W związku z użyciem podanych wyrażeń muszę sformułować dwie obserwacje.
Po pierwsze, wyrażenia te funkcjonują najczęściej jako indywidualne nazwy pewnych tras kolejowych, a w takim razie zasadny jest zapis wielkimi literami. Stosuje się go też w poważnych publikacjach, np. w encyklopediach PWN.
Po drugie, wyrażenia te mogą funkcjonować jako pospolite, charakteryzujące odpowiednie obiekty jako ‘kolej prowadzącą przez Syberię’ oraz ‘kolej prowadzącą z Warszawy do Wiednia’. W takim wypadku ich znaczenie nie musi się ściśle pokrywać z tym, które wyraża zapis wielkimi literami.
Nic nie stoi na przeszkodzie, żeby oba zapisy uznać za poprawne, a wybór odpowiedniego wariantu będzie wskazywać na intencję piszącego. W razie wątpliwości podpowiadam zapis od wielkich liter.