راه آهن
راه آهن چیست ؟ راه آهن در واقع ابنیه مهندسی شده ای است که از دو ریل فلزی موازی تشکیل شده و بر روی آن مجموعه ی واگن ها توسط یک کشنده یا بصورت خود کشش به حرکت در می آیند. جان آرمسترانگ در کتاب خود راه آهن را به شرح زیر تعریف می نماید:
راه آهن از دو ریل فولادی با فاصله عرضی ثابت تشکیل شده است که بر روی بستر مسیر احداث می گردد. آلات ناقله توسط بانداژ چرخ های فولادی خود بر روی ریل ها حرکت نموده و هدایت می شوند. مجموعه چرخ ها با اتصال به قطار و نوعی کشنده، شیوه ای از حمل و نقل زمینی را ایجاد می نمایند که به آن راه آهن اطلاق می شود.
۴۴ سال پیش تر از ایجاد اولین خط آهن در آمریکا، یعنی در ۲۷ اکتبر سال ۱۸۲۵ لکوموتیوهای بخار جرج استیونسن در خط راه آهن بین شهری Stockton و Darlington انگلستان مورد بهره برداری قرار گرفت. این لکوموتیو به عنوان اولین کشنده ی بخار در راه آهن، قادر بود تا 90 تن بار، شامل ۳۶ واگن مسافری ( با بیش از ۵۰۰ مسافر) و چند واگن باری را با سرعت پیوسته ی ۱۲ مایل در ساعت به حرکت درآورد. این پیشرفت نتیجه چند دهه تخیل، توسعه، مهندسی و تجربه بود.
تاریخچه راه آهن
تاریخچه راه آهن در جهان به پیش از انقلاب صنعتی بر می گردد. جایی که نخستین قطار با نیروی اسب جابه جا می گردید. ریل های این مسیر در ابتدا از چوب و سپس از چدن بودند. نخستین راه آهن جهان در ۷ سپتامبر ۱۸۲۵ در انگلستان بین Stockton و Darhington به مسافت ۳۹ کیلومتر توسط ژرژ استفنسون ساخته شد. پس از آن ساخت راه آهن در دیگر کشورهای جهان به ویژه در اروپا آغاز گشته و در کمترین زمان گسترش یافت.
خط آهن بروکسل به Malines در ۱۸۳۵، خط آهن نورمبرگ به Furth در سال ۱۸۳۵، مسیر پاریس به Pecq در سال ۱۸۳۷، خط آهن اسپانیا (Tarragone-Reuss ) در سال ۱۸۳۶ و خط آهن روسیه (سن پطرزبورگ به Tsarskoie selok) در سال ۱۸۳۸، نمونه هایی از فراگیرشدن این صنعت می باشد. پس از جنگ جهانی اول، راه آهن سازی شاخص پیشرفت هر کشور به شمار می آمد. ساخت راه آهن در آن سال ها برای هر کشوری نمادی از اراده ملی به حساب می آمد. در سال ۱۹۳۸ طول خطوط راه آهن در کشورهای پیشرفته مطابق جدول ۱ بوده است.
تاریخچه راه آهن در ایران
در ایران نخستین بار در سال ۱۸۸۸ ( ۱۲۶۷ خورشیدی) خط راه آهن تهران – ری توسط برادران بلژیکی بواتال به طول ۸ کیلومتر ساخته شد. در ۱۹۱۵ راه آهن تبریز به جلفا با طول ۱۴۶ کیلومتر به دست روس ها ساخته شد. در سال ۱۹۱۶ ( ۱۲۹۵خورشیدی) خط آهنی بین کویته پاکستان تا زاهدان به طول ۹۲ کیلومتر با پهنای ۱۶۷۶ میلی متر بدست انگلستان توسط سربازان هندی ساخته شد. در سال های ۱۲۹۵ تا ۱۲۹۸ خورشیدی چند خط آهن در حوالی بوشهر و برازجان به طول ۴۱ کیلومتر توسط سربازان هندی و کارگران ایرانی برای انگلیسی ها ساخته شد. احتمالاً برای برداشت نفت و یا پشتیبانی پلیس جنوب، این خطوط ساخته شد. چون ساختار آن بسیار ضعیف بود در مدت کوتاهی آن خط برچیده شد. هیچ ایرانی بر روی این خطوط سفری انجام نداد.
