钢制栅状挡土墙工法应用于隧道洞口边坡之可行性研究

近年来台湾地区提倡生态工法,隧道洞口形状尽量符合地形,减少对环境之破坏。隧道洞口边坡亦尽量减少开挖,降低对原地盘之破坏。日本与台湾同为岛国多山地区,地质条件、地形地貌相近,在日本有多种加劲挡土墙之新工法,本文介绍钢制栅状挡土墙工法之特性,并对于此生态工法之加劲挡土墙引进台湾之可行性进行探讨,最后以此工法在校园内施工作为案例介绍,其结果显示此工法可缩短工期,节省工程费。期待钢制栅状挡土墙工法能广泛应用于台湾地区之公共工程。     

卵砾石层管推进工程超挖及卡钻对管材与土壤互制行为的影响研究

非明挖工法在都市施作时,常因困难地质(如卵砾石层)或障碍物而造成施工困难、工期延误或发生灾损。本文主要针对非明挖施工法里的管推进施工法(Pipe-jacking Method),探讨管推进工法施工时可能遭遇的困难,以及施工困难状况下之管材土体互制行为。探讨的施工困难包括超挖、挤压、卡钻等问题。本研究针对超挖范围、卡钻位置、阻力大小以及推进力施加位置等,以ABAQUS有限元素软件进行三维数值仿真,探讨直线推进施工中的问题。     

应用电子斑点干涉术研探类岩于双刀贯切破坏之行为

回顾机械式隧道掘进工程,考量切削刀头与岩体间互制行为乃至破坏机制之极近域场研探甚少。本研究以双刀式正向楔形贯切破坏试验(normal wedge indentation fracture test)简化仿真实务钻掘工程之多刀楔切削行为为例,并配搭非破坏检测之电子斑点干涉术,探究此项接触互制行为之丛聚、初裂与裂衍等系列破坏特征。于双刀贯压位置下方某深度,采用裂缝开口位移(crack open-ing displacement,COD)作为回馈控制讯号,求得完整峰前、峰后之加载历程,以进行相关破坏演化之观察。受贯压之类岩(rock-like)试体以水泥砂浆行之,于无围压状态下,变化双刀间距作为主要变量,以理析开挖机具群刀互制之力学行为。再者,配合具高精度(微米)且非接触式之实时、全域性观测等优点之电子斑点干涉术,所得结果计可研探:1)峰前延性破坏之弹-塑性发展及脆性破坏时机与方位,亦即峰前变形连续(displacement continuous)之弹-塑性界面往临界发展趋势;及变形不连续(displacement dis-continuous)之初裂与裂缝演化;2)峰后脆性破坏裂缝伸衍之发展。     

超浅覆盖隧道穿越煤坑段抽坍处理技术

随着环境保育、水土保持观念的提升以及减少对自然条件改变的理念,安全、节能、环保的隧道施工技术,已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往浅覆盖隧道多以露天明挖,或辅以混凝土盖板保护顶拱再填土覆盖之施工方式,皆为需要大量开挖的施工方法。在减少开挖之因素考量下,舍传统明挖或混凝土覆盖板方式,以先进支撑稳定顶拱之工法,是最常被采用的开挖方式之一。本文探讨台湾北部某开挖中之双孔公路隧道,地形上通过一处长100 m山谷地区,其上方覆土仅20 cm～2 m,同时下方为煤碴堆积及废弃煤坑分布等不利隧道施工之因子。基于节能环保及水土保持因素考量,采用管幂工法通过。由于本案例地质材料除表土、风化岩盘及昔日矿碴外,多雨的气候,使得地表水常年汇流于山谷内,造成隧道开挖遭遇极大的困难,但经数次之抽坍应变处理后,勉为通过,其处理经验与心得,可供后续类似案例之参考。     

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.     

