阿里山森林铁路隧道复建工程的设计与施工探讨

2009年8月8日莫拉克台风重创南台湾,嘉义阿里山区72 h的累积雨量高达2 500 mm以上,百年历史的阿里山森林铁道因沿线路基严重流失而停驶。其中两处大崩塌路段的复建工程以顺应自然为原则,采取迂回隧道方式避开崩塌区,需克服沿线地质变化及地下水问题,评估结果是以凿岩机工法及钻爆工法进行开挖。两座隧道的西口段崩积层分别长达109.8、99 m,是隧道开挖阶段的关键地段。隧道开挖支撑设计系依据台湾岩体分类与支撑系统(PCCR系统)及新奥工法的理念,沿线采用先进支撑材料包括超前管棚钢管、桁型钢支护、钢纤维喷射混凝土及自钻式锚杆等,除了可确保施工安全外,亦可提高施工进度。目前两隧道均已贯通且变形量控制均符合安全,说明隧道采用先进支撑方式穿越破碎崩积层段的成效良好,其研究结果可为相关工程设计提供参考。

隧道工程技术之发展与应用

针对台湾近10年来之重大山岳隧道工程进行概述,并分析近期隧道工程所面临之挑战,继而就所衍生之相关课题及相关隧道技术发展进行探讨,最后展望台湾未来隧道工程之发展趋势。

隧道工程止漏树脂灌浆技术

隧道沿线经常遭遇断层、剪裂带、卵砾石层、有害气体、软弱地盘及河床下施工等问题,为克服此种困难地质,除了加强支撑措施之外,另外必须采取各种辅助工法才能顺利通过,其中止漏树脂灌浆材料能发挥止水(气)效果与固结功能,增强开挖面自立时间与稳定性。本文首先针对止漏树脂灌浆材料之特性作一概略说明,接着列举多项止漏树脂灌浆技术在台湾隧道工程之应用实例,包括:1)止气灌浆;2)修补衬砌;3)河床下浅覆盖开挖;4)止水灌浆。

特高压电缆洞道统包工程设计实例

工程为新竹地区161 kV特高压电缆线路之一,采潜盾洞道规划设计,隧道全长约8 368 m,共设有9座直井及机房,直井深度平均约24 m。直径6 m洞道主要容纳161 kV电缆10回线复导体,直径5.6 m容纳6回线复导体。业主采统包最有利标方式招商,并委由统包商办理直井用地之取得,开台湾工程之先例。通过之地质主要为湖口台地卵砾石层沉积地层,采潜盾施作,亦是台湾目前采机械钻掘穿过卵砾石层最长的隧道及内径最大之电缆用隧道。圆形洞道首创防火中隔墙设计,善用空间减少开挖断面,达到节能减碳及降低维护成本之目的,并采地下机房设计减少景观及环境之冲击。

青山分厂复建工程厂房通风直井之规划、设计与施工探讨

台湾电力公司大甲溪发电厂青山分厂受到921集集地震、敏督利台风(72水灾)及豪雨等事件影响,大量土石堆积于溪床,堵塞了尾水隧道及厂房出风道及尾水平压塔通气道等出口,甚至河水涌入地下厂房,造成发电设施严重损坏,必须重建地下厂房、尾水隧道、厂房通道及厂房通风直井等设施。为了避免土石及淹水灾害再度发生,特别将厂房通风直井向上延伸241 m至旧弃碴场,故必须采用管幂钢管工法及全套管排桩工法克服边坡不稳定及井口松散碴料的问题;再利用升井工法完成深井之导孔及扩孔的工作,以利后续降挖之碴料经由扩孔倒入底部之连接隧道,加速出碴作业。

