“去吧，但愿你一路平安。桥都坚固，隧道都光明。”——塔朗吉 《火车》

从1814年英国人乔治·史蒂芬森（George Stephenson）制造了第一台蒸汽机车、并将蒸汽机广泛应用到交通运输领域开始，人类便迈入了“火车时代”，出行方式得到了天翻地覆的变化。火车的兴起带动了各个领域的发展。一条条铁路仿佛人体内的神经系统一般分布在各处，而这些遍布世界的铁轨也极大地扩展了人们的活动范围。

通往各地的轨道

如今，经过了200多年的技术革新，蒸汽火车早已被内燃机车所取代，而随着新能源的发现和科技的不断发展，国内承载着一代人青春回忆的“绿皮”也仿佛变成了为省钱不得已而为之的选择或是文艺青年明信片上的图案。更多人外出或旅行时都会选择更快捷便利的高铁。

然而车坐久了，在晕车之余难免会有些疑问，为什么高铁行驶时几乎没有什么噪音，而绿皮会有“嘎吱嘎吱”的令人烦躁的声音呢？

高铁飞驰

于是人们看向了铁轨，大家发现绿皮火车的铁轨和高铁铁轨的结构完全不同，并且下面铺了许多密密麻麻的碎石子，反观高铁的轨道完全就是嵌在混凝土当中，轨道下也并没有任何小石子。这个现象激发了人们的好奇——为什么同样是铁轨，火车铁轨下有那么多密密麻麻的碎石子，而高铁没有？要回答这个问题，我们不妨从火车铁轨的结构说起。

火车铁轨

轨道的演变史‍

轨道的发明经历了很漫长的岁月，比火车的出现早了不止一点半点。这最早可以追溯到5000年前的古埃及，当时的人们发现车轮在大道上碾压出了车辙，而车辆在这些车辙上行进起来会比在一般道路上轻松很多，于是受到启发的埃及人便使用石头来铺垫路面，并在石头上凿出凹槽来放置车轮。无独有偶，考古学家们发现古希腊也曾有使用过石质轨道的痕迹。最早的车轨就这样诞生了。

或许是因为石质车轨太容易导致脱轨，在公元1500年左右，木质车轨横空出世了，人们将木头加工成轨道，并且改良了木质的车轮使其适应车轨，大大提升了行车的便利性，但轨道与枕木之间并没有很明显的区分。在16世纪下半叶，英国、德国以及罗马尼亚中部城市等地的采石场和矿山仍在使用木轨来运送矿车。

驴拉矿车

然而到了1767年，人们针对木轨易损坏的缺点进行了改进——在轨道外包上一层硬木，后来因为效果不好将硬木换成了“U”形的金属条，再到后来干脆将轨道替换成铁轨，这才出现了世界上最早的铁轨。也有一种说法是1767年英国金属跌价时，一位工厂老板看到卖不出去的生铁，便将其铺在道路上偶然发现的。

通往远方的铁轨

无论如何，铁轨确实使车辆行驶得更加平稳省力，但由于生铁韧性不佳，常常会有断裂的风险，生铁轨最终也被伯金肖（Birkinshaw）所改进过的轧制熟铁铁轨所取代。该铁轨的韧性极佳，在重压下也不会轻易断裂，并且终于可以适配当时蒸汽火车的重量了，而到了今天，火车轨道一般由更加优质的钢材制成。火车的车轨就是这样，从材质到样式经过了一代代的改良，最终变成了现在的样子。

铁路轨道的结构

一般来说，现代完整的火车轨道由四个部分构成，这些部分分别是位于最底部土建完成面（也可以理解为路基）、负责承托轨道的道床系统、扣件系统以及顶端的钢轨。

铁路轨道简单来说就是将上述的四个部分拼接起来——我们通常将两条平行的钢轨固定在枕木上，而压轨器、轨撑、道夹板和铁路道钉等各个种类的扣件系统则主要负责钢轨与轨枕、轨枕与路基等部分的连接。

铁路轨道

而我们今天的主角，也就是那些密密麻麻的小石子，就存在于轨枕与路基之间，是道床结构的组成部分之一，在传统的铁路结构中担任着极其重要的作用。

这些密密麻麻的小石头到底是啥？

这些在轨枕间躺平的小石子有很多名字——“道砟”、“道渣”、“路渣”等等，我们一般还是称其为“道砟”（Ballast），是一种常见的轨道道床结构，具有抗压缓冲、减震降噪以及排水防冻等多种重大的功效。

道砟

道砟的好处都有啥？‍

首先，道砟最重要的一个作用便是可以为轨道承担压力。在火车行驶时，轨道要承受的重量自火车车轮产出，再由钢轨传导至下方的道床（道砟所在的位置）、路基以及下部结构，而火车的重量非常大，车轮与钢轨间的接触面积又很小，这样一来轮轨间的接触压力极高，长期行车会使钢轨形变损坏。

而位于道床的、密密麻麻的碎石由于自身不规则的形状可以很好地分散压力，所以对重压有着非常好的抗性，并将压力平均地分布在路基上。但这也就规定了道砟的前提一定要是“形状不规则”的碎石，而不是鹅卵石一类的光滑石头，因为光滑的石头受力后会滑落，无法对轨道起到支撑的效果。

铺在道砟上的铁轨

其次，道砟另一个重要的功效便是对铁轨有着良好的散热和排水效果。正如前文所说，在火车行进时，车轮与车轨间的接触压力极大，这其中产生的摩擦力势必会带来极高的温度，而热胀冷缩效应会使金属的抗压能力下降，严重时甚至会导致车轨断裂，因此需要道床中的道砟来充当优质的热导体。

