隧道施工工法選擇與國外施工案例探討Part I－隧道施工工法選擇

簡 報 大 綱隧 道 施 工 工 法 選 擇 與國 外 施 工 案 例 探 討李 佳 翰• 隧 道 施 工 工 法 選 擇• 隧 道 施 工 機 械 簡 介• 鑽 炸 法 施 工 概 述• 潛 盾 機 施 工 概 述• 國 外 施 工 案 例 探 討• 結 語聯 合 大 地 工 程 顧 問 ( 股 ) 公 司2010.11.2212山 岳 ( 岩 石 ) 隧 道 開 挖 工 法 比 較 表( 郭 福 隆 與 廖 同 柏 ,1991)Part I- 隧 道 施 工 工 法 選 擇34

隧 道 鑽 掘 機 選 用 表(Thewes & Babendererde, 2010)隧 道 鑽 掘 機 選 用 流 程(Thewes & Babendererde, 2010)56泥 水 加 壓 式 潛 盾 機 原 理(Thewes & Babendererde, 2010)土 壓 平 衡 式 潛 盾 機 原 理7(Thewes & Babendererde, 2010) 8

泥 水 加 壓 式 與 土 壓 平 衡 式 比 較 表(Thewes & Babendererde, 2010)泥 水 加 壓 式 與 土 壓 平 衡 式 比 較 表 ( 續 )(Thewes & Babendererde, 2010)910泥 水 加 壓 式 與 土 壓 平 衡 式 比 較 表 ( 續 )(Thewes & Babendererde, 2010)泥 水 加 壓 式 與 土 壓 平 衡 式 比 較 表 ( 續 )(Thewes & Babendererde, 2010)1112

TBM 簡 介( 國 道 新 建 工 程 局 ,2006)Part II- 隧 道 施 工 機 械 簡 介1718TBM 簡 介 - 單 盾 型TBM 簡 介 - 雙 盾 型( 國 道 新 建 工 程 局 ,2006)1920

TBM 簡 介 - 開 放 型( 國 道 新 建 工 程 局 ,2006)21 22TBM 簡 介 - 開 放 型 ( 續 )TBM 簡 介 - 泥 水 加 壓 型鯉 魚 潭 士 林 水 力 發 電 工 程 TBM2324( 國 道 新 建 工 程 局 ,2006)

TBM 簡 介 - 泥 水 加 壓 型 ( 續 )旋 臂 式 鑽 掘 機25( 國 道 新 建 工 程 局 ,2006)26旋 臂 式 鑽 掘 機 ( 續 )泥 水 加 壓 式 與 土 壓 平 衡 式 潛 盾 機(Thewes & Babendererde, 2010)北 二 高 新 店 隧 道 Roadheader 施 工2728

鑽 炸 法 施 工 流 程Part III- 鑽 炸 法 施 工 概 述29( 國 道 新 建 工 程 局 ,2006) ( 王 文 禮 與 王 泰 典 ,1999)30台 階 開 挖 工 法其 他 開 挖 工 法( 中 華 民 國 隧 道 協 會 ,1999)( 胡 德 欽 ,2004)3132

鑽 炸 法 施 工 流 程( 國 道 新 建 工 程 局 ,2006)臨 時 仰 拱 棧 橋3334鑽 炸 法 施 工 流 程( 國 道 新 建 工 程 局 ,2006)鑽 炸 法 施 工 平 剖 面 示 意 圖( 國 道 新 建 工 程 局 ,2006)3536

隧 道 襯 砌 施 作 流 程( 國 道 新 建 工 程 局 ,2006)Part IV- 潛 盾 機 施 工 概 述3738潛 盾 工 法 施 工 流 程出 發 井 工 法( 日 本 土 木 學 會 ,2006)( 廖 銘 洋 ,2004) 3940

發 進 施 工 相 片到 達 井 工 法( 陳 俊 融 與 李 俊 雄 ,2006)( 日 本 土 木 學 會 ,2006)4142鏡 面 開 挖 傳 統 工 法( 朱 旭 ,2004)43 44