卵砾石地层中未固结砂岩夹泥岩隧道施工期开挖破坏模式之案例探讨

未固结地盘在工程地质学上并无一致性的定义,一般而言大致可对应于ISRM地质材料强度分级表中之R0～R2级别,并以岩心单压强度小于2MPa做为划分参考基准;所探讨的未固结砂岩夹泥岩地盘是以位于台湾西北部麓山带之林口砾石层及以砂泥互层、胶结松散砂层为主之大南湾层、观音山层为标的,并以位于该地层区域之某山岳隧道为例(以下以G隧道简称),探讨其中依据「台湾地区岩体分类与隧道支撑系统J所建置之砂质含量大于50%,岩类级别为CⅡ(s)之软弱地盘在隧道开挖过程中因地盘胶结松散、遇水易软化之工程地质特性而导致开挖各种破坏模式,藉由笔者及其它单位之数据以供工程界进一步了解此类型未固结软弱岩盘之山岳隧道设计及施工应考虑之因素,以降低施工期间之灾害风险.     

捷运工程近接施工案例探讨

随着台北捷运系统之陆续发展,不论是捷运系统的新建设或其他工程之兴建,近年来常遇到与既有或兴建中之捷运建设近接施工之状况。在计算机软件尚未发展成熟的时代,面对近接施工的课题,往往仅能藉由早期施工所累积的经验进行研析。而今,计算机运算效能日益提升,复杂的土壤结构互制行为已能藉由功能强大的商业软件加以模拟及分析。本文主要探讨近年来捷运工程4种不同类型之近接施工案例,在这些案例中,皆使用数值分析软件进行模拟,并藉由分析之结果研提相关因应措施,其中部分已施工完成之案例,将分析与现场监测结果进行比对,显示二者颇为接近,且保护措施亦达预期之功效。由此可知未来面对复杂之议题,采用数值分析软件进行模拟分析可获得合理之推估。期藉由这些案例初步探讨及研析结果,提供尔后类似案例之参考。     

管推进工程管线与土壤互制行为之分析研究

本研究主要是针对非明挖工法中之管推进工法,以有限元素法来仿真分析管推进工程中的相关问题,并且加入了管材与土体表面之间的接触性质来探讨管推进工程中管材与土体的互制行为.本次数值分析包含了物理模型试验与曲线推进工程等两种数值分析模型.在物理模型的数值分析中,考虑开挖面超挖与挤压的两种状况,并且与实验量测数据做比较.而在曲线推进的数值分析中,则建立一般土层中在外侧土体地盘改良前后的两种情况来互相比较,观察改良前后推进过程中观察土体的应力分布情况和地表沉陷量变化,期能将结果回馈到真实的工程设计之上.     

地下市政大规模圆形捷运站体之设计与施工——高雄捷运美丽岛(O5/R10)车站之完成案例探讨

美丽岛(O5/R10)车站为高雄捷运红橘两线交会转运车站,施工技术是所有捷运车站中难度最高的,交通维持计划也最复杂,是高雄捷运工程是否能如期通车的关键.在成本、工期等因素的考虑下,O5/R10圆形部站体自规划设计至细部设计阶段,历经三次变更,在不变更站体机能前提下,主站体变更为圆形内径140m,开挖27.1 m,并利用圆形连续壁无内支撑空间进行开挖以提高作业效率,期间配合自动化监测管理与设计值相比对,以提供事先有效预警及确保开挖之安全性.本工程自圆形连续壁施工、开挖、结构体施工、圆形部与直线段站体之续接段施工,均分别遭遇不同之问题,监督与施工者亦研拟检讨对策因应处理,至今站体结构已全部完成.另本工程施工过程亦采用多项新工法,如圆形部连续壁开挖采用水平多轴回转式掘削机EMX(Electro-Mill-visionX)施工,以提高施工精度;为避免车站受到潜盾发进破除连续壁时涌水、涌砂之风险,采用「NEFMAC」工法(New Fiber Composite Mate rial for Reinforcing Concrete)等.此外为活化车站空间,本车站更邀请国际知名高松伸建筑师担任建筑装修及出入口设计,并委请玻璃艺术先驱水仙大师(Narcissus Quagliata)设计大厅层「光之穹顶」的公共艺术作品,均为本工程之特色.     

