專導摘要潛盾隧道工程之規劃設計及施工, 除需考量外在可能遭遇之工程環境因素外, 潛盾機本身可能遭遇到之相關風險, 亦為規設單位及承攬廠商研析之主要重點尤其臺灣之地質及水文條件複雜, 因此對採用長距離高速潛盾及地中接合等施工方式, 從規劃設計一直到施工, 隨已滿足各階段的規範要求, 包括調

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琼故竿冉
5 years ago
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台灣電力股份有限公司輸變電工程處南區施工處 / 超設組 / 課長 / 薛振興 (Hsueh, Chen-Hsing) 3 台灣世曦工程顧問股份有限公司 / 大地工程部 / 副理 / 張嘉興 (Chang, Chia-Shin) 4

1 中華技術專題報導TECHNICAL REPORTS 關鍵詞 (Key Words): 潛盾隧道 (Shield tunnel) 地中接合 (underground connection) 風險 (risk) 台灣電力股份有限公司輸變電工程處南區施工處 / 副處長 / 陳保陵 (Chen, Pao-Ling) 1 台灣電力股份有限公司輸變電工程處南區施工處 / 第六工務段段 / 經理 / 竺文彥 (Chu, Wen-Yen) 2 台灣電力股份有限公司輸變電工程處南區施工處 / 超設組 / 課長 / 薛振興 (Hsueh, Chen-Hsing) 3 台灣世曦工程顧問股份有限公司 / 大地工程部 / 副理 / 張嘉興 (Chang, Chia-Shin) 4 台灣世曦工程顧問股份有限公司 / 管理部 / 協理 / 李魁士 (Li, Kweishr) 5 台灣世曦工程顧問股份有限公司 / 大地工程部 / 計畫經理 / 邱志榮 (Chen, Hsin-Chi) 6 台灣世曦工程顧問股份有限公司 / 大地工程部 / 正工程師 / 陳信吉 (Chiu, Chih-Jung) No.119 July, 2018

2 專導摘要潛盾隧道工程之規劃設計及施工, 除需考量外在可能遭遇之工程環境因素外, 潛盾機本身可能遭遇到之相關風險, 亦為規設單位及承攬廠商研析之主要重點尤其臺灣之地質及水文條件複雜, 因此對採用長距離高速潛盾及地中接合等施工方式, 從規劃設計一直到施工, 隨已滿足各階段的規範要求, 包括調查及設計條件之相關規定, 但仍於施工時面臨不同之工程課題, 故期望本工程經驗可作為類似工程之參考 Abstract Abstract 要 5 7 導摘 Discussion on Underground Connection Techniques and Risks of Shield Tunnels in Special Environments In a shield tunneling construction project, the environmental factors should be concerned at the planning, design and execution stage, as well as the risk of some negative effects on the tunnel boring machines. The safety of the tunnel boring machines is a main topic for engineers who implement the designing and execution work in the project. Due to the variability of geological structure and hydrologic environment in Taiwan, the long-distance high speed shield tunneling method and underground connection technique were adopted in the execution process in this project. From the planning, design to execution stage, the requirements in design rules were entirely met, including the rules of investigations and external conditions. Though the project was well-prepared, we faced a plenty of different problems during execution. Therefore, we decided to preserve these experience, and hope that they will be useful to similar constructions in the future. 3 專題報No.119 July,

專題報壹前言臺灣都會區人口密集地面交通繁忙道路下方管線多新建工程受用地限制沿線施工條件情況下 ( 無法設置潛盾發進及到達之工作井 ), 長距離潛盾工程及地中接合方式, 未來必成為地下輸電線路及捷運運輸等工程採用之趨勢, 而潛盾工程之開挖施工系統必須能充分適應工址現況作業條件, 尤其面對複雜地質及水文條件, 採用開挖施工機具設備及配合之施工作業系統,

