鐵路上的各種土木工程設施，同時也指修建鐵路各階段(勘測設計、施工、養護、改建)所運用的技術（見彩圖）。鐵路工程最初包括與鐵路有關的土木（軌道、路基、橋樑、隧道、站場）、機械（機車、車輛）和信號等工程。隨著建設的發展和技術的進一步分工，其中一些工程逐漸形成為獨立的學科，如機車工程、車輛工程、信號工程；另外一些工程逐漸歸入各自的本門學科，如橋樑工程，隧道工程。現在鐵路工程一詞已僅狹義地指：鐵路選線、鐵路軌道、路基和鐵路站場及樞紐，其中站場設計在中國和蘇聯的有關關學院雖已歸入“運輸”專業，但在歐、美各國仍列入“鐵路工程”中。站場設計乃是運輸與工程兩專業人員均需具備的知識，而站場工程則是鐵路工程的重要部分。
瑞士國際線聖哥達隧道北口的線路
瑞士國有鐵路供稿
中國成昆線一線天兩隧道間拱橋
美國加利福尼亞卡揚埡口跨越落基山的線路
美國聖菲南太平洋鐵路公司供稿
中國成昆線花果山斜撐懸臂桁架蓋板棚洞洞口
鷹廈線橋隧相連
襄渝線紅巖灣隧道群
青藏線利用隧道越過錫鐵山分水嶺
眼鏡形展線：成昆線樂武展線，在西昌北的牛日河上遊，尼波至紅峰站間，距離約7公裡，高差142米，用16‰加力坡，展線長14.32公裡
螺旋形展線：成昆線法拉展線，在元謀南，龍川江上遊，小村站至阿南莊站之間，采用12‰加力坡
運送焊接長鋼軌的專用列車
焊接長鋼軌卸車
寬軌枕軌道
鋼軌連接零件——菲斯特型扣件
鋼軌連接零件——潘德羅爾型扣件
皖贛線上的軌排組裝基地
鐵道部科技館供稿
軌排運輸
鋪軌機
PZC-1 型配碴整形車正在操作
四川渡口市獅子山大爆破
皖贛線下坑隧道，光面爆破前檢查密集鉆孔
武昌車站錨定板擋墻
成昆線上鋼筋混凝土挑簷錨桿擋墻
成昆線上鋼筋混凝土挑簷石砌擋墻
安裝有點連式調速系統的株洲北站
調車場用繩牽引小車
鐵道科學院通信信號研究所供稿
調車場調速用外側式減速速頂
上海鐵路局工業公司供稿
調車場尾部用可控停車器
沈陽鐵路局吉林科研所供稿
T.JT-2型車輛減速器
鐵道科學研究院供稿
聯邦德國馬申編組站
北京豐臺西駝峰編組站
鐵路種類的劃分 按軌距劃分 分標準軌距鐵路、寬軌鐵路和窄軌鐵路。鐵路軌道上兩條鋼軌內邊從頂部下14～16毫米處所間隔的距離稱為軌距（見鐵路軌道幾何形位）。軌距是決定鐵路格局的基本技術要素之一。1886年國際鐵路會議正式通過1435毫米（4英尺8(1/2)英寸）為國際標準軌距。寬於此數的稱寬軌，窄於此數的稱窄軌。世界各國多采用1435毫米的標準軌距（約占62％）。有少數國傢或地區采用寬軌（約占17％），如1676毫米（阿根廷、印度、西班牙、葡萄牙等），1600毫米（澳大利亞、巴西等），1524毫米（蘇聯、巴拿馬等），1500毫米（法國的一部分）。采用窄軌的國傢和地區也不少（約占21％），如1372毫米(日本的一部分)，1067毫米(日本的大部分、菲律賓、南非、中國臺灣省)，1050毫米（非洲一些地區），1000毫米（馬來西亞、緬甸、泰國、越南和中國的一小部分），1000毫米以下軌距還有5種，大多數用於山地、島嶼、地方鐵路和廠礦專用線上。
按牽引動力劃分 有電力牽引、內燃牽引及蒸汽牽引三種。蒸汽機車雖是鐵路發源的最早的動力，但由於污染空氣，熱效率很低以及噪聲過大，已經逐漸被淘汰或僅用於小運量的線路上。電力機車的動力較強，而內燃機車靈活性大，兩者之中采取何種牽引動力，需視能源分佈、運量大小和自然條件而定。
按鐵路的任務和運量劃分 各國鐵路一般分為若幹等級，有些國傢的鐵路分為幹線、支線和山區線。中國國傢鐵路劃分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級及地方鐵路。①Ⅰ級鐵路。在路網中起骨幹作用，遠期(指運營後10年以上)年直通貨運輸送能力大於800～1000萬噸者。②Ⅱ級鐵路。在路網中起輔助連絡作用，遠期年直通貨運輸送能力等於或大於500萬噸者。③Ⅲ級鐵路。地方性質的鐵路，遠期年直通貨運輸送能力小於500萬噸者。
