科普：一篇文章读懂普速铁路
普速铁路——客货混用钢铁动脉
第一节：普速铁路的身份证明
我们大家耳熟能详的铁路，一般都是列车运行速度比较低的普通铁路。中国高铁的出现，距今还不满五年时间。要区分普速铁路与高速铁路，可以通过“速度”这个指标来进行身份认证。根据权威的国际铁路联盟的定义，时速100~120公里为也就是普速铁路；时速120~160公里为中速铁路；时速160~200公里为准高速或者快速铁路；时速200~400公里为高速铁路；时速400公里以上为超高速铁路。
普速铁路因为对列车速度的限制，使得客车和货车可以在上面混跑。也是因为速度的限制，使得普速铁路大部分时间都在运行货车，而客车成了见缝插针的机灵鬼；因为速度限制，客车就像被裹足的女人，慢慢腾腾跑了一百多年，乘客的大部分时间就消耗在漫长的旅途中了。在1997年铁路大提速之前，我国的火车运行速度一直徘徊在每小时45公里左右，比汽车的速度还慢，根本体现不出铁路的巨大威力。由此可知，突破速度限制，是一件关乎民生的大事。
但是，不管普速铁路有多少缺点，它还是占据了国家铁路网的绝大部分份额。截止到2010年底，我国的铁路运营里程达到了9.1万公里，其中高速铁路占了约9000公里，大秦重载铁路占了约650公里，还有8万多公里是普速铁路，占据了整个铁路网的90%。
另外，不管高铁还是重载铁路，组成它们的重要元件和普速铁路大同小异。高速和重载铁路都是站在普速铁路这个巨人的肩膀上发展起来的。那么，组成铁路的重要元件都有哪些呢？也就是火车是如何在铁路上畅通无阻地安全运行的呢？
组成铁路的重要元件就是铁路设施。这些设施一般包括线上和线下两大部分。其中线下设施是基础，线上设施是保障。所谓线下设施，主要包括铁路线路、轨道（含道岔）、路基、桥梁、隧道、涵洞、车站、给排水、环保设施等，大都属于土木工程领域。线上设施一般包括铁路机车、车辆、通信信号、电力、信息化、牵引供电变电设施等（内燃和蒸汽牵引的铁路不包含这种设备，因为不需要外部供电）。线上设施大都属于成型产品。铁路的线下设施让列车能够按照预定的线路和方向运行，铁路的线上设施能够让列车安全跑起来。
回首铁路百年，普速铁路作为真正的客货混运的大动脉，已经为国家的发展做出了巨大贡献，承担了全国绝大部分的物资运输和大量旅客运输任务。那么就有必要详细分析一下，组成普速铁路的设施，是如何让列车畅通无阻的。
第二节：铁路路基——让铁路安全运行的基础设施
列车在铁轨上运行，就像汽车行驶在公路上。公路需要修建路基，上面铺设沥青或者混凝土路面，与此相似，铁路的两根钢轨也必须铺设在路基上才能保证发挥其功能。因此，路基是轨道的基础，直接承受轨道的重量，同时还承载运行其上的机车车辆传递下来的各种力，俗称荷载。因此，铁路路基是线下工程最主要的设施之一，必须保证它的强度和稳定性。铁路路基不是一个单独的设施，而是包括路基本体、路基防护和加固建筑物以及路基排水等设备，这些设施组合起来构建出整个铁路的路基工程。
铁路路基一般根据地形地质条件的不同，可分为土质路基和岩石路基，为了保证路基压实和稳定，所选的路基填料必须经过严格的试验检测，达到合格标准之后才能使用，不管哪种类型的路基，都不是随随便便用土堆砌起来的，而是按照严格的工艺流程进行填筑。