其 他 鏡 面 開 挖 工 法土 壓 平 衡 式• 開 挖 面 穩 定 管 理( 朱 旭 ,2004)( 日 本 土 木 學 會 ,2006)4546泥 水 式 潛 盾 機聯 絡 通 道 施 工 與 地 盤 改 良• 開 挖 面 穩 定 管 理( 日 本 土 木 學 會 ,2006)47( 陳 俊 融 與 李 俊 雄 ,2006)48

49 50建 物 保 護( 何 泰 源 與 陳 聰 海 ,2006)51 52

瑞 士 Gotthard Base 鐵 路 隧 道Part IV- 國 外 施 工 案 例 探 討• 計 畫 源 起• 1947- 首 次 有 此 一 構 想• 1962- 提 出 第 一 個 計 畫• 1992 - 公 民 投 票 通 過AlpTransit 整 體 計 畫 之規 劃 、 設 計• 1998 - 公 民 投 票 通 過AlpTransit 整 體 計 畫 之建 設5354瑞 士 Gotthard Base 鐵 路 隧 道 ( 續 )• 工 程 概 述• 為 AlpTransit 整 體 建 設 計 畫 之 一 , 連 接 瑞 士Erstfeld-Biasca• 全 長 57km, 為 目 前 全 世 界 最 長 之 鐵 路 隧 道• 建 設 經 費 ≒70 億 法 郎 (1,960 億 台 幣 )• 1996 年 開 工 , 預 計 2011 年 完 工 通 車瑞 士 Gotthard Base 鐵 路 隧 道 ( 續 )• 地 形 及 地 質 概 況• 隧 道 最 大 覆 蓋 厚 度 =2,300m, 其 中 有 20km 長 之隧 道 覆 蓋 大 於 1,500m• 全 線 地 質 主 要 分 為 三 段 :Aar Massif、GotthardMassif 和 Penninic 片 麻 岩 區• 其 中 Tavetsch Intermediate Massif ( 原 MiddleTavetsch Massif) 和 Urseren Garvera & PioraBasin 區 施 工 較 為 困 難5556

瑞 士 Gotthard Base 鐵 路 隧 道 ( 續 )• 地 質 調 查• Tavetsch Intermediate Massif (1991~1998)• 共 鑽 探 5 個 傾 斜 孔 , 總 長 5,622m, 最 大 孔 深 1,750m• 於 Sedrun 先 開 挖 長 1.3km 之 通 達 隧 道 , 再 向 下 開 挖 2座 800m 深 之 豎 井瑞 士 Gotthard Base 鐵 路 隧 道 ( 續 )• 地 質 調 查 ( 續 )• Piora Basin (1993~1997)• 先 開 挖 一 條 長 5.5km 之 探 查 隧 道 , 再 鑽 4 個 傾 斜 孔 至主 隧 道 高 程5758瑞 士 Gotthard Base 鐵 路 隧 道 ( 續 )• 安 全 防 災 逃 生 規 劃• 隧 道 系 統 - 雙 孔 單 軌• 二 主 隧 道 間 距 -40m• 多 功 能 車 站 -Sedrun & Faido瑞 士 Gotthard Base 鐵 路 隧 道 ( 續 )• 安 全 防 災 逃 生 規 劃 ( 續 )• 多 功 能 車 站 -Sedrun & Faido• 連 絡 坑 道 - 每 325m• 橫 越 隧 道 - 4 個( 供 列 車 轉 換 軌 道 至 另 一 主 隧 道 )5960

