تحدي الفضاء الحضري

وفي بناء السكك الحديدية الخفيفة ذات السرعة العالية من خلال المناطق الحضرية الكثيفة، يجب على مهندسي هذه المناطق العمل في حدود مكانية شديدة، حيث أن الطرق القائمة والمباني وكوندوات المرافق العامة والأنفاق الفرعية لا تترك مجالاً كافياً للمواءمة السطحية الجديدة، ففي طوكيو، مثلاً، كثيراً ما تدار خطوط الشينكانين عبر قنوات متطورة بين أبراج المكاتب، مما يتطلب وجود أسس تتجنب الهياكل الأساسية القائمة التي تحت الأرض.

فالأقسام المتصاعدة توفر حلا آخر ولكنها تضع مجموعة من القيود الخاصة بها، ويجب أن يكون الهيكل قويا بما يكفي لحمل القطارات ذات السرعة العالية مع أن يكون متصلبا بما يكفي للارتقاء بين المباني وليس لغلق ضوء النهار، وفي خط السكك الحديدية الغربي في هونغ كونغ، يستخدم المهندسون أحجاراً متطورة من مربعات محددة ذات سمات تتراوح بين 25 و30 متراً، مما يقلل من عدد الأعمدة التي تُوجه الانتباه إلى مراحل ضيقة.

المسار الصحيح للمسح الجيولوجي للسرعة العالية

وفي حدود السرعة التي تتجاوز 100 كيلومتر/ساعة، يمكن أن تؤدي المخالفات البسيطة إلى عدم راحة الركاب أو إلى مخاطر السلامة، وغالبا ما تشمل التواؤم الحضري منحنى ضيقاً ودرجات يمكن تجنبها في المناطق المفتوحة، ويجب على المهندسين أن يصمموا مساراً مع حد أدنى من نطاق المنحنى بحيث يمكن للقطار أن يتفاوض بسرعة مستهدفة مع الحفاظ على سرعة التسارع الأفقي دون 0.5 متر/س.

Slab track (concrete bed) is preferred for high-speed light rail because it offers stable geometry and low maintenance, but it is unforgiving of settlement. In Boston’s Green Line extension, engineers used floating slab sections with resilient bearings to isolate vibration from nearby buildings. Track alignment tolerances on the order B2 mm in gauge and newation

الخيارات المادية التي يُحقق التوازن فيها

أما المواد المستخدمة في البنية الأساسية للسكك الحديدية الخفيفة ذات السرعة العالية فهي تؤثر مباشرة على تكاليف البناء ودورات الصيانة وانبعاثات الضوضاء، وبالنسبة لهيئات المركبات، فإن السكك الحديدية والألومنيوم المجهزة بمركبات الكربون تقل وزنها مع الحفاظ على صلاحية التحطم، ويعني ذلك تحميلا أقل دينامية على الهياكل المرتفعة، مما يمكن أن يقلل من التداخل المطلوب بين البقع والأعمدة.

وقد تطورت مواد البناء للهياكل المرتفعة إلى مستوى الخرسانة العالية الأداء والفولاذ المسبب للطفح، وتقاوم الاختراق الكلوري في المدن الساحلية وتخفض سماكة القسم، مما يساعد على تركيب الأعمدة في وسطاء ضيقين، وتسجل طبقة من أكسيد التخصيب المستقرة، ولا تحتاج إلى رسم، وتخفض تكاليف دورة الحياة، غير أن كلا المادتين تتطلبان نسيجاً متخصصاً ومراقبة الجودة.

إدماج شبكات المرور العابر في ليغاي

ولا يمكن أن يكون خط السكك الحديدية الخفيفة الجديد ذا السرعة العالية في عزلة، بل يجب أن يكون متصلاً بالمترو والسكك الحديدية المخففة والحافلات، وأحياناً نظم الترام، وهذا يعني تصميم محطات تتيح نقل العجلات المشتركة، والمواعيد الزمنية المتزامنة، وفي مصعد التجميل ذي العجلات العالية، تم بناء محطات الفرز العالية السرعة الجديدة تحت خط العرض الحالي.

كما أن الاندماج يمتد ليشمل غرف الإشارة والمراقبة، ويجب أن يكون مركز العمليات قادراً على الإشراف على الخط الجديد والشبكة القائمة لإدارة حالات التعطل، وفي حالة Crosrail ، فإن إنشاء غرفة مراقبة مركزية يرصد 42 كيلومتراً من الأنفاق، و10 محطات وصلات إلى خطوط متعددة من خطوط التسلسل التعاقبي.