而在天空降雨时，碎石子之间的缝隙也可以使雨水快速渗入，避免了泥土路基积水引发的沉降和塌陷问题，而在寒冷地区的轨道而言，良好的排水性能也意味着可以抵御冻害。

火车轨道

这些小小的碎石子同样具有减震降噪的作用，由于道砟对路基具有缓冲效果，一定程度上可以减小车轮与轨道间撞击摩擦产生的噪音,石头与石头间的缝隙也可以吸收震动，这些都大大提升了乘客的乘车体验。

更加难能可贵的是，道砟只不过是有棱有角的碎石头，就地取材就能用，这种随处可见的原料也在一定程度上节省了相关开支。

有何坏处？‍‍‍‍‍

铁路轨道大致可以根据道砟的有无分为有砟轨道与无砟轨道两种，虽然我们刚刚列举了道砟的种种好处，但道砟也并不是十全十美的，这首先就体现在有砟轨道相对而言昂贵的维护费用以及频繁的维修上。

铁轨

我们在前文中提到过温度对车轨的影响，在温差作用下的热胀冷缩效果会对轨道产生严重的损害，因此在每年换季时，铁路工人都要对其进行一项名为“放散”的检修项目，也就是对铁路的温度进行平衡，避免钢轨形变断裂、发生事故。在温差较大的地区，人们会每隔一段距离后就在钢轨上设置温度调节器。而焊接钢轨时采用铝热剂也可以在一定程度上避免焊接处的温度损害。

检验轨道的工人

在轨道上铺碎石子的缺点也远不止这些，道砟构成的碎石轨道在承受火车的压力之后容易出现位移现象；而另一个令人头疼的问题是碎石本身容易滋生杂草，更不用提在经过一段时间的使用后，可能会出现碎石崩坏或者火车所运载的煤灰填满道砟缝隙的情况，这样一来不仅道砟的排水能力大打折扣，还容易造成路基沉降发生危险。因此，铁路工人的定期检修就十分重要了，工作的内容包括但不限于清筛、补充碎石、拔除杂草以及对位移的碎石进行位置调整。

最重要的一点是，道砟轨道对火车的速度有了很大的限制，相对“笨重”的火车都会让这堆小石头产生位移，更何况全速前进的火车。这就使得火车变成了载有骑手的马匹，无法全力自由地奔跑。一旦速度过快，可能会出现“飞砟”现象，也就是车轮将地面的碎石崩飞出去，对周围居民的人身安全有着极大的威胁，甚至有可能会对列车本身造成损坏。

有可能发生“飞砟”的轨道

这也就是高铁的铁轨上没有铺石子的原因，为了防止此类现象的发生，高铁使用的是无砟轨道。

那高铁的轨道有啥特殊的地方吗？

高铁的速度达到了350km/h，这对于有砟轨道来说无疑是十分危险的，如果高铁在有砟轨道全速前进的话，在外人眼里或许碎石子就像会爆米花一样“砰砰砰”的不断飞出来。

这里我们就要说说高铁所应用的无砟轨道了，无砟轨道往往应用于高速铁路与电车、地铁等轨道，专为高速行驶所设计。它的设计特征是使用了刚性混凝土与沥青道床代替了道砟与轨枕所组成的传统道床，并通过扣件系统将支撑体与钢轨弹性结合，通过金属垫板和扣件等组件，钢轨会紧密的贴在混凝土底板上，还有一些无砟轨道会选择直接将轨道嵌进混凝土底板中，十分稳固。

无砟轨道

局限‍

这样严格的工艺以及相对复杂的制作流程也使得无砟轨道相比有砟轨道而言更难普及。而我国现在高速发展的无砟轨道技术也在引进日本与德国的技术后进行了改良。使得无砟轨道的普及率提升了不少。

无砟轨道

而制作难度大仅仅是一方面，由于无砟轨道追求了速度，便不得不放弃“载重”的能力，因为如果车身太重，在没有碎石分散压力的情况下很容易损坏轨道，正因如此，无砟轨道往往都应用于高铁、地铁或有轨电车，毕竟轨道上不能运行重量较大的载货列车，而载人列车的重量相对较小。高铁无法随意增减车厢也是同样的道理，火车节数严格按照规定都是为了对无砟轨道进行保护。

运行中的高铁

无砟轨道，行！‍

当然，付出了这么多代价，无砟轨道自然也有着很多无人能比的优势，最明显的一点便是在速度极快的同时还可以保持平稳。相信这一点对于常坐高铁或地铁出行的朋友而言不会感到陌生，这也是使用了钢轨的特殊焊接方式搭配混凝土道床所带来的结果。

而混凝土的结构寿命很长，相比于有砟轨道高昂的维护费用和高频率的维修周期，无砟轨道虽然制造成本高，但却很少会遇到需要维修的情况。更何况为了应对温度变化，无砟轨道的钢轨选材往往选用特殊材质，钒钢的热胀冷缩系数较小，可以很好的应对温差对轨道的损害。

检验钒钢的工人

结尾‍

纵观铁路轨道与火车的历史，我们不难发现许多有趣的发明与改良皆来自于简单的科学原理，有砟轨道便是一个很好的例子，因为说白了这只是往轨道里铺了一层碎石而已，却恰恰可以看出人类的智慧。

现如今，无论是铺石头的轨道还是不铺石头的轨道、无论是绿皮还是高铁、载货还是载人，所有的火车与轨道都在各司其职地扮演着自己的角色。而作为乘客的我们在选择旅途与载具的同时，永远不要忘记位于第一位的人身安全。

轨道通坦途