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技術學習 | 復雜的地鐵是怎樣建成的?用最通俗易懂的方式講一講!發布日期:2019-07-10

越來越多的人選擇地鐵綠色出行
當我們享受著軌道交通帶來的便利的同時
想必不少小伙伴都想知道
它是如何建成的吧?


能在地底,甚至地上高架橋上飛馳
地鐵的修建必定是一項非常龐大的工程
一、地鐵的誕生
  19世紀中葉,英國倫敦街頭交通堵塞嚴重。一位名叫查爾斯.皮爾遜的律師想到火車跑得很快,怎樣讓火車跑進城市呢?一次,查爾斯看到墻角的老鼠洞里,一只老鼠在跑來跑去,他提出一個妙想:讓火車在地下跑起來!1863年,這個“異想天開”得以實現——世界上第一條地鐵在倫敦誕生了!隨后,世界大城市紛紛建造地鐵。這種速度快不堵車、環保又舒適的交通工具,深受大家喜愛。
建設地鐵不容易
  那么,地鐵是怎樣建成的呢?
  建設地鐵可不是件簡單的事情哦!地鐵是高密度、特大型、綜合性軌道交通運輸系統,涉及40多個技術專業,得花好幾年的時間才能建成。


地鐵線網,蜘蛛網一般的地鐵線路
  在地鐵建造之前,工程師首先要規劃列車行駛的線路。地鐵線路像蜘蛛網一樣四通八達,稱為地鐵線網。


  地鐵線網規劃是在城市發展戰略、總體規劃、土地利用規劃的基礎上,根據客流預測分析,充分考慮交通與城市發展之間的關系,選擇方便市民出行、能適應城市可持續發展的布局。
二、地質構造與勘察
  因為地鐵一般是建在地下,所以我們還要充分了解地下世界。地下一般是由很復雜的巖土構成的。


工程地質勘察,讓我們有了透視眼
  可是我們沒有透視眼,怎樣弄清楚地下的情況呢?這時就要依靠工程地質勘察了。


  鉆孔取樣勘探
  使用地質鉆機在地表下鉆出深深的孔,然后用空心鉆頭將巖土樣帶出地面進行取樣分析。一般鉆孔間距為幾十米,遇到地下溶洞、孤石等復雜地質,鉆孔間距縮減為幾米。
  電法勘探
  根據各類巖土電學性質的差異來分析地質情況。
  磁法勘探
  通過觀測和分析由巖土的磁性差異所引起的磁異常,進行地質研究。
  聲波法勘探
  通過在兩孔間發射聲波,然后根據不同巖土分界面上反射回來的聲波進行地質分析。
三、地鐵車站的確定
  列車行駛的路線確定了,那地鐵車站又要建在哪里呢?
  依據城市規劃,地鐵車站一般會選擇建在住宅區、商業區等主要客流集散點,方便市民出行。同時考慮土地利用、與其它交通方式換乘便捷、周邊環境條件等因素。


四、明挖法施工
安全又經濟的明挖法施工
  正式開工前,要準備一塊滿足施工需求的場地。地鐵車站一般是從地面自上而下進行開挖,這就是安全又經濟的明挖法施工。
  開挖前,需要處理影響施工的建筑、綠化和管線等,還要增加臨時道路,以減少建設地鐵時對交通出行的影響。


  A、綠化遷移
  施工范圍內的綠色植物,需要進行遷移,在施工完成后進行恢復。
  B、交通疏解
  為保障交通順暢,原道路進行拓寬或改道,形成新的道路,以保障車輛和行人正常通行。施工完成后再進行道路恢復。
  C、房屋拆遷
  為了保障施工和周邊安全,在工程施工影響范圍內的建筑,需要保護或拆遷。
  D、管線遷改
  城市地下埋藏了錯綜復雜的管線,如電力、通信、燃氣、自來水管道等,在施工前需要進行保護或遷改。
開始建造地鐵車站的“外殼”
  有了施工場地后,我們開來了很多機器,準備施工啦!首先,我們來建造地鐵車站的“外殼”,例如地下連續墻,保護基坑與周邊安全。


  Step1、成槽
  使用成槽設備在基坑的周邊形成一段段深槽。
  Step2、吊裝鋼筋籠
  把一根根鋼筋綁扎成與深槽形狀吻合的鋼筋籠,再通過起重機將它吊進深槽中。
  Step3、灌注混凝土
  在吊裝了鋼筋籠的槽內,灌注混凝土,筑成一段鋼筋混凝土墻。
  Step4、形成封閉的地下連續墻
  將每一塊鋼筋混凝土墻連接起來,形成一個將基坑圍住的保護墻,防止基坑坍塌,保護周邊安全。
在深坑里面建造地鐵車站
  在連續墻完成后,便開始一邊開挖一邊支撐,形成一個巨大的方形深坑。我們就是在這個深坑里面建造地鐵車站。


