Table of Contents
إن أرض لندن، المعروفة عموما باسم " التوبي " ، ليست فقط واحدة من أقدم النظم المتروية في العالم، بل هي أيضا عرض مستمر للابتكار الهندسي المدني والميكانيكي والكهربائي، إذ فتح خطها الأول في عام ١٨٦٣، وتمتد الشبكة الآن إلى ٤٠٢ كيلومترا )٢٥٠ ميلا( من المسار، وهي تقدم خدماتها لأكثر من بليون راكب كل سنة، ويظهر تاريخها عن طريق تقنيات النفق الجريئة، ونظم الإشارات الرائدة،
Origins and Early Engineering Challenges
رؤية سكة حديد تحت الأرض
وفي أوائل القرن الثامن عشر، اختنقت شوارع لندن بحركة خيل، حيث تراوح عدد سكان المدينة بين أكثر من مليوني وسكك الحديدية الموجودة فوق الأرض التي انتهت في محطات حول المحيط، وكانت فكرة السكك الحديدية تحت الأرض قد اقترحتها على نحو خطير المحامي ومخطط المدينة شارل بيرسون في عام 1840.
التشييد المقطعي والغطائي
وكان الخط الأول، الذي كان يمتد بين بادينجتون وفارنغدون، قد بني باستخدام طريقة قطع وغطاء، وحفر مهندسون خندقا على طول الشوارع القائمة، ووضعوا المسار، ثم اخترقوا سطح الطريق قبل إعادة سطح الطريق، وكان هذا النهج مستقيما نسبيا ولكنه كان مسببا للاضطرابات الشديدة في المدينة أعلاه، وكان يتعين أن تُدمّر الخندقة مع قطع الخشب والبخرة لمنع انهيار المياه الجوفية.
الانتقال إلى تونيلات عميقة التوب
وقد أدى نجاح خطوط التخفي والقطع إلى حفز الطلب، ولكن الطريقة كانت غير عملية في وسط لندن حيث كانت الشوارع ضيقة ووقفت المباني على أسس عميقة، ونشأ جيل ثان من شبكة " الغطاس الكبير " في التسعينات، وكانت هذه الأنفاق مللت بأعماق تبلغ ٢٠ مترا أو أكثر، ومرت تحت المجاري الحالية، وأهمية الغاز، وأسس القطارات الكهربائية المميزة ٣,٢ في لندن.
الابتكارات في مجال التشييد
كتيب تونلينق و شيلد
وقبل ظهور الأنفاق المتحركة، تم حفر الأنفاق العميقة باليد، وكان الرجال يعملون على الوجه مع المخللات والمجارف، وكثيرا ما كانوا في الهواء المضغوط لمنع حدوث جرعات المياه، وكان الابتكار الحاسم هو الدرع النفق - وهو هيكل وقائي يسمح للعمال بالحفر بأمان بينما تم تركيب خط متقدم في لندن.
The Emergence of Tunnel Boring Machines (TBMs)
ورغم أن الأساليب اليدوية ظلت شائعة منذ عقود، فقد جرت محاكمة أول آلة مملة للنفق على أرض لندن في الستينات أثناء تشييد خط فيكتوريا، وكانت خط فيكتوريا أول خط أنبوبي جديد في لندن لأكثر من 50 عاما، وهي تتطلب صعوداً اقتصادياً مضجراً عبر كلاي لندن، وقد يؤدي ارتفاع مستوى الارتفاع المتطور إلى الحد الأدنى من مستويات النفق المتطورة إلى ثلاثة أمتار مربعة(22).