铁路路基根据其填挖方式的不同可分为路堤和路堑。路堤采取正梯形截面，路堑采取倒梯形截面。除此之外，还有半路堤半路堑型式和不填不挖路基型式。路堤一般位于填方地段，路堑一般用于挖方地段。所谓填方地段，指的是路基填筑的顶面高度必须高于自然地面，如果低于天然地面，就需要开挖土方，按照路堑型式进行修建。路堤的构成要素包括路基面、路基边坡、两侧护道和路基排水沟。路堑的构成要素包括路基面、路堑边坡、两边排水侧沟和截水沟等。路基面上面直接铺设道床和轨道，其宽度根据不同情况通过计算来确定。
路基采取分层填筑的方式，一般分为基床表层和基床底层。根据铁路等级的不同，路基的基床表层采用强度合格的填料进行填筑，基床底层的填料一般不受铁路等级的限制，但是必须满足最低限度的填料规格要求。
铁路路基填筑完成后，在上面铺设一定厚度的道砟，在道砟上面再铺轨道。不过，路基填筑完成之后，工程并未结束，一旦遇见狂风暴雨、大雪严寒等极端恶劣天气，铁路路基就会被流水侵蚀，冲出一道道沟壑，久而久之，路基本体就会被破坏，严重威胁铁路行车的安全。为了避免这种情况发生，就要对路基进行防护。防护措施多种多样，可以用片石，也可以用植被，最主要的作用就是保证路基的长期稳定。
路基两侧的排水沟或者侧沟，是为了将路基面的雨水快速排出。路基的排水除了需要快速排除表层的雨水之外，还要及时排除路基内部的地下水，地下水可以通过埋设在路基里面的渗沟和渗管排到路基外面。如果路基的排水问题不能解决，就会造成路基积水，路基内部被水泡软，夏天造成翻浆冒泥，冬天造成路基冻胀，使得路基的整体承载力大幅度下降，严重的时候会掏空路基、架空钢轨，造成车毁人亡的惨剧。
第三节：铁路桥梁——越跨江河的艺术品
对于桥梁，我们并不陌生，古代的能工巧匠们留下了无数值得纪念的桥梁，至今仍令人惊叹和膜拜，著名的赵州桥自不必说，元代的卢沟桥更是闻名遐迩。近代以来，中国公路铁路桥梁修建很多，但是很难将功劳归结到某个人身上。现在我们即使面对美轮美奂的桥梁建筑，在交口赞叹的同时，也不会去多问一句这是谁主持设计的。比如，南京长江大桥的设计者是谁？武汉长江大桥的建造者是谁？没有几个人知道答案。原因为何？除了早期的集体主义精神之外，就是铁路桥梁专业性太强，普通人不感兴趣，除了进入小学课本的铁路桥梁大师茅以升之外，还会有谁关注那些深藏功与名的铁路桥梁专家呢？
铁路桥梁和路基一样，都是直接承载轨道的线下设施，是直接决定运输安全的重要构筑物，是体现设计者美学思想的集大成者，更是我们挑战自然、将人类的智慧蚀刻在神州大地上的艺术品。
铁路桥梁一般分桥面、桥跨结构、墩台及基础等三个组成部分。桥面上直接铺设道床轨道，作用和路基面相同；桥跨结构让大桥能够跨越江河；墩台包括桥墩和桥台，是支撑桥跨结构的重要组件。桥台衔接桥梁和自然地面，桥墩设在江河之间，支撑桥跨结构。而无名英雄就是桥墩基础，深埋在水面以下十几米甚至几十米，如老牛负重，默默付出。
铁路桥梁千变万化，根据桥梁的长度可分为特大桥（桥长L≥500米）、大桥（100米≤L<500米）、中桥（20米≤L<100米）和小桥（L<20米）四类。按照桥梁的结构型式可分为梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥。若以建造材料分类可分为钢桥、钢筋混凝土桥和石桥。根据跨越障碍物的不同，分为跨越江河桥、跨越铁路线路桥与高架桥。其中拱桥根据桥面与主拱的位置不同，可分为上承桥、中承桥和下承桥。
