营运中隧道衬砌裂缝影像判释暨特征化与数字化技术

营运中隧道的维护管理与安全检测作业常需处理大量的衬砌表面影像资料。本研究研发衬砌影像裂缝自动判释技术以及裂缝空间分布特征化与数字化技术,提供衬砌表面影像判释与信息化处理的有效工具。经数个已知肇因、衬砌裂缝具不同空间分布形态的隧道案例应用结果显示,所提技术可以快速取得判释基准一致的衬砌裂缝分布展开图;而数字化参数组合有效分离不同空间分布形态的裂缝,且对于衬砌裂缝空间分布形态相同,裂缝发展程度不一的情况亦具有应用性。

边坡失稳引致隧道衬砌异状之探讨

隧道系狭长之地下结构物,空间局限且力学上具高度静不定特性,长期稳定影响因素众多,及早掌握异状出现与否以及其变异之状况,分析引致异状的成因,并厘清相关的影响因素,为隧道维护管理作业极为重要的一环。依据台湾安全检测经验显示,边坡稳定性问题乃隧道长期稳定至为关键的影响因素之一。探讨边坡失稳引致的隧道衬砌异状,首先针对隧道与失稳边坡的相对空间关系,探讨异状的种类与形态;继而依据不同边坡失稳案例相关的隧道衬砌异状的变化,探讨失稳过程异状的进展;并据以建议安全检测与监测项目,以及有关的安全评估的看法。

台湾隧道衬砌异状类别之探讨

以台湾隧道为背景,搜集整理1990年代以来安全检测作业调查所得的异状,并纳入相关报导中早期隧道的破坏案例,继而区分不同的异状及其类别,并探讨采用砖(石)砌、混凝土与钢筋混凝土等不同的衬砌材料以及不同构筑方式之隧道所发生的异状形态。

深层地滑引致隧道变形与衬砌异状之案例探讨

诊断隧道衬砌异状之肇因,对症下药实施加固补强措施为营运中隧道维护的关键课题。本研究通过一深层地滑引致隧道变形与衬砌异状案例,归纳隧道内异状之特性与型态,详细探讨其发育过程与运动机制所造成之异状差异,以期提供后续类似隧道异状之肇因诊断与安全评估,并建议后续检测项目与方法。

砾岩地层滨海公路隧道选线与规划案例探讨

台湾东部滨海公路改善工程某隧道通过八里湾层与蕃薯寮层,岩性主要为砾岩、砂岩、泥岩及其互层,选线过程考虑地质特性、地形限制与施工维持等因素,并将生态保育、景观美质与工程技术等纳入规划与设计中。惟施工过程遭遇地形变动剧烈、洞口边坡与隧道围岩遇水弱化、依时变形显著等不利因素,历经数度修正设计得以突破。以此案例为背景,提出砾岩的工程特性以及隧道选线与规划相关建议。

微变监测在营运中隧道稳定评估之应用

衬砌异状肇因的分析作业为营运中隧道安全评估的基础,亦为确保隧道结构安全稳定所需维修补强的关键信息。而隧道周围的外力变化为各种影响隧道稳定的因素中至为关键的一项,且为补强设计之直接依据。本研究基于运动学观点分离隧道位移为刚体运动与变形两大分量,再探讨隧道周围不同应力变化造成的变形特性,建立衬砌变形特征曲线。继而依据隧道变形机制与衬砌变形特征曲线的关系,结合差分全球定位系统(Differential global positioning system,DGPS)与新型全测站之自动目标识别、照准及放样功能,高精度地测量隧道剖面3D绝对坐标,并透过前后测量结果求得衬砌变形曲线,比对典型衬砌变形特征曲线,从而掌握隧道周围应力变化之趋势。经案例应用结果显示,本研究所提微变监测可成功推测隧道剖面变形的机制,有助于提供量化的隧道检测数据。

山岭隧道受震损害类型与原因之案例研究

以1999年台湾集集地震造成完工通车仅1 a的三义壹号铁路隧道损害为例,应用隧道受震数值分析成果及相关研究,探讨隧道受震损害的原因。研究成果显示,受震损害区段皆落于埋深接近0.25倍岩体波长的范围内,即隧道埋深与岩体特性的组合强化震波受地表自由面反射与隧道散射的效应,导致衬砌受震引起应力大幅增加而造成破坏。而衬砌损害可归纳为4种类型:纵向裂缝、环向裂缝或环向施工缝错动、环状剥落以及斜向裂缝与剥落。分析隧道施工地质记录及震后检测结果显示,衬砌纵向裂缝主要受地盘深处上传的S波垂直方向或45?入射导致衬砌轴力与弯矩受震增加而影响。环向裂缝或环向施工缝错动则受到水平方向P波造成的张力破坏以及乐夫波造成衬砌应力增加的影响。环状剥落系隧道承受较显著的水平方向应力下,S波45?入射导致衬砌应力增量以及避车洞开口结构配置的影响。而斜向裂缝则受S波通过软硬地盘互层的应变差异以及隧道衬砌结构刚度特性所致。研究成果表明隧道受震损害原因与影响因素,可为山岭隧道耐震分析与设计提供参考。

