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1 工 程 實 務 半 固 態 瀝 青 膠 泥 之 黏 度 試 驗 特 性 吳 武 雄 陳 裕 新 再 生 石 膠 泥 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 配 合 設 計 概 述 及 其 CNLA 認 證 作 業 廖 學 水 陳 裕 新 中 鋼 轉 爐 石 使 用 於 鋪 面 結 構 研 究 之 初 期 成 效 探 討 房 性 中 台 灣 地 區 鋪 面 工 程 之 現 況 問 題 探 討 與 展 望 廖 學 水 房 性 中 美 國 NIH 實 驗 室 設 計 說 明 林 金 波 彭 貴 釗 洪 至 讀 都 市 計 畫 公 共 設 施 用 地 多 目 標 使 用 之 申 辦 - 以 台 中 車 站 站 區 空 間 多 目 陳 國 光 林 宏 儒 標 使 用 為 例 國 立 大 學 學 生 宿 舍 BOT 首 例 - 中 正 大 學 第 三 期 學 生 宿 舍 民 間 參 與 興 林 芳 清 羅 文 貞 建 經 營 招 商 案 地 方 政 府 社 會 福 利 設 施 委 外 經 營 案 例 桃 園 縣 婦 女 館 民 間 參 與 營 運 招 蕭 孟 玫 商 案 高 雄 捷 運 消 防 水 系 統 設 計 共 用 泵 浦 組 之 探 討 以 O 10 車 站 為 例 鄭 紹 材 林 文 華 洪 氾 區 劃 設 圖 資 需 求 與 精 度 分 析 之 研 究 張 哲 豪 謝 奇 峰 利 用 CHAMP GPS 資 料 決 定 衛 星 軌 道 及 地 球 重 力 模 型 黃 金 維 許 淑 珍 潛 盾 隧 道 工 法 常 見 問 答 集 -6 隧 道 施 工 之 建 物 保 護 陳 福 勝 李 魁 士 林 摩 西 鋪 面 平 坦 度 檢 測 標 準 之 探 討 周 家 蓓 李 怡 萱 冰 凍 工 法 之 設 計 與 施 工 ( 上 ) 陳 福 勝 何 泰 源

2 摘 要 瀝 青 膠 泥 應 用 於 工 程 範 疇 上 作 為 瀝 青 混 合 料 的 黏 結 材 料, 迄 今 已 歷 時 數 千 年, 最 早 可 追 溯 至 公 元 前 3800 年 的 美 索 不 達 米 亞 (Mesopotamia) 第 一 次 利 用 天 然 瀝 青 的 膠 結 特 性 作 為 建 築 石 料 的 黏 結 材 料, 其 間 多 以 天 然 瀝 青 為 主, 直 到 1900 年 以 後, 由 於 石 油 煉 油 技 術 的 逐 漸 成 熟 並 高 度 發 展, 石 油 瀝 青 便 大 量 的 使 用 於 鋪 面 材 料 上 瀝 青 膠 泥 的 種 類 繁 多, 黏 度 係 現 階 段 國 際 上 用 以 作 為 瀝 青 膠 泥 等 級 分 類 的 主 要 標 準 單 位 之 一, 舉 凡 天 然 瀝 青 石 油 瀝 青 與 近 年 來 為 因 應 道 路 鋪 面 功 能 性 質 需 求 而 研 發 產 製 的 改 質 瀝 青, 以 及 美 國 聯 邦 公 路 局 (FHWA) 費 時 數 年 發 展 之 超 級 鋪 面 (Superpave), 其 所 採 用 瀝 青 分 類 等 級 P-G Grade 等, 基 本 上 皆 是 以 黏 度 為 分 類 基 準, 不 同 的 黏 度 代 表 不 同 等 級 的 瀝 青 膠 泥, 在 工 程 實 務 應 用 上, 其 黏 度 及 溫 度 的 關 係 與 瀝 青 膠 泥 的 各 項 工 作 性 質 指 標 息 息 相 關, 深 切 影 響 瀝 青 與 瀝 青 混 合 料 在 設 計 生 產 施 工 及 品 質 管 制 的 各 項 作 為 壹 前 言 瀝 青 膠 泥 為 黏 彈 性 材 料, 同 時 具 有 黏 滯 性 與 彈 性 的 雙 重 特 徵, 在 高 溫 狀 態 下, 瀝 青 膠 泥 的 行 為 幾 乎 為 一 黏 滯 性 的 流 體, 呈 現 如 機 油 一 般 ; 在 低 溫 時, 則 仿 若 固 體, 於 彈 性 範 圍 內 施 加 減 荷 重 會 恢

3 復 原 來 的 形 狀 瀝 青 膠 泥 的 黏 度 除 作 為 等 級 分 類 的 基 準 外, 亦 決 定 瀝 青 混 合 料 在 生 產 拌 和 鋪 築 與 滾 壓 的 作 業 條 件, 黏 度 大 者, 需 要 較 高 的 溫 度 以 維 持 工 作 性, 反 之, 則 溫 度 需 求 較 低 瀝 青 膠 泥 的 黏 度 種 類 包 含 黏 度 動 黏 度 視 黏 度 度 等, 以 前 二 者 較 常 使 用 於 工 程 實 務 上, 其 定 義 及 單 位 如 下 : 一 黏 度 : 係 指 流 體 對 變 形 或 內 摩 擦 力 的 阻 抗, 以 剪 應 力 對 剪 應 變 速 率 的 比 值 表 示 之, 單 位 為 dyne.s/cm 2, 即 poise; 國 際 單 位 SI 制 為 Pa.s, 單 位 為 N.s/m 2, 相 等 於 10 poise 或 1000 cp 二 動 黏 度 : 係 指 流 體 黏 度 與 密 度 的 比 值, 為 測 定 流 體 在 重 力 狀 態 下 流 動 之 阻 抗 力, 單 位 為 cm 2 /s, 即 st; 國 際 單 位 SI 制 為 m 2 /s, 實 際 應 用 以 mm 2 /s 較 普 遍, 即 cst,1cst=10-2 st 以 往 求 取 此 二 種 瀝 青 膠 泥 黏 度 所 採 用 的 試 驗 方 法, 主 要 是 依 據 ASTM D2170 與 ASTM D2171, AASHTO T201 與 T202 等 試 驗 法, 乃 使 用 包 含 Connon-Manning,Asphalt Institute,Modified Koppers, Connon-Fenske,Zeitfuchs Cross-Arm,Lantz-Zeitfuchs 等 不 同 型 式 的 毛 細 管, 以 定 壓 真 空 抽 氣 及 重 力 流 動 的 方 式 測 定 瀝 青 膠 泥 在 不 同 溫 度 的 黏 度 或 動 黏 度, 諸 多 關 於 瀝 青 工 程 的 書 籍 或 工 程 規 範, 皆 是 引 用 此 等 試 驗 法 以 求 取 黏 度, 惟 此 等 試 驗 法 在 試 驗 過 程 中 要 求 的 溫 控 精 度 條 件 為 試 驗 溫 度 ±0.03, 溫 控 條 件 極 為 嚴 苛, 一 般 的 儀 器 設 備 甚 難 符 合, 加 以 毛 細 管 管 徑 細 小, 通 過 管 徑 的 樣 品 量 會 因 瀝 青 膠 泥 種 類 而 使 代 表 性 產 生 差 異, 其 試 驗 為 固 定 速 率 性 質, 並 不 適 合 且 不 利 於 黏 度 與 剪 應 變 率 相 關 的 改 質 瀝 青 之 黏 度 量 測, 再 則, 毛 細 管 乃 玻 璃 材 質 易 碎 且 單 支 價 格 不 斐, 於 試 驗 完 成 後 清 洗 不 易 等 因 素, 因 而 國 內 目 前 應 用 此 等 方 法 進 行 瀝 青 黏 度 試 驗 的 試 驗 單 位 仍 屬 少 數 黏 度 既 是 指 流 體 對 變 形 或 內 摩 擦 力 的 阻 抗, 以 剪 應 力 對 剪 應 變 速 率 的 比 值 表 示 之, 且 顧 及 改 質 瀝 青 材 料 的 發 展 日 新 月 異, 再 生 瀝 青 混 合 料 (Reclaimed Asphalt Pavement,RAP) 之 萃 取 瀝 青 (Extracted Asphalt) 的 應 用, 使 剪 應 變 率 對 黏 度 正 確 性 的 影 響 已 達 不 可 忽 視 的 程 度, 現 階 段 包 含 瀝 青 工 程 書 籍 或 工 程 規 範 已 漸 次 轉 而 採 用 美 國 Brookfield 旋 轉 黏 度 儀 以 旋 轉 方 式 求 取 瀝 青 黏 度, 相 關 的 試 驗 法 主 要 為 ASTM D4402 及 CNS 14186, 本 儀 器 因 具 備 可 調 整 的 轉 速, 能 因 應 不 同 特 質 的 瀝 青 膠 泥 在 剪 應 變 率 的 影 響, 黏 度 高 低 者 皆 可 適 用 本 文 亦 將 以 試 驗 法 為 試 驗 基 準, 探 討 瀝 青 膠 泥 的 黏 度 試 驗 特 性 貳 瀝 青 膠 泥 黏 度 特 性 瀝 青 膠 泥 為 溫 感 性 材 料, 包 含 黏 度 在 內 的 各 種 性 質 皆 與 溫 度 狀 態 相 關, 當 瀝 青 膠 泥 加 熱 至 高 溫 狀 態 時 會 產 生 流 體 行 為, 按 流 體 中 牛 頓 流 體 與 非 牛 頓 流 體 及 其 相 關 的 定 義 : 一 牛 頓 流 體 (Newtonian Liquid): 流 體 受 到 剪 力 時, 不 同 的 剪 應 力 或 剪 應 變 率 作 用 下, 具 有 相 同 的 黏 度 者, 即 剪 應 變 速 率 與 剪 應 力 具 有 固 定 比 例 關 係 之 流 體 稱 為 牛 頓 流 體

4 二 非 牛 頓 流 體 (Non-Newtonian Liquid): 流 體 受 到 剪 力 時, 不 同 的 剪 應 力 或 剪 應 變 率 作 用 下, 具 有 不 同 的 黏 度 者, 即 剪 應 變 速 率 與 剪 應 力 不 成 固 定 比 例 關 係 之 流 體 稱 為 非 牛 頓 流 體 三 剪 應 變 速 率 (ShearRate,SR): 流 體 中 間 層 相 對 於 其 它 層 的 速 率, 量 測 表 示 單 位 為 1/ 秒 ( 即 sec -1 ) 四 剪 應 力 (Shear Stress,SS): 剪 力 運 動 時 單 位 面 積 所 產 生 的 阻 抗 力, 國 際 單 位 SI 制 為 Pascal,cgs 單 位 為 dynes/cm 2 一 般 的 石 油 瀝 青 膠 泥 在 60 時 的 狀 態 已 接 近 牛 頓 流 體, 但 仍 會 展 現 出 非 牛 頓 流 體 的 行 為, 其 黏 度 仍 受 到 試 驗 過 程 之 剪 應 變 率 的 影 響, 同 一 瀝 青 樣 品 在 某 特 定 溫 度 下 量 測 黏 度 值 時 若 施 以 不 同 的 剪 應 變 率, 會 得 到 不 同 結 果 的 黏 度 值, 當 瀝 青 膠 泥 黏 度 愈 高, 或 如 改 質 瀝 青 等 材 料 相 位 不 同 的 瀝 青, 剪 應 變 率 的 影 響 愈 明 顯, 反 之, 當 瀝 青 黏 度 較 低, 如 一 般 的 石 油 瀝 青 AC-10 AC-20 等, 剪 應 變 率 的 影 響 則 較 輕 微 以 旋 轉 黏 度 儀 試 驗 分 析 說 明, 將 剪 應 力 (SS) 及 剪 應 變 率 (SR) 取 對 數 (log), 分 別 為 Y 軸 及 X 軸, 線 性 迴 歸 出 試 驗 結 果 的 直 線 關 係 : logss = C logsr + K ( 式 2.1) 式 中 之 C 值 稱 為 流 體 指 數 (Flow Index), 當 C 值 等 於 1.0 時, 表 示 流 體 為 牛 頓 流 體 ; 若 C 值 小 於 1.0, 表 示 流 體 為 假 塑 性 流 體 (Pseudoplastic); 若 C 質 大 於 1.0, 表 示 流 體 為 膨 脹 性 流 體 (Dilatant), 對 60 狀 態 的 一 般 的 石 油 瀝 青 膠 泥 而 言, 大 部 分 仍 界 於 假 塑 性 流 體 與 牛 頓 流 體, 其 C 值 約 界 於 0.8 至 1.0 間 而 改 質 瀝 青 或 某 些 特 殊 的 瀝 青 材 料, 則 可 能 為 假 塑 性 流 體, 亦 可 能 為 膨 脹 性 流 體, 需 視 其 產 製 時 的 添 加 物 為 何 K 為 截 距, 為 logsr 等 於 0 時 對 應 之 logss, 亦 即 SR = 1.0 對 應 的 logss, 黏 度 值 即 為 10K, 由 此 關 係 可 知 黏 度 值 的 量 測 是 要 排 除 剪 應 變 率 的 影 響, 於 測 試 過 程 中, 若 能 採 用 固 定 的 剪 應 變 率 或 藉 某 些 量 測 手 段 使 剪 應 變 率 成 為 一 定 值 或 近 似 定 值, 則 可 排 除 或 將 剪 應 變 率 影 響 降 至 最 小 得 到 正 確 的 黏 度 值 國 內 現 行 使 用 的 瀝 青 膠 泥, 包 含 道 路 與 機 場 鋪 面, 在 石 油 瀝 青 方 面 主 要 為 AC-10 AC-20 AC-30 AR-4000 AR-8000 等, 黏 度 值 界 於 1,000~8,000 poises, 在 改 質 瀝 青 方 面 則 以 CNS 之 聚 合 物 改 質 瀝 青 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 型 為 主, 黏 度 值 約 在 4,500~20,000 poises, 近 年 來 部 分 專 業 廠 商 汲 取 日 本 技 術 與 經 驗 發 展 出 更 高 黏 度 的 改 質 瀝 青 ( 約 可 達 200,000 poises 以 上 ), 惟 並 未 大 量 使 用 於 道 路 鋪 面 石 油 瀝 青 與 改 質 瀝 青 在 黏 度 性 質 上 展 現 不 同 的 特 質, 如 前 述, 黏 度 愈 高 者, 受 剪 應 變 率 的 影 響 也 愈 大, 且 當 黏 度 值 使 用 目 的 不 同 時, 欲 排 除 剪 應 變 率 影 響 所 採 取 的 量 測 手 段 亦 有 差 異, 因 此, 量 測 這 些 不 同 瀝 青 膠 泥 的 黏 度 值, 除 需 視 其 黏 度 規 格 及 樣 品 產 製 特 性 外, 黏 度 值 的 使 用 目 的 亦 是 決 定 量 測 手 段 的 共 同 因 素

5 參 Brookfield 旋 轉 黏 度 儀 簡 介 Brookfield 旋 轉 黏 度 儀 是 配 合 加 熱 控 制 系 統 將 瀝 青 膠 泥 樣 品 控 溫 至 所 需 的 試 驗 溫 度 範 圍 內, 以 轉 子 (Geometry 或 Spindle) 浸 入 特 定 試 管 容 器 內 的 瀝 青 膠 泥 樣 品 中, 藉 旋 轉 對 瀝 青 膠 泥 產 生 一 剪 應 變 率, 此 旋 轉 產 生 的 阻 抗 經 由 扭 力 (Torque) 換 算 成 剪 應 力, 再 計 算 出 該 轉 速 下 的 黏 度 值 在 有 效 扭 力 值 區 間 的 條 件 下, 藉 由 調 整 轉 子 轉 速 (rpm), 能 產 生 不 同 的 剪 應 變 率 及 對 應 的 剪 應 力, 對 於 不 同 的 瀝 青 膠 泥, 可 搭 配 施 以 不 同 的 量 測 手 段, 達 到 量 測 目 的 國 內 已 有 多 數 試 驗 單 位 使 用 本 儀 器 進 行 瀝 青 黏 度 試 驗, 尤 以 改 質 瀝 青 的 量 測 為 甚, 現 階 段 為 配 合 資 源 回 收 再 利 用 而 全 力 推 廣 的 再 生 瀝 青 混 凝 土, 其 RAP 萃 取 瀝 青 的 黏 度 與 混 合 後 瀝 青 的 黏 度 目 標 值, 皆 指 定 採 用 本 儀 器 依 ASTM D4402 或 CNS 試 驗 法 進 行 試 驗, 做 為 工 程 品 管 的 依 據, 致 瀝 青 相 關 廠 商 與 試 驗 單 位 均 紛 紛 購 置, 普 及 度 日 漸 提 高 Brookfield 旋 轉 黏 度 儀 常 用 的 轉 子 型 號 主 要 為 SC-18 至 SC-31, 每 一 個 轉 子 的 黏 度 量 測 範 圍 與 旋 轉 黏 度 儀 的 型 號 相 關, 目 前 的 量 測 範 圍 已 可 達 250,000 poises 以 上 較 之 前 述 採 用 毛 細 管 的 黏 度 試 驗, 基 本 上 具 有 下 列 優 點 : 一 儀 器 之 操 作 方 便 容 易 二 溫 度 控 制 僅 需 試 驗 溫 度 ±1.0, 一 般 的 加 熱 控 制 條 件 均 可 達 到 三 校 正 查 驗 作 業 與 試 驗 程 序 相 同, 易 於 進 行 四 剪 應 變 率 可 視 瀝 青 膠 泥 種 類 調 整, 以 契 合 材 料 特 性 五 使 用 的 樣 品 量 較 多, 結 果 較 具 代 表 性 六 試 驗 完 成 後 較 易 於 清 洗 善 後 肆 黏 度 試 驗 要 件 瀝 青 膠 泥 黏 度 試 驗 要 件 包 含 樣 品 處 理, 不 同 樣 品 特 性 與 試 驗 目 的 之 試 驗 操 作 等, 茲 予 分 述 如 下 : 一 樣 品 處 理 瀝 青 膠 泥 為 溫 感 性 材 料, 當 與 空 氣 接 觸 後, 空 氣 中 的 氧 就 和 瀝 青 膠 泥 產 生 氧 化 作 用, 其 內 含 成 份 由 飽 和 成 份 芳 香 族 樹 脂 類 漸 次 轉 化 為 較 脆 硬 的 瀝 青 精, 且 降 低 各 成 份 的 相 容 性, 尤 其 在 高 溫 狀 態 下 的 老 化 作 用 至 為 明 顯, 當 溫 度 超 過 200 (93.3 ), 每 提 高 25 (13.9 ) 老 化 速 率 便 增 為 約 2 倍, 因 此 300 (148.9 ) 狀 態 下 之 老 化 速 率 為 275 (135 ) 的 2 倍 ;325 (162.8 ) 狀 態 下 之 老 化 速 率 為 275 (135 ) 的 4 倍 基 於 此, 瀝 青 膠 泥 的 加 熱 處 理 除 應 避 免 產 生 局 部 過 熱 的 情 況 外, 在 加 熱 時 間 與 加 熱 溫 度 均 須 予 以 適 當 的 限 制, 防 止 在 樣 品 處 理 過 程 中 過 度 老 化, 損 及 樣 品 的 代 表 性 ( 一 ) 樣 品 加 熱 過 程 應 時 時 攪 拌 樣 品, 且 加 熱 至 樣 品 能 達 到 流 體 狀 態 順 利 倒 入 試 樣 容 器 即

6 可, 加 熱 時 間 應 控 制 在 60 分 鐘 以 內 完 成 ( 二 ) 加 熱 溫 度 不 得 大 於 樣 品 預 期 軟 化 點 溫 度 +90 以 國 內 使 用 的 石 油 瀝 青 而 言, 軟 化 點 約 為 40~50, 加 熱 溫 度 須 以 130~140 為 限 ; 而 改 質 瀝 青 因 種 類 繁 多 且 與 改 質 的 方 式 有 關, 加 熱 溫 度 自 140~240 皆 有 之, 仍 應 依 其 種 類 訂 定 ( 三 ) 若 改 質 瀝 青 係 屬 於 以 添 加 物 進 行 瀝 青 性 質 改 質 者, 於 加 熱 攪 拌 倒 取 試 樣 時, 尚 應 注 意 不 可 產 生 添 加 物 與 瀝 青 材 料 相 位 分 離 的 情 形, 導 致 樣 品 處 理 不 具 代 表 性 二 試 驗 操 作 黏 度 值 既 受 到 剪 應 變 率 影 響, 在 量 測 過 程 中 即 應 設 法 將 此 影 響 程 度 去 除 或 降 低 至 最 小, 按 美 國 策 略 性 公 路 研 究 計 畫 (Strategic Highway Research Program,SHRP) 之 研 究 報 告 SHRP-A-369 與 SHRP-A-370 研 究 結 果 顯 示, 當 轉 子 轉 速 所 產 生 的 扭 力 值 位 於 有 效 扭 力 值 區 間 內 且 接 近 有 效 扭 力 值 區 間 之 上 限 時, 剪 應 變 率 的 變 化 較 近 似 於 定 值, 對 黏 度 測 試 結 果 的 影 響 最 小, 因 此, 在 試 驗 操 作 方 面, 配 合 瀝 青 膠 泥 樣 品 的 特 性 試 驗 目 的, 選 擇 適 合 的 黏 度 範 圍 的 轉 子 控 制 並 施 以 轉 速 條 件, 即 能 將 剪 應 變 率 的 影 響 藉 量 測 手 段 去 除 或 降 低 至 最 小 ( 一 ) 試 驗 目 的 僅 為 求 取 某 一 特 定 溫 度 的 黏 度 值 1. 在 轉 子 的 選 擇 及 轉 速 的 設 定 上, 應 使 測 試 過 程 產 生 的 扭 力 值 儘 量 趨 近 有 效 扭 力 區 間 的 上 限 ; 同 一 個 型 號 的 轉 子, 若 採 用 較 高 的 轉 速 所 產 生 的 扭 力 值 仍 未 超 過 規 定 上 限 時, 則 應 以 較 高 轉 速 進 行 測 試 2. 扭 力 值 低 於 有 效 扭 力 值 區 間 時, 可 嘗 試 提 高 轉 速 ; 若 仍 無 法 明 顯 提 昇 扭 力 值, 表 示 選 用 的 轉 子 型 號 的 黏 度 適 用 範 圍 過 高, 應 改 用 黏 度 適 用 範 圍 較 低 的 轉 子 型 號 反 之 亦 然 ( 二 ) 試 驗 目 的 係 為 求 取 瀝 青 膠 泥 的 拌 和 與 夯 壓 溫 度 瀝 青 膠 泥 的 拌 和 溫 度 與 夯 壓 溫 度 定 義 為 當 瀝 青 膠 泥 的 動 黏 度 分 別 等 於 170±20cst 與 280±30cst 時 的 溫 度 條 件, 於 諸 多 文 獻 或 規 範 ( 如 美 國 瀝 青 學 會 之 AI MS-2 及 ASTM D2493 等 ) 皆 採 黏 度 - 溫 度 的 半 對 數 圖 以 繪 製 黏 度 - 溫 度 關 係 線, 求 取 拌 和 與 夯 壓 溫 度, 惟 不 同 的 瀝 青 膠 泥 在 測 試 其 黏 度 值 時, 需 要 有 不 同 的 量 測 手 段 1. 瀝 青 膠 泥 為 石 油 瀝 青 石 油 瀝 青 的 材 質 條 件 較 改 質 瀝 青 單 純, 要 降 低 剪 應 變 率 對 黏 度 值 的 影 響 較 為 容 易, 當 轉 速 提 高 使 產 生 的 扭 力 值 接 近 有 效 扭 力 值 區 間 時, 其 黏 度 值 趨 於 穩 定 的 情 形 較 改 質 瀝 青 明 顯 且 穩 定 ( 例 如 圖 4.1), 因 此 可 選 定 數 個 特 定 溫 度, 按 前 述 ( 一 ) 方 式 分 別 求 取 其 黏 度 值, 再 繪 製 黏 度 - 溫 度 的 半 對 數 圖 繪 製 黏 度 - 溫 度 關 係 線, 求 取 拌 和 與 夯 壓 溫 度 ( 例 如 圖 4.2)

7 圖 1 石 油 瀝 青 黏 度 與 轉 速 關 係 ( 例 ) 圖 2 黏 度 - 溫 度 關 係 求 取 拌 和 與 夯 壓 溫 度 ( 例 ) 2. 瀝 青 膠 泥 為 改 質 瀝 青 改 質 瀝 青 因 材 質 因 素, 其 黏 度 受 剪 應 變 率 的 影 響 較 為 顯 著, 因 此 在 求 取 其 黏 度 值 時, 需 採 用 不 同 於 石 油 瀝 青 的 量 測 手 段, 降 低 剪 應 變 率 的 影 響, 獲 致 的 黏 度 值 方 得 以 用 於 繪 製 黏 度 - 溫 度 關 係 線, 求 取 拌 和 與 夯 壓 溫 度 以 下 以 文 及 圖 例 方 式 說 明 採 用 之 量 測 手 段 : (1) 視 改 質 瀝 青 黏 度 值 高 低 的 特 性, 設 定 一 起 始 的 試 驗 溫 度 ( 例 如 圖 4.3 之 Ⅰ ), 先 以 較 低 的 轉 速 直 接 測 定 並 記 錄 其 產 生 的 黏 度 值 與 對 應 的 剪 應 變 率, 而 後 約 以 5~20 rpm 的 轉 速 增 量, 分 別 續 量 測 4~5 次 黏 度 值 與 剪 應 變 率 的 對 應 關 係 (2) 繪 製 此 溫 度 狀 態 下 的 黏 度 值 與 剪 應 變 率 之 半 對 數 關 係 曲 線 (3) 再 以 15~20 的 溫 度 增 量, 設 定 二 個 不 同 的 試 驗 溫 度 ( 例 如 圖 4.3 之 Ⅱ 及 Ⅲ ), 依 前 述 (1) 求 取 並 繪 製 此 二 溫 度 狀 態 下 的 黏 度 值 與 剪 應 變 率 之 半 對 數 關 係 曲 線

8 圖 3 黏 度 與 剪 應 變 率 關 係 ( 例 ) (4) 於 黏 度 值 與 剪 應 變 率 關 係 曲 線 較 為 平 緩 處 繪 製 一 直 線, 與 三 個 關 係 曲 線 相 交 ( 例 如 圖 4.4 之 A B C), 意 即 在 扭 力 值 較 大 較 穩 定 的 情 形 下 採 固 定 剪 應 變 率 圖 4 選 定 固 定 剪 應 變 速 率 ( 例 ) (5) 於 繪 製 此 相 交 三 點 之 黏 度 值 與 溫 度 的 半 對 數 關 係 線 ( 例 如 圖 4.5), 求 取 拌 和 及 夯 壓 溫 度 3. 旋 轉 黏 度 儀 測 得 並 顯 示 的 黏 度 值 單 位 為 cp 或 poise, 而 求 取 拌 和 及 夯 壓 溫 度 時 應 用 的 黏 度 - 溫 度 半 對 數 圖 之 黏 度 的 單 位 是 動 黏 度 cst, 因 此 應 用 上 必 須 先 予 以 單 位 轉 換

9 圖 5 繪 製 黏 度 - 溫 度 關 係 求 取 拌 和 與 夯 壓 溫 度 ( 例 ) Tx 之 動 黏 度 (cst) = Tx 之 黏 度 (poises) [ (Tx - 25)] Gb ( 25 ) 100 ( 式 4.1) 式 中 Tx = 試 驗 溫 度 ( ) = 瀝 青 膠 泥 之 體 積 膨 脹 係 數 (/ ) Gb ( 25 ) = 瀝 青 膠 泥 於 25 時 的 比 重 值 伍 注 意 事 項 與 結 論 一 嚴 格 而 言, 瀝 青 膠 泥 仍 屬 於 非 牛 頓 流 體 範 疇, 黏 度 值 並 非 其 絕 對 的 性 質, 但 可 以 反 應 此 流 體 在 特 定 量 測 系 統 中 的 行 為 模 式, 因 此 必 須 認 知 到 以 此 方 法 量 測 求 得 的 黏 度 結 果, 在 實 務 應 用 上 有 其 侷 限 條 件, 並 不 能 完 全 預 測 該 流 體 應 用 於 工 地 現 場 時 的 行 為 模 式 二 Brookfield 旋 轉 黏 度 儀 的 正 確 性 乃 藉 標 準 矽 油 進 行 校 正 查 驗, 此 標 準 矽 油 視 為 本 儀 器 設 備 的 參 考 物 質, 是 目 前 追 溯 驗 證 的 唯 一 方 式, 除 須 定 期 進 行 校 正 查 驗 外, 當 儀 器 的 垂 直 度 或 線 性 關 係 發 生 重 現 性 的 疑 慮 時, 皆 應 再 予 驗 證 確 認, 以 獲 致 正 確 得 結 果 三 瀝 青 膠 泥 為 溫 感 性 材 料, 各 項 性 質 與 溫 度 及 時 間 密 切 相 關, 進 行 樣 品 處 理 時 須 注 意 加 熱 溫 度 及 時 間 的 控 制, 避 免 不 當 的 處 理 過 程 損 及 樣 品 特 性 四 對 同 一 瀝 青 膠 泥 樣 品 而 言, 於 同 一 特 定 溫 度 狀 態 下, 若 取 黏 度 適 用 範 圍 內 的 不 同 型 號 轉 子 分