铁路桥梁采用最多的是梁式桥，可分为简支梁、连续梁和悬臂梁桥。所谓简支梁是指梁的两端分别为铰支（固定）端与活动端的单跨梁式桥。连续梁桥是指桥跨结构连续跨越两个以上桥孔的梁式桥。而在桥墩上连续，在桥孔内中断，线路在桥孔内过渡到另一根梁上的称为悬臂梁桥。在上述梁桥型式中，简支梁和连续梁在铁路中最常用，一般而言，跨度不大，就采用厂家定制的标准简支梁，跨度大时就采用现浇连续梁。
铁路桥梁专家茅以升先生在抗战期间建造的钱塘江特大桥是中国第一座自己设计并建造的现代化大桥，毁于抗日战火，建国后又重建，意义重大。建国之后，铁路桥梁建设也取得了令人瞩目的成就。1968年建成的南京长江大桥已经成了一座丰碑，1994年建成的京九铁路九江特大桥是除了武汉和南京之外的第三大跨越长江的公铁两用桥。已经投入使用的京沪高铁南京大胜关长江大桥，为6线铁路桥，全长9.27公里，是目前世界上设计荷载最大的高速铁路桥梁。
第四节：铁路隧道——穿山越岭的强大武器
公路和铁路穿山越岭，除了跨河架桥之外，就是钻山取路，而钻山取路需要隧道来解决；地下铁道在城市下面蜿蜒，输送大量人流，也需要隧道技术才能实现。隧道是人类征服自然过程中研发的强大武器。
铁路隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为三大类：为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中，除了城市地铁之外，采用最多的是山岭隧道。
隧道的组成分洞身、洞门和洞门墙三部分，其中洞身是隧道结构的主体部分，是列车通行的通道。洞门位于隧道出入口处，用来保护洞口山体和边坡稳定，防止洞口坍方落石，排除仰坡流下的水。洞门墙用来挡住山体和边坡防止洞口坍方落石。除此之外，隧道内还设置一些附属建筑物，比如为工作人员、行人及运料小车避让列车而 修建的避人洞和避车洞；为防止隧道结冰和排除隧道漏水而设置的排水沟和盲沟；为机车排出有害气体的通风设备、电缆槽等。
隧道修建技术很复杂，施工非常危险，投资也很大。建造一条隧道，最关键的核心的部分就是开挖技术。一般而言，隧道开挖分为明挖法和暗挖法两大类。明挖法就是直接在地面开口，挖空地下之后再修建地下建筑，然后回填土，恢复地面原状，多用于浅埋隧道或城市铁路隧道。对于翻山越岭的铁路隧道经常采用暗挖法。暗挖法技术分为很多种，隧道位于石质岩层中，就采用钻爆法和掘进机开挖法，在松软地质中采用盾构法。钻爆法就是在隧道岩面上钻眼，并装填炸药爆破将隧道开挖成型的施工方法。盾构法就是采用盾构作为施工机具的隧道施工方法
。在1825年，伦敦泰晤士河水下隧道施工首先采用盾构法并取得成功。盾构是一种圆形钢结构开挖机械，特别适用于软土底层修建隧道之用，施工安全，开挖迅速，缺点是盾构造价极为昂贵。掘进机是一种用强力切割地层的圆形钢结构机械，一般前端是一个金属圆盘，以强大的旋转和推进力驱动旋转，圆盘上装有数十把特制刀具，切割地层，圆盘周边装有若干铲斗将切割的碎石倾入皮带运输机，自后部运出。
隧道开挖后，为保证安全，需做支护结构，称为隧道衬砌。常用的衬砌种类有就地灌注混凝土类、预制块拼装、喷锚或单喷混凝土、复合式衬砌。