台湾地区隧道开炸技术之演进——以北回铁路隧道工程为例

本文回顾台湾地区隧道开炸技术之演进,探讨爆破理论、合约制度以及开炸作业实务等方面的发展。文中以北回铁路隧道工程为例,透过开炸资料整理与统计分析,针对开炸方式、布孔与药量计算、开炸作业与爆破控制、开炸成果以及特殊地质情况开炸技术之发展等方面,比较20世纪70年代与90年代施工的差异,以为交流与参考。

台湾集集大地震山岳隧道受损情形之探讨

台湾中部地区1999年9月21日凌晨1时47分遭遇芮氏规模高达7.3之内陆浅源强烈地震侵袭,造成二千余人死亡,万栋房屋倾倒,无数公共设施损坏。隧道结构由于深埋地下,一般认为受地震影响较小,惟经震后勘查成果显示,仍有为数不少之隧道于此次震灾中产生程度不等之损害。文章针对台湾中部四十余座山岳隧道之受损情形,依断层错动区、上盘、下盘及其他地区等三区位分别探讨隧道受震之影响,以作为营运中隧道维修及补强之依据,以及研拟隧道耐震设计规范之参考。

影像展开与嵌接技术在隧道检测之应用

隧道检查或安全检测常以目力检视衬砌表面,并绘制异状分布图,以供后续作业与维修补强的参考。然隧道内通常较为昏暗,加上衬砌为重复单调的景物,可供辨识的特征不多,目力检测绘制异状分布图不仅精度不高,即便后续作业欲按图索骥辨识图中异状,亦时有困难。因此,研究基于近年来数字摄影技术突飞猛进,发展一套影像展开与嵌接技术,利用一般数字相机即可于隧道内取得的高质量的衬砌影像,建立衬砌展开影像,以供隧道安全检测之利器。研究之影像展开与嵌接技术系以双线性内插法进行影像坐标转换,利用再取样技术展开影像,并接合出欲检视之区域。此方法可针对局部区域制作衬砌展开图;亦可局部更新不同时期拍摄同一处的影像,以便检视异状有无扩大迹象、或修补后的效果。经室内实验隧道与现场实测结果显示,研究所开发之技术在影像分辨率与空间定位等方面,皆可满足隧道安全检测之需求。

隧道维修补强技术与案例探讨

一般土木结构之维修补强技术已有丰硕成果,惟因隧道埋置于地下,结构具高度静不定特性,衬砌异状种类甚多,程度不一,肇因的诊断十分复杂,衬砌受力的型式、大小与变异难以完全掌控,一般土木结构之维修补强技术常无法直接运用。面对亟待维修补强或加固作业的隧道比例持续升高,实有必要针对隧道维修补强技术进行深入探讨。本文首先阐述隧道维护管理观念,接着探讨隧道维修补强之考量因素与设计流程,其次搜集汇整欧美及日本隧道维修补强之工法与技术,并按异状产生之现象及原因分为衬砌劣化或剥落、渗漏水、外力变化等3大类说明其可供选择之对策工法,最后以台湾数个实际案例研析各项工法与技术之适用性,以提供未来类似隧道维护工程之参考。

水利隧道仰拱磨耗案例探讨

台湾南部某水利隧道(全长3.1km)于1930年完工通水启用后,至1959年曾打设二次水泥衬砌,而1972年隧道内壁全面敷以混凝土衬砌,直至2003年实施第一次隧道全线安全检测,并于2004年进行维修补强设计与紧急抢修工程,其后2005年、2006年分别针对隧道东、西洞口及隧道内实施第二次及第三次安全检测。藉由此隧道历年之补强与检测成果,初步探讨水利隧道之摩耗行为与程度,并进一步探讨水利隧道耐磨耗之补强设计,以供未来相关水利隧道维修补强设计之参考。

岩栓对隧道支撑功效之数值探讨

基于一非线性规则节理岩体组成模式,透过数值仿真途径探讨岩栓对于岩石隧道的支撑功效。所采用的岩体组成模式考虑岩石材料与节理面的力学特性以及节理面的空间分布,不仅可模拟节理岩体的完整应力应变曲线,亦可描述节理面所造成的强度与变形异向性。数值模拟结果发现,岩栓可增加特定位置的节理面正向应力,进而提高其强度与劲度,束制节理面移动与剪胀,发挥其对隧道的支撑功效。

岩石隧道受震反应之工程影响因子研究

地震发生频繁区域之岩石隧道受震破坏案例已发生多起,其相关研究课题已日渐受重视,惟土层隧道耐震设计已有规范遵循,岩石隧道者者尚缺乏深入探讨。研究采经岩石隧道震后破坏案例及解析解等验证正确性之动态数值分析模式,探讨岩石隧道受震工程影响因子,包括衬砌刚度、衬砌与岩盘互制、围岩加劲及围岩弱化等。由分析结果知,衬砌劲度越大,震波引致最大应力增量正规化值愈大,即震波引致应力增量值愈大,因此隧道衬砌耐震设计不能全以提高劲度为主要方法;隧道衬砌与岩盘互制作用研究结果显示,采用匀滑开挖、防水膜及衬砌与岩盘填补增加滑动性材料等,可减少衬砌受震引致轴向应力增量,达到减震效果;岩石隧道混凝土衬砌外侧之再加厚衬砌与辅助工法等加劲措施,经采用等值劲度模拟分析结果显示,采用如一次支撑及辅助工法提高围岩劲度,将增加衬砌轴向应力,但减少剪应力及挠曲应力;加大加劲范围可减少衬砌轴向应力,但将增加剪应力及挠曲应力;开挖引致的松动区减少围岩劲度,将减少衬砌轴向应力,但增加剪应力及挠曲应力。