北宜高速公路雪山隧道工程豎井地質弱帶處理施工案例探討

雪山隧道共有3組通風堅井:2#豎井雖位於倒吊子向斜構造之北翼,但因地質情況尚佳,故施工期間並未施作地質弱带處理作業;3#豎井位置之地層屬始新世之四稜砂岩區,因岩盤不連續面發達,透水性高,滲水量大,需經灌漿處理,才能繼續施工,其中排氣井採短階水玻璃液(LiquidGlass)灌漿,進氣井採深孔皂土水泥灌漿;!#豎井因位於鶯子瀨向斜南翼所形成之單斜構造上且地質情況不良,正進行深孔皂土水泥灌漿作業。目前2#,3#豎井已開挖完成,1#豎井正進行昇井工法之導孔鑽孔作業,故擬以雪山隧道豎井地質弱带處理案為例,說明地質弱带之地質特性及處理原則,期能對爾後類似案例提供處理思維方向。

海峡两岸主要岩体分类系统之比较探讨

目前台湾隧道工程大都采用挪威Q系统与南非RMR系统进行岩体分类,当初引入时并未针对台湾地质特性加以修订,因此在应用过程中有许多未尽理想之处。就宏观角度而言,海峡两岸之地质条件较欧美地区类似,因此在岩体分类系统之应用经验方面较有相互参考价值。 本文探讨岩体分类系统于隧道工程所扮演之角色,并针对海峡两岸主要岩体分类系统之基本内涵加以概述,包括中国大陆制定之铁路隧道岩体分级系统、技术监督局与建设部所颁布之《工程岩体分级标准》,以及台湾地区现今常用之挪威Q系统与南非RMR系统,进而比较探讨各系统之适用范围及实用性,以供海峡两岸隧道工程界及台湾地区未来制定岩体分类系统之参考。

雪山隧道营运中长期监测成果分析与评估

由于雪山隧道规模庞大且地质条件特殊,加上长达15年的施工期间,曾发生多次施工困难及大量涌水事件,导致其结构安全课题一直备受关注。为确认隧道之长期稳定,乃于完工后设置长期监测系统作为评估之用。长期监测工作自2009年开始,于2011年3月完成第一阶段工作,监测系统之项目包含控制点测量、内空变位监测、裂缝扩展监测、孔隙水压力量测及水量量测5大项。本文将整理现阶段之监测成果,并予分析评估,以作为未来隧道营运及维护管理之依据。

雪山隧道照明监控策略分析

雪山隧道全长12.9 km,在隧道界属于长隧道,且连接台北及宜兰两地之重要孔道,仅30 min开车路程即可到达,有效地繁荣宜兰当地观光产业,因此每逢假日皆可吸引大批游客进入宜兰,故隧道照明设计系以安全为主要诉求。隧道照明系依CIE设计准则进行规划,以消除用路人进入隧道时之黑洞效应及长时间行驶于隧道内之闪烁效应,为了随时应付隧道外日夜气候变化及隧道内交通与环境状况,合理及快速调变照明程度是一件重要之工作,因此发展1套合适之隧道照明监控策略是有其必要性。此监控系统,除了依据设置于洞外之辉度计,量测洞口周遭辉度情形外,相关交通讯息、隧道环境状况及事故事件等因素皆是影响到隧道照明之需求,故良好的隧道监控设施架构,将有助于隧道照明控制是否顺畅之表现,且在符合隧道安全考量下与节约用电达到一平衡点,以获得最佳控制流程。

台电碧海水力发电头水隧道设计及施工实例

碧海水力发电工程头水隧道为台湾东部变质岩地层内施作之水力发电用隧道,位处花莲和平溪右岸之崇山峻岭中,地形条件恶劣,工程初期施工道路尚未全线贯通阶段,采中重型直升机吊挂运补施工用物资、人员及机具,争取工期。工程头水隧道因通水断面净内径仅2.7 m,长度约6.5 km,设计及施工条件严苛,台电公司为缩短工期,选择TBM工法,惟第一承揽厂商遭遇涌水带后,TBM夹埋未能脱困,终至解约。后由另一厂商接手,采传统钻炸工法,顺利拆解TBM并如期贯通,配合排水钢管,导引涌水,并设计自走式钢模,内衬砌浇置速度创台湾水力隧道之新纪录。

