铁轨铺石子的多重作用
在铁路系统中，铁轨下铺的石子可不是随意为之，它们有着诸多重要作用。
分散压力确保稳定
火车的重量相当可观，一列火车可能重达成百上千吨，当这样沉重的火车以较高速度行驶时，对铁轨和枕木产生的冲击力是巨大的。如果没有石子，铁轨和枕木直接铺设在路基上，路基很可能无法承受而向下凹陷。而这些石子（道砟）填充在枕木下方，由于其质地和相互之间的缝隙，能够很好地分散列车通过时产生的巨大压力，将压力均匀地传导到地基上，从而保证铁轨的稳固，使火车能够安全平稳地行驶。例如，一些重载货运列车满载时重量极大，在有砟轨道上运行时，道砟有效地分散了压力，避免了轨道的过度变形。
在火车运行过程中，由于车轮与钢轨的接触，会产生震动。道砟的存在可以利用自身的弹性来缓冲这种震动，减少列车震动对铁轨和路基的影响，同时也降低了震动产生的噪音，为旅客提供更舒适的乘坐环境。
助力排水保护路基
道砟的碎石之间存在着较大的缝隙，这种结构在下雨天气时发挥着重要的排水功能。雨水可以顺着这些缝隙向下渗透，迅速排出路基范围，有效避免了因积水导致的翻浆冒泥现象，保护了路基的稳定性。如果没有这样良好的排水机制，路基长期处于积水状态，会导致土壤变软、强度降低，进而影响铁轨的平整度和稳固性，严重威胁铁路的安全运行。
方便线路调校维护
由于铁路长期受到列车的碾压，以及自然环境等多种因素的影响，很容易出现水平、高低或者方向上的偏移。在需要对线路进行维护时，铁路维修职工可以使用起道机将线路抬起，然后把石子捣入轨枕底部。通过增加或减少轨枕下道砟的高度来调整线路的状态，使铁轨保持在良好的运行状态，延长钢轨的使用寿命。例如在一些使用年限较长的铁路线路上，定期的道砟维护工作能够及时纠正线路的不良状态，确保列车行驶安全。
吸收高热保障安全
道砟主要由碎石组成，通常采用特级花岗岩等容易碎裂的石材。列车在行驶过程中，车轮与钢轨之间会因摩擦产生巨大的热量。这些碎石在受热时容易发生碎裂，从而吸收掉火车通过时所产生的高热。如果使用圆润光滑的石头，由于其不易碎裂，吸热效果会大打折扣。
保持轨距防止胀轨断轨
钢轨会因季节变化产生热胀冷缩现象，冬夏温差巨大时这种现象更为明显。这可能会导致胀轨或断轨的情况发生，甚至使线路出现爬行现象。而道砟的弹性能够起到很大的缓冲作用，碎石之间的摩擦力与线路之间具有极大的吸附力与贴合度，能够有效避免钢轨热胀冷缩带来的伤害，保持轨距稳定，确保列车运行安全。
铁轨铺石子背后的原理
压力分散原理
从物理学角度来看，当列车在铁轨上运行时，它对铁轨产生的压力等于列车的重量除以车轮与铁轨的接触面积。如果没有道砟，铁轨和枕木直接与路基接触，接触面积相对较小，那么路基所承受的压强就会很大。而道砟的存在增加了受力面积，根据压强公式P=F/S（P为压强，F为压力，S为受力面积），在压力不变的情况下，受力面积增大，压强就会减小。道砟的颗粒之间相互挤压、摩擦，将来自列车的压力向四周扩散，均匀地传递到下方的地基上，从而防止路基因局部压力过大而损坏。
弹性缓冲原理
道砟具有一定的弹性，这种弹性来源于石子之间的缝隙以及石子本身的物理性质。当列车通过时，车轮对铁轨施加的力会使铁轨产生微小的变形，道砟能够在这个过程中发生弹性形变，像弹簧一样吸收和释放能量。这种弹性缓冲作用不仅可以减少列车对铁轨的冲击力，降低震动幅度，还能够减轻因震动而产生的噪音。同时，在钢轨热胀冷缩时，道砟的弹性也能提供一定的伸缩空间，防止钢轨因过度变形而胀轨或断轨。
排水原理
道砟的排水功能基于其碎石间的大缝隙结构。水在重力作用下会自然地沿着这些缝隙向下渗透。这种排水方式类似于土壤中的渗流原理，大的孔隙使得水能够快速通过，而不会在路基表面形成积水。而且，道砟的排水作用是一个动态的过程，随着雨水的不断下渗，它能够持续地将水排出路基范围，保持路基的干燥和稳定。
铁轨不铺石子的影响
轨道稳定性下降
