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。     

卵砾石层潜盾隧道设计考虑研析

依搜集既有卵砾石层潜盾隧道案例显示,其施工可能遭遇如大卵石障碍物、卵石引致切刃磨耗、钻掘引致沉陷、潜盾机具选择等问题,这些问题之因应设计考虑与土层隧道者不同,亦为卵砾石层潜盾隧道重要课题之一.主要为依搜集台湾与日本卵砾石层潜盾隧道案例,基于卵砾石层工程特性,进行相关卵砾石层潜盾隧道设计考虑研析与建议,包括:1)地质调查项目与内容;2)设计研析,含结构分析考虑、潜盾机设计、开挖面稳定、背填灌浆、地盘改良、地中障碍物排除、地表沉陷特性等,期供工程界参考.     

潜盾机在到达井外侧地盘中安全弃壳之案例研讨

捷运潜盾隧道皆位于人口密集之都会区,潜盾机的发进与到达常为潜盾隧道挖掘过程中风险较大的时间点,本研究拟以潜盾机到达弃壳作业为例,探讨其面临之风险,包括点井降水造成地盘地下水位变化和邻近台电345 kV高压电塔不均匀沉陷,以及站体连续壁因开挖所引致侧向变位使JSG地盘改良区产生缝隙水路,造成潜盾机开舱前渗水的风险.再者,依据工址抽降水期间竖管式水压计、水位观测井和地表、建物沉陷点监测数据分析抽降水引致地表沉陷影响范围,用以回馈将来遭遇类似工况的设计参考依据.潜盾机到达之安全弃壳作业包括以超级点井(SWP)工法尝试降低地下水位,并于松三层(EL.92.42m)和松五层(EL.72.42m)埋设竖管式水压计了解降水期间地下水位变化,同时监测邻近建物如台电高压电塔的倾斜及沉陷;其次,在潜盾机到达处先行进行JSG地盘改良,再以试水试验检核地盘止水性,潜盾机到达后即进行机壳背填灌浆、土压舱分阶排土及漏水确认.然后,潜盾机历经二次拆解,完成到达弃壳作业,最后进行镜面破除及隧道贯通.     

机场滑行道下方以NATM排除地锚之潜盾施工案例探讨

桃园国际机场联外捷运CU02A标穿越WC滑行道路段,其潜盾机到达端遭遇二期航厦开挖施工残留之地锚障碍,上下行隧道预期至少遭遇约20条残留地锚,其钢腱将增加潜盾机钻掘之风险及影响滑行道营运,此为潜盾少见遭遇之特殊障碍情况。为将影响滑行道营运风险降至最低,经评估以NATM隧道方式事先去除残留地锚,并于NATM隧道外衬砌施作完成后,再将土方回填,以便潜盾机直接驶入,于既有端墙弃壳,降低潜盾施工风险。遭遇地锚障碍路段,先由局限地面空间施作垂直双环塞止水灌浆及抽水井降水外,并由航厦地下层之既有侧壁破镜后,进行NATM隧道开挖,前已成功穿越滑行道与完工。本文首先介绍本工程方案评估及对策发展思维,接续由施工阶段NATM隧道施工结果,探讨其开挖安全稳定及沉陷管控,最后就潜盾隧道穿越WC滑行道至到达之施工成效进行检讨,以期供工程界参考。     

「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.     

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。     

潜盾施工技术与施工机具自产化探讨

本文就潜盾施工以潜盾机为主所衍生之相关技术谈起,并介绍相关设备之规格性能与配置,再就自产潜盾机与配套设备进行解析与研判,从潜盾机设计的理念为起点,探讨大地与机械等之互制关系及其与之关联性,最后归纳海峡两岸之潜盾工程胃纳,以之推估未来之潜势,期能因潜盾机与相关设备之自产,发展出属于中华民族本土之潜盾施工技术,共同完成海峡隧道划时代之基业。     

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.     

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.