各國對各等級鐵路，在平原地帶和山區規定不同的線路標準（坡度、曲線半徑等）和建築標準。例如：中國Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級鐵路的最大坡度分別規定為6‰（困難地段12‰）、12‰、15‰；加力牽引時內燃機車線路的最大坡度可提高為25‰，電力機車為30‰；最小曲線半徑也有相應區別。在建築標準方面，例如：Ⅰ、Ⅱ級線要求能抵禦100年一遇的洪水，Ⅲ級要求能抵禦50年一遇的洪水。橋梁荷載、軌道構造亦均不同。對以旅客列車為主的和專門行駛旅客列車的鐵路，則按該線規定的列車速度決定其技術標準。中國還有地方興辦的鐵路，與各國的私營鐵路類似，每條鐵路的軌距、等級與標準並不劃一。
軌距、牽引動力種類和鐵路等級不但體現鐵路的性能，而且也決定鐵路上各種建築物的標準和總的工程投資和運營支出。實際運用時，還要根據更多的條件決定線路標準和進行具體設計。
世界鐵路發展簡況 起源 16世紀中葉，在歐洲各國的礦區，開始有馬牽引的木輪礦車行駛在窄軌的木軌上。18世紀各礦區經過改進，木軌改為鑄鐵軌。1804～1813年英國工程師制造瞭3臺蒸汽機車，其中最早的是帶有齒輪行於齒軌上的機車。這些都給鐵路的形成準備瞭條件。1823年英國人G.斯蒂芬森接受修建並裝備自斯托克頓至達靈頓鐵路的任務。他制成瞭蒸汽機車並由其子協助，於1825年9月27日建成這段長20多公裡標準軌距的鐵路。被公認為世界第一條機械牽引的鐵路。但鐵路時代的真正開始，應從1830年9月15日建成自利物浦至曼徹斯特的鐵路後算起，鐵路的高速可靠、低運價、大量運輸的功用才引起世界的重視。鐵路在工業革命中產生，同時在很大程度上幫助瞭工業革命的實現與發展。
發展 1830年後，美、法、德、俄、意、加等國相繼開始建造鐵路，以後逐漸擴展到世界各地。美國鐵路建設發展最快。至1916年美國境內鐵路總裡程已達406802公裡。發展最快的是1881～1890年的10年間，平均每年建成11000公裡。1916年以後美國不再興建新路，把力量轉移到既有線的改造和調整，並把部分平行而無經濟效益的鐵路拆除。因此，至1980年，美國鐵路營業總裡程為318505公裡。截至1980年，世界上共有約1300000公裡鐵路，其中鐵路營業裡程較多的國傢如表：
鐵路營業裡程較多的國傢
中國鐵路發展簡況 1876年，英商在上海開辦公司修築淞滬鐵路，是中國修建鐵路的開端，但後被清政府拆除。1881年自唐山至胥各莊間修建一條長9公裡的鐵路，采用輕便軌道，以騾馬拖曳，是年6月改為機車牽引。以後該線繼續展築，到1894年修通282公裡，奠定瞭京山（北京—山海關）鐵路的基礎。截至1911年，清政府共建成鐵路9100公裡，主要有京奉(北京—奉天即今沈陽)、京漢（北京—漢口）、津浦（天津—南京浦口）、京張（北京—張傢口）等鐵路。其中大多數為外國人參與修建管理。僅京張鐵路是由中國人主持，利用本國資金和工程技術力量建成（見詹天佑）。
1911～1937年，中國共建成新線9893公裡。主要有粵漢（廣州—漢口）、同蒲（大同—蒲州，今風陵渡）、浙贛(杭州—萍鄉—株洲)、隴海（寶雞—海州，今連雲港）以及日本侵占東北後在東北地區修建的各線。抗日戰爭期間，在艱難的條件下，又修建瞭湘桂、黔桂、湘黔的一部分鐵路。1945年全國鐵路總裡程為30186公裡，其中東北11335公裡，華北和西北8527公裡，長江以南6110公裡，臺灣3925公裡，海南島289公裡。1946～1949年期間，基本無鐵路建設。中華人民共和國成立時鐵路的通車裡程為21989公裡（不包括臺灣省鐵路）。