如果铁轨不铺石子，直接将铁轨和枕木铺设在路基上，路基承受的压力会过于集中。当列车通过时，由于缺乏道砟对压力的分散作用，路基很容易出现局部下陷的情况。这会导致铁轨的平整度受到破坏，列车行驶时就会产生颠簸，严重影响乘坐的舒适性和安全性。例如，在一些早期没有采用道砟的简易铁路上，列车运行时经常会出现晃动和颠簸的现象，就是因为轨道缺乏足够的稳定性。
没有道砟的缓冲作用，列车的震动会直接传递到路基上，这不仅会加速铁轨和枕木的损坏，还会使路基的土壤结构变得松散。长期积累下来，会使轨道的几何形状发生改变，如出现高低不平、左右偏移等问题，增加了列车脱轨的风险。
排水与维护难题
不铺石子的情况下，铁轨周围的排水会成为一个大问题。一旦下雨，雨水无法通过道砟的缝隙迅速排出，就会在铁轨附近积聚。积水会浸泡路基，使土壤变软，降低路基的承载能力。而且，长期的积水还可能引发翻浆冒泥现象，即土壤中的细颗粒在水的作用下向上涌动，使道床变得泥泞，进一步破坏轨道的稳定性。
在维护方面，如果没有道砟，当铁轨出现高低不平或者偏移等问题时，很难进行调整。因为道砟为线路调校提供了一种简单有效的方法，没有它就需要采用更为复杂和昂贵的技术手段来维护轨道的几何形状。
容易滋生杂草
铁轨周围如果没有道砟的覆盖，杂草就更容易生长。杂草的根系会深入到铁轨下方的土壤中，随着杂草的生长，它们会对铁轨的结构造成破坏。一方面，根系的生长可能会顶起铁轨或者枕木，导致轨道变形；另一方面，杂草的存在会影响铁路的外观，并且在干燥季节还可能引发火灾，威胁铁路设施的安全。
不同国家铁轨铺石子情况对比
中国
在中国，普通铁路（普速铁路）广泛采用有砟轨道，即在铁轨下铺石子（道砟）。这是因为普速铁路的运行速度相对较低，有砟轨道能够满足其基本的运行要求，并且具有造价低、减震效果好、易于维护等优点。例如，一些用于货运的铁路线路，需要承载较重的货物列车，有砟轨道可以有效地分散压力，保障列车的安全运行。
然而，中国的高速铁路则大多采用无砟轨道。随着高铁技术的发展，无砟轨道在中国高铁建设中占据主导地位。无砟轨道具有平顺性好、稳定性高、使用寿命长、耐久性好、维修工作少等优势，能够满足高铁高速运行的需求。例如，京沪高铁、京广高铁等主要高铁线路都采用了无砟轨道技术。不过，在一些特殊地段或者对成本有特殊考虑的情况下，部分高铁线路也可能会采用有砟轨道与无砟轨道相结合的方式。
德国
德国在铁路建设方面有着先进的技术和丰富的经验。德国的高速线路以无砟轨道为主，例如其新建高速铁路的无砟轨道占据了线路总长的70%以上。无砟轨道在德国高铁上的广泛应用，得益于其能够提供更高的列车运行速度、更好的轨道平顺性和更低的维护成本。德国在无砟轨道技术的研发和应用方面处于世界领先水平，其研发的多种无砟轨道结构形式被其他国家借鉴和引进。
但在一些普通铁路或者货运铁路上，德国仍然保留了有砟轨道。这些有砟轨道在德国的铁路运输体系中发挥着重要作用，特别是对于重载货运列车的运行，有砟轨道能够提供足够的承载能力和减震效果。
日本
日本的铁路建设也有其独特之处。日本新建铁路的无砟轨道铺轨里程已超过80%，在高速铁路建设中广泛采用无砟轨道技术。日本的无砟轨道技术在适应地震多发等特殊地质条件方面有很多创新之处。例如，日本的RA型板式无砟轨道在设计上考虑了地震时的减震和轨道变形控制，能够提高铁路在地震等自然灾害下的安全性。
同时，日本的普通铁路也有部分采用有砟轨道，用于满足一些低速、货运或者支线铁路的运营需求。
铁轨铺石子的技术发展历程
早期轨道的探索阶段
铁路的发展经历了漫长的过程。最早的轨道可以追溯到16世纪，当时罗马尼亚中部特兰西瓦尼亚的煤矿工人开始用轨道运输矿车，不过那时的轨道是用硬木铺成的平行轨道。后来，随着蒸汽机车的出现，木质轨道逐渐被铁轨所取代。在19世纪初，英国人发明了法兰T形铁轨，随后又出现了工字型铁轨，这些铁轨的出现标志着现代铁轨的雏形逐渐形成。但在早期，铁轨下面并没有铺碎石子，因为当时的蒸汽机车载重量较小，即使铺在夯实的土路上，铁轨也不会因载重量太大而断裂。
