地铁是怎样建成的

地铁是怎样建成的？ 1.地铁的诞生地铁的诞生 19 世纪中叶，英国伦敦街头交通堵塞 严重。一位名叫查尔斯.皮尔逊的律师想 到火车跑得很快，怎样让火车跑进城市 呢？一次，查尔斯看到墙角的老鼠洞里， 一只老鼠在跑来跑去，他提出一个妙想： 让火车在地下跑起来！1863 年，这个 “异想天开”得以实现世界上第一条 地铁在伦敦诞生了！随后，世界大城市 纷纷建造地铁。这种速度快不堵车、环 保又舒适的交通工具，深受大家喜爱。 1.1 建设地铁不容易 那么，地铁是怎样建成的呢？ 建设地铁可不是件简单的事情哦！地铁 是高密度、特大型、综合性轨道交通运 输系统，涉及 40 多个技术专业，得花 好几年的时间才能建成哦。 1.2 地铁线网，蜘蛛网一般的地铁线路 在地铁建造之前，工程师首先要规划列 车行驶的线路。图中紫色的地铁线路像 蜘蛛网一样四通八达，称为地铁线网。 地铁线网规划是在城市发展战略、总体 规划、土地利用规划的基础上，根据客 流预测分析，充分考虑交通与城市发展 之间的关系，选择方便市民出行、能适 应城市可持续发展的布局。 2.广州地质构造与勘察广州地质构造与勘察 2.1 广州“地质博物馆” 因为地铁一般是建在地下，所以我们还 要充分了解地下世界。图中的“大蛋糕” 就是浓缩版的地质构造示意图，可以看 到地下是由很复杂的岩土构成的。 在 3 亿多年前的古生代，广州绝大部分 地区为浅海，沉积了以碳酸盐岩为主的 岩系，之后中生代沉积了以红色碎层岩 为主的岩系，并伴随着岩浆岩的侵入， 经过多年的地质运动、水网发育，至今 已形成了非常复杂的地质位于华南 板块构造的断陷盆地内，不同岩土类交 错组合，还有复杂的断裂带和地下河。 广州被称为“地质博物馆”名副其实。 2.2 工程地质勘察，让我们有了透视眼 可是我们没有透视眼，怎样弄清楚地下 的情况呢？这时就要依靠工程地质勘察 了。 钻孔取样勘探 使用地质钻机在地表下钻出深深的孔， 然后用空心钻头将岩土样带出地面进行 取样分析。一般钻孔间距为几十米，遇 到地下溶洞、孤石等复杂地质，钻孔间 距缩减为几米。 电法勘探 根据各类岩土电学性质的差异来分析地 质情况。 磁法勘探 通过观测和分析由岩土的磁性差异所引 起的磁异常，进行地质研究。 声波法勘探 通过在两孔间发射声波，然后根据不同 岩土分界面上反射回来的声波进行地质 分析。 3 地铁车站的确定地铁车站的确定 3.1 地铁车站的确定 列车行驶的路线确定了，那地铁车站又 要建在哪里呢？ 依据城市规划，地铁车站一般会选择建 在住宅区、商业区等主要客流集散点， 方便市民出行。同时考虑土地利用、与 其它交通方式换乘便捷、周边环境条件 等因素。 4 明挖法施工明挖法施工 4.1 安全又经济的明挖法施工 正式开工前，要准备一块满足施工需求 的场地。地铁车站一般是从地面自上而 下进行开挖，这就是安全又经济的明挖 法施工。 开挖前，需要处理影响施工的建筑、绿 化和管线等，还要增加临时道路，以减 少建设地铁时对交通出行的影响。 A 绿化迁移 施工范围内的绿色植物，需要进行迁移， 在施工完成后进行恢复。 B 交通疏解 为保障交通顺畅，原道路进行拓宽或改 道，形成新的道路，以保障车辆和行人 正常通行。施工完成后再进行道路恢复。 C 房屋拆迁 为了保障施工和周边安全，在工程施工 影响范围内的建筑，需要保护或拆迁。 D 管线迁改 城市地下埋藏了错综复杂的管线，如电 力、通信、燃气、自来水管道等，在施 工前需要进行保护或迁改。 4.2 开始建造地铁车站的“外壳” 有了施工场地后，我们开来了很多机器， 准备施工啦！首先，我们来建造地铁车 站的“外壳”，例如地下连续墙，保护基 坑与周边安全。 成槽 使用成槽设备在基坑的周边形成一段段 深槽。 吊装钢筋笼 把一根根钢筋绑扎成与深槽形状吻合的 钢筋笼，再通过起重机将它吊进深槽中。 