一、铁路铺石子的作用
在铁路轨道中，铺在下面的这些石子有专业名称，叫做“道砟”。道砟在铁路运行中发挥着诸多重要作用。
分散压力：当列车（往往重达数百、数千甚至上万吨）以较高速度通过铁路时，会对钢轨和轨枕产生巨大的冲击力。如果没有道砟，直接把铁轨和枕木铺在路基上，路基可能无法承受列车的重量而向下凹陷。而道砟的碎石之间存在缝隙，其质地特性能够很好地将列车通过时产生的巨大压力均匀地分散到地基上，防止铁轨因压力过大而下陷至路基内，从而保护了路基。
减少震动力与噪音：列车行驶过程中会产生震动力和噪音。道砟具有一定的弹性，这种弹性可以有效地分散列车的震动力，减少列车运行时的晃动，提高旅客乘坐的舒适度。同时，道砟也有助于降低噪音，若没有道砟，火车运行时轨道碰撞产生的声音会变得格外强烈，并且会扩大对铁路周边市民所产生的噪音影响。
易排水，保护路基：道砟的碎石间具有很大的缝隙，在下雨天气时，雨水可以顺着这些缝隙向下渗透排出路基，避免出现翻浆冒泥的现象，从而很好地保护了路基。
易调校线路：由于铁路老化、列车荷载等多方面的原因，铁路很容易出现水平、高低或者方向上的偏移。处于不良状态时，铁路维修职工就可以通过起道机将线路抬起，再把石子捣入轨枕底部。通过在枕木下加垫或减少道砟的高度来维持线路的良好状态，延长钢轨使用寿命。在火车经过时，铁轨会出现微小的弯曲变化，待火车开过后又恢复原状，这期间，道砟的弹性发挥了很大的作用，避免了对铁轨造成塑性破坏。
延长铁轨的使用寿命：道砟的石头多为碎石，主要材质是特级花岗岩，这样的石头容易碎裂。列车通过时，由于车轮与钢轨的摩擦会产生巨大的热量，碎石的碎裂可以吸收火车通过时所产生的高热。如果铺的是圆润光滑的石头，吸热的效果就不好。此外，道砟能保持轨距，防止胀轨、断轨。因为冬天夏季的温差巨大，钢轨的热胀冷缩明显，可能会出现胀轨或断轨的现象，甚至使线路爬行，而道砟的弹性能够起到很大的缓冲作用，再加上碎石的摩擦力与线路之间具有极大的吸附力与贴合度，这样就能够避免钢轨热胀冷缩带来的伤害。
二、铁路铺石子的原理
基于材料特性的压力分散原理
道砟是由碎石组成，这些碎石的形状不规则。当列车的重量作用在钢轨和轨枕上时，压力通过轨枕传递到道砟层。由于碎石之间相互接触、挤压，不规则的形状使得它们能够相互嵌套、支撑。就像一堆形状各异的积木，在受到压力时，各个积木之间相互分担力量，从而将来自列车的巨大压力分散到更大的面积上，最终均匀地传递到路基。这种分散压力的原理有效地保护了路基，避免局部压力过大导致路基变形或损坏。
从力学角度来看，道砟的颗粒之间存在摩擦力。当压力作用时，这种摩擦力会阻碍颗粒的相对滑动，使得道砟层能够保持相对稳定的结构，进一步增强了压力分散的效果。例如，在一些重载铁路上，大轴重的列车对轨道压力极大，道砟的这种压力分散和稳定结构的能力就显得尤为重要。
弹性缓冲与能量吸收原理
道砟具有一定的弹性。当列车通过时，车轮与钢轨的撞击产生的震动力传递到道砟层，道砟会发生微小的弹性变形。这种弹性变形就像一个弹簧，能够吸收和缓冲震动力，减少震动的传递。例如，在列车高速行驶时，车轮与钢轨的高频撞击产生的震动，如果没有道砟的弹性缓冲，将会直接传递到路基和列车车厢，导致列车晃动加剧，影响乘坐舒适性和轨道的稳定性。
