[发明专利]大跨度隐形天铁

说明书

技术领域

本发明涉及一种大跨度隐形天铁，其特征在于在一座座大跨度“摩天塔楼”之间架 设一段段大跨度楼到楼水平“直拉钢索”，该“直拉钢索”为硬身段“摩天悬轨”及“单轨天车” 提供隐形支撑；本发明能够在天空中架设一种不遮光、不显眼、成本低、易施工的“隐形天 铁”；本发明为“单轨双线天铁”(铺轨成本远低于“双轨双线地铁”)；本发明尤其适用于在城 市上空架设“全线隐形天铁”或“全网隐形天铁”。

背景技术

现有大跨度天铁都不是采用“隐形直拉一索横空”而是采用“显形斜拉一桥横空”； 只有借助“隐形直拉一索横空”，才能实现一根直拉钢索代替一座斜拉钢桥，才能实现“只见 空中有车，不见空中有桥”(相对来说，不遮光、不遮阳、不遮景、不碍眼、不显重、不花钱、易 施工)；反之，如果采用“显形斜拉一桥横空”，就会发现“天空之上，一眼望去，处处是摩天 桥，处处是斜拉杆”(太遮光、太遮阳、太遮景、太碍眼、太显重、太花钱、难施工)；现有“城市 天铁”之所以多被“城市地铁”取代，就是因为缺少一种不显眼、成本低、易施工的“大跨度隐 形天铁”；现有“城市地铁”虽然完全隐藏在地下，但相对“单轨双线天铁”而言，“双轨双线地 铁”成本太大；现有“小跨度单轨悬吊天铁”之所以不能称之为“隐形天铁”，是因为同一线路 上“千米之内或百米之内甚至十米之内处处是立柱”，既显眼又占地(这些地面立柱无法隐 形)，因而无法做到“在相邻两个站点之间即千米之内无立柱”，无法实现“千米跨度一索横 空隐形天铁”，即无法实现“大跨度隐形天铁”；现有“小跨度单轨悬吊天铁”均为“百米之内 甚至十米之内一根钢梁横空”，跨度极其有限(只有将“一根钢梁横跨”变成“一根钢索直 拉”，就会从“百米跨度”跃升为“千米跨度”)。

发明内容

本发明的方案是，在一座座大跨度“摩天塔楼”之间架设一段段大跨度楼到楼水平 “直拉钢索”，该“直拉钢索”为硬身段“摩天悬轨”及“单轨天车”提供隐形支撑，组成单轨双 线“隐形天铁”。

