鐵軌的發(fā)明與軌制改革

不少人以為，自火車誕生之日起就有了鐵軌——其實(shí)不然，早在火車發(fā)明之前就有了軌道。只是最初的軌道不是鋼鐵造的，而是在石頭上鑿出的轍道。古埃及人就是利用這種轍道把每塊兩噸多重的大石塊運(yùn)到金字塔建筑工地上去。

鐵軌的發(fā)明

16世紀(jì)時，人們開始在礦山上使用木軌，裝著煤和礦石的小車可以在木軌上行走自如。到了1767年，英國金屬價格大跌，一家生鐵加工廠的老板生怕虧本，把所存的生鐵澆鑄成板條形的鐵條鋪在工廠的道路上，打算等鐵價上漲后再拆下來賣。人們很快發(fā)現(xiàn)，車輛走在鋪著鐵條的軌道上非常省力，于是就想到用鐵條來為車修筑道路。此后，經(jīng)過一番改進(jìn)，人們在凹形的鐵條旁做出一個凸緣，以防止車輪滑脫，并將其稱為“角鐵軌”。可是，角鐵軌不耐用，易損壞，而且容易積上垃圾和石子，妨礙車輛通行。于是，人們又把它改造成凸形軌。最初的凸形軌兩面一樣大，但這樣很不穩(wěn)定，容易出軌甚至造成翻車。經(jīng)過長期的研究和探索，人們逐漸把凸形軌的下部加寬，設(shè)計成工字形鋼軌。由于這種鋼軌既節(jié)約材料，又穩(wěn)定可靠，一直沿用至今。

兩根鋼軌之間的距離稱為“軌距”。全世界的鐵路大約6六采用1435毫米的軌距（在1886年的國際鐵路會議上被定為標(biāo)準(zhǔn)軌距）。你也許會發(fā)問：為什么不采用一個整數(shù)呢？這里有一個典故。公元前55年，強(qiáng)盛的古羅馬帝國發(fā)動侵略戰(zhàn)爭，一直打到大不列顛（現(xiàn)在的英國）。羅馬人的戰(zhàn)車在英國土地上橫沖直撞，到處留有戰(zhàn)車轍道的痕跡。人們測量了一下，正好是1435毫米。因此，一般認(rèn)為鐵路軌距來源于馬車兩個車輪之間的距離，或者是兩匹并排的馬匹距離。久而久之，這種軌距沿襲下來。1825年，英國在斯多克頓至達(dá)林頓之間修建世界上第一條鐵路時就采用了這種軌距。大于這個標(biāo)準(zhǔn)的叫廣軌鐵路，從五呎到八呎六種;小于標(biāo)準(zhǔn)的叫狹軌鐵路，從二呎到四呎三吋七種。

200年前，歐洲的陸上交通仍然靠馬車或鐵路馬車（即馬車在鐵路上行駛）。1807年，英國人特勒維雪克制造了一輛蒸汽機(jī)車，重5噸，每小時行駛8公里，只能牽引十幾噸貨物，比馬車好不了多少，沒有受到人們的重視。但出生在英國紐卡斯?fàn)柕姆排Ｍ匏沟俜疑瓍s對此很有興趣。經(jīng)過苦心研究，在前人成就的基礎(chǔ)上，斯蒂芬森在1814年造出了第一臺蒸汽機(jī)車。這臺機(jī)車一次能牽引30多噸貨物，并且解決了經(jīng)常脫軌的問題，但走得慢，噪聲大，煙囪里冒出的火苗把附近的樹木都燒焦了。多次改進(jìn)后，1825年，“旅行號”終于誕生了。

1825年9月27日，“旅行號”在世界上第一條鐵路進(jìn)行了盛況空前的試車表演，斯蒂芬森親自駕駛機(jī)車，牽引著12節(jié)煤車、20節(jié)乘客車廂，從斯多克頓鳴笛啟動，鐵路兩旁人山人?！?dāng)列車安全進(jìn)入達(dá)林頓車站時，才知道車上共有450名旅客，載重達(dá)90噸。

