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世界科技全景百卷书: 新交通系统
从北京乘上波音喷气客机,越过东海,只要3个多小时就能飞抵日本东京的成田国际机场。但是坐小汽车,从成田机场到东京市内仅65千米行程,跟随在高速公路上缓缓流动的车流中行驶,也要花费3个多小时。乘客的增加,车辆的拥挤,空气的污染,尤其是小汽车的泛滥,许多高速公路成了低速公路。城市交通面临着新的改革,建立一种自动化、高效率的,既具有公共汽车的大众性和经济性,又有小汽车的灵活性和适应性的新型客运系统,就十分必要了。 美国最早开始进行这种研究。1968年,有关人士向议会提出“未来的城市交通”设想,并把它称为自动化导轨客运系统。它们采用橡胶车轮,利用侧式或中央导轨导向,由计算机集中控制,实行无人管理。经过多年的研究和实践,许多国家在此基础上进行了改进。各国的新型客运系统,名称各不相同,但是技术水平大致相似,是一种自动化程度很高的有轨快速客运方式。与地铁和市郊铁路相比,车辆重量轻,数千米的小半径曲线和50‰的陡坡。站上无人管理,车上无人驾驶,完全由电子计算机控制,运行密度高,节省人力,节约营运费用,且能随喀运量的变化,在不减少车次的前提下,加挂或减挂车辆。这种新交通系统的出现,标志着城市交通的发展,进入了一个新的时代。 1974年,美国在达拉斯沃斯堡机场,建成第一个自动化导轨客运系统,全长21千米,设有52个车站,钢筋混凝土路面,有导向壁、供电轨和信号传输机。每辆乘客车有16个座位,24个站位,最高时速27千米。列车间隔最小18秒,每小时运送能力9000人次,1978年运送了630万旅客。第二系统于1979年在摩根城正式通车,全长14千米,设有5个车站,列车间隔时间最小15秒,最高时速48千米。采用充气橡胶轮胎,在有导轨的路面上行驶。随后,美国推广这个系统,1986年4月,迈阿密自动化导轨客运系统建成开业。该系统直接从高楼内穿过,与城市建设融为一体,形成奇妙的景观。 日本和德国对新交通系统也怀有浓厚的兴趣。日本大阪在南港与市内住之江公园之间,建设了一条全长6.9千米的双线高架式新交通系统。车站全部高架,站台周围采用玻璃屏幕,配有电梯和自动扶梯等设施,便于年老体体弱者使用。列车由9节车厢组成,有冷暖气设备。为便于观赏风景,采用大玻璃窗。首尾为动力车,可往复行驶。车厢下面有实心的橡胶导向轮。由于车辆受水泥导轨引导,又是多辆联挂运行,所以认为属于铁路的一种。但因其用橡胶车轮行驶,又类似公路。车辆的运行由电子计算机集中管理。计算机为三重系统,即当一套发生故障,指挥失误时,另两套“以多胜少”,能够继续指挥。整个系统的设备仪表,也采取多种措施,保证行车安全。车站能利用“站上操作台”控制列车车门启闭和列车出发。通过电视将各站台的情况,传送到中央控制室。在站与站之间运输,调度员也可通过计算机向行驶中的列车发出各种指令。列车运行间隔2分钟,全程运行时间 14~15分钟,每日运量7万人次。此外,日本在神户等地,还建有类似的4个系统。正在兴建的还有10多处。 德国的新交通系统称悬挂铁道,建在多德蒙特大学校园内,全长 11千米。其特点是车辆挂在离地面5~11米和箱型空心梁上,很像独轨铁路,但采用直线电动机驱动,实行无人操纵,最小运行间隔为40秒,每小时最大运输能力2100人次。 据有关人士介绍,目前已经建成的线路,尚属简单的轨道运输系统。车辆虽是自动运行,但基本方式是往复式或循环式,线路没有或很少有交叉,车站没有待避线,列车只能按照顺序运行。如果提高自动化程度,在车站设待避线,后车可以超越前车,每列车可根据旅客的情况决定发站和到站,而不受先后顺序的约束,这是第二种。自动化程度最高的第三种,是轨道运输系统的线路形成网络,车辆小型化,在电子计算机的控制下,许许多多的车辆协调地在网络上自动运行,能如同出租小汽车一样,满足乘客需要。但速度、安全和环境保护方面,均远远优于小汽车,且无人驾驶。这将是未来大城市的交通发展前景。 地下铁路 地铁的优势 为什么地铁能够成为各大城市的主要交通工具,并且受到越来越多国家和城市的重视呢?这是因为同其他交通工具比较,在城市客运中,地铁具有许多独特的优势。 运量大,速度快,是地铁的最大优势。目前,普通地铁列车的一节车厢,可容纳200名乘客。地铁列车编组一般为4~6节,早晚上下班高峰时增加到8~10节。