地铁是怎样建成的？（有爱手绘本）

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、广州地质构造与勘察

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。