地铁建造过程详解

 

一、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。

二、广州地质构造与勘

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。

三、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。

四、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。

①成槽

使用成槽设备在基坑的周边形成一段段深槽。

②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。

③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。

④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。

⑤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。

⑥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。

⑦基坑底部防水施工

在基坑底部铺设防水卷材。

⑧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。

⑨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。

五、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。

5.2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。

六、“钢铁蚯蚓”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。

①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。

②通过龙门吊，将管片吊入盾构始发井。

③盾构管片搬运车将管片运送进隧道。

④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。

七、消灭“拦路虎”——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。

①施工人员从地面往下钻孔，一直钻到孤石处。

②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。

①施工人员钻一条直达溶洞的孔。

②在孔中灌注水泥浆，将溶洞填满，盾构机才能通过。

八、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。

①在铁路的两旁分别建造两个竖井。

②在计划建造的隧道上方，利用竖井对土体进行预加固。

③盾构机穿过竖井和土体，完成下穿高铁的施工。

九、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。

①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。

②将隧道管段拖运到隧道设计位置——基槽上方。

③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。

十、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？

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”。

十一、持续做好地铁保护

地铁保护范围从开始建造一直到开通之后，我们还要持续不断地进行地铁保护工作，防止其它工程建设影响地铁。

地铁保护范围：

保护区内施工不得影响地铁各个系统安全正常运营，范围包括：

1.地下车站与隧道结构外边线外侧50m内；

2.地面和高架车站以及线路轨道结构外边线外侧30m内；

3.出入口、风亭、变电站等附属建、构筑物结构外边线外侧10m内；

4.轨道交通过江隧道结构外边线100m内。

漫长而艰辛的施工过程结束了，第一辆地铁列车呼啸出发。与朋友们一起坐地铁时，可别忘了向他们介绍地铁是怎样建成的哦！

来源：广州地铁，筑龙岩土。