目前，已经通车的中国最长的铁路隧道为青藏铁路关角隧道，总长度32.65公里，世界上已经通车的最长隧道，是日本连接本州岛和北海道的青森——函馆海底隧道，全长53.85公里。世界上最长的未通车的隧道，当属欧洲的哥达隧道。全长57公里。
第五节：铁路轨道——小小钢轨重千钧
路基和桥梁等线下设施建设完成后，铁路另一个很重要的设施—轨道便要闪亮登场了。那么什么是轨道呢？所谓轨道，就是铺设在道砟上面的、保证列车车轮能够安全运行的轨道系统。轨道不仅仅只有钢轨，还包括轨枕、连接扣件、防爬设备、道岔等设备。轨道的主要功能就是引导列车运行，同时直接承受由车轮传递下来的巨大压力，并将这些压力再传递给路基或者桥梁，最终释放于地下。
在整个轨道系统中，钢轨是直接和列车的轮子发生关系的，因此其材质要求足够强大、稳定和耐磨。钢轨的截面呈“工” 字型，每米钢轨重量根据铁路运输能力的大小可分为50公斤/米、60公斤/米和75公斤/米三种类型。在铁路漫长的发展历史中，钢轨的重量一直在不断变化，以满足越来越繁重的运输量的需要。从最早的每米十几公斤，增长到现在的50公斤及以上。铁路的两条正线，也就是持续运行车辆的线路，采取60公斤/米的钢轨，重载铁路正线采取75公斤/米，其他仅仅满足列车临时停靠的线路，采用50公斤/米钢轨。钢轨的标准长度按照用途不同分为4.5米、6.25米、12.5米和25米四种。现场铺轨，也可以根据要求再将短钢轨焊接成长轨条。
钢轨很重要，那么它如何铺设在道砟上面呢？其实钢轨不能直接铺设在道砟上，而是铺设在轨枕上面，通过连接扣件，将钢轨与轨枕固定在一起，轨枕埋设在道砟中，由于道砟的摩擦力很大，在坡度不大的情况下，足可以保证轨枕不发生滑动。在坡度很大的地段，还可以通过设置防爬器和防爬支撑来保证轨枕的稳定。
轨枕作为支撑钢轨的重要部件，其材质分为两种，一种是木枕，另一种是混凝土枕。由于木枕消耗大量木材，且容易朽坏，所以现在新建铁路都采用钢筋混凝土枕。根据线路性质的不同，每公里铺设的轨枕数量也不一样，正线每公里铺设1760~1840根，频繁停靠列车的站线每公里铺设1520根，其他次要的线路每公里铺设1440根就足够了。除了标准定制的混凝土轨枕之外，还有钢筋混凝土宽枕。宽枕铺设完成后，轨枕之间基本不留缝隙，使得轨枕同道砟的接触面积大，线路更加稳定，常用于隧道内和大型客站中。宽枕的缺点就是更换轨枕和养护比较困难。
而扣件衔接钢轨和轨枕，对弹性和强度要求也很高，扣件的性能要求和列车的通过速度成正比，速度越高，扣件的弹性和强度要求越大。连接扣件分为两种，一种是钢轨接头连接扣件，另一种是中间连接扣件。前者连接两根钢轨的接头，后者连接钢轨与轨枕。中间扣件还可分为钢筋混凝土枕用扣件与木枕用扣件，而钢筋混凝土枕用扣件大部分都采用弹条扣件。
钢轨、轨枕和扣件组成整个轨道系统，而轨道系统又是通过铺设在路基表层的道床构成了整个铁路的线上基础。道床由碎石道砟填筑而成，铺设在路基表层，一般根据线路等级的不同，其填筑厚度也不一样。正线铺设厚度为0.5米，到发线铺设厚度为0.35米，其他线路为0.2至0.25米。铁路道床就相当于轨道的弹性垫，既能控制轨枕平移，也能向下传递压力，如果轨道因为路基沉降而不平顺，还可以通过补充道砟来进行调整，非常方便。
第六节：无缝线路——让列车快速平稳运行
