ระบบรางรถไฟ

การสร้างทางรถไฟ ทางรถไฟหมายถึง ทางที่มีรางเหล็ก ๒ เส้น วางขนานต่อๆ กันบนไม้หมอน ซึ่งวางตั้งฉากกับรางไม้หมอน วางอยู่บนชั้นของหินก้อน ซึ่งมีขนาดประมาณ ๓ - ๖ ซม. โดยมีคันดินเป็นฐานรองรับ โดยทั่วๆ ไป ทางรถไฟมักจะสร้างผ่านไปตามที่ราบ เช่น ทุ่งนา ป่า หรือในพื้นที่ที่เป็นภูเขามีภูมิประเทศสูงๆ ต่ำๆ ติดต่อกันตั้งแต่ต้นทางไปจนสุดปลายทาง ทางที่ต่ำก็มีการถมให้สูงขึ้น ส่วนทางที่สูง ก็อาจตัดดินเป็นช่อง หรือเจาะเป็นอุโมงค์ หรือถ้ำ เพื่อมิให้มีส่วนที่ลาดชันสูงเกินไป ซึ่งจะเป็นอุปสรรค ทำให้รถจักรไม่สามารถลากจูงขบวนรถยาวๆ ขึ้นได้ เพราะความฝืดระหว่างล้อรถจักรกับรางมีน้อย ถ้าทางผ่านหุบ เขา แม่น้ำ ลำคลอง ก็ทำเป็นสะพานข้ามไป สำหรับจุดมุ่งหมายในการสร้างทางรถไฟนั้น ต้องมีการพิจารณาถึงประโยชน์และความสำคัญ ในด้านการคมนาคม การขนส่ง การเศรษฐกิจ การปกครอง และการยุทธศาสตร์ งานที่นับว่าเป็นสิ่งจำเป็นในการสร้างทางรถไฟ คือ งานสำรวจหาข้อมูลต่างๆ เช่น การสำรวจหาแนวทาง การวางแนว และการสำรวจทาง เศรษฐกิจ ทั้งนี้ เพื่อจะให้ได้รับผลประโยชน์จากทางรถไฟ ที่จะสร้างขึ้นอย่างเต็มที่ ใน สมัยก่อนงานสำรวจเป็นงานที่ลำบากมาก เพราะอุปกรณ์ที่จะให้ความสะดวกในการสำรวจ เช่น แผนที่ สถิติต่างๆ เครื่องมือ เครื่องใช้ การคมนาคม ยานพาหนะ และยารักษาโรค ยังไม่ดีเหมือนในสมัยปัจจุบัน ซึ่งระบบการสำรวจได้วิวัฒนาการจากเดิมไปมาก นอกจากนี้ ปัจจุบันยังมีการสำรวจโดยทางอากาศได้อีกทางหนึ่ง ทำให้ผู้สำรวจทำงานได้รวดเร็วและสะดวกขึ้นมาก โคมประแจ มีลูกศรแสดงทิศทางของราง การก่อสร้างทางรถไฟสมัยแรกยังไม่มีเครื่องมือกลทุ่นแรง งานส่วนใหญ่จึงทำ โดยใช้แรงคน ส่วนในปัจจุบันมีการใช้เครื่องทุ่นแรง และเทคนิคใหม่ๆ ที่ทันสมัย เช่น ดินที่จะนำมาเป็นคันถนนรถไฟ ก็มีการเลือกเอาแต่ดินที่เหมาะสม ต้องมีการบดอัดให้แน่น เพื่อกันมิให้มีการยุบตัวได้ ความลาดชันของทางก็ต้องจำกัด ไม่ให้มีมากนัก ทางโค้งก็ทำให้เป็นโค้งกว้างมากที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่ออำนวยให้ขบวนรถสามารถวิ่งด้วยความเร็วสูงได้ตลอดทาง นอกจากนี้ยังมีการแก้ไข โดยการเชื่อมรางให้ติดต่อกันเป็นท่อนยาวๆ รางเชื่อมนี้จะทำให้มีความยาวเท่าใดก็ได้ ซึ่งสมัยก่อนต้องมีการเว้นระยะหัวต่อรางทุกๆ ท่อนไว้เสมอ เพื่อให้รางสามารถขยายตัวได้เมื่ออากาศร้อน แต่ในปัจจุบันได้แก้ปัญหาเรื่องการ ยืดตัว หรือหดตัวของราง โดยการยึดรางให้ติดแน่นกับหมอนด้วยอุปกรณ์ชนิดหนึ่งเรียกว่า สมอ (anchor) หรือ คลิป (clip) อันเป็นเครื่องยึดเหนี่ยวรางแบบสปริง ในกรณีเช่นนี้ ไม่ว่าอากาศจะร้อนหรือเย็น รางก็จะถูกบังคับให้มีความยาวคงที่ เพราะรางถูกยึดไว้แน่นแล้ว หมอนรองรางซึ่งแต่เดิมเป็นหมอนไม้ ก็เปลี่ยนเป็นหมอนคอนกรีต การวางรางบนหมอนคอนกรีตจะมีแผ่นยางกันกระเทือนสอดรองรับไว้ ซึ่งจะช่วยลดความดังของเสียง และลดความกระเทือนลงไปได้มาก นอกจากนั้น รางเชื่อมยังช่วยให้รถสามารถวิ่งได้เรียบและเร็วขึ้นอีกด้วย ปกติทางรถไฟจะมีทางๆ เดียว ใช้สำหรับขบวนรถวิ่งทั้งไปและมา ทางนี้เรียกว่า ทางประธาน (main line) ขบวนรถที่วิ่งขึ้นและล่องนี้ย่อมต้องสวนกันหรือหลีกกันเป็น ครั้งคราว จึงจำเป็นต้องจัดที่ไว้สำหรับขบวนรถหลีกเป็นระยะๆ เรียกว่า ทางหลีก (siding) ซึ่งปกติมักสร้างไว้ในเขตสถานี โดยมอบให้นายสถานีเป็นเจ้าหน้าที่ควบคุมรับผิดชอบ จุดที่ทางหลีก และทางประธานมาบรรจบกันนั้น มีแบบลักษณะของรางพิเศษเรียกว่า ประแจ (switch and crossing) ใส่ไว้ สำหรับบังคับให้รถผ่านเข้าทางประธาน หรือเข้าทางหลีกได้ตามความต้องการ บริเวณสถานีซึ่งประกอบด้วยทางประธาน และทางหลีกทั้งหมดรวมกัน เรียกว่า ย่านสถานี (station yard) ย่านสถานีที่ใหญ่มากๆ จึงมักเป็นที่รวมรถ และในวันหนึ่งๆ มีการสับเปลี่ยนรถ เพื่อจัดขบวนเป็นจำนวนมาก เช่น ย่านพหลโยธินที่บางซื่อ เป็นต้น เราเรียกย่านใหญ่นี้ว่า ย่านสับเปลี่ยน (marshalling yard) ตามย่านสถานี โดยทั่วไปจะมีประแจรูปร่างแปลกๆ วางไว้เป็นจำนวนมาก วัตถุประสงค์ของประแจเหล่านี้ ก็เพื่อให้รถสามารถวิ่งผ่านไปตามทางหลีกต่างๆ ตามต้องการด้วยการบังคับกลไก ของประแจให้ขยับไปในท่าต่างๆ โดยใช้อุปกรณ์พิเศษ การบังคับจะรวมอยู่ที่ศูนย์อาคาร กลางย่านสถานี เรียกว่า หอสัญญาณ เจ้าหน้าที่ผู้บังคับประแจเรียกว่า พนักงานสัญญาณ ทางบางตอนที่มีขบวนรถเดินหนาแน่นมาก ถ้าหากจะให้มีทางประธานทางเดียว จะทำให้ขบวนรถเสียเวลาคอยหลีกมาก จึงแก้ปัญหาโดยการเพิ่มทางประธานให้มากขึ้น คือ ให้เป็นทางสำหรับรถเดินขึ้นทางหนึ่ง เรียกว่า ทางขึ้น (up line) สำหรับรถเดินล่องทางหนึ่ง เรียกว่า ทางล่อง (down line) สถานีบางแห่งมีทางประธานแยกออกจากกันไปคนละทาง เช่น ที่สถานีชุมทางบ้านภาชี มีทางหนึ่งแยกไปเชียงใหม่ ส่วนอีกทางหนึ่งแยกไปทางภาคตะวันออกเฉียงเหนือ สถานีที่มีทางแยกดังนี้ เรียกว่า สถานีชุมทาง (junction) ทางที่แยกออกไป ถ้าเป็นทางสายย่อยมีความสำคัญน้อย เช่น สายสวรรคโลก หรือสาย กาญจนบุรี ก็เรียกทางนั้นว่า ทางแยก (branch line) หมอนไม้ซึ่งอัดให้แน่นด้วยหินก้อนเล็กๆ ทางรถไฟมีทั้งทางตรงและทางโค้ง ซึ่งเป็นไปตามลักษณะของภูมิประเทศ ดังนั้น จึงมีกำหนดเรียกลักษณะแนวทางต่างๆ เช่น ทางโค้ง (curve) ก็เรียกตามรัศมีความโค้ง (radius of curve) ของทาง เช่น ๑,๐๐๐-๒,๐๐๐ เมตร ทางที่โค้งแคบที่สุดที่ใช้อยู่ใน ขณะนี้มีรัศมีเพียง ๑๕๖ เมตร ตะเฆ่ สำหรับทางลาดชัน (gradient หรือ grade) นั้นเราเรียกเปรียบเทียบระหว่างระยะ ตามแนวตั้งกับระยะตามแนวนอน ๑,๐๐๐ มม. (๑ เมตร) เช่น ลาดชันมีระยะแนวตั้งวัด ได้ ๕ มม. ต่อระยะใน แนวนอน ๑,๐๐๐ มม. เราเรียกลาดชันนี้ว่า ๕%. หรือ ๕ เปอร์มิล ถ้าตัวเลขลาดชันมากขึ้นเท่าใด ความชันก็ยิ่งมีมากเท่านั้น การรถไฟไทยมีลาดชันสูงสุด ๒๖%. อยู่ที่ระหว่างสถานีแม่ตาลน้อยกับสถานีขุนตาล ในทางรถไฟสายเหนือ  ประแจแปดลิ้นและประแจธรรมดา ขบวนรถไฟเมื่อวิ่งเข้าทางโค้งจะมี แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (centrifugal force) เกิดขึ้น ถ้าหากไม่มีการปรับระดับรางให้เหมาะสมกับแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางแล้ว อาจจะทำให้รถตกรางได้ จึงจำเป็นต้องมีการยกระดับรางรถไฟ ที่อยู่ในทางโค้งด้านนอก ให้สูงกว่ารางด้านใน การยกระดับนี้เรียกว่า ยกโค้ง (cant) สำหรับความเร็วขบวนรถคันหนึ่ง ถ้ารัศมีโค้งยิ่งแคบเท่าใด การยกโค้งก็ต้องมีมากขึ้น และในกรณีที่โค้งมีความแคบมาก ความเร็วขบวนรถจะต้องลดลงด้วย ฉะนั้น ทางรถไฟที่ก่อสร้างในสมัยหลัง จึงพยายามสร้างให้มีรัศมีโค้งกว้างมาก และจำกัดความลาดชันให้มีแต่น้อย ขบวนรถจึงสามารถทำความเร็วได้สูง หรือรถจักรสามารถลากขบวนรถได้ยาวขึ้น ซึ่งค่าก่อสร้างจะสูงมากในระยะแรก แต่อาจจะได้ผลคุ้มค่าในระยะยาว สำหรับการบำรุงรักษาทางนั้น เนื่องจากขบวนรถโดยสาร และขบวนรถสินค้ามีจำนวนเพิ่มขึ้น พิกัดบรรทุกมากขึ้น และวิ่งด้วยความเร็วสูงขึ้นกว่าเดิม จึงจำเป็นต้องมีเครื่องมือเครื่องใช้ที่มีประสิทธิภาพในการทำงานสูงขึ้นกว่าเดิม เช่น การนำเครื่องมือกลมาใช้ในการอัดหิน เพื่อปรับระดับ เป็นต้น หมอนคอนกรีต หลักสำคัญของการบำรุงรักษาทางรถไฟ คือ ๑. ให้ระดับของรางทั้ง ๒ ข้าง ต้องเสมอกันในทางตรง และยกโค้งให้ถูกต้องในทางโค้ง ๒. แนวทางในทางตรงต้องตรง ไม่คดไปมา และต้องโค้งได้รูปในทางโค้ง ๓. ระยะห่างระหว่างราง ๒ เส้น ต้องถูกต้อง รถจึงจะวิ่งได้เรียบ และปลอดภัย  ในการสำรวจ เพื่อสร้างทางรถไฟนั้น ต้องมีการหาแนวทางที่ดีที่สุด และประหยัดที่สุด ถ้าพื้นที่ใดเป็นบริเวณภูเขา ก็ต้องพยายามหลีกเลี่ยง ทั้งนี้เพราะการสร้างทางผ่านภูเขานั้น ทำลำบาก