3 專題報壹前言臺灣都會區人口密集地面交通繁忙道路下方管線多新建工程受用地限制沿線施工條件情況下 ( 無法設置潛盾發進及到達之工作井 ), 長距離潛盾工程及地中接合方式, 未來必成為地下輸電線路及捷運運輸等工程採用之趨勢, 而潛盾工程之開挖施工系統必須能充分適應工址現況作業條件, 尤其面對複雜地質及水文條件, 採用開挖施工機具設備及配合之施工作業系統, 須能充分相互配合而發揮最佳施工之成效潛盾施工過程為確保所遭遇地層能保持穩定, 於開挖出碴掘進時開挖面能保持平衡狀況因此潛盾機必須事先予以規劃及設計, 包括潛盾機開口切削轉盤之扭力推進千斤頂之推力及衝程出土速度 ( 含螺旋輸送機轉數或泥水輸送速度等 ) 土艙內之土壓或泥水壓等, 以利施工時可平順運轉, 降低可能遭遇之風險, 方能如質如期及如度之完成施工超高壓變電所 ( 高港 E/S 之 #4 直井 ), 全長約 7km, 詳圖 1 所示本工程位於臺灣西部丘陵地之南端, 而由西往東大致可分為平原區之粉土質砂夾粘土為主之地層 ( 自 #2 直井至 #3 直井之間 ); 穿越大坪頂鳳山丘陵地區之地層, 則以泥岩 / 砂岩 / 砂質泥岩為主,N 值均在 50 以上, 泥岩之單壓強度約為 5.9~16kgf/cm 2 ( 自 #3 直井至地中接合點 ); 之後為大寮平原區之地層, 地層複雜以粗砂礫石層為主體, 再夾雜砂岩砂質泥岩及粉土質粘土, 礫石最大粒徑可達 30cm 以上, 且其組成成分除砂岩外, 亦存在變質砂岩及石灰岩等 ( 自地中接合點至 #4 直井 ), 顯示本工程地質條件頗為複雜 ( 詳圖 2), 位於平原區之地下水位約在地表下 2~4m, 丘陵地區之地下水位則在地表下 25~35m 左右貳特殊環境導138 No.119 July, 2018 本計畫潛盾工程沿線所屬小港區及大寮區, 為住宅與工業集中分佈地區, 其中住宅以中密度發展, 工業則以高科技技術密集型與港倉儲工業為主工程起點自南工 P/S(#2 直井 ), 沿東林路北林路, 至高坪二十二路旁之高坪配電所 ( 高坪 D/S 之 #3 直井 ), 再沿大平路新厝路, 穿越新厝橋後, 沿鳳林二路至工程終點之高港圖 1 工程位置圖

專題報圖 2 工程地質剖面圖 BH-C01H BH-C01V 圖 3 跨孔式電阻率影像探測成果圖圖 4 平行震測法震波系列記錄與對應界面解釋圖此外, 大寮區沿線管線密佈, 且本工程須穿越既有新厝橋 (

93m; 新厝橋為雙跨 RC 預力梁橋, 除兩側橋台外於在萊大排水路中央設置一墩, 橋台及墩座基礎均採基樁型式, 基樁長度 ( 不含橋台 ) 長度為 26m, 而為進一步確認基樁長度, 本工程於規劃設計階段,

34±1m, 南側約 36±1m( 依圖示之繞射波推估 ), 詳圖 3 及 4 所示參規劃設計之技術探討一潛盾洞道線形 ( 一 ) 由於用地取得不易, 潛盾洞道除部分位於台電自有土地外,