这样,一列列车可载客800~2000人,比地面公共汽车大7~10倍。地铁列车的行车时间间隔很短,高峰时间每一二就有一辆列车通过,每小时单向载客能力可达5~6万人。 交通工具速度快慢的比较,不仅要看技术速度,更要看实际旅行速度。地铁不仅技术速度高,而且实际的营运速度也大大快于电车和公共汽车。尤其在大城市,由于车辆过多,上下班高峰时间,汽车堵塞现象相当严重,以致常常出现人们说的“汽车不如自行车走得快”的现象。目前,大城市电车、公共汽车的一般时速为10~20千米,但地铁时速一般为30~70千米,最高可达120千米,为公共汽车和电车的3~4倍。 据国外有关机构测算,乘坐地铁通常要比公共汽车、电车节省1/3~2/3的时间。巴黎地铁的特别快车线,车速每小时约100千米,乘客只用8分钟就可穿过巴黎市区。马赛地铁由终点站到市中心仅用18分钟,而乘公共汽车需45分钟。据比利时西线地铁统计,一年节省乘客出行时间达1亿小时。日本福冈市计算,该市地铁一天节省旅行时间 46630小时,相当于一年节约255.5亿日元。 地铁的另一重大优势是节约城市用地。地铁建在地下,几乎不占用地面用地。这对用地紧张、地价昂贵的大城市来说至关重要。尤其是在城市中心区,土地就更加宝贵。纽约的曼哈顿、东京的银座、北京的王府井、上海的南京路,都是世界闻名的人口集中、建筑密集、交通拥挤、土地昂贵的地方。在这些地区中,有的还有许多需要长期保存的历史建筑物。在这些地段改建或兴建交通设施,哪怕是座占地不多的过街人行天桥,也十分困难。如果修建地铁,既能解决大运量、高密度的客运问题,又占用不了多少土地,还能较好地保存地面上的历史文物。 从国防角度讲,地铁还具有战略作用。第二次世界大战期间,英国伦敦由于地铁工程坚固,希特勒狂轰滥炸,并没有使英国的神经中枢瘫痪。所以各国大城市,都在大力发展地下交通,尽量将市中心的交通地下化。许多科学家预测,21世纪的大城市中心区,不仅交通设施地下化,其他许多城市设施也将向地下发展。他们认为,地面以下50米深处具有出色的恒温性、隔热性、密封性、耐震性等特殊性能。对来自空中和地面的爆炸,包括原子弹在内,几乎不受影响。在非常时期,地铁既可以保证城市的交通地运输畅通,又能成为安全可靠、容量很大的防空壕。 此外,地铁的安全率要比自行车、摩托车、公共汽车、无轨电车等交通工具高出10以上。这也是地铁的一大优势。 与地面交通相比,地铁的污染也最少。地铁列车采用电力驱动,无废气,不污染环境。地铁列车运行虽然也有噪声,但由于它在地下运行,对地面影响很小。近几十年来,不少城市的地铁系统,列车采用橡胶充气轮胎。这种列车沿着抬高的、表面光滑的混凝土轨道疾驶,几乎没有噪声。 那么地铁是否也有缺点呢?有的。地铁最主要的缺点是造价十分昂贵,而且工期比较长。美国巴尔的摩地铁每千米的造价1900~2500万美元;华盛顿为6300万美元;香港地铁跨越海峡,每千米造价7500万美元;日本全国地下铁道平均造价每千米高达1亿美元。这是许多国家、尤其是发展中国家对建造地铁持慎重态度的主要原因。但是,造价也有较低的,如韩国汉城地铁每千米造价为600万美元,意大利米兰为400万美元。造价低的原因,主要是入地较浅,隧道直径小。为了降低造价,有些地铁把郊区轨道设在地面,市内部分有的根据地形建成高架线。所以,地铁往往成为包括地下、地面和高架铁道的总称。 地铁车站 地铁车站是聚集和疏散地铁乘客,并为乘客服务的场所。地铁车站的站间距离不能太近,也不能太远。对此,各国都有相应规定。如前苏联,在居民密度高的地区,站距在1000米以内,郊区为2000米。巴黎市区地铁平均站距为540米。我国北京地铁平均站距为1380米,上海为1230米。 地铁车站的设置,关系着乘客的吸引范围和客流量的大小。车站的出入口,也尽量与周围建筑物及其他设施结合在一起。纽约的世界贸易中心大楼,是两幢具有110层、高约500米的超高层建筑物,每天大约有10万人这两幢摩天大楼里办公。在这两座大楼底下,就设有四通八达的地铁车站,有3条地铁线路和一条穿越哈得逊河到新泽西河岸的隧道,以便为中心大楼的工作人员和来往乘客提供服务。加拿大蒙特利尔的所有地铁车站,都与其周围环境融为一体。无论是安排在公园之中而取得与丛林绿茵配合的良好景观,或者是深入到商业区内,车站的中层楼都与人行步道的高度相同,并且直接连通,也可直接通往办公楼的厅廊和旅馆。