地铁是怎样建成的?最通俗易懂的科普

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地铁的修建是一项非常庞大的工程,但地铁修好之后所带来的交通便利性极佳,下面就来看看地铁是如何建造的吧!

一、建设地铁不容易

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,需要花好几年的时间才能建成一条完整的线路。

在地铁建造之前,工程师首先要规划列车行驶的线路。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、地质构造与勘察

地质情况复杂而隐蔽,我们人类没有透视眼,怎样弄清楚地下的情况呢?这时就要依靠工程地质勘察。地质勘察主要有以下4种方式:

(1)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。

(2)电法勘探

根据各类岩土电学性质的差异来分析地质情况。

(3)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。

(4)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

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。同时还会考虑土地利用、与其它交通方式换乘便捷、周边环境条件等因素。

四、地铁车站的施工

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。明挖法施工前要完成以下几个步骤:

(1)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。

(2)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。

(3)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。

(4)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。

2、开始建造地铁车站的“外壳”

首先,要建造地铁车站的“外壳”,例如地下连续墙,保护基坑与周边安全,有以下几个步骤:

(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。

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。这个深坑就是地铁车站的“前身”。

(1)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。

(2)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。

(3)基坑底部防水施工

在基坑底部铺设防水卷材。

(4)绑扎钢筋网

绑扎车站主体结构的钢筋网。

4、地铁车站雏形渐渐成型

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,这时地铁车站的雏形逐渐成型。车站主体建成后,就可以恢复管线和道路了。

五、几种特殊的施工方法

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。

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,不便施工,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。

六、地铁隧道的修建

1、地铁隧道用盾构法施工修建

地铁隧道的修建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。

2、盾构机的结构

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,盾构机由以下几个部分组成:

(1)控制室

控制盾构机推力、速度、方向等掘进参数的操作室。

(2)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。

(3)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。

3、盾构机在漆黑的地下前进不迷路

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。

小知识: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。

七、地铁建设困难与解决方法

1、“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,盾构机无法处理,需要施工人员从地面往下钻孔,一直钻到孤石处,然后填进炸药,将孤石炸碎。

2、“怪兽大嘴” ——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。需要施工人员先用工具钻一条直达溶洞的孔,然后在孔中灌注水泥浆,将溶洞填满,盾构机才能通过。

3、江边、江底挖掘

在江底挖掘时风险很大,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。

4、保护地面建筑

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。

5、其他障碍

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。

八、特殊情况

1、地铁隧道与市政道路合建过江

当地铁隧道需要与市政道路合建过江时,该怎么办呢?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。

2、地面上的地铁

有时,因为地形原因,地铁需要在地面高处运行,工程师采用高架法施工: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。

九、收尾工作

隧道、轨通、电通是地铁建设的三个关键节点。地铁隧道铺设完工后,还要铺设轨道、电缆、通信等设施。

此外还要装修车站、安装机电设备、系统联调、验收和试运行。

小知识: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。

九、地铁运营维护工作

1、列车的家——车辆段

列车也是需要休息和养护的。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。

2、地铁控制指挥中心

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”。

3、地铁保护范围

从开始建造一直到开通之后,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。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。

素材来源:中国城市中心、环球物理、广州地铁、百度图片、Pexels(图片)、网络素材

投稿邮箱:gzthfb@163.com

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