺栓把轨道硬性的锁止在枕木上,来硬抗热胀冷缩的问题。然后在养护期间,一次性的释放一下累积的应力。

  20. 老蛋
    @1 year ago
    3250518

    “在美国约有689,974,000条枕木,支撑着212,000英里的铁轨。”六亿八千九百九十七万四千,还记得马克吐温说的话吗?

  21. 哲学大叔
    @1 year ago
    3250536

    @老蛋: 暴露年龄了

  22. ihuihui
    @1 year ago
    3250551

    @老蛋: what?

  23. 噜噜啦
    @1 year ago
    3250599

    渣渣,看看中国的高铁

  24. 3250614

    @老蛋: 每根枕木下埋个中国人???

  25. 3250681

    当然是为了让小孩往铁轨上放石子崩着玩啊

  26. 3250953

    没有改良?无砟轨道是什么鬼,好像使用混凝土啊

  27. 3251064

    @CarShock: 这种硬锁的办法对寿命影响大吧..

  28. realitis
    @1 year ago
    3251133

    想起玩过的一次热胀冷缩亲测。
    初冬,寒潮如同海啸一波一波拍过来,但中间都有一个隔断期,寒风渐息,晴空日晒,去冷回暖,到下一波寒潮将至的一两天,冷气团正把当面之气强力推压到来,跟杰克.伦敦小说里的钦察克风一样,引起气温陡升的暴热,简直是秋老虎的王者归来,然后在狂风鬼嚎的一夜之间气温暴跌二三十度,又冷到汗毛直竖。
    我在墙上打了两钉,间距大概3米,把一根电动机铜质漆包线在它们之间拉紧固定,紧到手弹嘣嘣响,如果气温继续升高造成热胀松塌,就解开一头再拉紧固定,这么追热直到下一波寒潮来临的一天之前。
    然后,来了个不太小可的寒潮,气温大概陡降有二十多度,我忙完了穿秋裤,记起那根铜丝,赶去察看,已经断了,断处是很经典的塑性变形缩细型,但我没想到量一下断口之间有多大距离,不知道其实冷缩了多少比例。

  29. 土人
    @1 year ago
    3251179

    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。

    什么鬼,把枕木铺到枕木上

  30. 3251184

    回想起这是1989版十万个为什么里讲到过的问题啊

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