และค่าก่อสร้างก็สูงกว่าการสร้างทางในทางราบมาก เว้นไว้แต่มีความจำเป็นไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ ในบางกรณีก็ใช้วิธีเจาะเป็นช่องเข้าไปในภูเขา เพื่อให้ขบวนรถลอดผ่านภูเขาไปสู่จุดหมายปลายทางได้ ช่องทางรถไฟที่ถูกสร้างขึ้นโดยให้ลอดไปใต้ภูเขานี้ เรียกว่า อุโมงค์ (tunnel) ในปัจจุบันมีอุโมงค์ที่สร้างขึ้น เพื่อใช้เป็นทางรถยนต์ และทางรถไฟหลายแห่ง ในต่างประเทศมีการสร้างอุโมงค์ลอดลงไปใต้ดิน บางแห่งก็สร้างอุโมงค์จากเกาะหนึ่งลอดลงไปใต้ทะเล แล้วไปโผล่ขึ้นที่อีกเกาะหนึ่ง สำหรับทางรถไฟทุกสายในประเทศไทยมีอุโมงค์อยู่ทั้งสิ้นรวม ๖ แห่ง ล้วนแต่เป็นอุโมงค์ลอดภูเขาทั้งสิ้น คือ ทางสาย ชื่ออุโมงค์ ระหว่างสถานี ความยาว (เมตร) เหนือ " " " ใต้ ตะวันออกเฉียงเหนือ ปางตูมขอบ เขาพลึง ห้วยแม่ลาน ขุนตาล ร่อนพิบูลย์ เขาพังเพย ปางต้นผึ้ง-ห้วยไร " " บ้านปิน-ผาคัน แม่ตาลน้อย-ขุนตาล ช่องเขา-ร่อนพิบูลย์ โคกคลี-ช่องสำราญ ๑๒๐ ๓๖๒ ๑๓๐ ๑,๓๕๒ ๓๓๕ ๒๒๕ อุโมงค์ที่ยาวที่สุดของการรถไฟฯ คือ อุโมงค์ขุนตาล อยู่ที่อำเภอห้างฉัตร จังหวัดลำปาง ระหว่างสถานีแม่ตาลน้อย-ขุนตาล มีความยาว ๑,๓๕๒ เมตร การก่อสร้างใช้เวลาทั้งสิ้น ๑๑ ปี วิศวกรชาวเยอรมันผู้มีหน้าที่อำนวยการเจาะอุโมงค์นี้คือ นายเอมิล ไอเซนโฮเฟอร์ (Emil Eisenhofer) ซึ่งบัดนี้ถึงแก่กรรมไปแล้ว และได้มีการสร้างอนุสาวรีย์เล็กๆ ไว้เป็นอนุสรณ์ ที่บริเวณปากอุโมงค์ขุนตาลด้านเหนือ ใกล้กับสถานีขุนตาล ซึ่งผู้ที่นั่งรถไฟผ่านไปมาจะมองเห็นได้อย่างชัดเจน รถไฟเริ่มเกิดขึ้นเป็นครั้งแรกในประเทศอังกฤษ เมื่อประมาณสามร้อยปีมาแล้ว เดิมทีเดียวสร้างขึ้น เพื่อใช้บรรทุกถ่านหิน รถนั้นมีล้อแล่นไปตามราง และใช้ม้าลาก ต่อมาในปี พ.ศ. ๒๓๕๗ ยอร์จ สตีเฟนสัน(George Stephenson) ชาวอังกฤษ ได้ประดิษฐ์รถจักรไอน้ำ ซึ่งสามารถแล่นได้ด้วยตนเองเป็นผลสำเร็จ นำมาใช้ลากจูงรถแทนม้าในเหมืองถ่านหิน ภายหลังจากนั้นก็ได้มีผู้ประดิษฐ์รถจักรไอน้ำ และรถจักรชนิดอื่นๆ ขึ้นอีกหลายแบบ รถไฟได้เปลี่ยนสภาพจากรถขนถ่านหินมาเป็นรถสำหรับขนส่งผู้โดยสาร และสินค้า ดังเช่นในปัจจุบัน ทั้งนี้อาจกล่าวได้ว่า กิจการรถไฟเป็นที่นิยมแพร่หลายไปทั่วทุกประเทศในโลก สถานีกรุงเทพฯ สร้างเมื่อ พ.