方案中，“摩天塔楼”或称“泰山塔楼”，一般是指带有垂直电梯的高大笨重的住宅 楼或高架塔；每座“摩天塔楼”之间(即每座“摩天塔楼”顶部的天铁层)相当于带有天铁垂直 电梯的天铁换乘站台或不带天铁垂直电梯的天铁支撑点；只有将“摩天塔楼”尽量设计成 “住宅塔楼”模式，才能最大限度地就地安置动迁户，将天铁成本巧妙转化为住宅成本，变相 降低天铁成本(换句话说，“摩天塔楼”建得再高再大，也不需计入天铁成本而是计入住宅成 本；换句话说，“摩天塔楼”建得越高越大，越能吸引民宅资本投资；换句话说，百层“摩天塔 楼”也许只有顶部四层是天铁层，其它九十多层全是住宅层，即塔楼天铁层高于塔楼住宅 层)。方案中，“摩天塔楼”的高度一般远远高于树顶高度及附近建筑物的高度，最好是“第一 高楼”，但也不反对低于树顶高度及附近建筑物的高度。方案中，“大跨度”是指同一线路上 相邻两座“摩天塔楼”之间的距离(即每段钢索净空跨度)最好在千米以上(特殊情况下最好 不少于200米，不反对低于200米)。方案中，每根“直拉钢索”可以由多股更细钢索绞合而成。 方案中，最好将“直拉钢索”包藏于“摩天悬轨”内，不仅有利于尽量“隐形”，而且能保护钢索 免遭风吹雨淋，延长钢索使用寿命。方案中，不反对将“直拉钢索”全部或部份暴露在外(即 使不将“直拉钢索”包藏于“摩天悬轨”内，也不影响天铁的“隐形”特性，这是因为，即使钢索 裸露在外，也仍然属于“隐形直拉”，而不是“显形斜拉”)。方案中，每条“摩天悬轨”内可以包 藏多根“直拉钢索”(比如四根钢索)；由于钢索多包藏于悬轨内，因此“多索横空”在外观上 与“一索横空”没有区别，因此，无论是“多索横空”还是“一索横空”均可统称为“一索横空” (换句话说，如无特殊说明，“一索横空”包括或概指“多索横空”)。方案中，每根“直拉钢索” 的两端均直接或间接固定在“摩天塔楼”上(比如借助不显眼不占位的“墙面千斤球”增加两 端拉力，尤其适用于无法对称直拉时或场所有限无法直拉时；上述“墙面千斤球”能够将水 平方向直拉力巧妙转化为竖直方向垂拉力以便少用直拉空间多用垂拉空间；“墙面千斤球” 并非仅限于球形，还可以是其它任何形状；“墙面千斤球”也可以置于墙体内或直接由“钢筋 混凝土千斤墙”或“钢筋混凝土千斤桩”取代，因而可取消“墙面千斤球”；“摩天塔楼”正是因 为借助上述“千斤球”、“千斤墙”或“千斤桩”才显得“高大、笨重、抗拉”，才能称之为“泰山塔 楼”；上述“千斤球”、“千斤墙”或“千斤桩”是“墙面千斤球”、“钢筋混凝土千斤墙”或“钢筋混 凝土千斤桩”的简称；上述“千斤”只是概指，也可以是“万斤”“十万斤”等等)。方案中，由“直 拉钢索”支撑的“摩天悬轨”为单轨而非双轨，“单轨”的好处有三，一是成倍减少遮阳面、天 铁重量及天铁成本，与双轨相比更接近于“隐形”，二是只需一条单轨就可以支撑起“单轨天 车”，易于控制车辆平衡，三是只需一条单轨就能够为“单轨天车”的顶部驱动轮或腹部骑跨 轮提供电力驱动及行驶轨道；“双轨”的缺点有二，一是成倍增加遮阳面、天铁重量及天铁成 本，与单轨相比不易“隐形”，二是高空双轨与高空单轨相比，反而不易控制车辆平衡。方案 中，“隐形支撑”一是指相对于传统“斜拉支撑”而言，采用“直拉”时钢索少多了，钢桥少多 了，天铁轻多了；二是指“直拉钢索”一般包藏在“摩天悬轨”内(但也不反对将钢索全部或部 份暴露在外)。方案中，“天车”并非指传统“缆车”(两者有明显区别，所谓“缆车”是指钢索与 缆车一起移动，缆车靠钢索带动，缆车不设驱动办；所谓“天车”是指钢索及轨道固定不动， 只有“天车”及顶轮单独移动，天车设有驱动轮；所谓“天车”更象是“单轨悬吊或单轨骑跨空 中电车”或“单轨悬吊或单轨骑跨空中巴士”或“单轨悬吊或单轨骑跨空中列车”)。