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巴拿马运河被誉为世界七大工程奇迹之一,它的开通使得大西洋到太平洋的航程足足缩短了两万公里。今天我们来看看它是如何建造,以及船只是如何通行的。 按照正常思维,既然是开挖运河,那肯定是选一个最狭窄的地方,然后使劲挖呀挖呀挖,一旦挖通,船只就能就这样穿过去了。 事实上,十八世纪末期法国就这样干过。但是整个挖掘工程由于暴雨,在当时造成了大量的山体滑坡,除此之外,由于巴拿马处于热带,山林丛生,蚊虫极多,造成了大量的人员伤亡,最后不得不放弃。 后来一位天才工程师突发奇想,为什么非得把这条线路的泥石全给开凿出来呢?如果只把海拔最高的山体移除,最后在两边建造水坝,使中间区 续续上足够深的水,这样船只也能正常通行。问题来了,船只该如何上升到水坝上面呢?很简单,工程师只利用了浮力就完美的解决了问题。 如图所示,水槽中的木块想要上升,最简单的办法就是往水槽里面继续注水,在浮力的作用下,木块自然而然的就会上升 来。具体看看船只通过巴拿马运河的过程。运河的入口处有三道闸,当船只想要通过时,第一道闸门就会打开,船只进入一号闸。好了,重点来了哈, 此时第一道闸门会关闭,然后底部有一道阀门,他连接着二号闸和一号闸,由于他俩存在水位差,打开之后,二号闸的水就会涌入一号闸,直至水位齐平,船只也会在浮力的作用下上升。接下来二号闸门打 开,船只进入二号闸,后面就按照刚刚的流程完整走一遍即可。就像这样, 一旦上升至最高水位,船只就会穿过中间的加通湖,最终来到运河的另一段。此时船只需要逐步下降才能通过,方法还是和前面一样,只不过顺序颠倒即可。 这个方法不可谓不天才。不过细心的小伙伴可能已经发现了里面的一个小问题,无论是上升还是下降,最初的补给水量都是来自于最上面的加通壶。随着大量的船只通过,加通壶的水量就会逐渐减少,直至干枯。怎么办呢? 其实工程师在选址时就考虑过这个问题。运河的位置不仅是最狭窄的地方,其上方还连通了一条 条明威茶格雷斯的河流,加通湖的水就是由这条河提供,只要自然降雨量足够,那么每艘船通行带来的水量损失就可以轻易的得到补偿。 然而,如果遇到旱季,上述问题还是会发生,比如二零一九年,当地降水量严重不足,加通湖甚至快见底了。为了确保安全,货运船只只好减少货运量来通行。所以这个问题并没有得到科学的解决,完全看老天的心情来吃饭。 接下来看看第二个问题,如何让加通湖区域的水续起来。建造大坝是最简单粗暴的方法,工程师只需要控制大坝的高度,就能实现水位的高低。 事实上,如果把这块区域完全淹没,船只就能直接从大西洋来到太平洋,不需要额外的开凿挖掘。但是如果这样的话,整个巴拿马国家 都将被洪水淹没,这显然行不通,所以工程师只能折中将蓄水量控制在这个水位。此时被淹没的区域大都是广袤的无人区,唯一的阻碍就是这一截长达十五公里的山体了。来看第三个问题,愚公移山。 为此,工程师引入了大量当时先进的机械设备,比如蒸汽铲机、轨道移位机、碎石洒布机、 卸载机等等。值得一提的是,这些重型设备在此之前并没有被发明出来,纯粹是为了开凿这个莱布拉水稻而设计出来的。 然而真正到了现场,工程师又遇到了难题,那就是有些石块太大太重了,产基跟本奈合不了,这该怎么办呢?此时工程师又想到了一个办法,爆破。工人先将目标点开,凿出一个洞, 而后把炸药放进去,最后就将目标粉碎成了无数个小型碎石。这样铲机就可以轻而易举的将他们铲起来,而后放进一旁的运输车内。 