既有隧道扩挖及改建技术探讨

既有隧道的扩挖或改建需求,大致可分为基于交通量增加、新增通风或逃生空间、老旧隧道维修补强等。而往往既有隧道的建设年代久远,衬砌劣化、背后空洞、围岩的依时弱化或变形等先天条件不良,且设计图说、工程记录等付之阙如,故设计前之调查更显重要。此外,如何考量利用既有隧道之外支撑及衬砌,减少扩挖或改建过程对隧道及围岩之扰动,为设计及施工另一考量重点;而若施工期间仍需维持车辆或列车之运行,则其设计与施工之考量将与一般隧道新建工程大不相同,难度更高。本文首先搜集汇整日本所开发之8种隧道扩挖工法,以及意大利开发之扩挖工法,分别探讨其适用条件、使用限制及优缺点等,最后以一台湾案例比较说明,进而探讨各种既有隧道扩挖或改建技术,以期提供尔后相关工程之选择与参考。

中国台湾地区铁路立体化车站设计研究

针对中国台湾地区铁路建设,立体车站应采用地下或高架形式,经大量勘察与研究,台北、台南、高雄采用地下车站,台中市内采用高架车站。介绍立体化车站设计原则;绿色建筑及节能设计方法;高架车站、地下车站设计原则,并从结构、站体空间、设备需求、环境影响、绿色建筑设计等方面进行对比分析。铁路车站立体化必须衡量各城市发展的实际需求及地理条件,经客观调查与勘查分析,因地制宜,以使有限资源在合理分配下达到最有效的利用。

热沥青灌浆工法于地下工程涌水处理的应用

热沥青灌浆工法除了应用于隧道内的巨量涌水处理外,在地下建筑结构大量涌水之改善处理工作上,也完成一颇具参考价值的实例。此两件案例的工作条件、涌水行为及施工设备均差异极大,然而在同一工法及材料的操作原理下,均得到了显著的成效。依据此两件特殊工程案例的应用经验,以及沥青浆材的物理特性,总结了沥青灌浆工作的基本操作特性及应用原则,以供其它类似涌水案例之应用参考。

台湾铁路车站建设运动

台湾在近年来的车站建设规划,着重在与当地文化特色与情感的连结,在规划初期,即透过地区性的论坛与说明会,搜集民众意见与各项信息。再经过更严谨的建筑师遴选与设计理念的沟通,建造人文、艺术与美学兼具的车站;同时导入TOD概念,一并提升车站周边生活环境质量。铁路车站为旅客进出及货物装卸之场所,其位址不仅关系铁路本身之营运,同时亦影响地方发展及周遭环境。车站本身因具备集散人员与货物之枢纽地位,因此随着时代演进。

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。

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。

三维有限元分析隧道开挖收敛损失与纵剖面变形曲线关系研究

采用实验室研发的三维有限元程序,运用隧道收敛–约束法的分析模式,针对岩体弹性参数、初始应力与隧道径向位移等影响因素,探讨有支撑与无支撑情况下的隧道开挖收敛损失与纵剖面变形曲线关系。采用纵剖面变形曲线的研究结果,并与三维有限元数值计算结果相比较,探讨收敛损失的影响。由隧道收敛–约束法理论分析结果与三维有限元数值计算结果可知:(1)确立隧道开挖收敛损失与纵剖面变形曲线的关系;(2)隧道纵剖面变形曲线的归一化处理方式,可消除岩体参数、初始应力和隧道收敛的位置等因素影响;(3)在弹性条件下,隧道开挖面产生的前期位移量约为最终位移量的25%～36%;(4)由二维纵剖面变形曲线的分布,可计算并获得隧道开挖收敛损失值、了解隧道开挖工作面效应的三维影响,进而能计算分析岩体结构的应力与位移等变化量。