方案中， “天车”一般为“一车多人大型车”，比如一车十人，一车百人，一车千人(但也不反对天车为 “一车一人小型车”)；这里所说的“一车千人”虽然很重，但车辆是移动的，完全可以控制发 车间距，使前车与后车刚好保持一段钢索的距离，确保每段钢索上任何时候只有一辆天车， 即任何一段天铁的承重量不超过一辆天车的满载重量(比如，当后车到达某一高楼站台时， 前车已到达前一高楼站台；当前车行驶在某一段钢索上时，后车一定行驶在后一段钢索上； 又比如，以城市天铁为例，前车与后车保持3分钟的发车间距，刚好相当于现有地铁站台间 的发车距离及发车模式)。方案中，“硬身段”是指“均质均载硬身段”(而不是“峰质峰载软身 段”)，包括较短的“零件硬身段”和较长的“装配硬身段”；只有采用“均质均载硬身段”才能 保证天车的“顶部驱动轮”或“腹部骑跨轮”由“集中着力于钢索某一点(峰质峰载)”巧妙转 化为“分散着力于钢索某一段甚至分散着力于钢索全线(均质均载)”，从而使钢索上任何一 点都只需承担天车满载总重量中的极小部份，从而实现“均质均载、化整为零、化重为轻”； 此外，硬段轨与硬段轨之间必有缝隙，为天生“软肋”，应采用套轨、补轨方式，消除“软肋”， 消除“峰质峰载”，从而使一段段较短的“零件硬身段”组合成长长的“装配硬身段”；“装配硬 身段”越长，越能实现“均质均载、化重为轻”，保护钢索；“零件硬身段”越短，越便于搬运与 施工。方案中，虽然“摩天悬轨”有些重，但借助直拉钢索“平均化”后能化重为轻。方案中，虽 然“单轨天车”有些重，但借助均质均载硬身段摩天悬轨“平均化”后能化重为轻。方案中，之 所以强调“水平”，是因为“水平硬身段”比“斜坡硬身段”更能实现“均质均载、化重为轻”，因 此，强烈建议“直拉钢索”为完全水平钢索，实现“纯平天铁”；但绝不反对将“水平直拉钢索” 全部或部份改为“非水平直拉钢索”，绝不反对将“纯平隐形天铁”全部或部份改为“不平隐 形天铁”；换句话说，“隐形天铁”包括“纯平隐形天铁”“不平隐形天铁”(“不平隐形天铁”或 称“斜坡隐形天铁”)。方案中，之所以强调“摩天塔楼”或“第一高楼”，就是为了实现天铁线 路处处水平(即使是在地势不平的坡道路段或荒山野岭，也可以借助处处等高的“第一高 楼”即“第一海拔高度”实现“纯平天铁”)；“纯平隐形天铁”与“现有不平地铁”的明显区别 是，天铁整个线路可以做到绝对水平，而地铁往往顺着地势铺设，因此有高有低或很难做到 绝对水平。方案中，如果“隐形天铁”所有线路刚好位于地势平坦的地面道路正上方(即正好 位于空旷地带正上方)，则“摩天塔楼”可以不是“第一高楼”甚至可以不是高楼，是否高于树 顶也不必强求；如果“隐形天铁”是“不平隐形天铁”，则所有“摩天塔楼”不必一样高，即不必 等高，且可以不是“第一高楼”甚至可以不是高楼(强烈建议，“摩天塔楼”始终等高，且最好 为“第一高楼”；强烈建议，“隐形天铁”始终为“纯平隐形天铁”)。方案中，为防止不同线路的 “隐形天铁”在交汇处或换乘点出现冲突，完全可以将不同线路分为高低错层设置，比如，以 (一纵一横)“全线隐形天铁”为例，纵向天铁(1号线)在交叉换乘处高于横向天铁(2号线)， 就象现有地铁1号线在交叉换乘处一定高于地铁2号线一样；又比如，以“5纵5横方正网格城 市隐形天铁”(上下四层“全网隐形天铁”)为例，可由25座“摩天塔楼”围成16个格子，每个格 子的长度或宽度相当于每段钢索的净空跨度(比如500米至1000米)，可以将5条纵向天铁设 为最上层(第一层)，将5条横向天铁设为第二层，将左斜向45度天铁设为第三层，将右斜向 45度天铁设为最下层(第四层)，从而实现“纵横斜分层走，路路车都直快，换乘站走层梯” (俯视时，四层天铁在“摩天塔楼”处呈米字交叉；平视时，四层天铁互不冲突，且能借助层间 垂梯或层间坡梯在“摩天塔楼”天铁层实现层间换乘)；又比如，以“5纵5横方正网格城市隐 形天铁”(上下双层“全网隐形天铁”)为例，可由25座“摩天塔楼”围成16个格子，每个格子的 长度或宽度相当于每段钢索的净空跨度(比如500米至1000米)，可以将5条纵向天铁设为最 上层(第一层)，将5条横向天铁设为最下层(第二层)，从而实现“纵横分层走，路路都直快， 换乘走层梯”(俯视时，双层天铁在“摩天塔楼”处呈十字交叉；平视时，双层天铁互不冲突， 且能借助层间垂梯或层间坡梯在“摩天塔楼”天铁层实现层间换乘)。