来看看这辆铲机,它的体型十分庞大,动力为蒸汽,整车的运作方式在二十世纪初十分先进。铲机的安座有底部的钢索驱动,可以任意旋转,铲地的上方有一系列复杂的齿轮组,在铁链的带动下,铲斗也可以在一定角度内任意转动。就像这样, 一旦准备卸妆物料,工人就会拉动铲斗底部的链条,使其翻转过来,从而使得碎石自由落下来。一旦车厢装满就可以运送到目的地了。此间还有一个难题,由于这种车厢是固定的,并不能侧翻,所以要想卸载碎石 时还得花点心思。这是一个由蒸汽驱动的钢块,一侧与车厢对齐,正面呈现出一定的夹角,当脚链往前拉时,碎石就会被这个斜面挤出来。就像这样 好了,此时铁轨两边已经堆满了泥土碎石,再想运送过来,就得修建更长的铁轨,这显然费时费力又费钱。怎么办呢? 呆这家伙登场了,碎石撒不羁!他两侧各有一只刚毅,可以像这样放下来,角度向外侧倾斜。一旦准备就绪,两只刚毅就会把两侧的泥土碎石往外侧平开压实。就像这样, 此时工程师只需要将铁轨移到刚刚压实的位置,就可以重新卸妆了。那该怎么移动铁轨呢?轨道因为机来了,他配有一台小型起重机,工人首先将铁链 连接到铁轨上,然后起重机将这一节吊起来,就像这样。这个看上去有点不太现实,因为铁轨一般都是钢制吊车,力气再大也不可能就这样将其弯曲。怎么回事呢? 这是因为这些轨道的原材料是一种特殊的柔性钢轨,他能在一定程度上被弯曲。现在起重机只需要将其往一旁旋转,而后将它放下来即可。可以想象,如果没有这种机器,工人就需要重新搭建轨道,可谓是费时费力又费钱。 经过几年的挖掘爆破,拉布拉水道终于被打通,佳通湖的水第一次涌向外面,大西洋和太平洋的海水也首次碰面。接下来就是修建闸道,这又是一个大工程。美国当时为了浇筑混凝土,专门发明一种赫式起重机,他有两侧的蒸汽机车驱动, 在其上方有一个控制室,所有的操作都是由里面的蒸汽机控制。整个系统配有大量的滑轮以及齿轮系统,混凝土的运动方向和路程都能较为精确的控制。有资料显示,工程前期混凝土都是由人工搬运,但是效率太低, 工程师恰好受到了前面讲的轨道移位机的灵感冲击,最后发明了这台巨型起重设备。 经过十年的挖掘修建,举世闻名的巴拿马运河终于在一九一四年八月正式通航。接着来看看船只通行运河的所有细节。 一旦进港,货船的动力系统必须全部关闭,后面的路程将由拖船完成。当到达入口时,另外两只拖船又会把货船缓慢牵引至与侧面完美对齐,之后就会向前行驶,到大门口时 又会停下来。此时工人会将船拴在两台电力机车上,他俩沿着运河侧面的轨道行驶,在两边的牵引力的作用下,船只就不会侧向移动。 在走完最后一道水街后,货船就会来到前面讲的莱布拉水道,之后就会沿着特定路线进入加通湖,在这里游客可以欣赏周围美丽的山水风景,直到来到出口处,此时反向水街又会走一遍。 最后再提一点,巴拿马运河的闸门设计非常巧妙,他被称为衔接锁,有五百年前的达芬奇发明。 之所以称之为天才发明,是因为这种结构可以自动关闭,密封性还出奇的高。具体我们下期视频再看。斜解锁。

