台湾隧道采用喷凝土技术之进展及其施工规范修订之初步建议

从台湾隧道采用喷凝土技术之发展,以台湾高速铁路隧道开始施工为时间分界点来说明,高铁隧道施工前与其后两段期间之隧道喷凝土技术进展概况。然后展望岛内近期隧道工程,例如台九线改善计划一系列隧道工程,所需采用之喷凝土技术规范。为此需检讨现行规范不尽理想或应配合国际发展趋势之处加以修订,笔者将研拟初步修订建议,提供隧道业界下次修订现行规范时参酌应用。     

利用多时序遥测影像于台湾苏花公路隧道工程规划之研究

隧道工程是一项艰巨且复杂的工程,由于工程结构往往位处山区或临海地区,工程周围的地质及植生环境容易影响隧道工程的稳定性,而基本的环境资讯是工程建设的基本工具。本研究利用近十年之遥测影像分析台湾苏花海岸隧道工程周围之环境,分析苏花路廊工程沿线之植生环境及海岸变迁对工程之影响,从分析结果发现,有7个路段之工程可能受到海岸侵蚀之影响;而植生也在十年内有剧烈的变化,这与地下水及涌泉条件可能有直接之关系,透过遥测技术能辅助,相关的研究分析则可作为工程施工之重要参考。     

水利隧道仰拱磨耗案例探讨

台湾南部某水利隧道(全长3.1 km)于1930年完工通水启用后,至1959年曾打设二次水泥衬砌,而1972年隧道内壁全面敷以混凝土衬砌,直至2003年实施第一次隧道全线安全检测,并于2004年进行维修补强设计与紧急抢修工程,其后2005年、2006年分别针对隧道东、西洞口及隧道内实施第二次及第三次安全检测.藉由此隧道历年之补强与检测成果,初步探讨水利隧道之摩耗行为与程度,并进一步探讨水利隧道耐磨耗之补强设计,以供未来相关水利隧道维修补强设计之参考.     

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。     

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。     

三维落石模拟于明隧道载重问题之应用

台湾山区落石灾害层出不穷,每逢地震事件或台风豪雨季节常引致山区落石灾害,而落石灾害程度因量体差异而有所区别,尤以大量岩块同时运动堆积所导致山区明隧道工程破坏最为严重,诸如中横沿线大规模落石导致明隧道破坏之灾害事件.回顾当前研究,前人多以集块质量法、二维分离元素法进行落石运动轨迹之模拟,并依据能量大小决定危险等级作为落石危害区划定之依据,却往往忽略了落石群同时运动产生交互作用,甚至二维与三维堆积分布差异,造成最终落石危害范围之影响.有鉴于此,本研究主要着重于落石群堆积模拟于探讨明隧道顶部载重之影响,应用小型室内物理模型配合分离元素法之颗粒力学仿真,针对不同量体岩块条件下进行其岩坡落石群堆积之力学行为模拟.藉此将相关力学模拟方法应用于实际落石灾害区,以期成为当前明隧道载重设计、相关技术规范及后续研究之参考依据.     

阿公店水库引水隧道穿越南二高施工变更设计案例讨论

阿公店水库越域引水隧道工程为阿公店水库更新计划内之一部分,对台湾南部大高雄地区之用水需求居重要地位.因隧道需穿越南二高高架桥桥墩基础,有鉴于南二高系台湾南部重要之交通要道,细设规划施工方式是否造成桥墩沉陷存有疑虑,经研商后决议进行变更设计修改隧道线形,并进行改线隧道路线之地质调查,将所得地质参数数据利用数值仿真分析,进行桥梁结构安全影响评估,分析结果之沉陷量及角变量,皆小于容许范围,配合适当之施工方式及完备之监测系统,显示量测结果与数值仿真之值相符,显示本次施工变更设计案例,由变更设计规划至隧道施工完成,均能有效掌握隧道周围及地表之变位情形,保障南二高高架桥安全.     

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.     

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。     

轨道运输隧道安全疏散系统——以台北捷运为例

台湾近年来新兴轨道运输系统方兴未艾,都市轨道运输系统,因其路线多经过都市闹区,故常采用地下型式兴建,当发生意外事故或灾变时,乘客能否安全逃生必须倚赖系统对隧道内与地下车站之乘客安全疏散所设计的逃生设备及事前完备规划的操作程序;目前台北捷运系统在隧道段及地下车站之灾害处理对策部份,已属成熟,由于台北捷运系统为台湾都会区轨道运输系统最先施作者,其规划设计除参考国外捷运系统之相关规划设计准则外,并融合台北都会区域活动特性而订定了台北捷运系统地下隧道乘客逃生操作程序,本文将台北捷运系统规划隧道安全疏散程序及地下车站乘客疏散原则,作一全面性说明及分析,希望能提供国内其它轨道运输隧道系统安全规划之案例参考.     

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。     

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。     

山岳隧道涌水评估及施工回馈分析

以曾文越域引水隧道工程为例,透过三维水文地质模式评估隧道施工期间之涌水。依据区域地质图及细部设计阶段地质图建构三维水文地质模型,并透过现地试验结果、水位观测结果、隧道内量水堰及隧道洞口总出水量等量测结果进行水文地质参数率定。所建议之分析模式除可用于评估后续施工所可能遭遇之涌水灾害外,亦可评估隧道开挖对邻近水文环境之影响,并将评估成果回馈至隧道设计及施工。     

潜盾机切刀于桃园卵砾石层设计与施工探讨

台湾桃园国际机场联外捷运系统建设于桃园国际机场路段主要系以潜盾隧道方式通过,而其穿越之地层属桃园台地卵砾石层,开挖长度约达7 200 m,为目前台湾于卵砾石层开挖最长之潜盾隧道。机场捷运CU02A标潜盾机切刀之设计主要考量为确保砾径大于70 cmx60cm(长x宽)之砾石由滚轮切刀于开挖面破碎;砾径较小之砾石则经由其他切刀扰松动后,再推进土仓内。主要探讨内容为上述潜盾机切刀于设计时之考量、施工过程探讨,及切刀磨损情形等,以提供相关经验供后续类似工程参。     

车辆阻挡效应对隧道火场燃烧及烟流之影响研究

近期国际曾发生多起重大隧道火灾灾难,隧道火灾安全议题已获得全球普便之重视。目前学术界与工程界多采用缩小尺寸实验或数值模拟方法对隧道火场环境进行研究与探讨。然不论实验或计算机模拟最重要的关键为能否充分地反应出实际隧道之火场情境,方能获致合理且有意义之研究成果。检视现今之隧道火害研究,可发现几乎所有的相关研究皆仅简化地假设火场上游无车辆回堵现象,此有违火场上游应发生车辆回堵之实际隧道火灾情境,因此将无法合理地模拟火场上游车辆阻挡风机气流对火场燃烧及烟流所造成之影响。针对此项尚待厘清之议题,本研究首先执行缩小尺寸实验,以均匀风速施加于隧道横断面模拟风机作动所产生之气流,探讨隧道塞车情境对火场燃烧所造成之影响。复执行全尺寸纵流式排烟模式(轴流风机)隧道火灾情境计算机数值模拟,针对火场上游是否有车辆回堵、回堵车体尺寸、火源与回堵车体距离等变因对火场燃烧、温度及烟流所造成之影响进行探讨。研究结果发现火场环境及烟流将受有、无车辆回堵、回堵车体大小及火源与车体距离等因素而有不同程度之影响。