一、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、建設地鐵不容易

那么，地鐵是怎樣建成的呢？

建設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多個技術專業(yè)，得花好幾年的時間才能建成哦。

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)劃的基礎上，根據(jù)客流預測分析，充分考慮交通與城市發(fā)展之間的關系，選擇方便市民出行、能適應城市可持續(xù)發(fā)展的布局。

二、地質構造與勘察

1、廣州——“地質博物館”

因為地鐵一般是建在地下，所以我們還要充分了解地下世界。圖中的“大蛋糕”就是濃縮版的地質構造示意圖，可以看到地下是由很復雜的巖土構成的。

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，經過多年的地質運動、水網(wǎng)發(fā)育，至今已形成了非常復雜的地質——位于華南板塊構造的斷陷盆地內，不同巖土類交錯組合，還有復雜的斷裂帶和地下河。廣州被稱為“地質博物館”名副其實。

2、工程地質勘察，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勘察了。

鉆孔取樣勘探
使用地質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、孤石等復雜地質，鉆孔間距縮減為幾米。

電法勘探
根據(jù)各類巖土電學性質的差異來分析地質情況。

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分析。

三、地鐵車站的確定

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。

四、明挖法施工

1、安全又經濟的明挖法施工

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，以減少建設地鐵時對交通出行的影響。

A、綠化遷移
施工范圍內的綠色植物，需要進行遷移，在施工完成后進行恢復。

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。

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。

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。

①成槽
使用成槽設備在基坑的周邊形成一段段深槽。

②吊裝鋼筋籠
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。

③灌注混凝土
在吊裝了鋼筋籠的槽內，灌注混凝土，筑成一段鋼筋混凝土墻。

④形成封閉的地下連續(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。

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。

⑤基坑開挖
在保護墻圍合的空間內進行土方開挖，基坑形狀像一個大大的長方形盒子。

⑥搭建支撐梁
每挖到一定深度，就要在地下連續(xù)墻兩側之間架設支撐梁，保護基坑安全。

⑦基坑底部防水施工
在基坑底部鋪設防水卷材。

⑧綁扎鋼筋網(wǎng)
綁扎車站主體結構的鋼筋網(wǎng)。

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。

⑨灌注混凝土
往安裝好模板的鋼筋網(wǎng)灌注混凝土，依次建造底板、側墻、中板和頂板。

5、恢復管線和道路

車站主體建成后，就可以恢復管線和道路了。

五、鋪蓋法與礦山法施工

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構，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。

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。

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。利用人工制冷技術使地層凍結，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。

六、“鋼鐵蚯蚓”盾構機

1、地鐵隧道大部分用盾構法施工修建
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，它的名字叫盾構機。地鐵隧道大部分都是用這樣的盾構法施工來修建的。
①工人在管片廠將一片片盾構管片預制好，再運送到施工現(xiàn)場。
②通過龍門吊，將管片吊入盾構始發(fā)井。
③盾構管片搬運車將管片運送進隧道。
④盾構機對管片進行拼裝，形成隧道。

2、盾構機就像一條“鋼鐵蚯蚓”
盾構機就像一條“鋼鐵蚯蚓”，它經過的地方，一條長長的隧道就建成了。
A、控制室
控制盾構機推力、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。

3、“鋼鐵蚯蚓”在漆黑的地下前進不迷路
盾構機在漆黑的地下掘進會迷路嗎？
當然不會，先進的盾構機安裝了高精度的測量系統(tǒng)，能夠動態(tài)顯示當前位置相對于隧道設計軸線的位置偏差，操作人員可及時調整掘進狀態(tài)，使盾構機沿著正確的方向掘進。
盾構機是只能前進不能后退的，它會挖到下一個地鐵站或豎井，完成任務后吊出地面。

七、消滅“攔路虎”--孤石和溶洞
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。
風亭：地鐵車站與隧道需要進行通風，風亭就是地鐵與地面的換風口，一直保持通風狀態(tài)，風亭排出的氣體是無害的。
防淹門：當?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閉，保護地鐵安全。
排水泵：收集隧道內的積水，排至市政管網(wǎng)。

2、“攔路虎” -- 孤石
盾構機在地下挖掘時，經常會冒出一些“攔路虎”。像孤石這種又大又硬的石頭，盾構機的“牙齒”啃不動它，這時就要把它挖掉或炸碎。
①施工人員從地面往下鉆孔，一直鉆到孤石處。
②填進炸藥，將孤石炸碎。

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。
②在孔中灌注水泥漿，將溶洞填滿，盾構機才能通過。

八、怎樣江底挖掘和保護地面建筑？

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。

2、大江邊江底挖掘危及重重
盾構機穿過重重地質挑戰(zhàn)，來到了大江邊。在江底挖掘時風險很大，盾構機需小心翼翼地挖掘前行。
在江底，經常會遇到上軟下硬地層、砂層、淤泥層和承壓水等阻撓。盾構機掘進時需要做好監(jiān)測，謹慎控制。盾構機一旦在江底出現(xiàn)故障，檢修異常困難，風險巨大。

3、保護地面建筑同樣重要
盾構施工時，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
盾構下穿高鐵：盾構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。

①在鐵路的兩旁分別建造兩個豎井。
②在計劃建造的隧道上方，利用豎井對土體進行預加固。
③盾構機穿過豎井和土體，完成下穿高鐵的施工。

九、沉管法與高架法施工

1、地鐵隧道與市政道路合建過江，用“沉管法”
當?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計位置——基槽上方。
③往管段中加載，使其沉到基槽內，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。

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。
由架橋機將預制好的一段段梁片依次進行拼接，形成高架橋。

十、地鐵建設的三個關鍵節(jié)點

1、隧道、軌通、電通是地鐵建設的三個關鍵節(jié)點
隧道完工后，要鋪設軌道、電纜、通信等設施。隧道、軌通、電通是地鐵建設的三個關鍵節(jié)點。

2、基礎設施都建完啦，大家是不是就可以去坐地鐵了呢？
基礎設施都建完啦，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、安裝機電設備、系統(tǒng)聯(lián)調、驗收和試運行。
機電設備是各種機械和電氣設備的總稱，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。

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、車站設備運行、防火報警、環(huán)境監(jiān)控、票務管理及乘客服務等，全程進行調度、指揮和監(jiān)控的“中樞”。

十一、持續(xù)做好地鐵保護

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，防止其它工程建設影響地鐵。
保護區(qū)內施工不得影響地鐵各個系統(tǒng)安全正常運營，范圍包括：

1.地下車站與隧道結構外邊線外側50m內；

2.地面和高架車站以及線路軌道結構外邊線外側30m內；
3.出入口、風亭、變電站等附屬建、構筑物結構外邊線外側10m內；
4.軌道交通過江隧道結構外邊線100m內。