10 別 進 行 測 試, 獲 得 的 結 果 亦 須 符 合 校 正 查 驗 的 誤 差 限 制 條 件, 如 不 然, 表 示 旋 轉 黏 度 儀 的 線 性 關 係 已 偏 離, 應 予 調 校 處 理 五 調 高 轉 速 時, 應 注 意 不 可 僅 為 提 昇 扭 力 值 而 將 轉 速 調 整 太 高, 使 樣 品 液 面 旋 轉 太 快 產 生 過 深 的 漩 渦, 致 轉 子 與 樣 品 的 接 觸 面 改 變, 獲 得 的 非 正 確 狀 態 的 黏 度 值 六 改 質 瀝 青 的 性 質 與 一 般 石 油 瀝 青 具 有 諸 多 的 差 異, 不 易 求 取 其 拌 和 與 夯 壓 溫 度, 試 驗 人 員 需 累 積 經 驗 謹 慎 為 之, 方 能 熟 悉 應 對

11 摘 要 為 因 應 日 益 增 加 的 交 通 量 及 台 灣 地 區 氣 候 環 境 因 素, 加 以 砂 石 等 天 然 資 源 短 絀 需 回 收 再 利 用 之 環 保 要 求, 國 內 道 路 鋪 面 近 年 來 遂 汲 取 國 外 之 研 究 發 展 經 驗, 導 入 石 膠 泥 瀝 青 混 凝 土 ( SMA) 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 與 再 生 瀝 青 混 凝 土 等 三 種 瀝 青 混 合 料 的 使 用 觀 念, 期 能 提 高 道 路 鋪 面 的 品 質, 達 到 各 項 功 能 性 與 環 保 的 要 求, 再 加 上 傳 統 上 使 用 的 密 級 配, 在 承 載 條 件 上 則 幾 乎 已 完 整 包 括 國 內 現 階 段 於 柔 性 道 路 鋪 面 結 構 所 使 用 的 瀝 青 混 凝 土 材 料 瀝 青 混 凝 土 配 合 設 計 是 瀝 青 混 凝 土 材 料 於 工 程 應 用 的 前 端 條 件, 係 將 其 組 成 材 料 訂 定 某 一 適 當 的 混 合 比 例, 藉 拌 和 得 到 的 瀝 青 混 合 料 性 質 能 符 合 相 關 準 則 或 施 工 規 範 的 要 求, 作 為 生 產 控 制 的 依 據, 重 要 性 不 言 可 喻, 本 司 材 料 試 驗 部 本 於 道 路 鋪 面 工 程 的 應 用 需 求 及 試 驗 的 專 業 性 與 公 正 性, 已 陸 續 建 立 各 種 瀝 青 混 凝 土 配 合 設 計 作 業 的 服 務 能 量, 且 基 於 標 準 化 的 要 求 及 公 共 工 程 施 工 品 質 管 理 作 業 要 點 的 規 定, 辦 理 申 請 中 華 民 國 實 驗 室 認 證 體 系 ( CNLA) 之 認 證, 並 已 獲 得 認 證 通 過

12 壹 前 言 國 內 由 於 經 濟 快 速 發 展, 交 通 量 日 益 增 加, 加 以 台 灣 地 區 屬 於 高 溫 多 雨 的 氣 候 特 性, 使 得 傳 統 密 級 配 的 道 路 鋪 面 呈 現 功 能 負 荷 的 窘 境, 服 務 品 質 快 速 遞 減, 而 石 膠 泥 瀝 青 混 凝 土 於 組 成 架 構 上 的 不 同 思 維, 可 提 供 重 交 通 量 較 佳 的 抵 抗 能 力, 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 的 多 孔 隙 設 計, 在 潮 濕 天 候 狀 況 下, 可 確 保 路 面 的 抗 滑 力 並 降 低 水 漂 現 象, 增 益 行 車 安 全 公 共 工 程 施 工 綱 要 規 範 第 章 與 第 章 皆 以 專 章 納 入 此 二 種 瀝 青 混 凝 土 材 料 的 各 項 組 成 及 施 工 規 範 ; 包 含 高 速 公 路 在 內, 近 幾 年 國 內 已 有 多 條 道 路 試 鋪 此 二 種 瀝 青 混 凝 土 材 料, 且 未 來 之 第 三 代 高 速 公 路 : 東 部 蘇 澳 - 花 蓮 高 速 公 路 也 將 採 用 作 為 柔 性 道 路 鋪 面 材 料, 交 通 部 國 道 新 建 工 程 局 並 已 參 酌 公 共 工 程 施 工 綱 要 規 範 制 訂 其 施 工 技 術 規 範 頻 繁 的 經 濟 活 動, 導 致 資 源 的 消 耗 與 日 俱 增, 要 求 資 源 回 收 再 利 用 的 永 續 環 保 意 識 日 漸 高 漲, 因 此 使 用 再 生 材 料 便 為 必 然 的 趨 勢, 自 道 路 鋪 面 刨 除 的 回 收 瀝 青 混 合 料 (Reclaimed Asphalt Pavement,RAP) 摻 入 新 料 拌 和 成 為 再 生 瀝 青 混 凝 土, 在 國 內 其 實 早 已 行 之 有 年, 惟 當 時 並 訂 定 生 產 及 品 質 管 制 規 範, 致 品 質 參 差 不 齊, 近 年 來 在 公 共 工 程 委 員 會 的 主 政 之 下, 制 訂 了 公 共 工 程 施 工 綱 要 規 範 第 章 用 以 規 範 再 生 瀝 青 混 凝 土, 針 對 瀝 青 拌 和 廠 實 施 評 鑑 制 度, 經 評 鑑 通 過 者 方 得 生 產 再 生 瀝 青 混 合 料, 且 為 漸 次 推 動 資 源 有 效 利 用, 公 共 工 程 委 員 會 乃 分 階 段 訂 定 再 生 瀝 青 混 合 料 於 瀝 青 混 凝 土 的 使 用 比 例, 現 階 段 的 使 用 比 例 則 為 40% 本 司 材 料 試 驗 部 為 提 供 前 述 三 種 瀝 青 混 凝 土 之 配 合 設 計 作 業 服 務, 遂 逐 次 建 立 相 關 的 儀 器 設 備 及 標 準 作 業 程 序, 試 驗 工 程 師 戮 力 投 入 以 累 積 試 驗 經 驗, 達 到 試 驗 領 域 的 專 業 條 件, 且 鑑 於 公 共 工 程 施 工 品 質 管 理 作 業 要 點 之 規 定 及 試 驗 領 域 標 準 化 的 認 證 需 求, 提 出 申 請 CNLA 認 證, 於 93 年 10 月 份 通 過 認 證 並 核 發 證 書, 迄 今 仍 屬 試 驗 業 界 之 唯 一 以 往 使 用 的 瀝 青 混 凝 土 種 類, 除 開 放 級 配 之 僅 供 摩 擦 與 部 分 排 水 功 能 外, 在 承 載 條 件 上 絕 大 多 數 皆 為 傳 統 之 密 級 配, 其 配 合 設 計 所 應 用 之 馬 歇 爾 方 法 早 已 嫻 熟 於 試 驗 業 界 廣 泛 的 提 供 服 務, 本 司 材 料 試 驗 部 亦 已 首 先 取 得 CNLA 認 證, 此 作 業 方 法 極 易 於 各 式 文 獻 中 查 閱, 故 不 再 於 本 文 介 紹 與 探 討, 將 主 述 以 前 述 三 種 瀝 青 混 凝 土 配 合 設 計 及 其 認 證 作 業 的 相 關 事 項 貳 組 成 材 料 與 級 配 特 性 按 美 國 瀝 青 學 會 MS-2( 第 六 版 ) 對 瀝 青 混 凝 土 配 合 設 計 的 解 釋 為 : 瀝 青 混 凝 土 配 合 設 計 係 決 定 瀝 青 材 料 與 粒 料 之 最 佳 組 合 模 式, 當 應 用 於 道 路 鋪 面 材 料 時 可 獲 致 長 期 且 持 續 性 的 良 好 績 效, 其 包 含 材 料 的 選 擇 及 使 用 的 比 例, 於 進 行 一 連 串 試 驗 後, 求 取 某 一 級 配 於 某 一 瀝 青 含 量 下, 反 應 的 物 理 性 質 能 滿 足 相 關 於 交 通 量 與 環 境 特 性 之 規 範 要 求 因 此 瞭 解 瀝 青 混 凝 土 的 組 成 架 構, 是 為 正 確 執 行 配 合 設 計 作 業 的 先 決 條 件 組 成 材 料 與 級 配 特 性 概 述 如 下 :

13 一 再 生 瀝 青 混 凝 土 再 生 瀝 青 混 凝 土 級 配 屬 於 密 級 配, 密 級 配 之 特 性 為 採 用 優 良 級 配, 即 粗 粒 料 至 細 粒 料 均 勻 分 配, 粗 中 粒 徑 的 粒 料 所 構 成 的 空 隙 皆 可 由 細 粒 料 充 分 填 充, 形 成 一 緊 密 的 結 構, 再 配 合 適 當 的 瀝 青 膠 泥 作 為 黏 結 材 料, 產 生 穩 定 性 高 強 度 佳 且 具 有 耐 久 性 的 瀝 青 混 合 料 密 級 配 理 論 中 最 著 名 的 當 屬 富 勒 氏 曲 線 ( Fuller ' s Curve), 美 國 聯 邦 公 路 局 (FHWA) 將 富 勒 氏 公 式 中 的 常 數 n 作 了 修 正, 由 0.5 次 方 改 為 0.45 次 方, 並 以 篩 網 孔 徑 的 0.45 次 方 作 為 橫 座 標 以 繪 製 粒 徑 分 布 曲 線, 提 供 了 理 論 上 的 零 孔 隙 最 大 密 度 級 配 曲 線, 藉 以 評 估 級 配 的 優 劣 關 於 粒 料 材 質 的 要 求, 各 相 關 的 施 工 規 範 皆 會 按 其 工 程 特 性 需 求, 訂 定 合 格 的 檢 驗 標 準, 除 此 之 外, 為 提 供 強 度 良 好 的 組 成 結 構, 粒 料 須 有 一 定 比 例 以 上 的 破 碎 面 及 一 定 限 制 條 件 的 扁 平 顆 粒 含 量, 粒 形 圓 滑 者 易 產 生 顆 粒 間 相 互 滑 動, 使 用 上 須 予 限 制 填 縫 料 則 以 石 粉 及 回 收 粉 塵 最 為 常 見, 回 收 粉 塵 中 含 有 塵 土 瀝 青 與 其 它 細 粉, 成 份 與 性 質 較 難 控 制, 加 入 瀝 青 混 凝 土 中 會 使 勁 度 增 加, 導 致 更 硬 更 脆, 一 般 而 言 並 不 建 議 完 全 使 用 回 收 粉 塵 黏 結 材 瀝 青 膠 泥 的 使 用 仍 以 AC-10 為 主, 另 視 RAP 萃 取 瀝 青 的 黏 度 值, 搭 配 添 加 再 生 劑, 以 達 到 黏 度 的 目 標 值 範 圍 二 石 膠 泥 瀝 青 混 凝 土 ( SMA) SMA 在 歐 洲 稱 為 Stone Mastic Asphalt, 在 美 國 稱 為 Stone Matrix Asphalt, 乃 源 自 德 國 問 世 迄 今 已 歷 40 餘 載,SMA 之 粒 料 級 配 係 屬 於 跳 躍 級 配 (Gap-Graded) 的 粒 料 密 實 結 構, 採 用 高 比 例 的 粗 粒 料 含 量, 使 粗 粒 料 直 接 連 接 產 生 互 鎖 作 用 (Interlock), 組 成 穩 定 的 骨 架, 並 以 細 粒 料 填 補 其 骨 架 中 的 空 隙, 形 成 密 實 結 構, 再 包 裹 較 厚 的 瀝 青 膜, 緊 密 連 結, 目 的 便 在 於 提 供 明 顯 優 於 密 級 配 的 承 載 能 力 與 耐 久 性 SMA 中 所 含 的 瀝 青 含 量 較 密 級 配 為 高, 主 要 原 因 在 於 含 有 高 比 例 的 填 縫 料, 有 關 填 縫 料 的 要 求 條 件 與 密 級 配 者 並 無 不 同, 為 使 高 瀝 青 含 量 能 有 效 成 為 穩 定 性 高 的 包 裹 瀝 青 膜, 除 添 加 纖 維 作 為 穩 定 劑 效 果 外, 對 於 瀝 青 膠 泥 的 黏 度 要 求 亦 較 高, 以 研 究 及 應 用 之 現 況 顯 示, 改 質 瀝 青 可 得 到 較 佳 的 效 能 纖 維 是 SMA 最 常 見 的 添 加 物, 其 功 能 作 用 包 含 加 勁 分 散 吸 附 穩 定 與 增 黏 等, 目 前 應 用 的 纖 維 主 要 為 木 質 纖 維 礦 物 纖 維 及 有 機 纖 維 等 三 大 類, 添 加 比 例 約 為 對 瀝 青 混 合 料 重 量 比 的 0.3~0.4% 依 SMA 的 組 成 架 構 與 承 載 機 制, 對 於 粒 料 粒 形 與 材 質 要 求 條 件 自 然 會 較 高 於 密 級 配 三 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 源 自 於 1950 年 代 的 美 國, 國 外 較 具 規 模 的 發 展 則 約 起 於 1970 年 代, 乃 採 用 大 量 單 一 粒 徑 粒 料 之 跳 躍 級 配, 建 構 高 空 隙 率 的 瀝 青 混 合 料, 其 粗 粒 料 含 量 高 達 70~85%, 空 隙 率 可 達 約 20%, 提 供 孔 隙 排 水 的 功 能, 而 粗 粒 料 間 的 互 鎖 作 用 則 為 結 構 上 主 要 的 強 度 依 靠, 與 SMA 的 機 制 相 同, 但 細 粒 料 則 明 顯 較 少, 以 形 成 高 孔 隙 結 構

14 為 提 高 道 路 鋪 面 的 耐 久 性, 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 同 樣 必 須 具 備 足 夠 的 瀝 青 膜 厚 度 包 裹 粒 料, 為 使 瀝 青 膜 能 有 效 包 裹 粒 料, 宜 使 用 黏 度 較 高 的 瀝 青 膠 泥, 如 改 質 瀝 青, 在 應 用 實 務 上 的 確 會 得 到 較 佳 的 成 效, 同 時 亦 可 添 加 纖 維 達 到 提 高 瀝 青 握 裹 力 的 目 的 由 於 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 係 使 用 於 道 路 鋪 面 面 層, 且 厚 度 多 不 大 於 5 公 分, 因 此 對 於 粒 料 的 要 求 亦 包 含 須 具 有 良 好 的 粒 形 良 好 的 材 質 等, 類 同 於 SMA 之 要 求 參 配 合 設 計 依 據 方 法 及 單 項 試 驗 法 之 配 置 配 合 設 計 的 主 要 目 的 是 評 估 壓 實 後 瀝 青 混 凝 土 的 各 項 性 質, 其 作 業 方 法 除 須 能 達 到 擷 取 所 需 的 試 驗 結 果 或 參 數 外, 瀝 青 混 合 料 壓 實 模 式 乃 設 計 流 程 中 最 重 要 的 影 響 因 素, 壓 實 是 降 低 瀝 青 混 凝 土 中 的 空 隙 率 使 粒 料 重 新 排 列 的 過 程, 因 此 採 用 的 壓 實 方 式 與 壓 實 後 的 瀝 青 混 凝 土 行 為 自 然 相 關, 試 驗 室 中 常 用 的 瀝 青 混 凝 土 試 體 壓 實 方 法 有 靜 壓 法 夯 壓 法 柔 搓 法 旋 轉 剪 力 法 振 動 法 及 滾 壓 法 等, 在 配 合 設 計 作 業 中, 眾 所 周 知 的 馬 歇 爾 法 即 屬 於 夯 壓 法, 近 年 來 名 震 鋪 面 界 的 超 級 鋪 面 ( Superpave) 乃 使 用 剪 力 夯 實 機 (SGC) 以 旋 轉 剪 力 法 壓 實 試 體 至 今 國 內 外 的 研 究 結 果 顯 示 以 旋 轉 剪 力 法 所 製 成 的 瀝 青 混 凝 土 試 體, 較 夯 壓 法 更 能 模 擬 瀝 青 混 凝 土 的 行 為 模 式, 國 外 已 有 諸 多 配 合 設 計 法 採 用 SGC 為 壓 實 的 儀 器 設 備, 惟 SGC 價 格 不 斐, 配 合 設 計 步 驟 繁 鎖, 室 內 之 配 合 設 計 無 法 直 接 作 為 工 地 品 質 控 制 的 依 據, 因 此 並 不 便 於 一 般 試 驗 單 位 應 用, 普 及 度 仍 待 觀 察, 國 內 亦 僅 少 數 學 術 機 構 具 備 ; 而 馬 歇 爾 法 則 具 有 儀 器 構 造 簡 單 便 宜 方 法 較 為 簡 易 且 室 內 之 配 合 設 計 可 直 接 作 為 工 地 品 質 控 制 之 依 據, 於 實 際 應 用 上 可 簡 化 作 業 程 序 等 優 點, 故 自 SGC 問 世 迄 今, 馬 歇 爾 法 仍 廣 為 世 人 所 採 用 基 於 此 普 及 度 的 現 況, 公 共 工 程 施 工 綱 要 規 範 內 容 中, 在 壓 實 條 件 上 仍 以 馬 歇 爾 法 作 為 各 種 瀝 青 混 凝 土 配 合 設 計 的 主 要 壓 實 模 式, 本 司 所 建 置 與 認 證 的 配 合 設 計 作 業 亦 同 一 再 生 瀝 青 混 凝 土 再 生 瀝 青 混 凝 土 係 將 RAP 資 源 回 收 利 用, 配 合 新 粒 料 新 瀝 青 等 組 合 成 瀝 青 混 合 料, 目 前 使 用 的 級 配 範 疇 仍 以 密 級 配 為 主, 因 此 其 配 合 設 計 方 法 如 同 傳 統 者 以 馬 歇 爾 法 為 應 用 大 宗, 依 據 之 配 合 設 計 準 則 主 要 為 美 國 瀝 青 學 會 (Asphalt Institute)AI MS-20 手 冊, 而 提 供 作 為 傳 統 密 級 配 配 合 設 計 依 據 準 則 的 AI MS-2, 其 附 錄 內 容 亦 納 入 有 關 再 生 瀝 青 混 凝 土 配 合 設 計 步 驟, 惟 不 若 MS-20 詳 盡, 故 標 準 作 業 程 序 的 建 立 仍 以 參 照 AI MS-20 為 主

15 二 石 膠 泥 瀝 青 混 凝 土 ( SMA) SMA 的 配 合 設 計 理 念 因 材 料 組 成 與 傳 統 密 級 配 瀝 青 混 凝 土 並 不 相 同, 因 此 其 配 合 設 計 方 法 也 互 有 差 異, 飛 散 損 失 量 與 瀝 青 含 量 關 係 曲 線 德 國 在 發 展 SMA 鋪 面 技 術 時, 即 以 馬 歇 爾 法 為 基 礎 作 小 幅 度 修 改 ; 美 國 國 家 瀝 青 科 技 中 心 NCAT(National Central Asphalt Technology) 以 策 略 性 公 路 研 究 計 畫 SHRP(Strategic Highway Research Program) 之 研 究 成 果 發 展 出 SMA 配 合 設 計 方 法, 美 國 國 家 合 作 公 路 研 究 計 畫 NCHRP(National Cooperative Highway Research Program) 在 其 Report 425 中 亦 收 納 SMA 配 合 設 計 方 法 ; 另 於 AASHTO PP41 及 MP8 亦 屬 之 在 NCHRP Report 425 中 關 於 SMA 配 合 設 計 在 試 體 壓 實 模 式 上, 同 時 併 行 採 用 包 含 SGC 之 旋 轉 剪 力 法 及 馬 歇 爾 之 夯 壓 法 等, 按 國 內 工 程 應 用 現 況, 乃 參 照 其 馬 歇 爾 法 建 立 配 合 設 計 之 標 準 作 業 程 序 三 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 基 於 功 能 需 求, 使 用 極 大 比 例 的 粗 粒 料, 較 少 的 細 粒 料, 組 成 架 構 迴 異, 因 此 傳 統 的 馬 歇 爾 法 無 法 對 其 特 殊 性 質 提 供 明 確 的 試 驗 指 標, 在 歐 美 各 國 與 日 本 皆 有 其 不 同 的 配 合 設 計 方 法, 美 國 較 偏 向 開 放 級 配, NCAT 發 展 出 的 配 合 設 計 法 步 驟 繁 鎖, 日 本 的 配 合 設 計 法 源 自 歐 洲 並 加 以 部 分 改 變, 在 本 範 疇 上, 國 內 ( 包 含 公 共 工 程 施 工 綱 要 規 範 ) 係 採 用 日 本 道 路 協 會 所 發 行 的 排 水 性 鋪 裝 技 術 指 針 ( 案 ) 之 配 合 設 計 法 為 主, 標 準 作 業 程 序 亦 參 照 此 法 建 立 四 單 項 試 驗 法 本 三 種 瀝 青 混 凝 土 配 合 設 計 之 內 容 性 質 係 涵 蓋 並 依 循 諸 多 單 項 試 驗 法 進 行 包 含 樣 品 準 備 樣 品 試 驗 及 混 合 料 試 驗 等 試 驗 程 序 步 驟, 續 依 各 該 配 合 設 計 法 定 義 之 分 析 要 項 進 行 試 驗 數 值 計 算 分 析, 求 取 符 合 配 合 設 計 準 則 或 規 範 的 瀝 青 混 合 料 比 例, 因 此 符 合 各 單 項 試 驗 法 的 需 求, 乃 進 行 配 合 設 計 作 業 前 的 必 要 條 件, 分 述 如 下 : ( 一 ) 再 生 瀝 青 混 凝 土 : 需 配 置 涵 蓋 之 單 項 試 驗 法 如 下 : 1. 粗 細 粒 料 篩 分 析 試 驗 法 2. 粒 料 中 小 於 75 μ m(no.200) 篩 材 料 含 量 試 驗 法 3. 粗 粒 料 比 重 及 吸 水 率 試 驗 法 4. 細 粒 料 比 重 及 吸 水 率 試 驗 法 5. 道 路 鋪 面 用 礦 物 填 縫 料 篩 分 析 試 驗 法 6. 道 路 鋪 面 用 礦 物 填 縫 料 比 重 試 驗 法 7. 以 馬 歇 爾 儀 器 試 驗 瀝 青 混 合 料 塑 性 流 動 阻 力 試 驗 法 8. 瀝 青 混 合 料 之 理 論 最 大 比 重 試 驗 法 9. 已 壓 實 瀝 青 混 合 料 之 高 度 與 容 積 比 重 密 度 試 驗 法 10. 半 固 態 瀝 青 類 材 料 密 度 試 驗 法 11. 半 固 態 瀝 青 類 材 料 黏 度 試 驗 法 12. 瀝 青 含 量 試 驗

16 13. 洗 油 後 粒 料 篩 分 析 試 驗 14. 瀝 青 溶 液 萃 取 回 收 瀝 青 材 料 作 業 ( 二 ) 石 膠 泥 瀝 青 混 凝 土 (SMA): 除 需 具 備 前 述 再 生 瀝 青 混 凝 土 配 置 之 第 1~11 項 單 項 試 驗 法 外, 另 尚 需 配 置 涵 蓋 : 12. 粒 料 間 孔 隙 及 虛 密 度 ( 單 位 重 ) 試 驗 13. 未 壓 實 瀝 青 混 合 料 垂 流 試 驗 14. 瀝 青 混 合 料 抗 水 份 浸 害 能 力 試 驗 (TSR) ( 三 ) 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 : 除 需 具 備 前 述 再 生 瀝 青 混 凝 土 配 置 之 第 1~11 項 單 項 試 驗 法 外, 另 尚 需 配 置 涵 蓋 : 12. 壓 實 瀝 青 混 凝 土 Cantabria 飛 散 試 驗 13. 未 壓 實 瀝 青 混 合 料 垂 流 試 驗 14. 瀝 青 混 凝 土 室 內 透 水 試 驗 肆 配 合 設 計 流 程 概 述 一 再 生 瀝 青 混 凝 土 ( 一 ) 樣 品 準 備 1.RAP 新 粒 料 與 新 瀝 青 之 各 項 單 項 試 驗, 求 取 對 應 的 試 驗 數 值 2. 將 RAP 視 為 粒 料 的 一 種, 訂 定 各 粒 料 比 例, 求 取 混 合 粒 料 級 配 4. 粒 料 比 重 之 修 正 : 若 粒 料 間 比 重 值 差 異 大 於 0.20, 則 須 修 正 其 組 成 比 例 5. 配 料 : 依 比 例 配 製 每 一 試 樣 所 需 之 重 量, 一 般 需 要 15 個 試 體 及 1 個 理 論 最 大 比 重 試 樣 ( 二 ) 訂 定 瀝 青 含 量 需 求 值 1. 估 算 混 合 粒 料 之 瀝 青 含 量 需 求 值 (P b ) 2. 估 算 混 合 粒 料 之 新 瀝 青 需 求 量 (P nb ) 3. 計 算 新 瀝 青 占 全 部 瀝 青 之 百 分 率 (R) ( 三 ) 選 擇 新 瀝 青 1. 依 圖 1( 摘 錄 自 AI MS-20) 選 擇 需 要 的 新 瀝 青 黏 度 等 級 A: 萃 取 瀝 青 的 黏 度 值 B: 瀝 青 黏 度 目 標 值 與 新 瀝 青 占 全 部 瀝 青 百 分 率 之 對 應 點 C: 需 選 擇 的 新 瀝 青 黏 度 值 2. 若 新 瀝 青 黏 度 值 無 法 滿 足 選 擇 的 黏 度 值 要 求, 則 須 再 依 圖 2( 摘 錄 自 AI MS-20) 選 擇 添 加 再 生 劑 D: R 等 於 0 之 瀝 青 黏 度 目 標 值

17 E: 再 生 劑 之 黏 度 值 以 直 線 連 接 D E F: 對 應 於 橫 座 標 軸 R 值 為 再 生 劑 添 加 比 例 ( 四 ) 試 驗 步 驟 1. 瀝 青 含 量 範 圍 須 包 含 5 個 瀝 青 量, 並 以 0.5% 的 間 隔 變 化 計 算 每 個 瀝 青 含 量 需 添 加 入 拌 和 試 樣 的 新 瀝 青 量 2. 拌 和 瀝 青 混 合 料 及 夯 製 馬 歇 爾 試 體 3. 求 取 瀝 青 混 合 料 之 理 論 最 大 比 重 4. 求 取 夯 製 的 馬 歇 爾 試 體 之 容 積 比 重 高 度 及 穩 定 值 流 度 值 ( 五 ) 資 料 分 析 1. 計 算 混 合 粒 料 容 積 比 重 (Gsb), 瀝 青 混 合 料 之 粒 料 有 效 比 重 ( Gse) 吸 油 率 ( Pba) 有 效 瀝 青 含 量 ( Pbe) 粒 料 間 空 隙 ( VMA) 空 隙 率 ( Va) 空 隙 被 瀝 青 填 充 率 ( VFA) 2. 繪 製 瀝 青 含 量 與 試 體 容 積 比 重 穩 定 值 流 度 值 空 隙 率 VMA VFA 等 6 個 關 係 曲 線 ( 六 ) 建 議 瀝 青 含 量 1. 選 擇 建 議 瀝 青 含 量 需 考 量 的 要 件 甚 多, 包 含 交 通 量 氣 候 經 濟 性 及 耐 久 性 等 因 素, 試 驗 工 程 師 可 依 經 驗 環 境 及 設 計 條 件 等 選 擇 或 調 整 之, 惟 應 符 合 規 範 的 要 求 2. 依 AI MS-20 及 AI MS-2 對 於 使 用 於 道 路 鋪 面 之 密 級 配, 其 選 擇 建 議 瀝 青 含 量 係 以 優 先 選 取 空 隙 率 等 於 4.0% 的 瀝 青 含 量, 若 空 隙 率 4.0% 對 應 的 瀝 青 含 量 有 部 份 瀝 青 混 合 料 性 質 未 能 符 合 規 範, 得 予 調 整 選 取 瀝 青 含 量 使 各 項 性 質 符 合 規 定, 以 此 為 建 議 瀝 青 含 量 二 石 膠 泥 瀝 青 混 凝 土 ( SMA) ( 一 ) 樣 品 準 備