4年后，斯蒂芬森又與自己的兒子共同制造了“火箭號”機(jī)車，在利物浦附近參加了一次火車功率比賽?！盎鸺枴逼骄啃r行走22公里，牽引17噸重量，在規(guī)定的公里路程中未發(fā)生故障，榮獲冠軍。

后人把斯蒂芬森稱作近代蒸汽機(jī)車的奠基人。從此，火車得到了人們的重視，鐵路作為一種嶄新的運(yùn)輸手段誕生了。

中國軌制的建立

中國的鐵路興起于19世紀(jì)80年代，列強(qiáng)以借款形式向中國輸出鐵路技術(shù)和產(chǎn)品。負(fù)責(zé)技術(shù)的工程師將各國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也帶到中國，因而中國當(dāng)時的鐵路就像一個萬國鐵路博覽會，各鐵路最明顯的區(qū)別就在于鐵軌。

列強(qiáng)中數(shù)英國對近代中國影響最大。中國最早的鐵路都是英國人自建和幫建，軌制上完全沿襲英制。唐胥鐵路建設(shè)時，采用英制四呎八吋半（1435mm）的軌間距，后來很多鐵路也都按此執(zhí)行。采用其他制式的鐵路也有不少，如采用法制的有蘆漢鐵路，采用俄制的有東清鐵路。

大半個中國基本都使用英制，比如萍株鐵路光緒二十五年（1899年）開始建設(shè)，全路1905年竣工，長90公里。鋼軌85磅的僅占三成，比利時制的76磅軌占七成，都是漢陽鐵廠制造。軌距四呎八吋半，枕木都是湖南產(chǎn)杉木。

東清鐵路俄國興建，光緒二十七年（1901年）竣工，軌重24磅，《合辦東省鐵路公司合同章程》記載：“至鐵軌之寬窄，應(yīng)與俄國鐵軌一律，即俄尺五幅地，約合中國四尺二寸半?！?/p>

正太鐵路光緒三十年（1904年）開工，光緒三十三年（1907年）九月竣工。由石家莊至太原，共242公里。華俄銀行提供4000萬法郎貸款，由法國工程師建設(shè)。軌間距采用法制1米，鐵軌每米28公斤，枕木為日本橡木。這就是山西鐵路使用窄軌的起源。

軌制的混亂沿襲近百年，直到1911年清朝覆滅時，“正太、汴洛、萍株、道清、滬寧、京張、廣九、吉長、張綏、津浦、粵漢、川漢等路所有軌式軌量靡不互相參差，即驗(yàn)收鋼軌章程亦復(fù)淆雜分歧莫衷一是?！?/p>

偏遠(yuǎn)省份的支線鐵路因山區(qū)修路艱難，延長到民國仍然采用狹軌制。如吉林雙城鐵路1913年竣工，軌距四呎，軌重7磅半。云南個碧鐵路1921年底竣工，軌距六法吋，軌重35磅。福建龍溪鐵路1918年竣工，軌距二呎六吋，軌重9磅。

其他如運(yùn)煤運(yùn)鐵專線，也是采用的狹軌。如江蘇賈汪鐵路、直隸柳江鐵路、安徽桃荻。

軌制不一一直是困擾中國鐵路的問題，也一直是鐵路技術(shù)和主管部門力圖解決的問題。

鐵路軌制的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有幾條：一是軌間距，二是材質(zhì)，三是鐵軌每碼重量。配套有枕木標(biāo)準(zhǔn)。

各國制式軌間距在中國鐵路使用的有英制四呎八吋半、日本三呎六吋、法制一米等，鐵軌材質(zhì)有貝色麻鋼、馬丁鋼等品種，重量有60磅、85磅、28公斤、40公斤不等，長度按英制為30英呎，枕木有木質(zhì)鋼質(zhì)鑄鐵和混凝土四種不同材質(zhì)。