الاعتبارات البيئية والمجتمعية

فكل مشروع جديد للسكك الحديدية الحضرية يواجه معارضة محلية بسبب الضجيج والاقتحام البصري واضطرابات البناء، إذ أن تقييمات الأثر البيئي إلزامية في معظم البلدان، ويجب أن تعالج نوعية الهواء، والهتز، والموائل الإيكولوجية، والتراث الثقافي، فبالنسبة لسفينة السكك الحديدية الخفيفة في هونولولو، فإن عملية تقييم الأثر البيئي تنطوي على 18 شهرا من جلسات الاستماع العامة، وتؤدي إلى تغييرات في التصميم تشمل حواجز ضوضاء أقل وجزءابط من الضوضاء ذي ضوضاء ذي دوارة بالقرب من الكنيسة التاريخية.

وأثناء البناء، تشمل تدابير التخفيف أساليب التكفير المنخفضة النشاط (مثلاً، لوحات الجدار الناموسومية بدلاً من الكوابيس المتحركة)، والقمع الغباري، وساعات العمل المحدودة، ويعقد موظفو الاتصال المجتمعي اجتماعات منتظمة لإبلاغ التقدم المحرز والحصول على تعليقات. وكثيراً ما تعمل أفرقة التصميم الحضري مع مهندسي المناظر الطبيعية لإدماج محطات في المنافذ الشواسعة، واضافة مادة التخين العامة، ووقف الدراجات.

الإمداد بالطاقة والتعقيد

وتستمد مركبات السكك الحديدية الخفيفة ذات السرعة العالية قوة كهربائية كبيرة، مما يتطلب شبكة إمدادات قوية، كما أن خطوط التموين فوق الرأسية عند ٢٥ كيلو متراً مربعاً هي المعيار الذي يمتد على أكثر من ١٢٠ كيلومتراً/ساعة، ولكن في المناطق الحضرية ذات التطهير المنخفض، يمكن للمهندسين أن يستخدموا سكة حدية ثابتة للشبكة، وكثيراً ما تستخدم نظم التكتل الثالثة في أقسام سرية لخفض حجم النفق، ولكنها تحد من سرعة القطارات وتخلق مخاطرة.

كما أن المكابح الإبداعية تساعد على الحد من استهلاك الطاقة: عندما تعمل مكابح القطار، فإن محركاتها كمولدات، وتغذي الطاقة الكهربائية إلى خطها، ويمكن استخدام هذه الطاقة بواسطة قطارات سريعة قريبة أو بيعها إلى الشبكة، وفي منطقة برلين S-Bahn، فإن تكرير الطاقة المتجددة يستعيد ما يصل إلى 20 في المائة من الطاقة المختلة، غير أن التوابل الفولية يجب أن تدار لتجنب حدوث فائض في أجهزة تخزين الطاقة.

متطلبات الموثوقية والإعالة التشغيلية

وحتى أفضل الهياكل الأساسية تصميماً يتطلب نظاماً تشغيلياً صارماً، إذ يجب أن تحقق خطوط السكك الحديدية الخفيفة العالية السرعة في المناطق الحضرية درجة عالية جداً من التوافر، تستهدف 99.5 في المائة أو أكثر، لأن أي فشل خلال ساعات الذروة يسبب الازدحام الفوري وفقد الثقة في الراكبين، وتتوقف هذه الموثوقية على إدارة الأصول القوية: عمليات التفتيش باستخدام اختبارات الأشعة فوق الصوتية وقياسات قياس الجراثيم كل بضعة أيام، وتضع، وتعطل في صيانة الهياكل الأساسية، وتتحول إلى عوامل الاختلال.

كما أن تدريب السائقين والتشغيل الآلي يؤديان أدواراً في الموثوقية، إذ يتعين أن تستخدم خطوط السكك الحديدية الخفيفة الجديدة ذات السرعة العالية في المناطق الحضرية خطاً من طراز " أوتوماتياً " 2 أو 3، حيث يعمل سائقاً على الأبواب ويبدأ عمليات المغادرة، ويتحكم القطار تلقائياً في السرعة والتفاؤل، ويستخدم خط باريس المتوسط 14 دون أي سائق (الهدف 4) بسرعة تصل إلى 80 كيلومتراً/ساعة بكشفها عن طريق خطوط رئيسية تبلغ 85 ثانية.

خاتمة

إن إنشاء خط سكة حديدية خفيفة عالية السرعة في بيئة حضرية مزدحمة هو إنجاز متعدد التخصصات، ويجب على المهندسين التوفيق بين القيود المكانية والتتبع الجغرافي الدقيق، واختيار المواد التي تقلل من الوزن والضوضاء، والارتقاء الصارم بالنظم القائمة، ومعالجة الشواغل البيئية، وتوفير الطاقة الموثوقة، والتخطيط للإعالة الطويلة الأجل، بل إن المحركات الجغرافية الفريدة للمدينة، والهياكل الأساسية، والتشكيل المجتمعي للحلول التقنية التي يمكن أن تكون في هونغ كونغ غير ضرورية في برلين.