در سال ۱۳۱۴ خورشیدی ساخت راه آهن سراسری در مجلس به تصویب رسید. در ۲۳ مهر ۱۳۱۶ کلنگ آن در ایستگاه تهران به زمین زده شد. در سوم شهریور ۱۳۱۷ این راه آهن سراسری از بندر ترکمن تا بندر امام خمینی به طول ۱۳۹۱ کیلومتر که از تهران تا بندر ترکمن به طول ۴۶۱ کیلومتر و از تهران تا بندر امام خمینی ۹۳۱ کیلومتر بود، به بهره برداری رسید.
پل وِرِسک
این پل از شاهکارهای مهندسی زمان خویش به حساب می آمد که در زمان حکومت رضا شاه در ایران توسط آلمانی ها و در طول جنگ جهانی دوم در شهرستان سواد کوه استان مازندران و به رهبری سرمهندس اتریشی خود یعنی والتر اینگر ساخته شد. این پل راه ارتباطی راه آهن سراسری شمال جنوب بوده که با شگفتی تمام و با ابزارآلات بسیار ساده مانند دینامیت، دریل دستی ساخته شده بود و در ساخت آن هیچ سازه فلزی استفاده نشده است. این پل دوران جنگ جهانی دوم پل پیروزی نامیده می شد. رضا شاه شخصاً برای افتتاح این پل به سوادکوه همان زادگاه خویش رفت و به دستور او سرمهندس اتریشی موظف شد تا در هنگام عبور اولین قطار از روی پل، بر روی آن قرار گرفته تا در صورت تخریب پل، اولین شخص کشته شده خود او باشد.
این بنا از ملات سیمان و شن شسته شده و آجر ساخته شده است. پل ورسک دارای ۶۶ متر دهانه قوس اصلی و ۱۱۰ متر ارتفاع از ته دره می باشد و طول کلی این پل ۷۲٫۳ متر می باشد. هزینه ساخت آن در زمان خود بالغ بر دو میلیون و ۶۱۱ هزار تومان بوده است.
خصوصیات، ویژگی ها و امتیازات
از نیمه قرن بیستم به بعد طول خطوط راه آهن در کشورهای صنعتی به مرور کاهش یافت که این کاهش بیش از سایر کشورها بوده است. علت اصلی این کاهش چه بود؟
▪ کاهش نسبی ترافیک در خطوط درجه ۲ و ۳ راه آهن
▪ توسعه سایر انواع ترابری از جمله حمل و نقل هوایی، جاده ای و حمل مواد سوختی با لوله
▪ افزایش تعداد اتومبیل های شخصی
ولی اشباع خطوط هوایی، مخارج سنگین احداث بزرگ راه ها و زمان زیادی که برای رفتن از مرکز شهر به فرودگاه ها لازم است از جمله دلایل رونق دوباره راه آهن است.
از جمله ویژگی های منحصر به فرد راه آهن می توان موارد زیر را ذکر کرد:
۱- چرخش چرخ های با طوقه فلزی روی دو راه باریک فلزی به نام ریل به دلیل تماس دو فلز مقاومت کمی که در برابر چرخش ایجاد می کند (کمتر از ۳ کیلو گرم برای هر تن)، بنابراین توان جابجایی بارهایی به مراتب سنگین تری در مقایسه با جاده ها را دارند.
۲- راه آهن در مورد خدمات مسافربری قابلیت حمل تعداد زیادی مسافر را دارد.
۳- تردد قطار به علت وجود ریل ها فقط یک درجه آزادی بیشتر ندارند. بنابراین از هر وسیله دیگر برای بهره برداری خودکار مناسب تر می باشد.
۴- راه آهن به فراز و نشیب بسیار حساس بوده و ساخت آن خاک برداری، خاک ریزی، پل و تونل های زیادی را ایجاب می کند، ولی این مخارج فقط خاص راه آهن نیست. تجربه نشان می دهد که در شرایط مساوی یک بزرگراه چهار خطه در حدود ۵۰ درصد گران تر از راه آهن تمام می شود.