4 專題報圖 2 工程地質剖面圖 BH-C01H BH-C01V 圖 3 跨孔式電阻率影像探測成果圖圖 4 平行震測法震波系列記錄與對應界面解釋圖此外, 大寮區沿線管線密佈, 且本工程須穿越既有新厝橋 ( 位於新厝路 ) 及高港洞道 ( 位於高港變電所 ), 洞道內徑 5.2m, 外徑 5.93m; 新厝橋為雙跨 RC 預力梁橋, 除兩側橋台外於在萊大排水路中央設置一墩, 橋台及墩座基礎均採基樁型式, 基樁長度 ( 不含橋台 ) 長度為 26m, 而為進一步確認基樁長度, 本工程於規劃設計階段, 分別以跨孔式電阻率剖面探測及平行震測兩種方式進行探測, 結果顯示跨孔式電阻率剖面探測成果, 含鋼筋構件之基樁深度約 32±1m( 依電阻率等值線分佈推估 ); 平行震測法成果顯示北側橋梁基礎深度約 34±1m, 南側約 36±1m( 依圖示之繞射波推估 ), 詳圖 3 及 4 所示參規劃設計之技術探討一潛盾洞道線形 ( 一 ) 由於用地取得不易, 潛盾洞道除部分位於台電自有土地外, 主要係配合既成道路之路型配置, 以施工技術克服, 避免土地購置 ( 二 ) 曲線段採用 R 100m 之方式規劃配置轉彎半徑, 以減少鋼環片之設置, 惟若受限於既成道路之路型, 轉彎半徑亦大於 30m, 以利採短寬度鋼環片導No.119 July, ( 三 ) 潛盾洞道縱面線形規劃時以 5% S 0.2% 方式辦理, 以減少洞道內之積

專題報水, 並利潛盾洞道之施工二潛盾洞道規劃 ( 四 ) 因大坪頂地形起伏較大, 如配合地形配置縱坡, 將提高施工難度, 故以近似水平的方式穿越大坪頂 (

潛盾洞道於高港 E/S 發進後約 50m 遭遇台電自有之高港 ~ 五甲潛盾洞道, 洞道規劃由該潛盾洞道之下方至少 3m 處穿越 ( 詳圖 6)

5 潛盾機採地中接合方式銜接潛盾洞道施工之最大縱坡並無相關限制, 惟參考日本勞動安全衛生規則第 422 條之規定, 考量潛盾隧道施工運送之工作性,

5 專題報水, 並利潛盾洞道之施工二潛盾洞道規劃 ( 四 ) 因大坪頂地形起伏較大, 如配合地形配置縱坡, 將提高施工難度, 故以近似水平的方式穿越大坪頂 ( 五 ) 潛盾洞道於新厝路段遭遇新厝橋, 因兩側用地多為私地, 故僅得由橋墩下方穿越, 洞道規劃由該樁基礎之下方 2m 處穿越 ( 詳圖 5) ( 六 ) 潛盾洞道於高港 E/S 發進後約 50m 遭遇台電自有之高港 ~ 五甲潛盾洞道, 洞道規劃由該潛盾洞道之下方至少 3m 處穿越 ( 詳圖 6) 本工程潛盾洞道採用內徑 5.7m, 詳圖 7 所示洞道施築共採 3 部潛盾機, 分別由 No.3 潛盾機由高坪 D/S 向南工 P/S 發進 No.4 潛盾機由高坪 D/S 向高港 E/S 發進 No.5 潛盾機由高港 E/S 向高坪 D/S 發進沿線除 #2~#4 直井外, 因無適當用地做為潛盾到達之用, 故規劃 No.4 及 No.5 潛盾機採地中接合方式銜接潛盾洞道施工之最大縱坡並無相關限制, 惟參考日本勞動安全衛生規則第 422 條之規定, 考量潛盾隧道施工運送之工作性, 在隧道縱坡超出 5% 以上時, 需輔以必要之特殊輔助設備雖在日本已有 20% 坡度電纜洞道採潛盾機施築完成之案例, 但檢視本工程條件, 採大坡度之潛盾隧道並未能大幅縮減直井深度故規畫潛導140 No.119 July, 2018 圖 5 新厝橋與基礎示意圖及現況圖圖 6 本工程洞道穿越高港五甲洞道下方示意圖及三維數值模擬結果

以機械式潛盾機進行地中銜接, 相關施工風險揭示與要求均已於機關需求書及潛盾施工規範詳列統包商依招標文件之規定, 於施工階段同步進行細部設計, 並針對內外可能遭遇之風險進行詳細之評估,