ADECO-RS工法在隧道洞口浅覆段施工的应用与对策

近年来,随着环境保育观念的提升,减少地表开挖的理念,已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往,隧道洞口浅覆段采用明挖法,已逐渐被暗挖法直接穿越所取代。即使在地质、地形或环境条件上不尽理想之区段,基于整体路线考量,亦有非采用不可之情形。本文以台湾北部正施工中的双线双车道公路隧道为例,探讨ADECO-RS工法在隧道洞口浅覆进洞的应用与对策。由于该案例位处山凹处,属谷部地形,不仅覆盖极薄,开挖过程中更遭遇到废煤矿碴与多雨的气候,使得降雨所汇集的地表水,不断入渗至隧道内,开挖面自立性极差。几乎非原设计之NATM工法足以因应。但经采取ADECO-RS工法之管幂加劲、土心加固及拱盖培厚等超前约束与加固理念后,勉为通过,其处理经验与心得,希供后续类似案例之参考。     

以管幂工法施筑穿越高速公路路堤之浅覆盖车行涵洞设计及施工案例探讨

早期高速公路建设基于成本、工法技术考量,于许多路段采用路堤型式,随着都市蓬勃发展过程,路堤阻隔造成都市发展的障碍,尤其是交通不便,故穿越路堤的车行箱涵在都市发展过程中伴演关键性角色。本工程将辟建12 m(W)×3 m(H)×50 m(L)的双车道箱涵,经评估以管幂工法作为辅助工法最佳。本计划之涵洞工程将穿越国道高速公路,其交通流量大、施工安全管理要求严苛。配合前后道路衔接高程,管幂顶至路面之覆土厚度0.6～1.0 m,属浅覆盖施工,管幂施工难度高。在特殊施工条件下,管幂推管时对地表土壤之应力应变行为,经由数值模拟可初步研析。而对于高速公路路堤之影响除了要求施工质量及做好工地管理外,需配合自动监测系统以确保高速公路于施工期间之安全性。本工程于管幂施工阶段可能产生之高速公路路面沉陷量为1.1～2.0 cm,箱涵开挖阶段可能产生之沉陷量依工程经验推估为1.0～3.0 cm,整体来说当覆盖层厚度小于2倍推管直径时,沉陷量随着浅覆盖厚度之减少而增大。管幂工法于砾石层施工,其灌浆压力之控制对于高速公路路面变形影响甚大,尤其是当管幂推进出坑作业时,由于自由面解压,常造成灌浆渗漏及路堤路面变形。     

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。     

深厚堆积体隧道洞口管棚加固的力学行为分析

针对使用管棚支护加固高陡堆积体仰坡隧道时存在安全隐患的问题,建立超前大管棚的力学计算模型,对设计参数及施工力学行为等方面进行了综合探讨,分析洞口开挖引起的围岩应力与坡表位移分布规律,探究洞口开挖施工力学行为,验证超前大管棚方案的可行性。结果表明:隧道洞口工程存在深厚堆积体时,采用管棚预加固措施,可起到有效的支护作用,确保隧道进洞安全。     