鐵軌的生產(chǎn)自漢陽鐵廠投產(chǎn)以后就成為專供廠家，清政府多次下旨要求全國鐵路建設(shè)必須使用漢陽鐵廠鐵軌?？上h陽鐵廠技術(shù)不過關(guān)，在光緒三十二年（1906年）前，該廠生產(chǎn)貝色麻鋼軌，磷多碳少，材質(zhì)脆軟，各路都不愿意使用。后來改為馬丁堿法生產(chǎn)以后，材質(zhì)得到提高，但產(chǎn)能上不去，年產(chǎn)僅幾萬噸，還是滿足不了需要。

光緒二十九年（1903年），商部奏訂的《鐵路簡明章程》，第十三條規(guī)定，鐵路軌間距為四呎八吋半。其后，光緒三十二年（1906年）初又再次奏請厘定軌距。

宣統(tǒng)三年（1911年）五月十八日，郵傳部奏請軌制劃一，明確以英制四呎八吋半為標(biāo)準(zhǔn)，以馬丁鋼為材質(zhì)，干路鐵軌重量85磅，支軌75磅。

川漢、粵漢鐵路開工前夕，郵傳部向朝廷呈上了《遵訂鐵路鋼軌驗(yàn)收章程折》，附錄中詳細(xì)規(guī)定了鐵軌的技術(shù)參數(shù)，對每碼85磅鋼軌的材質(zhì)、重量、長度、鉆孔、承重承沖壓、包括螺絲等配件都作了詳細(xì)規(guī)定。

至此，中國鐵路鐵軌的標(biāo)準(zhǔn)正式建立。

中國鐵路的鐵軌長度經(jīng)歷了從解放前的10米，到解放初期的12.5米，再到上個世紀(jì)70年代的50米， 直到今天高鐵中運(yùn)用的長鋼軌。

百年枕軌之變

多少年來，人們出門坐火車都能聽到車輪和鐵軌之間有節(jié)奏的“哐當(dāng)”聲，今天在動車、高鐵上，“哐當(dāng)”聲再也聽不到了。

火車的“哐當(dāng)”聲和鐵軌之間的縫隙有密切關(guān)系。中國鐵路的鐵軌長度經(jīng)歷了從解放前的10米，到解放初期的12.5米，再到上個世紀(jì)70年代的50米，直到今天高鐵中運(yùn)用的長鋼軌。隨著鐵軌變得越來越長，軌枕也不斷變化以適應(yīng)新的需要。

別看軌枕模樣單調(diào)劃一，作用卻很大。軌枕既要支承鋼軌，又要保持鋼軌的位置，還要把鋼軌傳遞來的巨大壓力再傳遞給道床。當(dāng)列車經(jīng)過時，它可以適當(dāng)變形以緩沖壓力。

枕木方面除了用鋼制枕木的淞滬鐵路、膠濟(jì)鐵路、湖北大冶鐵路外，其他都是普通木枕，來源多為日本北海道和我國鴨綠江沿岸。光緒三十年以前，每根枕木僅幾角錢（銀圓），宣統(tǒng)以后為1元。民國以后枕木開始漲價，每根漲到3元。

1923年5月24日，民國交通部召開枕木專題會議。會議比較了鋼枕、各種木枕的優(yōu)劣和價格，決定采用焦煤油制煉木枕，每根價格4元，使用壽命15年。原木產(chǎn)地以湖南杉樹、江西檀栗樟樹為主，采購價僅每根1.7元。這樣，軌距為英制四呎八吋半，以馬丁鋼為材質(zhì)，干路鐵軌每碼重量85磅，支軌每碼75磅，枕木采用焦煤油制煉木枕的標(biāo)準(zhǔn)相對定型。

但由于中國木材資源缺乏、價格貴，后逐漸被水泥枕所取代。當(dāng)列車速度達(dá)到200公里以上時，水泥枕已經(jīng)不再適應(yīng)需要，所以有了現(xiàn)在的整體道床。整體道床一來可以保障火車運(yùn)行更平順，二來火車速度也可以提高。

中國鐵路的軌制從軌距到鐵軌長度，從材質(zhì)到制煉枕木，鐵軌的標(biāo)準(zhǔn)一直沿用到現(xiàn)在，轉(zhuǎn)眼已經(jīng)100年。

◎ 來源|綜合光明日報、搜狐號“軌道世界”、國是直通車