对于噪音的减少，也是基于能量吸收的原理。列车运行产生的噪音是一种能量形式，当道砟层受到震动时，道砟颗粒之间的摩擦以及道砟的弹性变形会将部分噪音能量转化为热能等其他形式的能量，从而降低了噪音的传播。
排水与透气原理
道砟的碎石间存在大量的缝隙，这些缝隙形成了天然的排水通道。当降雨时，雨水能够顺着这些缝隙迅速下渗，排出路基范围。这就避免了雨水在路基表面积聚，防止了因积水导致的路基软化、翻浆冒泥等问题。例如，在一些多雨地区的铁路，如果没有良好的排水措施，路基很容易被水浸泡而失去承载能力。
同时，这些缝隙也具有透气的功能。路基中的土壤等材料需要与外界进行气体交换，以保持其物理和化学性质的稳定。道砟的缝隙提供了这样的透气通道，有助于维持路基的健康状态。
三、铁路不铺石子的影响
轨道稳定性方面
如果铁路不铺石子，在列车荷载的作用下，铁轨和枕木直接与路基接触，由于路基的承载能力相对有限，铁轨容易下陷。特别是对于重载列车或者频繁运行的列车线路，这种下陷的情况会更加明显。例如，一些早期没有铺设道砟的简易铁路，在经过一段时间的运营后，铁轨会出现明显的凹陷，导致列车行驶时晃动加剧，甚至影响列车的正常运行。
没有道砟的缓冲和固定作用，铁轨的横向稳定性也会受到影响。列车在运行过程中，尤其是在转弯或者受到侧向力（如风荷载、列车启动和制动时的惯性力等）时，铁轨容易发生横向位移，从而增加了脱轨的风险。
维护与使用寿命方面
不铺石子的铁路，在应对钢轨的热胀冷缩问题上会面临挑战。由于缺乏道砟的弹性缓冲和对钢轨的约束作用，钢轨在温度变化时更容易发生胀轨或断轨现象。例如，在夏季高温时，钢轨可能会因为膨胀而弯曲变形；在冬季寒冷时，又可能因为收缩而产生断裂，这都会严重影响铁路的使用寿命和安全性。
对于线路的调校也会变得困难。一旦铁路出现水平、高低或者方向上的偏移，没有道砟可以调整，就需要对整个轨道结构进行大规模的改造或者修复，这不仅成本高昂，而且会影响铁路的正常运营。
排水与环境方面
没有道砟的排水通道，降雨时雨水容易在铁轨和路基表面积聚，导致路基被浸泡，出现翻浆冒泥的现象。这不仅会破坏路基的结构，还会影响列车的行驶安全。
不铺石子的铁路，铁轨周围更容易生长杂草。杂草的生长会干扰铁路设施的正常运行，例如杂草可能会侵入铁轨与枕木的连接部位，影响其连接的稳定性；还可能会遮挡铁路工作人员对轨道状态的检查视线等。
四、不同铁路石子铺设的差异
普速铁路与高速铁路
普速铁路
普速铁路通常采用有砟轨道，即铺设石子（道砟）。普速列车的速度相对较低，对轨道的平顺性要求没有高速铁路那么严格。有砟轨道的弹性结构能够满足普速列车的运行需求，并且造价低廉，适合大规模建设。例如，在一些支线铁路或者货运铁路上，有砟轨道能够很好地适应客货混运的情况，在承受货运列车的重载时，道砟可以有效地分散压力，保护路基。
普速铁路的道砟在选材上，一般采用特级花岗岩等材质破碎而成的碎石。这些碎石的大小、形状有一定的要求，需要保证其能够提供足够的摩擦力、压力分散能力和弹性。在铺设厚度上，一般有相应的标准，以确保其发挥正常的功能。
高速铁路
高速铁路大多采用无砟轨道，即不铺设石子。这是因为高速铁路列车速度快，对轨道的平顺性、稳定性要求极高。有砟轨道由于道砟的存在，在列车高速行驶时，道砟可能会被列车风卷起，击伤列车或者沿线设备；同时，有砟轨道的弹性变形会影响列车高速行驶的平稳性。无砟轨道采用整体混凝土结构，如板式无砟轨道、双块式无砟轨道等，能够提供更高的平顺性和稳定性，减少维修次数，满足高铁列车高速、安全、舒适运行的要求。