دال - التقدم في مجال العلاج والتخصيب
كما أن النفق الحديث يستفيد من الرعي الكيميائي لتثبيت التربة غير المستقرة، وتقنيات التجميد لخلق جدران الجليد مؤقتا، والرصد المتقدم باستخدام الليزر والهواتف، وتطورت نظم الزرع من مروحات بسيطة من الطوب إلى مشجعين قويين يمكن أن يعكس مسار تدفق الهواء إلى السيطرة على الدخان في حالات الطوارئ، وقد أدى الجمع بين تدابير الحرق والرصد في الوقت الحقيقي، وأفران الأنفاق المشتعلة إلى بناء أعمق قبل أن يصبح أكثر أمانا أكثر أمنا وأكثر قابلية للتنبؤا من أي وقت مضى.
دال - التقدم المحرز في تكنولوجيا المسار والعلامات
الكهربة: من ستام إلى الكهرباء
وتستعمل خطوط التخفي المبكر المتطورة المكثفة المحتوية على مواد متحركة، ولكن خطوط التوبي العميق تتطلب مصدرا للطاقة أنظف وأكثر برودة، وقد كان السكك الحديدية في المدينة وجنوب لندن مكهربا من فتحها في عام 1890، باستخدام نظام السكك الحديدية الثالث في 500 من البلدان النامية، مما أدى إلى انخفاض الدخان، وتسريع القطارات إلى ارتفاع مستويات التدرج.
الإشارة إلى التطور: من الميكانيكي إلى الآلية
وقد تم ربط صناديق الإشارة على طول الخط بالتلغرافات، وتم استخدام القطارات في الفضاء باستخدام مبدأ " الحجب المطلق " ، وكان هذا النظام بطيئا ومعرضا للخطأ البشري، وفي العشرينات، تم إدخال إشارة على المسارات، وكشف وجود قطار ووضع إشارات إلى الخلف.
الترقيات الحالية: الإشارة الرقمية على خط بيكاديللي
وفي إطار برنامج تحديث الأراضي في لندن، يجري حالياً تحديث خط البكاليلي مع نظام CBTC - نفس النظام المستخدم بالفعل على خط اليوبيل، مما سيزيد من القدرة بنسبة تصل إلى 25 في المائة، وهو عامل تمكين رئيسي لإدخال قطارات جديدة أطول، ويشمل المشروع تركيب آلاف الحركات البليسية والأنتينات الإذاعية، والارتقاء بالحواسيب المحمولة، وإعادة كتابة البرامجيات التي تُدرب.
الهندسة الحديثة والتوسيع
خط فيكتوريا: مخطط لبناء حديثة في توبي
وعندما فتح خط فيكتوريا بين مركز والتهامستو وفيكتوريا في عام 1968 (الممتد إلى بريكستون في عام 1971)، كان يمثل خطا كميا في الهندسة الجوفية، وكان الخط الأول هو استخدام تدابير الشفافية وبناء الثقة على نطاق واسع، وكان أولها نظام مكتمل للفحص، وكان أولها يملك غرفة مراقبة مركزية تستخدم الحواسيب لرصد تحركات القطار، وكان الخط مصمما من أجل ارتفاع القدرة على العمل الآلي، مع وجود عملية تدريب آلي.
خط يوبيل للتوسع و أعمق المحطات
وقد شمل تمديد خط جوبيل من غرين بارك إلى ستراتفورد في عام 2000 بعض أعمق وأعمق المحطات الطموحة في تصميم الشبكة، وقد تطلب محطة ويستمينستر، التي تقل مساحتها عن 32 مترا، بناء جدار دبلوماسي ضخم إلى جانب مجلس النواب دون تقويض الأسس، وقد أوقفت مركّبات تذكرة المحطة في فراغ واسع، حيث تهبط النفق فوق 50 مترا من أطول طريقة.
خط اليزابيث: كروسرايل الهندسية
وكان خط اليزابيث )كروسريل( الذي فتح بالكامل في عام ٢٠٢٢ هو أهم توسع في المنطقة السفلية في أكثر من قرن، حيث كان يحتوي على ٤٢ كيلومترا من الأنفاق الجديدة الواقعة تحت وسط لندن، وذلك باستخدام ثمانية مركبات ثلاثية الأبعاد، كل ٠٠٠ ١ متر.