18 1. 粒 料 與 瀝 青 先 進 行 各 單 項 試 驗, 求 取 對 應 的 試 驗 數 值 2. 訂 定 三 個 初 試 級 配 : 訂 定 不 同 之 粒 料 比 例, 配 製 出 三 個 初 試 級 配 3. 配 料 : 依 比 例 配 製 每 一 試 樣 所 需 之 重 量, 試 樣 數 量 如 下 : (1) 初 試 級 配 階 段 粗 粒 料 搗 實 單 位 重 : 每 個 初 試 級 配 需 1 個 試 樣, 共 3 個 試 樣 夯 製 馬 歇 爾 試 體 : 每 個 初 試 級 配 需 3 個 試 樣, 共 9 個 試 樣 理 論 最 大 比 重 試 驗 : 每 個 初 試 級 配 需 1 個 試 樣, 共 3 個 試 樣 (2) 選 定 級 配 階 段 夯 製 馬 歇 爾 試 體 : 每 個 瀝 青 含 量 需 3 個 試 樣, 共 9 個 試 樣 理 論 最 大 比 重 試 驗 : 每 個 瀝 青 含 量 需 1 個 試 樣, 共 3 個 試 樣 (3) 驗 證 級 配 與 建 議 瀝 青 含 量 階 段 垂 流 試 驗 : 需 4 個 試 樣 抗 水 份 浸 害 試 驗 : 採 TSR 試 驗 需 9 個 試 樣 ; 採 滯 留 強 度 試 驗 需 6 個 試 樣 ( 二 ) 初 試 級 配 的 嘗 試 瀝 青 用 量 1.NCHRP Report 425 內 容, 以 混 合 粒 料 容 積 比 重 2.75 對 應 瀝 青 含 量 6.0%( 對 瀝 青 混 合 料 ) 作 為 嘗 試 的 基 準, 當 容 積 比 重 2.75 變 化 0.05 時, 嘗 試 瀝 青 含 量 對 應 異 動 0.1% 2. 台 灣 地 區 粒 料 材 質 特 性 並 不 易 符 合 前 述 容 積 比 重 條 件, 惟 以 一 般 用 於 瀝 青 混 凝 土 之 粒 料 而 言, 瀝 青 含 量 6.0% 仍 可 作 為 嘗 試 值 的 變 化 基 準 ( 三 ) 試 驗 步 驟 1. 初 試 級 配 階 段 (1) 三 個 初 試 級 配 之 粗 粒 料 試 樣, 分 別 求 取 其 搗 實 單 位 重 值 (2) 以 選 擇 之 嘗 試 瀝 青 含 量, 三 個 初 試 級 配 各 夯 製 馬 歇 爾 試 體, 各 進 行 理 論 最 大 比 重 試 驗 (3) 夯 製 的 馬 歇 爾 試 體 分 別 求 取 其 試 體 容 積 比 重 值 (4) 計 算 粗 粒 料 間 空 隙 (VCA DRY ) 馬 歇 爾 試 體 之 粒 料 間 空 隙 (VMA) 空 隙 率 (Va) 及 馬 歇 爾 試 體 之 粗 粒 料 間 空 隙 率 (VCA MIX ) (5) 選 擇 三 個 初 試 級 配 中 VCA DRY >VCA MIX 者, 且 VMA>17.0% 者 若 不 只 一 個 初 試 級 配 符 合 條 件, 則 選 擇 粗 粒 料 比 例 較 低 者 作 為 選 定 級 配 2. 選 定 級 配 階 段 (1) 參 考 嘗 試 瀝 青 含 量 所 得 的 空 隙 率 值, 訂 定 試 拌 瀝 青 含 量 範 圍 進 行 試 體 夯 製 (2) 瀝 青 含 量 範 圍 須 包 含 3 個 瀝 青 量, 並 以 0.5% 的 間 隔 變 化 (3) 每 個 瀝 青 含 量 各 夯 製 馬 歇 爾 試 體, 各 進 行 理 論 最 大 比 重 試 驗 (4) 求 取 馬 歇 爾 試 體 之 容 積 比 重 高 度 及 穩 定 值 流 度 值

19 ( 四 ) 資 料 分 析 1. 計 算 空 隙 率 VMA VCA MIX 2. 繪 製 瀝 青 含 量 與 試 體 容 積 比 重 穩 定 值 流 度 值 空 隙 率 VMA VCA MIX 等 6 個 關 係 曲 線 ( 五 ) 選 擇 建 議 瀝 青 含 量 1. 在 考 量 要 件 方 面, 仍 以 空 隙 率 等 於 4.0% 為 首 要 選 擇 條 件 2. 須 再 確 認 對 應 之 VCA MIX 小 於 VCA DRY, 以 確 保 SMA 的 功 能 架 構 ( 六 ) 驗 證 級 配 與 建 議 瀝 青 含 量 階 段 1. 選 定 建 議 瀝 青 含 量 後, 尚 須 進 行 垂 流 試 驗 與 抗 水 份 浸 害 能 力 試 驗, 以 驗 證 此 瀝 青 混 合 料 是 否 可 符 合 SMA 性 質 指 標 2. 抗 水 份 浸 害 能 力 試 驗, 據 公 共 工 程 施 工 綱 要 規 範 內 容, 可 選 擇 以 TSR 或 滯 留 強 度 試 驗 法 進 行 三 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 ( 一 ) 樣 品 準 備 1. 粒 料 與 瀝 青 先 進 行 各 單 項 試 驗, 求 取 對 應 的 試 驗 數 值 2. 訂 定 三 個 初 試 級 配 : 訂 定 不 同 之 粒 料 比 例, 配 製 出 三 個 初 試 級 配 3. 配 料 : 依 比 例 配 製 每 一 試 樣 所 需 之 重 量, 試 樣 數 量 如 下 : (1) 初 試 級 配 階 段 夯 製 馬 歇 爾 試 體 : 每 個 初 試 級 配 需 3 個 試 樣, 共 9 個 試 樣 理 論 最 大 比 重 試 驗 : 每 個 初 試 級 配 需 1 個 試 樣, 共 3 個 試 樣 (2) 選 定 級 配 階 段 垂 流 試 驗 : 每 個 瀝 青 含 量 需 2 個 試 樣, 共 10 個 試 樣 肯 塔 堡 (Cantabria) 飛 散 試 驗 : 每 個 瀝 青 含 量 需 1 個 試 樣, 共 5 個 試 樣 (3) 驗 證 級 配 與 建 議 瀝 青 含 量 階 段 透 水 試 驗 : 需 1 個 試 樣 滯 留 強 度 試 驗 : 需 6 個 試 樣 ( 二 ) 預 估 初 試 級 配 的 瀝 青 用 量 : 瀝 青 用 量 估 算 的 理 論 基 礎 是 以 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 具 有 約 20% 的 空 隙 率, 粒 料 被 瀝 青 包 覆 的 膜 厚 度 約 14 μ m, 如 此 可 獲 得 透 水 性 良 好 且 兼 具 耐 久 性 的 瀝 青 混 凝 土 ( 三 ) 試 驗 步 驟 1. 初 試 級 配 階 段 (1) 以 預 估 之 瀝 青 用 量, 三 個 初 試 級 配 各 夯 製 馬 歇 爾 試 體, 各 進 行 理 論 最 大 比 重 試 驗 (2) 分 別 求 取 馬 歇 爾 試 體 高 度 及 試 體 在 空 氣 中 重 量 在 水 中 重 量

20 (3) 計 算 全 空 隙 率 (Va) 連 續 空 隙 率 (Vc) 閉 合 空 隙 率 (Vd) (5) 繪 製 三 個 初 試 級 配 於 No.8 篩 通 過 百 分 率 與 全 空 隙 率 (V C ) 之 關 係 曲 線, 選 定 可 達 到 目 標 空 隙 率 ± 1% 的 級 配 ( 例 如 圖 3) 2. 選 定 級 配 階 段 (1) 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 在 選 擇 建 議 瀝 青 含 量 的 要 項 為 垂 流 量 與 肯 塔 堡 飛 散 量, 於 選 定 混 合 粒 料 級 配 後 需 決 定 瀝 青 含 量 範 圍, 進 行 垂 流 試 驗 及 肯 塔 堡 飛 散 (Cantabria) 試 驗 (2) 瀝 青 含 量 範 圍 須 包 含 5 個 瀝 青 量, 以 0.5% 間 隔 變 化 (3) 每 個 瀝 青 含 量 各 進 行 垂 流 試 驗, 各 夯 製 馬 歇 爾 試 體 進 行 肯 塔 堡 飛 散 (Cantabria) 試 驗 ( 四 ) 資 料 分 析 1. 繪 製 垂 流 量 與 瀝 青 含 量 關 係 曲 線, 其 曲 線 轉 折 點 之 切 線 交 點, 即 為 本 混 合 粒 料 瀝 青 含 量 的 上 限 值 ( 例 如 圖 4)

21 2. 繪 製 肯 塔 堡 飛 散 損 失 量 與 瀝 青 含 量 關 係 曲 線, 其 曲 線 轉 折 點 之 切 線 交 點, 即 為 本 混 合 粒 料 瀝 青 含 量 的 下 限 值 ( 例 如 圖 5) ( 五 ) 選 擇 建 議 瀝 青 含 量 : 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 在 選 擇 建 議 瀝 青 含 量 時 需 考 量 的 要 件 主 要 為 透 水 性 結 構 強 度 及 耐 久 性, 因 此 試 驗 工 程 師 雖 然 可 在 瀝 青 含 量 上 下 限 範 圍 內 依 據 經 驗 環 境 及 設 計 條 件 等 選 擇 或 調 整 之, 惟 仍 應 以 偏 向 垂 流 試 驗 之 瀝 青 含 量 上 限 值, 可 獲 得 不 致 發 生 垂 流 現 象 且 較 大 的 瀝 青 膜 厚 度, 提 高 耐 久 性 ( 六 ) 驗 證 級 配 與 建 議 瀝 青 含 量 階 段 : 選 定 建 議 瀝 青 含 量 後, 尚 須 進 行 透 水 試 驗 與 滯 留 強 度 試 驗, 以 驗 證 此 瀝 青 混 合 料 是 否 可 符 合 性 質 指 標 伍 CNLA 認 證 作 業 認 證 作 業 乃 評 鑑 試 驗 室 在 人 員 程 序 設 備 等 三 方 面 是 否 符 合 認 證 規 範 與 相 關 試 驗 法 的 規 定, 因 此 除 品 質 系 統 運 作 外, 試 驗 室 之 人 員 在 訓 練 專 業 認 知 及 操 作 的 熟 練 度, 程 序 與 依 循 方 法 間 的 契 合 度, 儀 器 設 備 的 功 能 精 確 度 等 皆 是 評 鑑 的 重 點 事 項, 在 申 請 配 合 設 計 認 證 前 應 做 好 各 項 準 備 作 業, 以 展 現 試 驗 室 的 技 術 執 行 能 力 一 人 員 ( 一 ) 書 面 資 料 研 讀 : 須 對 作 業 內 容 充 分 瞭 解, 包 含 名 詞 定 義 樣 品 處 理 程 序 步 驟 計 算 分 析 等 注 意 事 項 皆 應 熟 悉 無 誤 ( 二 ) 實 作 訓 練 : 累 積 處 理 樣 品 的 經 驗 熟 悉 儀 器 設 備 的 操 作 掌 握 試 驗 步 驟 的 竅 門 及 對 試 驗 結 果 有 效 與 否 的 判 定 ( 三 ) 樣 品 準 備 : 準 備 樣 品 亦 屬 於 人 員 實 務 經 驗 的 展 現, 必 須 在 有 限 的 評 鑑 作 業 期 程 內, 將 不 同 的 試 驗 過 程 藉 樣 品 準 備 之 完 善 性 充 分 的 展 現

22 二 程 序 ( 一 ) 建 立 標 準 作 業 程 序 : 人 員 進 行 試 驗 操 作 乃 依 循 標 準 作 業 程 序, 因 此 作 業 程 序 與 標 準 方 法 間 是 否 契 合 是 否 融 入 實 務 經 驗, 是 認 證 作 業 對 於 程 序 文 件 的 評 鑑 指 標 ( 二 ) 建 立 必 須 的 紀 錄 與 報 告 格 式 : 紀 錄 的 內 容 應 涵 蓋 試 驗 過 程 的 結 果 與 必 要 參 數, 供 資 料 分 析 及 追 溯 驗 證 ; 報 告 格 式 內 容 須 能 符 合 認 證 規 範 試 驗 方 法 及 委 託 者 事 項 明 細 等 應 備 出 具 事 項 ( 三 ) 建 立 量 測 不 確 定 度 評 估 報 告 : 屬 於 定 量 性 質 的 試 驗, 須 進 行 量 測 不 確 定 度 評 估 作 業 並 建 立 量 測 不 確 定 度 評 估 報 告 三 儀 器 設 備 ( 一 ) 校 正 查 驗 : 儀 器 設 備 的 功 能 規 格 容 量 與 精 確 度 等 皆 應 按 量 測 追 溯 的 規 定 予 以 校 正 查 驗, 確 認 符 合 試 驗 法 的 規 定 ( 二 ) 動 線 規 劃 : 儀 器 設 備 安 置 位 置 應 利 於 試 驗 過 程 的 使 用 與 操 作, 避 免 產 生 動 線 干 擾 或 動 線 過 長 的 現 象 陸 注 意 事 項 與 結 論 1. 粒 料 與 瀝 青 的 性 質 是 配 合 設 計 能 否 成 功 的 關 鍵 因 素 之 一, 尤 以 SMA 及 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 為 甚, 因 此 進 入 配 合 設 計 作 業 前, 粒 料 與 瀝 青 的 各 項 性 質 是 否 能 滿 足 相 關 規 範 的 要 求, 應 先 予 以 檢 驗 確 認 2. 配 合 設 計 的 作 業 要 旨 係 混 合 粒 料 與 瀝 青 拌 和 後, 所 得 的 瀝 青 混 合 料 性 質 能 滿 足 配 合 設 計 準 則 或 規 範 的 要 求, 因 此 用 於 拌 和 的 多 個 瀝 青 含 量 所 產 製 的 瀝 青 混 合 料 性 質 須 預 期 能 涵 蓋 準 則 或 規 範 範 圍, 方 可 於 試 驗 結 果 中 選 取 適 當 的 瀝 青 含 量 3. 若 各 項 試 驗 結 果 的 性 質 分 析 均 可 符 合 配 合 設 計 規 範 的 要 求, 則 已 完 成 配 合 設 計 試 驗 步 驟 惟 若 無 法 完 全 符 合 配 合 設 計 準 則 或 規 範 的 要 求, 應 調 整 工 作 拌 和 公 式, 重 作 配 合 設 計 試 驗 程 序 4. 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 於 驗 證 階 段 尚 訂 定 以 車 轍 試 驗, 作 為 組 成 結 構 壓 實 後 之 穩 定 度 驗 證 條 件, 在 必 要 的 情 形 下, 仍 需 配 合 指 定 條 件 進 行 驗 證 5.SMA 與 排 水 性 瀝 青 混 凝 土 配 合 設 計 步 驟 若 至 驗 證 階 段 才 發 現 瀝 青 混 合 料 性 質 無 法 完 全 符 合 規 範, 所 導 致 的 原 因 大 部 份 可 歸 責 於 材 質 因 素, 因 此 更 換 材 料 種 類 變 更 添 加 量 或 添 加 新 材 料 等, 應 是 重 作 配 合 設 計 試 驗 程 序 前 的 考 量 重 點

23 6. 依 行 政 院 公 共 工 程 施 工 綱 要 規 範 第 章 之 規 定, 用 於 道 路 鋪 面 底 層 材 料 之 再 生 拌 和 料, 其 RAP 瀝 青 含 量 不 得 低 於 3.0%( 對 RAP 重 量 比 ); 用 於 面 層 者, 其 RAP 瀝 青 含 量 不 得 低 於 3.8%( 對 RAP 重 量 比 ), 因 此 於 RAP 瀝 青 含 量 求 出 後, 須 注 意 是 否 符 合 此 綱 要 規 範 的 規 定 7. 要 一 次 獲 得 合 乎 配 合 設 計 規 範 的 結 果 並 不 容 易, 尤 其 以 相 同 瀝 青 含 量 夯 製 的 試 體, 其 試 驗 值 亦 可 能 差 異 頗 大, 常 需 重 製 試 體, 試 驗 工 程 師 對 於 配 合 設 計 各 步 驟 之 細 節 及 代 表 之 意 涵 須 有 正 確 的 認 知, 對 每 一 試 驗 過 程 均 應 細 心 處 理, 方 能 累 積 經 驗 獲 致 正 確 的 結 果

24 摘 要 轉 爐 石 為 中 國 鋼 鐵 股 份 有 限 公 司 因 工 業 生 產 而 產 生 之 副 產 品 之 一, 經 過 學 術 界 及 業 界 多 方 面 之 研 究 與 應 用, 若 使 用 於 鋪 面 結 構 層, 不 但 經 濟 且 可 節 省 天 然 資 源, 並 增 進 副 產 品 再 生 利 用 之 契 機 惟 為 慎 重 及 校 核 設 計 參 數, 本 工 程 司 接 受 中 國 鋼 鐵 股 份 有 限 公 司 暨 中 聯 爐 石 處 理 資 源 化 股 份 有 限 公 司 聯 合 委 託, 於 2003 年 9 月 進 行 一 為 期 約 三 年 ( 契 約 時 程 ) 之 試 鋪 路 段 績 效 研 究 案 本 績 效 研 究 在 高 雄 南 區 資 源 廠 區 內 試 鋪 道 路 長 度 144 公 尺 寬 度 7 公 尺 分 為 三 種 斷 面, 依 照 台 灣 地 區 常 用 之 方 法 予 以 規 劃 設 計 施 工 及 品 管, 並 擬 訂 自 完 工 後 長 達 2 年 之 研 究 和 分 析 工 作 路 基 基 底 層 及 面 層, 在 施 工 階 段 每 一 層 皆 作 室 內 外 試 驗 與 分 析 工 作, 完 工 後 則 以 非 破 壞 性 檢 測 為 主, 若 有 必 要 再 輔 以 破 壞 性 試 驗 印 證 之 現 已 完 成 完 工 時 及 完 工 後 一 個 月 之 績 效 評 估 試 驗, 初 期 成 效 頗 佳, 茲 擇 其 精 要 撰 述 之, 或 許 可 提 供 各 界 專 家 酌 參

25 壹 前 言 中 鋼 轉 爐 石 使 用 於 鋪 面 基 底 層 的 事 實, 近 年 來 中 鋼 與 中 聯 公 司 皆 不 遺 餘 力 地 予 以 探 討 試 驗 試 鋪 應 用 及 追 蹤 其 成 效, 除 可 節 撙 天 然 資 源 外, 無 形 中 亦 將 業 界 與 學 術 單 位 結 合, 一 起 從 事 鋪 面 研 究 與 材 料 特 性 資 料 蒐 集 印 證 等 工 作, 筆 者 有 幸 能 夠 參 與 此 項 研 究 案, 雖 僅 粗 具 一 個 月 完 工 期 程 之 評 估 成 效, 仍 祈 藉 提 出 規 劃 架 構 與 成 果 報 告 之 便, 以 資 共 同 研 討, 釐 定 未 來 明 確 的 運 用 目 的 與 目 標 為 禱 貳 辦 理 績 效 研 究 緣 由 中 聯 公 司 近 年 來 完 成 轉 爐 石 許 多 室 內 評 估 試 驗 及 經 濟 分 析, 並 在 陸 軍 步 校 及 高 雄 縣 市 多 處 道 路 推 廣 採 用, 惟 總 覺 得 若 未 能 以 試 驗 道 路 加 以 規 劃 研 究 及 印 證, 似 乎 無 法 證 實 達 到 經 濟 與 安 全 兩 大 原 則 因 此, 中 鋼 暨 中 聯 公 司 再 撥 經 費 於 高 雄 南 區 資 源 廠 區 內 辦 理 長 達 2 年 之 績 效 研 究, 俾 便 獲 致 更 周 詳 資 料 及 推 展 之 信 心 參 試 鋪 路 段 工 作 項 目 依 照 鋪 面 新 工 階 段 之 設 計 品 管 及 維 護 調 查 等 步 驟, 予 以 規 劃 辦 理 如 下 : 一 鋪 面 厚 度 設 計 鋪 築 結 構 規 劃 及 交 通 量 負 載 量 評 估 二 施 工 階 段 品 質 管 制 三 室 內 績 效 研 究 試 驗 四 完 工 時 完 工 後 一 個 月 半 年 一 年 及 兩 年 之 非 破 壞 性 檢 測 工 作 肆 鋪 面 厚 度 設 計 暨 鋪 築 結 構 概 述 一 鋪 面 厚 度 設 計 方 法 ( 一 )AI MS 年 版 [ 文 獻 (1)] ( 二 )AASHTO 1993 年 版 [ 文 獻 (2)] 二 設 計 年 限 : 20 年 三 路 基 土 壤 設 計 強 度 值 ( 一 ) 試 驗 值 : 取 樣 6 組, 作 一 般 物 性 及 CBR (11% ~ 58%) 試 驗 ( 二 ) 設 計 值 : CBR 3 15% 或 M R psi 四 基 底 層 材 料 設 計 強 度 值

26 ( 一 ) 碎 石 級 配 料 : 取 樣 乙 組, 作 一 般 物 性 及 CBR(115%) 試 驗, 可 符 合 設 計 值 CBR 3 70% 之 要 求, 並 取 M R psi ( 二 ) 轉 爐 石 : 取 樣 2 組, 作 一 般 物 性 及 CBR(125%) 試 驗, 可 符 合 設 計 值 CBR 3 70% 之 要 求, 並 取 M R psi 五 交 通 量 負 載 量 分 析 結 果 列 於 表 1 [ 文 獻 (3)] 內 六 鋪 面 厚 度 及 鋪 築 結 構 亦 列 於 表 1 內 七 試 鋪 路 段 鋪 築 結 構 示 如 圖 1 [ 文 獻 (3)] 伍 施 工 階 段 品 質 管 制 一 試 鋪 試 壓 ( 一 ) 試 鋪 配 置 : 試 鋪 長 度 23 公 尺, 如 圖 1 所 示 ( 二 ) 鋪 築 材 料 及 厚 度 : 1. 天 然 碎 石 級 配 料 25 公 分 厚 度 2. 轉 爐 石 25 公 分 厚 度 ( 三 ) 試 驗 項 目 : 施 工 中 每 或 9 次 滾 壓 後 即 辦 理 砂 錐 法 工 地 密 度 試 驗 (AASHTO T191-02), 每 種 斷 面 每 乙 種 滾 壓 次 數 各 作 2 組 ( 四 ) 試 鋪 試 壓 成 果 : 1. 試 驗 結 果 詳 表 2 [ 文 獻 (3)] 所 示 2. 天 然 碎 石 級 配 料 及 轉 爐 石 各 滾 壓 7 次 ( 滾 壓 機 具 10T 以 上 ), 即 可 達 到 施 工 規 範 壓 實 度 大 於 100%( 含 ) 以 上 之 要 求 二 路 基 土 壤 材 料 路 基 土 壤 工 地 密 度 試 驗 ( 詳 表 3) 其 中 有 三 處 試 驗 結 果 壓 實 度 未 達 95%( 含 ) 以 上, 經 現 場 工 程 師 要 求 改 善 並 增 加 測 試 點 後, 均 可 達 到 施 工 規 範 壓 實 度 大 於 95% ( 含 ) 以 上 之 要 求 三 基 底 層 碎 石 級 配 料 碎 石 級 配 料 工 地 密 度 試 驗 結 果 詳 表 4 所 示, 壓 實 度 均 可 達 到 施 工 規 範 大 於 100%( 含 ) 以 上 之 要 求 四 基 底 層 轉 爐 石 材 料 ( 一 ) 砂 錐 法 工 地 密 度 試 驗 : 轉 爐 石 工 地 密 度 試 驗 結 果 亦 詳 表 4 所 示, 壓 實 度 均 可 達 到 施 工 規 範 大 於 100% ( 含 ) 以 上 之 要 求

27 ( 二 ) 膨 脹 率 試 驗 : 共 進 行 10 組 測 試, 由 中 聯 公 司 辦 理, 試 驗 結 果 詳 表 5 所 示, 可 符 合 施 工 規 範 及 CNS 膨 脹 率 小 於 1.5% 之 要 求 ( 三 )TCLP 試 驗 : 共 進 行 2 組 8 項 之 測 試, 由 中 聯 公 司 辦 理, 試 驗 結 果 亦 詳 表 5 所 示, 均 在 環 保 法 規 容 許 值 限 度 以 下 五 瀝 青 混 凝 土 材 料 ( 一 ) 瀝 青 混 凝 土 配 合 設 計 及 瀝 青 檢 驗, 皆 可 符 合 施 工 規 範 之 要 求 ( 二 ) 壓 實 度 共 檢 測 12 組, 由 本 工 程 司 辦 理, 每 層 之 平 均 值 皆 在 96% 以 上, 且 單 一 值 均 大 於 94% 以 上, 符 合 施 工 規 範 之 要 求 試 驗 結 果 詳 表 6 所 示 陸 績 效 研 究 試 驗 績 效 研 究 分 為 室 內 及 工 地 試 驗, 前 者 以 轉 爐 石 強 度 與 養 護 日 期 關 係 為 主, 後 者 作 完 工 時 完 工 後 一 個 月 半 年 乙 年 及 兩 年 等 五 次 試 驗 現 已 完 成 完 工 後 一 個 月 之 試 驗 與 評 估 作 業 一 室 內 試 驗 ( 一 ) 室 內 試 驗 共 作 一 般 物 性 夯 壓 及 CBR 試 驗, 其 試 驗 項 目 及 數 量 列 於 表 7 內 ( 二 ) 轉 爐 石 室 內 試 驗 與 養 護 日 期 關 係 結 果 列 於 表 8 從 表 8 中 結 果 可 以 得 知 泡 水 28 天 後 之 CBR 值 較 泡 水 4 天 者 強 度 提 昇 約 2 倍 二 工 地 試 驗 本 試 鋪 路 段 擬 定 計 畫 為 施 工 中 施 工 完 成 完 工 後 一 個 月 半 年 一 年 及 兩 年 等 各 作 工 地 試 驗 乙 次, 現 僅 完 成 施 工 中 完 工 後 及 完 工 後 一 個 月 之 撓 度 試 驗 平 坦 度 試 驗 PCI 評 估 及 高 程 測 量 等 工 作, 茲 列 述 如 下 : ( 一 ) 撓 度 試 驗 : 1. 路 基 土 壤 滾 壓 完 成 時 之 撓 度 試 驗 值 列 於 圖 2 及 表 9, 由 表 9 可 繪 得 圖 3 2. 基 底 層 滾 壓 完 成 時 之 撓 度 試 驗 值 列 於 圖 4 及 表 10, 由 表 10 可 繪 得 圖 5 3. 面 層 完 成 時 之 撓 度 試 驗 值 列 於 圖 6 及 表 11, 由 表 11 可 繪 圖 7 4. 完 工 後 一 個 月 面 層 之 撓 度 試 驗 值 列 於 圖 8 及 表 12, 由 表 12 可 繪 得 圖 7, 以 資 與 完 工 時 之 情 形 作 比 對 5. 路 基 土 壤 完 成 滾 壓 後, 由 撓 度 試 驗 結 果 得 知 0K+095 ~ 0K+144 (A 段 ) 之 撓 度 值 最 大, 0K+000 ~ 0K+049 (SA 段 ) 之 撓 度 值 次 之, 而 以 0K+049 ~ 0K+095 (S 段 ) 之 撓 度 值 最 小 6. 基 底 層 完 成 滾 壓 後, 各 段 撓 度 值 趨 勢 與 路 基 土 壤 一 致, 唯 ( +2S) 值 皆 下 降 (SA 段 下 降 68% S 段 下 降 53% A 段 下 降 64%) 詳 表 9 及 表 面 層 完 成 時 及 完 工 後 一 個 月, 各 段 撓 度 值 趨 勢 仍 與 路 基 土 壤 及 基 底 層 一 致, ( +2S) 值 亦 皆 下 降 詳 表 9 表 10 表 11 及 表 12