上述“5纵5横”只是举 例，也可以是其它数字的“多纵多横或多纵少横”，并非一定取“5”，无论是几纵几横均可以 统称“全网隐形天铁”，都能实现“纵横斜分层走，路路车都直快，换乘站走层梯”(共四层)， 或实现“纵横分层走，路路都直快，换乘走层梯”(共两层)。方案中，“单轨天车”包括“单轨悬 吊车”“单轨骑跨车”；“单轨悬吊车”带有顶部驱动轮，行驶在一条单轨即“摩天悬轨”之下； “单轨骑跨车”带有腹部驱动轮，行驶在一条单轨即“摩天悬轨”之上。方案中，不同线路可以 选择不同大小“单轨天车”车型；一般情况下，“一车多人”车型中优先推荐“一车百人”、“一 车十人”等类似车型(在城市多纵多横天铁交通系统或方正网格天铁交通系统中，越是靠近 市中心区的主纵主横越应使用大车型，比如“一车千人”或“一车百人”；越是远离市中心区 的次纵次横越应使用小车型，比如“一车百人”或“一车十人”甚至“一车一人”。方案中，“单 轨双线”一是指由“直拉钢索”及“摩天悬轨”组成的天铁线路均为“单轨”线路，行驶单轨悬 吊车或单轨骑跨车；“单轨双线”二是指由“直拉钢索”及“摩天悬轨”组成的天铁线路均为 “双向”线路，行驶双向对开车；“单轨双线天铁(共两条轮轨)”铺轨成本远低于“双轨双线地 铁(共四条轮轨)”。方案中，“摩天塔楼”与“直拉钢索”接触的墙角或转弯处应为圆角结构 (防止因锐角或尖角割伤钢索)；钢索变向或转弯处最好不要采用锐角或尖角结构，而是应 采用圆角结构(圆角结构不伤钢索)。方案中，所称“天铁”是相对“地铁”而言，相当于将现有 地下交通系统由“双轨制”变“单轨制”、由显形变隐形、由重铁变轻铁后搬到了天上(“双轨 制”是指传统地铁为“轮对轮轨”，“单轨制”是指隐形天铁为“单轨悬吊或单轨骑跨”)。方案 中，在线路起始段及终末段(即车辆掉头段)，可以采用“双线合一、顶部道岔或腹部道岔”结 构；为方便掉头，“单轨天车”应设计成“两端都是头，两端都是尾，车头即车尾”模式，以便在 车辆到达终点时不需转体即可掉头(由此可以看出，无论是大型天车还是小型天车都是“有 去有回循环回笼车”，如果某一辆车在这一趟是由南站跑到北站，那么这一辆车在下一趟一 定是由北站跑到南站，即来回两趟，刚好回笼)。方案中，不反对采用“小幅斜拉”或“近空斜 拉”结构，即不反对在站台附近及“摩天塔楼”两侧出现小幅度斜拉索或斜拉杆(比如从塔楼 墙面“向下向外”拉向塔楼近空的短梁上或钢索上)，这种“斜拉”一般仅仅是为了将太短的 站台向塔楼两边延长一点点，使站台长度跟得上“大型天车”车身长度，方便乘客候车上车 下车(如果是小型天车或只需要小型站台或有其它更有效方法时，则“斜拉”可免)；这里所 说的“小幅斜拉”或“近空斜拉”不属于“大跨度斜拉”(因为“小幅斜拉”或“近空斜拉”实际上 只相当于“摩天塔楼”的高空层，应该把它看成是“摩天塔楼”的一部份，而不能看成是钢索 或悬轨的一部份)。方案中，最好将“隐形天铁”按线路多少设计成“多纵多横方正网格隐形 天铁”(简称“全网隐形天铁”)，但也不反对设计成“少纵少横甚至一纵一横或有纵无横隐形 天铁”(简称“全线隐形天铁”)；换句话说，“隐形天铁”包括“全网隐形天铁”“全线隐形天 铁”；“全网隐形天铁”最明显的好处是能够将客流分散，从而让每一站点都不需要大站台 (且不需要大型车)，尤其适用于城市天铁；“全网隐形天铁”中只要不采用大站台，“摩天塔 楼”的高空层就不再需要采用上述“小幅斜拉”或“近空斜拉”，一眼望去，天空之中不见斜 拉，全是直拉，全是“隐形”。