6 專題報肆施工風險與對策圖 7 潛盾洞道斷面配置示意圖盾隧道之最大縱坡以不大於 4% 作為洞道佈設之評估標準而考慮洞道內之排水, 本工程洞道路線之最小縱坡則採 0.2%( 詳圖 2) 本工程之主要施工風險為地中接合工程, 由於本工程受限於用地交通量大且地下管線密集, 因此以潛盾地中接合方式克服所遭遇之困境, 並在經濟性及不影響周邊環境考量下, 以機械式潛盾機進行地中銜接, 相關施工風險揭示與要求均已於機關需求書及潛盾施工規範詳列統包商依招標文件之規定, 於施工階段同步進行細部設計, 並針對內外可能遭遇之風險進行詳細之評估, 包括地中接合地點之檢討施工流程準備作業之規劃及緊急應變計畫等一地中接合點之地質及測量用觀測孔本工程所規劃地中接合位置為里程 C2+300m 處, 詳圖 8 及 9 所示即位於新厝路斜導No.119 July, 圖 8 地中接合之地質條件

7 專題報圖 9 地中接合點及測量用觀測孔導142 No.119 July, 2018 圖 10 測量觀測孔之施作

8 專題報坡路段上,E3 及 E4 人員出入口之間接近 E3 處, 洞道中心深度距地面約 25m 依據補充地質鑽探報告 BH-11-1 孔可知, 該處地質主要為粉土質黏土夾細砂薄層而為確保地中接合點符合機關需求書之要求, 另布置測量觀測孔, 詳圖 9 及 10 所示二地中接合施工流程圖地中接合施工流程圖為主要施工檢核點之依據, 因此為降低施工風險, 所安排之施工流程必須合理及可行, 詳圖 11 所示本工程 No.4 潛盾機先到達預定地中接合點, 隨即進行接合前準備工作, 包括切刃轉盤退縮螺運機後退中折部及推進千斤頂與環片之固定導No.119 July, 圖 11 地中接合施工流程圖

所示地中接合潛盾機之構造分為貫入側及承接側 ; 貫入側於停止位置切刃刀盤正面 ( 詳圖 13), No.

9 專題報完成上述作業後, 開始進行 No.4 潛盾機第一次解體作業, 其後即進行水平鑽探機具之安裝地中接合之施作中, 潛盾機相對位置之掌握極為重要, 因此接合作業中, 引進水平鑽探機, 於 2 台潛盾機距離達 10m 時, 自潛盾機內進行水平鑽探, 以確認 2 台潛盾機之相對位置, 以利 No.5 潛盾機到達前, 可於鑽掘過程中修正潛盾機之位置, 並確保地中接合之安全三機械式地中接合本工程採用之機械式地中接合方式, 配合地質及施工條件, 採用改良式 DKT 工法, 主要目的為達到最佳化之施工, 詳圖 12 所示地中接合潛盾機之構造分為貫入側及承接側 ; 貫入側於停止位置切刃刀盤正面 ( 詳圖 13), No.4 潛盾機移動式遮簷係由 6 處千斤頂操作延伸, 每處皆有 1 個油壓千斤頂負責推移, 並可同時推進或可個別調整推進, 以利調整遮簷伸長量保持均等長度惟推出遮簷時, 須先將切刃刀盤軸梁位置調整於兩處加勁部之間, 才不至於發生碰撞因此須先調整刀頭至 0 度位置, 詳圖 14 此時切刃刀頭調整後之容許誤差在 ±4 度以內承接側於停止位置切刃刀盤正面 ( 詳圖 16),No.5 潛盾機接續之容許誤差為 ±30mm以內, 因此於掘進時需針對潛盾機方位角及坡度進行修正 ( 詳圖 17), 且切刃刀盤可完全縮入 ( 詳圖 18), 俾便精準地與 No.4 潛盾機進行地中接合圖 12 機械式地中接合改良式 DKT 工法導144 No.119 July, 2018 圖 13 No.4 潛盾機地中接合貫入側及切刃刀盤正面

