该项工程由三条隧道组成,两条直径为7.6米的火车隧道,和一条直径为4.8米的服务隧道,全长53千米,其中有38千米隧道要在海底40米深的岩石中穿过。由于这一海域底岩层是由晚白垩纪的白垩、泥岩、泥灰岩、粉砂岩组成,因而施工难度很大。为确保隧道的工程质量和施工速度,英法两国采用两岸同时掘进的方法,并使用激光导向,确保施工方向准确无偏差。从日本购置的重达1 200吨的超级挖掘机,进行隧道的掘进。该设备机身长20米,铲头转动直径约为8.7米,斗齿和磨轮十分锋利,可达到每分钟掘进12厘米。整个工程采用流水作业方式,挖下的岩石由传送带运走;隧道的主骨架采用拱石筑成,钢筋混凝土拱圈的壁板供助绞合架就位。填塞的砂浆厚达0.6米,铆固螺栓达0.5米长。计划挖出150万立方米的岩石,取而代之的是高质量的混凝土。整个工程耗资170亿美元。到1990年12月1日,隧道全部凿通。工程全部竣工之后,从伦敦到巴黎之间的行程由5小时缩短到3小时,一年设计通过3 000万名旅客,1 500万吨货物。
我国是世界上隧道最多的国家。截至1999年,我国铁路隧道已达6876个,总长度为3670千米,均为世界第一。在隧道施工方面,从上世纪六七十年代的钢钎大锤作业到80年代“新奥法”的推广,从液压凿岩台车的应用到隧道掘进机的引进,我国已一次又一次地开创了隧道施工的新纪元,施工纪录不断刷新。1999年,在我国第一长隧道——秦岭隧道(18.46千米)的施工中,我国第一次采用GPS全球定位仪定位,首次应用V5大地音频电磁测深仪勘探,首次引进世界最先进的掘进机进行施工,创下了平均月掘进尺200米、最高月掘进尺456米的隧道施工月掘进尺新纪录和独头通风8千米的全国纪录,并且以水平偏差12毫米,高差2毫米的骄人成绩居世界特长隧道精度之首。
目前,我国已掌握了地质超前预报、深孔双液注浆、长管棚超前支护等新技术成果,攻克了断层、涌水、软弱围岩等不同跨度的施工难关。在城市地铁及轻轨领域,“浅埋暗挖”系列工法已经得到推广,结束了我国地铁施工“开膛破肚”的历史。地铁领域正在推行的盾构工法以及钻孔咬合桩等工艺,使多年困扰我国沿海地区城市地铁施工的难题也得以攻克。
2000年5月11日,我国最长的“灯泡型”展线隧道——内昆铁路黄土坡三号隧道胜利贯通。
通过施工,我国进一步掌握了软弱围岩地质技术、大断面一次成形技术、“灯泡型”展线隧道通风排烟技术、大坡度直交变频大功率蓄电池电瓶机车运输等新技术成果,标志着我国隧道修建技术逐步走向成熟。
海底隧道将人类的生活与海洋连接在一起,使铁路运输业走出陆地、伸向海洋,标志着人类交通科技发展的新水平。
登山铁路
铁路是一种最广泛应用的陆地交通形式,它能从大桥上跨越河流,也能从隧道中穿越大山。可是,人们如果要登上高山,往往却只能借助双脚攀登,或者乘上汽车,沿着盘山公路慢慢地绕着山腰升高,因为一般铁路的坡度不超过20‰,否则火车运行就会发生危险。
可是,铁路和火车设计师想出了好办法,使火车也能爬上很陡的山坡。这就是登山铁路。
登山铁路和一般铁路不一样,它在两条平行的普通铁轨中间,加上了一条带齿的轨道,所以又叫做三轨铁路或齿轨铁路。登山火车的外形看上去和普通火车没什么两样,但在它的车厢底下,装有一排驱动齿轮。登山时,车底的齿轮和轨道中央的齿轨相互啮合,十分紧密,使火车能借助齿轮咬合的力量,稳稳地向上“攀爬”,就好像登山运动员踩着岩壁上突出的岩石借劲攀登一样。登山铁路的这种特殊装置,使列车能在200‰以上的大坡度上安全地行驶。
登山铁路和火车由于一般运载量较小,运送距离比较短,速度要求也不高,并装有安全制动装置,因此在登山行驶过程中安全可靠。瑞士的阿尔卑斯山区就设置了这样的登山铁路,专用于登山观光旅游。游客乘坐在登山火车里,既能感受到登山线路的新奇,又能一路观赏美丽的风光,真正体验到旅游的乐趣。
旅馆列车
