《地鐵是怎樣建成的》手繪本,來自@羊角君 的美圖盛宴!感謝廣州地鐵及各位磚家,為廣大小孩大人及愛好者,用簡單通俗的圖文,揭開了地鐵的奧秘!
1.地鐵的誕生
19世紀中葉,英國倫敦街頭交通堵塞嚴重。一位名叫查爾斯.皮爾遜的律師想到火車跑得很快,怎樣讓火車跑進城市呢?一次,查爾斯看到墻角的老鼠洞里,一只老鼠在跑來跑去,他提出一個妙想:讓火車在地下跑起來!1863年,這個“異想天開”得以實現(xiàn)——世界上第一條地鐵在倫敦誕生了!隨后,世界大城市紛紛建造地鐵。這種速度快不堵車、環(huán)保又舒適的交通工具,深受大家喜愛。
1.1建設(shè)地鐵不容易
那么,地鐵是怎樣建成的呢?
建設(shè)地鐵可不是件簡單的事情哦!地鐵是高密度、特大型、綜合性軌道交通運輸系統(tǒng),涉及40多個技術(shù)專業(yè),得花好幾年的時間才能建成哦。
1.2地鐵線網(wǎng),蜘蛛網(wǎng)一般的地鐵線路
在地鐵建造之前,工程師首先要規(guī)劃列車行駛的線路。圖中紫色的地鐵線路像蜘蛛網(wǎng)一樣四通八達,稱為地鐵線網(wǎng)。
地鐵線網(wǎng)規(guī)劃是在城市發(fā)展戰(zhàn)略、總體規(guī)劃、土地利用規(guī)劃的基礎(chǔ)上,根據(jù)客流預(yù)測分析,充分考慮交通與城市發(fā)展之間的關(guān)系,選擇方便市民出行、能適應(yīng)城市可持續(xù)發(fā)展的布局。
2.廣州地質(zhì)構(gòu)造與勘察
2.1廣州——“地質(zhì)博物館”
因為地鐵一般是建在地下,所以工程地質(zhì)勘察鉆機我們還要充分了解地下世界。圖中的“大蛋糕”就是濃縮版的地質(zhì)構(gòu)造示意圖,可以看到地下是由很復(fù)雜的巖土構(gòu)成的。
在3億多年前的古生代,廣州絕大部分地區(qū)為淺海,沉積了以碳酸鹽巖為主的巖系,之后中生代沉積了以紅色碎層巖為主的巖系,并伴隨著巖漿巖的侵入,經(jīng)過多年的地質(zhì)運動、水網(wǎng)發(fā)育,至今已形成了非常復(fù)雜的地質(zhì)——位于華南板塊構(gòu)造的斷陷盆地內(nèi),不同巖土類交錯組合,還有復(fù)雜的斷裂帶和地下河。廣州被稱為“地質(zhì)博物館”名副其實。
2.2工程地質(zhì)勘察,讓我們有了透視眼
可是我們沒有透視眼,怎樣弄清楚地下的情況呢?這時就要依靠工程地質(zhì)勘察了。
鉆孔取樣勘探
使用地質(zhì)鉆機在地表下鉆出深深的孔,然后用空心鉆頭將巖土樣帶出地面進行取樣分析。一般鉆孔間距為幾十米,遇到地下溶洞、孤石等復(fù)雜地質(zhì),鉆孔間距縮減為幾米。
電法勘探
根據(jù)各類巖土電學(xué)性質(zhì)的差異來分析地質(zhì)情況。
磁法勘探
通過觀測和分析由巖土的磁性差異所引起的磁異常,進行地質(zhì)研究。
聲波法勘探
通過在兩孔間發(fā)射聲波,然后根據(jù)不同巖土分界面上反射回來的聲波進行地質(zhì)分析。
3.地鐵車站的確定
3.1地鐵車站的確定
列車行駛的路線確定了,那地鐵車站又要建在哪里呢?
