地铁挖得很深,为什么看不见运泥土出来?挖出的土都去哪里了?

装可怜的白眼狼 2023-12-03 12:24:28

一座城市修建地铁,埋入地下的轨道有时会深达百米,可我们从未见过工程中大量挖掘出的土方堆积在地面。

这些浩大工程中产生的成千上万吨泥土,最终都消失得无影无踪,这让许多市民产生了极大的疑惑——地铁施工挖出的泥土都去了哪里?

要揭开这个谜题,我们先来看看地铁的常见修建方法。

目前,我国地铁建设最为常见的两种方法分别是明挖法和钻挖法。

明挖法顾名思义,就是先从地表直接挖出一条很深的地沟,待地铁隧道和轨道建设完成后,再用挖出的土方回填这条地沟,最后重新铺设路面。

这种方法比较简单直接,施工过程开阔,省去了许多机械设备和人力。

但是明挖法需要拆迁地表已有的全部建筑,极其侵入性,因此更适合在城市规划初期统一布局。

具有这样理想条件的城市屈指可数,目前仅有中国援建的埃及新行政首都在采用明挖法兴建地铁系统。

相比之下,钻挖法影响面更小,也更适合在人口稠密的成熟城市应用。

这种方法首先需要在地面挖掘数个竖井,这些竖井起到地铁建设的“窗口”作用,工人和设备可以通过井口进入地下施工。

竖井的位置和数量可以根据实际需求来确定,通常在预计的地铁站点位置附近开挖竖井,比如北京地铁4号线和13号线交汇的西直门站共使用了4个竖井。

竖井的深度直接决定了未来地铁站台的高度和轨道的埋深,一般来说,地铁隧道车站的平均埋深在16-20米之间。

如果地质条件复杂,或者出于节能环保的考虑,也会将地铁线路设计的更深一些,例如北京10号线的埋深就达到了28-32米。

竖井的深度通常会比地铁隧道埋深再深3-5米左右,在竖井开挖完成后,工人们就可以通过井底向水平方向挖掘连接各站点的隧道了。

如果运气好的话,两组工人能精准对接将两条平行隧道打通;如果运气不好,则需要后期进行二次补救。

为了加快施工进度,通常会在500-800米的距离间隔内新增竖井,根据工程规模的不同,一条地铁线路通常需要建设10个乃至几十个竖井。

如此高密度的井网布置可以方便施工人员和设备材料的机动调配,同时也便于隧道建设过程中的测量监控,从而提高挖掘精度。

这种方法可以最大限度地避让地表建筑,尤其适合在人口稠密的成熟城市应用,比如北上广等大城市基本都采用了这种方法来建设地铁。

以北京为例,其中心城区人口密度高达每平方公里2万人以上,如果采用明挖法,势必会给地面交通和居民生活带来极其严重的影响。

相比之下,钻挖法对城市日常运转的影响就小多了。

当然,地面也难免受到一定程度的影响,比如会出现局部陷落、管线破损等问题,但可以通过事先的管线检测定位和预警监测设备来最大程度减少和控制风险。

另外,北京城区内还分布着众多历史建筑和文物古迹,这些建筑可能难以承受明挖开挖带来的震动影响。

因此,钻挖地铁在一定程度上也起到了保护历史文化遗产的作用。

的确,钻挖法中很难确保线路精度,这主要是因为地下环境复杂多变,地质情况难以预测,工人并不能实时掌握隧道头部的具体情况,稍有不慎就可能造成严重偏移。

比如,如果遇到了意外的软弱地层,掘进机械可能会不受控制地偏向一边;或者硬度和厚度不同的岩石层交替出现也会影响掘进方向。

这些偏差如果不能及时纠正,就有可能导致左右两条隧道无法对接,甚至错位超过正常标准。

现代地铁对线路和站台的位置精度要求都极高,一般偏差只能控制在20毫米以内,这是为了保证日后铺设轨道和停靠列车的准确度。

如果超过2厘米的误差,则需要进行大范围的二次补救,这无疑会增加工期和造价。

为实现精确施工,当前我国地铁建设已经广泛采用了全断面硬地盾构技术,这种机械在挖掘的同时可以实现对隧道周边环境的实时检测。

简单来说,盾构机就是一台集掘进、运材、支护等功能于一体的大型作业机器。

其前端带有高达5000千瓦的强力电机,可以驱动盘型滚筒刀具以每分钟9-12转的速度高速旋转,像电动开罐器一样将土层和岩石“削开”。

这样的工作效率非常惊人,一台大型盾构机每小时可以“生产”出3.5米左右的完整地铁隧道。