尤其是心脏地区的四个地铁车站,与周围的25幢办公大楼、1万个车位的停车场、350座大小商店、6家医院、3家大百货商店、35家旅馆、6座电影院、2个洲际铁路车站、蒙特利尔证券交易所和北美洲最大的商业中心之一圣·布纳劳杜拉连通起来,来往十分方便。 我国台北市中心的地铁,是同地面火车站融为一体的车站。该站共有10层,其中地面以上有6层,地下有4层。地下第四层供“红线”地铁行驶;地下第三层设有中央大厅,供地铁旅客使用;地下第二层为台湾铁路局的 9股铁路(台湾铁路干线在台北市中心的线路均已转入地下)和4个岛式站台;地下第一层设有铁路旅客中央大厅。地下各层均设有停车场,可容纳600辆汽车和300辆摩托车。地上二楼设有百货公司等各种商店和酒家。三至六楼是地铁和铁路部门的办公室。为加快旅客进出站,车站设有44部自动扶梯连接地下各层,并备有16部电梯为地上楼层服务,其中有4部专为残疾旅客服务。站内每34分钟调换一次隧道空气,通风量为每人所需空气的2倍。电力系统全部遥控,如发生事故,在数十秒内即可自动切断电源,保证安全,堪称为“智慧型车站”。 莫斯科的地铁车站造型各异,颇具匠心,大都以大理石、镶嵌砖为装饰,十分富丽堂皇。一根根巨大的柱子,令人眼花缭的枝形吊灯,以及各种雕塑和镶嵌图案,使人宛如进入一座地下宫殿。环绕老城中心的地铁线沿途每一站,都体现出艺术家、建筑师的不同追求。白俄罗斯的地铁站内,大理石柱洁白光亮,地面铺着厚实的花砖,并安上一根根装饰性柱子,上面用彩色瓷砖镶嵌出一幅幅表现白俄斯人民辛勤劳动、爱好和平的图案。诺弗斯罗波兹卡娅站更是非同一般,熠熠闪烁的彩色玻璃柱,使乘客置身于现代艺术的奇妙氛围之中。 值得一提的是,许多地铁车站运用艺术语言作车站标志,使乘客一见到车站的陈设和装饰,便知道是到了哪一个车站。如巴黎的罗浮宫地铁站,不设广告,只陈设与罗浮宫博物馆有关的艺术品。乘北京地铁的人,一见到四大发明的壁画,便知道到了建国门站;见到了去长城的巨幅壁画,便知道到了西直门站。墨西哥城地铁为了让不识字或不熟悉道路的人能看标记凭地图下车,每个站都有一个代表站名的浮雕图样,做到了艺术与服务的统一。该城的地铁车站,不仅为人提供方便舒适的旅游环境,而且简直是一座座文物古迹的宝库,堪称地下博物馆。其中有一站位于市中心广场下,车站里矗立着不同时代的巨大建筑模型,和地面上的建筑一模一样。 更令人叹为观止的是瑞典的斯德哥尔摩,它把地铁作为地下美术馆,这里有跨越40年之久的156位艺术家的作品,分别悬挂在50多个地铁车站内,被誉为世界上最长的美术馆。 地铁服务系统 随着科学技术的进步,时间节奏的加快,地铁的服务也在不断提高。为使大量的地铁乘客迅速出入地铁车站,许多城市的地铁,都增加了车站出入口的数量。堪称亚洲之最的上海地铁徐借家汇车站,全长606米,东西两侧有14个出入口。在宽敞的大厅里,矗立着42根无缝亚光不锈钢巨柱,加上乳黄色的釉瓷砖墙,会使你惊叹其色彩瑰丽、气势恢宏。站厅南面设有26773平方米的地铁商场。地上有市百六店、东方商厦、太平洋百货、大千美食林等等大型商场和密布的商店,构成了上海西南的商业中心。香港地铁的中环站,在东西长达380米范围内,也建有15个出入口。因为中环地区是香港最重要的商业区,许多大银行、大公司的总部都设在这里,进出口商行、律师行、会计师等不计其数。这里到处是巍峨的大厦,是数以万计的“白领”(办公室职员)谋生之地。这个车站的许多出入口设在大厦之内,从车站出来,不知不觉便进入了商场。在这些大楼里工作的乘客,不用走马路,但能直接进入车站,不少人从离家开始,不用去下街道,半小时左右便到了中环写字楼中,还有一些城市为解决地铁换乘点乘客走行距离长的问题,安装了移动式的人行便道,好似航空港内的行人皮带输送机。有的自动扶梯向上一直运行到街道同样的高度,方便乘客。 东京的地铁朴素无华,却十分实用。所有车站都设有自动售票机,售票机上面有全市的地铁线路图和票价表。买票时,看一下自己所去的站名和票价,把硬币投入口内,然后按下一下灯光显示不同票价的按纽,车票便但自动投入了取票口。如果你放进去的钱多它会自动找钱。万一身上没有带硬币,也不用发愁,因为所有的车站都有纸币自动兑换机,把纸币放入兑换口,便自动换成相等金额的硬币。在每条线路的主要车站内,还设有月票售票处,购买十分方便。各条地铁线路各用一种固定的颜色,比如天蓝色东西线地铁,这条线上的车体颜色、车站内表示方向的箭头都是天蓝色。换车时,沿着箭头所指的方向,很快就可以找到所换乘的路线。