过去乘坐火车，车底下传来的有节奏的咔哒声经常伴随整个旅程，这些催眠曲一样的声音，就是高速旋转的车轮撞击两个钢轨接头缝隙产生的。这些声音不但给旅客带来不适，更会对钢轨造成巨大破坏。那么有什么好办法消除这些轮轨撞击的噪音呢？有办法，那就是将普通的有缝线路改造成无缝线路，只要消除了钢轨之间的接头缝隙，恼人的撞击声自会消失。现在旅客乘车旅行，很难再听到熟悉的咔哒声了。不但听不到咔哒声，而且还会发现列车运行的更加舒适和平稳，这就是无缝线路的功劳。
无缝线路就是将标准长度的钢轨焊接成长达几公里的长轨条线路，技术要求比较高。在普通有缝线路上，每隔一个标准25米长度的钢轨，就会留下接头和缝隙，这是为了满足钢轨热胀冷缩的要求。钢轨随着温度的变化会缩短和伸长，其内部产生的应力会通过钢轨轨缝进行释放。那么将标准短钢轨焊接成长达几百米甚至数公里长的钢轨条，一旦遇到热胀冷缩，钢轨内部产生的应力该如何释放呢？这就是无缝线路必须要解决的技术难题。否则，因为温度变化产生的应力无处释放，就会造成钢轨因为膨胀互相挤压，因为冷缩互相拉扯，轻则钢轨扭曲，重则钢轨断裂，给列车运行带来安全隐患。
为了解决这个问题，技术人员研究了很多方法，目前无缝线路在焊接之前必须要做两项工作，一个是应力放散，一个是轨温锁定。无缝线路应力放散就是在合适的轨温范围内使钢轨伸缩，抵消钢轨内部的温度力，然后再重新锁定线路。轨温锁定就是参照铺设地区年最高温度和最低温度数值，将钢轨锁定在一个温度范围之内，这样无缝线路即使热胀冷缩，产生的应力也在允许的范围之内，不会造成胀轨和拉断。
无缝线路铺设分为固定区、伸缩区和缓冲区三部分。固定区的线路全部被锁定，伸缩区留有一些轨缝，满足应力释放要求，缓冲区是无缝线路向有缝线路的过渡区段。按照无缝线路铺设长度的不同，可分为普通无缝线路，长度控制在1~2公里；区间无缝线路，在两个车站之间铺设；跨区间无缝线路，铺设长度可以包括一个或者几个车站，长达数十甚至上百公里。
无缝线路的发展也已经近百年，德国在1915年开始研究无缝线路技术，以后世界各国纷纷跟进，使得这项技术逐渐成熟。我国在1957年开始在京沪线上试铺无缝线路，经过多年发展，已经在铁路建设上全面普及，截止到2007年，全国9万多公里的铁路线，有5万多公里已经改造或者新铺成无缝线路。
无缝线路让列车告别了噪音，让旅客出行更加舒适，让列车运行更加快速平稳，让线路维护工作量大大降低，这是这项新技术带给我们的最大恩惠。
第七节：铁路道岔——铁路线间的转换开关
当列车进站停车之时，需要通过一种设备才能进入停车站线。当列车从一条股道转向另一条轨道之时，也需要这种设备才能实现。这种设备称为道岔。道岔种类很多，可分为单开道岔、双开道岔、三开道岔、复式交分道岔、渡线等。
单开道岔是最常用的一种道岔，一般分为左开和右开两种类型，道岔由转辙器、辙叉、护轨及连接部分组成。转辙器是道岔的最主要构件，包含两根尖轨、两根基本轨以及转辙机械。道岔基本轨和相邻的线路衔接，尖轨可以随着转辙机械的运动而左右偏移，从而开通道岔的主要方向和侧方向。辙叉及护轨是道岔中不可动部分，辙叉根端与相邻线路衔接，从而使得整组道岔铺设在线路预定位置。道岔的连接部分将辙叉与尖轨衔接在一起，保证整组道岔的完整。
