地鐵

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地鐵鐵路運輸的一種形式,目前在中文的詞意上有两种理解,但均與城市軌道交通系統相關:

  1. 指在地下運行為主的城市軌道交通系統,即“地下铁道”或“地下铁”(Subway,tube,underground)的簡稱[1][2];許多此類系統為了配合修築的環境,並考量建造及營運成本,可能會在城市中心以外地區轉成地面或高架路段。[3]
  2. 指涵蓋了各種地下與地上的路权专有、高密度、高运量的城市轨道交通系統(Metro),台灣则稱為「捷運」(Rapid transit);除了定義1之外,也包括高架铁路(Elevated railway)或路面上铺设的铁路。因此,地铁是路权专有的、无平交的,这也是地铁有別於輕軌運輸系统的主要特色。[4][5][6][7][8][9]
台北捷運的行車隧道
深圳地铁2號綫车厢内景

定义[编辑]

一般来说,现代的地铁须具有以下几个条件:[10][11][7]

  1. 在城市内部运行的大客流量、主要以电力驱动的轨道交通,换言之,该系统须主要在城市内部运行,服务城市;
  2. 拥有独立路权,与其他形式的交通没有平交;
  3. 班次密集,在白天的频率一般在10分钟以內一趟。

根据这个定义,地铁是故无须完全建于地下,可以位于地面或高架桥上;亦无须采用重轨,如使用轻轨能做到以上几点的,应当也能算成地铁;至于是采用钢轮或是胶轮,是传统的两根轨道或是跨座式、悬挂式单轨、是用第三轨或是接触网、是自动驾驶或是有人驾驶、轨距几何,都不影响这个定义的适用。[10]

歷史[编辑]

世界上首條地下鐵路系統是在1863年開通的倫敦大都會鐵路(Metropolitan Railway),是為了解決當時倫敦的交通堵塞問題而建。當時電力尚未普及,所以即使是地下鐵路也只能用蒸汽機車。由於機車釋放出的廢氣對人體有害,所以當時的隧道每隔一段距離便要有和地面打通的通風槽。[12]

到了1870年,倫敦開辦了第一條客運的鑽挖式地鐵,位在倫敦塔附近、穿越泰晤士河倫敦塔地鐵(Tower Subway)。但這條鐵路並不算成功,在營運數個月後便因新通車的倫敦塔橋取代了大部分的旅運量而廢線。現存最早的鑽挖式地下鐵路則在1890年開通,亦位於倫敦,連接市中心與南部地區。最初鐵路的建造者計劃使用類似纜車的推動方法,但最後用了電力機車,使其成為第一條電氣化地鐵。早期在倫敦市內開通的地下鐵亦於1905年全數電氣化

1896年,当时奥匈帝国的城市布达佩斯开通了欧洲大陆的第一条地铁,共有5公里,11站,至今仍在使用。

法國巴黎巴黎地鐵在1900年開通,最初的法文名字「Chemin de Fer Métropolitain」(法文直譯意指「大都會鐵路」)是從Metropolitan Railway直接譯過去的,後來縮短成「métro」,所以現在很多城市軌道系統都稱metro苏联的地鐵也順理成章,称作метрополитен,简称Метро

地鐵施工[编辑]

明挖回填法的案例——台北捷運松山線

在地底下挖隧道並不是一件容易的事,而且需要極大量的金錢時間,至少也要好幾年才能完成。

明挖回填[编辑]

最簡單直接的方法是明挖隨填(明挖回填)。這種方法一般是在街道上挖掘一條大溝渠,然後在其內鋪設軌道、建造隧道結構,隧道有足夠的承托力後才把路面重新鋪上。

除了道路被掘開,其他地下結構如電線電話線水管等都需要重新配置。

建這種隧道的物料一般是混凝土,但較舊的系統也有使用磚塊的。

鑽挖法[编辑]

另一種方法是先在地面某處挖一個豎井,再在井底挖掘隧道。最常見的方法為使用鑽挖機(潛盾機,盾構機),一面挖掘一面把預先準備好的組件安裝在隧道壁上。對於建築物高度密集的地方或無法進行明挖法的區域(如水域),鑽挖法甚至是唯一可行的建造方法。

