地铁是怎样建成的?【经典,必看】

 

还记得吗?2010年9月27日,第一列地铁在沈阳启动。列车的身影是如此熟悉,而你是否有曾想过,地铁是怎么建成...





还记得吗?2010年9月27日,第一列地铁在沈阳启动。列车的身影是如此熟悉,而你是否有曾想过,地铁是怎么建成的?隧道是如何挖掘的?隧道里的工人是怎样埋头苦干的?

▶▶地铁的诞生19世纪,英国伦敦交通堵塞严重。一位名叫查尔斯.皮尔逊的律师想到火车快,怎样让火车跑进城市呢?一次,他看到老鼠洞里一只老鼠跑来跑去,他提出一个妙想:让火车在地下跑起来!1863年,这个“异想天开”实现了——世界上第一条地铁在伦敦诞生了!
▶▶地铁建造前,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、土地规划的基础上,根据客流预测,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。
▶▶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。通过钻孔取样勘探、电法勘探、磁法勘探和声波法勘探种种方法,建设者可以清晰“把脉”地质情况。
▶▶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。
▶▶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。
▶▶有了施工场地后,我们来建造地铁车站的“外壳”。使用成槽设备在基坑周边形成深槽;把钢筋绑扎成与深槽形状吻合的钢筋笼,将它吊进深槽中;在吊装钢筋笼槽内,灌注混凝土,筑成钢筋混凝土墙,将钢筋混凝土墙连接成一个围住基坑的保护墙,防止基坑坍塌。
▶▶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。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,在基坑底部铺设防水卷材并绑扎车站主体结构的钢筋网。
▶▶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。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……
▶▶车站主体建成后,就可以恢复管线和道路了。
▶▶为减少对交通的影响,会在地面铺盖板,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。首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,然后在支撑梁上铺盖板,供车辆通行,盖板下方施工。这种方法兼顾了行车与施工,但施工难度也随之增加。
▶▶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。
▶▶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,再进行施工。
▶▶地铁隧道大部分都是用盾构法施工来修建的,这里要用到一种非常特殊的机器,它的名字叫盾构机。工人将预制好的盾构管片,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。
▶▶盾构机像一条“钢铁蚯蚓”,它经过的地方,一条长长的隧道就建成了。控制室来控制盾构机推力、速度、方向等掘进参数,螺旋排土器刀盘切削下来的泥土和石块,由渣土车运出隧道。管片组装机依次拼装盾构管片,6片管片组成一圈隧道。
▶▶盾构机在漆黑的地下掘进会迷路吗?当然不会,盾构机安装了先进高精度的测量系统,能动态显示当前位置相对于隧道设计轴线的位置偏差,操作员可及时调整掘进状态,使盾构机沿着正确的方向掘进。盾构机只能前进不能后退,当挖到下个车站或竖井,完成任务后吊出地面。
▶▶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。
▶▶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。
▶▶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。施工人员会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。
▶▶当遇到上软下硬的地层时,由于受力不均,易造成刀盘损坏及地面塌方,需谨慎推进或提前处理。如果遇到花岗岩残积土,这种地层遇水变泥浆,可能带来地表沉降,甚至塌方的风险,需提前降水处理。地下还可能遇到煤层瓦斯,要小心检测,有毒气的话,排出后方可施工。
▶▶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。
▶▶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。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。
▶▶地铁隧道过江,采用“沉管法”。先在船台上或干坞中制作隧道管段,两端用临时封堵门密封。再隧道管段拖运到隧道设计位置基槽上方,加载管段,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,使各节管段拼装连通成为整体的隧道。
▶▶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。
▶▶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。
▶▶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。
▶▶车辆段是地铁列车的“家”,是对地铁车辆进行运营管理、停放、维修及保养的场所。控制指挥中心是地铁聪明的“大脑”,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”。
▶▶我们要持续不断地进行地铁保护工作,地铁保护范围包括:地下车站与隧道结构外边线外侧50m内;地面和高架车站以及线路轨道结构外边线外侧30m内;出入口、风亭、变电站等附属建、构筑物结构外边线外侧10m内;轨道交通过江隧道结构外边线100m内。

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