三开道岔的构件与单开道岔相同，只不过增加了一个开通方向罢了。双开道岔其实就是单开道岔的变种，两个开向呈对称布置。复式交分道岔相当于四组单开道岔组合在一起，共用辙叉部分。而渡线分为单开渡线与交叉渡线，前者由两组单开道岔对向布置而成，后者由四个单开道岔和一个菱形交叉组成。单渡线既可以用于两条平行线路的衔接，也可用于不平行线路之间的衔接，而交叉渡线必须铺设在两条平行线路上。
道岔按照辙叉类型的不同，科分为固定型道岔与可动心道岔。固定型的道岔的辙叉不能活动，而可动心道岔的辙叉增加可动心轨，可以同时与尖轨一起左右移动，从而保证列车能够以更高的速度通过。道岔除了类型千差万别，还可以按照号数进行分类，而道岔的号数与列车侧向通过速度密切相关。普速铁路中最常用的是9号、12号和18号。其中9号道岔侧向通过速度不大于35公里/小时，12号不大于50公里/小时，18号不大于80公里/小时。如果列车侧向通过速度超过了80公里/小时，则普通道岔不再适用，必须采用特制的高速道岔。目前，我国铁路上采用的最大号码道岔为42号，用于京沪高速铁路之上，直向通过速度350公里/小时，侧向通过速度160公里/小时，远高于普通道岔的通过速度限值。
道岔和轨道一样，也需要通过连接扣件固定在岔枕上，之后再铺设在道床上。道岔的岔枕以前可以用木枕或者混凝土枕，随着铁路技术的不断进步，木岔枕道岔已经全部淘汰，只在标准非常低的既有线路上还使用一些，其余的已经全部采用的钢筋混凝土枕道岔。道岔的重量与衔接的钢轨相配套，分为50公斤/米、60公斤/米与75公斤/米。50公斤/米道岔用于非正线股道上，60公斤/米道岔用于大部分的正线上面，而75公斤/米道岔是重载铁路正线的专用产品。
道岔看似简单，其实结构很复杂，需要专业设计和制造，采用的材质与钢轨相同。现在，我国有两家专门生产道岔的工厂，分别是山海关桥梁厂与宝鸡桥梁厂，他们的产品供应和支持了整个铁路的建设。随着技术的不断提高，高性能、高强度的道岔会持续问世。相信不久的将来，道岔作为铁路重要的设备之一，会不断带给人们惊喜。
第八节：铁路车辆——载人运货的必需设备
以上各章节介绍的都是铁路的线下设施，铁路机车在第一章已经有过详细阐述，不再赘述，本节主要介绍铁路线上设施中不可或缺的铁路车辆。
铁路车辆是运送旅客和货物的工具。按照用途分为铁路客车、铁路货车两大类。由于不同的目的、用途及运用条件，使车辆形成了许多类型，但其构造基本相同，基本上由五部分构成：车体和车体架、走行部、车钩缓冲装置、制动装置、车辆内部设备。车体是容纳旅客或货物的部分，固装在车底架上。车底架是车体的基础，由各种纵向梁和横向梁组成。车体与车底架构成一个整体，安装在转向架上。转向架由两个或两个以上的轮对组成，并安装弹簧及其他部件，组成一个独立结构的小车，是车辆的走行部分，承受车辆的重量并在钢轨上行使。车钩缓冲装置安装在车底架两端的中梁上，将机车车辆连挂在一起，成为一组列车，并传递牵引力，缓和各车辆之间的冲击。制动装置的功用是保证高速运行的列车能减速，并在规定的距离内停车。车辆内部设备主要是指在为旅客以及运输的货物提供的必需设备，如供水、暖气、通风、照明以及空气调节等装置。
