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
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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
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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
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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
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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”
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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”
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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
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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
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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
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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
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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！
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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
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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”
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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！
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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
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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？
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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
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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）