山岳隧道涌水评估及施工回馈分析

以曾文越域引水隧道工程为例,透过三维水文地质模式评估隧道施工期间之涌水。依据区域地质图及细部设计阶段地质图建构三维水文地质模型,并透过现地试验结果、水位观测结果、隧道内量水堰及隧道洞口总出水量等量测结果进行水文地质参数率定。所建议之分析模式除可用于评估后续施工所可能遭遇之涌水灾害外,亦可评估隧道开挖对邻近水文环境之影响,并将评估成果回馈至隧道设计及施工。

BIM趋势及节能分析之实务应用

提及＂BIM＂,很多人的第一反应是＂BIM能够带给我们什么？它的效益到底是什么？为什么我们要使用它？＂。实际上,BIM一个基本的组成就是＂建筑结构跟机电＂,我们希望能够将整个建筑行业里面不同领域的信息做一个完美的结合,在这个＂结合＂过程中,我们面临的主要问题就是——如何在正确的地方找到合适的信息,并让合适的人去使用他所需要的信息。总的来说,BIM的组成首先一定要根据业主的需求对空间进行规划,

如何建构与运作高效能VE团队

在众多执行VE研析的经验中发现,建立一个高效能VE团队是价值工程(VE)能够成功的关键。文中介绍了台湾的中兴工程顾问股份有限公司在多次执行VE研析后,对于高效能VE团队建立及运作的经验。首先,在领队的选择方面,除了具备相当资格且多次带领VE团队的经验外,还需具备六大能力——领导能力、沟通能力、组织能力、激励能力、决策能力及综合能力。在组员的选择上,可以采用筛选法或选定评估法,除了组员的资格条件需满足外,最好能有积极创新、善于沟通、善于团队合作及高度的信心等多项人格特质。另外,若组员平日即为长期相互合作的团队,将可以大幅减少团队组成震荡期的时间,提升VE团队的效能。以台北捷运松山线168设计标的之VE研析团队为例,说明高效能VE团队成立的过程、运作当中可能遭遇的障碍和最后达到的成果,相关之经验以期能作为后续VE研析之参考。

潜盾隧道遭遇障碍物之修复作业

不论捷运隧道、地铁隧道或都市中之下水道工程,只要是土质地盘,潜盾施工已为目前隧道施工之主流,考虑其施工对于都市生活面之冲击性最小情形下,虽然其造价较高,仍为大部分之土质隧道施工者所采用。虽然其施工速度便利及快速,然而潜盾施工法最怕遭遇地中障碍物,轻者停机排除障碍物,严重者需进行机首修复,其结果常造成工期延宕,甚或造成隧道线形改线之情形。本文藉由一实际潜盾机遭遇障碍物之案例,由潜盾机本体之可施工度评估、机体检修至最后修复完成之过程及对地盘及周遭环境之影响评估等过程做一详实报告,以供工程界类似状况之参考。

盆地型都会联外公路隧道之特殊设计考虑

盆地型都会之特色为寸土寸金,都会区外居民进入区内就学、工作及返回区外住居成为交通常态,为应付此种放射状之车流,常需构筑穿越群山环抱之联外公路隧道,复以都会生活族群特殊之政商背景,对路面质量、视野景观、生态保育、防灾救难均有高于一般公路隧道之要求,隧道本体并须兼做为共同管道以容纳电力电信之需,增加整体之复杂度。用案例说明以缩小洞口开挖范围、隧挖取代明挖等方式保育生态;以侧壁绕行隧道进入电缆人孔以取消人孔盖来提升路面质量,保障机车安全;提供救灾专用道以供救护车快速救治伤员;以可回复式导标版软性分隔车道及防眩,提升安全;提供侧壁排水盲管清洗孔以供长期维护、阻塞时泄压以防衬砌渗漏;以不对称洞门使洞口假隧道兼作挡土墙,以维持墙背缓坡供重建原有登山小径景观,及衬砌上预埋管线槽固定架螺栓孔,以缩短施工工期等一系列特殊设计考虑,成效卓著,提供了模范指标。