你知道吗,只要巴拿马发生一场短暂的干旱,就可能导致巴拿马运河停止运营。巴拿马运河可以说是在土木工程界的一个奇迹,他运用的巧妙的设计,将来往船只抬升二十米的高度,让船只可以安全通过。美国人为了巴拿马运河这个项目 创造出了许多让人难以置信的机器。首先你要知道巴拿马运河这个项目有什么意义,为什么如此重要?在巴拿马运河项目之前,大西洋和太平洋是不相连的一条沟河,纵横的山脉横跟在大西洋与太平洋之间,阻断了两者的联系。 这使得想要从大西洋到达太平洋,需要完完整整的绕一圈,这段航线长达两万公里,这个过程会耗费大量的时间,但如果将横跟在大西洋和太平洋之间的山脉打通,传 船只从中通过,就能省下大量的时间,节省下大量的人力物力。而实现这种想法的最佳地点就在巴拿马,巴拿马共和国在中美洲的巴拿马地下上,东连哥伦比亚南滨太平洋西街哥斯达黎加北林加勒比海国土城 s 型连接 北美洲和南美洲,独特的地理位置造就了崎岖的地形。要打通这片区域,最简单的解决方案就是将这片区域打通,让两边的海水涌入并连接起来,这样船只就可以顺利通过了。 说起来容易,做起来那是难如登天。法国人在一八九二年就尝试过这个方案,为此也付出了惨痛的代价。山体滑坡、暴雨和疾病让法国人见识到了什么叫做残酷。法国人整整在这上面花了八年的时间, 造成近两万两千人的死亡,结果灰溜溜的跑了,放弃了这个计划,最终该项目被美国人接手了。有了法国人的前车之鉴,美国人不再延续开山这种愚蠢的想法,而是想出了一个绝妙的点子,只需要将巨大的山体开凿开,制造出一片相对平整的土地, 再用海水将其淹没过去,就能贯通两个大洋了。更重要的点在于,美国人又想出了一个点子,使得整个项目只需要填充一部分的海水, 而不会让海水淹没整个巴拿马。他们想出的点子是将船只的高度抬升到这个新的水平面上,就能够使船只轻松通过巴拿马。那他们究竟是如何做到的呢?将一艘重型船只抬高到新的水位上了,其实原理很简单,如果一个物体漂浮在水面上,只要增 加水位,该物体就能够被提升。要实现这个理论,就需要在巴拿马运河入口处安装三个闸门,假设当第一个闸门打开时,船只进入两个闸门之间的区域后,关闭第一个闸门,并打开其中的阀门, 第二个枪式的水就被释放到第一个枪式内,船就可以毫不费力的被抬升。一旦到达相同的水位,就打开第二个闸门,船只进入第二个舱式,接着再关闭第二个阀门, 再次进行同样的操作,直指船只进入到被升高的水上平台,船只就可以继续行情。到达运河末端后,再次进行排水放水的操作,船只就顺利的离开巴拿马运河了。 这简直就是天才的想法,船只的这种上升和下降是一种完全基于重力的方法,这种操作根本就不需要外部能量。 但如果有细心的观众就会发现,这其中还存在一点小问题,当第一艘船进入运河时,让相邻的两个水位处于同一水位时,指导船只进入运河当中。第一个仓室内的水位会高于海平面,为了让其余船只进入其中,这些多余的水 就会被排放到海洋当中。由于起初的水是来自开凿的人工湖,加通湖中每通过一艘船,就会让加通湖失去一部分水。如果不解决这个问题,加通湖就会完全干涸,那整个巴拿马运河也将停止运营, 项目也就失败了。但幸运的是,情况并非如此。架通湖是由查格拉斯河供水,而这个查格拉斯河的水来自巴拿马当地的降雨。只要雨水充足,每艘船过境时出现的水损失就很容易得到补充。但在 二零一九年,巴拿马运河的干旱吓坏了所有人。巴拿马的水位由于干旱变得过低,一些货船被迫限制了货物的数量,以确保货物的安全。所以巴拿马一旦出现干旱,就只能等到降雨量充足, 湖水补充完毕后才能继续运行。现在方案已经有了,让我们看一下美国人最初是如何解决用湖水淹没巴拿马运河这个区域的。首先必须在查格拉斯河的水流上建造一座大坝,湖水会在大坝区域内积聚,渐渐形成一个湖泊。 新形成的湖泊被称为佳通湖,是世界上最大的人造湖之一,只需要控制大坝的高度就可以让水淹没整片区域,但事实情况并没有那么简单,如果将这一整片区域全部淹没,那么无法控制的洪水将淹没整个 巴拿马。