卵砾石层潜盾隧道变形抑制措施及施工与监测回馈——以机场捷运CU02A标工程为例

台湾目前机场捷运、台电输配电地下管道、科学园区地下污水管道等多项工程采用卵砾石层潜盾隧道,惟既有文献显示,土层潜盾隧道钻掘引致地盘行为已多所研究,台北捷运已发展隧道钻掘引致地表沉陷槽预估公式,而卵砾石层潜盾隧道之相关研究较少。基于卵砾石层潜盾隧道在建工程及未来应用日渐增多,显示其研究之重要性。以机场捷运计画桃园国际机场路段CU02A标工程为例,以其潜盾隧道遭遇卵砾石层及已穿越路段之防护及变形抑制措施,包含一般路段之背填灌浆及预铸环片,以及高风险区段(如穿越滑行道等)之机上灌浆、加强背填灌浆、二次灌浆及预铸环片等,藉由施工一般监测及自动化监测结果,分别探讨一般及高风险区段隧道钻掘对地盘变形行为影响,并经由其结果之交叉比对,探讨变形抑制措施效果,以期回馈潜盾设计施工参考。最后,亦藉由既有施工与监测资料,尝试印证设计阶段之设计考量,阐述设计理念与施工实务之结合与回馈。

EXCEL VBA在隧道断面检测与维护管理数据库之应用

隧道检测中之断面量测,是营运中隧道之维护管理作业最直接的监测数据之一;长期而定期的断面变形监测,不仅可以掌握营运中隧道稳定性的变化,更可以进一步做为隧道安全评估与结构补强之重要信息。透过Microsoft Office 2003成员中之EXCEL及其VBA(Visual Basic for Application)开发隧道断面检测资料处理标准程序模块,处理数量庞大之潜盾隧道断面原始量测数据,使原始资料成为可查询及模块化的信息。程序自动展绘之断面图可配合现地变形状况交叉比对及研析应力影响程度,而爰此逻辑模式可突破不同断面扫描系统量测资料格式不一之限制,经程序模块处理之多次任何格式断面量测资料,皆能自动展绘、套叠前、后期检测断面图并比较其变化。后续以系统处理之断面信息汇入数据库,更可让维护管理主管机关作为主要之维护管理信息系统资料,并发展为加值型之决策支援系统。

管幂工法结合化学灌浆在沉泥/砾石层浅覆盖区段隧道施工之应用

本文以一通过沉泥/砾石地层、覆盖不及隧道开挖宽度、地表存有迳流水路与水池的隧道施工案例,应用管幂工法配合化学灌浆进行先撑保护,抑低隧道开挖扰动,固结沉泥兼收阻水功效,有效达成开挖面保护,进而快速开挖、顺利支撑的成功经验,探讨沉泥/砾石层浅覆盖地层的隧道施工技术。

隧道工程异常变形原因鉴定案例探讨

台湾地基具极高的复杂性及不确定性,施工后建筑物行为异于设计之情况时有所闻,为业主、承建商、设计单位常见的争议课题。本研究回顾一隧道规划期间已预知地质条件不良、设计过程已纳入相应对策,而施工过程围岩变形虽异常之大且持续发生,却因情境不同于设计过程所拟定条件,而未持续采用相应对策致变形侵入净空,导致修挖与变更设计之情况。本文除报导案例之背景、亦透过变形原因鉴定之成果,探讨隧道工程遭遇类似案例的处理对策,以供参考。

从检修案例探讨水工隧道全生命周期观点的设计考量

搜集台湾水工隧道结构安全检测与维修补强的代表性案例,探讨隧道检修作业的特性以及常见的异状类型与影响因素,并依据检修之经验,提出水工隧道全生命周期观点的设计考量相关建议。

砾石隧道潜盾开挖之颗粒力学数值模拟探讨

砾石材料组成与强度具高度异质性,受力常见分离破坏,重新堆栈后又可回复部分强度,以连体力学模式难以有效描述其行为。研究以颗粒学理论为基础发展的颗粒流数值软件PFC2D建立数值模型,透过仿真现地直剪试验结果,校正颗粒间之颗粒参数,并以颗粒参数转换试验克服尺寸效应对颗粒力学模式的影响,获得具代表性颗粒参数模拟现地开挖,探讨潜盾开挖引致砾石层之沉陷特性。研究结果显示利用颗粒力学数值模拟技术,能更有效模拟砾石层特殊地工特性的隧道行为。