ศ. ๒๔๕๙ เป็นต้นทางของทางรถไฟสายสำคัญสี่สาย  สำหรับในประเทศไทย ถือว่า การเดินรถไฟเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. ๒๔๓๙ ในสมัยของพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว เป็นการเดินรถไฟระหว่างสถานีกรุงเทพฯ กับอยุธยา ระยะทาง ๗๑ กิโลเมตร ปัจจุบันทางรถไฟที่สำคัญของประเทศไทยมีอยู่ด้วยกันทั้งสิ้นรวมสี่สาย คือ สายเหนือ ถึงจังหวัดเชียงใหม่ สายใต้ ถึงจังหวัดนราธิวาส และจังหวัดสงขลา สายตะวันออก ถึงจังหวัดปราจีนบุรี และสายตะวันออกเฉียงเหนือ ถึงจังหวัดหนองคาย และอุบลราชธานี รวมเป็นระยะทาง ๓,๘๕๕ กิโลเมตร รถจักรดีเซลลากจูงรถพ่วงไปบนทางซึ่งทำด้วยรางเหล็ก องค์ประกอบของการเดินขบวนรถไฟที่สำคัญได้แก่ ทางรถไฟ รถจักร รถพ่วง เครื่องอาณัติสัญญาณ และสถานีรถไฟ ส่วนประกอบของรถไฟ  ขบวนรถไฟประกอบขึ้นด้วย รถจักร อันเป็นต้นกำลังที่สำคัญ ทำหน้าที่ลากจูงรถคันอื่นๆ ให้เคลื่อนที่ไปได้ รถจักรมีหลายชนิด ได้แก่ รถจักรไอน้ำ ใช้เครื่องกลไอน้ำเป็นเครื่องต้นกำลัง รถจักรดีเซล ใช้เครื่องยนต์ดีเซลเป็นเครื่องต้นกำลัง รถจักรไฟฟ้า ใช้พลังงานไฟฟ้าเป็นเครื่องต้นกำลัง นอกจากรถจักรสามชนิดนี้แล้ว ยังมีรถจักรชนิดอื่นอีก คือ รถจักรกังหันก๊าซ ซึ่งใช้เครื่องกังหันก๊าซเป็นเครื่องต้นกำลัง และรถจักรที่เป็นรถโดยสารขับเคลื่อนด้วยตนเอง โดยใช้เครื่องยนต์ดีเซลเป็นเครื่องต้นกำลัง เรียกว่า รถดีเซลราง กับยังมีรถ โดยสารที่ใช้พลังงานไฟฟ้าเป็นเครื่องต้นกำลัง เรียกว่า รถรางไฟฟ้า อีกด้วย ส่วนรถพ่วงมีสองชนิด ได้แก่ รถสำหรับบรรทุกคนโดยสาร ซึ่งเรียกว่า รถโดยสาร และรถสำหรับบรรทุกสินค้า ซึ่งเรียกว่า รถสินค้า รถบรรทุกน้ำมันหรือของเหลว รถโดยสารนำมาพ่วงกันเป็นขบวนยาว เพื่อให้สามารถบรรทุกคนโดยสารได้เป็นจำนวนมาก รถโดยสารที่ใช้ในประเทศไทยมีหลายแบบ เช่น รถนั่ง รถชนิดนี้ส่วนใหญ่ ใช้ในขบวนรถที่วิ่งเวลากลางวัน รถนั่งนอน ใช้เป็นที่นั่งในเวลากลางวัน ดัดแปลงเป็นที่นอนได้ในเวลากลางคืน รถนั่งนอนใช้สำหรับขบวนรถที่เดินทางไกลทั้งในเวลากลางวัน และกลางคืน รถนอนใช้สำหรับขบวนรถที่วิ่งส่วนใหญ่ในตอนกลางคืน รถเสบียง ใช้สำหรับปรุง และขายอาหาร และ รถสัมภาระ ใช้สำหรับบรรทุกสัมภาระของผู้โดยสารส่วนหนึ่ง และเป็นที่ทำงานของพนักงานขบวนรถอีกส่วนหนึ่ง ส่วนรถสินค้า แบ่งออกเป็น รถเปิด ซึ่งเป็นรถที่ไม่มีหลังคาคลุม รถปิด อันเป็นรถ ที่มีหลังคาคลุม และ รถพิเศษ ซึ่งเป็นรถสำหรับบรรทุกของใหญ่และหนัก หรือสิ่งของที่ไม่อาจบรรทุกไปในรถเปิดและรถปิดได้ เช่น น้ำมัน เครื่องเคมีที่เป็นของเหลว ปูนซิเมนต์ เป็นต้น รถเช่นนี้ต้องออกแบบไว้เฉพาะเป็นพิเศษ และนอกจากนั้นยังมีรถบรรทุกสินค้า ที่ต้องการอุณหภูมิต่ำไว้ เพื่อบรรทุกปลา เนื้อสัตว์ ผลไม้ ผัก ซึ่งต้องออกแบบเป็นพิเศษ ให้แตกต่างออกไปจากแบบอื่นๆ อีกด้วย