灌注混凝土 在吊装了钢筋笼的槽内，灌注混凝土， 筑成一段钢筋混凝土墙。 形成封闭的地下连续墙 将每一块钢筋混凝土墙连接起来，形成 一个将基坑围住的保护墙，防止基坑坍 塌，保护周边安全。 4.3 在深坑里面建造地铁车站 在连续墙完成后，便开始一边开挖一边 支撑，形成一个巨大的方形深坑。我们 就是在这个深坑里面建造地铁车站。 基坑开挖 在保护墙围合的空间内进行土方开挖， 基坑形状像一个大大的长方形盒子。 搭建支撑梁 每挖到一定深度，就要在地下连续墙两 侧之间架设支撑梁，保护基坑安全。 基坑底部防水施工 在基坑底部铺设防水卷材。 绑扎钢筋网 绑扎车站主体结构的钢筋网。 4.4 地铁车站雏形渐渐成型 在搭好的钢筋网上灌注混凝土，这时地 铁车站的雏形渐渐成型了。 灌注混凝土 往安装好模板的钢筋网灌注混凝土，依 次建造底板、侧墙、中板和顶板。 4.5 恢复管线和道路 车站主体建成后，就可以恢复管线和道 路了。 5 铺盖法与矿山法施工铺盖法与矿山法施工 5.1 铺盖法施工 在交通疏解困难的道路上，为减少对交 通的影响，有时会在地面上铺一个大盖 板，作为临时路面供车辆通行，底下进 行施工，这就是铺盖法施工。 先在道路底下建造中立柱及围护结构， 在其上方搭建支撑梁，然后在支撑梁上 铺上盖板，供车辆通行，在盖板下方进 行施工。铺盖法一定程度兼顾了行车与 施工，但会增加施工的难度。矿山法暗 挖施工 如果施工的场地周围有很多密集的楼房 和道路，那该怎么办呢？在地址条件允 许的情况下，我们可以采 5.2 取矿山法暗挖施工。 建一个小小的施工竖井，施工人员从竖 井下去，像“土拔鼠”一样在地下建造车 站或隧道。 5.3 矿山法暗挖施工，按顺序一小块一 小块地挖 矿山法暗挖施工时，要按顺序一小块一 小块地挖，慢慢地挖出一个地下空间来。 当遇到富含地下水的地层，无法保证支 撑隧道壁的稳定时，可选择冷冻法施工。 利用人工制冷技术使地层冻结，增加其 强度和稳定性后，在进行施工。一些地 铁车站、通道、区间就是通过矿山法暗 挖施工来完成的。 6“钢铁蚯蚓钢铁蚯蚓”盾构机盾构机 个人感觉最有意思的一个部分。 6.1 地铁隧道大部分用盾构法施工修建 说完车站后，我们就开始讲隧道啦！这 里要用到一种非常特殊的机器，它的名 字叫盾构机。地铁隧道大部分都是用这 样的盾构法施工来修建的。 工人在管片厂将一片片盾构管片预制 好，再运送到施工现场。 通过龙门吊，将管片吊入盾构始发井。 盾构管片搬运车将管片运送进隧道。 盾构机对管片进行拼装，形成隧道。 6.2 盾构机就像一条“钢铁蚯蚓” 盾构机就像一条“钢铁蚯蚓”，它经过的 地方，一条长长的隧道就建成了。 A 控制室 控制盾构机推力、速度、方向等掘进参 数的操作室。 B 螺旋排土器 螺旋排土器将刀盘切削下来的泥土和石 块运送到皮带传送机，最后再由渣土车 运出隧道。 C 管片组装机 管片组装机将盾构管片依次进行拼装， 一般 6 片管片组成一圈隧道，管片的宽 度常为 1.5 米。 6.3“钢铁蚯蚓”在漆黑的地下前进不迷路 盾构机在漆黑的地下掘进会迷路吗？ 当然不会，先进的盾构机安装了高精度 的测量系统，能够动态显示当前位置相 对于隧道设计轴线的位置偏差，操作人 员可及时调整掘进状态，使盾构机沿着 正确的方向掘进。 盾构机是只能前进不能后退的，它会挖 到下一个地铁站或竖井，完成任务后吊 出地面。 7 消灭消灭“拦路虎拦路虎” - 孤石和溶洞孤石和溶洞 7.1 隧道一般是两边高中间低，这样有 利于节能 出站的列车由于下坡而很快地提高速度， 进站的列车借助于上坡来降低速度，这 种建造方法在运营时更 加节能降耗。 风亭：地铁车站与隧道需要进行通风， 风亭就是地铁与地面的换风口，一直保 持通风状态，风亭排出的气体是无害的。 防淹门：当地铁隧道穿越江河或湖泊时， 万一遇到了水倒灌进隧道的险情，这时 防淹门将紧急关闭，保护地铁安全。 