所以美国的工程师决定在水量达到淹没三分之二,周围土地只剩下一小部分没被淹没时,清除这个十五公里长的未淹没区域,形成一条河道连接大坝和海洋。为此 美国的工程师制造出了许多钢铁怪物,用于开凿山体连接海洋。 其中的大工程是比赛洛斯制造的蒸汽铲。可就是这样的钢铁举手,在连同整个巴拿马运河这件事上,足足干废了七十台,并且还对一些大型岩石 丝毫不起作用。所以最简单粗暴的方法就是用炸药。在挖掘的这项工作中,平均每个月都得消耗八十万只炸药。炸药可以毫不费力的将大块岩石 炸碎,然后就可以使用蒸汽铲毫不费力的清除碎石,就这么一勺就可以装起两吨重的碎石。这台巨大的机器及动力源全部来自尾部的蒸汽机。这台蒸汽机控制机器的方式 在当时是令人难以置信的创新方式。链轮结构,工程师们用绕有绳索的安全座来转动机械臂,机械臂上装有两个巨大的齿轮, 使得铲斗可以前后移动。在铲斗准备倾倒时,操作员只需拉动发锁,就可以将铲斗内部的东西倾倒卸载机上,卸载机就会拉着这些泥土碎块前往垃圾场,每天都有成千上百吨的泥土碎块被运出, 但这些垃圾要用人工清理的话,就是从卸载机上推下去都得把人干废了。于是工程师们又想出了一个好点子,他们在 卸载机上装一个梯形的小配件,当卸载机到达垃圾场就会发动这个机器,当他运作时,就会将车上的垃圾通通推下去。那这些清理出来的垃圾,当下一辆卸载机运着垃圾过来时,就直接往上继续倒吗?当然不是。美国人为此特意发明了另一种机器, 泥土洒布机。在这个机器的两侧装有两片钢印,可以伸展出十一到十三英尺。他可以毫不费力的推开泥土并将其压平从 的。工程师们在将轨道转移到新的平台的表面上去。为了更容易移动轨道,他们还发明了一种叫轨道移位器的机, 该机器有一个由极车驱动的小型起重机,工人们将轨道与机器相连接之后,机器就会将轨道从地面上开启。你可能很疑惑,钢铁打造的轨道是如何 做到这样弯曲的,因为他们制作轨道时用了一种特殊的柔性材料,这样轨道就很容易的被移到了另一侧。有了这个机器就不需要拆卸和重组轨道,就可以移动部分轨道。这种方法大约可以减少五百名工人的辛勤劳作,估计为美国政府 节省了数百万美元的开支。现在来看看美国人是如何在坚硬的山脉上打开一道口子的。美国人只是将不平整较大的山体清除,这笔法国人想要挖通山体, 整整节约了三分之二的工作量。清理完山体,接下来就是打通干伯亚堤坝。美国人采用了一种非常时尚的方法解决了这个问题。一九一三年,美国总统伍德罗威尔逊坐在白宫里按下了按钮,向六千公里外的巴拿马干伯亚堤坝下埋藏的的七千公 炸药发送信号。经过了四秒钟的信号传播之后,巨大的火花和爆炸过后,干伯亚迪吧留下了六十英尺的间隙。加通湖的水立即灌入其中,大西洋和太平洋第一次被灌通了。这不仅是美国人的骄傲,乃至全世界的人民都值得庆祝的历史时刻。 better call saul! 当货船来到巴拿马运河时,必须关闭螺旋桨,停在原地。运河内会使出两艘拖船,拖着货船移动。这个过程不允许船舶自行开船通过闸门。之所以这么做,是为了观察船舶 能否完美通过闸门,再由另外的船从侧面推动船只,使其与运河的闸门对齐。运河工作人员将船舶拴在 在饲料被称为骡子的电力机车上,在闸墙两侧有两条高压铁轨,他们在这上面行驶,小心翼翼的引导船舶,使其不会撞到闸门墙壁上,通过水街爬升操作。当船只通过运河 打库莱布拉切口后,还能欣赏到巴拿马修理的风景。一旦船只到达切口末端,就会使用反向步骤下降。以上就是本期的全部内容,如果你喜欢本期视频,别忘了点赞关注,让我们下期再见!