瑞 士 Gotthard Base 鐵 路 隧 道 ( 續 )瑞 士 Gotthard Base 鐵 路 隧 道 ( 續 )• 施 工 計 畫• Erstfeld 工 區 :L=7.4km• Amsteg 工 區 :L=11.4km, 包含 1.2km&1.8km 長 之 橫 坑 各 一座• Sedrun 工 區 :L=6.2km, 包含 1.3km 長 之 通 達 隧 道 及 直 徑7m&8m, 深 度 800m 之 豎 井 各一 座 , 以 及 一 座 多 功 能 車 站(MFS)• Faido 工 區 :L=15.1km, 包 含一 2.7 km, 縱 坡 12% 之 斜 坑 ,以 及 多 功 能 車 站 (MFS) 一 座• Bodio 工 區 :L=16.6km, 包含 一 繞 道 隧 道 (Bypass tunnel)61• 工 程 特 色 - 擠 壓 段 之 設 計 及 施 工• 擴 挖• 全 面 改 用 可 調 式 鋼 支 保• 打 設 系 統 岩 栓• 噴 凝 土 預 留 槽 溝• 噴 噴 凝 土 後 加 掛 二 次 鋼 線 網62瑞 士 Gotthard Base 鐵 路 隧 道 ( 續 )鋼 支 保 變 形• 工 程 特 色 - 高 岩 溫 之 處 理Surace,CoolingCooling Wetterk of the lerairtowerR kk lung擠 壓 問 題EvaporatorExpansionLiquefaction VerflCompressionVerdampferExpansionsiger~ 20 蚓~ 4 蚓Verdichter Wasserk l-Local cooling maschinemachine~ 35 蚓擴 挖系 統 岩 栓可 調 式 支 保噴 凝 土 預 留 槽 溝二 次 鋼 線 網~ 20 蚓GBT: Internediate point ofattack. Access TunnelFaido6364

瑞 士 Gotthard Base 鐵 路 隧 道 ( 續 )• 工 程 特 色 - 土 石 方 之 處 理• 挖 方 量 高 達 1,500 萬 立 方 公 尺 , 約 為 2,700 萬 公噸 , 相 當 於 5 個 埃 及 金 字 塔• 其 中 約 500 萬 公 噸 優 質 的 碴 料 將 直 接 用 於 混 凝 土內 襯 砌 之 骨 材• 五 個 工 區 均 於 地 下 設 置 碴 料 碎 解 場 , 於 地 面 設置 碴 料 分 類 處 理 場 及 混 凝 土 拌 合 場 等 設 施• 運 送 方 式 : 輸 送 帶 、 豎 井 、 火 車 、 船 舶6566瑞 士 Gotthard Base 鐵 路 隧 道 ( 續 )• 工 程 特 色 - 特 殊 施 工 機 具 及 設 備• 開 放 式 TBM• TBM 後 勤 支 援 系 統• 巨 型 鏟 斗 式 挖 土 機• 全 自 動 定 位 鑽 堡• 客 貨 兩 用 之 豎 井 升 降 設 備• 8 座 高 壓 幫 浦• 多 功 能 懸 吊 式 工 作 台6768

瑞 士 Gotthard Base 鐵 路 隧 道 ( 續 )• 工 程 特 色 - 施 工 安 全 管 理• 人 員 監 控 系 統• 緊 急 氧 氣 、 水 源 及 通 訊 系 統• 緊 急 避 難 室• 大 型 避 難 室 ,• 倒 車 攝 影 設 備6970• 工 程 概 述瑞 士 Uetliberg 公 路 隧 道• 位 於 蘇 黎 世 西 南 方 , 連接 A3、A4、N4 高 速 公路 。• 隧 道 全 長 4.4km, 為 雙孔 單 向 公 路 隧 道 , 每300m 設 置 一 人 行 聯 絡坑 道 , 而 每 900m 設 置一 車 行 聯 絡 坑 道 , 另 每150m 設 置 一 “SOS” 緊 急通 訊 設 備 。• 工 程 總 建 設 經 費 約 11.2億 法 郎 ,2000 年 1 月 開工 , 預 計 2008 年 1 月 完工 通 車 。瑞 士 Uetliberg 公 路 隧 道 ( 續 )• 地 形 及 地 質 概 況• 隧 道 最 大 覆 蓋 僅 320m,沿 線 通 過 二 座 山 脈(Ettenberg & Uetliberg)和 一 處 山 谷 (Reppisch)。• 隧 道 沿 線 地 質 由 西 至 東 分別 為 :(1) Gjuch 軟 弱 地 層(L=210m)(2) Eichholz Molasse 地 層(L=500m)(3) Diebis 軟 弱 地 層 (L=240m)(4) Uetliberg Molasse 地 層(L=2,800m)(5) Juchegg 軟 弱 地 層(L=410m)7172