依據(jù)城市規(guī)劃,地鐵車站一般會選擇建在住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)等主要客流集散點,方便市民出行。同時考慮土地利用、與其它交通方式換乘便捷、周邊環(huán)境條件等因素。
4.明挖法施工
4.1安全又經(jīng)濟的明挖法施工
正式開工前,要準備一塊滿足施工需求的場地。地鐵車站一般是從地面自上而下進行開挖,這就是安全又經(jīng)濟的明挖法施工。
開挖前,需要處理影響施工的建筑、綠化和管線等,還要增加臨時道路,以減少建設(shè)地鐵時對交通出行的影響。
A綠化遷移
施工范圍內(nèi)的綠色植物,需要進行遷移,在施工完成后進行恢復(fù)。
B交通疏解
為保障交通順暢,原道路進行拓寬或改道,形成新的道路,以保障車輛和行人正常通行。施工完成后再進行道路恢復(fù)。
C房屋拆遷
為了保障施工和周邊安全,在工程施工影響范圍內(nèi)的建筑,需要保護或拆遷。
D管線遷改
城市地下埋藏了錯綜復(fù)雜的管線,如電力、通信、燃氣、自來水管道等,在施工前需要進行保護或遷改。
4.2開始建造地鐵車站的“外殼”
有了施工場地后,我們開來了很多機器,準備施工啦!首先,我們來建造地鐵車站的“外殼”,例如地下連續(xù)墻,保護基坑與周邊安全。更多廣州每日資訊
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使用成槽設(shè)備在基坑的周邊形成一段段深槽。
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把一根根鋼筋綁扎成與深槽形狀吻合的鋼筋籠,再通過起重機將它吊進深槽中。
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在吊裝了鋼筋籠的槽內(nèi),灌注混凝土,筑成一段鋼筋混凝土墻。
?、苄纬煞忾]的地下連續(xù)墻
將每一塊鋼筋混凝土墻連接起來,形成一個將基坑圍住的保護墻,防止基坑坍塌,保護周邊安全。
4.3在深坑里面建造地鐵車站
在連續(xù)墻完成后,便開始一邊開挖一邊支撐,形成一個巨大的方形深坑。我們就是在這個深坑里面建造地鐵車站。
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在保護墻圍合的空間內(nèi)進行土方開挖,基坑形狀像一個大大的長方形盒子。
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每挖到一定深度,就要在地下連續(xù)墻兩側(cè)之間架設(shè)支撐梁,保護基坑安全。
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在基坑底部鋪設(shè)防水卷材。
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綁扎車站主體結(jié)構(gòu)的鋼筋網(wǎng)。
4.4地鐵車站雛形漸漸成型
在搭好的鋼筋網(wǎng)上灌注混凝土,這時地鐵車站的雛形漸漸成型了。
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往安裝好模板的鋼筋網(wǎng)灌注混凝土,依次建造底板、側(cè)墻、中板和頂板。
4.5恢復(fù)管線和道路
車站主體建成后,就可以恢復(fù)管線和道路了。
5.鋪蓋法與礦山法施工
5.1鋪蓋法施工
在交通疏解困難的道路上,為減少對交通的影響,有時會在地面上鋪一個大蓋板,作為臨時路面供車輛通行,底下進行施工,這就是鋪蓋法施工。
先在道路底下建造中立柱及圍護結(jié)構(gòu),在其上方搭建支撐梁,然后在支撐梁上鋪上蓋板,供車輛通行,在蓋板下方進行施工。鋪蓋法一定程度兼顧了行車與施工,但會增加施工的難度。
5.2礦山法暗挖施工
如果施工的場地周圍有很多密集的樓房和道路,那該怎么辦呢?在地址條件允許的情況下,我們可以采取礦山法暗挖施工。
建一個小小的施工豎井,施工人員從豎井下去,像“土拔鼠”一樣在地下建造車站或隧道。
5.3礦山法暗挖施工,按順序一小塊一小塊地挖
礦山法暗挖施工時,要按順序一小塊一小塊地挖,慢慢地挖出一個地下空間來。
當(dāng)遇到富含地下水的地層,無法保證支撐隧道壁的穩(wěn)定時,可選擇冷凍法施工。利用人工制冷技術(shù)使地層凍結(jié),增加其強度和穩(wěn)定性后,在進行施工。
一些地鐵車站、通道、區(qū)間就是通過礦山法暗挖施工來完成的。
6.“鋼鐵蚯蚓”盾構(gòu)機
6.1地鐵隧道大部分用盾構(gòu)法施工修建
說完車站后,我們就開始講隧道啦!這里要用到一種非常特殊的機器,它的名字叫盾構(gòu)機。地鐵隧道大部分都是用這樣的盾構(gòu)法施工來修建的。
?、俟と嗽诠芷瑥S將一片片盾構(gòu)管片預(yù)制好,再運送到施工現(xiàn)場。
?、谕ㄟ^龍門吊,將管片吊入盾構(gòu)始發(fā)井。
?、鄱軜?gòu)管片搬運車將管片運送進隧道。
?、芏軜?gòu)機對管片進行拼裝,形成隧道。
6.2盾構(gòu)機就像一條“鋼鐵蚯蚓”
盾構(gòu)機就像一條“鋼鐵蚯蚓”,它經(jīng)過的地方,一條長長的隧道就建成了。
A控制室
控制盾構(gòu)機推力、速度、方向等掘進參數(shù)的操作室。
B螺旋排土器
螺旋排土器將刀盤切削下來的泥土和石塊運送到皮帶傳送機,最后再由渣土車運出隧道。
C管片組裝機
管片組裝機將盾構(gòu)管片依次進行拼裝,一般6片管片組成一圈隧道,管片的寬度常為1.5米。
6.3“鋼鐵蚯蚓”在漆黑的地下前進不迷路
盾構(gòu)機在漆黑的地下掘進會迷路嗎?