为保证掘进顺应性,滚筒刀盘周围还安装有多组独立千斤顶,可以针对不同地质实时调节刀具的压力和方向。

盾构机内部中后段是与挖头相连的多级螺旋式泥土输送系统。

掘进过程中产生的土方被高速旋转的刀具切割成小块,随着输送带进入到机体内部的仓储空间,在这里它们会与不同类的化学稳定剂充分混合调配,调理成液态淤浆。

这种措施一方面可以减少土方对输送系统的磨损,另一方面又保证了土方具有一定的流动性,可以被泵送排出机体。

经过混合调理的泥浆会被输送到盾构机尾部的卸料系统,然后通过高压泵浦和地面立井间的龙门吊运至地表卸载。

与此同时,盾构机后部的管片自动架设系统也在高效运转。

它可以在掘进进行的同时为新生隧道衬砌预制混凝土管片,这样既可以大幅减少临时用木板支护的工作量,也可防止隧道发生塌方。

架设完成的管片外围还会灌注水泥混凝土进行补强。

为确保掘进精度,盾构机上还安装有多套探测设备对周围环境进行实时监测,例如地质雷达、超声波探测器等。

这些设备可以探测前方地层性状、监测是否有建筑管线等障碍,并随时反馈给操作人员,一旦发现线路偏差,可以立即进行调整。

在这样的机械化快速施工下,地铁隧道中的土方会很快消失地表。

但这些泥土是否就此灰飞烟灭?答案是否定的。

为确保环境负责任,这些土方会经过严格的回收利用,其中:

约30%的泥土经过筛选,可作为混凝土骨料等隧道内非承重材料回填利用,如墙体粉刷、水泥地面等;

约20%的土方用于城市绿化带与公园填埋,有利于树木生长;

约50%的土方被运送至郊区或建筑工地,用于道路基层夯实、制砖等。

特别需要注意的是,地铁土方中的有害物质如重金属都会在利用前过滤除去,避免污染环境。

同时相关部门也会对土方最终去向进行跟踪审计,防止非法倾倒。

在土方处理的全过程中,都体现了我国企业的环境保护意识和可持续发展理念。

既然大量土方运出了地铁工程现场,那么为什么我们在白天很少见到过土方运输车辆的身影呢?

这主要是出于交通安全的考量。

夜间12点至凌晨5点,是土方运输的黄金时段,白天,渣土车在等红绿灯时易产生灰尘并影响其他司机视线,增加了肇事风险。

此外人流、车流过大也会导致拥堵,以往曾有渣土车在白天运输时侧翻的事故,造成近500万元的直接损失,所以选择在夜间营运可以大幅降低这些安全隐患。

在凌晨时分,街道上的车辆与行人很少,正好适宜大型运输车辆出行。

注意听一听,如果你的城市正在兴建地铁,半夜十二点过后的寂静街道上也许会不时传来一阵沉闷而遥远的发动机轰鸣——那就是渣土车辆的声响。

它们会将隧道中数万吨泥浆一车车运往城郊的深夜工地与车间,最终“消失”于建筑材料与绿化带当中。

如果我们站在更高的层面审视,这些短时间内聚集又迅速分散的土方就像蚂蚁在运输食物一样微不足道。

但它们的流向却经过了精密的设计,并融入到了一个巨大系统的循环中。

正如美国物理学家约翰·惠勒所言:“没什么东西会在宇宙中消失或产生,一切只是在循环。”

地铁带来的不仅是出行便利,也是建筑废弃物的减量化再利用,这既体现了工程技术的进步,也展现了人与自然和谐发展的可能。

当我们坐在地铁车厢里,行驶在地下百米的轨道上时,或许可以想象头顶上方曾经飘摇的泥土,最终化作了我们脚下的地砖、车厢的金属、窗外新绿的树影。

这种巧妙的循环设计,使地铁修建的每一环节都融入城市有机发展的生命周期,像自然生态中绵延不绝的养分循环,将废弃转化为养分,延续城市的新生与成长。

尽管目前我国仅有7个城市的地铁运营处于盈利状态,大多数地铁仍在亏本,这与其巨大的修建与营运成本有很大的关系。

仅盾构机的电力消耗就堪比万台家用空调的总和。

此外,客流高峰集中也导致非尖峰时段的客流量不足以支撑运营成本。

未来我国地铁将围绕着“绿色、智能”的目标前进,以更好地适应城市客流模式的变化,也将隧道中的土方循环利用考量融入地铁建设的全过程,降低资源消耗,实现宜居宜业的可持续城市发展。

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