這種方法的優點是對街道交通或其他地下設施的影響非常小,甚至可在水底建造(倫敦紐約東京香港首爾廣州等都市的城市軌道系統都有很多越過河流海港的隧道);隧道的設計也有較多的創作空間,例如車站會比站與站之間的隧道高一些,有助列車離站時加速以及進站時減速。此外,當要挖掘較深的隧道時也常採用此法。

但這種挖法也不是沒有缺點的,除了成本較高之外,也經常需要留意地下水的影響;另外在一些較硬的岩層開挖,可能需要炸藥。地下空氣供應問題甚至隧道坍塌亦有可能造成工人傷亡。此外,對於建築高度密集的地方,挖掘時除了要留意避免對工地四周的建築結構造成影響以外,有時亦要統籌所在的公用事業,把地底的輸水、輸電管線遷移,以便騰出地方來興建列車通道。

供電方式[编辑]

一般而言,為減低隧道建造成本,地铁隧道必须尽可能小,对于明挖法时代修建的地铁,由于隧道断面多呈方形,因此为了减少开挖面积,此时期地下鐵會選擇使用第三軌供電方式以縮小隧道斷面。[來源請求]对于现代常用的盾构法建造而言,则多用刚性接触网系统,因为隧道呈现圆形断面,使用刚性接触网并不增加隧道直径,反而是使用三轨系统可能增加隧道直径。当今世界地铁系统总的来说,接触网系统属于后发致胜,逐渐成为主流系统。

地鐵的供電方式主要如下:

軌道供電[编辑]

第三軌在原有兩軌路線側邊新增軌道帶電,車輛則利用集電靴獲得電力;電流經車輪和運行軌道回到發電廠。第四軌除了原有車輪支撐導引用軌道外,另外增設兩條軌道各供應直流電正負兩極,或者供應三相交流電,但不如第三軌式經濟,故不常見。

架空電纜[编辑]

電力由架空電纜提供,車輛則利用集電弓獲得電力,有時亦會以車輪經過軌道將電流帶回發電廠。使用架空電纜供電的地下鐵,電纜設置會非常低,幾乎觸及車頂,以減少隧道高度,從而減低建造成本。

由於上述原因,地下鐵均會使用設備較簡單的直流供電,令車身可以較低矮,隧道同样可以造得較低。

優點和缺點[编辑]

優點[编辑]

  • 節省土地:由於一般大都市的市區地皮價值高昂,將鐵路建於地底,可以節省地面空間,令地面地皮可以作其他用途;
  • 減少噪音:如果是经过精确设计的地铁系统,无论在地下还是地面,其车外噪音均低于一般公路。
  • 減少干擾:由於地鐵的行駛路線不與其他運輸系統(如地面道路)重疊、交叉,路权专有(不专有的城市轨道交通系统称为轻轨或者有轨电车),因此行車受到的交通干擾較少,可節省大量通勤時間。
  • 節約能源:在全球暖化問題下,地鐵是最佳大眾交通運輸工具。由於地鐵行車速度穩定,大量節省通勤時間,使民眾樂於搭乘,也取代了許多開車所消耗的能源。此条目原则上不包含全部或者大部分区间建于地下的地铁系统,地下线路车站的通风环控照明等消耗巨大,一般来说是列车运行能耗的4-6倍。

缺點[编辑]

  • 建造成本較高:由於要鑽挖地底,鐵路的建造成本比建於地面高昂。
  • 速度受限:地下隧道如高速行駛會因風阻產生活塞效應,必須控制速度或隧道內抽成真空才行,後者因成本過高故尚無實例。

安全性[编辑]

雖然地鐵對於雪災、冰雹及強風的抵御能力較強。但是對地震、水災、火災和恐怖主義等抵禦能力很弱。由於地鐵的構造,而導致極易因為這些因素發生悲劇。為此自地鐵出現以來,工程師們就不斷持續研究如何提高地鐵的安全性。

地震[编辑]

地震可以導致行進中的車輛出軌,因此地鐵都設計有遇到地震立即停駛的功能,為防止地鐵地道坍塌,處於地震地帶的地鐵結構必須特別堅固。

水災[编辑]

由於地鐵內的系統低於地平線,而導致地上的水容易灌入地鐵內的設施。因此地鐵在設計時不得不規劃充分的防水排水設施,即使如此也可能發生地鐵站淹水事件。為此在發生豪雨之時,地鐵車站入口的防潮板和線路上的防水閘門都要關閉。 知名事件:

火災[编辑]