當(dāng)然不會,先進的盾構(gòu)機安裝了高精度的測量系統(tǒng),能夠動態(tài)顯示當(dāng)前位置相對于隧道設(shè)計軸線的位置偏差,操作人員可及時調(diào)整掘進狀態(tài),使盾構(gòu)機沿著正確的方向掘進。
盾構(gòu)機是只能前進不能后退的,它會挖到下一個地鐵站或豎井,完成任務(wù)后吊出地面。
7.消滅“攔路虎” -- 孤石和溶洞
7.1隧道一般是兩邊高中間低,這樣有利于節(jié)能
出站的列車由于下坡而很快地提高速度,進站的列車借助于上坡來降低速度,這種建造方法在運營時更加節(jié)能降耗。
風(fēng)亭:地鐵車站與隧道需要進行通風(fēng),風(fēng)亭就是地鐵與地面的換風(fēng)口,一直保持通風(fēng)狀態(tài),風(fēng)亭排出的氣體是無害的。
防淹門:當(dāng)?shù)罔F隧道穿越江河或湖泊時,萬一遇到了水倒灌進隧道的險情,這時防淹門將緊急關(guān)閉,保護地鐵安全。
排水泵:收集隧道內(nèi)的積水,排至市政管網(wǎng)。
7.2“攔路虎” --孤石
盾構(gòu)機在地下挖掘時,經(jīng)常會冒出一些“攔路虎”。像孤石這種又大又硬的石頭,盾構(gòu)機的“牙齒”啃不動它,這時就要把它挖掉或炸碎。
?、偈┕と藛T從地面往下鉆孔,一直鉆到孤石處。
?、谔钸M炸藥,將孤石炸碎。
7.3“怪獸大嘴” --地下溶洞
還有更危險的情況,就是遇到地下溶洞。溶洞就像“怪獸大嘴”,如果不妥善處理,盾構(gòu)機會跌入溶洞,造成嚴重的事故。
①施工人員鉆一條直達溶洞的孔。
?、谠诳字泄嘧⑺酀{,將溶洞填滿,盾構(gòu)機才能通過。
8.怎樣江底挖掘和保護地面建筑?
8.1其他障礙!