下了车,就会发现车站中央有一块大牌子,上面标明各个出口附近有什么主要建筑物。出了车站口,又有一块显示周围地理位置的示意图,上面详细标明该车站口的位置和街道、楼房的位置和名称,不用问人,就可以顺利找到所要找的地方。 有的城市车站备有比扑克牌略大一点的地铁线路图,乘客可以随便拿,上面介绍了各条线路主要站点、票价、列车行驶时间。车站还为盲人设置专用步道,是用一种麻面陶瓷步道板修筑的,盲人一踏上去就会感觉出来,沿这种步道走下去,就可以上车。 香港地铁的车票服务系统效率很高。车票其实是一张电脑磁卡,记录有售票时间、票值、车站等资料。进站时,把车票插进闸机的收票孔,机上的电脑验明无讹,旋转闸打开,乘客取回吐出的车票,同时进闸。这个过程只花一两秒钟时间,快捷便当。出闸时,情况相同,只是闸门不再把只使用一次的车票吐出。 香港地铁的票价政策也很灵活,不同区段采取不同票价。车票分单程票、通用储值票和游客车票三种。单程票和通用储值票又分成人票和儿童、学生票两种。游客车票专供到香港的旅游者购买,但购买日期仅限于抵港后 14日以内,否则,过期不予优待。 线性小地铁 由于地铁具有许多独特的优势,已经修筑地铁的城市,还想扩展延伸;而那些尚未修建地铁的城市,也都希望新建地铁。但是,修建普通标准地铁所需费用极大,世界各国都非常关心这个问题。为了降低造价,地铁小型化就成为发展的必然趋势,于是线性地铁应运而生。 线性地铁,是以所用车辆的动力驱动采用线性感应电动机为特征的,即把标准地铁的旋转型电机改成线性感应电动机。 为什么要用线性感应电动机来代替呢?这是因为使用这种电动机,可以使地铁车辆小型化,从而降低地铁的造价。线性地铁使用的车辆,由于动力系统不需要从旋转运动转换成直线运动,省去了齿轮箱等一系列传动机构,减轻了车辆的重量。正是由于使用扁平的线性感应电动机,以及车上各种装载设备的小型化,使车辆车体底板比以前低60厘米,车辆断面积也缩小到以前标准地铁车辆的70%,从而在不影响运量和旅客乘车舒适程度的情况下,实现了车辆小型化。 为什么车辆小型化就能降低地铁的造价呢?因为一条地铁的建设费用,其中60%是用于修筑隧道,因此,缩小隧道的截面积,是降低建设成本的关键。由于线性地铁的车辆缩小了,隧道的断面积也可以相应缩小。据介绍,这种小型地铁的隧道,半径只有4米,比原来的大型地铁隧道的断面积缩小了将近一半。这就使地铁初期的建设费用,节省了大约20%~30%。尤其在修建普通标准地铁困难的地段及地下埋设物多的地段,建设线性地铁更具优越性。同时,由于使用低地板的车辆,以及车辆小型化,也降低了车辆的成本。研究机构对两种地铁的建设投资进行了核算,结果是线性电动机驱动的小型地铁与原来的大型地铁相比,成本可降低31%。 此外,线性小型地铁还有以下两个优点:一是适合曲线和陡坡线路,二是噪音小。 邮政地铁 在伦敦市中心大约21米深处,有一条不运送乘客的地下铁路。这条鲜为人知的地铁,已经默默无闻地为社会服务了60个春秋。它就是英国皇家邮政部门所有的、专门用于信件和邮包快运服务的邮政地铁。 这条全长10.5千米的地铁,全线共有7个车站,每天运行22小时,为2条地上干线的6个邮局和2个火车站运送书信包裹是目前伦敦最繁忙的地铁之一。它有34辆无人驾驶的电动车辆,每辆车长8.2米,正好装载4个邮件集装箱,总共可以装15个书信邮袋或6个包裹邮袋。车辆侧面可以打开,搭在站台上,但于装卸。运输高峰期间,每4分钟发一次,可以把2辆车联挂在一起运行,以提高其运输能力。装载邮件的车辆从帕廷顿站出发,经过5个中间站交接,最后到达东区邮局所在地白色教堂路站,全程只需26分钟,被誉为英国最快速、效率最高的邮政通道。现在,这条件功能独特的地铁,正在加速实现设备的现代化。不久,这条地下邮政通道将成为英国邮件流量最大、投递最快的典范。 最近,日本也在用地下列车运送邮件。这一系统设在地下50米深处,用直径5米的隧道,将东京地区的8个主要邮政局、12个邮政支局和一些邮政所联结起来,并在其中行驶无人操纵的邮件运输列车。整个隧道的长度为46.4千米。每列邮件运输列车由2节车厢组成,每隔2分钟发出一趟列车,它们的平均时速为30千米,最高时速可达70千米。 地铁线路网络化 一个大城市的交通,有无地铁固然很重要,但有了地铁,其线路是否连接成网,它的网络化的程度如何,也大不一样。因为连接成网的地铁,分布在各个居民区,能够吸引大部分地区的乘客,更能发挥地铁客运量大、速度快的优势,从而取得更大的效益。 