虹桥枢纽(虹桥综合交通枢纽的故事)

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虹桥枢纽(虹桥综合交通枢纽的故事)

虹桥枢纽(虹桥综合交通枢纽的故事)

新世代终极交通枢纽的秘密:上海虹桥交通枢纽站

上海是西方世界最初进入中国的门户型城市,周边区域的人口膨胀到1千8百万,他们都需要通过以上海为中心的交通网络进行活动。快速增长的人流很快将现有的交通容量推至极限。上海再次领域突破原有思维,将所有的运输方式融合起来,最终打造成全球最大的综合交通枢纽——虹桥综合交通枢纽。让我们通过《Discovery》频道的镜头共同了解这一“建筑奇观”(注:探索频道纪录片系列名称)。

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图1 虹桥枢纽鸟瞰图

上海虹桥综合交通枢纽始建于2006年,于2010年启用并成功服务当年的世博会。该交通枢纽位于上海闵行区北部,内有虹桥机场二号航站楼、虹桥铁路车站、长途客车总站、地铁2号线和机场,这足以满足1百万人在七种交通工具之间的切换,这项激进的工程背后也面临着诸多技术上的挑战。中国1/4的人口居住在上海周边的区域,和其他城市一样,火车站、公交车、地铁站和机场四散在城市周围,要缩短他们之间的距离需要一些革命性的设计——将所有路线都纳入一栋建筑中,也就是综合交通枢纽。按照之前的交通布局,搭乘出租车从机场到火车站要耗时1小时,现在则只需步行5分钟,这个概念很好理解,但实施起来却不那么简单。

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图2 堆叠式建筑

1 如何将立体交通系统融入一栋建筑中?

工程师面临的首要挑战是如何将其中不同的运输方式规划进一栋建筑内。如果按照传统的方式设计,该交通枢纽的主体建筑将延伸6公里长,走完全程要花费1个小时,他们给出的方案是——多层堆叠式(图2)。将枢纽站的每个部分拆分开,再根据功能型的不同进行叠加,从地下到地上一共6层,高43米(共72米高),这样就能将整个建筑缩短到2公里。看似简洁的主体建筑大有玄机,其中包含有20条火车线路和5条地铁线,要用去8万吨钢铁(北京鸟巢体育馆用钢量的2倍)。堆叠式建筑的问题是要将很大的重量压在较小的范围上,这对地基造成了极大的压力,雪上加霜的是建筑下面是古代河床,地面潮软并充满了淤泥。解决方法是建造一个巨大的基座,工人们要将桩基打到80米深的地方。工程师发现土壤中水分会对桩基的稳定性产生较大影响,漂浮的建筑物会拉扯桩基,迫使它延伸并降低桩基的强度,加上列车停站时带来的水平力,会产生灾难性的后果。工程师们为了解决这个问题,为每个桩基的柱子中间加入钢圈(图3),钢圈中再加入钢条。在工程师们艰苦的作业下,仅用17个月便完成了车站的主体结构。

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图3 桩基内部示意图

2、如何将枢纽站无缝链接城市道路系统?

主体结构的完工只是万里长征的一地步,工程师们接下来的任务就是将枢纽站无缝融入城市道路系统。拥挤的交通(尤其是早晚高峰期)早已成为上海市的常态,这也是交通系统工程师面临的最大挑战,传统的道路设计远不敷虹桥枢纽的使用。交通堵塞一般发生在十字路口,传统的应对方式就是信号灯,工程师决定避开这一选择,而是采用单行高架桥(图4)的设计,路面宽度达到50米,并环绕整个枢纽站。道路系统由4条封闭的环形道路构成,1条来自北方,1条来自南方,2条来自西方。

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图4 视频截图 环形道路工程

3、如何解决枢纽站的拥堵问题?

想象一下,2辆车从北方环形道路进入(图5),他们随着目的地不同而分开,1号车前往火车站,2号车前往机场。当车辆离开时,他们再度汇合离开枢纽站。其他方向来的车辆也是按照同样的原理运行。系统的高明之处在于每条环形的道路都是完全独立的,不出意外的话车辆在每条道路的时速可以稳定在50公里。高架桥的桩基总长达到了100米,即便如此整个道路系统预计在使用期间会下沉5毫米,看似不起眼的数字却会给计划中的关键节点带来麻烦。新道路系统需要和枢纽站南段已有9年历史的老公路相连,此道路已达到了下沉距离极限。新老公路交汇后,下沉的新道路会给传统道路带来过多的压力,这将遭到严重破损(图6)。在道路系统完工前,他们必须找到能吸收下沉力量的新路面。新路面需要和传统路面一样的坚硬,但不能像沥青一样容易断裂而是必须能够弯曲。工程师发现传统材料中受限的因素在于黑焦油,纯度为一百的样本在延展机上在5厘米处便被拉断。最终工程师将废旧的橡胶添加进入焦油的混合物中,通过不同的测试配比,工程师终于在4个月后找到了完美的结合点。实验结果显示达到了延展性和强度的双重优点,混合物在30厘米处被拉断。这种能弯曲的超强材料(图7),弹性足以抵消5毫米的高度差,强度也能满足这座超级枢纽站的忙碌交通。

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图5 两辆车根据目的地的不同从分开到汇合

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图6 新老道路交汇处

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图7 视频截图 能弯曲的超强材料

4、飞机跑道和地铁隧道如何同时施工?

枢纽站位于上海虹桥机场跑道的附近,设计者为满足新增流量要扩建第二跑道,并新建45个登机门的新航站楼。设计者面临一个艰难的任务,在机场正常运营的前提下扩建跑道(图8)。他们唯一的选择是在夜间工作,在没有任何客机运营的时候开工,整个跑道建设耗时2年半,不过全新的跑道却和枢纽站的其他工程相冲突。与此同时地铁工程师正在机场东边建造地铁10号线,工程的前期都没有问题,直到在连接枢纽站的最后2公里处才出现。地铁线路要在跑道的正下方挖掘隧道,在任何情况下挖隧道都是很冒险的行为,因为上方的地面都或多或少的会下沉,在机场下面挖隧道,危险系数更高。如果机场跑道下沉了只有几厘米,也会造成更为严重的后果。隧道专家解释说,一般情况下这种路面预计会下沉40~50毫米,但是他们要保证沉降不超过10毫米。为避免意外发生,工程师使用高精度的仪器随时监控跑道,但是传统的测量工具在这种环境下毫无用武之地,就像拿一根棍子站在每3分钟就有飞机降落的地方。工程师决定采用一部“全测站仪”的测量仪器(图9),这种仪器会向目标发射短的激光,仪器会测量并接受反射所需的时间差再计算距离。仪器同时会测量光束的角度,利用简单的数学原理就能测出垂直高度的改变(图10),精密的仪器足以探测到一张名片厚度的变化,工程师在跑道旁放置两部平行(图11)的这种仪器自动扫描跑道上的监测点。

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