除了孤石和溶洞,地下還有各種各樣的障礙。
上軟下硬地層:當(dāng)遇到上面軟弱、下面堅硬的地層時,由于受力不均,易造成刀盤損壞及地面塌方,需要謹慎推進或提前處理。
花崗巖殘積土:這種地層遇水則變泥漿,可能帶來地表沉降,甚至塌方的風(fēng)險,需提前進行降水處理。
煤層瓦斯:遇到地下煤層瓦斯,需小心檢測,有毒氣的話,須排出后方可施工。
8.2大江邊江底挖掘危及重重
盾構(gòu)機穿過重重地質(zhì)挑戰(zhàn),來到了大江邊。在江底挖掘時風(fēng)險很大,盾構(gòu)機需小心翼翼地挖掘前行。
在江底,經(jīng)常會遇到上軟下硬地層、砂層、淤泥層和承壓水等阻撓。盾構(gòu)機掘進時需要做好監(jiān)測,謹慎控制。盾構(gòu)機一旦在江底出現(xiàn)故障,檢修異常困難,風(fēng)險巨大。
8.3保護地面建筑同樣重要
盾構(gòu)施工時,除了要解決地下的難題,也要保護地面上的建筑,如房屋、高架橋、鐵路等。
盾構(gòu)下穿高鐵:盾構(gòu)機在穿越高鐵時要求很高,為防止地面沉降而影響線路運輸,需對隧道上方地層進行加固。
樁基托換:地鐵隧道需要穿過房屋或高架的樁基時,要為建筑物建造新的樁基。然后處理擋住盾構(gòu)路線的樁基,新的樁基形成新的受力體系,不影響建筑物的安全。
?、僭阼F路的兩旁分別建造兩個豎井。
?、谠谟媱澖ㄔ斓乃淼郎戏?,利用豎井對土體進行預(yù)加固。
?、鄱軜?gòu)機穿過豎井和土體,完成下穿高鐵的施工。
9.沉管法與高架法施工
9.1地鐵隧道與市政道路合建過江,用“沉管法”
當(dāng)?shù)罔F隧道與市政道路合建過江時,聰明的工程師想出了另外一種工法——“沉管法”。將岸上預(yù)制好的一節(jié)節(jié)隧道管段沉到江底進行拼裝,形成隧道。
①先在船臺上或干塢中制作隧道管段,管段兩端用臨時封堵門密封。
②將隧道管段拖運到隧道設(shè)計位置——基槽上方。
?、弁芏沃屑虞d,使其沉到基槽內(nèi),并用水力壓接法將相鄰管段連接,然后拆除封堵門,使各節(jié)管段連通成為整體的隧道。
9.2地鐵跑著跑著,咦,突然就到地面高處了!
有時候,地鐵跑著跑著,咦,突然就到地面高處了!這里采用了高架法施工。
由架橋機將預(yù)制好的一段段梁片依次進行拼接,形成高架橋。
10.地鐵建設(shè)的三個關(guān)鍵節(jié)點
10.1隧道、軌通、電通是地鐵建設(shè)的三個關(guān)鍵節(jié)點。
隧道完工后,要鋪設(shè)軌道、電纜、通信等設(shè)施。隧道、軌通、電通是地鐵建設(shè)的三個關(guān)鍵節(jié)點。
10.2基礎(chǔ)設(shè)施都建完啦,大家是不是就可以去坐地鐵了呢?
基礎(chǔ)設(shè)施都建完啦,大家是不是就可以去坐地鐵了呢?
還不行,我們還要裝修車站、安裝機電設(shè)備、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、驗收和試運行。
機電設(shè)備是各種機械和電氣設(shè)備的總稱,為列車正常安全運行和乘客便利舒適搭乘地鐵提供綜合保障。
10.3列車的家--車輛段
列車不能一直跑。它也是需要休息和養(yǎng)護的。我們要給它們建一個“家”——車輛段。
車輛段是對地鐵車輛進行運營管理、停放、維修及保養(yǎng)的場所。
那地鐵是如何做到安全、準點、快捷、舒適地運行呢?因為它有一個聰明的“大腦”——地鐵控制指揮中心。
控制指揮中心是對全線列車運行、電力供應(yīng)、車站設(shè)備運行、防火報警、環(huán)境監(jiān)控、票務(wù)管理及乘客服務(wù)等,全程進行調(diào)度、指揮和監(jiān)控的“中樞”。
11.持續(xù)做好地鐵保護
11.1地鐵保護范圍
從開始建造一直到開通之后,我們還要持續(xù)不斷地進行地鐵保護工作,防止其它工程建設(shè)影響地鐵。
地鐵保護范圍:
保護區(qū)內(nèi)施工不得影響地鐵各個系統(tǒng)安全正常運營,范圍包括:
1.地下車站與隧道結(jié)構(gòu)外邊線外側(cè)50m內(nèi)工程地質(zhì)勘察鉆機;
2.地面和高架車站以及線路軌道結(jié)構(gòu)外邊線外側(cè)30m內(nèi)工程地質(zhì)勘察鉆機;
3.出入口、風(fēng)亭、變電站等附屬建、構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)外邊線外側(cè)10m內(nèi);
4.軌道交通過江隧道結(jié)構(gòu)外邊線100m內(nèi)。
11.2(完)
漫長而艱辛的施工過程結(jié)束了,第一輛地鐵列車呼嘯出發(fā)。與朋友們一起坐地鐵時,可別忘了向他們介紹地鐵是怎樣建成的哦!
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