1949年以後，中國鐵路交通得到蓬勃發展，其主要特點是：①鐵路線向西北、西南延伸，扭轉過去重視沿海而忽視內陸鐵路建設的不合理佈局，對促進內陸資源開發、社會繁榮和加強國防建設起到積極作用；現除西藏外鐵路已遍及各省、市、自治區；②過去為外國勢力和地方勢力所分割的各鐵路系統，經改造連成為一體，在管理上統一起來；至1980年通車總裡程為51940公裡（不包括臺灣省），初步形成路網骨架（圖1）；③新線建設大多在地形困難、地質復雜的山區，因而工程艱巨。舊線進行瞭大量加強與改造，修建瞭不少復線，大幅度地增加瞭輸送能力。據1980年的統計，中國鐵路承擔著全國貨物周轉量的50％左右，旅客周轉量的60％左右。
圖1 中國鐵路公路網
世界著名的鐵路工程 其特點表現在兩個方面：一是在復雜山區中，以高超的技巧，利用與改造自然，完成高質量的線路；二是在一般地區，使動力與線路設備相協調，建成經濟有效，能行駛超高速列車的線路。其范例不勝枚舉，僅就其中突出者述其概要。在中國有京張鐵路、寶成鐵路（特別是寶鳳段）和成昆鐵路。在其他國傢和地區的著名鐵路工程有：
瑞士山區鐵路 瑞士全國處於阿爾卑斯山脈中。鐵路線出色地適應復雜的地形，在關鍵地段建造瞭長度超過14公裡以上的四座山嶺隧道。國有標準軌距鐵路營業線4684公裡已全部電氣化，連接法、德、奧、意諸鄰國。國有鐵路的哥達(Gotthard)線為北通聯邦德國，南接意大利的國際線，於19世紀80年代建成。在瑞士境內最大坡度為26‰。為瞭登上陡峻的山坡，山脈兩側有5處螺旋形展線，螺旋線路大部分在隧道中。全線最高點為橫貫主山脈的聖哥達隧道，全長14.998公裡。此線迄20世紀80年代一直是歐洲繁忙鐵路之一。一、二號辛普朗隧道是世界最長的兩座山嶺隧道。隧道附近的線路工程也是瑞士國有鐵路中的突出者。（見彩圖）
瑞士辛普朗隧道（長19.8公裡）洞口
瑞士國有鐵路供稿
瑞士國際線聖哥達隧道北口的線路
瑞士國有鐵路供稿
世界上普通軌道鐵路的實際最陡坡度為70‰(1：14)，用在瑞士的兩段1.0米軌距的線路上。一般達到60‰及以上時，有必要采用齒輪與齒軌相契合的齒軌鐵路（圖2），以防輪軌之間粘著力不夠而發生滑動。齒軌線是在過陡的自然坡度地段代替展線與長隧道的一種方案。齒軌最大坡度，除一處460‰與一處260‰（都在瑞士）外，不超過250‰。瑞士境內齒軌鐵路很多，為登山的有力工具。其中最著名的是越過少女峰埡口的少女峰鐵路，1.0米軌距，齒軌段落最大坡度250‰。少女峰埡口海撥3453米，為歐洲鐵路最高點。
南美高山鐵路 在南美安第斯山脈上有14條鐵路線海拔在4000米以上，6條為標準軌距，8條為1.0米軌距。工程上除應付復雜的地形外，還有高寒缺氧的問題。其中，秘魯中央鐵路自西海岸卡亞俄經首都利馬到安第斯山脊的標準軌距線路，最大坡度為40‰，充分利用展線和隧道技術。其中幹線最高點已達海拔4784米，而在到礦區的支線上最高點達到海拔4831米，至70年代末，這是世界最高點的鐵路。
南美最著名、規模最大的齒軌鐵路在智利海岸的瓦爾帕萊索到阿根廷首都佈宜諾斯艾利斯的1.0米軌距國際線上。其越嶺方向直短，在山嶺兩側共有13段齒軌線路，最大坡度為83‰。
北美橫貫大陸的鐵路 北美西部有以落基山脈為主的廣大山區與高原，自北至南連綿不絕。美國和加拿大通過這些群山修建瞭9條東西橫貫大陸的鐵路幹線，工程浩大，著稱於世。其中7條在美國，2條在加拿大。
在美國建成的第一條大幹線，其中困難的工程主要在西自舊金山東至奧馬哈的3040公裡間。1869年全線通車，有20‰的坡道連續20公裡，曲線最小半徑175米。在聖菲鐵路中，自芝加哥經堪薩斯城至洛杉磯的幹線有1600公裡蜿蜒於山區之中，東側采用35‰陡坡，利用展線技術，西側以約200公裡的14.3‰長大坡道跨過落基山脈。
在加拿大最著名的是加拿大太平洋鐵路。該線東起蒙特利爾，西迄太平洋岸的溫哥華，貫穿加拿大全境，全長4600多公裡。其關鍵工程集中在西段，越過落基山脈的幾個山埡口處。線路最大坡度為26‰，最小曲線半徑175米，於1885年修通。