  Step5、基坑開挖
  在保護墻圍合的空間內進行土方開挖,基坑形狀像一個大大的長方形盒子。
  Step6、搭建支撐梁
  每挖到一定深度,就要在地下連續墻兩側之間架設支撐梁,保護基坑安全。
  Step7、基坑底部防水施工
  在基坑底部鋪設防水卷材。
  Step8、綁扎鋼筋網
  綁扎車站主體結構的鋼筋網。
地鐵車站雛形漸漸成型
  在搭好的鋼筋網上灌注混凝土,這時地鐵車站的雛形漸漸成型了。


  Step9、灌注混凝土
  往安裝好模板的鋼筋網灌注混凝土,依次建造底板、側墻、中板和頂板。
恢復管線和道路
  車站主體建成后,就可以恢復管線和道路了。


五、鋪蓋法與礦山法施工
鋪蓋法施工
  在交通疏解困難的道路上,為減少對交通的影響,有時會在地面上鋪一個大蓋板,作為臨時路面供車輛通行,底下進行施工,這就是鋪蓋法施工。


  先在道路底下建造中立柱及圍護結構,在其上方搭建支撐梁,然后在支撐梁上鋪上蓋板,供車輛通行,在蓋板下方進行施工。鋪蓋法一定程度兼顧了行車與施工,但會增加施工的難度。
礦山法暗挖施工
  如果施工的場地周圍有很多密集的樓房和道路,那該怎么辦呢?在地址條件允許的情況下,我們可以采取礦山法暗挖施工。建一個小小的施工豎井,施工人員從豎井下去,像“土拔鼠”一樣在地下建造車站或隧道。


  礦山法暗挖施工時,要按順序一小塊一小塊地挖,慢慢地挖出一個地下空間來。


  當遇到富含地下水的地層,無法保證支撐隧道壁的穩定時,可選擇冷凍法施工。利用人工制冷技術使地層凍結,增加其強度和穩定性后,再進行施工。一些地鐵車站、通道、區間就是通過礦山法暗挖施工來完成的。
六、“鋼鐵蚯蚓”鉆洞神器
  地鐵的鉆洞神器稱之為“盾構機”,它就像蚯蚓一般在地底下暢通無阻!
地鐵隧道大部分用盾構法施工修建
  說完車站后,我們就開始講隧道啦!這里要用到一種非常特殊的機器,它的名字叫盾構機。地鐵隧道大部分都是用這樣的盾構法施工來修建的。


  Step1
  工人在管片廠將一片片盾構管片預制好,再運送到施工現場
  Step2
  通過龍門吊,將管片吊入盾構始發井
  Step3
  盾構管片搬運車將管片運送進隧道
  Step4
  盾構機對管片進行拼裝,形成隧道
盾構機就像一條“鋼鐵蚯蚓”
  盾構機就像一條“鋼鐵蚯蚓”,它經過的地方,一條長長的隧道就建成了。


  A、控制室
  控制盾構機推力、速度、方向等掘進參數的操作室。
  B、螺旋排土器
  螺旋排土器將刀盤切削下來的泥土和石塊運送到皮帶傳送機,最后再由渣土車運出隧道。
  C、管片組裝機
  管片組裝機將盾構管片依次進行拼裝,一般6片管片組成一圈隧道,管片的寬度常為1.5米。
“鋼鐵蚯蚓”在漆黑的地下前進不迷路
  盾構機在漆黑的地下掘進會迷路嗎?
  當然不會,先進的盾構機安裝了高精度的測量系統,能夠動態顯示當前位置相對于隧道設計軸線的位置偏差,操作人員可及時調整掘進狀態,使盾構機沿著正確的方向掘進。


  盾構機是只能前進不能后退的,它會挖到下一個地鐵站或豎井,完成任務后吊出地面。
七、消滅“攔路虎”--孤石和溶洞
  當盾構機在前進的過程中,常會出現兩大“攔路虎”——孤石和地下溶洞,讓我們來看看軌道交通建筑者是如何消滅它們的吧~
隧道一般是兩邊高中間低
這樣有利于節能
  出站的列車由于下坡而很快地提高速度,進站的列車借助于上坡來降低速度,這種建造方法在運營時更加節能降耗。


  風亭
  地鐵車站與隧道需要進行通風,風亭就是地鐵與地面的換風口,一直保持通風狀態,風亭排出的氣體是無害的。
  防淹門
  當地鐵隧道穿越江河或湖泊時,萬一遇到了水倒灌進隧道的險情,這時防淹門將緊急關閉,保護地鐵安全。
  排水泵
  收集隧道內的積水,排至市政管網。
“攔路虎” —— 孤石
  盾構機在地下挖掘時,經常會冒出一些“攔路虎”。像孤石這種又大又硬的石頭,盾構機的“牙齒”啃不動它,這時就要把它挖掉或炸碎。