28 8. 基 底 層 採 用 50 公 分 厚 度 之 S 段 轉 爐 石 材 料, 現 階 段 撓 度 值 指 標 ( +2S) 最 低, 初 步 顯 示 優 於 A 段 及 SA 段 ( 二 ) 平 坦 度 試 驗 : 1. 平 坦 度 為 路 面 服 務 品 質 之 主 要 指 標 之 一, 未 開 放 交 通 前 之 平 坦 度 若 不 能 合 乎 規 定, 即 是 施 工 不 良 ; 開 放 交 通 後 之 路 面 勢 必 增 加 凹 凸 不 平, 亦 即 平 坦 度 可 作 為 路 面 承 受 之 能 耐 和 服 務 水 準 之 指 標, 試 驗 統 計 結 果 詳 表 13 及 表 由 表 13 及 表 14 分 析 結 果 可 以 得 知 完 工 時 及 完 工 後 一 個 月 所 觀 測 之 面 層 平 坦 度 其 值 皆 尚 合 乎 規 定, 僅 SA 段 完 工 後 一 個 月 之 = 2.61mm > 2.4mm 3. 若 以 每 1.6km 超 過 6mm 之 剖 面 指 數 值 178mm 作 評 估 指 標, 則 現 階 段 各 段 皆 可 合 乎 規 定 ( 三 )PCI 評 估 : 本 工 程 司 於 93 年 5 月 27 日 派 員 進 行 現 場 PCI 調 查 評 估 之 作 業, 分 析 結 果 如 下 : 1. SA 段 有 2 0.5= 1.0m 2 表 面 粒 料 鬆 散 分 離 之 現 象, 損 壞 密 度 為 0.29%, 扣 減 值 =2, 可 得 PCI 值 =98 2. S 段 有 7 1= 7m 2 表 面 粒 料 鬆 散 分 離 之 現 象, 損 壞 密 度 為 2.17%, 扣 減 值 =5, 可 得 PCI 值 =95 3. A 段 有 = 0.04m 2 乙 處 唧 水 現 象, 經 中 聯 公 司 掘 除 修 補 後, 現 為 = 0.09m 2 之 補 綻 缺 失, 損 壞 密 度 為 0.03%, 因 小 於 0.1% 之 下 限 值, 故 暫 定 扣 減 值 =0, 可 得 PCI 值 =100 基 於 嚴 謹 的 施 工 與 品 管 監 督 作 業, 本 試 鋪 道 路 之 PCI 評 估 成 效 皆 在 95 分 以 上, 屬 於 Excellent 分 類 之 階 段 (Excellent 之 下 限 值 為 PCI=85 分 ) ( 四 ) 高 程 測 量 完 工 後 道 路 高 程 的 變 化, 可 以 提 供 施 工 材 料 是 否 趨 於 穩 定 的 判 定 依 據, 不 論 產 生 隆 起 膨 脹 或 沈 陷 等 缺 失, 均 可 作 為 研 擬 處 理 對 策 之 重 要 參 考 資 料 ( 以 完 工 及 完 工 後 一 個 月 做 比 較 ) 1. SA 段 面 層 高 程 未 變 化, 底 層 差 值 為 -1mm 及 -2mm 2. S 段 高 程 全 部 沒 有 變 化 3. A 段 高 程 差 值 為 -1mm ~ -4mm, 可 能 係 路 基 仍 有 極 輕 微 之 沈 陷 現 象 或 鋪 築 材 料 本 身 之 壓 密 行 為 造 成 4. 全 段 鋪 面 現 階 段 未 具 膨 脹 或 隆 起 之 現 象, 俟 長 期 觀 測 後, 再 行 評 估 成 效 柒 結 論 與 建 議 一 中 鋼 轉 爐 石 材 料 使 用 於 鋪 面 結 構 研 究 計 畫 乙 案, 在 高 雄 市 南 區 資 源 回 收 廠 內 試 鋪 長 144m 之

29 試 驗 道 路, 並 分 為 三 種 鋪 面 結 構 斷 面 ( 詳 表 1 及 圖 1), 以 茲 對 照 比 較 各 主 要 控 制 因 素 間 之 差 異 性 二 本 案 基 底 層 材 料 ( 轉 爐 石 及 碎 石 級 配 料 ) 經 試 鋪 試 壓 之 結 果, 而 決 定 滾 壓 7 次 即 可 達 到 施 工 規 範 壓 實 度 大 於 100% ( 含 ) 以 上 之 要 求 且 轉 爐 石 材 料 之 壓 實 度 略 高 於 碎 石 級 配 料 三 績 效 研 究 分 為 室 內 及 工 地 兩 大 類, 室 內 以 強 度 與 養 護 期 間 關 係 為 主, 工 地 以 完 工 時 完 工 後 一 個 月 半 年 一 年 及 二 年 之 撓 度 試 驗 平 坦 度 試 驗 PCI 調 查 評 估 及 高 程 測 量 等 作 業 為 主 四 室 內 CBR 試 驗 養 護 日 期 ( 泡 水 ) 分 為 4 天 28 天 及 180 天 等 三 種, 現 階 段 可 由 表 8 得 知 CBR 值 ( 泡 水 4 天 ) 由 177% ~ 195% 增 加 到 395% 及 425%, 約 增 加 為 2 倍 五 工 址 路 基 土 壤 之 CBR 試 驗 值 為 11% ~ 58%, 統 計 平 均 之 設 計 值 為 15%, 屬 於 優 良 材 質 之 路 基 材 料, 故 在 鋪 面 結 構 總 厚 度 60 公 分 之 規 劃 下, 預 估 20 年 設 計 年 限 內 可 承 載 設 計 交 通 量 EAL (AI) 或 ESAL (AASHTO) 值 為 ( 詳 表 1 ) 六 工 地 試 驗 結 果 如 下 : ( 一 ) 撓 度 試 驗 1. 各 結 構 層 次 之 撓 度 試 驗 結 果, 皆 顯 示 A 段 (0K+095 ~ 0K+144) 之 撓 度 值 最 大, SA 段 (0K+000 ~ 0K+049) 次 之, 而 以 S 段 (0K+049 ~ 0K+095) 之 撓 度 值 最 小 2. 經 統 計 分 析 後, S 段 之 ( +2S) 值 亦 最 低, 初 步 顯 示 優 於 A 段 及 SA 段 ( 二 ) 平 坦 度 試 驗 1. 從 表 13 及 表 14 分 析 結 果, 可 以 得 知 完 工 時 及 完 工 後 一 個 月 所 觀 測 之 平 坦 度, 其 值 皆 尚 合 乎 規 定, 僅 SA 段 完 工 後 一 個 月 之 = 2.61mm > 2.4mm 2. 若 以 每 1.6km 超 過 6mm 之 剖 面 指 數 值 178mm 作 評 估 指 標, 則 現 階 段 各 段 皆 可 合 乎 規 定 ( 三 )PCI 評 估 現 階 段 各 段 PCI 值 皆 在 95 分 ( 含 ) 以 上, 屬 於 Excellent 分 類 之 階 段 ( 四 ) 高 程 測 量 除 S 段 高 程 沒 有 變 化 外, SA 段 及 A 段 具 輕 微 下 陷 之 現 象, 可 能 係 路 基 仍 有 極 輕 微 之 沈 陷 或 鋪 築 材 料 本 身 之 壓 密 行 為 所 造 成 全 段 鋪 面 現 階 段 未 具 膨 脹 或 隆 起 之 現 象, 俟 長 期 觀 測 後, 再 行 評 估 成 效

30 表 1 鋪 面 厚 度 鋪 築 結 構 及 交 通 量 預 估 值 明 細 表 [ 文 獻 (3)] 設 計 方 法 AI MS 年 版 AASHTO 1993 年 版 建 議 交 通 量 設 計 年 限 ( 年 ) 區 別 SA 段 S 段 A 段 SA 段 S 段 A 段 交 通 量 PSI= (EAL) PSI= 面 層 AC(cm) 底 層 (cm) S A 合 計 (cm) 註 :( 轉 爐 石 ) S: Slag ; ( 碎 石 級 配 料 )A: Agg.

31 表 2 試 鋪 試 壓 工 地 密 度 試 驗 報 告 表 [ 文 獻 (3)]

32 表 3 路 基 土 壤 工 地 密 度 試 驗 報 告 表 [ 文 獻 (3)]

33 表 4 基 底 層 材 料 工 地 密 度 試 驗 報 告 表 [ 文 獻 (3)]

34 表 5 中 聯 爐 石 處 理 資 源 化 股 份 有 限 公 司 轉 爐 石 樣 品 檢 驗 報 告 [ 文 獻 (3)] 表 單 編 碼 : H2-E 委 託 單 位 : 中 聯 爐 石 處 理 資 源 化 ( 股 ) 公 司 採 樣 者 : 陳 思 元 樣 品 名 稱 : 轉 爐 石 級 配 料 採 樣 日 期 : 樣 品 編 號 : S 報 告 日 期 : 採 樣 地 點 : 轉 爐 石 儲 存 區 報 告 編 碼 : 93-H2-128 檢 驗 項 目 檢 驗 結 果 1 2 平 均 分 析 方 法 法 規 容 許 值 備 註 總 鉛 mg/l N.D NIEA R C < 5.0 溶 出 試 驗 總 銅 mg/l N.D. N.D. N.D. NIEA R C < 15.0 總 鉻 mg/l N.D NIEA R C < 5.0 總 鎘 mg/l N.D. N.D. N.D. NIEA R C < 1.0 總 硒 mg/l N.D. N.D. N.D. NIEA R C -M < 1.0 總 砷 mg/l N.D. N.D. N.D. NIEA R C < 5.0 總 汞 mg/l N.D. N.D. N.D. NIEA R C < 0.2 六 價 鉻 mg/l * * * NIEA R C < * * * 0.96 轉 爐 石 膨 脹 性 試 驗 (10 天 ) * * * * * * * 1.08 CNS < 1.5% 備 註 茲 證 明 本 表 所 列 化 學 及 物 理 試 驗 結 果 均 按 本 公 司 存 檔 資 料 記 載, 正 確 無 誤 總 鉻 規 範 < 5ppm 六 價 鉻 規 範 < 2.5ppm 固 化 體 如 檢 驗 超 出 2.5ppm 時, 另 檢 驗 六 價 鉻 比 色 法 試 驗 結 果 遠 低 於 法 規 容 許 值 者, 以 N.D. 表 示

35 表 6 瀝 青 混 凝 土 壓 實 度 試 驗 報 告 表 試 體 編 號 取 樣 位 置 ( 上 層 ) 試 體 高 度 (cm) 吸 水 率 (%) 2 5 容 積 比 重 2 5 密 度 (kg/m 3 ) 容 積 比 重 標 準 值 壓 實 度 (%) 壓 實 度 規 範 (%) 1 0K+007 右 側 > K+030 左 側 > K+049 右 側 > K+087 左 側 > K+105 左 側 > K+125 右 側 > 94 試 體 編 號 取 樣 位 置 ( 下 層 ) 試 體 高 度 (cm) 吸 水 率 (%) 2 5 容 積 比 重 2 5 密 度 (kg/m 3 ) 容 積 比 重 標 準 值 壓 實 度 (%) 壓 實 度 規 範 (%) 1 0K+007 右 側 > K+030 左 側 > K+049 右 側 > K+087 左 側 > K+105 左 側 > K+125 右 側 > 94 表 7 轉 爐 石 績 效 研 究 試 驗 項 目 及 數 量 表 類 別 試 驗 項 目 數 量 ( 組 ) 備 註 轉 爐 石 一 般 物 理 性 質 試 驗 2 夯 壓 試 驗 2 CBR 試 驗 8 CBR 試 驗 養 護 時 間 分 為 4 天 (4 組 ) 28 天 (2 組 ) 及 半 年 (2 組 ) 三 種

36 表 8 轉 爐 石 CBR 值 與 養 護 時 間 關 係 表 類 別 試 驗 值 AASHTO T180 規 範 ( % ) 備 註 夯 壓 試 驗 最 大 乾 密 度 (kg/m 3 ) OMC ( % ) 養 護 日 期 泡 水 4 天 ,195,187 (CBR, % ) 泡 水 28 天 425, 395 底 層 70 % 表 9 路 基 土 壤 撓 度 試 驗 結 果 統 計 表 區 別 樁 別 試 驗 點 數 最 大 值 (mm) 最 小 值 (mm) (mm) S (mm) +2S (mm) SA 段 0K+000~0K S 段 0K+049~0K A 段 0K+095~0K 表 10 基 底 層 撓 度 試 驗 結 果 統 計 表 區 別 樁 別 試 驗 點 數 最 大 值 (mm) 最 小 值 (mm) (mm) S (mm) +2S (mm) SA 段 0K+000~0K S 段 0K+049~0K A 段 0K+095~0K 表 11 面 層 完 成 時 撓 度 試 驗 結 果 統 計 表 區 別 樁 別 試 驗 點 數 最 大 值 (mm) 最 小 值 (mm) (mm) S (mm) +2S (mm) SA 段 0K+000~0K S 段 0K+049~0K A 段 0K+095~0K

37 表 12 面 層 完 工 後 一 個 月 撓 度 試 驗 結 果 統 計 表 區 別 樁 別 試 驗 點 數 最 大 值 (mm) 最 小 值 (mm) (mm) S (mm) +2S (mm) SA 段 0K+000~0K S 段 0K+049~0K A 段 0K+095~0K 表 13 面 層 完 成 時 平 坦 度 試 驗 結 果 統 計 表 區 別 樁 號 統 計 長 度 (m) 觀 測 點 數 ( 記 載 ) 凸 處 最 大 3mm (mm) 以 上 凹 處 最 大 3mm (mm) 以 上 (mm) S (mm) V % 觀 測 點 超 過 3m m/ 6m m 之 總 數 每 1.6km 超 過 3m m/ 6m m 之 指 數 (mm) (mm) SA 段 S 段 A 段 0K+000~0K K+049~0K K+095~0K /2 620/ /1 487/ /0 196/0 註 :V= 100 %

38 表 14 面 層 完 工 後 一 個 月 平 坦 度 試 驗 結 果 統 計 表 區 樁 號 統 觀 凸 處 凹 處 S V 觀 測 每 別 計 長 度 (m) 測 點 數 ( 記 載 ) 最 大 (mm) 3mm 以 上 最 大 (mm) 3mm 以 上 (mm) (mm) % 點 超 過 3m m/ 6m m 之 1.6km 超 過 3m m/ 6m m 總 數 之 指 數 (mm) (mm) SA 段 S 段 A 段 0K+000~0K /4 702/65 0K+049~0K /0 174/0 0K+095~0K /0 82/0 註 :V= 100 %

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43 摘 要 台 灣 地 區 道 路 機 場 採 用 柔 性 與 剛 性 鋪 面 的 沿 革 均 長 達 半 個 世 紀 以 上, 除 設 計 考 慮 因 素 日 益 完 備 並 切 合 實 況 之 外, 鋪 築 材 料 的 研 發 改 進, 政 府 機 構 及 學 術 單 位 均 居 功 厥 偉 ; 在 在 都 顯 示 了 鋪 面 工 程 的 重 要 性 不 言 可 喻 鋪 面 工 程 設 計 方 法, 以 美 國 而 言, 柔 性 鋪 面 係 以 AI AASHTO 及 加 州 三 大 系 統 為 主 軸, 剛 性 者 則 以 PCA AASHTO 及 FAA 三 大 方 法 為 主 軸, 唯 皆 以 最 新 版 本 為 依 歸 台 灣 地 區 除 道 路 主 管 機 關 多 達 數 十 個 之 外, 沿 用 之 設 計 方 法 差 異 性 極 大, 甚 至 仍 有 採 用 50 年 前 之 美 國 舊 版 者, 值 得 商 榷 至 於 未 要 求 提 送 鋪 面 設 計 報 告 書 之 單 位, 更 加 令 人? 把 冷 汗 本 文 擬 以 筆 者 技 術 專 業 之 角 色, 粗 淺 提 出 台 灣 地 區 鋪 面 工 程 之 現 況 問 題 探 討 以 及 未 來 之 展 望, 希 能 對 土 木 工 程 界 略 盡 棉 薄 之 力

44 壹 前 言 台 灣 地 區 採 用 柔 性 鋪 面 的 歷 史 長 達 五 十 餘 年 剛 性 鋪 面 更 長 達 六 十 餘 年, 因 此, 不 只 從 業 人 員 者 眾, 亦 累 積 了 相 當 豐 富 的 經 驗 與 難 能 可 貴 的 文 獻 資 料 由 此 觀 之, 堅 持 與 提 昇 鋪 面 品 質 的 理 念, 尤 需 加 強 並 落 實 至 執 行 面, 方 能 達 到 事 半 功 倍 之 成 效 以 用 路 人 的 眼 光 來 看, 管 路 挖 掘 的 頻 繁 對 平 坦 度 的 詬 病 年 年 刨 除 回 鋪 面 層 的 作 法. 等 等 既 存 的 事 實, 是 不 是 除 了 造 成 社 會 百 姓 的 不 便 與 危 險 之 外, 我 們 技 術 人 員 也 要 亟 思 改 進 之 道 才 對 呢? 職 是 之 故, 若 能 呼 籲 產 官 學 研 各 界 多 多 重 視 現 況 問 題, 並 有 好 的 展 望 與 因 應 措 施, 一 定 可 以 逐 步 改 善 目 前 鋪 面 工 程 的 缺 失 與 危 害 程 度 貳 台 灣 地 區 鋪 面 工 程 管 理 機 構 採 用 規 範 之 比 較 國 內 主 管 道 路 之 機 關 有 : 高 速 公 路 局 國 道 新 建 工 程 局 公 路 總 局 內 政 部 營 建 署 台 北 市 及 高 雄 市 政 府 工 務 局 民 航 局 工 業 局 及 港 務 局 等 等 數 十 個 單 位, 除 所 使 用 之 設 計 方 法 不 一 致 之 外, 鋪 築 結 構 也 不 相 同 茲 將 其 差 異 性 ( 柔 性 鋪 面 ) 列 如 表 1 所 示, 剛 性 鋪 面 列 如 表 2 所 示 參 設 計 考 量 因 素 柔 性 鋪 面 設 計 之 考 慮 因 素, 早 期 僅 以 路 基 土 壤 簡 略 試 驗 為 主 交 通 量 分 析 模 式 亦 不 夠 嚴 謹, 致 鋪 築 材 料 厚 度 需 靠 經 驗 作 主 觀 性 的 設 定 ; 現 階 段 則 必 須 基 於 路 基 土 壤 強 度 交 通 量 分 析 鋪 築 材 料 及 環 境 因 子 等 條 件, 作 綜 合 性 的 設 計 與 考 量, 才 能 決 定 鋪 築 結 構 種 類 強 度 與 厚 度 有 關 現 階 段 國 內 常 用 設 計 方 法 之 考 慮 因 素 項 目 列 於 表 3 有 興 趣 了 解 其 沿 革 歷 史 之 讀 者, 筆 者 建 議 可 參 考 文 獻 (1) 及 文 獻 (2) 表 3 之 各 項 說 明 可 參 考 文 獻 (3) 及 文 獻 (4) 剛 性 鋪 面 設 計 之 考 慮 因 素, 早 期 大 部 份 均 付 之 闕 如, 或 僅 由 簡 單 的 篩 分 析 及 阿 太 堡 試 驗 結 果 即 逕 行 決 定 鋪 築 材 料 及 厚 度 值 現 階 段 則 必 須 基 於 路 基 土 壤 強 度 交 通 量 分 析 ( 飛 機 另 稱 為 離 場 量 分 析 ) 鋪 築 材 料 及 環 境 因 子 等 條 件, 作 綜 合 性 的 考 量 與 設 計, 才 能 決 定 鋪 築 結 構 種 類 型 式 強 度 與 厚 度 等 成 果 有 關 現 階 段 國 內 常 用 設 計 方 法 之 考 慮 因 素 項 目 列 於 表 4 有 興 趣 了 解 其 沿 革 歷 史 之 讀 者, 筆 者 建 議 可 參 考 文 獻 (5) 文 獻 (6) 及 文 獻 (7) 表 4 之 各 項 說 明 可 參 考 文 獻 (8) 文 獻 (9) 文 獻 (10) 及 文 獻 (11)

45 肆 提 昇 柔 性 鋪 面 設 計 品 質 的 方 法 一 道 路 工 程 ( 一 ) 主 要 機 構 採 用 之 設 計 方 法 1. 國 道 高 速 公 路 局 : 中 山 高 速 公 路 興 建 時 採 用 美 國 加 州 方 法 1968 年 版 及 AI MS 年 版 方 法, 近 年 之 拓 寬 工 程 則 採 用 AASHTO 1993 年 版 方 法 為 主 AI MS 年 版 方 法 為 輔 並 首 先 研 擬 採 用 大 粒 徑 瀝 青 混 凝 土 材 料, 而 由 本 工 程 司 自 辦 研 究 案, 於 民 國 八 十 五 年 完 成 期 末 報 告 現 已 納 入 行 政 院 公 共 工 程 施 工 綱 要 規 範 [ 文 獻 (12)] 第 章 使 用 2. 國 道 新 建 工 程 局 : 以 AASHTO 1993 年 版 為 主, 積 極 研 發 石 膠 泥 瀝 青 混 凝 土 與 再 生 瀝 青 混 凝 土 等 材 料, 並 且 嚴 格 進 行 工 地 執 行 材 料 試 驗 相 關 作 業 程 序 之 掌 控, 同 時 由 本 工 程 司 完 成 文 獻 (13) 之 研 究 報 告 提 出 具 體 可 行 的 建 議 方 案 供 參 3. 公 路 總 局 : 早 期 以 美 國 加 州 1963 年 版 方 法 為 主, 並 研 訂 本 省 之 輪 重 當 量 係 數 近 期 則 改 以 1995 年 版 方 法 為 主, 並 於 民 國 八 十 六 年 四 月 函 示 各 等 級 道 路 必 須 符 合 各 結 構 層 最 小 厚 度 之 需 求 至 於 加 鋪 設 計 方 法 則 採 用 AI MS 年 版 為 主 4. 內 政 部 營 建 署 : 早 期 以 AI MS 年 版 為 主, 民 國 六 O 年 代 以 後, 改 採 1969 年 版 為 主, 現 階 段 有 些 工 程 使 用 1991 年 版 方 法 5. 台 北 市 及 高 雄 市 政 府 : 早 期 以 AI MS 年 版 為 主, 目 前 則 改 採 1991 年 版 者 居 多 同 時 台 北 市 政 府 積 極 推 動 控 制 性 低 強 度 回 填 材 料 (Controlled Low Strength Materials : 又 簡 稱 為 CL SM) 使 用 於 市 區 道 路 窄 幅 之 挖 掘 回 填 等 作 業 6. 民 航 局 : 持 續 採 用 美 國 聯 邦 飛 航 總 署 (Federal Aerodrome Administration; 簡 稱 FAA) 1990 年 版 之 設 計 方 法 為 主, 另 從 1995 年 7 月 起, 配 合 設 計 方 法 之 施 工 規 範, 改 採 逐 章 逐 節 抽 印 本 更 新 之 方 式 辦 理 update 作 業 部 份 勤 務 道 路 及 停 車 場 鋪 面 設 計 則 採 用 AI MS 年 版 另 機 場 剛 性 道 面 加 鋪 設 計, 多 處 運 用 大 粒 徑 AR-4000 瀝 青 混 凝 土, 成 效 卓 著

46 表 1 台 灣 地 區 常 用 之 柔 性 鋪 面 設 計 方 法 比 較 表 主 管 機 關 鋪 築 種 類 新 工 設 計 方 法 加 鋪 設 計 方 法 鋪 築 結 構 材 料 研 究 國 道 高 速 公 中 山 高 速 公 路 局 路 新 建 ( 高 公 局 ) 中 山 高 速 公 路 拓 寬 加 州 方 法 1968 AI MS AI MS AASHTO 1993 摩 擦 層 : 開 放 級 配 大 粒 徑 瀝 青 混 凝 土 面 層 : 瀝 青 混 凝 土 多 孔 隙 排 水 瀝 青 混 底 層 : 瀝 青 處 理 底 層 凝 土 基 層 : 礫 石 級 配 料 石 膠 泥 瀝 青 混 凝 土 國 道 新 建 工 第 二 條 高 速 AASHTO 1986 摩 擦 層 : 開 放 級 配 瀝 石 膠 泥 瀝 青 混 凝 土 程 局 ( 國 工 局 ) 公 路 AASHTO 1993 ( 北 二 高 & 南 二 高 ) 青 混 凝 土 面 層 : 密 級 配 瀝 青 混 再 生 瀝 青 混 凝 土 凝 土 底 層 : 瀝 青 處 理 底 層 基 層 : 礫 石 級 配 料 公 路 總 局 省 道 及 縣 道 加 州 方 法 1963 AI MS-17 面 層 : 瀝 青 混 凝 土 加 州 方 法 底 層 : 碎 石 級 配 料 基 層 : 砂 石 料 內 政 部 營 建 縣 轄 市 道 路 AI MS ( 同 公 路 總 局 ) 控 制 性 低 強 度 回 填 署 ( 原 住 宅 及 都 市 發 展 AI MS AI MS ( 部 份 街 道 已 不 用 砂 石 料 ) 材 料 (CLSM) 局 ) 台 北 市 及 高 院 轄 市 道 路 AI MS ( 同 公 路 總 局 ) 控 制 性 低 強 度 回 填 雄 市 政 府 工 務 局 AI MS ( 部 份 街 道 已 不 用 砂 石 料 ) 材 料 (CLSM) 高 壓 力 連 鎖 磚 彩 色 瀝 青 混 凝 土 民 航 局 機 場 內 道 路 AI MS FAA 1990 面 層 : 瀝 青 混 凝 土 FAA 1990 (AR-4000) 底 層 : 碎 石 級 配 料 基 層 : 礫 石 級 配 料 工 業 局 工 業 區 AI MS 面 層 : 瀝 青 混 凝 土 科 管 局 科 學 園 區 AASHTO 1993 底 層 : 碎 石 級 配 料 基 層 : 礫 石 級 配 料

47 表 2 台 灣 地 區 常 用 之 剛 性 鋪 面 設 計 方 法 使 用 情 形 說 明 表 主 管 機 關 鋪 築 種 類 新 工 設 計 方 法 加 鋪 設 計 方 法 材 料 研 究 國 道 高 速 公 路 局 中 山 高 速 公 路 新 建 及 PCA(9) 附 屬 設 施 ( 高 公 局 ) 中 山 高 速 公 路 拓 寬 及 PCA(9) 附 屬 設 施 AASHTO 國 道 新 建 工 程 局 ( 國 工 局 ) 公 路 總 局 第 二 條 高 速 公 路 及 附 PCA(9) 屬 設 施 ( 北 二 高 & AASHTO 南 二 高 ) 省 道 縣 道 及 附 屬 設 PCA(9) AI MS 施 內 政 部 營 建 署 縣 轄 市 道 路 及 附 屬 設 PCA(9) ( 原 住 宅 及 都 市 施 發 展 局 ) 控 制 性 低 強 度 回 填 材 料 (CLSM) 台 北 市 及 高 雄 院 轄 市 道 路 及 附 屬 設 PCA(9) 控 制 性 低 強 度 回 填 材 料 市 政 府 工 務 局 施 (CLSM) 高 壓 力 連 鎖 磚 民 航 局 機 場 跑 滑 道 停 機 坪 PCA(8)(9) 及 道 路 FAA FAA 工 業 局 科 管 局 工 業 區 科 學 園 區 PCA(9) (8) 表 示 為 文 獻 (8) (9) 表 示 為 文 獻 (9) 附 屬 設 施 可 能 涵 蓋 項 目 為 : 收 費 站 側 車 道 停 車 場 休 息 站 公 車 站 台 及 人 行 步 道 等 表 3 : AI AASHTO 及 加 州 方 法 考 慮 因 素 比 較 表 AI MS-1 (1991 年 版 ) AASHTO (1993 年 版 ) 加 州 方 法 (1995 年 版 ) 1. 路 基 土 壤 強 度 :M R 1. 路 基 土 壤 強 度 :M R 1. 路 基 土 壤 強 度 : R 2. 交 通 量 分 析 : EAL 2. 交 通 量 分 析 : ESAL 2. 交 通 量 分 析 : TI 3. 環 境 因 素 3. 環 境 因 素 3. 鋪 築 材 料 折 算 比 4. 設 計 年 限 4. 使 用 年 限 4. 設 計 年 限 5. 固 定 設 計 圖 5. 路 面 現 況 使 用 績 效 指 數 5. 安 全 因 素 6. 可 靠 度 與 標 準 偏 差 6. 設 計 公 式 7. 鋪 築 材 料 折 算 係 數 8. 設 計 公 式

48 表 4 : PCA AASHTO 及 FAA 方 法 考 慮 因 素 比 較 表 PCA (1984 年 版 ) AASHTO (1993 年 版 ) FAA 方 法 (1989 年 版 ) 1. 路 基 土 壤 強 度 : K 1. 路 基 土 壤 強 度 :M R 1. 路 基 土 壤 強 度 : K 2. 交 通 或 離 場 量 分 析 2. 交 通 量 分 析 2. 離 場 量 分 析 3. 環 境 因 素 3. 環 境 因 素 3. 鋪 築 材 料 折 算 係 數 4. 設 計 年 限 4. 使 用 年 限 4. 設 計 年 限 5. 固 定 設 計 圖 5. 鋪 面 現 況 使 用 績 效 指 數 5. 安 全 係 數 6. 水 泥 混 凝 土 強 度 6. 可 靠 度 與 標 準 偏 差 6. 水 泥 混 凝 土 強 度 7. 安 全 係 數 7. 鋪 築 材 料 折 算 係 數 7. 設 計 荷 重 8. 設 計 荷 重 8. 設 計 公 式 8. 固 定 設 計 圖 7. 工 業 局 及 港 務 局 : 筆 者 設 計 時 以 AI MS 年 版 為 主, 有 時 亦 採 用 AASHTOl 1993 年 版 方 法 予 以 分 析 後 並 列 比 較 之 8. 其 他 : 部 分 工 程 未 經 計 算 分 析, 即 逕 行 決 定 鋪 築 結 構 厚 度 值 ; 有 時 連 圖 說 的 標 示 值 根 本 就 不 符 合 設 計 規 範 最 小 值 規 定, 知 其 梗 概 者, 真 得? 把 冷 汗 ( 二 ) 交 通 部 頒 布 之 柔 性 鋪 面 設 計 規 範 ( 文 獻 (4), 由 本 工 程 司 主 辦 筆 者 忝 任 計 畫 主 持 人, 涵 蓋 國 內 常 用 之 AASHTO 1993 年 版 AI MS 年 版 AI DAMA 1990 年 版 程 式 方 法 及 美 國 加 州 1995 年 版 等 方 法, 同 時 併 入 本 工 程 司 本 土 化 材 料 調 查 之 研 究 案 彙 整 的 設 計 查 核 圖 以 及 經 驗 係 數 建 議 值, 業 於 民 國 九 十 一 年 元 月 定 稿 頒 布 二 機 場 工 程 ( 一 ) 民 航 局 : 同 上 一 之 6 節 所 述, 惟 經 常 仍 需 提 送 施 工 特 訂 條 款 ( 二 ) 軍 用 機 場 : 泰 半 均 由 軍 方 專 業 技 術 人 員 自 行 設 計 及 監 造, 設 計 安 全 係 數 亦 較 高 厚 度 相 對 較 厚 伍 提 昇 剛 性 鋪 面 設 計 品 質 的 方 法 一 道 路 工 程 ( 一 ) 設 計 人 員 確 實 瞭 解 各 種 設 計 方 法 之 精 義, 並 落 實 設 計 工 作 ( 二 ) 設 計 階 段 即 須 進 行 材 料 調 查 之 作 業, 以 免 設 計 成 果 窒 礙 難 行 ( 三 ) 設 計 人 員 尤 需 檢 視 施 工 規 範 或 另 行 擬 定 特 訂 條 款 ( 四 ) 增 加 材 料 研 究 預 算, 積 極 推 動 新 工 法 新 材 料