莫斯科市从30年代初开始修建地铁,60多年来坚持不懈,战争困难时期仍然投入大量人力和物力,不停地建设地铁。到1986年底,地铁营运里程总长度已达212.5千米,车站增加到132个,共有“一环八线”,即4个条直径线、4个半径线和1条环线,形成纵横交错的庞大地铁网。莫斯科地铁是世界上最繁忙,也是客运量最大的地铁。它的线路长度仅相当于伦敦的一半,其运量却为伦敦的四五倍。年客运量高达27亿多人次,相当于全世界总人口的一半。 纽约和巴黎的地铁素以线路多,乘坐方便而闻名于世。纽约已经营运的线路共有32条,总长达416千米,纵横交错,四通八达,有的地段竟有两层地铁线路同时营运。全市共有465个地铁车站,24小时昼夜服务。在全市公共交通运输中,担负着70%的乘客运输任务。巴黎共有地铁线路18条,其中放射线16条,环线2条,全长466千米。在纵横交错的地铁线上,星罗棋布地设有425个车站。在巴黎市区任何地方,200米距离内均可找到地铁车站。 墨西哥城是世界上地铁位置最高的城市,海拔2240米,这是建设地铁比较困难的城市。众所周知,墨西哥城四面翠山环抱,风光秀丽,四季如春,气候宜人。但古时的墨西哥城,大部分地区是一片湖面,许多建筑物建在干涸的湖底。由于湖底的地层松软,它便成了世界著名的同地面下沉搏斗的城市。在这样的地层下建地铁,加上国内财政困难,自然不那么容易。但墨西哥政府仍拨出巨款,加强交通建设,结果该城成为世界上地铁发展最快的城市。从1969年9月第一条长12.66千米的地铁线路投入营运以来,到1987年底,共建地铁线路7条,总长130.452千米,增长10倍多,车站由12个增加到120个,也增加了10倍。 新中国的第一条地下铁道 1965年7月1日,新中国第一条地下铁道——北京地铁一期工程动工兴建。这天上午8点多钟,党和国家领导人朱德、邓小平、彭真、李先念、罗瑞卿等同志来到北京西郊玉泉路临时搭设的主席台前,由北京军区司令员、北京地下铁路工程领导小组组长杨勇宣布:“北京地下铁道开工典礼开始!”中央领导同志依次走向基石碑,挥动铁锹,向基石培土,由此拉开了新中国地下铁道工程建设的序幕。 新中国修建地下铁道的愿望始于1953年,由于种种原因未能实施。1965年国民经济进入新的发展时期,北京地铁修建方案再次提上议事日程。毛泽东主席审阅了北京地铁建设方案并作了批示:“精心设计,精心施工,在建设过程中,一定会有不少错误失败,随时注意改正。”不久,中央军委命令调铁道兵的精兵强将参与修建北京地铁。铁道兵、铁道部地铁工程局、北京城建局4万多建设者聚集北京,摆开了修建新中国第一条地下铁道的战场。 北京地铁一期工程以北京火车站为起点,向西至石景山苹果园,全长23.6公里。全线设有17座车站和一座地面车辆段。经过建设者4年零3个月的艰苦奋战,于1969年9月20日建成,并于当年10月国庆20周年时通车。二期工程从1971年3月开始,于1984年9月19日正式运营。它自火车站向北,经建国门,沿原来的内城墙环行至复兴门东端与一期地铁衔接,略成半圆形,故称环线工程。二期工程全长16.1公里,设有12个车站,与沿途9座立交桥和60多条公共汽车线路沟通,形成庞大的地上地下交通网。 北京地铁由我国自行设计、自行施工、自行制造设备,具有一定先进水平。地铁使用的电动机车最高时速为每小时80公里,列车双轨来回行驶,平均每天客运量约13万人次,最高峰时达29万人次。到1992年,北京地铁运量已达4.28亿人次,成为北京市公共交通的重要支柱。地铁列车车厢使用了自动广播、电动控制、密结式风电钩、空气弹簧、塑料闸等国内先进技术。信号系统的自动闭塞设备首次采用了我国的体积小、性能好、防干扰效率高的具有了国际先进水平的移频自动闭塞设备。为了减少通风设备产生的噪音,科研人员自行研制出一种具有国际先进水平的无机硬性微孔吸声砖,消音效果十分显著。地铁的车站,犹如一座座雄伟壮观的地下宫殿,各站结构型体大致相同,但设计者利用多种手法,使各站构造新颖别致,各具特色。北京地铁的建成不仅极大地加速了首都的城市交通,而且开辟了我国修建地下铁道的新纪元。 隧道与铁路 铁路隧道 1829年,在英国建成的利物浦——曼彻斯特铁路线上,出现了世界上最早的一座铁路隧道,全长达1190米。从此,隧道偕同铁路一起在世界各国修建开来。1893年,秘鲁在穿越南美的科迪勒拉山系时,修筑了一条加列尔隧道,这条隧道长2800米,海拔4680米,是目前世界上最高的铁路隧道。