【工程地理】地铁是怎样建成的？这是我见过最通俗易懂的科普；从地铁看一个国家的审美！

　　知道我们出行的地铁是怎样建成的吗？地铁建设前还有什么重要准备工作？今天，就请大家和小科一起学习吧。

　　越来越多的人选择地铁绿色出行

　　当我们享受着轨道交通带来的便利的同时

　　想必不少小伙伴都想知道

　　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

　　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。

　　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。

　　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，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

　　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。

　　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

　　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

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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

　　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。

　　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！

　　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。

　　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

　　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。

　　“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

　　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，让我们来看看轨道交通建筑者是如何消灭它们的吧~

　　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。

　　“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。

　　Step1 施工人员从地面往下钻孔，一直钻到孤石处。Step2 填进炸药，将孤石炸碎。

　　“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。

　　Step1 施工人员钻一条直达溶洞的孔。Step2 在孔中灌注水泥浆，将溶洞填满，盾构机才能通过。

　　八、怎样在江底挖掘和保护地面建筑？

　　还有其他障碍！▼

　　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。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。

　　盾构机穿过重重地质挑战，来到了大江边。在江底挖掘时风险很大，盾构机需小心翼翼地挖掘前行。

　　在江底，经常会遇到上软下硬底层、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。盾构机一旦在江底出现故障，检修异常困难，风险巨大。

　　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。

　　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。

　　在铁路的两旁分别建造两个竖井。

　　在计划建造的隧道上方，利用竖井对土体进行预加固。

　　盾构机穿过竖井和土体，完成下穿高铁的施工。

　　九、沉管法与高架法施工

　　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。谭老师地理工作室综合整理

　　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。

　　十、地铁建设的三个关键节点

　　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。

　　基础设施都建完啦

　　大家是不是就可以去坐地铁了呢？▼

　　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！我们还要装修车站、安装机电设备、系统联调、验收和试运行。

　　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。

　　列车的家 —— 车辆段▼

　　列车不能一直跑。它也是需要休息和养护的。我们要给它们建一个“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”。

　　十一、持续做好地铁保护

　　从开始建造一直到开通之后，我们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。

　　漫长而艰辛的施工过程结束了

　　当一辆辆地铁列车呼啸出发时

　　多座年轻城市的交通才脉动起来

　　而这一切都是默默无闻的轨道交通建设者们

　　用梦想与坚持制造出来的

　　为他们点赞！

　　各国地铁欣赏

　　1. 瑞典 斯德哥尔摩

　　瑞典斯德哥尔摩的地铁站，可称为世界上最大的地铁艺术博物馆 ，在这里可以欣赏到成百上千位艺术家的作品，极富震撼力。部分斯德哥尔摩的地铁站保持了开挖隧道时的石头表面，并邀请艺术家作画或敷彩。

　　2. 德国 慕尼黑

　　或许德国给人的印象就是冷静、机械、工业的，而慕尼黑这座城市地下却有着无比绚烂的色彩。高纯度彩色的墙面和灯光，让人感到自己乘坐的不是地铁，而是进入了某个游戏世界。每一处都整洁干净倒是继承了德国风格。

　　3. 俄罗斯 莫斯科

　　莫斯科的地铁站，总免不了一股浓郁的东欧风情，还带有一点前社会主义国家的色彩。每一个地铁站都富丽堂皇，装饰着令人难以置信的马赛克壁画，描绘了可以追溯到到1200年的俄罗斯历史关键时刻。

　　4. 加拿大 蒙特利尔

　　蒙特利尔帕皮诺站，饰满彩绘的独具特色。橙线上的 Champ-de-Mars 地铁站于1966年建成。而那慕尔站于1984年建成，核心景观是大型几何的光雕，由来自魁北克的艺术家 Pierre Granche 打造。

　　5. 德国 柏林

　　柏林地铁于1902 年通车，是继伦敦、布达佩斯、格拉斯哥和巴黎之后，世界上第5个建成地铁的城市。虽然历史久远，柏林的地铁站却不那么陈旧，色彩饱和鲜活，再次打破对于德国设计冷静严谨的印象。

　　6. 阿联酋 迪拜

　　迪拜的哈立德本瓦利德地铁站，凭借一款浮夸的水母造型灯，成功吸引了游客们的目光。结合了传统和现代的设计风格，强烈的颜色对比，给人一种与众不同的视觉刺激与感受。

　　7. 中国台湾台湾 高雄

　　没错，这是地铁站，这座「光之穹頂」是世界上最大的玻璃艺术品。共使用4500块彩色玻璃组成，像一个巨大的万花筒。由意大利设计师 Narcissus Quagliata 亲自操刀，设计理念源于「风、水和时间」。

　　8. 葡萄牙 里斯本

　　在纪念葡萄牙航海家达伽马，发现印度航线的500周年之际，在里斯本举办了1998年世界博览会。里斯本奥莱尔斯站，就是在那时建造并一直保留到现在。当时设计风格浮夸，如今倒成就了它身为一个艺术品的价值。

　　9. 法国 巴黎

　　Arts et Métiers 翻译出来就是「艺术与工艺品车站」。独树一帜的蒸汽朋克风格，来自于1994年比利时连环画家 Franois Schuiten 。地铁站内采用了大量潜艇窗口、铆钉装饰和暖色金属，风格独特。

　　10. 德国 汉堡

　　汉堡港口地铁站有一个光之雕塑。设计师 Raupach Architekten 这样陈述他们的设计概念：「该设计突出了汉堡作为海港城市的自然特性，从集装箱的外形到使用的材料。这个地铁站的材料特点是对钢、色彩和光的使用… 」微妙的色彩变化系统，将一个运输设施转变成了一个生活中的艺术馆。

　　11. 意大利 那不勒斯

　　托莱多站位于意大利那不勒斯深达50公尺的地下。设计灵感来自于光和水，圆顶好似一个浩瀚的海洋，美轮美奂，并制造出一种流动的效果，宛如童话世界。这个车站被认为是那不勒斯地铁「艺术站」系列的一部分。

　　一个有设计能力的民族

　　将会有更美好的未来

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