49 ( 五 ) 各 鋪 築 結 構 層 應 注 意 最 小 厚 度 值 之 規 定 ( 六 ) 各 版 塊 間 接 縫 之 設 計 與 佈 設 應 依 設 計 規 範 規 定 辦 理 ( 七 ) 避 免 使 用 長 寬 比 > 1.25 之 版 塊 尺 寸, 否 則 完 工 後 一 定 衍 生 橫 向 裂 縫 ( 八 ) 剛 性 鋪 面 上 加 鋪 瀝 青 混 凝 土 時, 加 鋪 前 應 先 處 理 接 裂 縫, 以 免 日 後 快 速 衍 生 反 射 裂 縫 二 機 場 工 程 ( 一 ) 民 航 局 : 同 上 一 之 所 述 ( 二 ) 軍 用 機 場 : 同 上 四 ( 二 ) 第 2 點 所 述 陸 現 階 段 釐 定 施 工 規 範 的 癥 結 點 施 工 規 範 乃 為 完 成 設 計 者 理 念 撰 寫 而 成 的 文 件, 進 而 要 求 承 包 商 據 以 施 工 及 作 業 的 準 則 ; 同 時 亦 賦 予 監 造 人 員 相 當 的 權 責 可 以 調 整 品 管 頻 率 及 檢 試 驗 數 量 的 增 減 係 屬 極 重 要 的 工 程 文 件 但 是, 在 實 務 上 卻 仍 存 在 著 下 列 諸 多 癥 結 點 尚 待 改 善 或 扭 轉 從 業 人 員 錯 誤 之 觀 念, 筆 者 不 揣 意, 謹 列 述 如 下 : 一 施 工 規 範 與 設 計 方 法 的 一 致 性 ( 一 )AI MS 年 版 規 定 與 現 行 規 範 不 一 致 少 數 單 位 現 仍 使 用 AI MS 年 版 設 計 方 法, 但 卻 延 用 AI SS 年 版 或 1992 年 版 之 施 工 規 範, 犯 了 明 顯 地 錯 誤 ( 二 )AI MS 年 版 規 定 與 現 行 規 範 不 一 致 AI MS 年 版 設 計 方 法 依 據 AI SS 年 版 施 工 規 範 規 定 底 層 級 配 料 之 CBR 值 需 在 100%( 含 ) 以 上 ; 而 現 用 之 最 新 版 規 定 皆 將 底 層 材 質 強 度 CBR 值 降 為 80%( 含 ) 以 上, 故 若 仍 使 用 AI MS 年 版 設 計 方 法 及 查 核 圖 表, 亦 顯 然 不 符 現 況 ( 三 ) 行 政 院 公 共 工 程 施 工 綱 要 規 範 有 待 釐 清 依 據 文 獻 (12) 架 構, 同 一 章 節 之 施 工 規 範 允 許 使 用 於 各 類 公 共 工 程 之 領 域, 在 各 項 工 程 所 使 用 之 設 計 條 件 不 同 及 方 法 各 異 的 前 提 下, 此 一 作 法 有 待 商 榷 及 釐 清 二 設 計 方 法 未 與 時 俱 進 ( 一 ) 設 計 理 論 的 更 迭 以 AI MS-1 系 列 設 計 方 法 為 例, 其 沿 革 為 年 版, 更 從 1981 年 版 起 改 用 多 層 彈 性 理 論 之 理 念 製 作 查 核 圖 表 及 改 寫 施 工 規 範, 故 現 階 段 若 仍 沿 用 1969 年 版 之 前 的 設 計 方 法, 顯 然 不 符 情 理

50 ( 二 ) 設 計 因 素 的 變 異 新 版 設 計 方 法 對 於 設 計 因 素 的 考 量, 比 舊 版 嚴 謹 且 項 目 增 加 尤 其 是 超 載 及 排 水 因 素, 為 控 制 鋪 面 壽 命 的 兩 大 重 要 項 目, 舊 版 方 法 卻 付 之 闕 如, 因 此, 舊 版 方 法 的 適 用 性, 理 當 不 言 可 喻 ( 三 ) 未 進 行 鋪 面 分 析 暨 設 計 1. 新 版 方 法 之 面 層 最 小 厚 度 柔 性 者 為 10 公 分 剛 性 者 為 13 公 分 或 15 公 分, 但 筆 者 仍 能 於 設 計 圖 說 中 見 到 小 於 10 公 分 13 公 分 或 15 公 分 厚 度 之 面 層 標 示 值 知 之 甚 深 者, 心 中 倍 感 惶 恐 不 知 者 卻 真 是 不 知 其 嚴 重 性 與 合 法 性 2. 市 區 道 路 之 刨 除 或 加 鋪, 大 多 皆 未 作 設 計 分 析 三 使 用 萬 年 的 施 工 規 範 ( 一 ) 制 式 施 工 規 範 1. 相 同 單 位 的 大 小 工 程, 皆 採 用 相 同 標 準 的 施 工 規 範 2. 施 工 規 範 標 準 本 一 旦 發 行, 經 常 是 歷 經 十 年 以 上 未 能 再 行 修 訂 或 改 版 3. 設 計 人 員 未 校 核 施 工 規 範 亦 未 提 出 特 訂 條 款 ( 二 ) 抄 襲 國 外 施 工 規 範 1. 直 接 沿 用 國 外 標 準, 未 克 考 慮 本 土 性 問 題 2. 當 國 外 施 工 規 範 已 改 版 多 年 或 多 次, 少 數 單 位 仍 採 用 舊 版 翻 譯 本 ( 三 ) 設 計 人 員 未 克 熟 稔 施 工 規 範 條 款 的 來 龍 去 脈, 甚 至 有 些 設 計 者 從 不 查 閱 其 內 容, 當 然 不 明 瞭 在 施 工 程 序 上 所 可 能 遭 遇 的 難 題 造 成 不 但 不 能 替 承 包 商 及 監 造 人 員 解 決 問 題 之 窘 境, 有 的 時 候, 竟 還 一 問 三 不 知, 羞 赧 至 極 呀! 柒 提 昇 柔 性 鋪 面 工 程 品 質 的 作 法 一 道 路 工 程 ( 一 ) 選 用 最 新 版 本 的 設 計 方 法 ( 二 ) 施 工 規 範 配 合 設 計 方 法 進 行 修 訂 或 改 版, 否 則 必 須 另 提 特 訂 條 款 ( 三 ) 增 加 超 載 及 排 水 因 素 之 考 慮 ( 四 ) 落 實 材 料 調 查 之 作 業 水 準 與 權 責 分 工 ( 五 ) 設 計 值 需 符 合 最 小 厚 度 值 之 規 定 ( 六 ) 加 鋪 厚 度 大 於 2.5 公 分 時, 需 作 分 析 設 計 之 工 作 ( 七 ) 未 臻 成 熟 之 工 法 或 材 料, 可 採 研 究 案 或 試 鋪 試 作 等 方 式 印 證 之 ( 八 ) 設 計 者 要 培 養 全 面 觀 及 通 盤 了 解 之 專 業 能 力 ( 九 ) 設 計 成 果 不 得 違 背 政 府 採 購 法 之 相 關 規 定 ( 十 ) 落 實 施 工 品 質 管 理 及 監 督 之 機 制 ( 十 一 ) 政 府 單 位 應 注 重 鋪 面 平 坦 度 欠 佳 及 坑 洞 引 起 用 路 人 抱 怨 甚 或 傷 亡 之 事 實, 不 可 一 直 置 之 不

51 理 ( 十 二 ) 面 層 鋪 設 完 成 未 達 養 護 期 程 前, 不 宜 逕 行 開 放 通 車 ( 十 三 ) 任 何 一 個 環 節 皆 不 能 有 偷 工 減 料 之 念 頭 否 則 即 使 有 再 好 的 制 度 及 再 嚴 的 監 工, 也 難 保 不 會 被 省 工 節 料 而 損 及 安 全 和 品 質 二 機 場 工 程 ( 一 ) 選 用 FAA 最 新 版 本 的 設 計 方 法 ( 二 ) 因 顧 及 飛 安 而 需 採 行 夜 間 施 工 時, 應 釐 定 更 嚴 謹 的 施 工 程 序 及 管 制 措 施 ( 三 ) 上 述 道 路 工 程 之 建 議 作 法 皆 準 用 之 捌 未 來 展 望 一 新 工 設 計 方 法 : 柔 性 鋪 面 建 議 採 用 交 通 部 部 頒 設 計 規 範 為 主, 並 隨 時 以 AI MS-1 AASHTO 及 美 國 加 州 最 新 版 本 為 輔 ; 剛 性 鋪 面 則 以 FAA 為 主, 兩 者 皆 須 落 實 設 計 前 之 材 料 調 查 作 業 二 加 鋪 設 計 方 法 : 建 議 採 用 AASHTO 1993 年 版 或 AI MS-17 最 新 版 方 法, 凡 加 鋪 厚 度 2.5 公 分 者, 皆 應 提 出 設 計 計 算 書 作 為 依 據 三 未 落 實 設 計 工 作 之 單 位 或 人 員 應 加 強 宣 導, 俾 讓 其 了 解 此 程 序 之 重 要 性 暨 嚴 重 性 四 加 速 研 發 本 土 性 之 新 工 法 及 新 材 料, 配 合 施 工 規 範 之 擬 定, 俾 利 工 作 之 推 展 五 加 強 改 善 鋪 面 平 坦 度 欠 佳 及 到 處 坑 洞 之 現 況, 以 維 民 安 玖 結 論 與 建 議 一 現 階 段 鋪 面 工 程 因 主 管 道 路 機 關 較 多, 現 用 版 本 及 設 計 方 法 不 一 而 足 甚 至 有 些 單 位 不 需 設 計 計 算 書 凡 此 種 種 現 況, 建 議 不 妨 先 以 交 通 部 部 頒 設 計 規 範 及 FAA 為 藍 本, 以 利 漸 次 趨 於 一 致 二 加 鋪 (Overlay) 與 封 層 (Seal) 不 同, 因 為 加 鋪 ( 刨 除 重 鋪 超 過 2.5cm ) 未 達 水 準 致 常 常 修 補 令 人 詬 病, 因 此 要 以 AASHTO 1993 年 版 或 AI MS-17 方 法 求 之

52 三 施 工 規 範 ( 特 定 條 款 ) 為 設 計 者 要 求 施 工 者 執 行 符 合 設 計 方 法 的 原 則 與 假 設 條 件 而 訂 定 的, 如 今 部 分 工 程 師 未 加 以 校 核 並 使 用 不 合 乎 設 計 方 法 之 規 範, 宜 加 強 其 全 面 觀 及 深 入 了 解 之 程 度 四 部 分 單 位 使 用 的 施 工 規 範 未 符 合 設 計 原 則 設 計 方 法 亦 未 及 時 更 新 加 鋪 超 過 2.5cm 未 設 計 等 項, 為 台 灣 地 區 鋪 面 工 程 的 一 些 缺 點, 有 待 及 時 改 進 以 提 昇 整 體 之 品 質 五 材 料 調 查 可 分 為 資 源 調 查 定 期 性 調 查 及 應 用 性 調 查, 國 內 目 前 只 有 作 到 應 用 性 調 查 乙 項 其 落 實 作 法 建 議 可 參 考 文 獻 (14) 六 鋪 築 結 構 的 配 置 須 因 道 路 使 用 的 狀 況 車 輛 行 駛 的 類 別 予 以 調 整, 尤 其 是 卡 車 連 結 車 超 載 嚴 重, 為 此 而 考 量 超 載 因 素, 成 為 重 要 的 機 制 之 一

53 壹 前 言 生 物 科 技 是 政 府 大 力 提 倡 未 來 之 明 星 產 業, 國 內 無 論 公 部 門 或 私 部 門 皆 積 極 投 入 大 量 人 力 及 物 力, 其 中 國 家 衛 生 研 究 院 竹 南 院 區 工 程 及 榮 民 總 醫 院 醫 學 科 技 大 樓 工 程, 更 是 近 幾 年 政 府 重 大 工 程 對 生 物 實 驗 投 資 興 建 之 最 重 要 目 標 之 一 ; 建 築 部 擔 任 此 二 案 之 專 案 管 理 工 作, 因 此 對 實 驗 室 設 計 領 域 也 累 積 多 年 經 驗, 基 於 本 司 內 部 知 識 共 享, 特 將 業 主 所 指 定 必 須 遵 從 之 重 要 設 計 準 則 美 國 National Institutes of Health(NIH) 實 驗 室 設 計 準 則, 加 以 分 析 與 探 討, 並 提 出 相 關 成 果 與 經 驗, 俾 供 大 家 分 享 貳 綱 要 NIH 研 究 實 驗 室 手 冊 所 描 述 為 NIH 在 規 劃 及 設 計 實 驗 室 之 一 般 或 特 別 最 低 需 求 條 件, 也 是 NIH 整 體 使 命 的 一 部 份, 而 研 究 實 驗 室 及 研 究 物 品 ( 動 物 ) 之 關 係 必 須 細 心 考 慮, 通 常 實 驗 室 和 動 物 室 於 實 驗 大 樓 內 分 區 必 須 不 同 且 分 開, 才 能 滿 足 系 統 安 全 和 管 理 需 要, 相 對 的 提 供 研 究 物 品 ( 動 物 ) 至 實 驗 室 距 離 也 不 要 太 遠 一 實 驗 室 活 動 生 物 研 究 包 括 不 同 科 學 準 則 必 須 提 供 合 適 實 驗 室 空 間, 實 驗 室 設 備 應 提 供 空 間, 從 事 實 驗 資 料 處 理 及 補 充 樣 品 和 設 備 儲 藏 及 記 錄 儀 器 ; 實 驗 室 應 可 配 合 生 物 醫 療 環 境 迅 速 改 變 及 新 加 入 之 科 學 準 則 作 調 整 ; 實 驗 室 設 施 應 提 供 行 政 活 動 及 非 正 式 人 員 相 互 溝 通 空 間, 行 政 空 間 應 包 括 主 管

54 秘 書 及 支 援 辦 公 室 ; 提 供 區 域 以 鼓 勵 科 學 家 交 換 意 見 空 間, 可 能 區 域 包 括 休 息 室 影 印 室 樓 梯 間 卸 貨 區 會 議 室 廁 所 走 廊 陽 台 二 NIH 一 般 人 員 配 置 實 驗 室 人 員 數 量 配 置 依 實 驗 型 式 不 同 有 很 大 區 別, 在 NIH 平 均 每 一 實 驗 室 有 三 十 人, 分 為 幾 個 組, 組 織 上 有 實 驗 室 主 任 及 組 長 領 導 其 組 員, 應 於 規 劃 階 段 及 早 決 定 每 一 實 驗 室 分 組 面 積 及 配 置 ; 規 劃 目 標 通 常 假 設 每 個 實 驗 室 有 一 至 二 個 主 要 研 究 員 或 資 深 科 學 家 及 二 位 秘 書 工 作 及 儲 藏 檔 案 影 印 機 電 腦 書 桌 信 箱 等 空 間 三 實 驗 室 趨 勢 生 物 醫 療 研 究 發 展 非 常 迅 速, 設 施 設 計 必 須 預 期 這 些 發 展, 而 高 度 複 雜 儀 器 及 機 械 化 將 是 生 物 醫 療 研 究 未 來 潮 流, 未 來 實 驗 室 趨 勢 將 朝 向 大 型 密 集 開 放 共 享 實 驗 支 援 室 及 獨 立 特 殊 功 能 實 驗 室 ; 在 最 近 幾 年 生 物 醫 學 研 究 對 排 煙 櫃 使 用 大 量 減 少, 因 為 研 究 者 已 採 用 較 不 具 毒 性 化 學 藥 品 及 步 驟, 取 代 產 生 許 多 揮 發 及 致 癌 物 物 質, 相 關 冷 房 及 暖 房 需 求 則 持 續 增 加, 而 開 放 式 實 驗 室 對 空 間 利 用 及 資 源 共 享 更 有 效 率 提 供 電 腦 使 用 空 間 為 現 代 實 驗 室 基 本 要 件 應 配 置 於 實 驗 室 附 近, 並 配 有 最 新 網 路 科 技 供 研 究 員 使 用, 通 常 電 腦 使 用 空 間 有 微 處 理 機 個 人 電 腦 掃 瞄 機 印 表 機 等 四 使 用 者 參 與 使 用 者 特 別 是 研 究 員 之 意 見, 應 於 設 計 階 段 中 加 入 需 求 計 畫 參 計 畫 目 標 NIH 提 供 最 新 之 研 究 實 驗 室, 以 維 持 世 界 級 生 物 醫 學 之 領 導 地 位, 為 維 持 此 目 標, 無 論 興 建 或 更 新 之 研 究 實 驗 室, 須 符 合 持 續 改 變 的 生 物 醫 學 研 究 需 求 ; 於 設 計 規 劃 階 段, 實 驗 室 研 究 者 應 包 含 於 團 隊, 以 符 合 實 驗 之 特 殊 要 求, 計 畫 需 求 應 有 系 統 且 精 確 完 整 之 特 別 規 劃, 而 規 劃 過 程 應 指 出 使 用 者 需 求 使 用 密 度 建 築 物 動 線 機 電 管 路 系 統 及 安 全 考 量, 以 下 為 研 究 實 驗 室 設 計 計 畫 目 標 之 最 小 建 議 需 求 : 一 生 活 環 境 品 質 考 量 實 驗 室 應 提 供 研 究 者 舒 適 安 全 環 境 以 增 加 創 造 力, 也 可 減 少 員 工 流 動 率, 進 而 容 易 招 募 新 進 員 工 ; 提 供 直 接 自 然 光 及 戶 外 景 觀 舒 適 工 作 空 間 配 合 協 調 顏 色 適 當 健 全 的 組 織 配 置 社 會 福 利 適 宜 運 動 健 身 設 施 提 款 機 販 賣 機 或 托 兒 設 施 以 提 昇 工 作 者 生 活 品 質 ( 一 ) 自 然 光 實 驗 室 及 辦 公 室 在 與 機 能 需 求 不 衝 突 下, 應 提 供 自 然 光 及 戶 外 景 觀, 但 必 須 考 量 自 然 光 對 電 腦 螢 幕 及 實 驗 檯, 產 生 眩 目 及 日 照 熱 對 室 內 溫 度 影 響, 而 擁 有 大 型 設 備 及 冰 箱 之 實 驗 支 援 區 並 不 需 要 自 然 光, 實 驗 室 使 用 攝 影 和 光 學 診 斷 科 技 應 設 置 較 暗 區 域 如 實 驗 支 援 區

55 ( 二 ) 照 明 實 驗 室 研 究 工 作 需 要 高 品 質 之 照 明, 在 實 驗 工 作 表 面 需 提 供 無 陰 影 及 足 夠 及 均 質 照 度, 並 考 慮 特 殊 實 驗 室 及 電 腦 使 用 空 間 之 照 度 ( 三 ) 噪 音 實 驗 室 裡 的 噪 音 是 很 難 控 制, 因 為 房 間 裝 修 材 料 通 常 是 硬 且 不 吸 音, 設 備 如 排 煙 櫃 離 心 機 真 空 幫 浦 在 實 驗 室 內 會 製 造 噪 音, 在 規 劃 時 怕 噪 音 之 區 域 應 儘 可 能 離 開 噪 音 源 ( 四 ) 振 動 在 工 作 場 所 設 備 所 引 起 之 振 動, 會 對 生 活 品 質 產 生 不 良 影 響 ; 敏 感 儀 器 是 必 須 在 結 構 上 作 減 震, 有 些 敏 感 儀 器 則 需 置 放 在 減 震 桌 上, 或 減 震 樓 板, 或 靠 近 結 構 柱 子 ( 五 ) 公 共 空 間 在 生 物 研 究 合 作 中 交 換 意 見, 通 常 是 建 立 在 正 式 或 非 正 式 溝 通 接 觸, 在 建 築 規 劃 概 念 上, 增 加 使 用 者 間 非 正 式 接 觸, 理 想 上 可 強 化 各 單 位 活 動 ; 鄰 近 公 共 設 施 如 會 議 室 休 息 室 廁 所 咖 啡 區, 鼓 勵 研 究 員 間 非 正 式 接 觸 及 互 動, 而 公 共 空 間 應 能 共 享, 這 些 空 間 應 設 計 能 吸 引 研 究 員, 離 開 實 驗 室 及 辦 公 室 ; 動 線 型 式 及 走 道 細 心 設 計 也 可 增 加 使 用 者 於 建 築 物 各 區 域 間 接 觸, 設 計 應 考 慮 非 正 式 接 觸 區 域 如 凹 室 或 走 廊 末 端 供 研 究 員 非 正 式 街 接 觸, 而 不 使 用 正 式 休 息 室, 如 開 放 樓 梯 間 電 梯 間 及 公 用 走 道, 並 引 進 自 然 光 及 戶 外 景 觀 ; 佈 告 欄 指 標 座 位 應 配 置 於 入 口 大 廳, 會 議 室 入 口 應 開 向 大 廳 以 增 加 互 動 機 會, 另 外 可 能 互 動 空 間 是 鄰 接 禮 堂 會 議 室 或 其 他 公 共 空 間 出 入 口 之 展 示 空 間, 這 些 區 域 應 被 指 定 規 劃 於 設 計 內 ( 參 圖 一 ) ( 六 ) 效 率 效 率 是 實 驗 室 是 否 成 功 之 主 要 因 素, 設 計 者 應 仔 細 考 慮 人 員 動 物 物 品 廢 棄 物 之 動 線 機 能 之 關 係 及 鄰 接 處, 以 增 加 空 間 有 效 利 用 ( 七 ) 指 標 符 號 指 標 符 號 可 以 幫 助 員 工 及 訪 問 者, 於 實 驗 室 裡 知 道 其 方 向 ; 指 標 符 號 與 建 築 物 需 和 諧 搭 配 ; 很 重 要 的 是, 符 號 也 能 指 示 出 區 域, 當 生 物 危 險 工 作 正 進 行 之 生 物 安 全 等 級 二 實 驗 室 研 究 空 間 擁 有 高 品 質 研 究 人 員 對 於 完 成 NIH 之 使 命 是 非 常 重 要,NIH 目 標 就 是 提 供 每 一 研 究 員 合 適 及 舒 服 之 實 驗 室 工 作 空 間 支 援 室 儲 藏 室 辦 公 室 及 行 政 支 援 空 間, 並 以 創 造 一 個 安 全 有 效 環 境

56 ( 一 ) 實 驗 室 工 作 空 間 合 適 實 驗 室 之 空 間, 應 提 供 符 合 實 驗 室 之 各 組 成 物 如 排 煙 櫃 生 物 安 全 櫃 實 驗 檯 儀 器 儲 藏 所 需 之 空 間 ; 空 間 必 須 合 適 提 供 安 全 之 工 作 區 域, 包 括 如 使 用 設 備 防 止 污 染 裝 置 桌 面, 並 必 須 符 合 現 今 個 別 行 動 不 便 者 需 求 ( 二 ) 實 驗 室 支 援 空 間 實 驗 室 對 支 援 空 間 需 求, 增 加 的 非 常 快, 實 驗 室 與 支 援 空 間 之 比 率 從 過 去 的 2:1 增 加 到 現 在 的 1:1; 應 考 慮 將 會 產 生 噪 音 熱 振 動 之 設 備, 放 置 在 鄰 近 實 驗 室 之 支 援 空 間, 這 些 可 能 為 專 用 或 共 用 的 開 放 凹 室 或 房 間, 但 也 必 須 與 實 驗 室 相 同 模 矩 ( 三 ) 研 究 員 辦 公 室 儘 可 能 將 研 究 員 之 書 桌 與 實 驗 桌 分 開, 而 辦 公 室 應 於 實 驗 室 區 內 ( 四 ) 實 驗 行 政 區 域 行 政 辦 公 室 應 提 供 行 政 人 員 舒 適 工 作 空 間, 這 些 空 間 應 設 置 於 實 驗 室 外, 面 積 合 適 具 安 靜 及 美 觀 之 環 境, 並 提 供 檔 案 資 料 及 辦 公 傢 俱 之 儲 存 空 間 ( 五 ) 附 屬 空 間 附 屬 空 間 包 括 衣 櫃 會 議 室 及 休 息 室 等, 這 些 空 間 對 整 個 實 驗 室 非 常 重 要, 因 為 它 可 作 為 提 供 研 究 員 間 相 互 接 觸 及 交 換 意 見 場 所 ( 六 ) 基 本 生 物 醫 學 研 究 實 驗 室 空 間 規 劃 實 驗 室 最 主 要 成 員 為 研 究 員, 包 括 科 學 家 實 驗 室 技 術 人 員 研 究 人 員, 他 們 花 用 超 過 百 分 之 五 十 以 上 時 間 待 在 實 驗 室 ; 典 型 實 驗 室 配 置 空 間 範 圍 從 四 人 使 用 模 矩, 每 一 人 使 用 17.5M 2 至 二 人 使 用 模 矩 每 一 人 使 用 31.26M 2, 並 依 據 實 驗 室 研 究 種 類 規 劃 模 式 及 共 用 資 源 決 定 考 量 空 間 規 劃 影 響 包 括 防 護 設 施 與 動 物 實 驗 室 關 係 輻 射 及 生 物 安 全 之 需 求 可 使 用 之 會 議 空 間 及 實 驗 室 其 他 支 援 設 施, 於 早 期 規 劃 階 段, 與 主 要 研 究 員 諮 商 決 定 實 驗 工 作 之 空 間 ( 七 ) 根 據 過 去 經 驗 基 本 生 物 醫 學 研 究 實 驗 室 之 一 般 規 則 以 下 圖 表 為 根 據 過 去 經 驗 基 本 生 物 醫 學 研 究 實 驗 室 空 間 使 用 分 析, 實 驗 室 支 援 空 間 約 佔 實 驗 室 空 間 之 百 分 之 五 十, 這 些 經 驗 並 無 加 入 研 究 員 之 年 資 考 慮, 也 無 包 括 特 別 機 能 實 驗 室 如 核 磁 共 振 鐳 射 實 驗 室 動 物 室 等, 這 些 機 能 區 域 必 須 加 入 整 體 預 算 和 規 劃 考 量 ( 參 圖 二 ) ( 八 ) 粗 估 商 數 因 為 編 制 預 算 預 估 之 目 的 使 用 粗 估 商 數, 建 築 物 粗 面 積 通 常 包 括 地 下 室 夾 層 閣 樓 電 力 機 械 交 換 機 房 封 閉 卸 貨 空 間 ; 粗 面 積 比 淨 面 積 之 粗 估 商 數 範 圍 通 常 取 決 於 實 驗 室 內 部 走 道 型 式 隔 間 設 備 分 佈 機 械 設 備 形 狀, 對 一 典 型 研 究 實 驗 室 其 粗 估 商 數 通 常 為 1.54 至 2