• 隧 道 設 計瑞 士 Uetliberg 公 路 隧 道 ( 續 )• 鑽 炸 法 (D&B) 馬 蹄 型 斷 面:隧 道 寬 14.7m、 高 12.7m, 斷 面 積 約 143~148m 2, 適 用 於 三 處 軟 弱 地 層 及Eichholz Molasse 地 層 。• 全 斷 面 隧 道 鑽 掘 機(TBM+TBE) 圓 形 斷 面 :隧 道 寬 14.4m、 高 14.2m, 斷 面 積 約 160m 2 , 僅 適用 於 Uetliberg Molasse 地層 。瑞 士 Uetliberg 公 路 隧 道 ( 續 )• 隧 道 開 挖 方 式• 軟 弱 地 層 段 (L=860m):採 用 傳 統 鑽 炸 法 (D&B) 之 雙 側 導 坑 開 挖• Eichholz Molasse 地 層 (L=500m):採 用 傳 統 鑽 炸 法 (D&B) 之 台 階 式 開 挖• Uetliberg Molasse 地 層 (L=2,800m):採 用 全 斷 面 隧 道 鑽 掘 機 (TBM+TBE) 開 挖737475 76

瑞 士 Uetliberg 公 路 隧 道 ( 續 )• 工 程 特 色 - 土 石 方 及 材 料 運 輸 規 劃• 剩 餘 土 石 方 :Reppisch→ 運 輸 隧 道 ( 輸 送 帶 )→Filderen 轉 運 站 → 火 車 → 採 石 場 處 理• 施 工 材 料 : 火 車 → Filderen 轉 運 站 → 運 輸 隧 道 (輸 送 帶 ) → Reppisch• 運 輸 隧 道 : 直 徑 =3.72m, 總 長 度 =540m7778瑞 士 Uetliberg 公 路 隧 道 ( 續 )• 工 程 特 色 - 通 風 規 劃• 通 風 系 統 : 半 橫 流 式通 風 系 統 , 平 時 採 自然 通 風 , 緊 急 狀 態 下採 機 械 通 風• 通 風 隧 道 & 通 風 豎 井: 由 於 環 境 因 素 考 量從 Reppisch 通 風 轉運 站 規 劃 一 長 40m 之通 風 隧 道 至 Eichholz後 , 再 設 置 一 高 60m之 通 風 豎 井 排 放瑞 士 Uetliberg 公 路 隧 道 ( 續 )• 工 程 特 色 - 洞 口 開 挖 方 式• 擋 土 排 樁 + 預 力 地 錨 :為 減 少 開 挖 面 積 , 以 降 低 環 境 景 觀 之 破 壞 , 採 用 擋土 排 樁 + 預 力 地 錨 為 洞 口 之 臨 時 保 護 , 再 直 接 開 挖入 洞7980

瑞 士 Uetliberg 公 路 隧 道 ( 續 )• 工 程 特 色 - 特 殊 施 工 機 具• TBE (Tunnel Bore Extender): 由 6 支 切 削 臂 組成 , 前 端 直 徑 5m, 後 端 直 徑 14.2m, 後 勤 支 援系 統 長 180m, 其 切 削 原 理 為 切 削 頭 與 開 挖 面 呈斜 向 張 力 切 削 。• 懸 吊 式 工 作 台 :TBE 後 勤 支 援 系 統 亦 採 用 懸 吊 式工 作 台 , 兩 側 之 輸 送 帶 可 運 送 碴 料 及 施 工 材 料, 而 下 方 則 可 進 行 防 水 磨 鋪 設 及 預 鑄 鋼 筋 混 凝土 塊 設 置 。8182瑞 士 Uetliberg 公 路 隧 道 ( 續 )• 工 程 特 色 - 施 工 安 全 管 理• 卡 車 迴 轉 設 備• 緊 急 氧 氣 及 水 源 供 應 系 統• 緊 急 避 難 室• 倒 車 攝 影 設 備8384