۵- هدایت دقیق لوکوموتیو و واگن ها که به وسیله شکل خاص ریل و طوقه چرخ صورت می گیرد و امکان استفاده از تمام عرض راه یا تونل و یا پل را می دهد. به عنوان مثال فاصله دو قطار سریع به عرض ۳٫۱۵ متر و به سرعت ۱۴۰ کیلومتر بر ساعت فقط ۲۰ سانتی متر می باشد.
امتیازهایی که برای راه آهن می توان نام برد عبارتند از:
▪ سرعت: سرعت متوسط قطارها معادل ۱۳۰ کیلومتر بر ساعت است و قطارهای سریع معمولی نیز در فرانسه با متوسط سرعت ۱۴۰ تا ۱۶۰ کیلومتر بر ساعت حرکت می کنند.
▪ ایمنی: راه آهن مطمئن ترین وسیله ترابری است. تلفات راه آهن به طور متوسط کمتر از یک کشته به ازای هر یک میلیارد مسافر- کیلومتر است، این در حالی است که برای جاده این عدد بیش از ۱۰۰ کشته و برای حمل و نقل هوایی حدود ۲۵ کشته است.
▪ نظم در ساعات رفت و برگشت: راه آهن بدون شک منظم ترین وسیله حمل و نقل است. آمار نشان می دهد که درصد قطارهای بین شهری که بیش از ۱۵ درصد تأخیر دارند از ۲ درصد کمتر است.
▪ راحتی: آمار نشان می دهد که در زمان های مساوی کمترین خستگی در مسافرت با قطار است.
▪ ظرفیت بالا: راه آهن مناسب ترین وسیله برای انتقال تعداد زیادی مسافر و یا حمل مقدار زیادی بار است.
▪ مصرف انرژی کمتر: برای شرایط ترافیک مساوی در حمل ونقل ریلی، نصف حمل ونقل جاده ای انرژی مصرف می شود، در این مقایسه هواپیما ۵ تا ۷ برابر بیشتر از قطار انرژی مصرف می کند.
▪ آلودگی کمتر محیط: قطار برقی هیچ آلودگی تولید نمی کند و قطارهای دیزلی نیز نسبت به اتومبیل و در شرایط ترافیکی مساوی، ۱۵ درصد آلودگی کمتری تولید می کنند.
▪ نیاز به حریم کمتر: حریم اشغال شده زمینی در راه آهن بسیار کمتر از سایر سیستم های حمل و نقل است (حریم جاده سه برابر حریم راه آهن).
▪ هزینه کمتر: هزینه راه آهن در مقایسه با سایر سیستم های حمل و نقل کمتر است.
ریل
ریل فولاد نَوَردشده‌ای است که به صورت دو رشته موازی روی ریل‌بندها نصب می‌شود. بخش اصلی خط همان ریل است که دو وظیفه تحمل بار وسیله نقلیه و هدایت آن را به عهده دارد. بار وارده از چرخ در جهت توزیع نیروها در سطح بیشتر و انتقال آن به پارسنگ‌ها(بالاست) و زیرسازی بین تراورس تقسیم می‌شود.
ریل‌ها و تراورس‌ها به وسیله پیچ‌ها و پابند به همدیگر بسته شده و سازه واحدی به نام بست خط یا (Panel) را به‌وجود می‌آورند. این سازه در برابر نیروهای افقی و عمودی حاصله از حرکت قطارها و تغییرات درجه حرارت محیط مقاومت است.
ریل از فولادی خاص با شکل و سطح مقطع ویژه‌ای ساخته می‌شود تا هم نیروی وارده از سوی وسیله نقلیه را تحمل و به بستر منتقل کند و هم با اصطکاک کمتر که مقاومتی در حرکت وسیله نداشته باشد. وزن ریل ۷۵ کیلو گرم بر متر است. مقامت انواع ریل متناسب با کاربرد ان بین ۷۰۰ تا ۱۴۰۰ کیلوگرم برمیلیمترمربع است.