有砟轨道的兴起
到了20世纪初，火车从蒸汽机车发展为内燃机车，载重能力大大加强，速度也有所提升。这时，英国开始探索铁轨的地基设计，并最终采用了铺筑碎石的方法，也就是有砟轨道的开端。这种方法的原理是利用碎石（道砟）来帮助枕木分散火车的力量。由于其简单且成本低廉的特点，有砟轨道在全世界迅速流行起来。有砟轨道结构由钢轨、轨枕、连接零件、道砟、道岔等组成，成为当时普速铁路的主要结构形式。
在有砟轨道的发展过程中，人们对道砟的选材、铺设工艺等方面也不断进行改进。例如，对道砟的尺寸、硬度、形状、耐磨度等技术标准进行了详细规定，以确保道砟能够更好地发挥作用。同时，随着铁路运输需求的增加，有砟轨道在承载能力、减震效果等方面也在不断优化。
无砟轨道的出现与发展
随着铁路技术的不断进步，特别是高速铁路的发展需求，无砟轨道应运而生。无砟轨道最早在1840年的英国大西铁路上就开始使用，但当时还处于初步探索阶段。随后，德国、日本、法国等国家也纷纷开展无砟轨道的研究和应用。
德国在1959年便开始了无砟轨道的研究，首先在希尔赛德车站试铺了3种轨道结构，1977年又在慕尼黑试验线试铺6种。日本在1968年开始研发RA型板式轨道并大规模推广应用。英国从1969年开始研发无砟轨道，1973年开始推广应用。法国研发的产品主要是弹性支撑块式无砟轨道。
中国在无砟轨道技术方面也经历了从引进到自主创新的过程。20世纪90年代，中国针对高速铁路提出了板式等无砟轨道结构型式，并进行试铺试验。2004年，中国在遂渝线开展了成区段的无砟轨道综合试验，研究解决不同类型无砟轨道结构、扣件、道岔、施工工艺等关键技术问题。经过多年的研发，中国逐渐形成了具有自主知识产权的CRTS无砟轨道系列品牌，如CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式无砟轨道等，广泛应用于中国的高铁建设中。
铁轨铺石子的材料选择
选材的基本要求
用作道砟的材料需要具有坚硬、不易风化、富有弹性、有利排水等特点。因为铁轨要承受列车巨大的重量和压力，如果道砟材料不够坚硬，很容易被压碎，无法起到分散压力和支撑轨道的作用。不易风化的特性可以保证道砟在长期的使用过程中保持其物理性能，不会因为风化而变成粉末状，影响道砟的功能。富有弹性有助于道砟在列车通过时缓冲震动，减少对轨道和路基的损害。而良好的排水性能则是为了避免积水对轨道结构的破坏。
常用的材料类型
碎石：在众多材料中，碎石是最常用的道砟材料。我国铁路一般采用碎石铺道床，这是因为碎石具有形状不规则、颗粒之间摩擦力大等优点。碎石的不规则形状使得它们在相互挤压时能够更好地固定位置，不易发生平移，从而保证轨道的稳定性。而且，碎石在受力时能够产生一定的形变，起到缓冲和吸收能量的作用。例如，在普通铁路线路上，碎石道砟能够有效地应对列车的震动和压力。
玄武岩和花岗岩：目前，玄武岩和花岗岩是比较常用的道砟石材。玄武岩具有硬度高、耐磨性强等特点，能够承受列车的重压和长期的摩擦。花岗岩同样具有较高的硬度和抗压强度，并且其质地均匀，不易断裂。特级花岗岩还具有一定的脆性，在吸收列车通过时产生的高热时，容易发生碎裂，从而起到散热的作用。这些石材经过筛选、加工达到特定标准后投入使用，以满足铁路道砟的要求。
其他材料：除了碎石、玄武岩和花岗岩外，卵石、粗砂等材料也可用于道床，但相比之下，它们的性能略逊一筹。卵石由于其表面较为光滑，颗粒之间的摩擦力较小，在承受较大压力时容易发生滑动，可能会影响轨道的稳定性。粗砂虽然具有一定的排水性能，但在分散压力和缓冲震动方面的效果不如碎石。不过，在一些特殊的铁路工程或者对道床要求不高的地方，这些材料也可能会被使用。