57 三 彈 性 及 合 適 性 實 驗 室 設 計 應 富 有 彈 性 及 可 調 整 性, 這 個 概 念 鼓 勵 一 般 性 空 間 之 發 展, 可 提 供 機 能 變 更, 而 無 需 作 基 礎 建 設 改 變 ; 並 儘 量 避 免 設 置 過 多 特 定 規 劃 或 定 製 空 間 ( 一 ) 設 備 及 系 統 配 置 設 備 必 須 重 複 及 一 致 分 佈 到 每 一 實 驗 室, 並 設 計 提 供 可 簡 單 擴 充, 而 不 影 響 鄰 近 區 域, 設 備 可 置 於 設 備 走 道 上 方 或 設 備 夾 層, 允 許 改 變 且 無 需 提 昇 建 築 物 基 礎 設 備 容 量 或 主 要 分 佈 系 統 ; 在 不 影 響 實 驗 室 每 日 操 作 下, 所 有 建 築 物 系 統 組 成 需 要 作 定 期 維 護 和 修 理 提 供 不 可 預 期 之 新 研 究 規 定 和 科 技 未 來 所 需 之 公 用 設 備 是 一 樣 重 要 的, 容 量 設 計 應 允 許 研 究 員 增 加 設 備 和 儀 器, 以 符 合 需 求 持 續 之 改 變, 而 不 危 害 到 實 驗 室 之 健 康 和 安 全 ( 二 ) 擴 充 考 量 設 計 實 驗 室 應 考 量 未 來 之 擴 充, 包 括 水 平 和 垂 直 擴 充, 主 要 建 築 物 系 統 規 劃 在 預 算 限 制 下, 應 預 留 容 量 以 提 供 未 來 成 長 和 研 究 目 標 之 改 變, 建 築 物 系 統 和 規 劃 應 與 現 有 主 要 規 劃 一 致 ( 三 ) 設 備 與 實 驗 室 連 接 實 驗 室 設 備 必 須 分 佈 於 每 一 獨 立 實 驗 室 模 矩, 每 一 設 備 連 接 點 設 於 一 定 位 置, 提 供 簡 單 擴 充 而 不 影 響 之 臨 近 空 間 ; 設 備 運 作 設 置 於 設 備 走 道 或 設 備 夾 層 空 間, 以 允 許 實 驗 室 空 間 之 變 更, 不 必 增 加 或 提 升 中 央 基 礎 設 備 的 容 量 或 位 置, 且 所 有 管 線 連 接 至 設 備 和 裝 置 應 設 於 設 備 走 道 或 設 備 夾 層 空 間 裡

58 四 設 備 和 系 統 分 佈 概 念 公 用 事 業 設 施 及 設 備 包 括 通 訊 及 資 訊 系 統, 無 論 於 水 平 或 垂 直 方 向 必 須 安 排 於 特 定 區 域, 提 供 一 致 之 系 統 及 水 電 設 施 分 佈 到 每 一 實 驗 室, 三 度 空 間 規 劃 讓 設 備 容 易 進 出 及 維 護, 提 供 最 多 之 操 作 彈 性, 設 計 選 擇 及 公 用 事 業 配 置 系 統 位 置 是 依 產 品 功 能 經 濟 上 具 競 爭 力 容 易 進 出 維 護 減 少 實 驗 室 干 擾 減 少 生 物 病 毒 感 染 未 來 水 電 設 施 及 實 驗 室 改 建 等 考 量, 以 下 為 NIH 院 區 所 建 立 使 用 概 念, 雖 然 有 其 優 缺 點, 使 用 設 備 夾 層 已 為 現 今 潮 流 ( 一 ) 天 花 板 及 管 道 間 提 供 管 道 間 供 公 用 事 業 設 施 垂 直 分 佈, 水 平 分 佈 經 過 天 花 板 空 間 到 實 驗 室, 由 上 至 下 提 供 至 工 作 區 域, 廢 棄 物 則 從 水 平 收 集 再 從 管 道 間 送 下 ( 二 ) 設 備 維 修 走 道 公 用 事 業 設 備 分 佈 提 供 只 供 維 護 人 員 專 用 走 道 ( 參 圖 三 ) ( 三 ) 設 備 維 修 夾 層 設 備 維 修 夾 層 讓 毫 無 阻 礙 之 實 驗 室 空 間 有 最 多 選 擇 性 ; 天 花 板 上 之 專 用 進 出 樓 版 將 設 備 水 平 分 佈, 設 備 服 務 從 設 備 維 修 夾 層 垂 直 拉 下 至 實 驗 室 ; 垂 直 集 中 管 道 連 接 建 築 物 之 維 修 夾 層 ; 夾 層 空 間 分 區 應 細 心 設 計, 水 平 分 區 包 括 電 及 通 訊 區 進 風 區 送 風 區 管 線 及 消 防 撒 水 區 及 出 入 口 區, 維 修 夾 層 高 度 建 議 至 少 2100mm, 以 便 維 修 人 員 進 出 ( 參 圖 四 圖 五 )

59 五 模 矩 規 劃 雖 然 很 多 研 究 者 有 特 別 實 驗 設 計 需 求, NIH 目 標 是 建 立 一 個 共 同 理 想 空 間 具 有 共 同 的 條 件, 提 供 所 需 機 械 管 線 電 力 等 系 統 及 隔 間, 以 符 合 不 同 研 究 之 需 求 實 驗 室 模 矩 提 供 建 築 物 系 統, 作 最 大 彈 性 安 全 經 濟 有 效 之 設 置, 以 符 合 未 來 改 變 及 主 要 研 究 員 特 殊 研 究 建 立 實 驗 室 計 劃 ( 一 ) 實 驗 室 及 實 驗 室 模 矩 實 驗 室 模 矩 是 建 築 物 量 體 之 基 本 概 念 並 提 供 規 則 及 重 複 之 空 間 和 設 備, 必 須 在 模 矩 架 構 上 細 心 安 排, 不 受 樓 梯 管 道 間 剪 力 牆 電 梯 及 其 他 阻 礙 物 限 制, 規 劃 模 矩 必 須 適 當 尺 寸, 因 此 較 大 單 位 可 以 由 幾 個 模 矩 組 成, 允 許 定 量 空 間 產 生 和 標 準 化 之 機 械 電 力 管 線 系 統 容 易 進 入 每 一 模 矩 ; 舉 例 說 明 不 同 模 矩 規 劃 配 置 可 能 性 ( 參 圖 六 ) 實 驗 室 建 築 物 建 立 在 規 律 和 重 複 模 矩 規 劃 如 3350mm x 3350mm 單 元, 定 量 空 間 產 生, 可 以 提 供 較 多 種 類 之 實 驗 室 及 實 驗 支 援 機 能, 實 驗 室 模 矩 寬 度 通 常 決 定 於 走 廊 寬 度 1525mm, 再 加 上 兩 側 相 當 於 914mm 之 實 驗 桌 或 設 備 空 間, 這 尺 寸 增 加 彈 性 可 用 性 及 方 便 所 有 使 用 者 容 易 使 用, 實 驗 室 模 矩 深 度 之 決 定, 取 決 於 建 築 物 本 身 限 制 多 少 人 使 用 實 驗 桌 工 作 上 會 使 用 何 種 設 備 總 共 需 要 多 少 桌 子 及 防 護 設 備 如 排 煙 櫃 生 物 安 全 櫃 ; 一 個 理 想 模 矩 深 度 為 10050mm, 一 個 標 準 形 狀 可 能 包 括 研 究 員 桌 子 約 1525mm 寬 提 供 足 夠 工 作 空 間 ; 實 驗 桌 應 發 展 為 一 種 模 矩 型 式, 允 許 構 件 互 相 交 換 或 部 份 設 備 代 替 實 驗 桌 組 件, 實 驗 桌 上 提 供 系 統 式 可 互 相 交 換 要 件 之 開 放 架 或 密 閉 式 儲 藏 櫃 ( 二 ) 結 構 單 元 空 間 建 築 物 結 構 系 統 與 模 矩 規 劃 有 關, 主 要 結 構 柱 不 要 干 擾 實 驗 室 空 間 及 減 少 樑 對 機 電 管 線 影 響, 結 構 系 統 及 柱 列 應 增 加 建 築 物 效 能, 實 驗 室 建 築 物 設 計 應 減 少 振 動

60 六 規 劃 概 念 ( 一 ) 實 驗 室 鄰 里 概 念 一 個 實 驗 室 鄰 里 不 只 是 實 驗 室 和 實 驗 支 援, 也 包 括 辦 公 室 及 辦 公 室 支 援 供 應 物 品 儲 藏 及 共 享 設 備 如 電 腦 設 施, 以 期 望 實 驗 室 鄰 里 有 更 多 生 產 力, 減 少 昂 貴 之 實 驗 支 援 空 間 ; 為 提 昇 科 技 鄰 里 意 識, 通 常 實 驗 室 鄰 里 結 合 30 至 60 人, 包 括 6 至 8 位 主 要 研 究 員, 加 上 他 們 的 博 士 後 同 事 及 實 驗 助 手 及 不 同 功 能 支 援, 實 驗 室 鄰 里 應 清 楚 組 織 及 自 在 活 動, 通 常 實 驗 室 設 置 於 建 築 物 外 部, 實 驗 支 援 空 間 則 設 置 於 內 部, 提 供 許 多 交 錯 的 走 廊 及 共 用 的 實 驗 室, 讓 鄰 里 內 之 活 動 更 加 容 易 ( 參 圖 七 ) 及 NIH Building 50 鄰 里 設 計 概 念 ( 參 圖 八 )

61 ( 二 ) 開 放 式 實 驗 室 概 念 開 放 式 實 驗 室 就 是 實 驗 室 不 設 隔 間, 開 放 式 實 驗 室 鼓 勵 研 究 員 間 互 相 接 觸 ; 為 加 強 實 驗 室 與 外 界 環 境 之 關 係, 建 築 物 之 設 計 將 主 要 實 驗 空 間, 設 置 於 建 築 物 外 部, 並 由 一 般 模 矩 型 式 簡 單 的 組 成, 以 提 供 一 個 彈 性 環 境, 減 少 研 究 員 間 阻 礙, 以 提 供 一 個 開 放 式 氣 氛 ( 三 ) 實 驗 室 集 中 支 援 核 概 念 所 有 實 驗 支 援 機 能 應 集 中 設 置, 及 提 供 各 方 向 容 易 進 入 實 驗 支 援 核 之 概 念, 這 概 念 是 非 常 有 用 且 有 效 率, 它 的 粗 估 商 數 從 1.82 至 1.67, 材 料 和 設 備 運 送 與 人 員 動 線 分 開, 實 驗 室 集 中 支 援 核 概 念, 是 完 全 適 合 作 研 究 之 工 具 ( 四 ) 虛 走 道 虛 走 道 是 實 驗 室 鄰 里 裡 連 繫 實 驗 室 及 改 善 溝 通 之 走 道, 在 最 新 建 造 完 成 之 實 驗 室, 虛 走 道 貫 穿 實 驗 室 一 邊, 虛 走 道 雖 不 是 主 要 緊 急 出 口, 但 可 作 為 提 供 實 驗 室 之 第 二 個 逃 生 出 口 ; 實 驗 室 可 以 輕 易 沿 著 虛 走 道 裝 置 隔 間, 這 預 留 實 驗 室 第 二 個 逃 生 出 口, 也 可 將 不 合 適 之 機 能 空 間 隔 離 ; 虛 走 道 可 讓 人 員 設 備 及 實 驗 樣 品 在 實 驗 室 內 容 易 移 動, 及 在 主 要 研 究 員 所 領 導 下, 各 組 人 員 在 一 起 工 作 ( 五 ) 另 一 種 實 驗 室 群 組 概 念 另 外 一 種 實 驗 室 群 組 配 置 ( 參 圖 九 ), 是 由 高 度 密 集 機 械 及 實 驗 支 援 機 能 集 中, 並 設 置 於 中 央 區 域, 實 驗 檯 空 間 環 繞 於 實 驗 支 援 空 間, 辦 公 空 間 則 設 於 建 築 物 外 圍, 這 個 概 念 將 可 獲 得 最 多 的 自 然 光 和 景 觀, 實 驗 支 援 空 間 集 中 使 建 築 物 機 電 使 用 更 有 效 率, 也 可 使 結 構 配 置 有 彈 性, 讓 設 備 所 需 之 最 大 負 載 集 中 於 群 組 中 央 區, 提 供 長 跨 距 之 實 驗 檯 及 辦 公 空 間, 讓 更 多 之 開 放 空 間 沒 有 結 構 柱 衝 突

62 ( 六 ) 物 料 管 理 在 實 驗 室 區 域 內, 物 料 移 動 發 生 在 一 般 走 廊, 假 如 有 設 備 走 廊 之 提 供, 它 的 尺 寸 大 小 必 須 適 合 物 料 運 送 ( 七 ) 開 放 樓 梯 空 間 開 放 樓 梯 空 間 減 少 不 同 樓 層 空 間 使 用 者 溝 通 阻 礙 ( 參 圖 十 ), 但 必 須 有 很 好 的 防 火 區 隔 ( 八 ) 多 用 途 空 間 一 個 可 以 作 電 腦 傳 輸 知 識 交 換 之 多 用 途 空 間, 包 括 提 供 有 可 以 連 線 之 電 腦 桌 茶 水 設 施 及 非 正 式 會 議 空 間, 以 建 立 建 築 物 內 使 用 者 彼 此 間 互 動 及 吸 引 外 面 人 的 區 域 ( 參 圖 十 一 圖 十 二 ) ( 九 ) 圖 書 閱 覽 室 在 網 路 來 臨 的 時 代, 圖 書 閱 覽 室 雖 不 再 像 過 去 那 樣 受 歡 迎 及 需 要, 但 使 用 者 仍 渴 望 有 一 個 能 閱 讀 最 新 期 刊 之 閱 覽 室 ; 而 閱 覽 室 應 為 一 個 安 靜 舒 適 光 線 充 足, 在 其 周 圍 配 有 放 置 書 及 期 刊 之 書 架 ( 參 圖 十 三 ) 七 實 驗 室 建 築 物 之 機 能 關 係 及 分 區 在 規 劃 一 個 實 驗 室, 設 計 者 必 須 說 明 實 驗 室 所 有 機 能 及 活 動 之 關 係, 將 相 似 機 能 安 排 於 同 一 區, 為 使 建 築 物 使 用, 變 得 更 加 有 效 率, 當 在 作 一 個 實 驗 室 規 劃, 以 下 幾 個 觀 點 使 用, 可 以 決 定 空 間 和 機 能 關 係 1. 定 義 建 議 使 用 者 之 組 織 架 構 或 一 般 機 能 原 則 2. 定 義 相 互 關 係 所 需 之 機 能 原 則 等 級, 畫 出 建 議 相 互 關 係 之 圖 樣, 以 決 定 它 們 功 能 3. 決 定 每 一 獨 立 工 作 區 域 所 需 之 廢 棄 物 及 物 料 之 操 作 流 程, 規 劃 時 必 須 指 出 可 能 會 發 生 之 危 害 安 全 與 建 康

63 4. 決 定 鄰 近 每 一 實 驗 室 分 區 所 需 之 特 別 實 驗 支 援 5. 定 義 鄰 近 實 驗 室 工 作 區 之 辦 公 室 6. 決 定 那 些 實 驗 室 空 間 可 能 需 要 特 別 機 械 設 備 之 獨 立 工 作 區 域 進 而 決 定 型 式 和 鄰 近 等 級, 當 規 劃 彈 性 及 合 適 工 作 空 間, 基 本 上 仍 要 得 到 以 下 資 訊 1. 機 電 管 線 需 求 2. 防 火 規 劃 需 求 3. 生 化 危 險 及 輻 射 安 全 需 求 4. 何 種 化 學 物 使 用 5. 主 要 科 技 設 備 安 裝 6. 排 煙 櫃 安 裝 密 度 7. 建 築 物 使 用 人 口 8. 多 少 工 作 站 9. 特 別 工 作 站 之 型 式 ( 一 ) 規 劃 圖 樣 規 劃 圖 樣 是 從 模 矩 發 展 及 關 係, 用 幾 何 圖 形 描 繪 出 基 本 規 劃 分 區, 包 括 實 驗 室 區 辦 公 室 區 走 廊 及 支 援 區, 這 些 只 是 圖 樣 必 須 符 合 建 築 物 規 劃 基 地 限 制 及 使 用 者 需 求 ( 二 ) 實 驗 室 及 實 驗 支 援 概 念 實 驗 室 建 築 規 劃 必 須 說 明 機 能 與 動 線 關 係, 圖 十 四 顯 示 位 於 實 驗 室 實 驗 支 援 及 辦 公 室 間 之 人 員 主 要 動 線, 中 央 走 廊 提 供 實 驗 室 隔 離 人 員 及 物 料 流 動 ( 三 ) 實 驗 室 區 使 用 單 走 道 圖 十 五 顯 示 主 要 人 員 走 廊 位 於 實 驗 室 區, 連 接 主 要 辦 公 室, 中 央 走 道 支 援 實 驗 室 與 辦 公 室, 人 員 與 物 料 移 動 結 合, 所 有 空 間 可 接 收 直 接 自 然 光

64 ( 四 ) 實 驗 室 及 實 驗 支 援 區 引 進 自 然 光 實 例 圖 十 六 NIH Building 50 將 自 然 光 引 入 實 驗 室 內 以 提 高 研 究 環 境 品 質 肆 結 語 國 家 衛 生 研 究 院 竹 南 院 區 工 程 及 榮 民 總 醫 院 醫 學 科 技 大 樓 工 程 皆 為 國 家 投 資 數 十 億 之 重 大 建 設, 同 時 業 主 們 也 為 生 物 醫 學 界 之 翹 楚 ; 建 築 部 擔 任 此 二 案 專 案 管 理 工 作, 負 責 設 計 審 查 之 工 作, 期 間 也 閱 讀 研 究 美 國 澳 洲 之 相 關 規 範, 基 於 知 識 傳 承, 相 繼 撰 寫 了 B L3 BL4 高 階 生 物 實 驗 室 美 國 NIH 動 物 實 驗 室 及 實 驗 室 設 計 準 則 探 討, 其 目 的 是 提 供 本 工 程 司 了 解 最 新 相 關 實 驗 室 設 計 相 關 訊 息, 作 為 將 來 本 工 程 司 對 相 關 實 驗 室 設 計 爭 取 有 所 幫 助, 至 於 有 關 業 主 要 求 協 助 實 驗 室 認 證 之 領 域, 相 對 於 部 門 從 前 之 工 作 經 驗 更 是 遙 遠, 因 此 建 築 部 在 此 刻 即 將 著 手 收 集 資 料 研 究, 以 符 合 業 主 需 求 及 業 務 需 要

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66 壹 辦 理 公 共 設 施 多 目 標 使 用 之 前 提 及 法 令 依 據 公 共 設 施 之 設 置 係 基 於 公 益 性 目 的, 期 能 服 務 居 民 滿 足 生 活 上 之 需 求 及 維 持 良 好 之 都 市 生 活 環 境, 惟 為 鼓 勵 民 間 投 資 興 建 公 共 設 施 ( 獎 勵 投 資 辦 理 都 市 計 畫 公 共 設 施 辦 法 ) 彌 補 都 市 計 畫 區 公 共 設 施 用 地 之 不 足 促 進 公 共 設 施 之 有 效 及 多 元 利 用, 故 都 市 計 畫 法 第 三 十 條 規 定 公 共 設 施 用 地 得 作 多 目 標 使 用, 以 滿 足 實 際 都 市 發 展 之 需 要 惟 都 市 計 畫 公 共 設 施 之 多 目 標 使 用, 應 以 避 免 影 響 原 規 劃 設 置 公 共 設 施 之 機 能 為 前 提, 並 注 意 維 護 景 觀 環 境 安 寧 公 共 安 全 衛 生 及 交 通 順 暢, 否 則 因 為 多 目 標 使 用 而 造 成 土 地 使 用 機 能 之 衝 突 或 管 制 之 失 控, 將 失 去 了 複 合 使 用 之 意 義, 故 針 對 允 許 多 目 標 使 用 之 用 地 類 別 使 用 項 目 准 許 條 件 作 業 方 法 及 辦 理 程 序 等 事 項, 訂 頒 有 都 市 計 畫 公 共 設 施 用 地 多 目 標 使 用 辦 法 ( 以 下 簡 稱 多 目 標 使 用 辦 法 ), 作 為 多 目 標 使 用 之 辦 理 依 據, 以 避 免 藉 由 多 目 標 使 用 之 名, 而 為 土 地 炒 作 之 實

67 貳 多 目 標 使 用 之 辦 理 流 程 及 應 備 之 書 圖 文 件 公 共 設 施 用 地 申 請 作 多 目 標 使 用 應 具 備 之 書 圖 文 件 於 九 十 二 年 六 月 前 實 施 之 都 市 計 畫 公 共 設 施 用 地 多 目 標 使 用 方 案 並 未 明 確 規 範, 多 由 各 級 地 方 政 府 依 其 作 業 慣 例 或 以 行 政 命 令 方 式, 對 於 多 目 標 使 用 申 請 計 畫 書 之 內 容 進 行 規 範, 因 此 發 生 各 地 方 政 府 對 相 關 書 圖 文 件 之 要 求 精 細 度 不 同 之 情 形 發 生 直 至 民 國 九 十 二 年 六 月 二 十 七 日 發 布 實 施 之 都 市 計 畫 公 共 設 施 用 地 多 目 標 使 用 辦 法 將 應 備 具 之 書 圖 文 件 進 行 統 一 規 範, 使 得 申 請 單 位 有 一 個 明 確 遵 守 之 規 範, 依 該 辦 法 應 備 具 之 文 件 內 容 及 申 請 流 程 如 下 : 一 申 請 書 : 應 載 明 下 列 事 項 : ( 一 ) 申 請 人 姓 名 住 址 ; 其 為 法 人 者, 其 法 人 名 稱 代 表 人 姓 名 及 主 事 務 所 ( 二 ) 公 共 設 施 名 稱 ( 三 ) 公 共 設 施 用 地 坐 落 及 面 積 ( 四 ) 其 他 經 直 轄 市 縣 ( 市 ) 政 府 規 定 之 事 項 二 公 共 設 施 用 地 多 目 標 使 用 計 畫 : 應 表 明 下 列 事 項 : ( 一 ) 公 共 設 施 用 地 類 別 ( 二 ) 申 請 使 用 項 目 面 積 及 其 平 面 或 立 體 配 置 圖 說 ( 三 ) 開 闢 使 用 情 況 及 土 地 建 築 物 權 屬 ( 四 ) 對 原 規 劃 設 置 公 共 設 施 機 能 之 影 響 分 析 ( 五 ) 對 該 地 區 都 市 景 觀 環 境 安 寧 與 公 共 安 全 衛 生 及 交 通 之 影 響 分 析 ( 六 ) 依 本 辦 法 規 定 應 徵 得 相 關 機 關 同 意 之 證 明 文 件 ( 七 ) 其 他 經 直 轄 市 縣 ( 市 ) 政 府 規 定 之 事 項 多 目 標 使 用 應 備 具 上 述 文 件, 向 該 管 直 轄 市 縣 市 政 府 申 請 核 准 三 公 共 設 施 用 地 多 目 標 使 用 申 請 流 程 : 申 請 流 程, 依 實 際 之 作 業 經 驗, 歸 納 整 理 如 圖 一, 直 轄 市 縣 ( 市 ) 政 府 受 理 申 請 後, 經 審 查 合 於 規 定 者, 發 給 多 目 標 使 用 許 可 ; 不 合 規 定 者, 駁 回 其 申 請 ; 其 須 補 正 者, 應 通 知 其 於 十 五 日 內 補 正, 屆 期 未 補 正 或 補 正 不 完 全 者, 駁 回 其 申 請

68 註 : 實 際 之 作 業 流 程 仍 須 視 個 案 用 地 類 別 及 縣 ( 市 ) 政 府 本 於 權 責 發 布 之 審 議 流 程 而 定 圖 一 都 市 計 畫 公 共 設 施 用 地 多 目 標 使 用 申 請 流 程 圖 參 法 令 條 文 分 析 多 目 標 使 用 辦 法 依 其 管 制 之 精 神, 可 將 其 概 分 為 一 般 性 之 管 制 規 範 及 特 別 規 範, 其 中 一 般 規 範 為 不 論 何 種 用 地 類 別, 皆 須 遵 守 之 管 制 規 定, 大 多 為 原 則 及 一 般 性 之 規 定 ; 特 別 規 範 為 針 對 特 定 之 公 共 設 施 用 地 類 別, 考 量 各 類 型 用 地 之 性 質, 規 範 准 許 之 條 件 及 允 許 之 使 用 項 目, 因 此, 若 欲 進 行 多 目 標 使 用, 除 須 檢 核 是 否 符 合 一 般 性 之 規 範 外, 同 時 須 符 合 該 用 地 類 別 之 特 別 規 範 分 別 說 明 如 下 : 一 一 般 規 範

69 ( 一 ) 私 人 或 團 體 投 資 興 辦 公 共 設 施 用 地 作 多 目 標 使 用, 其 所 需 用 地 得 依 都 市 計 畫 法 第 五 十 三 條 及 土 地 徵 收 條 例 第 五 十 六 條 之 規 定 辦 理 ( 二 ) 直 轄 市 縣 ( 市 ) 政 府 鄉 ( 鎮 市 ) 公 所 各 該 公 用 事 業 機 構 興 闢, 或 私 人 或 團 體 依 本 辦 法 申 請 公 共 設 施 用 地 作 多 目 標 使 用 者, 應 同 時 整 體 闢 建 完 成 必 要 時, 得 整 體 規 劃 分 期 分 區 闢 建 ( 三 ) 相 鄰 公 共 設 施 用 地 以 多 目 標 使 用 方 式 興 建 地 下 或 地 上 層 停 車 場 者, 得 合 併 規 劃 興 建 公 園 用 地 道 路 用 地 地 下 以 多 目 標 使 用 方 式 興 建 商 場 或 超 級 市 場 者, 亦 同 ( 四 ) 公 共 設 施 用 地 得 作 為 捷 運 系 統 節 水 環 境 品 質 監 測 站 及 都 市 防 災 救 災 設 施 使 用 ; 其 面 積 五 公 頃 以 上 者, 得 兼 作 機 車 停 車 場 使 用 ( 五 ) 公 共 設 施 用 地 多 目 標 作 商 場 百 貨 商 場 或 商 店 街 使 用 者, 其 樓 地 板 面 積 不 得 超 過 一 千 平 方 公 尺 但 作 車 站 體 育 場 或 市 場 使 用 或 政 府 整 體 規 劃 開 闢 者, 不 在 此 限 ( 六 ) 公 共 設 施 用 地 得 同 時 作 立 體 及 平 面 多 目 標 使 用 二 特 別 規 範 特 別 規 範 針 對 公 共 設 施 用 地 之 多 目 標 使 用 類 別 立 體 及 平 面 多 目 標 使 用 允 許 項 目 及 准 許 條 件, 採 正 面 列 舉 方 式, 明 文 規 定 於 多 目 標 使 用 辦 法 之 附 表 內 肆 台 中 車 站 站 區 空 間 多 目 標 計 畫 案 例 說 明 為 因 應 運 輸 型 態 多 元 發 展, 鐵 路 局 積 極 改 變 自 身 角 色, 除 構 思 車 站 多 功 能 利 用, 開 發 整 建 車 站 站 區 及 週 邊 地 區 成 為 轉 運 樞 紐, 更 期 待 藉 由 多 目 標 使 用, 強 化 行 旅 生 活 服 務 功 能, 目 前 計 有 : 羅 東 苗 栗 及 台 中 車 站 等, 進 行 或 已 完 成 多 目 標 使 用 之 申 辦 作 業, 以 下 例 舉 中 華 顧 問 工 程 司 承 辦 之 台 中 車 站 站 區 空 間 多 目 標 計 畫 為 案 例, 進 一 步 說 明 多 目 標 使 用 之 內 容 : 一 辦 理 經 過 本 案 於 九 十 二 年 四 月 向 台 中 市 政 府 提 出 申 請, 九 十 三 年 二 月 二 日 市 府 邀 集 內 部 各 局 室 召 開 審 查 會 議 後, 同 意 本 案 之 多 目 標 申 請, 並 於 九 十 三 年 六 月 取 得 核 准 函 二 計 畫 目 標 ( 一 ) 強 化 車 站 功 能, 繁 榮 鐵 路 發 展 車 站 地 區 匯 聚 人 流 車 流 及 資 訊 流, 為 都 市 之 精 華 地 區, 但 本 基 地 以 往 僅 作 為 鐵 路 客 貨 運 輸 相 關 業 務 使 用, 未 盡 地 用 效 益, 故 實 有 必 要 善 用 區 位 優 勢, 積 極 利 用 現 有 資 源, 提 供 方 便 且 多 元 化 之 服 務, 進 行 培 養 繁 榮 鐵 路 運 輸 所 必 須 之 事 業 ( 二 ) 帶 動 商 圈 發 展, 促 進 更 新 再 造 隨 著 都 市 成 長 週 期 變 化, 舊 市 中 心 區 已 出 現 衰 敗 的 現 象, 故 市 政 府 近 年 來 積 極 推 動 本 區 更 新 及 景

