图文|青梅侃史
编辑|青梅侃史
众所周知,中国很多城市都已经有了地铁,而地铁也是人们日常生活中必不可少的一部分,但很多人可能并不了解地铁的建造过程。
一般来说,我国地铁隧道宽度一般为6米,双向车道为12米,这样算下来,一公里的隧道需要清理11万立方米的渣土。比如深圳地铁挖出的泥土,足以填满一个西湖。
然而,我们从来没见过这么大的一堆土,似乎挖出来之后就消失得无影无踪。这就引起了一个问题,这么多的泥土被运到哪里去了?
其实地铁建设主要有明挖法和钻挖法两种方法,明挖法是最简单直接的方法,先在地表挖出一条根据地铁规划设置宽度和深度的直线豁口,形成延伸甚深的狭长立体空间。
然后在豁口底部和两侧壁面安装轨道、信号、供电、监控等设施,最后回填原挖出的土石方,并重新铺设道路或其他公共场所。
这种方法最大的优点是施工过程无需过多复杂设备和繁重计算,简单快捷,能大幅缩短工期,但同样存在非常大的难度,因为它需要拆迁地表全部建筑,对城市发展和居民生活的影响巨大,仅仅适用于城市规划之初选址时的整体考量和布置。
与之不同,钻挖法是更为现代化和复杂的修建方式。它首先需要在预定地铁线路上适当位置挖掘一系列豁口作为竖井,这些竖井深度决定了地铁的行走深度。然后,在井底以隧道钻挖机等设备沿水平面朝前方挖掘隧道,逐步形成地铁隧道。
为保证施工速度,可以适当缩小竖井间距,增加竖井数量。这种方法最大优点是避开了地表建筑,特别适合历史文化名城如西安、北京、南京等,它还允许更深挖掘,满足地铁军民两用需要成为战时避难和转移的功能。
但同样存在明显缺陷,如隧道内无法即时运输大量土石方,只能通过竖井间隔运出,以及工人在隧道内无法观测和控制全线方向,较易偏离预定线路。据了解,现代地铁技术标准极其严格,偏离公差只有2厘米,任何超过即被视为重大施工失误。
事实上,在现代地铁建设中,盾构机是最常用的设备。它整合了挖掘、支撑、输送多个功能,可以在隧道内部高效运作,大大提高了施工效率。
盾构机的前端是一个巨大的钻头齿轮,配有千斤顶供力,可以对岩石和土层进行高速旋转切削。这样就可以一边挖一边铺设管片支撑结构,无需额外支护。一台大型盾构机每小时可以挖掘出3.5米长的隧道,远超人工挖掘的速度。
被切削下来的泥土和岩屑会先进入盾构机内部的破碎系统,这里有强力的搅拌系统,可以将泥土破碑并与水或泥浆调配剂混合,制成均匀的泥浆状物质。
不仅如此,盾构机内部还设置有数十米长的螺旋泥浆输送带和泵站,可以连续不断地将泥浆抽吸上来,再沿着输送带高效地运送到地面泥浆处理系统。如果没有这套封闭式的输送系统,大量泥浆很容易污染隧道和地面环境。
而地面泥浆处理系统,可以实现泥浆的存储、分选、清洗、回填等功能。处理后的泥浆中,约20%质量较好的部分会被筛选出来,去除杂质后用于回填隧道,这部分回填土对隧道结构力学性能提升作用很大。
但是回填用泥浆标准较高,含水率和杂质含量都有严格控制,不能随意使用剩余泥浆。那些大部分未达标的泥浆会被运往郊区,用于建设工地的路基回填或制砖厂的砖块原料。
所以我们在城市里很少见到运土车,也不会有泥浆外溢,这得益于盾构机内部封闭式的输送和地面泥浆处理系统。可以说,泥浆的充分回收利用让现代地铁建设更加环保高效。
值得一提的是,修建地铁的渣土大部分都是在夜间进行的,因为白天道路上车流很大,大量的翻斗车会造成交通堵塞。
翻斗车一般都是在凌晨十二点到凌晨五点之间,这段时间几乎没有什么人,也没有什么车辆,正是清理垃圾的好时机。
如果你住的城市正在修地铁,那么后半夜,如果你仔细听,一定会听到汽车引擎的轰鸣声,这种轰鸣声和家用轿车完全不同,很厚重,很深远,这是重卡发出的声音。
由于隧道掘进出来的土方含水量较高,再加上输送带经过平整,泥土粘结在了一起,没有尘土飞扬,这也是施工过程中,很少能看到泥土掉落的原因。
虽然地铁被誉为城市交通的“主干动脉”,然而其建设和运营过程中却面临巨大挑战,首先是天文数字的造价。
据统计,我国每公里地铁平均造价高达5-7亿元,最高甚至达到十几亿。光是用于挖掘隧道的盾构机,国产和进口的价格差距就高达20倍。这主要是因为盾构机属于高精尖设备,需要集成计算机、测控、传动、电气等多学科技术,国内生产能力有限。
更令地铁运营困难的是,目前仅有7个城市的地铁系统实现盈利,其他城市均处于亏损状态。以成都为例,2020年的地铁亏损高达76亿元。
造成亏损的主因在于地铁运输的集中性,只有早晚高峰时,客流量才能达到较高水平。而在非高峰时段,由于需运营整个庞大系统,地铁公司不得不持续承担高额成本。
那么,地铁建设是否就是无底洞?答案是否定的。近年国内外不少城市通过轨道交通和公交等多式联运,让更多居民选择公共交通出行。
这不仅缓解地铁高峰压力,也提升地铁日常运营效益,实现多赢。尽管困难重重,但地铁仍被视为城市交通的未来。我们期待地铁在承担更多责任的同时,也得到长足发展。
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