公路、铁路

(一)公路

汽车发明并批量化生产以后,自重加载重近几十吨,一般土路无法承受,于是碎石填铺的公路应运而生。公路一般都是硬质路面,一般是沙石铺垫,极少是泥路。

如今一般载重车负重4吨,若10轮卡车则负重10吨,矿山大型自卸车负载十几吨到几十吨,最大可负载上百吨,即一个重载汽车可抵成百上千人挑担的货物重量。如此巨量的负荷,一般的沙石公路无法承受,于是有了水泥路、柏油路。这种高等级的公路一般都用夯土、大石块打底,碎石中垫,细石上铺钢筋水泥或沥青铺顶面。这样的公路常高出地面成堤状延伸。

为利于排水,路面一般呈弧形上拱,两侧开排水沟。跨较窄的沟时用涵洞通水,即钢筋水泥浇筑长圆形的水泥涵洞;再大一些则需架桥。为了防止滑坡、泥石流,路壁要铺护路坡,路基要砌石坡。为了减少公路绕弯,常需劈山开洞,尽量减少弯道。

由于汽车马力有限,所以公路修建的坡度要低缓,否则车爬不上山坡。如确需翻越陡坡,则要来回盘绕(即通过增加坡的长度以减小坡度),而且力求“之”字形拐弯的曲率半径要小一点,以便拐弯时不致侧翻。这样就可以完全地翻越大山。当公路顺河流修建时,为了减少行程,少绕弯道,常需开凿山洞,架设桥梁。这就需要考虑性价比,凿洞架桥可节省路程,但会增加修路的成本。

(二)工程地质

建造公路,首先路基要稳定,不能建在流沙软泥上,保证路下基础不会发生岩溶下陷和滑塌垮落。其次要保证公路上方安全,路边山坡不能太陡,以免边坡崩塌垮落;路壁石块稳定,没有巨石垮塌、滚石飞落。还要规避路旁小冲沟突发山洪,以免冲毁或掩埋公路。

水文地质方面,必须计算出地表、山坡、路面排水,溢洪排水,还要计算河水对路基的冲刷力,以防地下水渗透软化路基,甚至使路基移动。

架设桥梁、支护隧道,还须考虑该区防震,避开活动断层,远离活火山。而要架设较大桥梁必须对桥址勘探,地下岩石或土壤能承受多大重量、松散层有多深、河道最大洪水流量、最高流速等等,这些都得一一考虑,并探测到位。遇大河、大沟时需要考虑架桥的性质,或用石砌拱桥,或用钢梁铁桥,或用钢索吊桥。究竟哪种方案最优,既能省时、省工、省料,又能保证安全,规避风险,需拿出几套方案进行比较,最终选出优选方案。

拱桥还可以进一步分为大跨度单孔桥、连拱桥、叠拱桥;钢桥有拱形桥梁、平梁、平拱混合型等;吊桥有斜拉式、悬索式、向心柱状等多种类型,这都必须考虑桥基的基础地质条件,还要考虑施工难度、进度以及成本等因素。

(三)铁路

国家大批量运输,必须有铁路运输作保障,如煤、粮、汽油、石料、水泥和矿石。大宗货物运输也必须依靠铁路,如救灾物资、运送兵员、坦克、火炮等。因此,与公路相比,铁路是国家运输的大动脉,公路则相当于小动脉,人的步行道则相当于毛细血管。

要承重上千吨的重载,就得用铁轮、钢轨。钢轨上负荷是移动的,为防止热胀冷缩,每节钢轨不能太长,中间还应留有钢轨膨胀时所需要的空隙。所以,钢轨又是一节一节的,火车通过时它必定引起振动,因此路基须有弹性。