“旅馆列车”也叫“夕发朝至”列车,它是指运输距离在1500千米以内,运行时间在12小时左右的旅客列车。通常情况下,旅馆列车始发时间安排在16~23时,第二天5~11时到达目的地。因此,旅客在傍晚上火车,在车上睡一觉后,次日早晨醒来正好结束列车旅行。
无论是公务出差,还是私人旅游,都不会耽误事情,而且省去了一部分旅馆住宿费用。如有可能,还可以于当天傍晚乘原班车返回,再在车上睡一觉,第二天又可照常上班。乘坐这种列车,就像出差住旅馆一样,晚上在火车上(旅馆里)睡觉,白天离开火车(旅馆)办事,旅途的时间和晚上睡觉的时间基本一致,因此被称为“旅馆列车”。
“夕发朝至”列车还为双休日职工外出旅游提供了便捷的条件。如居住在北京的人们欲去上海旅游,可于星期五晚上乘快速列车离京,星期六上午即到达上海;下车后可在上海游玩一天半时间,于星期日傍晚乘返程快速列车,星期一一早即可到达北京,基本上不影响工作和学习。这期间的两个晚上在列车上度过,列车变成了度假的流动旅馆。
“夕发朝至”列车环境舒适,服务条件一般也比较好。如我国1998年开行的快速列车及夕发朝至的双优列车,都配备了新型客车,全列车装有空调,使乘客再无寒冷暑热之忧;车厢内的布置清洁舒适,并配备有列车电话等现代化通信设施;膳食、娱乐等服务也如同旅馆一般。
管道列车
顾名思义,管道列车就是在密封的管道里行驶的列车。在列车前方的管道中抽出空气,而在它的后面引进空气,就可以使列车加速前进。由于列车在接近真空的管道中前进,受到的阻力极小,消耗的能量也很少。为了加速,需要隔一段距离再补充一些空气推力,大约每隔8~16千米就要设一个空气进口。在两个空气进口之间,安装一个电动真空阀门,以便用来隔断管道。在有列车过来时,开动真空泵,将相应的管道里抽成真空。管道列车经过几个空气进口而逐渐加速,大约驶过48千米左右,时速可达到600~800千米。当列车快接近前方车站时,只要将前方空气进口阀打开,列车在前方空气的阻挡下,就可缓缓地停下来。
管道列车的速度可与飞机相媲美,但运量比航空大多了,每隔5分钟就可发出一列载客1500名的列车。它的造价要低于高速公路和高速铁路,且能耗低,污染轻微。唯一不足的是,乘客在车上无法欣赏沿途的风光。
电动列车与智能列车
铁路作为一种容量大、速度快、效率高的运输方式,其现代化建设已受到各国的普遍关注,电动列车、智能列车是适应生产力和科学技术发展水平的现代化运输工具。
电动列车是指用电能作为牵引动力的列车,与用热能作为牵引动力的列车(如由蒸汽机车或内燃机车牵引的列车)相比,电动列车具有运行速度快、过载能力强、安全可靠等优点。如果采用电动车组(即列车由多个单元组成,每个单元都有动力车,可以独立操纵行驶),电动列车还可以根据客流量的变化调整列车编组数目。电动列车的电气设备主要包括受电弓、主断电器、牵引电动机和制动电阻柜等部分。在运行时,电动列车的受电弓从受电系统(接触网)获得电能,经过电气设备一系列的转换,使牵引电动机带动车轴和车轮转动;同时还将列车运行的机械能变为电能,进行电阻制动。从1879年第一条电气化铁路在德国诞生以后,电动列车由于运量大、速度快、耗能少,得到了迅猛发展,尤其在高速铁路、地下铁道的建设中,电动列车起着极为重要的作用。日本、法国、德国等国家在高速铁路中采用了电动列车,列车的运行速度已超过200公里/小时。我国自20世纪50~60年代开始电气化铁路和地铁的建设以来,电动列车也得到一定的发展。
智能列车是指利用人工智能技术实现自动运行的列车。我们都知道,列车的运行离不开司机。司机根据调度员的指示操纵列车,听到发车命令便启动、加速;在列车运行过程中不断调整车速,注意紧急信号;在列车进站时降速停车。然而,随着计算机、自动控制技术的发展,用计算机代替人驾驶列车已成为许多国家关注的问题,只要使计算机系统具有事物识别功能、分析判断功能、控制功能、发现异常情况的感觉功能、警戒功能等,列车就可以实现自动运行,成为智能列车。智能列车无人驾驶,驾驶室里的乘员仅起着监视自动运行效果的作用。列车可以正确地起动、停止,精确地控制速度,及时对紧急情况作出反应。随着智能列车的进一步发展,将实现列车群控,即由计算机控制管理区段内所有列车的运行,最大限度地提高线路通过能力。最早采用智能列车的国家是日本,我国北京地铁的部分列车上也装有智能系统。
