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地下,地面,空中

2017-01-07 02:45:16楊天亮林金鑫
中學(xué)科技 2016年11期
關(guān)鍵詞:高架積木樁基

楊天亮+林金鑫

當(dāng)你看到文章標(biāo)題的時候,也許會說,這個問題錯了吧!地鐵當(dāng)然在地下跑啦,不然怎么叫地鐵呢?但是你也許在乘地鐵的時候忽視了,地鐵并非都在地下,它有時從地下跑到地上,有時從地上跑到高架軌道上。這樣看來,地鐵竟然分外“活潑”呢!那么為什么地鐵要從地下到空中都跑個遍呢?

地下隧道不簡單

在很多城市的地鐵系統(tǒng)中,地鐵的軌道包括地下、地面、高架三個部分,根據(jù)各個城市具體情況的不同,這三部分所占的比例也不一樣。與地面的軌道相比,地下隧道完全不用占據(jù)地面空間,這是它最大的優(yōu)勢。

但是在地下挖隧道修建地鐵,對施工工藝的要求就比在地上建軌道高多了。早期修建地鐵時采用爆破等手段,現(xiàn)在常采用隧道掘進機(盾構(gòu)機),把土大塊大塊地挖出來,一邊挖,一邊用混凝土、鋼筋等作為襯砌固定住隧道。建成后,地質(zhì)環(huán)境的變化對地下隧道的影響也比地面軌道大。

地面空中有區(qū)別

正因為地鐵在地下的修建需要更高的施工工藝、更多的監(jiān)測保護工作,所以如果環(huán)境允許,有足夠的空間,城市也會傾向于在合適的地區(qū)修建地上的地鐵。但對于地上的軌道,哪部分在地面,哪部分在高架,里面也有學(xué)問。

比起高架,地面軌道顯然會更多地擠占城市寶貴的地面空間;另一方面,修建高架橋會往地下較深處打樁,樁基往往支承于較硬的土層上,地質(zhì)環(huán)境變化對它的影響就比對地面軌道要小些。所以,以上海為例,地鐵的地上軌道中,地面部分較少,高架軌道較多。

需要注意的是,從地下到地面、從地面到高架,這些過渡段地鐵的結(jié)構(gòu)安全保障難度要比其他段的地鐵大一些。

地質(zhì)環(huán)境很重要

在上文中比較不同軌道的優(yōu)缺點時,我們都要提到地質(zhì)環(huán)境變化,這是影響地鐵的非常重要的因素。其中必須要提到的一點,就是地面沉降。

世界上沒有完全靜止不動的事物,我們的城市也一樣。城市的下沉與它所處的地質(zhì)環(huán)境有著密切的關(guān)系。例如上海,它地處海邊,土質(zhì)松軟,歷史上產(chǎn)生過較為嚴重的地面沉降,雖然已經(jīng)得到有效控制,但目前每年仍會有一定的沉降。

如果是均勻的沉降,那么我們需要面對的主要是防汛的壓力,對地鐵影響不大。想象一下,你在一片平整的土地上打下深深的樁基,你的建筑就建在這些樁基上,如果這些樁基保持著相對靜止的狀態(tài),均勻地下沉,就像你平穩(wěn)地托著一座積木房子輕輕地向下移動一樣,積木不會倒下來,你的房子也不會受到多大的影響。但是如果沉降得不均勻——你托著積木房子的手掌稍微搖晃或者傾斜一下,嘩啦!積木就倒下來了。當(dāng)然,真實的建筑不會嘩啦一下倒下來,它會因為沉降的不均勻,導(dǎo)致建筑各個部分發(fā)生錯位、傾斜、開裂等,就像數(shù)只無形的大手捏住墻壁、梁柱擰動一樣,建筑可能發(fā)生傾斜、門窗破裂、窗框從墻壁上脫落、到處出現(xiàn)裂縫等現(xiàn)象。所以,不均勻的沉降有點可怕。

對地鐵來說,道理也是一樣的。地下的地鐵好像在一塊大大的松散土體中挖了一個洞,松散土體本身會因為應(yīng)力等原因慢慢地產(chǎn)生變形;地面上的地鐵則會隨著地面而緩慢沉降。這些沉降往往是不均勻的,這一塊兒沉降多些,那一塊兒沉降少些,這種差別肉眼一般察覺不出,需要通過儀器測量出來。

因此,地鐵修建好之后,為了維護好地鐵的安全,地鐵部門需要進行長期的、持續(xù)的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測。

根據(jù)地鐵所在地質(zhì)環(huán)境的不同,監(jiān)測的頻度也不一樣。例如,上海土質(zhì)松軟,地下水含量豐富,因此上海的地鐵可以看作在松散土體中挖洞,需要較高頻度的監(jiān)測;如果是另一座地下水含量少、土質(zhì)堅硬的城市,其地鐵的監(jiān)測頻度就可以低一些。而且,上海很多經(jīng)過繁華地區(qū)的隧道是穿過河流,修建在水下的。水下的隧道,就要更多考慮柔軟的河泥,還有上方河水的影響,對地鐵的監(jiān)測保護就要更加頻繁、周全。

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