探秘丨地铁是怎样建成的？

　　地铁的出现，极大地方便了人们的出行。不管是地底、地上，还是高架桥上都能看得见地铁飞驰；不管是上班、下班，大家也都乐意选择地铁绿色出行。这种速度快不堵车、环保又舒适的交通工具，深受大家的喜爱。当我们享受这便利的同时，许多小伙伴就十分好奇：地铁那么庞大的工程，到底是怎么建成的呢？接下来跟着BIM哥一起探密去吧！

　　一、地铁的优点

　　（1）运量大

　　（2）高效准时

　　（3）速度快

　　（4）节省土地

　　（5）减少噪音

　　（6）减少干扰

　　（7）节约能源

　　（8）减少污染

　　二、地铁的诞生

　　1863年，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。

　　三、地铁的建造过程

　　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，一般需要花好几年的时间才能建成。

　　而在地铁建造之前，工程师首先要规划列车行驶的线路，再来确定地铁车站的建立，这些都考虑周到后，然后开始动工。

　　1.地质构造与勘察

　　因为地铁一般是建在地下，所以要充分了解地下情况。怎样弄清楚地下的情况呢？

　　（1）钻孔取样勘探；

　　（2）电法勘探；

　　（3）磁法勘探；

　　（4）声波法勘探。

　　这四种方法都可以用来分析地质情况。

　　2.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。同时还要考虑土地利用与其它交通方式换乘便捷、周边环境条件等多种因素。

　　3.明挖法施工

　　（1）施工前准备

　　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，先要对施工范围内的绿植进行迁移；在将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；对一些施工影响范围内的建筑，还需要保护或拆迁；还需要对地下埋藏的错综复杂的管线：如电力、通信、燃气、自来水管道等，在施工前进行保护或迁改。

　　（2）建造地铁车站的“外壳”

　　有了施工场地后，准备施工！首先来建造地铁车站的“外壳”，例如地下连续墙，保护基坑与周边安全。

　　a.成槽：使用成槽设备在基坑的周边形成一段段深槽；

　　b.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；

　　c.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；

　　d.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，开始边开挖边支撑，形成一个巨大的方形深坑，接着就在这个深坑里面建造地铁车站。

　　e.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；

　　f.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；

　　g.基坑底部防水施工：在基坑底部铺设防水卷材；

　　h.绑扎钢筋网：绑扎车站主体结构的钢筋网；

　　（4）地铁车站雏形成型

　　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。

　　i.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。

　　4.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？在地质条件允许的情况下，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。

　　说完车站后，开始讲隧道！

　　5.钻洞神器——盾构机

　　在开挖隧道时要用到一种非常特殊的机器——盾构机，它就像蚯蚓一般在地底下畅通无阻，地铁隧道大部分都是用这样的盾构法施工来修建的。

　　（1）盾构法施工

　　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；

　　通过龙门吊，将管片吊入盾构始发井；

　　盾构管片搬运车将管片运送进隧道；

　　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。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。

　　6.消灭障碍--孤石和溶洞

　　当盾构机在前进的过程中，常会出现两大“拦路虎”——孤石和地下溶洞，来看看轨道交通建筑者是如何消灭它们的——

　　（1）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。

　　施工人员从地面往下钻孔，一直钻到孤石处；

　　填进炸药，将孤石炸碎。

　　（2）地下溶洞

　　遇到地下溶洞就比较危险了。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。

　　施工人员钻一条直达溶洞的孔；

　　在孔中灌注水泥浆，将溶洞填满，盾构机才能通过。

　　7.保护地面建筑

　　（1）其他障碍

　　除了孤石和溶洞，地下还有各种各样的障碍。

　　a.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；

　　b.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；

　　c.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。

　　（2）保护地面建筑同样重要

　　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。

　　PS：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；

　　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。

　　当地铁隧道与市政道路合建过江时，又是怎么样的呢？

　　8.沉管法与高架法施工

　　（1）沉管法

　　当地铁隧道与市政道路合建过江时，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。

　　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；

　　将隧道管段拖运到隧道设计位置——基槽上方；

　　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）高架法施工

　　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。

　　9.地铁建设的三个关键节点

　　（1）铺设隧道、轨通、电通

　　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）地铁验收试运行

　　基础设施都建完啦，大家是不是就可以去坐地铁了呢？

　　还不行哦！还要装修车站、安装机电设备、系统联调、验收和试运行。

　　（3）建车辆段

　　列车不能一直跑。它也是需要休息和养护的。还要给它们建一个“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。

　　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”。

　　10.持续做好地铁保护

　　从开始建造一直到开通之后，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：

　　地下车站与隧道结构外边线外侧50m内；

　　地面和高架车站以及线路轨道结构外边线外侧30m内；

　　出入口、风亭、变电站等附属建、构筑物结构外边线外侧10m内；

　　轨道交通过江隧道结构外边线100m内。

　　一个庞大的工程就这样建完了，这个建造过程是漫长而艰辛的，为那些默默奋斗的轨道交通建设者们点赞！

　　城市的发展，不仅仅需要交通上的发展，更需要技术的创新。而BIM技术的出现，无疑便利了地铁的建造。目前，BIM技术在地铁项目中已经逐步开始应用，并在信息化施工、合理布置施工工序、加快施工速度、节约工程造价等方面取得了良好的效果。如：北京5号线、天津5号线、长沙5号线、西安5号线、青岛13号线等都在建造过程中采用了BIM技术，缩短了工期，节约了不必要的开支。

　　来源：广州地铁、深圳市轨道交通