70 觀 改 善 工 作 由 於 本 區 權 屬 單 純, 經 市 政 府 核 准 多 目 標 使 用 後, 立 即 可 以 進 行 再 造, 故 考 量 舊 市 中 心 區 振 興 的 急 迫 性, 利 用 本 區 導 入 階 段 性 之 使 用, 對 於 帶 動 周 邊 地 區 更 新 再 發 展 有 拋 磚 引 玉 之 效, 並 可 改 善 站 前 都 市 景 觀 三 申 請 範 圍 及 面 積 本 計 畫 申 請 多 目 標 使 用 之 基 地 範 圍 位 於 台 中 車 站 前 站, 共 包 括 8 筆 土 地, 面 積 約 2.77 公 頃, 包 括 台 中 車 站 辦 公 房 屋 倉 庫 繼 電 器 室 及 機 械 室, 土 地 所 有 權 人 為 中 華 民 國, 管 理 者 為 交 通 部 台 灣 鐵 路 管 理 局 四 計 畫 內 容 楖 述 ( 一 ) 開 發 策 略 1. 推 動 舊 有 具 特 色 建 築 物 之 再 生 利 用 2. 強 化 行 人 動 線 系 統, 形 塑 良 好 休 憩 環 境 3. 提 供 停 車 設 施, 供 通 勤 旅 客 及 逛 街 購 物 遊 客 使 用 4. 強 化 經 營 內 容 組 合 與 形 塑 空 間 環 境 的 特 色 5. 結 合 鐵 路 遊 憩 系 統, 進 行 整 體 行 銷 6. 主 動 或 配 合 市 中 心 再 開 發 的 更 新 政 策, 帶 動 都 市 更 新 之 公 共 議 題 ( 二 ) 開 發 方 式 以 招 租 方 式 委 託 民 間 廠 商 經 營, 其 中 有 關 建 築 使 用 執 照 之 取 得 變 更 防 火 避 難 設 施 及 消 防 設 備 改 善, 由 承 租 廠 商 依 建 築 法 建 築 技 術 規 則 台 中 市 建 築 管 理 自 治 條 例 及 舊 有 建 築 物 防 火 避 難 設 施 及 消 防 設 備 改 善 辦 法 等 相 關 法 令 規 定 進 行 改 善 並 取 得 市 政 府 之 核 可, 始 得 對 外 營 業 ( 三 ) 計 畫 內 容 為 提 供 方 便 且 多 元 化 服 務, 初 步 規 劃 作 為 餐 飲 服 務 廣 場 零 售 商 場 辦 公 處 所 停 車 場 及 藝 文 展 覽 表 演 場 所 等 使 用, 惟 本 案 於 市 府 核 發 多 目 標 使 用 許 可 後, 才 正 式 進 行 廠 商 招 租, 因 此 考 量 承

71 租 者 之 實 際 需 求, 對 未 來 之 引 入 活 動 保 留 彈 性, 在 不 違 背 法 令 之 允 許 使 用 內 容 下, 根 據 有 意 進 駐 之 承 租 者 意 見 調 整 使 用 內 容 圖 三 開 發 構 想 示 意 圖 五 其 他 說 明 ( 一 ) 本 基 地 位 處 台 中 車 站 特 定 專 用 區, 受 到 鐵 路 立 體 化 不 確 定 因 素 之 影 響, 本 計 畫 僅 為 中 短 期 之 利 用, 未 來 長 遠 之 規 劃 藍 圖, 仍 須 依 循 研 議 中 之 台 中 車 站 特 定 專 用 區 整 體 計 畫 ( 二 ) 由 於 車 站 為 一 都 市 門 戶, 市 府 為 避 免 多 目 標 使 用 影 響 都 市 景 觀, 另 規 範 未 來 經 營 之 廠 商 有 關 都 市 景 觀 之 規 劃, 須 另 提 請 市 政 府 審 議 ( 三 ) 多 目 標 辦 法 使 用 對 於 車 站 多 目 標, 特 別 規 範 須 提 供 二 倍 之 停 車 空 間, 由 於 本 案 多 目 標 使 用 之 面 積 規 模 小 且 週 邊 停 車 空 間 供 給 充 足, 故 仍 可 滿 足 法 令 之 需 求, 並 不 致 對 週 邊 交 通 產 生 較 大 之 衝 擊, 且 能 提 供 旅 客 一 個 更 佳 之 候 車 空 間 伍 結 語 一 多 目 標 使 用 係 於 都 市 計 畫 規 範 之 用 地 類 別 增 加 其 他 使 用 用 途, 對 於 整 體 土 地 使 用 計 畫 而 言, 可 將 其 視 為 特 例 ( 增 加 使 用 項 目, 原 應 辦 理 都 市 計 畫 變 更 ), 故 多 目 標 使 用 辦 法 有 較 一 般 規 定 更 為 嚴 格 之 規 定, 申 請 單 位 於 提 出 多 目 標 之 申 請 前, 對 於 多 目 標 使 用 之 必 要 性 相 關 衝 擊 之 減 緩 建 築 景 觀 消 防 及 公 共 安 全 均 應 事 先 進 行 完 整 之 規 劃 及 考 量, 以 縮 短 審 查 之 時 間 二 部 分 地 區 之 都 市 計 畫 於 制 定 之 初, 考 量 使 用 項 目 增 加 可 能 衍 生 之 影 響, 為 維 持 既 有 之 規 劃 理 念, 可 能 於 都 市 計 畫 書 圖 載 明 不 適 用 多 目 標 使 用 辦 法 之 規 定, 故 欲 進 行 多 目 標 使 用 之 申 請, 除 法 令 之 規 定 外, 對 於 都 市 計 畫 書 圖 之 管 制 規 定 亦 應 一 併 深 入 了 解 三 政 府 積 極 推 動 民 間 參 與 公 共 建 設, 於 招 商 文 件 之 設 計 上, 可 能 以 公 共 設 施 多 目 標 使 用 容 許 之 商 業 活 動 作 為 允 許 之 附 屬 事 業, 期 增 加 整 體 財 務 效 益, 惟 多 目 標 使 用 辦 法 之 管 制 規 定 繁 瑣, 對 於 規 模 區 位 停 車 供 給 及 容 許 之 項 目 均 有 限 制, 使 附 屬 事 業 之 開 發 未 必 能 符 合 市 場 之 需 求, 反 而 可 能 增 加 更 多 之 成 本 支 出 ( 例 如 : 車 站 用 地 之 多 目 標 使 用 雖 不 受 商 場 規 模 在 一 千 平 方 公 尺 之 下 之 限 制, 但 卻 需 提 供 較 法 定 需 求 多 一 倍 之 停 車 供 給 ), 相 關 之 限 制 須 轉 換 為 成 本 之 支 出, 一 併 納 入 民 間 參 與 之 財 務 規 劃 考 量, 避 免 落 入 多 目 標 使 用 即 為 放 寬 使 用 項 目 之 萬 靈 丹 的 迷 思

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73 國 立 中 正 大 學 創 建 於 民 國 78 年 並 開 始 招 收 學 生 由 於 建 校 至 今 已 逾 十 五 年, 學 生 人 數 逐 年 成 長 現 有 之 宿 舍 已 不 敷 學 生 之 需 求, 為 提 供 學 生 良 好 受 教 環 境 強 化 學 校 生 活 機 能 提 供 學 生 安 全 適 意 之 居 住 環 境, 擬 於 寧 靜 湖 東 南 處 興 建 第 三 期 學 生 宿 舍 政 府 為 減 輕 於 教 育 經 費 之 財 務 負 擔, 於 民 國 88 年 制 訂 國 立 大 學 校 院 基 金 設 置 條 例, 所 有 國 立 大 學 校 院 自 89 年 會 計 年 度 開 始 需 設 立 校 務 基 金, 而 於 往 後 年 度 學 校 之 各 項 經 費 支 出 皆 須 由 學 校 自 行 籌 措 部 分 經 費 於 學 校 自 籌 經 費 有 限 之 情 形 下, 未 來 由 民 間 參 與 興 建 經 營 教 育 設 施 之 需 求 因 應 而 生 中 正 大 學 依 據 促 進 民 間 參 與 公 共 建 設 法 及 教 育 部 暨 所 屬 機 關 館 所 辦 理 民 間 參 與 公 共 建 設 作 業 流 程, 在 符 合 原 興 辦 目 的 之 原 則 下 委 託 專 業 顧 問 辦 理 民 間 參 與 興 建 經 營 招 商 作 業, 於 民 國 91 年 6 月 7 日 完 成 第 三 期 學 生 宿 舍 民 間 參 與 興 建 經 營 招 標 作 業 顧 問 案 顧 問 甄 選, 並 於 民 國 91 年 6 月 28 日 與 中 華 顧 問 工 程 司 完 成 本 案 之 服 務 契 約 簽 署 ( 詳 圖 一 ), 依 約 推 動 各 項 工 作 並 於 民 國 93 年 6 月 14 日 順 利 與 民 間 機 構 完 成 簽 約

74 壹 計 畫 概 述 本 案 係 為 教 育 部 授 權 中 正 大 學 辦 理, 依 據 促 進 民 間 參 與 公 共 建 設 法 第 八 條 第 一 項 第 一 款 規 定, 採 用 由 民 間 興 建 營 運 移 轉 ( BOT) 方 式 辦 理, 本 案 之 公 共 建 設 類 別 係 屬 文 教 設 施, 依 據 促 進 民 間 參 與 公 共 建 設 法 之 重 大 公 共 建 設 範 圍 之 定 義, 投 資 總 額 不 含 土 地 達 新 臺 幣 一 億 元 以 上 之 公 立 高 中 職 以 上 學 校 及 其 設 施 即 為 重 大 公 共 建 設, 本 案 符 合 上 述 規 定, 得 享 有 包 括 減 徵 營 利 事 業 所 得 稅 ( 第 三 十 七 條 ) 投 資 抵 減 營 所 稅 ( 第 三 十 七 條 ) 減 免 地 價 稅 房 屋 稅 等 ( 第 三 十 八 條 第 三 十 九 條 ) 原 始 投 資 股 東 抵 減 營 利 事 業 所 稅 ( 第 四 十 條 ) 等 有 關 重 大 公 共 建 設 之 優 惠, 本 案 重 要 項 目 如 下 : 一 民 間 機 構 名 稱 : 昱 成 聯 合 科 技 股 份 有 限 公 司 二 簽 約 日 期 : 民 國 93 年 6 月 14 日 三 民 間 投 資 額 度 : 7.47 億 元 四 計 畫 內 容 概 述 ( 一 ) 設 施 內 容 由 民 間 廠 商 出 資 興 建 及 營 運 地 下 一 至 地 上 八 層 樓 可 容 納 2,000 人 之 第 三 期 學 生 宿 舍 及 相 關 附 屬 設 施, 基 本 要 求 為 房 間 區 分 單 人 房 雙 人 房 四 人 房 等 三 種, 營 運 以 使 用 者 付 費 原 則 ( 依 水 電 使 用 量 之 多 寡 另 外 付 費 ), 相 關 附 屬 設 施 必 須 包 含 生 活 必 須 之 餐 飲 休 閒 等 附 屬 事 業 經 營 ( 本 案 位 置 詳 圖 二 民 間 機 構 所 提 建 築 模 擬 詳 圖 三 ) ( 二 ) 履 約 保 證 金 為 確 保 民 間 機 構 履 行 本 案, 興 建 期 提 供 新 台 幣 3,000 萬 元 營 運 期 1,500 萬 之 履 約 保 證 金 ( 三 ) 土 地 租 金 依 促 進 民 間 參 與 公 共 建 設 公 有 土 地 出 租 及 設 定 地 上 權 租 金 優 惠 辦 法 規 定 辦 理, 興 建 期 為 設 定 地 上 權 土 地 面 積 公 告 地 價 之 1% 營 運 期 為 設 定 地 上 權 土 地 面 積 公 告 地 價 之 3%

75 ( 四 ) 權 利 金 開 發 權 利 金 300 萬 元, 固 定 權 利 金 100 萬 元 另 有 營 運 權 利 金 ( 於 委 託 範 圍 營 業 收 入 超 過 新 台 幣 2 億 元 時, 應 按 該 年 度 營 業 收 入 支 付 一 定 比 例 金 額 作 為 營 運 權 利 金 ), 如 表 1 表 1 營 運 權 利 金 收 取 標 準 營 業 收 入 ( 元 ) 營 運 權 利 金 比 例 ( %) 1~200,000, ,000,001~250,000, ,000,001~300,000, ,000,001~350,000, ,000,001 以 上 ( 含 ) 4 ( 五 ) 許 可 年 限 本 計 劃 許 可 期 間 自 簽 訂 契 約 之 日 起 共 33 年, 其 中 興 建 期 3 年 及 營 運 期 30 年, 若 民 間 機 構 提 前 完 成 興 建, 經 中 正 大 學 同 意 得 提 前 營 運 於 委 託 興 建 營 運 許 可 年 限 屆 滿 前 三 年, 民 間 機 構 經 評 定 為 營 運 績 效 良 好 者, 得 向 中 正 大 學 申 請 續 約, 其 期 間 以 每 次 十 年 為 限 ; 有 關 續 約 之 內 容 及 條 件, 屆 時 由 雙 方 議 定 之 貳 辦 理 經 過 本 案 係 以 民 間 參 與 之 角 度 研 析 投 資 市 場 法 律 及 財 務 可 行 性 等, 提 出 可 行 性 評 估 報 告 先 期 計 畫 書, 再 就 民 間 投 資 招 商 策 略 考 量, 擬 定 申 請 須 知 契 約 及 評 審 辦 法 草 案, 並 於 公 告 後 就 本 案 各 項 文 件 作 釋 疑 澄 清 及 說 明, 最 後 協 助 中 正 大 學 與 最 優 申 請 案 件 申 請 人 完 成 簽 約 程 序, 詳 細 工 作 時 間 及 內 容 詳 表 2, 整 體 招 商 作 業 時 程 可 分 為 先 期 作 業 公 告 階 段 甄 審 階 段 及 議 約 簽 約 等 四 個 階 段, 辦 理 過 程 說 明 如 下 : 一 可 行 性 研 究 及 先 期 規 劃 作 業 階 段 於 民 國 91 年 8 月 31 日 提 送 本 案 之 可 行 性 評 估 報 告 書, 教 育 部 於 民 國 92 年 1 月 16 日 授 權 中 正 大 學 辦 理 本 案 後 續 招 商 二 擬 定 招 商 文 件 階 段 於 民 國 92 年 1 月 20 日 提 送 招 商 專 業 文 件 草 案 ( 包 含 申 請 須 知 及 委 託 經 營 契 約 草 案 ), 並 於 民 國 92 年 3 月 12 日 以 電 子 郵 件 方 式 傳 送 招 商 專 業 文 件 ( 草 案 ) 上 網 定 稿 版, 公 開 徵 求 民 間 廠 商 之 意 見, 並 於 民 國 92 年 3 月 14 日 及 18 日 分 別 於 嘉 義 及 台 北 辦 理 招 商 說 明 會

76 三 公 告 招 商 階 段 本 案 分 別 於 民 國 92 年 4 月 15 日 民 國 92 年 7 月 25 日 民 國 92 年 10 月 6 日 民 國 93 年 2 日 17 日 辦 理 公 告, 於 第 四 次 民 國 93 年 4 月 1 日 截 止 收 件 日 時, 計 有 昱 成 聯 合 科 技 股 份 有 限 公 司 明 村 營 造 股 份 有 限 公 司 兩 家 廠 商 申 請 送 件 四 甄 審 及 簽 約 階 段 於 民 國 92 年 5 月 14 日 經 甄 審 委 員 會 議 決 昱 成 聯 合 科 技 股 份 有 限 公 司 為 最 優 申 請 案 件 申 請 人 明 村 營 造 股 份 有 限 公 司 為 次 優 申 請 案 件 申 請 人, 中 正 大 學 並 於 民 國 93 年 06 月 14 日 與 最 優 申 請 案 件 申 請 人 完 成 簽 約 表 2 本 案 辦 理 相 關 工 作 時 程 表 時 間 完 成 工 作 民 國 91 年 06 月 08 日 民 國 91 年 08 月 13 日 民 國 91 年 08 月 31 日 簽 定 顧 問 服 務 契 約 參 訪 逢 甲 大 學 學 生 宿 舍 提 送 可 行 性 評 估 報 告 民 國 91 年 10 月 03 日 提 送 可 行 性 修 正 報 告 先 期 計 畫 書 ( 草 案 ) 民 國 91 年 10 月 21 日 辦 理 對 地 方 及 地 方 政 府 說 明 會 民 國 91 年 10 月 29 日 提 送 可 行 性 評 估 先 期 計 畫 書 ( 修 正 版 ) 民 國 91 年 12 月 17 日 民 國 92 年 01 月 16 日 先 期 計 畫 書 經 教 育 部 核 定 教 育 部 核 定 先 期 計 畫 書 並 授 權 中 正 大 學 繼 續 辦 理 本 計 畫 後 續 相 關 事 宜 民 國 92 年 01 月 24 日 提 送 可 行 性 評 估 報 告 先 期 計 畫 書 ( 修 正 定 稿 版 ) 民 國 92 年 01 月 20 日 提 送 招 商 專 業 文 件 草 案 ( 包 含 申 請 須 知 委 託 經 營 契 約 評 審 辦 法 草 案 ) 民 國 92 年 03 月 12 日 發 佈 投 資 資 訊 ( 招 商 專 業 文 件 草 案 上 網 ) 民 國 92 年 03 月 14 日 協 助 召 開 招 商 說 明 會 ( 嘉 義 場 次 ) 民 國 92 年 03 月 18 日 協 助 召 開 招 商 說 明 會 ( 台 北 場 次 ) 民 國 92 年 03 月 28 日 召 開 第 一 次 甄 審 委 員 會 議 民 國 92 年 04 月 04 日 完 成 公 告 之 招 商 文 件 修 訂 ( 包 含 申 請 須 知 委 託 經 營 契 約 草 案 及 評 審 辦 法 ) 民 國 92 年 04 月 15 日 正 式 上 網 公 告 招 商 ( 第 一 次 ) 民 國 92 年 06 月 16 日 民 國 92 年 07 月 17 日 第 一 次 公 告 截 止 收 件, 無 廠 商 送 件 流 標 赴 工 程 會 說 明 本 案 執 行 民 國 92 年 07 月 25 日 正 式 上 網 公 告 招 商 ( 第 二 次 ) 民 國 92 年 08 月 07 日 至 台 北 縣 政 大 樓 參 加 工 程 會 招 商 博 覽 會 設 攤 說 明

77 民 國 92 年 09 月 05 日 第 二 次 公 告 截 止 收 件, 無 廠 商 送 件 流 標 民 國 92 年 10 月 06 日 正 式 上 網 公 告 招 商 ( 第 三 次 ) 民 國 92 年 10 月 17 日 協 助 中 正 大 學 回 覆 廠 商 之 釋 疑 ( 富 永 昶 建 設 股 份 有 限 公 司 ) 民 國 92 年 11 月 20 日 民 國 92 年 12 月 31 日 第 三 次 公 告 截 止 收 件, 無 廠 商 送 件 流 標 赴 工 程 會 進 行 本 案 續 辦 研 討 民 國 93 年 02 月 17 日 正 式 上 網 公 告 招 商 ( 第 四 次 ) 民 國 93 年 03 月 08 日 協 助 中 正 大 學 回 覆 廠 商 之 釋 疑 ( 德 寶 營 造 股 份 有 限 公 司 ) 民 國 93 年 03 月 10 日 協 助 中 正 大 學 回 覆 廠 商 之 釋 疑 ( 德 昌 營 造 股 份 有 限 公 司 ) 民 國 93 年 04 月 01 日 民 國 93 年 04 月 09 日 民 國 93 年 04 月 30 日 民 國 93 年 05 月 14 日 民 國 93 年 06 月 07 日 民 國 93 年 06 月 14 日 民 國 93 年 07 月 13 日 截 止 收 件 計 有 昱 成 聯 合 科 技 股 份 有 限 公 司 明 村 營 造 股 份 有 限 公 司 申 請 遞 件 協 助 中 正 大 學 作 相 關 投 標 文 件 預 審 之 幕 僚 工 作, 第 二 次 甄 審 委 員 會 議 ( 資 格 預 審 ) 申 請 人 完 成 資 格 文 件 補 正 及 澄 清 ; 協 助 中 正 大 學 作 相 關 補 正 澄 清 投 標 文 件 審 查 幕 僚 工 作 協 助 召 開 第 二 次 甄 審 委 員 會, 宣 布 資 格 預 審 結 果, 並 評 選 出 最 優 及 次 優 申 請 案 件 申 請 人 提 送 中 正 大 學 有 關 昱 成 聯 合 科 技 股 份 有 限 公 司 ( 乙 方 ) 之 興 建 營 運 執 行 計 畫 書 審 查 意 見 雙 方 完 成 契 約 簽 訂 於 教 育 部 舉 辦 國 立 中 正 大 學 第 三 期 學 生 宿 舍 記 者 會 參 計 畫 效 益 本 案 為 國 內 第 一 宗 依 促 參 法 完 成 招 商 簽 約 之 民 間 參 與 興 建 營 運 國 立 大 學 宿 舍 案, 於 許 可 年 期 33 年 間 所 帶 來 之 效 益, 以 下 就 政 府 財 務 及 社 會 經 濟 效 益 分 別 說 明 : 一 政 府 財 務 效 益 ( 一 ) 因 採 用 BOT 方 式 辦 理 本 計 畫, 替 政 府 節 省 約 7.47 億 元 興 建 費 用, 及 每 年 營 運 維 修 成 本 約 800 萬 ( 二 ) 權 利 金 收 入 : 包 含 開 發 權 利 金 300 萬 元 定 額 權 利 金 每 年 100 萬 元 ( 三 ) 土 地 租 金 收 入 : 每 年 約 50 萬 元 ( 營 運 期 ) ( 四 ) 稅 捐 收 入 : 包 含 房 屋 稅 每 年 約 200 萬 元 營 利 事 業 所 得 稅, 每 年 約 900 萬 元 ( 不 含 營 運 前 五 年 免 徵 營 利 事 業 所 得 稅 ), 興 建 營 運 期 間 約 可 替 政 府 帶 來 約 10 億 元 稅 收 收 入

78 二 社 會 經 濟 效 益 ( 一 ) 提 供 學 生 優 質 住 宿 環 境 ( 宿 舍 模 擬 示 意 圖 詳 圖 四 ) ( 二 ) 開 發 初 期 將 創 造 建 築 建 材 工 人 就 業 機 會 ( 三 ) 營 運 期 間 可 帶 來 管 理 維 護 清 潔 人 員 之 就 業 機 會 ( 四 ) 產 生 群 聚 效 果, 有 利 大 學 城 之 開 發, 學 校 與 地 方 相 互 發 展 成 長 有 助 於 商 業 活 動 之 活 絡 ( 五 ) 廠 商 回 饋 : 包 含 學 術 推 廣 金 每 年 5 萬 元 舉 辦 宿 舍 園 遊 會 每 年 50 萬 元 獎 助 學 金 每 年 54.8 萬 元 寒 暑 假 住 宿 優 惠 七 折 優 惠 協 助 學 生 向 金 融 機 構 辦 理 助 學 貸 款 提 供 工 讀 機 會 每 年 60 萬 元, 營 運 期 30 年 總 回 饋 金 額 約 8,994 萬 元 肆 遭 遇 困 難 及 解 決 方 法 一 投 資 障 礙 因 素 在 招 商 過 程 中 主 要 影 響 民 間 機 構 之 投 資 意 願, 係 有 投 資 誘 因 不 足 風 險 考 量 問 題 執 行 面 及 整 體 環 境 上 之 因 素, 如 下 說 明 : ( 一 ) 本 案 投 資 報 酬 率 太 低 回 收 年 期 過 長, 部 分 廠 商 表 示 由 於 本 案 投 資 報 酬 率 太 低, 回 收 年 期 過 長 ( 估 計 約 12 年 ) ( 二 ) 本 案 區 位 地 點 考 量, 由 於 本 案 位 於 嘉 義 民 雄 地 區, 相 較 於 北 部 學 校 廠 商 對 於 未 來 可 收 取 之 租 金 較 為 保 守 ( 三 ) 至 少 3,000 人 之 學 生 宿 舍, 未 提 供 學 生 住 宿 率 保 證, 廠 商 評 估 目 前 人 口 成 長 及 大 學 人 數 成 長, 認 為 未 來 出 租 之 風 險 較 大 影 響 投 資 意 願 ( 四 ) 宿 舍 區 聯 絡 教 學 區 之 人 行 陸 橋 部 分 要 求 民 間 機 構 興 建, 隱 含 不 確 定 性 造 成 投 資 上 疑 慮 ( 五 ) 部 份 廠 商 無 法 取 得 銀 行 融 資 意 願 書 及 評 估 意 見, 且 認 為 對 於 廠 商 資 格 要 求 過 高 ( 六 ) 同 性 質 招 商 案 公 告 之 影 響, 由 於 本 案 截 止 收 件 前 國 立 台 灣 大 學 亦 主 動 公 告 徵 求 民 間 機 構 興 建 營 運 學 生 宿 舍, 亦 對 本 案 造 成 衝 擊 ( 七 ) 本 案 等 標 期 間 內, 適 逢 SARS 疫 情 擴 大 及 建 築 原 物 料 高 漲, 影 響 廠 商 投 資 意 願 二 激 勵 民 間 投 標 之 作 法 針 對 招 商 過 程 中 廠 商 之 相 關 建 議, 主 要 朝 向 減 低 投 資 風 險 降 低 負 擔 成 本 擴 大 參 與 層 面, 具 體 作 法 如 下 說 明 : ( 一 ) 調 整 投 資 規 模 將 至 少 容 納 3,000 人 調 整 為 2,000 人, 除 因 規 模 減 少 降 低 投 資 金 額 外, 亦 減 少 民 間 機 構 對 於 宿 舍 出 租 率 之 不 確 定 性

79 ( 二 ) 減 少 附 屬 設 施 工 程 項 目, 廠 商 必 須 投 資 因 本 案 衍 生 之 管 線 設 備 工 程 污 水 管 線 工 程 ( 由 校 方 興 建 污 水 管 線 至 基 地 邊 緣 ) 聯 絡 人 行 陸 橋 等 附 屬 設 施 工 程 部 分 改 由 政 府 興 建, 有 效 減 少 民 間 機 構 之 興 建 成 本 ( 四 ) 增 列 政 府 承 諾 住 宿 率 之 保 證, 於 租 金 合 理 性 及 住 宿 品 質 ( 依 據 安 全 管 理 設 備 營 運 及 清 潔 維 護 學 生 意 見 反 應 等 項 目 ) 符 合 中 正 大 學 要 求 之 條 件 下, 甲 方 提 供 營 運 期 前 十 五 年 住 宿 率 百 分 之 九 十 五 ( 95%) 之 保 證 ( 五 ) 增 加 建 築 要 求 之 彈 性, 如 宿 舍 單 元 面 積 樓 高 等 限 制 要 求, 調 整 為 建 議 參 考 ( 六 ) 租 金 調 整 方 式 及 幅 度 放 寬, 考 量 民 間 機 構 於 營 運 期 間 因 校 外 租 金 明 顯 變 動 投 入 相 當 之 設 備 以 提 升 宿 舍 之 品 質 或 其 他 經 校 方 認 可 之 情 事, 經 民 間 機 構 提 報 校 方 確 認 後 即 可 高 於 原 訂 標 準 ( 七 ) 廠 商 資 格 之 調 整, 由 資 本 額 2 億 調 整 為 1 億, 並 允 許 成 立 新 公 司 方 式 辦 理, 唯 須 於 投 資 計 畫 中 載 明 依 原 公 司 或 新 公 司 辦 理 本 案 伍 結 語 本 案 自 民 國 91 年 6 月 28 日 與 完 成 顧 問 服 務 契 約 簽 訂, 至 民 國 93 年 6 月 14 日 完 成 與 民 間 機 構 - 昱 成 聯 合 科 技 股 份 有 限 公 司 簽 約, 約 計 兩 年 期 間 其 中 經 歷 了 四 次 招 商 公 告 及 無 數 次 之 廠 商 拜 訪, 推 動 過 程 可 說 是 相 當 艱 辛 漫 長, 而 最 後 本 案 能 順 利 完 成 招 商 ( 詳 圖 五 圖 六 ), 主 要 有 以 下 幾 點 成 功 關 鍵 : 一 招 商 企 圖 旺 盛 積 極 校 方 招 商 企 圖 旺 盛, 除 顧 問 團 隊 招 商 動 作 積 極 外, 校 方 除 透 過 各 種 管 道 釋 出 本 案 招 商 訊 息 外, 更 表 達 招 商 之 企 圖 與 合 作 之 誠 意, 有 效 減 低 廠 商 部 分 疑 慮, 另 顧 問 團 隊 除 鎖 定 特 定 潛 在 廠 商 外, 推 動 期 間 更 透 過 網 頁 郵 寄 傳 真 新 聞 等 持 續 發 佈 招 商 訊 息, 積 極 探 詢 更 多 可 能 潛 在 投 資 者