  Step1
  施工人員從地面往下鉆孔,一直鉆到孤石處。
  Step2
  填進炸藥,將孤石炸碎。
“怪獸大嘴”—— 地下溶洞
  還有更危險的情況,就是遇到地下溶洞。溶洞就像“怪獸大嘴”,如果不妥善處理,盾構機會跌入溶洞,造成嚴重的事故。


  Step1
  施工人員鉆一條直達溶洞的孔。
  Step2
  在孔中灌注水泥漿,將溶洞填滿,盾構機才能通過。
八、怎樣江底挖掘和保護地面建筑?
還有其他障礙!
  除了孤石和溶洞,地下還有各種各樣的障礙。


  上軟下硬地層
  當遇到上面軟弱、下面堅硬的地層時,由于受力不均,易造成刀盤損壞及地面塌方,需要謹慎推進或提前處理。
  花崗巖殘積土
  這種地層遇水則變泥漿,可能帶來地表沉降,甚至塌方的風險,需提前進行降水處理。
  煤層瓦斯
  遇到地下煤層瓦斯,需小心檢測,有毒氣的話,須排出后方可施工。
  盾構機穿過重重地質挑戰,來到了大江邊。在江底挖掘時風險很大,盾構機需小心翼翼地挖掘前行。


  在江底,經常會遇到上軟下硬底層、砂層、淤泥層和承壓水等阻撓。盾構機掘進時需要做好監測,謹慎控制。盾構機一旦在江底出現故障,檢修異常困難,風險巨大。
保護地面建筑同樣重要
  盾構施工時,除了要解決地下的難題,也要保護地面上的建筑,如房屋、高架橋、鐵路等。


  盾構下穿高鐵
  盾構機在穿越高鐵時要求很高,為防止地面沉降而影響線路運輸,需對隧道上方地層進行加固。
  樁基托換
  地鐵隧道需要穿過房屋或高架的樁基時,要為建筑物建造新的樁基。然后處理擋住盾構路線的樁基,新的樁基形成新的受力體系,不影響建筑物的安全。
  在鐵路的兩旁分別建造兩個豎井。
  在計劃建造的隧道上方,利用豎井對土體進行預加固。
  盾構機穿過豎井和土體,完成下穿高鐵的施工。
九、沉管法與高架法施工
地鐵隧道與市政道路合建過江
用“沉管法”
  當地鐵隧道與市政道路合建過江時,聰明的工程師想出了另外一種工法——“沉管法”。將岸上預制好的一節節隧道管段沉到江底進行拼裝,形成隧道。


  Step1
  先在船臺上或干塢中制作隧道管段,管段兩端用臨時封堵門密封。
  Step2
  將隧道管段拖運到隧道設計位置——基槽上方。
  Step3
  往管段中加載,使其沉到基槽內,并用水力壓接法將相鄰管段連接,然后拆除封堵門,使各節管段連通成為整體的隧道。
地鐵跑著跑著,
咦,突然就到地面高處了!
  有時候,地鐵跑著跑著,咦,突然就到地面高處了!這里采用了高架法施工。


  由架橋機將預制好的一段段梁片依次進行拼接,形成高架橋。
十、地鐵建設的三個關鍵節點
隧道、軌通、電通是地鐵建設的三個關鍵節點
  隧道完工后,要鋪設軌道、電纜、通信等設施。 隧道、軌通、電通是地鐵建設的三個關鍵節點。


基礎設施都建完啦
大家是不是就可以去坐地鐵了呢?
  基礎設施都建完啦,大家是不是就可以去坐地鐵了呢?
  還不行哦!我們還要裝修車站、安裝機電設備、系統聯調、驗收和試運行。


  機電設備是各種機械和電氣設備的總稱,為列車正常安全運行和乘客便利舒適搭乘地鐵提供綜合保障。
列車的家 —— 車輛段
  列車不能一直跑。它也是需要休息和養護的。我們要給它們建一個“家”——車輛段。車輛段是對地鐵車輛進行運營管理、停放、維修及保養的場所。


  那地鐵是如何做到安全、準點、快捷、舒適地運行呢?因為它有一個聰明的“大腦”——地鐵控制指揮中心。
控制指揮中心是對全線列車運行、電力供應、車站設備運行、防火報警、環境監控、票務管理及乘客服務等,全程進行調度、指揮和監控的“中樞”。
十一、持續做好地鐵保護
  從開始建造一直到開通之后,我們還要持續不斷地進行地鐵保護工作,防止其它工程建設影響地鐵。


  保護區內施工不得影響地鐵各個系統安全正常運營,范圍包括:
  1、地下車站與隧道結構外邊線外側50m內;
  2、地面和高架車站以及線路軌道結構外邊線外側30m內;
  3、出入口、風亭、變電站等附屬建、構筑物結構外邊線外側10m內;
  4、軌道交通過江隧道結構外邊線100m內。


  本文轉載自微信公眾號:廣州地鐵(ID:GuangzhouMTR)

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