由于海拔过高,穿越隧道时常使旅客引起高山病而感到不适。1921年,瑞士和意大利两国间修建了一条辛普伦二号隧道,长度为19823米。它是目前世界上最长的铁路单线隧道,最大埋设深度达2136米。施工时,洞内温度曾高达摄多56度,给施工带来了很大困难。 目前我国铁路隧道总长度已达2000多公里,其中1900多公里是解放后修建的。30年来,我国共修建了3600多座铁路隧道,平均每年修建120座,总长为60公里,是世界上每年平均修建速度最快、数量最多的国家。如成昆铁路,全长1085公里,共有隧道427座,总延长米240多公里,占全线长度的31%,2公里以上的就有34座。襄渝铁路全长800多公里,隧道占了34%,目前我国建成通车的最长的铁路山岭隧道是应原线上的驿马岭隧道,全长7032米。 据科学家认为,高速铁路多修隧道可以避免与地上其他交通干扰,选线可以尽量平直,通车后可以做到少维修和不维修,这在科学上和经济上都是合理的。 为了提高修建隧道的速度,目前国际上采用了许多新的科学技术。日本国铁研究所试验用四千个大气压的高压喷水切割花岗岩,可以像切豆腐一样方便,而且切出来的缝非常整齐。美国有个二公里长的隧道,采用大型掘进机开挖隧道,用激光导向,偏差只有15毫米,日进20至30米,最高日进40米。如果这些方法能够得到推广,那么修建隧道的速度将会大大加快。 我国最早的铁路隧道 1887年,台湾开始修筑从基隆经台北至台南的铁路。这条铁路不仅是我国最早修建的铁路之一,而且在这条铁路上,修建了我国的第一条铁路隧道——狮球岭隧道。 这条隧道位于基隆与七堵之间全长261米。隧道的最大埋设为61米,建成于1890年。隧道于1887年起从南北两端同时开工,由我国工程师定出线路方向及中心桩的开挖高度,整个工程则由中国军队负责修建。隧道通过的地层为页岩、砂岩及粘土,其坚实性及透水性程度各不相同,岩层的倾角也很陡峻。这里每年的降雨量超过330毫米。在开挖过程中,由于对地面的防排水没有采取适当的措施,在北口洞外明处开挖时,整块岩层曾滑入路堑中,在南口也发生类似情况,但较北口稍好些。当时台湾政府曾下令放弃修建隧道而改用路堑代替,当时的工程负责人坚持修筑隧道方案并提出改动线路方向,将线路位置向西移动并在隧道中部设置了一个曲线,使工程得以继续进行。 海底隧道 人们居然能坐火车,从大海底穿过到达对岸,这是一件十分有趣的事,这在本世纪以前是想象不到的。只有科学技术发展到一定的时候,才使这种设想成为可能。 海底隧道是怎样修成的呢?原来,它和城市里的地下铁道一样,也是在海底下的岩层中开凿一条隧道穿过去的。火车从地面上经过引道开入海底隧道,再从对面的海岸引道开到地面上来。从纵剖面图上来看为“ ”形,中间水平部分即不海底隧道,两侧斜坡为海岸引道,上面水平部分为露出地面的部分。有时海底隧道根据地形、地质等具体情况,也不一定完全为水平。隧道的横断面在开凿时为圆形或马蹄形,隧道的底部还可以铺设输油管道和电缆等。有的复线隧道开凿成两个单线的海底隧道。 在一片汪洋大海的底下开凿一条隧道,确实是一个复杂而又艰巨的工程,无论是勘测、设计、施工,都会遇到一系列的复杂问题,如地质、地形、岩层裂缝、漏水等等。因此,修建海底隧道需要采用现代化的施工和技术设备。 1818年至1843年,英国在伦敦泰晤士河下,修建了一条水底隧道,长458米。原为人行及通马车之用,建成后改为通行铁路之用。施工时河水曾两次淹没了隧道而被迫停工,这是世界上最早的水底隧道。1942年,日本在下关和门司之间修筑了一条长6.3公里的海底隧道。这是较早的一条海底铁路隧道。 美国旧金山湾的海底隧道,水底部分长5790米,用57个管段,每段长82~107米,宽14.7米,高7.3米,排水量11000立方米,最大水深37.5米,是已知的管段沉埋最长的海底隧道。 在海底修建隧道,最容易发生的问题是裂缝和漏水,因此要求有防水、止水的有效措施。如用水泥沙浆喷射,压浆止水,强力抽排或化学凝固等方法。日本的一种化学药剂可在30秒内堵住水压每平方厘米10至20公斤、每分钟达3立方米的流量的裂缝水。 青涵隧道 世界上最长的铁路海底隧道是日本的青涵隧道,它位于日本的青森和函馆之间。日本的北海道与本州的联系,是通过海运和空运两途径来完成的。