铁路客车一般包括如硬座车（YZ）、软座车（RZ）、硬卧车（YW）、软卧车（RW）、餐车（CA）、行李车（XL）如邮政车（UZ）、公务车（GW）、卫生车（WS）、医务车（YI）、实验车（SY）、维修车（EX）、文教车（WJ）等。铁路货车分为通用货车、专用货车和特种货车。通用货车包括敞车（C）、棚车（P）、平车（N）、罐车（G）、冷藏车（B）；装载特定货物车成为专用货车，比如矿石车（K）、水泥车（U）、活鱼车（小时）、特种车（T）、长大货物（D）等。特种货车指的是具有特种用途的车辆，比如检修车、救援车、除雪车等。
我国铁路车辆的研发制造可追溯至1880年，就在那一年，第一个铁路工厂唐山机车车辆工厂建立，但是在漫长的时间内，这些工厂仅仅是车辆维修工作，所有的客、货车辆均自国外进口。 1949年我国自己制造的首辆货车问世后，中国的铁路车辆制造业才真正名符其实，1953年中国自己制造客车成功。 随着国民经济发展，铁路车辆工业与机车工业同步发展，车辆制造水平不断提高。近60年来，中国铁路工业为铁路运输提供了品种齐全、数量浩大的各型客、货车辆，不但可以自给自足，同时还出口他国。
目前我国有35家机车车辆工厂，其中23个工厂有制造及修理客、货车辆的能力。车辆制造能力已达年造客车近3000辆、货车3.8万辆，我国已经跨入世界上车辆制造大国行列。
第九节：信号列控——安全行车责任重大
铁路行车与公路类似，无外乎红灯停、绿灯行、黄灯减速。但是，铁路运输的复杂性是公路运输不可比拟的，保证行车安全，需要足够可靠的设备来实现，而铁路信号就是必不可少的设备之一。
铁路信号分为两大类，听觉信号和视觉信号。而视觉信号分为固定信号、手动信号和移动信号，其中手动信号是很落后的一种手段，就是铁路值班人员用信号器、手提信号灯来引导列车运行，现已淘汰不用。移动信号一般用于临时设置，不常用。固定信号是最普及的一种。固定信号按照设置部位的不同可分为地面信号和机车信号；按照构造不同分为色灯信号机和臂板信号机；按照安装方式分为高柱信号机、矮柱信号机和信号灯桥。铁路与公路相反，采取左侧行车的方式，信号机设置在线路左侧，根据绿、黄、红三种不同的显示颜色，决定火车运行、减速还是停车。
铁路的信号控制主要用于车站和线路区间。在车站里面，目前信号控制采取两种制式，一种就是继电器联锁，另一种是计算机联锁。通过联锁装置，可以控制车站信号的显示，进而引导列车在线路上安全行车。一旦信号联锁出现故障，就会造成不同方向的列车进入同一条线路，酿成撞车事故。毋庸讳言，信号联锁装置是车站安全行车的重要装备。
列车在线路区间行车之时，要通过闭塞手段保证安全。闭塞设备就是保证列车在区间行车安全，并且提高通过能力的信号设备。办理闭塞，指的是让某段线路区间空闲，只能允许一列火车在其中运行的行车安全保证措施。闭塞分为自动闭塞、半自动闭塞和自动站间闭塞三种方式。半自动闭塞和自动站间闭塞手段比较落后，由于车站之间的距离都较长，一般为十几公里以上，采用半自动闭塞只能保证两个车站之间只能运行一趟列车，非常不划算，造成线路空闲，使用效率很低，因此逐渐被淘汰，现在使用最多的就是自动闭塞。自动闭塞将两个车站之间的区间通过设置信号机分成若干个分区，保证每个分区内运行一列火车，两个运行火车的分区之间有两到三个分区空闲，作为安全缓冲区，这样一个长大区间就会同时运行多列火车，极大提高了运输能力，并且非常安全。
除了信号控制系统，列车调度集中指挥和运行控制系统也是行车安全手段之一。通过列车调度集中指挥系统指挥列车运行，装在机车上的列车运行控制系统可以实时同调度中心保持联系，火车司机按照调度人员的指令驾驶列车。当然除了这些必备的设备之外，列车专用通信设备保证了司机、调度人员、车站值班员之间的信息通畅。