蘇聯西伯利亞鐵路 自車裡雅賓斯克至太平洋符拉迪沃斯托克（海參崴）長7416公裡，自莫斯科算起全長9313公裡的橫貫西伯利亞的大鐵路，於1891年沙俄時代，自東西兩端同時開工。初時，在中間通過貝加爾湖時，還需用船（在冬季用雪橇）運輸。於1916年，繞湖線路修成，全線通車。又於1974年開始修建西起貝加爾湖烏斯季庫特，東至阿穆爾河（即黑龍江）下遊的共青城，全長3200公裡的第二條西伯利亞貝阿幹線。該線經過7座山嶺，困難地段的雙機牽引坡度為18‰，最長越嶺隧道長15.3公裡。
這兩條鐵路所經之處屬於大陸氣候，嚴寒季節氣溫最低達-50～-70°C，夏季氣溫達40°C。全線的60～65％通過永凍地帶，還經行幾百公裡的沼澤地帶和地震烈度達7～9級的頻發地震區，施工難度大。
日本高速鐵路 第二次世界大戰前的日本鐵路軌距均為1.067米。戰後各國鐵路致力於提高旅客列車速度，日本開始修建標準軌距旅客列車的電氣化高速線。東海道新幹線(東京-大阪)全長515公裡，於1959年開工，1964年10月通車，最高速度達到210公裡/時，開創瞭世界高速鐵路的紀錄。該線最大坡度20‰，最小曲線半徑2500米，所經地形山巒起伏，修建瞭很多高架線路橋；隧道長度占鐵路線全長的46％。接著又於1967年3月至1975年3月完成瞭大阪—博多553公裡的山陽新幹線，最高速度提高到250公裡/時，最大坡度采用15‰，最小曲線半徑4000米，隧道和橋梁總長占線路全長的87％。這兩條線通車後與舊線相比，行車時間縮短瞭一半。隨後，日本的高速鐵路線進一步推向全國，新建的有上越新幹線（東京市的大宮—新潟，273公裡)；籌建的有東北新幹線（東京—盛岡，496公裡）等。時速在200公裡以上的高速鐵路線，在世界上，以日本鐵路的規模最大。
法國高速鐵路 自巴黎至裡昂425公裡的電氣化標準軌距雙線旅客列車的高速鐵路，在1981年9月底大部分在新線上通車（1983年改線部分全部完成），宣告世界鐵路的列車速度又創新紀錄，試驗速度曾達380公裡/時，設計速度300公裡/時，實際運營速度260公裡/時。與日本新幹線一樣，其所以能行駛如此高速的原因在於：①線路的曲線半徑很大，采用4000米；②軌道仍采用傳統結構，但對路基建築、軌道強度、穩定性與幾何形位比一般線路有更高的要求；③大功率的牽引設備與輕質車輛（法國高速列車在兩端設機車，功率6000千瓦，鋁合金車廂）和經濟的坡度標準相協調配套；④自動控制的信號與通信裝置；⑤與其他交通線全用立體交叉。法國高速線與日本新幹線不同之點是：①地形條件相對平坦，不需象日本各線大部分設在橋上與隧道中。在6次越過山地時，采用35‰的大坡，沿線兩側全部用網籬攔起，以防人畜侵入軌道。②425公裡營業線中兩端利用舊線，實際建築裡程隻有380公裡。由於采用這兩項措施，在土建工程上節省大量投資，而在線路、機車、車輛、信號上采用先進的設備，從而得到明顯的經濟效益。
現代鐵路發展動向 從一開始起鐵路優於其他交通運輸工具的地方是速度較快和每列列車裝載較多。現代鐵路又在高速及重載方面有新的發展。
提高速度 繼日本高速鐵路成功之後，法、意、聯邦德國、英、蘇、美等國鐵路都用不同的方法致力於提高旅客列車速度。在技術上，采用傳統軌道將旅客列車速度提高到250公裡/時左右已成為可能。此外，德、日、法等國正在探索磁浮式鐵路，試驗時速已突破500公裡。
增加載重量 指的是：①增加貨運車輛載重，在原有橋梁與軌道荷載潛力范圍內提高車輛軸重與增加軸數，貨車載重可達100噸。②增加列車中車輛數目，列車編組為100～150輛，最多達200輛，用機車5～8臺分掛於列車各部，列車長為1800～4000米，列車貨物載重1～2萬噸。③發展循環專用列車或單元列車，即為一個特定用戶專編車型一體化的直達列車，在兩固定站（如礦區、港口等）之間循環運行。重載長大列車的運輸成本在美國比普通貨運列車約降低1/3～1/4，在貨運量大的線路上有明顯的經濟效益。
新的課題 現代鐵路的發展給鐵路工程提出瞭不少新問題，例如：客運和貨運線路標準之間的巨大差別；加修第二線的最佳時間；站坪長度、坡度、曲線的優化設計；軌道結構的強度與穩定性等，都有待於深入研討。