但是,由于日本客货运量发展迅速,海空运输已不能适应这种需要,而且海空运输均受气候的影响,因此,为解决这一问题,日本不惜耗费巨资决定修建这条加强本州与北海道联系的青涵隧道。 早在1950年,就开始通过疏浚和音波、地震探查以及潜水观察等方法对西线进行了调查,选择地质良好的地方作为隧道线路。开始设计时,选择了东、西两条路线,但东线在下北半岛的海岸附近突然下降需要穿过一条深达200米以上的海沟,并且那里处在火山带的轴心,因此采用位于水深140米以下海底的西线上。 青涵隧道全长为53.86公里,其中海底部分为23.3公里,它的最小曲线半径为6500米,最大纵向坡度为12‰,隧道断面采取双线断面。这条隧道于1964年着手开挖斜斜坑道,1972年着手开挖主坑道,目前,这个隧道仍在夜以继日地紧张施工中。 修筑这条隧道要开挖3条隧道。第一条为超前导坑,即从斜坑道的底部以3‰的纵向海峡中央开挖高4米、宽5米的隧道。它的目的是为了调查地质和确定灌浆、开挖方法以及搞清施工中会遇到的一些技术问题。这条超前导坑隧道,在将来主隧道施工时作为排水坑道和通风道使用。第二条是从斜坑道的中间在横离主坑 300米而与主坑道同样高度的位置上开挖,施工坑道。这条隧道的开挖主坑道之前,而以600~1000米的间隔向着主坑道设置若干开挖连络坑道,采取分段施工的办法,以缩短主坑道的工期。最后开挖主坑道,这是将业通过新干线的高9米、宽11米的隧道。 在开挖中,为了停止涌水坍方和保证安全,采用了许多先进的施工方法来加固地层。为了减少施工过程中隧道内的高温,潮湿和空气污染,采用坑道通风,使开挖面的温度保持在摄氏17度左右。 隧道里的惨剧 在修建隧道中发生的事故,比如坍方、涌水、毒气等等,从而引起伤亡事故,这在隧道史上是屡见不鲜的。但是当隧道修成通车后,也曾发生过一些重大的死亡事故,而这种死亡本来是完全可以避免的,它是由于缺乏科学知识而造成的。 1944年3月3日夜里12点多种,天气还很寒冷。在意大利南部亚平宁山区,一列火车穿过一座高架桥,钻进了一座很长的S形隧道。列车在潮湿、狭窄、路面倾斜的隧道中速度渐渐地缓慢下来。除了尾车以外全部车厢都进入隧道时,列车突然停住了。押车员佩罗站起来,拎着信号灯走下了尾车,想弄明白到底发生了什么情况,他沿车察看,发现所有的旅客全部都搭拉着脑袋,摊在座椅上。佩罗在隧道里感到头重脚轻,天旋地转。他跌跌撞撞地跑出隧道,站在桥上,一边深深地呼吸新鲜空气一边哭泣着,喊着:“死啦!全死啦!” 这是怎么回事呢?原来这列车来到S形隧道口时,由于车轮打滑,没有全部进入隧道。司机本应把车退到高架桥上,但他们没有退,而是使劲添煤加气,想要冲过斜坡,穿出隧道。可是,车轮在滑润的铁路上却少了摩擦力,虽然越转越快,列车却始终停留在原地。车上用的是一种劣质烟煤,燃烧中释放出大量的一氧化碳。由于长隧道内通风不良,大多数人已悄然入梦,无人发觉,于是在短短的几分钟内,521名旅客和乘务员中,除6个人幸免外,都遭到不幸,酿成铁路史上一次最悲惨的事故。 因此,现在修建长而大的隧道时,一般都注意修建通风设备。早在1905年我国杰出的工程师詹天佑在修建京张铁路时,在八达岭隧道就设有通风楼,也是反映詹天佑聪明才智的一个例证。 大瑶山隧道 大瑶山隧道处在京广铁路衡广 (衡阳至广州)复线的坪石至乐昌间,自北向南穿大瑶山,全长14.3公里,瑶山是我国中原的长江水系与南粤的珠江水系的分水岭——南岭的一个支脉,海拔高达1500米,在这里挡住了衡广铁路走向。原有的衡广铁路老线,从山峦重迭的南岭地带曲折蜿埏的穿过后,在瑶山脚下沿武水河东岸绕行。由于这里山势险要,地形复杂,线路技术标准低,设备差,最小半径只有229米,最大坡度达11.8‰,运输能力远远不能满足要求,于是决定修衡广复线。 大瑶山隧道从横断面上看上去,设计成人字形,即隧道的中间高,两头低。因为在修建长隧道时,要考虑到排水、出碴和运输供料的方便,设计成人字形便于向两头排水和出碴。隧道在施工中,有三个斜井和一个竖井通向正洞,以利施工和通风。 隧道施工全是机械化,用大型机械进行全断面和大断面的开挖。并采用复合衬砌技术,施工时进行光面爆破后,采用锚喷初期支护和二次模注混凝土衬砌,中间加一层厚二毫米的软聚氯乙烯塑料板作为防水层。这一新技术的采用,对隧道建成后将会起到有效的防漏水作用。随着这条隧道的建成和衡广复线的通车,这条线的通过能力将会会提高近一倍。 瑞士的隧道 内陆国瑞士地无三寸平,阿尔卑斯山脉盘踞在它和意大利、法国、奥地利的地境上,但它交通非常便利,6万公里公路、5千公里铁路交错于全国。