Tại Sao Đường Ray Xe Lửa Luôn Có Đá? Sự Thật Không Phải Để Giữ Đường Ray

Có lẽ bạn đã từng đi ngang qua một đường dây xe lửa và chắc hẳn bạn cũng từng nhìn thấy hàng nghìn viên đá nằm dây đặc dưới những thanh dây thép. Thoạt nhìn, chúng chỉ giống như những viên đá bình thường. Nhiều người nghĩ chúng chỉ được dài để nền đường trông chắc chắn hơn. Có người lại cho rằng đó là cách giúp tàu chạy êm hơn. Thậm chí có người còn tin rằng những viên đá này chỉ có tác dụng trang trí. Nhưng nếu vậy, tại sao người ta không đổ bê tâm cho phẳng? Chẳng phải bê tâm sẽ chắc chắn và bền hơn rất nhiều sao? Hay ít nhất là chả nhựa như đường ô tô? Điều khiến nhiều người bất ngờ là nếu thay toàn bộ lớp đá này bằng bê tâm, nhiều tuyến đường sắt sẽ xuống cấp nhanh hơn rất nhiều. Nghe có vẻ khó tin, nhưng đó lại là sự thật. Hóa ra, những viên đá dưới đường dây không hề được chọn lỗ nhiên. Chúng có tên gọi riêng. Trong hành đường sắt, lớp đá này được gọi là đá ba lát. Đây là một trong những bộ phận quan trọng nhất của toàn bộ hệ thống đường sắt. Nếu thiếu nó, đường dây sẽ không thể hoạt động ổn định trong thời gian dài. Để hiểu điều này, hãy thử tưởng tượng một đoàn tàu chở hàng nặng khoảng 5.000 tấn đang chạy qua. Toàn bộ trọng lượng khổng lồ ấy không chỉ đặt lên 2 thanh dây. Nó phải được truyền xuống nền đất bên dưới. Nếu nền đất chịu toàn bộ lực trực tiếp, đường dây sẽ nhanh chóng bị lún. Chỉ cần lún vài mm, đoàn tàu chạy với tốc độ hàng trăm km mỗi giờ cũng có thể dùng lắc mạnh. Nguy hiểm hơn, nếu một đoạn dây lún nhiều hơn đoạn bên cạnh, nguy cờ chật bánh sẽ tăng lên đáng kể. Đó là lý do cần có một lớp vật liệu giúp phân tán lực. Và những viên đá chính là lời giải. Khi đoàn tàu chạy qua, tải trọng từ bánh xe sẽ chuyển xuống thanh dây. Từ dây chuyển xuống các thanh tà vẹp. Sau đó, hàng nghìn viên đá sẽ cùng chia sẻ lực này trước khi chuyển xuống nền đất. Nhiều vậy, áp lực không tập trung vào một điểm duy nhất, nên đường ổn định hơn rất nhiều. Nhưng nếu chỉ để chịu lực, tại sao không dùng cát hoặc sỏi nhỏ? Chúng rẻ hơn rất nhiều. Đây mới là điều thú vị. Bạn hãy nhìn thật kỹ những viên đá dưới đường dày. Chúng không hề tròn như đá cuội ngoài sông, mà đều có rất nhiều cạnh sắc. Đó hoàn toàn là chú ý. Các kỹ sư cố tình nghiền đá thành những mảnh có góc cạnh. Khi đổ xuống nền đường, các cạnh sắc sẽ tự khóa vào nhau giống như hàng nghìn miếng ghép. Điều này giúp lớp đá rất khó bị xê dịch khi đoàn tàu chạy qua. Nếu thay bằng đá cuội tròn, mỗi lần tàu đi qua, chúng sẽ lan lên nhau. Toàn bộ nền đường sẽ mất ổn định. Đó cũng là lý do bạn gần như không bao giờ thấy đường dày sử dụng đá tròn. Nhưng vẫn còn một câu hỏi khác. Nếu đá khóa vào nhau chắc như vậy, làm sao công nhân có thể điều chỉnh đường dày khi cần bảo dưỡng? Và tại sao sau những trận mưa lớn, lớp đá này vẫn không bị nước cuốn trôi như đất hay cát? Chúng ta đã biết rằng lớp đá dưới đường dày hay còn gọi là đá ba lát có nhiệm vụ phân tán tại trọng khổng lồ của đoàn tàu và giữ cho nền đường luôn ổn định. Nhưng nếu chỉ có vậy, người ta hoàn toàn có thể dùng nhiều loại vật liệu khác rẻ hơn. Vậy tại sao các kỹ sư đường sát trên khắp thế giới vẫn lựa chọn đá ba lát suốt hơn một thế kỷ? Hóa ra, chịu lực chỉ là một trong rất nhiều nhiệm vụ của những viên đá này. Một công dụng cực kỳ quan trọng khác là thoát nước. Hãy tưởng tượng một cơn mưa lớn kéo dài nhiều giờ. Nếu dưới đường dày là đất hoặc cát mịn, nước sẽ đọng lại rất lâu nên đất sẽ trở nên mềm. Khi đoàn tàu nặng hàng nghìn tấn chạy qua, nền đất mềm sẽ bị nén xuống từng chút một. Theo thời gian, đường dày sẽ bắt đầu lún không đều. Điều này cực kỳ nguy hiểm. Trong mảnh đường sát, chỉ cần chênh lệch vài mm cũng có thể khiến đoàn tàu dùng lắc mạnh khi chạy ở tốc độ cao. Đó là lý do lớp đá ba lát luôn có rất nhiều khoảng trống giữa các viên đá. Nước mưa sẽ nhanh chóng chảy xuống dưới thay vì đọng lại trên bề mặt. Nền đường luôn khô hơn, ổn định hơn và tuổi thọ cũng cao hơn rất nhiều. Nhưng vẫn còn một nhiệm vụ khác mà ít ai nghĩ tới, đó là hạn chế cỏ mọc. Nếu chỉ dùng đất để đỡ đường dày, cỏ và cây dại sẽ phát triển rất nhanh. Dễ cây lên lỏi xuống nền đường, đất bị sới tung, khả năng chịu lực giảm dần. Trong khi đó, lớp đá lớn, khô và thoát nước tốt lại tạo ra môi trường rất khó để cỏ phát triển. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí bảo dưỡng. Tuy nhiên, sau nhiều năm sử dụng, một lượng bụi đất và lá cây vẫn có thể tích tụ giữa các khay đá. Lúc này, cỏ bắt đầu mọc trở lại. Đó là lý do các đơn vị quản lý đường sắt phải thường xuyên vệ sinh hoặc xử lý cỏ dại định kề. Một điều thú vị khác là đường dây không hề được cố định cứng dưới mặt đất. Nghe có vẻ lạ, nhưng thực tế, đường dây thép luôn co dãn theo nhiệt độ. Vào mùa hè, thép nóng lên và nở dài ra. Đến mùa đông hoặc ban đêm, thép co lại. Nếu dây bị khóa cứng hoàn toàn trên nền bê tông mà không có khả năng hấp thụ chuyển động, ứng suất sẽ tích tụ rất lớn. Trong những trường hợp cực đoan, đường dây có thể bị uốn cong, hiện tượng mà ngành đường sắt gọi là buckling. Đây là một trong những nguyên nhân có thể gây mất an toàn khi tàu chạy với tốc độ cao. Lớp đá ba lát đóng vai trò như một lớp đệo. Nó đủ chắc để giữ đường dây đúng vị trí, nhưng cũng đủ linh hoạt để hấp thụ một phần những chuyển động rất nhỏ do dãn nở nhiệt và rung động của đàn tàu. Đó là một sự cân bằng rất thông minh, không quá cứng cũng không quá mềm. Nhưng điều khiến nhiều người bất ngờ nhất lại nằm ở công tác bảo trì. Bạn có từng thấy những cỗ máy rất lớn chạy dọc đường dây và phát ra tiếng rung mạnh? Đó không phải là máy sửa dây, mà là máy chẻn đá ba lát. Theo thời gian, dưới sức nặng của hàng nghìn đoàn tàu, lớp đá sẽ dần bị nén xuống. Máy chèn sẽ dùng các thanh kim loại dùng với tần số rất cao để luồn vào dưới tà vẹt. Sau đó, chúng ép và sắp xếp lại các viên đá, giúp lớp đá khóa chặt vào nhau một lần nữa. Nhờ vậy, đường dây được nâng trở lại đúng cao độ thiết kế mà không cần tháo toàn bộ kết cấu. Nếu không có lớp đá dở như vậy, việc bảo trì sẽ khó khăn và tốn kém hơn rất nhiều. Có lẽ bạn sẽ thắc mắc, nếu đá tốt như vậy, tại sao nhiều tuyến tàu điện ngầm hoặc đường sắt cao tốc lại dùng nén bê tông? Đây là một câu hỏi rất hay. Thực tế, cả hai đều có ưu và nhược điểm. Nén đá ba lát có chi phí xây dựng thấp hơn, dễ sửa chữa và dễ điều chỉnh khi nền đất lún theo thời gian. Đó là lý do phần lớn các tuyến đường sắt truyền thống trên thế giới vẫn sử dụng loại kết cấu này. Trong khi đó, nền bê tông có độ ổn định rất cao và ít phải bảo dưỡng hơn. Vì vậy, nhiều tuyến metro trong thành phố hoặc đường sắt cao tốc hiện đại lựa chọn kết cấu bê tông để giảm rung động và tiếng ổn. Tuy nhiên, đổi lại, chi phí xây dựng và sửa chữa cũng cao hơn đáng kể. Nói tích khác, không có giải pháp nào hoàn hảo cho mọi trường hợp. Các kỹ sư sẽ lựa chọn tùy theo tốc độ tàu, tải trọng, điều kiện địa chất và chi phí đầu tư. Và nó cũng là câu trả lời cho câu hỏi ban đầu. Những viên đá dưới đường dây không hề được dài chỉ để kê đường dây lên. Chúng đồng thời thực hiện rất nhiều nhiệm vụ. Phân tán tải trọng của đoàn tàu. Giữ đường dây ổn định. Thoát nước sau mưa. Hạn chế cỏ dại phát triển. Hấp thụ rung động. Cho phép bảo trì và điều chỉnh đường dây dễ dàng. Một công việc mà chỉ bê tông hay đất đơn thuần rất khó có thể đảm nhận cùng lúc. Lần tới khi đứng chờ tàu tại một đường ngang hay nhìn xuống những viên đá sám nằm dưới đường dây, có lẽ bạn sẽ không còn nghĩ chúng chỉ là những hòn đá vô trì nữa. Mỗi viên đá đều đang góp phần giữ cho những đoàn tàu nặng hàng nghìn tấn có thể chạy an toàn qua mỗi ngày. Và cũng giống như rất nhiều điều mà hóa ra là vậy đã khám phá. Đôi khi, những thứ nhỏ bé, bình thường nhất, lại đang đảm nhận những nhiệm vụ vô cùng quan trọng mà chúng ta chưa từng để ý.