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。     

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。     

「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.     

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.     

桃园机场捷运联络通道施工探讨

台湾桃园国际机场联外捷运系统于桃园国际机场路段主要系以潜盾隧道方式通过,全长约7.2 km,共设置7处联络通道,其中最长之CP1联络通道开挖长度约29 m,为目前台湾最长之潜盾隧道联络通道。因其长度较长且邻近有南崁溪经过,对于联络通道之地盘改良、开挖支撑及袪水等均造成不利影响。本文说明CP1联络通道施工过程遭遇问题与解决对策,以提供后续类似工程参考。     

潜盾工法于卵砾石层开挖特性及对应

卵砾石层于潜盾隧道开挖工法中,地质的不均匀性及巨大的砾石,是影响潜盾工程推进之主要因素,其掘进过程问题繁杂,被列为潜盾工法困难地层之一,国内外对于此地层施工经验稍嫌不足,因而无法有效掌握地质特性,顺利推展潜盾机之掘进工作。台湾电力公司竹工超高压线路洞道工程,位于新竹县湖口乡,计画洞道沿线均为卵砾石层,隧道长达8.4 km,砾石含量50%～80%,针对掘进过程中遭遇到种种困难,诸如切刃盘及切刃齿磨损严重,以开舱改造切刃盘方式对应、量测磨耗量及管理掘进数据与加泥材调整等做详细整理与说明,以利日后潜盾工程遭遇卵砾石层时做为参考。     

潜盾机切刃盘于卵砾石层开挖之特性

潜盾工法于卵砾石层开挖需面对许多问题,诸如切刃盘开口尺寸及开口率之设计;滚轮切刃齿及切刃齿之配置、材质与成本问题等。潜盾机于卵砾石层中掘进时,通常无法期望以单一开口尺寸或开口率去应付长距离的挖掘,需要因应地质变化适时予以改变;滚轮切刃齿及切刃齿的配置与材质应用,则悠关是否能以最小成本产生最大之开挖效率。本文以长距离卵砾石层潜盾洞道开挖为例,依据实际切刃盘改造型式与掘进管理图表,探讨开口尺寸与开口率的适用性,并于现场量测所得滚轮切刃齿及切刃齿之磨耗数据,加以汇整并以图表呈现,可明显得知其间之关键因素,值得提供作为日后设计与施工之参考。     

DOT双圆潜盾隧道工程施工实务探讨

台湾桃园国际机场联外捷运系统CA450A标潜盾隧道工程,采双圆潜盾机(DOT)工法,为国内首例。本文针对CA450A标潜盾掘进施工过程包括环片生产、掘进管理、所遭遇困难及解决方式作整理说明,可为后续类似隧道施工参考。     

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。     

双圆型(DOT)潜盾技术应用于机场捷运线之规划设计考虑

台北都会区捷运系统建设迄今已将近20年,其路网建设已完成76.6km,平常日载运量已达110万旅次;台北捷运自2004年起连续二年经国际地铁标竿联盟评定为「世界上最稳定的捷运系统」,其服务质量更普获国人好评.一个高度经济发展的国家,机场大多有一条便捷快速的轨道运输系统,以提供机场旅客直达都会中心的运输服务,台湾桃园国际机场为进出之重要门户,为提升都市竞争力,急切需要一条安全、便利、快捷、舒适及准点之捷运线,衔接服务进出机场出入境旅客,故由交通部规划机场联外捷运系统,以连结台北车站、台湾桃园国际机场、高铁桃园车站等交通运输枢纽,期使国际航线与国内交通网络得以紧密连结.台湾桃园国际机场联外捷运系统系以潜盾隧道穿越淡水河河床而进入台北市,台北捷运工程局虽有将近15年单圆单线之潜盾隧道设计及施工经验,已通车之潜盾隧道约46.7km,然对淡水河河床下方需施作三处连络通道尚属首次,故本标案设计团队受命分别就环境冲击、施工风险性及经济效益等影响因素进行研析,评估传统双孔单圆潜盾隧道与先进双圆型(DOT)潜盾隧道之优劣利弊;由于双圆型潜盾隧道具有免作地中连络通道、隧道断面积及土地使用范围较传统隧道为节省、减少对外围地层之影响与整体工程工期较短等优点,且在日本及中国上海已有18处之施作实绩,故经整体考虑后,将以双圆型(DOT)潜盾隧道来取代传统单圆潜盾隧道进行规划设计.     

特高压电缆洞道统包工程设计实例

工程为新竹地区161 kV特高压电缆线路之一,采潜盾洞道规划设计,隧道全长约8 368 m,共设有9座直井及机房,直井深度平均约24 m。直径6 m洞道主要容纳161 kV电缆10回线复导体,直径5.6 m容纳6回线复导体。业主采统包最有利标方式招商,并委由统包商办理直井用地之取得,开台湾工程之先例。通过之地质主要为湖口台地卵砾石层沉积地层,采潜盾施作,亦是台湾目前采机械钻掘穿过卵砾石层最长的隧道及内径最大之电缆用隧道。圆形洞道首创防火中隔墙设计,善用空间减少开挖断面,达到节能减碳及降低维护成本之目的,并采地下机房设计减少景观及环境之冲击。     

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。     

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。     

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。