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。     

桩基施工及承载阶段对运营盾构隧道的影响

针对合肥某立交桥上跨既有盾构隧道工程,通过有限元数值模拟方法对单桩邻近隧道施工进行参数敏感性分析,并进一步研究立交桥单桥墩桩基础与双桥墩桩基础在施工及承载阶段对盾构隧道管片变形与内力的影响;通过对比分析2种立交桥跨越既有盾构隧道方式下的地表沉降、盾构隧道管片及铁轨变形,探讨2种跨越方式在工程应用中的优劣。研究结果表明： 1）单桩对邻近隧道结构的影响,随着桩长、桩径的增加而增大;随着桩隧净间距的增大而近似呈指数函数形式降低。2）当桩长与隧道埋深比值大于1时,增加桩长是减小隧道结构变形的有效途径。3）单桥墩桩基础施工阶段对盾构隧道的影响效应小于承载阶段,管片位移以沉降为主。承载阶段随着荷载的增加,横向轴力与弯矩在靠桩一侧拱腰位置变化最大,纵向轴力与弯矩在拱顶位置变化最大。4）双桥墩桩基施工及承受上部荷载时,较单桥墩而言同一管片处的沉降增大0.3 mm,水平向位移减小0.56 mm。经比较,中间无桩的跨越隧道方式更优。     

潜盾隧道开挖引起之地表沉陷研析

潜盾隧道施工所引起地表沉陷之影响因素很多,其中以潜盾隧道直径大小,隧道施工质量有关之土层漏失率,土层工程性质及潜盾隧道埋深等影响最大.针对上述影响因素,采用数值模拟方式逐项探讨各项因素对于潜盾隧道施工所引起地表沉陷之影响.由于各相关因素系属同时间发生,就逻辑而言可采用乘法原理表示各相关因素之共同组合效应.因此各相关影响因素经逐项探讨后,综合整理归纳提出潜盾隧道施工所引起地表沉陷之预测公式.经与Peck教授公式及实际监测值比较,验证此预测公式之可信度后提供工程界参考.     

「台湾桃园国际机场联外捷运系统建设计划」地下工程的设计与施工

介绍「台湾桃园国际机场联外捷运系统建设计划」中机场区段地下工程的设计成果,并探讨施工时将面临的主要工程问题如,潜盾隧道穿越营运中的机场滑行道下方需考虑对其进行保护、隧道遭遇既有地锚的处理方式,及明挖覆盖隧道或车站于卵砾石层进行开挖,临时挡土措施及潜盾隧道的掘进作业,需考虑卵砾石大粒径与高硬度的特性等等设计考虑.现有数据显示,透过适当的机具改良、辅助工法的应用及良好的施工管理,即使是在高地下水压的卵砾石层,施作地下连续壁及以潜盾机施作隧道并无太大困难,且施工引致的地表沉陷及施工精度亦可获得良好的控制.     

深层灌浆工法于台北都会区施工探讨——以台北捷运CK570H区段标为例

主要探讨三重管高压喷射灌浆RJP(Rodin Jet Pile)工法首次于台北捷运市区段标之深层地盘改良实际施工案例,从灌浆工法基本原理、试验桩之验证施工与检测、工作桩之设计配置、施工时灌浆参数设定与管控、改良后钻心取样成果与实际潜盾发进时改良成效现况验证比对,以提供工程界未来类似工程设计与施工参考.     

潜盾隧道穿越建筑物保护工法与噪音防制之探讨

台北捷运建造的目的,是为减少车潮对交通的冲击,因此捷运路线大部分选在建物邻立、交通频繁、人潮拥挤的路段,加以道路线形的限制,潜盾隧道不得不有穿越民房下方的设计,因此,有关穿越建筑物保护设计与施工,及通车营运后,列车行驶建筑物下方所引起的振动与噪音之防制,诚为捷运建设一相当重要之课题.本文以台北捷运芦洲线潜盾隧道穿越登峰大厦为例,将地下穿越大楼工程在设计规划阶段及掘进前对建筑物保护及噪音振动防治的努力,透过完善的施工管理、建物保护措施及现有建物及地面的监测系统,终能严密控制地层的变形,顺利完成潜盾隧道穿越大楼的工程,并深获住户肯定,对本局协调过程及施工成果相当满意,经由全体住户感谢奖牌,实为台北捷运工程之首例.     

新建地铁车站长距离下穿既有公路隧道工法比选研究

北京地铁15号线奥林匹克公园站零距离平行下穿既有大屯路隧道工程穿越长度达到205．5m,如此长距离的穿越工程在国内尚属首次。为保证施工过程中大屯路隧道的运营安全,采用数值分析方法对洞桩法、盖挖逆作四导洞法及盖挖逆作三导洞法施工引起的既有隧道沉降进行分析,结果表明盖挖逆作三导洞工法对车站施工引起的既有隧道沉降的控制效果最好。综合考虑3种工法的沉降控制效果、施工特点、安全性、工期及造价等因素,明确了盖挖逆作四导洞法为最优施工工法。     

以三维数值方法评估潜盾隧道穿越捷运体站下方对既有结构物的影响

本工程新建潜盾隧道将与捷运既有车站横向交会,2条捷运线交会处将新设立一座捷运车站,并与既有车站连通并于站内进行直接转乘。新设车站地下连续壁已经完成,且紧邻既有车站,而新建的潜盾隧道将横向穿越既有车站下方,并与新设车站衔接。为降低潜盾隧道施工对既有结构物的影响,于隧道掘进前在既有车站附近进行一系列水平及垂直地盘灌浆改良。本分析采用三维数值工具进行分析评估,以预测地改灌浆过程中以及隧道掘进对既有结构物可能的影响,分析结果显示隧道掘进发生的结构变形量均在安全标准范围内。     

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.     