10 專題報圖 14 調整切刃刀盤停止位置示意圖圖 15 遮簷伸展狀況 ( 完全推出時 ) 圖 16 No.5 潛盾機地中接合承接側及切刃刀盤正面導No.119 July, 圖 17 調整切刃刀盤停止位置示意圖圖 18 伸縮輪幅完全縮入

11 專題報四機械式地中接合步驟 No.4 潛盾機與 No.5 潛盾機之地中接合作業流程如下 : 本工程於灌漿 ( 或冰凍 ) 完成後, 原則上係以螺運機進行土艙內排土, 惟無法以螺運機排土時, 在維持通風之狀態下, 由 5 號機上之人孔進出採人力排土另需注意, 採用冰凍工法時, 步驟一 No.4 潛盾機之移動式遮簷往前推出 (700mm 1940mm) 步驟二 No.4 潛盾機移動式遮簷完全推出 (1940mm 2040mm) 步驟三由 No.5 潛盾機進行止水灌漿先 ( 外管 ) 後 ( 內管 ) 步驟四當灌漿無法完全止水時, 採用簡易冰凍工法並進行止水確認導146 No.119 July, 2018 步驟五簡易冰凍工法步驟六機械接合處及移動式遮簷之止水與焊接固定用鐵板

專題報為避免液態氮從配管外漏之可能性, 應以攜帶式氣體偵測器進行偵測排土後依序焊接止水及固定鐵板, 本作業結束後, 分別進行 No.5 潛盾機之解體及 No.

石英礫石及岩層等 ) 長距離在掘進後, 造成潛盾機殼磨損, 未能完全伸出抵達 5 號機盾殼 ( 約距離 4 號機 75cm), 且冷凍管亦磨耗破損, 因此採用地面雙環塞 ( 馬歇管 ) 灌漿方式, 確認止水後, 由上方隧道斷面開始進行排土, 再以 CT 型鋼進行

5 潛盾機之接合與固定 ( 詳圖 22), 待 CT 型鋼固定後, 再以 PU 進行背面 ( 地層側 ) 填充灌漿, 完成地中接合之作業圖 19 移動式遮簷與伸縮輪輻相牴觸圖 20 潛盾機接合之角度不佳伍結語地中接合已成為潛盾工程之發展趨勢,

12 專題報為避免液態氮從配管外漏之可能性, 應以攜帶式氣體偵測器進行偵測排土後依序焊接止水及固定鐵板, 本作業結束後, 分別進行 No.5 潛盾機之解體及 No.4 潛盾機之二次解體作業五機械式地中接合可之風險及處理方式移動式遮簷與伸縮輪輻相牴觸 ( 詳圖 19) 潛盾機接合之角度不佳 ( 詳圖 20) 潛盾機之相對位置偏差太大 ( 詳圖 21), 惟本工程所遭遇到的問題, 為在複合地層 ( 包括土層石英礫石及岩層等 ) 長距離在掘進後, 造成潛盾機殼磨損, 未能完全伸出抵達 5 號機盾殼 ( 約距離 4 號機 75cm), 且冷凍管亦磨耗破損, 因此採用地面雙環塞 ( 馬歇管 ) 灌漿方式, 確認止水後, 由上方隧道斷面開始進行排土, 再以 CT 型鋼進行 No.4 潛盾機遮簷與 No.5 潛盾機之接合與固定 ( 詳圖 22), 待 CT 型鋼固定後, 再以 PU 進行背面 ( 地層側 ) 填充灌漿, 完成地中接合之作業圖 19 移動式遮簷與伸縮輪輻相牴觸圖 20 潛盾機接合之角度不佳伍結語地中接合已成為潛盾工程之發展趨勢, 尤其在施工環境受限的情況下, 諸如設置工作井位置不易取得洞道長度愈來愈長工期因需求需縮短等, 均適合採用地中接合本工程為國內首次採用地中接合進行施工完成案例, 且潛盾工程為地下工程中風險相對高之工程, 地底下之條件多變, 無法於基設階段所進行之調查, 完全掌握狀況, 雖於招標規定要求統包商需進行補充調查, 但仍難免存在無法預期之條件發生其中地中障礙物劇烈變化地層及地下水之變化, 諸如大卵石複雜的複合地層等, 均為非可預期之情形圖 21 潛盾機之相對位置偏差太大導No.119 July, 施工上必須隨時檢討及採取有效對策, 來因應及處理現場所遭遇之狀況, 方能有效克服圖 22 CT 型鋼固定示意圖