排水泵：收集隧道内的积水，排至市政 管网。 7.2“拦路虎” - 孤石 盾构机在地下挖掘时，经常会冒出一些 “拦路虎”。像孤石这种又大又硬的石头， 盾构机的“牙齿”啃不动它，这时就要把 它挖掉或炸碎。 施工人员从地面往下钻孔，一直钻到 孤石处。 填进炸药，将孤石炸碎。 7.3“怪兽大嘴” - 地下溶洞 还有更危险的情况，就是遇到地下溶洞。 溶洞就像“怪兽大嘴”，如果不妥善处理， 盾构机会跌入溶洞，造成严重的事故。 施工人员钻一条直达溶洞的孔。 在孔中灌注水泥浆，将溶洞填满，盾 构机才能通过。 8 怎样江底挖掘和保护地面建筑？怎样江底挖掘和保护地面建筑？ 8.1 其他障碍！ 除了孤石和溶洞，地下还有各种各样的 障碍。 上软下硬地层：当遇到上面软弱、下面 坚硬的地层时，由于受力不均，易造成 刀盘损坏及地面塌方，需要谨慎推进或 提前处理。 花岗岩残积土：这种地层遇水则变泥浆， 可能带来地表沉降，甚至塌方的风险， 需提前进行降水处理。 煤层瓦斯：遇到地下煤层瓦斯，需小心 检测，有毒气的话，须排出后方可施工。 8.2 大江边江底挖掘危及重重 盾构机穿过重重地质挑战，来到了大江 边。在江底挖掘时风险很大，盾构机需 小心翼翼地挖掘前行。 在江底，经常会遇到上软下硬地层、砂 层、淤泥层和承压水等阻挠。盾构机掘 进时需要做好监测，谨慎控制。盾构机 一旦在江底出现故障，检修异常困难， 风险巨大。 8.3 保护地面建筑同样重要 盾构施工时，除了要解决地下的难题， 也要保护地面上的建筑，如房屋、高架 桥、铁路等。 盾构下穿高铁：盾构机在穿越高铁时要 求很高，为防止地面沉降而影响线路运 输，需对隧道上方地层进行加固。 桩基托换：地铁隧道需要穿过房屋或高 架的桩基时，要为建筑物建造新的桩基。 然后处理挡住盾构路线的桩基，新的桩 基形成新的受力体系，不影响建筑物的 安全。 在铁路的两旁分别建造两个竖井。 在计划建造的隧道上方，利用竖井对 土体进行预加固。 盾构机穿过竖井和土体，完成下穿高 铁的施工。 9 沉管法与高架法施工沉管法与高架法施工 9.1 地铁隧道与市政道路合建过江，用 “沉管法” 当地铁隧道与市政道路合建过江时，聪 明的工程师想出了另外一种工法 “沉管法”。将岸上预制好的一节节隧道 管段沉到江底进行拼装，形成隧道。 先在船台上或干坞中制作隧道管段， 管段两端用临时封堵门密封。 将隧道管段拖运到隧道设计位置 基槽上方。 往管段中加载，使其沉到基槽内，并 用水力压接法将相邻管段连接，然后拆 除封堵门，使各节管段连通成为整体的 隧道。 9.2 地铁跑着跑着，咦，突然就到地面 高处了！ 有时候，地铁跑着跑着，咦，突然就到 地面高处了！这里采用了高架法施工。 由架桥机将预制好的一段段梁片依次进 行拼接，形成高架桥。 10 地铁建设的三个关键节点地铁建设的三个关键节点 10.1 隧道、轨通、电通是地铁建设的三 个关键节点。 隧道完工后，要铺设轨道、电缆、通信 等设施。 隧道、轨通、电通是地铁建 设的三个关键节点。 10.2 基础设施都建完啦，大家是不是就 可以去坐地铁了呢？ 还不行，我们还要装修车站、安装机电 设备、系统联调、验收和试运行。 机电设备是各种机械和电气设备的总称， 为列车正常安全运行和乘客便利舒适搭 乘地铁提供综合保障。 10.3 列车的家 - 车辆段 列车不能一直跑。它也是需要休息和养 护的。我们要给它们建一个“家”车 辆段。 车辆段是对地铁车辆进行运营管理、停 放、维修及保养的场所。 那地铁是如何做到安全、准点、快捷、 舒适地运行呢？因为它有一个聪明的 “大脑”地铁控制指挥中心。 控制指挥中心是对全线列车运行、电力 供应、车站设备运行、防火报警、环境 监控、票务管理及乘客服务等，全程进 行调度、指挥和监控的“中枢”。 11 持续做好地铁保护持续做好地铁保护 11.1 地铁保护范围 从开始建造一直到开通之后，我们还要