巴拿马运河就算你没到过,应该也有所耳闻,他是全球最繁忙的两条运河之一,一边连着大西洋,一边连着太平洋。为什么当时不直接挖开巴拿马山脉,打通太平洋与大西洋的连接,让船舶直接通行, 而是要经过多级水闸层层升降通运,这样费时又费力。看完这视频你就懂了!在十九世纪末建造之初,由法国工程师费敌难得德莱赛设计,当时计划还真的是想要把这巴拿马山脉直接挖走,打通两边海洋。 因为德莱赛他曾经参与过苏伊士运河的建造,他有经验也有信心,认为能建造一条连接太平洋与大西洋的巴拿马运河。他从一八八一年开始挖山投建,施工过程中所出现的种种困难,比他之前运 要的还要多得多。因为巴拿马山脉地理位置属于赤道附近热带气候,这种地理位置的特点是温度高,日照充足,湿度大,降水量丰富,在这种环境下劳累的工人很容易生病, 疾病传播很迅速,工人死亡率极高。再加上巴拿马地理位置处在南北美洲板块交界之处,经常发生地震、洪水、泥石流等。随着工程缓慢的进展, 投入成本不断的上升,德莱赛的挖山计划越来越不切实际,加上在施工期间因为疾病与事故,就夺去了两万多工人的生命。坚持到了一八八九年,法国政府才决定放弃巴拿马运河的建设, 随后工程因为多种原因就这样一直搁置中,直到时间来到了一九零四年,美国接手了巴拿马运河的建设工作,当时的工程师约 汉弗兰克史蒂文斯,他废弃了前者的挖山计划,而是想到了一个更简单有效的方法,就地取材。这山脉原本就有一条雨水充足的河流,只要在原来的河流扩宽、 挖平、加深,然后在两头起大坝,把水堵起来,让他在山谷形成一条湖泊,船舶可以在上面自由通行。当然,只是这样肯定还不行,因为湖面海拔与海平面相差二十六米的落差,船舶又没有长翅膀,他怎么上的去下的来? 先看一个小实验,随着水位的增加,浮木会跟随水位上升,就是利用这种简单的小技巧来实现船只的上升与下降。首先需要在交界通道处安装三扇水闸门,第一扇闸门打开,船只驶入后关闭闸门,打开第一与第二扇闸门之间连通的水 阀。利用高水位会往低处流的原理,一段时间后,第一道闸门与第二道闸门的水位会持平,这时打开第二道闸门,船只驶入后关闭闸门,再重复前面的,打开第二与第三扇闸门之间的连通水阀,等待两者水平面持平后, 船只驶入第三道闸门之后,上升至巴拿马运河,待到达另一边的出口后,要下降到海平面,原理通用,反向操作即可。 就这样利用水的浮力,将水位相差二十六米的巴拿马运河与两大洋连接起来。然而,你们注意到没有,还有一个小问题, 当前面一趟的船只上去之后,第二趟的船想上去,就需要把第一闸门的水放掉。也就是说,每走一轮都需要浪费一闸门的水,那这个湖面的水最终会不会干枯被放完?好在幸运的是, 巴拿马运河所处位置属于热带气候,每年的降雨量充足。当然也会有例外的,比如二零一九年大干旱,水位下降,很多通过的货船就被迫限制运物重量。好, 最后带你们看一下现实中的船舶过巴拿马运河是怎么样一个流程。货船接近闸口时,要求必须关闭自身螺旋桨,然后前后有两艘拖船控制其驱动。到达运河闸口时,旁边再有两艘小船横向把它推到边景贴运河壁,与闸门对齐。 到达闸门处后,再有四台轨道车牵引拉着走。此过程十分小心,因为货船边缘与闸臂非常接近,几乎是贴着闸臂走,一个疏忽,两者就会相碰。好了,我讲完了,你们听明白没有?