深圳新彩隧道上跨厦深铁路梅林隧道工法研究

新建隧道与既有隧道相交且净距很近时,施工过程中必然会对既有隧道产生不利影响,同时也增加了新建隧道的施工难度和工程风险。本文通过深圳市彩田路北延新彩隧道上跨厦深铁路梅林隧道施工工法研究,对明挖和暗挖两种工法采用三维模型数值分析,分别从对既有隧道位移(上浮)、应力等方面进行评价,得出明挖方案比暗挖方案使既有结构不同断面位置变形更均匀,结构的安全性更高,具有更高的工程可行性。实际施工过程中也是采用明挖施工,在半年的时间内完成了此段工程。本案例对今后类似工程的实施具有较强的借鉴意义。     

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。     

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。     

统包制度执行成效探讨——以台电地下电缆隧道高港二标为例

统包制度为结合设计与施工之发包方式,在台湾已逐渐被工程界采用,透过统包模式可有效整合设计与施工人才,减少界面协调的冗长程序,并可提早展开施工作业,缩短完工期程,是对业主、承包商均相当有利的制度。以台湾电力公司"高港-五甲-高雄345kV地下电缆线路凤林路段潜盾隧道统包工程(高港二标)"为例,探讨统包制度之执行成效,履约过程中为确保施工安全与达成业主要求,统包团队展现出设计与施工缜密完整的结合,除透过价值工程减省工程费及提升功能性外,统包团队依其施工能力、经验及技术,设计兼具安全性、施工性及经济性之作业方式,采用纤维筋(FRP)可切削工法顺利完成潜盾发进作业、利用钢环推进工法完成联络横坑施工、设计可挠伸缩接头衔接电缆隧道与分歧井有效解决应力集中及差异沉陷问题等施工困难案例。     

以修正强制变形法分析隧道耐震能力之探讨

提出一种分析隧道耐震能力之拟静态修正强制变形法,此法在包含隧道结构在内之地盘模型边界施加强制之剪应变,监测隧道结构之受力与变形,逐步加大剪应变,直到隧道结构破坏,再将破坏时之剪应变与地动速度进行转换,即可评估隧道之耐震能力。相较于复杂之动力分析方法,此法简单、快速、实用,并具有一定之可靠度,适合工程实务之用。惟应用本分析方法,下列数值要点,需注意并加以探讨;1)地盘领域需取多大;2)施加剪应变的型式与施加速率;3)隧道与地盘接口的影响;4)地盘塑性行为的影响等。首先提出修正强制变形法之分析流程,再与弹性地之圆形隧道解析解进行比较,证明数值分析方法正确无误后,再针对上述数值分析要点摘要研究结果,提出具体建议,以供使用此类分析方法的工程师参考。     

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。     

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。     

基坑开挖对邻近地铁区间隧道的影响分析

在深基坑工程施工中,基坑降水开挖会使得周围土体产生沉降。特别是当基坑邻近既有地铁区间隧道时,其开挖过程对隧道变形的影响更应得到重视。以沈阳地铁二号线邻近的恒隆广场深基坑工程为背景,通过有限差分软件FLAC3D进行数值模拟。结果表明:富水砂层地质条件下,降水开挖后地表沉降整体值并不是很大;通过不考虑流固耦合和考虑流固耦合的对比分析,得出不能忽视降水对周围土体扰动及区间隧道变形的作用;区间隧道主要以水平位移为主;在施工中,要着重对与基坑距离最近的右线隧道进行监测。     

EXCEL VBA在隧道断面检测与维护管理数据库之应用

隧道检测中之断面量测,是营运中隧道之维护管理作业最直接的监测数据之一;长期而定期的断面变形监测,不仅可以掌握营运中隧道稳定性的变化,更可以进一步做为隧道安全评估与结构补强之重要信息。透过Microsoft Office 2003成员中之EXCEL及其VBA(Visual Basic for Application)开发隧道断面检测资料处理标准程序模块,处理数量庞大之潜盾隧道断面原始量测数据,使原始资料成为可查询及模块化的信息。程序自动展绘之断面图可配合现地变形状况交叉比对及研析应力影响程度,而爰此逻辑模式可突破不同断面扫描系统量测资料格式不一之限制,经程序模块处理之多次任何格式断面量测资料,皆能自动展绘、套叠前、后期检测断面图并比较其变化。后续以系统处理之断面信息汇入数据库,更可让维护管理主管机关作为主要之维护管理信息系统资料,并发展为加值型之决策支援系统。     

输电隧道价值工程运用与潜盾施工关键技术

运用价值工程手法评估2变电所间输电线路计画采双孔推管或单孔潜盾隧道施工法时,分别对:隧道内电缆接续需求与施工环境冲击影响、电缆通风冷却散热、电缆延放方便性、电缆分阶段扩充方便性、隧道施工难易性、隧道施工对邻近建物影响、工期、成本等因子进行研讨。计画综合评估采单孔潜盾隧道施工,运用增大螺栓尺寸以缩小环片螺栓间距对策提升环片组立精度进行急曲线隧道施工以避开民房,另隧道路线位于地下水位下之紧密卵砾石层地盘并遇巨石,中途更改潜盾机盘面克服紧密砾石障碍挑战。