都会区捷运潜盾隧道工程灾害防制之探讨

捷运系统在都会区的交通运输已逐渐扮演相当重要的角色,而施工中为保持原有的交通流量及都市景观,捷运车站间的衔接多以隧道为主.同时为避免影响地面商业活动以及施工期间可能造成的噪音、震动等公害,潜盾隧道工法为其首选.近年来,都会区潜盾隧道工法在各项建设中的应用日益渐增,同时亦已累积有相当多的工程实例.然而潜盾工程施工时所造成工程灾害却时有所闻,除不可抗力的因素外,工程经验的累积与传承未能有系统地汇整是导致工程灾害一再重演的主要因素之一.为此,本文采用风险管理过程的架构与观念,并以捷运工程潜盾施工所发生的工程案例为探讨对象,拟建立一套都会区捷运工程隧道施工灾害防制的案例库,以提供尔后潜盾隧道工时之参考.首先解析潜盾隧道工程各项作业项目,针对各项作业项目归纳曾发生的工程灾害案例,进一步研析各项案例的危害因子,并针对危害因子矩阵组合提出各种不同灾害防制措施.案例库中的灾害类型、危害因子以及防制措施可供后续研究人员进行数学推演模型之基础,藉以判断在各种不同条件下工程可能发生的灾害以及防制措施的建议.     

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。     

大连某近接市政隧道施工力学行为及变形控制技术研究

近接市政隧道施工围岩扰动次数多,应力重分布复杂,相互影响较大,施工安全受控因素多。结合大连南部滨海大道东端桥隧建设工程近接既有白云隧道的工程实际情况,利用数值分析和现场监测,对近接隧道施工力学行为及变形控制技术进行了研究。根据数值模拟得到的围岩应力、变形大小及塑性区范围,提出了工程控制措施方案,在此基础上,对施工过程新建隧道支护结构变形及既有白云隧道外观进行了监控量测。监测结果显示:隧道施工引起的隧道拱顶沉降和洞周收敛变形量相对较小,提出的控制措施有效地确保了该近接隧道施工安全。     

急曲线盾构隧道近接施工研究

城市急曲线盾构隧道工程的近接施工,会引起复杂的地层效应和隧道结构内力,施工难度大。广州城市轨道交通5号线动物园～杨箕区间隧道为典型的近接急曲线盾构隧道,具有大坡度、急曲线、上下重叠、近接施工等特点,为了确保工程的顺利开展,需正确理解和评估两隧道的相互作用。基于有限元分析,对此急曲线隧道区段上下重叠、45°平行与水平平行三种典型近接施工进行了数值模拟,分析研究了后建隧道对先建隧道的相互影响,对隧道结构内力与变形以及地层位移的变化规律分别进行了总结分析,所得结论指导了工程现场施工,为同类工程积累了经验。     

地铁盾构施工对路面和近接建筑物的安全评价研究

地铁盾构隧道近接既有建筑物的施工会引发复杂的地层效应。对于首次采用盾构工法的乌市地铁建设来说,合理地对盾构施工引起路面和近接建筑物的沉降变形进行安全评价,进而采取有效的变形控制措施,有着十分重要的意义。结合乌市地铁1号线16标段大地窝堡站—国际机场站区间隧道,基于数值模拟结果,对盾构隧道施工引起的路面沉降和近接建筑物变形进行安全评价。     

由卵砾石层施工工率谈潜盾机之因应——以桃园机场捷运CU02A标为例

本文以CU02A桃园机场捷运潜盾隧道施工工率之统计分析结果,进而探讨潜盾隧道于施工前,针对潜盾机于卵砾石层施工之设计考量,是否能使潜盾机有效的在卵砾石层中进行掘进工作,以及于实际施工过程中所遭遇各种问题之因应对策,是否能确实克服问题。桃园机场捷运CU02A标潜盾隧道工程共使用8台直径6.24 m加泥土压平衡式潜盾机进行施工,经统计分析此8台潜盾机于10条潜盾隧道之施工工率结果,建议于卵砾石层之潜盾掘进施工工率评估时,以初期掘进时2 m/d及主掘进时4.5 m/d来评估较为妥当。并依5个区段潜盾隧道施工工率分别检讨时,发现较后施工之工区施工工率较先行施工工区之工率为佳,显示于先行施工中遭问题时所提出之因应对策,于后期施工之工区得到良好之印证。因此藉由整体施工工率及所遭遇问题之因应对策的检讨,反馈至初期设计考量,以期能对日后施工设计考量及规划时提供参考。     

潜盾隧道近接既有桥墩之施工监测与分析成果

探讨潜盾施工对既有桥墩之影响性及评估桥墩保护工法之成效,系都会区推动地下捷运及电缆洞道等隧道工程安全分析之重要课题。为此,以二维有限元素软件PLAXIS为数值分析工具,幷以高雄某地区之潜盾隧道环片外缘与沿线既有桥墩净距1.4～3.0 m且为复合地盘之工程实例,进行一系列分析且与监测资料相互比对。在桥墩之保护工法方面,该工程配合工址之施工特性采用微型桩于不同施作位置、间距等情形下之既有桥墩保护措施。综合数值分析与监测资料比对结果显示两者之变形趋势相似。数值分析成果亦显示潜盾隧道施工过程对于微型桩壁体、桥墩或基桩之变形,土壤漏失率之影响显著高于微型桩间距、角度及位置等因素,综合本工程实例之相关成果应可供未来类似工程之参考。     

