为什么铁路要设计成灯泡形

火车运行的一些铁路轨道，为什么要设计成灯泡形状？

作为主要陆运方式之一的铁路运输，在我们的日常生活中扮演着重要角色。在科学技术还不发达的过去，铁路就等同于火车行驶的轨道路线，钢轮行进也是列车在铁轨上运行的传统方式。如今，铁路运输这个词，已涵盖了大家日常出行所涉及到的索道、磁悬浮列车和缆车等非钢轮行进的方式。

当“高铁时代”到来，铁路等级也变得更加复杂，分级也出现了路网等级、客货等级、以及时速等级等不同类别。整体来说，国铁I级低于高铁级，虽然前者包含的一部分是快速铁路，但也存在不少的普通铁路。

而我国的铁路营业里程更是世界第一（共计超过13.9万公里），其中就包含了3.5万公里高铁。虽然，两个正在运行的同向列车，总是会保持相对安全的距离运行，但每辆被机车牵引的列车，都有其既定的行驶路线。比如，在一些地形比较特殊的地方，其铁轨的形状就像灯泡似的。

什么是展线？

从本质上来说，所谓的灯泡形状，其实就是展线的表现形态之一，通常是出现在一些地理位置比较特殊的地方。其主要目的是为了在这种形态的铁路线路上，列车能保持良好的状态运行。因为，列车运行的线路存在一个最大纵坡值，而当地面的自然纵坡比该值更大的时候，便需要通过合理的展线设置来减缓纵坡，比如灯泡线。

设计不同形态展线是减缓纵坡的主要手段

事实上，铁路修建的时候会受到地形的极大限制，当技术人员在设计铁路线路的时候，便需要从实际地形出发，而延长线路便成为了减缓纵坡的主要首手段，尤其是技术条件还相对比较落和的过去。

因为，不管是牵引条件的限制，还是大跨度桥梁和长隧道修建的困难，这都导致了只能通过展线的方式来克服高程障碍。所以，往往那些需要列车进行翻山越岭的地带，便是展线普遍存在的区域。而所谓的“灯泡线”，其实就是当展线长度较大时所使用的一种迂回展线，也被称为复杂展线。

像螺旋线，以及套线这样的方式，其实也属于复杂展线的主要表现形态之一。通常情况下，展线系数的值恒大于1，小于1.3是丘陵地区的展线系数，而小于1.1则是平原地区的展线系数。当然，随着铁路技术的进步，展线系数也因此变得越来越小。我国有多条比较著名的铁路展线，比如，青藏铁路的关角展线群、宝成铁路的观音山展线和马角坝展线。

关于铁路轨道的几何形位

轨道的基本尺寸、相对位置，以及几何形状都是轨道几何形位所包含的特征信息，而动态和静态两种状态下的轨道几何形位在管理上又有所不同。顾名思义，前者意指轨道上有列车运行时的状态，主要通过轨道检查车测量的方式来了解轨道状态；而后者则是没有列车运行时的情况，一般只需要通过道尺，又或是比较小的轨道检查车就可以进行测量。

在实际的工作中，关于铁路轨道几何形位的具体管理，总是会将动态管理和静态管理结合起来。有研究表明，不平顺的轨道是车辆在铁路轨道上出现振动的主要因素。即便只是微小的不平顺情况，也会让列车在时速达到300千米的时候，导致实际的车体震动幅度超出被允许的范围。

由于列车运行主要通过铁路轨道的直接承载实现，而车辆车轮对的几何尺寸又必须和轨道的几何形位结合起来。所以，列车的安全运行在很大程度上都取决于轨道几何形位的控制。与此同时，轨道平顺情况，还会对轮轨的作用力加剧带来直接影响。

虽然，像焊接所导致的轨道不平顺、又或是波形磨耗的短波不平顺幅值都较小，但是，当列车处于高速运行的时候，便会导致轮轨的作用力和冲击所带来的振动幅度变得很大。如果这样的文字表述难以让人有直观感受，那么，我们可以一组具体的实例来具体体现：

不平顺情况：一个0.2mm的迎轮台阶形微小焊缝；

当列车时速达到300千米的时候：轮轨的高频冲击作用动力和低频轮轨力分别可达到722kN和321kN，强烈的噪声也因为中长波不平顺而产生，而轮轨之间剧烈的相互作用甚至还能导致恶性脱轨事故的发生（本质上就是钢轨和轮轴发生断裂）。

简而言之，不管是展线的设计，还是铁路轨道几何形位的管理，本质上都是为了确保列车的运行顺畅而安全。

虽然，科学技术的进步让各种形态的展线越来越少的在铁路修建中出现，但其背后所涉及的原理却值得我们花一些时间去了解。

而铁路几何形位在实际管理中的重要性，则关乎我们的日常出行安全，这也体现了我们生活中很多司空见惯的现象，其实都蕴藏着莫大的智慧。

铁路要设计成灯泡线主要还是为了保证火车在运行的时候可以更加顺畅，同时又可以保证火车的安全。

其实灯泡形的路线设计是铁路设计的时候展现的一种，在众多的铁路中不是只有灯泡线的还有其他别的形态。只不过灯泡形通常都会在比较特殊的路段出现。在这样特殊的路段火车直线运行就不是那么顺畅并且安全性不要，如果使用了灯泡形状的话运行的时候就不用临时减速或者加速，可以保证运行的整个过程都是顺畅的。

其实列车的路线都是经过严格的测算和设计的，列车在运行的时候由于铁路都是建在山区之中，所以是具有一定的坡度的。而火车的线路中存在一个最大的坡度值，如果当火车在运行的时候自然的坡度已经大于这个数值的时候，那么火车运行起来就比较困难了，所以在这样的路段就需要设置一些展线来减缓坡度，使得火车运行会容易一点，灯泡线就出现在这样的地方。

而且铁路在建设的时候本来就会受到很大的限制，主要就是地形的限制，很多的铁路都要穿过山洞，在建立的时候还要炸山，这就说明很多路线其实就是有坡度的。而且设计人员在勘测地形的时候也会进行详细的计算，如果遇到坡度值很大的地方，就会采用灯泡形的路线来减缓坡度。

特别是过去铁路建筑技术还不发达的时候，没有那么多的工具和技术可以利用，那么展线就是解决唯一的方法。特别是要翻山越岭的那一段铁路，就会广泛的利用展线。其实灯泡线已经算是展线中比较复杂的一种设计了。如果没有用处的话，也不会加长铁路来耗费材料和劳动力，所以它的存在肯定是有道理的。