昔日人們不太重視地鐵站內的防火設施,車站內一旦發生火災,瞬間就會充滿煙霧,而引發嚴重的災禍。1987年11月18日,英國倫敦地鐵國王十字聖潘克拉斯站發生火災,導致31人死亡。產生火災的原因之一是因為倫敦地鐵內採用了大量木質建築。因此,日本各都市的地鐵部門在車站內實施禁煙政策來避免火災的同时还将车厢和车厢之间分割开来,避免采用大通道式(地铁列车不同车厢之间直接连通,不设置通道门)的地铁列车,万一发生火灾,可以防止火灾迅速蔓延至所有车厢。

2003年2月18日,韓國大邱廣域市的地鐵車站遭到縱火,12輛車廂被燒毀,198人死亡,148人受傷。這次火災產生如此嚴重死傷的原因除了車廂內部裝潢採用可燃材料之外,車站區域內排煙設施不完善也是重要因素,加上車輛材質燃燒時產生了大量的一氧化碳等有害物質,而導致不少人中毒死亡。

恐怖襲擊事件[编辑]

地鐵空氣之壓力[编辑]

地鐵因列車在隧道內高速移動,可能產生隧道及車廂內之壓力劇烈改變,而造成旅客不舒適之感覺,或者影響設備之使用壽命,其壓力改變之現象可詳活塞效應。地鐵因列車高速移動產生之壓力波若傳抵隧道出口,將產生隧道口微壓波噪音,干擾附近住民安寧。

地鐵之最[编辑]

最深的地鐵[编辑]

有些城市的土質不穩,或者為了戰略需要,隧道要挖得特別深。俄羅斯聖彼得堡地鐵一般都超過100公尺深。

然而,世界最深的地鐵車站並沒有定論。聖彼得堡本身的其中三個地鐵車站都有可能是全世界最深的;俄羅斯莫斯科地鐵烏克蘭基輔地鐵都各有一極深的站,兩站都是建在山丘底下。朝鮮平壤地鐵亦有一地鐵站能角逐此位,它的最深處達地下200公尺,平均深度亦達100公尺。

注釋[编辑]

  1. ^ 《在线新华字典》,地铁條目
  2. ^ 《重編國語辭典修訂本》,地下鐵條目,中華民國教育部網站
  3. ^ GB 50157-2003《中华人民共和国国家标准 地铁设计规范》:“地铁 metro 或 underground railway 或 subway ——在城市中修建的快速、大运量用电力牵引的轨道交通。线路通常设在地下隧道内,也有的在城市中心以外地区从地下转到地面或高架桥上。”
  4. ^ 城市轨道交通工程项目建设标准(2008). [2013-03-02]. :高、大运量级的线路均采用全封闭形式。具有独立的专用轨道和信号、高密度 运行的、为中长运距服务的、现代化的城市客运快速骨干系统,传统称为“地铁”。(附件城市轨道交通工程项目建设标准条文说明第二章第十五条)。另外2008年重新修订的《城市轨道交通工程项目建设标准》(建标104-2008)取消了“轻轨”与“地铁”的区分,仅根据运能将线路分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个等级,并指出:“Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级线路是全封闭快速系统,采用独立的专用轨道和信号,高密度运行。Ⅳ级线路具有专用轨道和部分信号的中低运量系统,但部分路段设置平交道口。”
  5. ^ Urban Mass Transit: The Life Story of a Technology,2006,Greenwood Press,ISBN 978-0313339165
  6. ^ Rapid transit. Merriam-Webster. [2008-02-27]. ; Metro. International Association of Public Transport. [2008-02-27]. 
  7. ^ 7.0 7.1 Glossary of Transit Terminology. American Public Transportation Association. [2008-02-27]. 
  8. ^ 城市快速轨道交通工程项目建设标准(试行本). [2013-03-02]. 其中对地铁的定义是:全封闭高运量及大运量的轨道交通系统。
  9. ^ 輕軌(LRT、全線與相交路口為平面交叉之 B 型路權),见輕軌運輸系統介紹
  10. ^ 10.0 10.1 What is a metro? A subway? An underground?. [2012-12-30]. 
  11. ^ Rapid transit. Merriam-Webster. [2008-02-27]. ; Metro. International Association of Public Transport. [2008-02-27]. 
  12. ^ 陳炳聖. 《萬物簡史》. 源樺. 2007. ISBN 986828421X. 

相關條目[编辑]

外部鏈接[编辑]