專題報所遭遇之問題, 當然規劃監造細設及施工單位更應密集合作, 當問題產生時應於第一時間召開會議, 進行問題檢討及應採取之處理對策, 儘量縮短問題處理之時間, 如此工程才能順利進行參考文獻 1. 台灣世曦工程顧問股份有限公司, 大林 ~ 高港 345kV 電纜線路工程基本設計報告, (2012) 2.

中華民國隧道協會, 潛盾隧設計與施工準則與解說,(2009) 8. 台灣世曦工程顧問股份有限公司, 大林 ~ 高港 345kV 電纜線路第一工區潛盾洞道暨大林南工冷卻機房統包工程, 補充施工說明書細則第 02427 章預鑄隧道環片, (2013) 9.

13 專題報所遭遇之問題, 當然規劃監造細設及施工單位更應密集合作, 當問題產生時應於第一時間召開會議, 進行問題檢討及應採取之處理對策, 儘量縮短問題處理之時間, 如此工程才能順利進行參考文獻 1. 台灣世曦工程顧問股份有限公司, 大林 ~ 高港 345kV 電纜線路工程基本設計報告, (2012) 2. 春原營造股份有限公司萬鼎工程服務股份有限公司, 大林 ~ 高港 345kV 電纜線路第一工區潛盾洞道暨大林南工冷卻機房統包工程服務建議書,(2013) 3. 日商鹿島營造股份有限公司, 大林 ~ 高港 345kV 電纜線路第二工區潛盾洞道暨高港冷卻機房統包工程服務建議書,(2013) 4. 中華民國隧道協會, 軟土潛盾隧道工程設計與實例手冊,(2004) 5. 中華民國隧道協會, 潛盾隧設計與施工準則與解說,(2009) 8. 台灣世曦工程顧問股份有限公司, 大林 ~ 高港 345kV 電纜線路第一工區潛盾洞道暨大林南工冷卻機房統包工程, 補充施工說明書細則第章預鑄隧道環片, (2013) 9. 台灣世曦工程顧問股份有限公司, 大林 ~ 高港 345kV 電纜線路第二工區潛盾洞道暨高港冷卻機房統包工程, 補充施工說明書細則第章預鑄隧道環片,(2013) 10. 台灣世曦工程顧問股份有限公司, 大林 ~ 高港 345kV 電纜線路第一工區潛盾洞道暨大林南工冷卻機房統包工程, 基本設計圖,(2013) 11. 台灣世曦工程顧問股份有限公司, 大林 ~ 高港 345kV 電纜線路第二工區潛盾洞道暨高港冷卻機房統包工程, 基本設計圖, (2013) 12. 朱旭李魁士何泰源石原金洋, 潛盾隧道新技術之發展與應用, 中華技術第 77 期,(2008) 導148 No.119 July, 預鑄混凝土環片快速接頭簡介, 日本預鑄混凝土環片工業會,(2011) 7. 潛盾洞道環片裂縫檢討報告書, 日商鹿島營造股份有限公司,(2014)

14 專題報導No.119 July,

第一章　　緒論

第一章　　緒論 8.doc 9483 175-203 中共地方政府較大的市建制與地位之探討摘要關鍵詞 : 較大的市設區的市行政區劃地級市地方政府地方立法 175 壹前言 1 2 貳較大的市設置的背景與意義 1949 10 176 1950 1954 9 20 53 1955 6 9 20 1959 9 17 9 3 1978 177 33 4 5 6 80 7 1976 1979 7 1 20