結 語參 考 文 獻• 選 擇 合 適 之 隧 道 施 工 方 式• 施 工 機 械 v.s 土 質 或 岩 體 特 性• 施 工 期 間 之 輔 助 工 法 (ex: 地 盤 改 良 )• 國 外 施 工 案 例 之 借 鏡85• Thewes, M. and L. Babendererde, 2010, Mechanized Tunneling for Rockand Soil - General Aspects and Types of Machines, WTC 2010 TrainingSession.• 中 華 民 國 隧 道 協 會 ,2004, 軟 土 潛 盾 隧 道 工 程 設 計 與 實 例 手 冊 , 中 華 民國 隧 道 協 會 系 列 叢 書 , 科 技 圖 書 。• 日 本 土 木 學 會 ,2006, 隧 道 標 準 示 方 書 潛 盾 工 法 ・ 同 解 説 。• 交 通 部 台 灣 區 國 道 新 建 工 程 局 ,2006, 隧 道 工 程 施 工 技 術 解 說 圖 冊 。• 朱 旭 ,2004,「 潛 盾 隧 道 規 劃 與 設 計 」, 軟 土 潛 盾 隧 道 工 程 設 計 與 實 例手 冊 , 中 華 民 國 隧 道 協 會 系 列 叢 書 , 科 技 圖 書 。• 何 泰 源 、 陳 聰 海 ,2006,「 砂 質 軟 弱 地 盤 之 深 開 挖 及 鄰 房 保 護 工 程 設 計與 施 工 探 討 – 以 高 雄 捷 運 CO1 標 O1/O2 車 站 為 例 」, 新 技 術 、 特 殊 條 件 下之 捷 運 工 程 技 術 研 討 會 論 文 集 , 第 E-1~E-30 頁 。• 李 佳 翰 ,2004, 瑞 士 隧 道 參 訪 心 得 報 告 , 聯 合 大 地 工 程 顧 問 ( 股 ) 公 司 。• 李 佳 翰 ,2005,「TBE 歐 洲 隧 道 展 雄 風 」, 營 建 知 訊 , 第 268 期 , 第38~44 頁 。• 李 佳 翰 、 張 清 秀 ,2005 ,「 大 斷 面 隧 道 開 挖 新 技 術 探 討 - 以 瑞 士Uetliberg 公 路 隧 道 為 例 」, 第 十 一 屆 大 地 工 程 學 術 研 討 會 論 文 集 , 萬里 , 第 F27-1~F27-6 頁 。 86參 考 文 獻 ( 續 )• 胡 德 欽 ,2004, 隧 道 工 程 , 科 技 圖 書 。• 張 吉 佐 、 劉 弘 祥 ,1999, 山 岳 隧 道 工 程 設 計 與 實 例 手 冊 , 中 華 民 國 隧 道協 會 系 列 叢 書 , 科 技 圖 書 。• 郭 福 隆 、 廖 同 柏 ,1991,「 岩 石 隧 道 開 挖 機 械 介 紹 」, 地 工 技 術 , 第 33期 , 第 24-40 頁 。• 陳 俊 融 與 李 俊 雄 ,2006,「 高 雄 捷 運 紅 線 CR2 區 段 標 潛 盾 隧 道 施 工 面 臨 之課 題 - 以 LUR12 潛 盾 隧 道 及 聯 絡 通 道 為 例 」, 新 技 術 、 特 殊 條 件 下 之 捷 運工 程 技 術 研 討 會 論 文 集 , 第 O-1~O-24 頁 。• 廖 銘 洋 ,2004,「 潛 盾 機 選 擇 評 選 模 式 與 應 用 」, 軟 土 潛 盾 隧 道 工 程 設計 與 實 例 手 冊 , 中 華 民 國 隧 道 協 會 系 列 叢 書 , 科 技 圖 書 。• 廖 銘 洋 ,2008,「 潛 盾 隧 道 施 工 技 術 與 經 驗 」, 大 地 工 程 技 師 公 會 工 程技 術 研 討 會 簡 報 。• 劉 弘 祥 ,2009, 隧 道 施 工 技 術 、 品 管 與 案 例 彙 編 , 中 華 民 國 隧 道 協 會 系列 叢 書 , 科 技 圖 書 。• 謝 玉 山 、 劉 綉 琴 、 聶 勝 林 ,1999,「 隧 道 開 挖 」, 山 岳 隧 道 工 程 設 計 與實 例 手 冊 , 中 華 民 國 隧 道 協 會 系 列 叢 書 , 科 技 圖 書 。簡 報 結 束敬 請 指 教李 佳 翰聯 合 大 地 工 程 顧 問 ( 股 ) 公 司TEL:(02)2746-6777E-mail:ug513@mail.ugi.com.tw87 88