تراورس یا ریل‌بند
ریل بند یا تراورس به تکیه‌گاه بتونی یا چوبی یا فولادی می‌گویند که ریل‌ها روی آن بسته می‌شود. وظیفه تراورس ایجادیک بستر برای ریل است که نیروهای وارده از ریل را به زیر سازی منتقل می‌کند. حداکثر فاصله مجاز دو تراورس ۲۵ سانتی‌متر است. در خطوط با بار محوری کمتر، این فاصله می‌تواند تا ۷۵ سانتی متر نیز افزایش یابد.
در گذشته‌ای نه چندان دور، ریل‌بندهای فولادی بیشترین مورد استفاده را در راه‌آهن داشته‌اند. این نوع ریل‌بندها به دلیل هزینه زیاد تولید و عمر‌مفید کمتر، امروزه کاربرد زیادی ندارد. ریل‌بندهای چوبی از لحاظ نرمی و سهولت تردد قطارها، مزیت بسیاری بر انواع دیگر دارند. ولی این گونه ریل‌بند هزینه‌های تولید زیادی داشته و بیشتر در کشورهایی استفاده می‌شوند که تولید چوب در آنها مناسب و ارزان‌تر است. برای مقاوم‌سازی تراورس چوب‌ها رابا مواد نفتی آغشته و اشباع می‌کنند . امروزه در ایران بیشتر راه آهن‌های بیرون از ایستگاه‌ها به‌وسیله ریل بندهای بتونی ایجاد می‌شوند.
پابند
تثبیت ریل روی تراورس با «پابند» انجام می‌شود که به دلیل اهمیت آن در نگهداری ریل و جلوگیری از لغزش آن و دیگرموارد فنی، باید داری مشخصات ویژه‌ای باشد. پابند متداول در ایران به پابند نوع k موسوم است که شامل قطعاتی به نام‌های: ۱- صفحه زیر ریل ۲- پیچ تراورس ۳- کلیپ(پابندها) ۴- پیچ مخروطی ۵- فنر دوگانه ۶- لاستیک زیر ریل شده‌است.
پارسنگ یا بالاست
پارسَنگ یا «بالاست» به انگلیسی ( Track ballast) : بالاست لایه‌ای از مصالح سنگی شکسته با قطر متوسط ۲۰ تا ۶۰ میلی‌متر است که به دلایل ذیل، مجموعه تراورس‌ها و ریل بر روی آن قرار می‌گیرد:
▪ بارهای وارده به خط را به طور یکنواخت توزیع کرده و پس از جذب قسمتی از آن به زیرسازی منتقل می‌کند، بدون بالاست امکان تراز کردن تراورس ها ممکن نیست.
▪ خط را در برابر حرکت‌های عرضی عمودی و طولی محافظت می‌کند. دانه‌های «بالاست» با تراورس و با همدیگر درآمیخته می‌شوند تا بهتر بتوانند نیروها را توزیع کرده و در برابر نیروهای دینامیک و ارتعاشات مقاومت کنند، سبب میرایی و استهلاک ضربات، ارتعاشات و صداهای حاصل از حرکت وسایل نقلیه ریلی می‌شوند.
▪ عمل زهکشی آب‌های بارندگی و غیره از اطراف ریل‌ها و تراورس‌ها سریع انجام می‌شود و از جمع شدن آب جلوگیری می‌کند.
▪ از یخزدگی روسازی و زیرسازی (با انجام عمل زه کشی در مواقع نسبتاً سرد) جلوگیری می‌کند.
▪ با کاربرد «بالاست» عملیات نگهداری آسان‌تر وهمه ناهمواری‌ها و ناترازی‌ها در خط با زیرکوبی بالاست میسر می‌شود.
▪ رویش نباتات و گیاهان مزاحم را در داخل خط کندتر می‌کند، زیرا در اثر زهکشی رطوبت لازم برای رشد گیاهان موجود نخواهد بود.
▪ بالاست قسمتی از ضربات دینامیکی را جذب کرده و مثل فنر در برابر بارهای وارده مقاومت می‌کند.