数值模拟计算在浅埋暗挖通道设计中的应用

对数值模拟分析计算在浅埋暗挖地下通道设计中的应用进行了阐述,结合具体案例详细描述了在开挖施工方式、纵向拆撑长度控制等方面的数值模拟结果及分析应用。数值模拟计算完全能模拟常规地质条件下暗挖通道施工过程中的不同施工方式、工序带来的衬砌受力变化情况、路面沉降变化及相关建筑物、构筑物受影响状况。相关工程经验可供类似工程参考借鉴。     

城市高层建筑近接地铁隧道施工的影响研究

为研究近接地铁隧道高层建筑施工对既有隧道稳定性的影响,以重庆市某近接地铁隧道高层建筑为例,利用大型有限元计算软件Midas-GTS建立三维有限元计算模型并开展数值模拟。数值模拟中采用的施工工序与实际工程一致,着重分析高层建筑施工各个阶段围岩变形,衬砌位移、内力的变化规律。研究结果表明:建筑物修建对左线隧道影响显著大于右线隧道;隧道衬砌最大变形出现在基坑开挖阶段,最大水平、竖向位移分别为1.45、3.64 mm;由于建筑物与隧道斜交,左、右线隧道最大位移出现断面有所不同,但均出现在距模型正面40~60 m范围内;衬砌内力随建筑物施工呈先减小后增大的趋势,基坑开挖阶段左隧道衬砌内力较隧道开挖完成时降低了15.5%。研究结果可为类似工程提供一定的依据和指导。     

预铸混凝土环片循环载荷试验与分析

藉由预铸混凝土环片试体内装设钢筋计,除可了解环片制造过程中,混凝土蒸汽及水中养生过程,钢筋应变随环片温度变化的情形外,还可透过环片循环载重抗弯试验过程,了解钢筋应力及应变变化情形。将环片预铸过程所使用的钢筋与混凝土样品,分别进行拉力及压力试验,获得应力与应变之组合律,再利用材料及钢筋混凝土力学理论,进行环片循环载重抗弯试验成果分析,分析结果与实测结果及理论解进行比对,可评估传统监测仪器预置于钢筋混凝土环片内之适用情形,不但可以确认环片钢筋设计用量之适当性,而且还可以作为来日隧道近接施工阶段,监测环片内应力之变化及有限元素数值模拟分析结果比对的基础。     

地铁隧道下穿人行地下通道施工稳定性分析

以重庆市轨道交通三号线华新街至观音桥区间隧道为背景,针对地铁隧道近接下穿人行地下通道时该隧道的开挖问题,采用数值模拟方法,分析人行通道入口处挡墙是否加固对该挡墙及隧道在开挖中的稳定性的影响。结果表明对该挡墙进行加固,可以减小施工过程中挡墙的位移和隧道断面最大主应力,从另一侧面反映开挖过程中挡墙及隧道的稳定性得到增强。分析结果可以为同类隧道近接下穿结构物的工程提供参考。     

捷运深开挖地下工程快速工法之创新与研究

台北捷运东门站站体开挖因工期与施工安全性之考量,采调整地下结构施筑之施工步骤,取消原回撑的架设,并以大面积连续侧墙系统模板于侧墙组模作业上,侧墙系统模板高4.5 m,于底板施筑完成后连续拆除第8和9层支撑,直接进行侧墙施工,系统模板拆模后可立即移动至下一区块施作;施工前曾进行数值模拟分析,借以了解拆除第8和9层支撑后底板与第7层支撑的力量是否足以抵挡挡土壁外侧之土压力,同时于侧墙之内外两侧主筋加装钢筋应力计,检核土壤潜变所造成的侧向压力转移至侧墙的应力,并与实际挡土壁之侧向变位进行比对分析反馈,后续上部之中间层与上月台层的结构侧墙皆采用此大面积连续侧墙系统模板且顺利完工,实际施工时程较原工期缩短近7个月左右,期望藉由此案例之介绍,提供工程界未来类似工程设计与施工参考。     

曲线管推进工程推进力之理论分析

管推进施工中管材会受到各种外力的作用,其中最重要的外力为千斤顶的推进力。推进力需求可由推进遭遇的阻力来估算,而推进阻力的主要来源包括切削面盘阻力及管壁产生的摩擦力。管材可能会因推进力过大而产生破坏,使得推进工作产生困难或中断,所以推进力的控制及推估显得格外重要。曲线管推进的推进力因为机制较复杂,推估不易且理论研究也较少。本研究之目的是运用静力平衡的理论,推导出曲线管推进之推进力公式。本研究除了对推进力理论公式进行相关验证,并将理论计算之推进力与其他经验公式以类似现场案例进行比较分析。依据理论公式与经验公式的差异性,评估合理的理论公式修正因数,并探讨理论公式的适用条件。     

大跨地铁车站下穿既有地铁施工的沉降控制

根据工程类比以及大管棚的现场试验,对施工方法进行优化,采用变大跨为小跨的中洞法,在中洞部分采用导洞法开挖,把沉降控制在最小范围。借助数值分析方法,分析既有线的沉降规律,把握施工重点。根据现场实测及数值模拟结果,提出超前注浆及补偿抬升注浆、600咬合大管棚进行超前支护等多种施工辅助措施控制沉降,结果表明施工过程既有线结构沉降得到有效控制,最终沉降量小于20 mm。     

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。     

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。