铁路的现代化要求列车运行的高速度、高效率,同时还要具有安全性和舒适性,电动列车和智能列车能够满足铁路现代化建设的这种需要,应大力发展。
磁浮列车
磁浮列车不同于一般轮轨粘着式铁路,它没有车轮,是借助无接触的磁浮技术而使车体悬浮在车道的导轨面上运行的铁路。
磁悬浮列车装有磁铁的提升架在不接触铁轨的情况下在专用轨道滑行,这样可降低磨损、能耗和运动的噪音磁浮列车被喻为21世纪生态纯净的交通运输工具,它利用电磁感应的作用,沿导轨漂浮于空气中,与其轨道没有直接的接触,没有旋转部件,靠磁力推进,时速可达300公里以上。因此磁浮列车具有高速、安全、舒适和低噪声等优点,而受到各国的重视。近年来,日本、德国、美国、前苏联等相互研制成功各种形式的磁浮列车,其中一些已接近实际应用阶段。目前,国外磁浮列车的研制和发展正步入高潮。
早在20世纪60年代初,日本就提出要研制超高速铁路,即超高速的磁浮铁道的计划,以达到时速500公里以上的目标。在研制磁浮列车的世界角逐中,德国是日本的最大竞争对手,而这两个国家的磁浮列车在设计上截然不同:日本采用电动悬浮方式,也称为超导磁力浮上方式,用超导磁体与轨道导体中所感应的电流之间的相斥使车辆浮起;德国不用超导磁体,而采用电磁悬浮方式,即为常导磁浮方式,用铁芯电磁铁悬浮在车体的下方,导轨为磁铁,而使车体浮起。目前,日本在宫崎试验线上已创造时速高达517公里的纪录,并已从空载试验进入载人试验阶段。
所谓超导现象,就是当某种金属处于极低温度(比如-269℃)的情况下,就会产生电阻为零的现象。给这种金属通电,电流就会毫无损耗地永久流动。如果把铌钛之类的超导线制成线圈,放在液体氮中,当温度降到-269℃时通上电流,就成为超导电磁铁。目前,日本已研制出专用于磁浮列车的冷冻设备。这样,轻便、强力的永久磁铁——超导电磁铁就在磁浮列车上诞生了。磁浮列车利用了电磁铁同性相斥的原理,地上不放置永久电磁铁,只安装一个不结线的线圈,当移动的磁力线穿过线圈时,就产生电流电磁感应现象,这时地上线圈因有电流流动而变成磁体。装有电磁铁的车体在轨道线圈上移动,就会产生斥力,使列车神奇地悬浮在导轨上。改变列车速度是通过变换频率实现的,这个变换频率和电力的装置称为双向离子变频器。
目前,使磁浮列车走向实用化的技术开发已基本完成。不过,作为整个系统需要解决的问题,还要经过耐久性和可靠性的研究阶段。我国“八五”期间,在国家科委的支持下,对磁浮列车的开发和研制工作组织攻关,进展很快,但对一些实际应用中的有关技术尚需实践检验。
高速摆式列车
坐普通列车往往有让人感到不舒服的时候。比如列车在曲线上运行时,由于离心力作用,车辆向外产生很大的侧向冲击,会使旅客感到不适,甚至有使车辆产生倾覆的危险。
为解决这一难题,目前世界各国基本上采用两种模式。
一种是修建高速新线,延长其曲线半径,如日本的新干线和法国的TGV线。但这种高标准的线路投资大,建造周期长。
另一种是在既有的列车线上进行少量改进,主要改造车辆结构,使其在曲线行驶时能够相应的倾斜摆动,减小侧向力。
后者便是我们通常所说的高速摆式列车。
经过将近20年的研究,尤其是进入20世纪90年代后,摆式列车在摆动结构的设计和控制上都有了显著改善。
这种异军突起的摆式列车,其运行时速与目前的高速列车不相上下,而其投资还不足高速铁路的一半。这对更快、更好、更经济地发展高速列车来说,无疑是一个福音。
德国是应用摆式列车最早,最广泛的国家,不论是新建的高速线,还是既有线,只要开行时达到一定速度,都采用摆动设计。德国计划使自己成为欧洲拥有摆式列车最多的国家。