البته هر نوع سنگی مناسب راه‌آهن نیست این سنگ ها حاوی ترکیبات سیلیسی هستند که در برابر یخزدگی و اصطکاک مقاوم است. بالاست از سنگهای سخت و آذرین و از معادن کوهی مناسب استخراج می‌شود. سنگ های مورد استفاده برای بالاست بایستی از سنگ های بازالت- دیوریت- کوارتز پورفنرین و گرانیت باشد. گاهی نیز برای بالاست از سنگهای آهکی دولومیت که بامشخصات فنی مطابقات داشته‌باشد استفاده می‌کنند.
مقاومت فشاری «بالاست» باید در حالت اشباع از آب حداقل ۸۰۰ کیلوگرم برسانتی‌مترمربع و مقاومت فشاری آن در حالت خشک ۱۲۰۰ کیلوگرم برسانتی‌مترمربع باشد و درصد جذب آب آن نیز بیشتر از ۳ درصد نباشد.
در زیر بالاست لایه‌ای از مصالح نسبتاً ریزدانه قرار می‌گیرد که به آن« زیر بالاست» می‌گویند که به منظور ۱- کاهش تنش‌های وارد بر لایه‌های زیرسازی ۲- نگهداری سطح بالای بستر در مقابل نفوذ سنگهای بالاست ۳- محافظت از سطح زیرسازی در برابر یخبندان ۴- جلوگیری از نفوذ ذرات ریز بستر روسازی به بالاست ۴- تسهیل بیشتر زهکشی.
میزان مصرف و واردات ریل در خطوط ریلی ایران
به طور کلی، مصرف ریل در هر سال، بر پایه میزان بازسازی خطوط و احداث خطوط جدید می باشد. متداول ترین ریل های مورد استفاده در خطوط راه آهن پروفیل های UIC54 و UIC60 می باشند. با توجه به اینکه هر متر ریلUIC60حدود ۶۰ کیلوگرم وزن دارد، راه آهن برای هر کیلومتر ریل گذاری، نیاز به حدود ۱۲۰ تن ریل دارد. تا کنون ریل مورد نیاز، عمدتاً از کشورهای روسیه، چین، هند و شرکت های آلمانی و اتریشیThyssenkrupp و Voestalpine وارد شده است.
در حال حاضر میزان خطوط اصلی ریلی در کشور حدود ۹ هزار کیلومتر است که با توجه به سند چشم انداز۲۰ ساله کشور باید تا سال ۱۴۰۴ به ۲۵ هزار کیلومتر افزایش یابد. برای احداث ۱۶ هزار کیلومتر خطوط جدید ریلی طی ۱۲ سال آینده، باید سالانه به طور میانگین ۱۳۳۳ کیلومتر خطوط ریلی احداث گردد. افزون بر این، راه آهن باید طبق برنامه، سالانه ۳۰۰ کیلومتر بازسازی خطوط ریلی انجام دهد. این بدین معنا است که میانگین نیاز سالانه به ریل برای رسیدن به اهداف چشم انداز حدود ۲۰۰ هزار تن می باشد.
در مجموع ۱۷ کشور در دنیا ریل تولید می کنند که با راه اندازی پروژه ریل ذوب آهن، ایران نیز به عنوان هجدهمین کشور به این جمع اضافه می شود. بیشترین حجم تولید ریل در دنیا متعلق به کشور چین با حدود ۵۵۰ هزار تن ریل در سال است. کشورهایی مانند ژاپن، آمریکا، اتریش، فرانسه، لهستان، ایتالیا، چین و… از جمله تولید کنندگان ریل در دنیا محسوب می شوند. در ایران با وجود افتتاح طرح‌ها و پروژه‌های ملی برای تولید ریل راه‌آهن، هنوز این صنعت به خودکفایی نرسیده و عمده ریل‌های مورد استفاده، از محل واردات تأمین می‌شوند.
سخن پایانی
توجه به ریل‌های موازی و بی‌صدا، بدون حضور قطار، که نگاه بیننده را تا دوردست‌ها می‌برد،همان آرامشی را به انسان می‌دهد که ۱۰۰ سال پیش می‌داد. ظاهر ریل همان است که بود: ساده، سنگین، فرش بر زمین، موزون، چشم نواز و صبور.