隧道衬砌混凝土钢筋量之探讨

山岳隧道采用新奥工法(NATM)设计时,部分专家认为衬砌通常于围岩收敛稳定后施工,因此不需考虑稳定上之功能,可采无筋方式设计。而台湾地区目前之设计,通常认定衬砌会承受部分岩压及水压。在诸多设计案例中,设计岩压约为一次支撑设计载重之25%~40%。不排水隧道在较高岩覆且高地下水位之情况下,通常将静水压折减后设计。理论上,衬砌之内力以轴压力为主,采用无筋或有筋之混凝土设计,皆能提供相当余裕之安全系数,但无筋混凝土容易造成混凝土龟裂而无预警掉落,因而衬砌配置钢筋有其必要性。参考台湾地区诸多设计案例及混凝土设计规范,探讨衬砌之设计及钢筋量应用等课题。

隧道入口深槽开挖案例探讨

基隆河员山子分洪隧道入口位于高陡边坡下,原规划为暗渠结构,为达开挖减量、工期缩短及成本节省等目的,并参考长江三峡大坝船闸开挖之经验,设计改为明渠深槽结构。深槽开挖以排桩、岩锚为主要支撑,惟排桩长并未涵盖全开挖深度,岩盘线以下开挖面参考隧道NATM理念,利用岩盘本身自立性及喷凝土、随机岩栓作为支撑。为确保开挖面之稳定,除透过数值仿真分析外,亦搭配施工中监测及预警系统。此外,在结构设计上亦应用衬砌墙之观念,搭配外支撑共构及地下排水系统,减少土、水压力之作用,达成设计之目标。

菲律宾无米乐—安佳越域引水隧道TBM掘进效率回馈分析

本文叙述了菲律宾无米乐—安佳越域引水隧道之工程内容、地质条件,并说明设计阶段推估之TBM掘进速率及TBM性能,就施工阶段之实际掘进速率回馈分析与研判并与推估值比较,探讨掘进速率、机械性能与地质条件之互制关系,验证现今国际上通用掘进速率推估方法之信赖度。本工程得以顺利在原预估之时程内如期如质完工,归功于事前地质条件之掌握,合理之契约工期订定,与承包厂商精湛之技术与应变能力,也同时为台湾在国际间提供TBM技术顾问服务竖立里程碑,及建立拓展海外技术输出之业绩与信誉,特藉本文提供两岸同业共享。

潜盾隧道急转弯(R=20m)困难问题之克服

近年来,随着都市地下结构物的密集化,为减少与现存地面或地下结构物间之干扰等因素,潜盾隧道急转弯段的施工案例有日渐增加之趋势。在进行急转弯段施工时,必须事先充分掌握急转弯段的地质条件,并研究该范围之推进方法、环片规格、超挖量与辅助工法等,采取妥善的因应对策,才能确保急转弯段的施工安全。文中工程案例依据其急转弯段(R=20m)之地质条件,选择适当潜盾机型及其支持系统,拟妥完整机内灌浆计划,藉由制作泥及浆材之调整以因应急转弯段之施工需求,并介绍了多项应用于本工程之辅助工法,包括:1.特殊黏土灌浆;2.背填灌浆;3.微型固定袋。因未由地面施作任何的辅助地盘改良工作,完全不会在地面造成任何的交通不便或环境影响。

潜盾堆栈隧道联络信道分区应用超高压灌浆及化学灌浆工法之设计与施工探讨

工程位于台北盆地软弱冲积地盘,为市区捷运交会车站前转弯段堆栈隧道(曲率半径210m)之联络通道。应用超高压三重管RJP深层喷射搅拌工法理论,于联络通道开挖区四周设计强度型地盘改良区,开挖区内土体则俟潜盾隧道完成后,由隧道预留灌浆孔施灌二重管化学止水灌浆,藉由严谨之监造制度及精确之施工精度,堆栈式联络信道得以顺利且提前完工。