根据铁路行车速度的不同，信号控制、行车调度指挥、列车控制系统以及通信设备都有很大差别。在高速铁路上，就需要采用完全不同的型号设备来保证行车的安全。毕竟人命关天，安全永远第一。
第十节：牵引供电——电力列车无烟飞驰
电气化铁路的发展也经过了漫长的岁月，无数技术人员为了实现火车的无烟飞驰付出了大量的心血。1842年苏格兰人R·戴维森最早造出第一台标准轨距电力机车，1879年5月，德国人W·V·西门子设计制造了一台能拉乘坐18人的电力机车，这是电力机车首次成功的运载试验。1881年，法国巴黎展出了第一条由架空导线供电的电车线路，这就为提高电压，采用大功率牵引电动机创造了条件。1895年，美国在巴尔的摩—俄亥俄间5.6 公里长的隧道区段修建了直流电气化铁路。1903年德国的三相交流电力机车创造了每小时210 公里的高速记录。
电气化铁路不同于内燃牵引和蒸汽机车牵引的铁路，电力机车不能自带燃料，需要外部提供动力才能运行，因此电气化铁路比内燃机车牵引的铁路增加了一套牵引供电系统。牵引供电系统就是将外部电能通过电力系统传送到电力机车上进而驱动机车运行的设备，主要包括发电厂、变电所和接触网等。发电厂提供110千伏或者220千伏三相高压交流电，变电所将高压交流电转变为27.5千伏单相交流电，通过接触网传送到电力机车上。
牵引变电所根据计算要求，沿着电气化铁路每隔一段距离就布设一座。每座牵引变电所都有固定的供电区间，通过输电线路向接触网源源不断地输送电力。接触网是沿电气化铁路架空敷设的输电网，它和电力机车受电弓的滑动接触，将牵引变电所送来的电流送给电力机车。我国电气化铁路采用工频单相25千伏交流制，一般采用三种供电方式，分为直接供电、带回流线的直接供电方式和自耦变压器供电方式。由于接触网带电之后会产生电磁场，影响周围的通信设备，需要加以防护才行。直接供电方式不加任何防护措施，只能适用于非平原地区和非城市地区。带回流线的供电方式通过设置回流线可以减少电磁干扰。而现在最通用的供电方式就是自耦变压器供电，也称AT供电，这种供电方式电压损失小、电能损耗低，供电距离长，是最优的供电方式。
为了保证接触网的供电电压稳定，必须在相邻的两个牵引变电所供电的接触网中间设置分区亭，将接触网连通。运行中的电力机车由两边的牵引变电所同时供电。这种供电方式可降低接触网中的电能损失，减小接触网的电压降，一个牵引变电所停电时，电力机车运行不致中断。
从1958年第一条电气化铁路开始修建，到2012年12月1日哈大高铁正式开通，中国电气化铁路总里程突破4.8万公里。目前世界上68个国家和地区拥有电气化铁路，俄罗斯4.33万公里、德国2.1万公里、印度1.88万公里、日本1.7万公里、法国1.52万公里。中国位居为世界第一位。
（本文选自山西教育出版社《铁路擎起的朝阳》一书，作者王麟，配图源自网络，作者授权发布）
【作者简介】王麟：本名王俊永，天津市作家协会会员，中国科普作家协会会员。已出版《纳米杀手》、《铁路传奇》、《铁路擎起的朝阳》、《海门开》等著作。新浪微博：@天津王麟
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