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地铁是怎样建成的?(有爱手绘本)

发布于:2015-04-20 13:57:20 来自:建筑结构/岩土工程 [复制转发]
一、地铁的诞生
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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
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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
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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、广州地质构造与勘察

2.1广州——“地质博物馆”
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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
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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
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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
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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”
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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”
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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
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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
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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
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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
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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!
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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。

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只看楼主 我来说两句
  • gtz915
    gtz915 沙发
    科普的不错,谢谢!
    2018-06-11 16:38:11

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    赞同0
  • liujiaying1980

    科普知识,感谢楼主

    2018-03-28 12:09:28

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这个家伙什么也没有留下。。。

岩土工程

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