以隧道变形量测资料分析掘进效应与约束损失

收敛–约束法理论为应用于隧道工程支撑设计的简化分析方法,所采用之约束损失更是此分析模式的关键因子。针对约束损失的计算与影响性分析,以隧道工程广泛使用的变形量测收敛资料为依据,以掘进效应函数探讨隧道因前进开挖引致工作面围岩变形与应力变化,并以反计算方法评估约束损失分布情况,进而应用于台湾八卦山公路隧道工程案例分析,以了解实际掘进效应的影响。研究分析结果包含:(1)提出掘进效应函数描述隧道收敛资料与约束损失的关系;(2)说明掘进效应函数的参数适用范围及其物理意义;(3)提出约束损失方程用以预估隧道开挖引致前期与掘进距离的收敛值;(4)反计算方法可以预估约束损失可能的重新分布趋势与前期收敛;(5)掘进效应函数分析结果与三维有限元计算结果相近。

新永春隧道高壓湧水段處理過程之探討

新永春隧道決定改移至東側路線施工後,後續施工通過高壓湧水區段,仍存在諸多不確定之地工及地質災害特性。針對其可能的影響程度需加以釐清,並對後續施工可能發生災害加以評估後,作為突破策略與施工處理方案之建議及參考。而突破策略以遠排近灌、先撐後挖、随挖随襯之理念,依據新永春隧道災變段高壓、巨量湧水特性,採迂迴坑進行大口徑排水洩水降壓、阻水灌漿、補強岩體灌漿、施作管幕工法以防止斷層段或破碎岩盤崩坍、加強鋼支保、縮短輪進距離、將隧道斷面由馬蹄形改為正圓形、後績長期監測系統之建立,處理方案包括設置排水導坑、排水隧道、大口徑排水等措施降低水壓,導引水流,並在隧道開挖前進至湧水層之前,採熱瀝清灌漿予以先期灌漿阻水,阻斷地下水滲入隧道,提供較佳的開挖支撐環境等。俟開挖進行則搭配如管幕工法、錐體灌漿、微形樁、化學灌漿地質改良等適宜之輔助工法,加強支撐與補強岩體,以利順利開挖穿越突破。

隧道开挖支撑收敛约束法之外显分析

收敛约束法理论为隧道支撑设计之简化分析方法。使用隧道收敛计测资料,借以建立隧道掘进效应函数,并依据地盘与支撑系统之组成律模式,推导在静水应力状态下圆形隧道开挖支撑互制行为之解析解。采用约束损失之递增方法,利用简易试算表工具,提出模拟隧道开挖支撑非线性行为之外显分析。经由外显分析与有限元素分析之比较结果显示,相关收敛约束曲线均呈现一致的趋势。外显分析法提供了模拟隧道开挖支撑互制行为之简易且直接的计算分析方法,收敛约束法理论为隧道支撑设计之简化分析方法。使用隧道收敛计测资料,借以建立隧道掘进效应函数,并依据地盘与支撑系统之组成律模式,推导在静水应力状态下圆形隧道开挖支撑互制行为之解析解。采用约束损失之递增方法,利用简易试算表工具,提出模拟隧道开挖支撑非线性行为之外显分析。经由外显分析与有限元素分析之比较结果显示,相关收敛约束曲线均呈现一致的趋势。外显分析法提供了模拟隧道开挖支撑互制行为之简易且直接的计算分析方法。

隧道轨道振动污染防治分析探讨

世界陆路运输系统已渐趋使用铁路/轨道运输形态来解决陆运交通拥塞问题,它虽然具备了许多的优点,然而另一方面,铁路/轨道系统对沿线居民因车轮/钢轨接触所造成噪音振动问题及钢轨电流窜流所形成杂散电流电蚀问题,亦成为现代化铁路/轨道运输系统所急需处理的重要课题。现针对台湾隧道无碴道床轨道工程中振动污染防治部分进行研析,就台湾传统铁路、高速铁路、捷运系统及轻轨系统各系统,以现有各系统轨道工程振动污染防治方式作一综整分析,另对未来轻轨系统亦作出研析讨论,其中包含钢轨扣件系统、不同减振无道碴道床轨道系统等部分,其中特别探讨北捷浮动道床分析模式(以ABAQUS有限元素软件检算)、预估成效及实际量测结果,做一比对探讨说明,希望能够作为台湾及国际轨道相关单位,进行后续都会区轨道运输环境振动污染防治学术研究及实务设计参考之用。