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技术指南丨地铁是怎么建成的?

冷暖在线  · 公众号  ·  · 2018-08-22 12:00

正文

我们享受着轨道交通带来的便利的同时,想必不少朋友都想知道它是如何建成的吧?

能在地底,甚至地上高架桥上飞驰,地铁的修建必定是一项非常庞大的工程。


一、地铁的诞生


十九世纪中叶,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,世界各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、建设地铁不容易


建设地铁可不是件简单的事情。地铁是高密度、特大型、综合性轨道交通运输系统,涉及四十多个技术专业,得花好几年的时间才能建成。


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。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的布局。


二、地质构造与勘察


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。地下一般是由很复杂的岩土构成的。


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


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


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。


●  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。


●  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。


●  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。


●  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”


我们开来了很多机器,准备施工了!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。


Step1 :成槽


使用成槽设备在基坑的周边形成一段段深槽。


Step2 :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。


Step3 :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。


Step4 :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。我们就是在这个深坑里面建造地铁车站。


Step5 :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。


Step6 :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。


Step7 :基坑底部防水施工


在基坑底部铺设防水卷材。


Step8 :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


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。


Step9 :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。


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


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。


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。


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。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”钻洞神器


地铁的钻洞神器称之为“盾构机”,它就像蚯蚓一般在地底下畅通无阻!


1、地铁隧道大部分用盾构法施工修建


说完车站后,我们就开始讲隧道了!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。


Step1 :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。


Step2 :通过龙门吊,将管片吊入盾构始发井。


Step3 :盾构管片搬运车将管片运送进隧道。


Step4 :盾构机对管片进行拼装,形成隧道。


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。


●  控制室


控制盾构机推力、速度、方向等掘进参数的操作室。


●  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。


●  管片组装机


管片组装机将盾构管片依次进行拼装,一般六片管片组成一圈隧道,管片的宽度常为1.5米。


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、沉管法与高架法施工


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。


Step1 :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。


Step2 :将隧道管段拖运到隧道设计位置——基槽上方。


Step3 :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。


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。


八、地铁建设的三个关键节点


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。


2、基础设施都建完了,大家是不是就可以去坐地铁了呢?


基础设施都建完了,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。







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