稠密的道路网,主要靠1200条隧道沟通。有人说:“没有隧道便没有博士的现代生活”。 阿尔卑斯山是中欧通往南欧的障碍,在深切的河谷中豁开几个缺口,自古通行驿道。1707年费时11个月,在圣哥达凿通第一条隧道,长64米、宽2米、高2.5米,来往商旅称便。1872~1882年费时10年,凿成15公里的圣哥达铁路隧道,从此,瑞士开了“南大门”,火车直通意大利。1980年,又在圣哥达建成世界最长的公路隧道,全长16.32公里,宽768米,两侧还有0.7米宽的人行道。成为瑞士第二号国家公路的捷径。 圣哥达以西的辛普朗山更加险峻,1800年,法国皇帝拿破仑为了征服意大利,派出1200名士兵,用15个月时间,凿成瑞士第二条隧道,长200米,宽7~8米,使大炮能够拉到意大利去。1906~1922年,又凿通当时世界最长的铁路隧道,两条并行的隧道位于辛普朗山口下,各长 19821米、19801米,最深处位于山峰之下2135米。 在瑞士实现交通现代化,要比平原国家艰难十倍。前面说的圣哥达山口,总长57公里的铁路段就凿了72个隧道。当时的1200多条隧道还不能满足需要,到1990年开挖总长200公里的新隧道194条。 瑞士除了交通隧道外,还开辟了地下民防工事网络,建立2000多个地方军事指挥所,20万个民间核掩蔽所或防空洞,战时可以隐蔽80%的居民,聚集有生力量以歼灭来犯之敌。 蒙特利尔的地下街 号称“小巴黎”的加拿大第二大城、巴黎以外讲法语的最大城市蒙特利尔,人口280万 (1985年),位置偏北,从10月底到翌年5月初,漫天风雪,河面封冻,气温可降至零下30℃,积雪厚达1.5~3米。扫雪车不停地扫雪,吸雪车将雪抽到卡车上运走,清出一条条小路供人、车通行,每年为之花消七八百万加元。即使这样,交通还是相当困难,雪撬成了冬季的重要交通工具。 因此,蒙特利尔开辟地下街来对付严冬的肆虐。从1962年在市中心兴建第一个地下商业中心到现在,全市开拓了6处地下街,总面积超过100平方米,相当我国泉州市区的住宅建筑面积。成了世界上拥有地下街最多的城市。在地下迷宫里,街道整洁,分布着2家大百货商场,1000多家商店,8家旅馆,140家餐馆,25个银行,25家影剧院,还有可停1万辆汽车的停车场。魁北克大学蒙特利尔分校也在地下。1250个家庭的住宅也设在地下。 最大的地下街建在玛丽城市场,这个广场是蒙特利尔最繁华的商业区。地下有一个地铁车站。1962年开始,这些地面大企业有鉴于交通的拥塞和地皮的昂贵,基建时都在地下加建几层建筑,并挖掘地下通道与火车站、地铁车站相连,将行人吸引到本企业来。这样一来,百货店顾客、旅馆住客、剧院观众都成倍增加了,特别是冬季更为显著。后来经过进一步的规划和扩建,条条地下通道相连,道边开了商店、餐馆。不久,南面不远的博纳旺蒂尔广场也建成一处地下街区,两处沟通,在地下形成纵横总长约 10公里的街道网,集结各种店铺、旅馆、餐馆四五百家,每日流动旅客数十万人。在地下街的上面则横跨4条大街、纵贯5条大街,人们随时都可以钻入地下,避开喧嚣的人寰,进入恒温、不怕车祸的宁静世界。 “德雅尔丹综合体”是一个广场式的地下街区,是蒙特利尔的冬季文化活动中心。它在蒙特利尔美术博物馆马路的对面,这个博物馆是加拿大的艺术宝库,观众特多,开辟地下街给游客带来极大的方便。德雅尔丹地下街属于“半潜式”,一半在地上,一半在地下。它长72米、宽54米,共可容纳3万人在内活动。室内灯火辉煌,加上天棚玻璃透光和空调,四季如春,令人舒畅。 德蒙蒂尼是蒙特利尔的交通枢纽,地下街与交通建设巧妙地结合起来了。它的地面是本城长途汽车总站,地下是全城地铁交换中心,地上地下统一规划,整体部署。地下三层,各通向三条不同方向的地铁站中台,互不干扰。最底层位于地面之下20米,那里竟有一个不大的“热带植物园”,灯光明亮,终年保持20℃的温度,三层顶楼还泻下一股小小的“瀑布”。各种热带花草在地下暖湿的环境下,郁郁葱葱,令人难以置信。 蒙特利尔地下街的开拓是同1966年完成的地铁工程同步进行的,是地铁不可分割的一部分。通过地铁车站与地面商业中心、地面车站连接起来的地下街,构成蒙特利尔庞大的地下城,使大批人流转入地下,冬天不冒风雪也能过正常的生活,战时又能避免炮火和核武器的袭击。 |
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