不过，在一些特殊的高速铁路路段，如道岔区等，也会采用特殊的有砟轨道形式，但这种有砟轨道在道砟的选材、铺设工艺等方面会与普速铁路的有砟轨道有所不同，以适应高铁的运行要求。
重载铁路与普通客货混运铁路
重载铁路
重载铁路主要用于运输大量的货物，列车轴重较大。在这种情况下，有砟轨道的道砟需要具备更高的承载能力和抗磨损能力。重载铁路的道砟可能会采用更耐磨、抗压强度更高的石材，并且在铺设时，道砟的密实度等参数也会进行特殊的设计。例如，在一些煤炭运输的重载铁路上，为了应对频繁的重载列车运行，道砟的铺设和维护需要更加严格，以确保轨道能够承受巨大的压力，并且在道砟被压碎或挤出时能够及时进行更换和捣固。
普通客货混运铁路
普通客货混运铁路既要满足客运列车对舒适性、安全性的要求，又要适应货运列车的载重需求。其有砟轨道的道砟铺设相对较为常规，但也需要综合考虑客货列车的不同运行特点。在道砟的维护方面，需要根据客货列车的运行频率、载重情况等因素制定合理的维护计划，以保证轨道的正常运行。
五、铁路石子铺设的技术发展
道砟选材与加工技术的发展
选材方面：早期的道砟选材可能更多地依赖于当地的石材资源，只要满足基本的硬度和稳定性要求即可。随着铁路技术的发展，对道砟的选材标准越来越严格。现在，特级花岗岩等优质石材被广泛应用于道砟制作。这些石材具有较高的硬度、抗压强度和抗磨损能力，能够更好地适应现代铁路的运行需求。例如，在一些山区铁路建设中，会对周边的花岗岩资源进行勘探和评估，选择最适合的石材作为道砟原料。
加工技术：从简单的破碎到如今的精细化加工。现代的道砟加工技术能够精确控制碎石的大小、形状和级配。通过先进的破碎设备和筛选工艺，确保道砟颗粒的大小均匀，形状符合要求，以提高道砟的性能。例如，加工后的道砟颗粒大小在一定的范围内，避免过大或过小的颗粒影响道砟层的结构稳定性和排水性能。
道砟铺设与维护技术的发展
铺设技术：传统的道砟铺设可能主要依靠人工，效率较低且铺设质量难以保证。现在，随着大型机械设备的应用，如大型铺砟机等，道砟的铺设效率大大提高，并且铺设的均匀性和密实度能够得到更好的控制。例如，在新建铁路的建设中，铺砟机可以按照设计要求精确地铺设道砟，保证道砟层的厚度和坡度符合标准。
维护技术：在维护方面，从早期的人工检查和简单的修复，发展到现在的智能化监测和机械化维护。利用先进的传感器技术，可以实时监测道砟的状态，如道砟的密实度、是否有位移等。一旦发现问题，可以及时采用大型养路机械进行修复，如捣固机对道砟进行捣固，提高道砟道床的密实度和稳定性。同时，对于道砟的更换也更加高效，减少了对铁路运营的影响。
新型道床技术的探索与发展
为了克服传统有砟轨道的一些弊端，研究人员一直在探索新型道床技术。例如，一些新型的道砟胶技术，通过在道砟中添加特殊的胶结材料，将道砟颗粒粘结在一起，提高道砟道床的整体性和稳定性，减少道砟的位移和磨损。还有道砟垫技术，在道砟和路基之间铺设特殊的垫层，改善道砟与路基的相互作用，提高道床的承载能力和排水性能。这些新型道床技术的研究和应用，有望进一步提高有砟轨道的性能，延长其使用寿命，使其在现代铁路建设中继续发挥重要作用。
