世界第一条地铁是怎样“诞生”的?

嘉慧浏览趣事 2024-12-15 22:38:34

地铁作为现代城市重要的交通工具,其便捷性和高效性深受人们喜爱。但世界上第一条地铁的修建却历经了诸多波折与发展阶段,这一过程凝聚了无数工程师的智慧与努力。

早期原始的地铁修建方式及困境

世界上第一条地铁的修建最初采用了极为原始的方法。施工队首先要封闭地面交通,这一步骤便给人们的日常出行带来了极大不便。随后,他们会用木架仔细支撑好两边的房屋,以确保在施工过程中周边建筑的安全。接着,在马路中央挖出一道深沟,并用砖头精心铺好,以此来建造两个拱形隧道。最后,再重新填埋并恢复路面交通。

这种修建方式存在诸多弊端。一方面,它极其耗时耗力,整个工程进度缓慢,需要耗费大量的人力、物力和时间成本。另一方面,其安全性也难以保障,在施工过程中稍有不慎,就很容易发生坍塌事故,这不仅会威胁到施工人员的生命安全,还可能对周边环境及建筑造成严重破坏。所以,这种原始的修建方式在实际应用中面临着巨大的挑战,急需改进。

盾构机出现带来的变革与新问题

(一)盾构机带来的施工方式革新

直到早期的盾构机被发明出来,地铁修建的危险情况才得到了一定程度的缓解。盾构机的应用改变了传统的施工模式,施工队只需站在机器前挖走泥土即可。每前进一段距离,盾构机就会利用液压支撑臂将金属圆筒推到最前端,为后续施工提供稳固的支撑。接着,后面的工人会将挖好的区域铺设一圈铁板,并浇筑水泥进行加固。

这种施工方式相较于之前的原始方法,具有明显的优势。它不仅提高了施工的安全性,大大降低了坍塌事故发生的可能性,而且还不会对地面交通造成扰乱,使得地铁修建过程能够在尽量不影响城市正常运转的情况下进行。

(二)人工挖掘速度慢及盾构机的初步改进

早期盾构机施工也并非完美无缺。由于依靠人工挖掘泥土,速度十分缓慢,即便施工人员没日没夜地倒班工作,每天也只能前进3米左右。这样的进度对于大规模的地铁修建工程来说,仍然显得有些迟缓。

为了提高挖掘速度,随着科技的不断发展,盾构机也在持续更新换代。聪明的工程师们在盾构机的前端安装了带有多个钢刀的旋转轮,以此来取代低效率的人工挖掘方式。当泥土和岩石被旋转轮完全绞碎后,会通过传送带将它们及时运走,同时,液压支撑臂也会在隧道顶部铺上一层层的钢筋网,最后全部灌注上水泥,让隧道结构更加坚固。经过这一系列改进,盾构机的挖掘效率得到了显著提升,每天能前进50米左右。这一进步为地铁修建工程的推进带来了极大的便利,使得地铁建设能够以更快的速度开展。

(三)不同土质及地下障碍物带来的挑战

尽管盾构机在挖掘速度上有了很大提升,但在实际施工过程中,又面临着新的难题。由于地底土质情况复杂多样,很多土壤不仅十分松散,而且还会遇到各种阻碍,比如地下停车场以及错综复杂的管道等。一旦盾构机想要从中穿过,就很容易造成地面下沉的情况,严重时甚至会导致高楼倒塌,这无疑给地铁修建带来了巨大的安全隐患。

为了解决这一问题,工程师们采取了一系列措施。他们在地面立了很多根混凝土桩,然后在地底横向铺满了细小管道,接着全部浇灌上混凝土,让周围形成坚固的混凝土层。通过这种方式,能够有效增强地底的稳固性,从而可以安全地挖掘隧道,确保地铁修建工程能够继续顺利进行。

地铁站修建及地铁动力、安全方面的完善

(一)地铁站的修建难题与解决办法

在解决了隧道挖掘的基本问题后,地铁站的修建却又成为了一大麻烦事。不过,这并没有难倒工程师们。他们想出了一个巧妙的办法,直接在地面上用钢筋组装好站台轮廓,然后让施工队在底部预留空间中挖出泥土,使地铁站一点点地下沉,直到与隧道完全平齐后,再用混凝土浇灌成一体。

但在某些河流附近修建地铁站时,又出现了新的问题。由于河水的浮力作用,巨大的升力会让站台上浮,甚至还可能破坏整个隧道。针对这一情况,工人们将长长的混凝土桩直接打到了地底深处,以此将站台固定在适当位置,确保其再也不会出现上浮的情况,从而保证了地铁站的稳固性和安全性。

(二)地铁动力的改进

随着地铁设施的不断完善,乘坐地铁的人也越来越多。早期地铁使用的是蒸汽机作为动力来源,这逐渐暴露出了诸多弊端。蒸汽机的动力严重不足,不仅会在隧道内产生大量废气,影响隧道内的空气质量,而且还严重影响乘坐舒适性,使得乘客的出行体验大打折扣。

为了改善这一状况,工程师们从电梯中获得灵感,将蒸汽机换成了强力的马达。他们把这些马达全部串联到一起,司机只需要控制车头的开关,就能操纵整个火车。经过这一改进,地铁的动力得到了极大提升,运行更加平稳顺畅,乘坐舒适性也有了明显提高,地铁也真正成为了一种舒适便捷的交通工具。

(三)地铁安全方面的保障措施

尽管地铁在动力和舒适性方面得到了改进,但依然存在较大的安全隐患。如果不小心发生火灾,高温和浓烟会瞬间吞没整个隧道,在这种情况下,营救工作将会相当困难,乘客的生命安全难以得到有效保障。

为了解决这一安全问题,工程师们在隧道上方每隔一段距离就安装一个强力风扇系统。这样一来,在正常情况下,能够让地面的新鲜空气灌入隧道,保持隧道内空气的流通和清新;而一旦发生火灾,这些风扇系统也能够将浓烟直接吹出隧道,极大地保证了乘客们的安全,使得地铁的安全性得到了进一步提升。

世界第一条地铁的修建历程可谓是充满了挑战与突破。从最初原始且危险的修建方式,到盾构机带来的变革以及后续不断针对各种问题的改进和完善,每一个阶段都凝聚着工程师们的智慧和努力。正是通过这一系列的发展演变,地铁才逐渐成为了我们如今所熟知的安全、便捷、舒适的城市交通工具,为现代城市的交通发展奠定了坚实的基础。

【文本来源 @科学旅行号的视频内容】

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