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。     

高雄捷运潜盾隧道之设计与施工

高雄都会区大众捷运系统红、橘线总长度42.7km,其中地下段约有34.2 km,而以潜盾工法施作之路段约有23.78 km.潜盾隧道大部分均位于高雄平原的现代冲积层,仅红线穿越半屏山路段为泥岩与石灰岩地质.由于以潜盾机钻掘之路段长达23.78km,因此,在施工过程中即会遭遇如穿越河道与港口船渠、穿越既有建筑物、桥梁与铁路下方、钻掘岩石及潜盾出发、到达与联络通道之高施工风险等问题.本文除汇整高雄捷运各潜盾隧道工程之基本数据(如地质状况、潜盾机数量、形式、制造厂商等),与说明高雄捷运潜盾隧道在设计之初,如何考虑因应施工时将面临之问题外,主要探讨施工过程中遭遇之各类案例与处理方式,诸如LUO04潜盾到达与LUO09联络通道开挖塌陷、LUO03与LUO04穿越船渠与河道下方、LUR22钻掘抵触桥梁基桩、LUR12、LUR27、LUR26、LUO04、LUO17穿越铁路与建筑物下方之沉陷控制与建物保护、LUR28钻掘泥岩与石灰岩、LUO10近邻建筑物连续壁钻掘及地盘改良区强度过高钻掘困难等,以供未来类似工程之参考.     

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。     

桃园机场捷运线CA450A标双圆潜盾工程施工技术初探

本文针对桃园机场捷运CA450A标(以下简称本标)双圆潜盾隧道施工做一探讨,本标系为台湾第1次采用双圆潜盾隧道工法(DOT),本文介绍对象包括本标之沿线地质状况;DOT工法之简要说明及本标所采用之环片形式及其接头形式做完整之介绍,幷对掘进可能的"掘进时遭遇流木、潜盾机滚转、自动方向控制管理"等课题及对策做说明,最后并说明初期掘进阶段遭遇之最大问题-"压送管线塞管"及"环片滚转"之解决方法,期可做为后续类似隧道施工之参考。     

隧道交叉段变形机制之探讨

采经现地量测数据验证之数值分析模式,利用参数分析探讨岩石材料在弹性模式与弹塑性模式下,主隧道于人行聨络横坑开挖期间在交叉段附近产生之变形行为;采用参数包括不同覆岩深度、不同材料强度及不同主应力大小与方向.分析结果显示,随着联络横坑之开挖,隧道交叉段附近之变形,依材料是否已达塑性及主应力大小与方向之不同而有不同之变形趋势;在弹性模式下,主隧道交叉侧之变形随联络横坑之开挖而往开挖方向位移,在弹塑性模式下,则依主应力大小与方向之不同而呈现不同之变形行为,此结果显示,隧道交叉段之变形机制主要受现地主应力大小与方向及塑性区形成两项因素控制,依此机制可解释主隧道交叉段于联络横坑开挖时之变形行为.     

新建花东铁路过河隧道案例探讨

花东铁路电气化新建工程之溪口隧道(3 140 m)及光复隧道(2 360 m)是平原区浅覆盖隧道,内空净宽11.3 m,布设2股轨道及两侧维修步道。隧道施工以明挖覆盖工法为主,但在过河段穿越寿丰溪北岸(75 m)及南岸(85 m)堤防段、马太鞍溪北岸(170 m)及南岸(120 m)四处堤防段则采用隧道钻掘工法施作。钻掘隧道覆土高6～18 m,穿越砾石层,开挖断面宽度13.7 m,断面积131.3 m2。钻掘隧道开挖采新奥工法(NATM)进行,因覆土浅且地质松软,拱作用难以形成,开挖时需配合地盘改良及先撑管幂进行。施作方式依序为地表垂直钻孔进行固结灌浆、打设先撑管幂,隧道开挖时则以钢支保、喷混凝土及岩栓作为临时支撑,最后施筑钢筋混凝土内衬砌。     

节能降耗新技术在深大通风竖井施工中的应用

宁武高速公路洞宫山隧道通风竖井位于国家级风景区,且附近有一座大型水库,地表水系发达,弃碴场需新建8 km施工便道。在工期、地质条件允许的前提下,采用了"先导井打通后扩挖法开挖+滑模施工衬砌及不对称中隔墙"节能降耗施工新技术。此技术的应用最大限度地减少了资源投入,降低了竖井施工对风景区的环境污染,较采用传统方法缩短工期50%,降低劳动强度60%左右,节约能源型消耗材料60%以上,取得了良好的经济、社会和环境效益。