القطارات بلا سائقين والإثبات المستقبلي
وتتجه منطقة لندن السفلى نحو عملية لا تحركها، وإن كانت التشغيل الآلي الكامل يقتصر على نظام خط السكك الحديدية الخفيف في دول المرفأ، وهو نظام منفصل تماماً، أما فيما يتعلق بخطوط الأنابيب الرئيسية، فإن قطارات التاج/المركز تعمل حالياً مع سائق يشرف على الأبواب والاستجابات الطارئة، كما أن التحديثات المخططة في البيكاديلي وبكرلو والخطوط المركزية ستشهد قطارات جديدة مجهزة بخطوط الإرشادية " غوا " .
أثر الهندسة على التنمية الحضرية
تشكيل ضواحي لندن
وقد أثرت كل مرحلة من مراحل الهندسة تحت الأرض على كيفية نمو لندن، وأدى توسيع خط العاصمة ليشمل الوسط الريفي في الثمانينات إلى إنشاء " أرض مترو " - وهي مجرى من التطورات السكنية في الضواحي التي تمولها شركة السكك الحديدية، وأصبحت المحطات نواة المدن الجديدة مثل هرو وبينر، وفي وقت لاحق، تتابع خطوط النقل الشمالية لموردن (1926) والخط المركزي في مجال النقل.
الترابط الاقتصادي والاجتماعي
وقد مكّن هذا الاقتصاد من الانتقال إلى المناطق الوسطى، فقبل التوبي، كان معظم العمال يعيشون في مسافات متحركة من وظائفهم، وقد سمحت خطوط التوبي العميق للناس بالعيش في مناطق خارجية أرخص، والسفر إلى أماكن عمل مركزية بسرعة، وقد أدى هذا التوسع الجغرافي في سوق العمل إلى الإنتاجية الاقتصادية وسمح للشركات بالتجمع في مناطق سكوير ميل وغرب إند، واليوم، توجد محطات مثل قناة ورف (التي تحافظ عليها خط جوبيل وإليزابيث بأكمله).
الحفظ والتكييف
ولا تزال هناك هياكل أساسية عديدة مستعملة، وكثيرا ما تكون مكيفة بما يتجاوز تصميمها الأصلي، وعلى سبيل المثال، فإن خطوط الترسب الفرعية (الدائرة، المقاطعة، العاصمة، هامرسميث) لا تزال تخترق الأنفاق القديمة المجهزة بالطوابق المجهزة في عام 1860 و 1870، وقد أعيدت بناء الموازين المائية، وتم تركيبها بأجهزة تهوية حديثة، ولكن البنية التحتية الأساسية لا تزال قائمة.
عملية التوبي الليلية و 24 ساعة
ومنذ عام 2016، عملت ليلة التوبي يوم الجمعة وليالي السبت على خطوط مختارة، مما يتطلب أعمال هندسية كبيرة: إذ كان يتعين تحديث نظم الإشارة لمعالجة نوافذ الصيانة الليلية، وحاجة طاقم القطار إلى بروتوكولات أمان معززة، وكان على المحطات توفير 24 ساعة من الموظفين، وقد عززت شركة ليت توبي اقتصاد لندن الليلي، وقللت الضغط على حافلات نهاية الليل، كما تبين كيف يمكن تكييف الهندسة النظامية مع أنماط التشغيل الجديدة دون وجود هياكل أساسية.
الاستنتاج: استمرارية النشاط الهندسي
إن شبكة لندن الداخلية هي أكثر بكثير من شبكة العبور - وهي متحف حي للابتكار الهندسي الذي يمتد على أكثر من ١٦٠ عاماً - ومن الخنادق المقطعة والمتخفية للسكك الحديدية المتروبوليتانية إلى التدابير الآلية التي تتخذها خط اليزابيث، فإن كل جيل يواجه مشاكل فريدة في عصره ويحلها، إذ أن الأنفاق والمحطات والإشارة والتدريبات هي نتاج تحسينات لا تحصى.