生活与地质

火车载重数千吨,如果载重超重,就存在火车动力不足的问题。所以铁路的坡度必须很小。火车不能像汽车一样走“之”字形道路,所以遇陡坡大山,只得打隧道,凿山洞,这增加了道路施工的难度和工程量。我国西南不少铁路,隧道、桥梁的长度可占铁路全长的60%~70%,因此铁路的道路勘探必定要增加更大的工程量。火车的载重量大,运动的惯性也大,在转弯时离心力也必然会大,为避免因惯性大而导致火车侧翻,铁路拐弯半径比公路要更大,所以截切山脚、河流的机会就多,当然路基勘探工程量也要比公路多。为了克服火车转弯时产生的离心力,一般转弯外侧的铁轨要比内侧的铁轨高一些,其高出的高度要经过严格的计算后进行设计,它不仅取决于铁道的转弯半径,同时还取决于火车的车速。因此,铁路设计对火车的车速也是有严格限制的,即车速不可太快,不能超过限定车速。

生活与地质

与公路建筑相比,铁路增加了火车站,多了站台系列(货运也需建站台),铁路分叉、并轨又增加了道岔、信号、灯光等系列。蒸汽机给水系统、供水系统更需建停车场、货栈、站内人行天桥,与公路交叉处需建立交系统。铁路除了路以外,还增加了许多配套附属设施和建筑。同样选线,铁路与公路相比需增加许多附加内容。如果修建电气化的铁路,则路旁还需架设电线、变电站等。

如今高速公路与铁路相似,它同样要求坡度小,弯道半径大。除隧道、桥梁外,沿路还要建服务站以供休息、加油、餐饮、住宿之所需,与其他公路、铁路相交,全部需架立交桥。所以高速公路有许多进口、出口立交系统。

(四)城市轨道交通

城市早期有电车、无轨电车两种,后来增加了地下铁路、架空轻轨,乃至磁悬浮列车。

有轨电车与铁路相似,一般在地面铺设的铁轨上行驶,而无轨电车比有轨电车具有一定的机动性,可以左右避让。这两种交通都属慢速交通,平均车速为10~15千米/小时。地下铁路与高架轻轨属高速交通,平均时速为60~80千米/小时,而磁悬浮列车的平均时速达350~400千米/小时。

地下铁路建在地面以下,施工难度远远高于地面以上的铁路,它要避开高楼的地基,同时还要避开地下电缆、上水道、下水道、煤气通道、光缆等。地下铁路以建在地下沙土层中居多,在建设过程中经常会遇到流沙、稀泥层,既要将其挖掉,又不允许旁边泥沙流入,所以施工难度极大。针对这些流体,过去用大揭盖,打围堰方法。如今用冰冻方法,把要固定的沙泥层冻结起来,施工在冻结圈内,待里层钢筋水泥固结好以后,再解冻围岩。

过去挖掘地铁,不是用大揭盖方法(等于露天施工),就是用地下掘井的方法。因为地铁空间大,掘进速度慢,后来引入盾构法,相当于用一间大房子那样大的钻头,在地下水平钻进,在沙泥层中可以采取强硬挤入法,将泥沙挤压到四围沙土层中去,腾出中间空间。盾构,即把断面几平方米四围内的沙土、岩石全部挤碾致碎,随后出渣,最后用钢筋水泥保护层浇铸。这一方法每天可有几米到几十米的掘进速度。过去,盾构机需进口,如今我国已能自主制造。目前,我国已有一二十个城市同时在兴建地下铁路。发达国家的地铁加轻轨每天旅客输送量可占城市客运总量的60%~80%。我国北京、上海等超大城市,这两种轨道输送人数仅占市内旅客总输送量的20%~30%。

盾构机 

地铁具有高速、无污染、不占路面、运输量大的优点,是解决我国城市堵车的有效手段。此外,战争时期它还有防空、地道战功能。所以我国建造地铁绝非面子工程,而有利于发展经济、齐全交通、提高国防。最明显的效应是地铁通到哪里,哪里的房价就会立刻涨上去。尤其地铁车站附近的住宅房价也会随交通的便利而水涨船高。

陆上交通,从公路—铁路—高速公路—高速铁路—地下铁路这一发展过程来看,其路基勘探的工程量是随之增加的。换句话说,陆上交通与地质的紧密程度也随之增强。

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