80 二 掌 握 眾 多 潛 在 投 資 廠 商, 持 續 進 行 招 商 顧 問 團 隊 掌 握 眾 多 潛 在 投 資 廠 商, 並 配 合 校 方 進 行 招 商 說 明, 依 據 本 案 特 性 及 投 資 規 模 鎖 定 特 定 潛 在 投 資 人, 除 協 助 舉 辦 說 明 會 外, 如 遇 有 投 資 意 願 廠 商, 主 動 邀 請 校 方 共 同 向 廠 商 進 行 本 案 說 明 三 校 方 與 顧 問 團 隊 充 分 合 作, 思 考 招 商 策 略 校 方 與 顧 問 團 隊 充 分 合 作, 積 極 思 考 本 案 各 階 段 之 推 動 策 略, 除 顧 問 團 隊 外, 中 正 大 學 並 邀 請 校 內 具 有 法 律 財 務 工 程 營 運 專 長 教 職 員, 成 立 工 作 推 動 小 組 持 續 推 動 本 案, 在 推 動 各 階 段 提 供 專 業 判 斷 建 議, 如 在 先 期 規 劃 階 段, 除 建 議 合 理 收 取 權 利 金 外, 更 考 量 減 低 廠 商 負 擔 提 高 本 案 招 商 誘 因 之 策 略, 包 括 校 方 承 諾 興 建 聯 絡 人 行 陸 橋 負 責 興 建 污 水 管 線 至 基 地 邊 緣 等 四 採 納 廠 商 意 見, 適 時 調 整 招 商 條 件 招 商 過 程 中 如 遇 廠 商 合 理 意 見 即 進 行 相 關 評 估, 考 量 對 本 案 有 所 助 益 且 不 影 響 校 方 權 益 下, 參 考 採 納 並 調 整 招 商 文 件, 並 基 於 合 理 公 平 原 則 下, 將 相 關 可 能 修 訂 內 容 適 時 反 應 予 其 他 有 興 趣 之 潛 在 廠 商 五 多 方 支 持 及 協 助 雖 經 多 次 流 標, 另 獲 教 育 部 及 工 程 會 支 持 及 提 供 相 關 建 議, 持 續 辦 理 招 商 方 能 甄 選 出 合 適 之 民 間 機 構 誠 如 中 正 大 學 衛 民 教 授 所 說 的 BOT 是 一 個 信 任 的 事 業, 在 中 正 大 學 釋 出 招 商 之 最 大 誠 意 及 堅 持 下, 招 商 顧 問 配 合 校 方 持 續 招 商 並 提 供 全 方 面 專 業 即 時 之 顧 問 服 務, 及 工 程 會 教 育 部 之 協 助 下, 終 能 順 利 完 成 招 商 與 民 間 機 構 簽 約 僅 是 本 事 業 的 一 個 開 端 而 已, 未 來 校 方 和 民 間 機 構 必 須 以 合 作 伙 伴 之 推 動 模 式, 推 動 本 案 各 項 興 建 營 運 工 作, 方 能 順 利 推 動 本 案 達 到 多 贏 之 局 面

81 壹 計 畫 概 述 一 婦 女 館 興 建 之 緣 由 桃 園 縣 婦 女 館 ( 以 下 簡 稱 婦 女 館 ) 之 興 建 目 標 在 於 : 1 提 供 桃 園 縣 婦 女 朋 友 全 方 位 的 活 動 空 間, 充 實 婦 女 精 神 生 活, 發 揮 知 識 性 文 藝 性 休 閒 性 保 護 性 等 多 元 化 的 服 務 功 能 2 結 合 桃 園 縣 內 婦 女 團 體 及 相 關 資 源 建 立 保 護 網 絡 3 加 強 兩 性 平 權 教 育 宣 導 4 充 實 婦 女 生 活 領 域, 協 助 婦 女 再 教 育 再 成 長 再 就 業 以 提 升 婦 女 社 會 地 位 5 加 強 對 貧 困 及 不 幸 婦 女 照 顧 或 轉 介 服 務, 以 保 障 婦 女 權 益 6 對 單 親 家 庭 提 供 心 理 諮 詢 親 職 教 育 及 二 度 就 業 或 創 業 訓 練 二 婦 女 館 之 特 色 婦 女 館 為 結 合 知 性 感 性 靈 性 的 前 瞻 性 規 劃, 內 部 空 間 設 計 具 有 國 際 水 準 的 演 藝 廳 及 會 議 廳 婦 女 圖 書 室 資 訊 室 諮 商 室 藝 術 迴 廊 展 示 空 間 女 性 大 觀 園 休 閒 咖 啡 區 茶 藝 區 健 身 房 三 溫 暖 韻 律 空 間 及 防 身 術 學 習 室 停 車 場 等, 並 配 合 公 園 設 施, 採 用 玻 璃 帷 幕 可 從 戶 外 看 到 室 內 展 示 空 間, 另 規 劃 戶 外 表 演 空 間 及 兒 童 遊 戲 區 ; 以 提 供 婦 女 多 元 化 的 活 動 展 覽 成 長 教 育 休 閒 娛 樂 等 場 所, 以 落 實 婦 女 福 利 三 婦 女 館 委 外 經 營 管 理 之 緣 由 婦 女 館 採 整 體 委 託 經 營 管 理, 由 民 間 機 構 廠 商 以 自 負 盈 虧 方 式 辦 理 桃 園 縣 政 府 ( 以 下 簡 稱 縣 府 ) 基 於 下 列 因 素, 乃 依 促 進 民 間 參 與 公 共 建 設 法 規 定, 委 託 民 間 機 構 經 營 管 理 :

82 ( 一 ) 提 昇 服 務 品 質, 創 造 合 理 利 潤, 加 強 實 質 管 理 維 護 功 能 婦 女 館 規 模 龐 大, 設 施 齊 全, 實 際 管 理 維 護 並 非 易 事, 啟 用 後 如 欲 維 持 良 好 服 務 品 質, 復 需 用 及 大 量 之 員 工, 以 及 編 列 鉅 額 營 運 管 銷 維 護 人 事 等 費 用, 將 成 為 縣 府 財 政 上 之 沉 重 負 擔 ; 若 委 託 具 經 營 能 力 之 民 間 機 構 營 運 管 理, 由 得 標 廠 商 繳 納 權 利 金 以 取 得 經 營 管 理 權, 不 僅 政 府 得 以 權 利 金 挹 注 縣 庫, 且 提 昇 婦 女 館 服 務 品 質, 發 揮 應 有 功 能 ( 二 ) 提 高 公 器 使 用 效 益, 為 政 府 運 作 模 式, 注 入 企 業 化 運 作 之 新 理 念 婦 女 館 設 施 多 元 化 而 豐 富, 為 提 高 公 用 財 產 使 用 效 益, 乃 決 定 在 不 影 響 政 府 既 定 婦 女 福 利 政 策 原 則 下, 將 婦 女 館 經 營 管 理 業 務 委 外, 其 生 財 工 具 規 劃 已 瑧 備 完 善, 委 由 進 駐 經 營 之 民 間 機 構, 只 要 能 掌 握 營 運 市 場 之 定 位, 加 上 積 極 之 行 銷 手 法, 必 定 能 夠 創 造 出 營 運 業 績, 同 時 得 以 引 進 專 業 經 營 管 理 訓 練 技 術 及 人 才, 為 政 府 傳 統 運 作 模 式 注 入 企 業 化 之 新 理 念 貳 辦 理 經 過 本 案 辦 理 過 程 中 所 發 生 之 重 要 時 點 如 下 表 所 示 : 時 程 重 要 事 項 成 果 92 年 3 月 31 日 簽 定 顧 問 服 務 合 約 92 年 5 月 26 日 完 成 可 行 性 評 估 與 先 期 計 畫 1. 可 行 性 評 估 報 告 書 ( 修 正 定 稿 版 ) 書 2. 先 期 計 畫 書 ( 修 正 定 稿 版 ) 92 年 6 月 13 日 完 成 招 商 文 件 及 評 審 辦 法 草 1. 申 請 須 知 草 案 案 2. 委 託 經 營 契 約 草 案 3. 評 審 辦 法 草 案 92 年 6 月 24 日 招 商 說 明 會 92 年 7 月 15 日 第 一 次 公 告 92 年 9 月 2 日 資 格 預 審 及 綜 合 評 審 二 家 廠 商 投 標, 琉 園 股 份 有 限 公 司 為 最 優 申 請 案 件 申 請 人 92 年 10 月 23 日 第 二 次 公 告 92 年 11 月 19 日 資 格 預 審 及 綜 合 評 審 一 家 廠 商 投 標, 元 智 大 學 為 最 優 申 請 案 件 申 請 人 92 年 12 月 17 日 與 元 智 大 學 簽 訂 委 託 營 運 契 約

83 本 案 委 託 期 間 自 民 國 92 年 3 月 31 日 起 至 民 國 92 年 9 月 30 日 止, 契 約 期 間 內, 順 利 於 民 國 92 年 9 月 2 日 遴 選 出 本 案 最 優 申 請 案 件 申 請 人 琉 園 水 晶 股 份 有 限 公 司 ( 以 下 簡 稱 琉 園 ), 依 申 請 須 知 規 定 其 必 須 於 接 獲 縣 府 通 知 之 次 日 起 二 十 日 內 提 送 修 正 後 之 營 運 管 理 計 劃 書, 但 因 琉 園 之 總 體 經 營 規 劃 無 法 依 甄 審 委 員 會 意 見 修 改 提 出 營 運 管 理 計 畫 書, 是 故 無 法 如 期 簽 約, 造 成 第 一 次 公 告 流 標 本 案 於 民 國 92 年 10 月 23 日 進 行 第 二 次 公 告, 於 民 國 92 年 11 月 19 日 召 開 綜 合 評 審 選 出 本 案 最 優 申 請 案 件 申 請 人 元 智 大 學, 元 智 大 學 如 期 依 申 請 須 知 規 定 提 送 修 正 後 之 營 運 管 理 計 畫 書 並 於 民 國 92 年 12 月 17 日 完 成 簽 約 參 計 畫 效 益 一 計 畫 之 社 會 效 益 ( 一 ) 照 顧 婦 女 朋 友 1. 提 供 婦 女 朋 友 多 元 化 全 方 位 的 休 閒 活 動 場 所, 充 實 精 神 生 活 2. 加 強 各 機 構 婦 女 專 業 人 員 在 職 訓 練, 以 提 昇 服 務 品 質 與 專 業 水 準 3. 辦 理 婦 女 各 項 知 性 進 修 教 育 宣 導 活 動, 以 提 昇 婦 女 自 我 成 長 4. 辦 理 個 組 保 護 網 絡 之 協 調 聯 繫 會 報, 增 進 資 源 整 合, 確 保 婦 女 人 身 安 全 5. 組 訓 志 工 人 員, 充 份 運 用 人 力 資 源, 擴 大 民 間 參 與 各 項 社 會 服 務 6. 加 強 婦 女 團 體 資 源 及 資 訊 之 整 合, 以 擴 大 服 務 績 效 7. 提 供 婦 女 各 項 福 利 服 務, 促 進 溫 馨 祥 和 社 會 ( 二 ) 善 盡 社 會 責 任 得 標 廠 商 於 投 資 計 畫 書 中 承 諾, 在 達 成 營 運 管 銷 平 衡 後, 願 意 將 盈 餘 提 撥 一 定 比 例 ( 0.5%) 回 饋 縣 府, 供 為 公 益 使 用, 對 於 特 定 使 用 對 象 ( 婦 女 里 民 及 弱 勢 團 體 ), 門 票 給 予 八 折 之 優 惠 等, 在 在 強 調 敦 親 睦 鄰, 回 饋 地 方, 用 以 善 盡 社 會 責 任 ( 三 ) 創 造 就 業 機 會 得 標 廠 商 在 未 來 人 員 招 募 方 面 將 以 專 業 職 能 為 考 量, 但 儘 可 能 與 社 區 人 才 作 結 合, 優 先 考 量 附 近 里 民 資 源 及 大 專 院 校 學 生, 有 助 於 創 造 整 體 並 兼 顧 地 區 發 展, 創 造 就 業 機 會 二 計 畫 之 經 濟 效 益 ( 一 ) 提 高 公 器 的 使 用 率 與 加 強 維 護 公 有 設 施 常 因 制 度 僵 化 及 缺 乏 專 業 經 營 而 至 閒 置 或 效 益 不 彰, 形 成 國 家 資 源 之 浪 費 ; 藉 由 民 間 經 營 婦 女 館, 將 能 使 設 施 及 制 度 做 更 有 效 的 使 用, 並 可 透 過 權 利 金 之 機 制, 使 經 營 績 效 得 以 回 饋 政 府, 由 全 體 桃 園 縣 民 共 享 ( 二 ) 為 政 府 注 入 新 的 運 作 模 式 1. 創 造 利 益 均 霑 的 投 資 環 境, 引 進 民 間 機 構 的 活 力 精 神 機 制 與 效 率

84 2. 由 民 間 機 構 之 參 與 經 營 發 揮 營 運 之 創 意, 為 政 府 注 入 新 的 營 運 模 式, 開 創 政 府 與 民 間 機 構 雙 贏 之 經 營 契 機, 可 避 免 政 府 員 額 膨 脹 及 預 算 編 列 之 困 擾, 以 減 輕 政 府 財 務 負 擔, 藉 以 促 進 國 家 整 體 經 濟 成 長 ( 三 ) 提 供 高 品 質 平 價 位 的 教 育 訓 練 及 休 閒 服 務 婦 女 館 設 備 多 元 而 完 善, 為 全 國 婦 女 朋 友, 提 供 高 檔 品 質 平 實 價 位 的 教 育 訓 練 及 休 閒 服 務 未 來 經 營 者 將 保 留 部 分 場 地 供 縣 府 社 會 局 使 用, 以 利 社 會 局 設 立 婦 女 福 利 窗 口, 結 合 縣 內 婦 女 團 體 及 相 關 資 源 建 立 保 護 網 絡, 由 社 會 福 利 資 源 對 貧 困 及 不 幸 婦 女 提 供 照 顧 心 理 諮 詢 親 職 教 育 或 轉 介 服 務, 以 保 障 婦 女 權 益 三 政 府 之 財 務 效 益 ( 一 ) 節 省 政 府 經 費 支 出, 增 加 財 稅 收 入 婦 女 館 以 OT 方 式, 委 由 民 間 專 業 機 構 經 營 管 理, 以 民 間 專 業 經 營 管 理 技 術 及 人 才 經 營 管 理, 大 幅 減 少 政 府 人 事 成 本, 避 免 員 額 膨 脹, 公 用 財 產 使 用 效 益 亦 可 得 提 高, 同 時 營 運 管 銷 成 本 及 財 務 風 險 由 民 間 經 營 者 負 擔, 公 部 門 不 須 編 列 鉅 額 預 算 維 持 日 常 運 作, 如 以 十 年 合 約 期 計, 政 府 每 年 可 自 民 間 機 構 收 取 房 屋 稅 地 價 稅 及 營 業 稅 約 324 萬 元, 預 計 本 案 許 可 期 間, 對 整 體 政 府 財 稅 可 節 省 總 額 為 3,240 萬 元 公 辦 公 營 者, 需 員 額 17 至 20 人, 每 個 月 之 人 事 費 用 至 少 需 負 擔 約 100 萬 元, 以 OT 方 式 經 營 者, 政 府 每 年 可 節 省 人 事 費 用 成 本 約 1,200 萬 元, 若 再 增 加 權 利 金 之 收 入 後, 政 府 在 本 計 畫 許 可 期 間 可 獲 得 財 務 收 益 至 少 1.6 億 元 挹 入 縣 庫, 有 效 減 輕 縣 府 財 政 負 擔 ( 二 ) 政 府 權 利 金 收 入, 挹 注 縣 庫 財 源 考 量 本 案 具 公 益 性 及 廠 商 經 營 成 本 負 擔, 每 年 僅 收 取 經 營 權 利 金, 計 算 如 下 : 依 鼓 勵 廠 商 創 造 業 績 分 享 利 潤 之 原 則, 每 年 按 營 運 總 收 入 之 0.5% 計 算, 十 年 總 計 約 可 收 取 200 萬 元 肆 遭 遇 困 難 及 解 決 方 法 一 本 案 具 公 益 性, 非 一 般 投 資 大 眾 所 喜 好 之 產 業 一 般 投 資 者 聽 到 婦 女 館, 往 往 會 將 其 與 婦 女 及 公 益 聯 想 在 一 起, 在 推 案 之 過 程 中 造 成 縣 府 及 顧 問 團 隊 極 大 的 困 擾, 在 拜 訪 潛 在 廠 商 之 過 程 中, 即 便 是 公 益 性 很 強 的 廠 商 都 對 本 案 抱 持 保 留 態 度 所 幸 顧 問 團 隊 在 婦 女 館 經 營 規 劃 上 以 突 破 傳 統 之 經 營 手 法 打 破 對 婦 女 成 長 及 學 習 活 動 之 觀 念 限 制, 以 活 潑 創 作 學 習 融 入 婦 女 日 常 生 活, 此 觀 點 獲 得 許 多 廠 商 之 認 同, 進 而 積 極 詢 問 本 案, 最 後 成 功 吸 引 兩 家 廠 商 投 標, 選 出 最 優 申 請 案 件 申 請 人 二 具 公 益 性 之 社 會 福 利 設 施, 如 何 創 造 誘 因, 吸 引 廠 商 投 資? 具 公 益 性 質 且 服 務 特 定 族 群 之 公 共 設 施 委 外 經 營 案, 經 常 讓 投 資 者 望 之 卻 步, 探 討 其 原 因 有 二 : (1) 公 益 性 與 獲 利 性 經 常 呈 反 向 關 係, 就 以 營 利 為 導 向 之 廠 商 而 言, 此 類 案 件 較 不 討 好 ;(2) 公 益

85 性 案 件 似 乎 擺 脫 不 了 公 部 門 及 社 會 大 眾 時 時 刻 刻 監 督 之 包 袱, 廠 商 深 怕 一 不 小 心 便 被 冠 上 唯 利 是 圖 之 封 號 在 瞭 解 本 案 之 先 天 限 制 後, 縣 府 及 顧 問 團 隊 即 努 力 思 索 : 如 何 利 用 後 天 之 努 力 將 本 案 成 功 招 商 出 去? 分 析 本 案 成 功 招 商 且 具 示 範 效 果 可 供 類 似 案 件 參 考 之 事 蹟 如 下 : ( 一 ) 在 可 行 性 研 究 階 段, 即 找 出 對 本 案 未 來 發 展 有 阻 礙 之 關 鍵 因 素, 預 為 規 劃 排 除, 包 括 : 1. 婦 女 館 之 空 間 規 劃 係 以 公 部 門 之 角 度 考 量, 不 一 定 符 合 投 資 者 之 需 求, 為 使 民 間 機 構 能 有 充 分 之 經 營 彈 性, 創 造 生 存 契 機 與 利 基, 縣 府 同 意 在 不 違 背 本 館 興 建 目 的 保 證 建 物 結 構 安 全 無 虞 及 現 有 設 施 變 動 最 少, 滿 足 民 間 機 構 未 來 經 營 需 求, 創 造 最 高 效 益 的 原 則 下, 賦 予 民 間 機 構 適 度 權 限, 以 針 對 其 經 營 定 位 及 財 務 狀 況 進 行 空 間 與 設 施 運 用 的 調 整 修 正 2. 因 本 案 具 公 益 性, 為 使 民 間 機 構 能 夠 財 務 自 足, 縣 府 主 動 協 助 民 間 機 構, 當 縣 府 辦 理 相 關 會 議 演 講 教 育 訓 練 及 藝 文 展 演 時, 將 優 先 考 量 使 用 婦 女 館 之 相 關 設 施 及 協 助 於 主 要 進 出 動 線 及 鄰 近 道 路 設 置 道 路 指 示 系 統, 有 效 導 引 非 當 地 客 源 至 婦 女 館 3. 破 除 一 般 人 認 為 公 益 設 施 穩 賠 不 賺 之 觀 念, 在 可 行 性 研 究 階 段, 顧 問 團 隊 在 規 劃 婦 女 館 未 來 經 營 定 位 時, 即 以 創 新 之 手 法, 以 活 潑 創 作 學 習 融 入 婦 女 日 常 生 活 之 中 心 思 想 獲 得 縣 府 及 潛 在 投 資 廠 商 之 贊 同, 這 也 是 未 來 招 商 成 功 之 關 鍵 點 ( 二 ) 縣 府 屏 除 只 辦 行 政 不 辦 業 務 之 心 態, 對 於 未 來 廠 商 經 營 婦 女 館 所 會 面 臨 之 問 題, 主 動 配 合 顧 問 團 隊, 在 招 商 作 業 階 段, 與 縣 府 其 他 各 局 室 協 調 溝 通, 充 分 展 現 公 部 門 與 私 部 門 之 合 作 夥 伴 關 係 ( 三 ) 有 效 與 潛 在 投 資 人 溝 通, 潛 在 投 資 人 意 見 若 屬 合 理 可 行 即 立 刻 與 縣 府 內 各 局 室 協 調, 能 退 讓 之 條 件 一 次 讓 足 ( 四 ) 政 府 先 期 投 入 之 未 完 工 程, 敬 邀 民 間 經 營 廠 商 一 起 驗 收, 增 加 民 間 機 構 對 政 府 所 交 付 資 產 之 信 心 伍 結 語 本 案 定 位 以 永 續 發 展 婦 女 福 利 為 目 標, 第 一 階 段 委 外 經 營 管 理 期 限 以 十 年 為 期 ; 揆 諸 得 標 廠 商 元 智 大 學 之 教 育 辦 學 經 驗 與 信 譽, 未 來 經 營 婦 女 館 不 僅 足 以 勝 任 且 遠 景 可 期 如 經 營 續 效 良 好, 依 契 約 規 定, 得 給 予 優 先 續 約 一 次, 其 期 間 以 一 次 十 年 為 限, 其 目 的 即 在 於 激 勵 經 營 廠 商 為 婦 女 館 做 長 期 規 劃, 可 減 少 再 次 辦 理 委 外 營 運 作 業, 耗 費 政 府 財 力 人 力 的 額 外 支 出, 符 合 中 長 期 桃 園 縣 政 發 展 之 需 要 及 OT 案 之 精 神

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87 高 雄 捷 運 消 防 規 劃 以 撒 水 及 室 內 外 消 防 栓 系 統 泵 浦 共 用, 勢 將 引 申 泵 浦 釋 壓 閥 及 減 壓 閥 間 之 管 路 壓 力 與 水 量 變 化, 故 本 論 文 將 以 高 雄 捷 運 O 10 車 站 為 例, 並 以 泵 浦 減 壓 閥 與 釋 壓 閥 之 性 能 曲 線 作 為 探 討 依 據, 藉 以 探 討 兩 者 共 用 之 消 防 水 系 統 穩 定 性 壹 O 10 車 站 消 防 水 系 統 設 計 依 據 及 計 算 一 車 站 消 防 水 系 統 泵 浦 之 設 計 依 據 : ( 一 ) 高 雄 捷 運 設 計 規 範 1 及 初 步 設 計 水 系 統 流 程 圖 ( 二 ) 依 據 內 政 部 解 釋 令 (88) 內 消 字 第 號 函 2 : 有 關 室 內 室 外 消 防 栓 共 用 泵 浦 時, 其 出 水 量 應 為 兩 者 最 大 出 水 量 之 合 計, 全 揚 程 應 為 兩 者 中 之 較 大 者, 且 須 無 妨 礙 各 設 備 之 性 能 ( 三 ) 依 據 各 類 場 所 消 防 安 全 設 備 設 置 標 準 第 37 條 3 : 室 內 消 防 栓 放 水 壓 力 超 過 7 KG /CM 2 時, 應 採 取 有 效 減 壓 裝 置, 採 第 一 種 消 防 栓, 其 泵 浦 全 揚 程 及 出 水 量 不 得 小 於 下 列 計 算 值 : 泵 浦 全 揚 程 = 消 防 水 帶 摩 擦 損 失 水 頭 + 配 管 摩 擦 損 失 水 頭 + 落 差 +17( 計 算 單 位 : 公 尺 ) H=h1+h2+h3+17m 泵 浦 出 水 量 : 採 第 一 種 消 防 栓 其 出 水 量 每 支 不 得 少 於 150 LPM, 超 過 兩 支 以 兩 支 出 水 量 計 算

88 ( 四 ) 依 據 消 防 安 全 設 備 設 置 標 準 第 42 條 3 : 室 外 消 防 栓 放 水 壓 力 超 過 6 KG /CM 2 時, 應 採 取 有 效 減 壓 裝 置, 其 室 外 消 防 栓 泵 浦 全 揚 程 及 出 水 量 不 得 小 於 下 列 計 算 值 : 1 泵 浦 全 揚 程 = 消 防 水 帶 摩 擦 損 失 水 頭 + 配 管 摩 擦 損 失 水 頭 + 落 差 +25( 計 算 單 位 : 公 尺 ) H=h1+h2+h3+25m 2 泵 浦 出 水 量 : 室 外 消 防 栓 其 出 水 量 每 支 不 得 少 於 400 LPM; 超 過 兩 支 以 兩 支 出 水 量 計 算 ( 五 ) 依 據 各 類 場 所 消 防 安 全 設 備 設 置 標 準 第 58 條 3 : 1 自 動 撒 水 系 統, 其 泵 浦 全 揚 程 及 出 水 量 不 得 小 於 下 列 計 算 值 : 泵 浦 全 揚 程 = 配 管 摩 擦 損 失 水 頭 + 落 差 +10( 計 算 單 位 : 公 尺 ) H=h1+h2+ 10m 二 車 站 消 防 水 系 統 泵 浦 之 計 算 依 據 前 述 各 項 消 防 水 系 統 之 泵 浦 系 統 圖 如 ( 圖 1) 所 示 及 泵 浦 啟 動 控 制 圖 ( 圖 2), 圖 1 泵 浦 系 統 圖 圖 2 泵 浦 啟 動 控 制 說 明 圖

89 計 算 消 防 泵 浦 流 量 設 計 計 算 : ( 一 ) 以 撒 水 系 統 計 算 : 泵 浦 全 揚 程 = 配 管 摩 擦 損 失 水 頭 + 落 差 +10( 計 算 單 位 : 公 尺 ) H=h1+h2+ 10m h1= 12.8m ( 管 路 摩 擦 損 失 水 頭 + 警 報 逆 止 閥 損 失 水 頭 ) h2= 12.52m ( 泵 浦 至 最 高 端 之 撒 水 頭 高 程 ) H=( )x1.1( 設 計 餘 裕 )= 39m 最 高 端 之 揚 程 為 39M( 大 於 最 遠 端 揚 程 ) 所 需 水 量 :90x30=2700 LPM ( 二 ) 室 內 外 消 防 栓 : 泵 浦 全 揚 程 = 消 防 水 帶 摩 擦 損 失 水 頭 + 配 管 摩 擦 損 失 水 頭 + 落 差 +25( 計 算 單 位 : 公 尺 ) H=h1+h2+h3+ 25m h1= 4m ( 消 防 水 帶 摩 擦 損 失 水 頭 ) h2= m ( 管 路 摩 擦 損 失 水 頭 + 一 齊 開 放 閥 ) h3= m ( 泵 浦 至 隧 道 室 外 消 防 栓 之 高 程 ) H=( )x1.1= 57.3m 最 遠 端 之 揚 程 為 57.3m 所 需 水 量 為 =1100 LPM 故 泵 浦 採 最 高 揚 程 : 57.3m 最 大 出 水 量 合 計 : =3800 公 升 / 每 分 鐘 (LPM) 綜 合 上 述 項 情 境 之 總 合, 取 揚 水 量 Q= 3800 公 升 / 每 分 鐘 (LPM), 揚 程 H= 57.3m 泵 浦 馬 力 (HP)= Q= 泵 浦 出 水 量 (M 3 /min), 取 75KW H= 額 定 揚 程 (M) E= 泵 浦 效 率 % 採 用 : 1 台 運 轉,1 台 備 用 ; 交 替 運 轉 消 防 持 壓 泵 浦 : 依 內 政 部 消 字 第 號 函 示 ; 取 10HP(7.5KW) 三 單 位 說 明 : LPM: 公 升 / 分 鐘 D: 直 徑 ( 公 分 ) M: 公 尺 CM: 公 分 KG: 公 斤 P= 揚 程 (M) H: 高 度 差

90 貳 泵 浦 釋 壓 閥 及 減 壓 閥 設 計 動 作 流 程 一 當 末 端 查 驗 閥 開 啟, 壓 力 桶 壓 力 下 降, 持 壓 泵 浦 啟 動 ; 若 閥 關 閉, 壓 力 下 降 在 6.0 KG/CM 2 以 上 時, 壓 力 達 壓 力 桶 設 定 壓 力 時, 持 壓 泵 浦 停 止, 系 統 回 復 正 常 ; 若 閥 持 續 開 啟 ( 達 10 分 鐘 以 上 或 壓 力 下 降 至 5.5 KG/CM 2 以 下 ), 消 防 泵 浦 啟 動, 除 手 動 停 止 外, 系 統 泵 浦 持 續 運 轉, 釋 壓 閥 依 泵 浦 性 能 曲 線 圖 ( 如 圖 3) 及 洩 放 流 量 參 考 曲 線 圖 ( 如 圖 4), 水 量 (11700 LPM) 由 釋 壓 閥 管 路 流 出, 管 路 壓 力 下 降 圖 3 泵 浦 性 能 曲 線 圖 4 二 當 消 防 栓 測 試 出 水 口 開 啟 時, 壓 力 桶 壓 力 下 降, 持 壓 泵 浦 啟 動 ; 若 閥 關 閉, 壓 力 上 升 至 設 定 點 (6.0 KG/CM 2 ) 以 上 時, 即 壓 力 達 壓 力 桶 設 定 壓 力 ( 系 統 需 求 壓 力 ) 時, 持 壓 泵 浦 停 止 運 轉, 系 統 回 復 正 常 ; 若 閥 持 續 開 啟 ( 達 10 分 鐘 以 上 或 壓 力 下 降 至 5.5 KG/CM 2 以 下 ), 消 防 主 泵 浦 啟 動, 除 手 動 停 止 外, 系 統 主 泵 浦 持 續 運 轉 加 壓, 管 路 壓 力 達 7.0 KG/CM 2 以 上 時, 減 壓 閥 啟 動, 排 出 部 分 水 量 由 釋 壓 閥 流 出, 管 路 壓 力 下 降, 以 維 持 系 統 設 定 之 壓 力, 並 保 護 管 路 安 全

91 L/MIN ( 公 升 / 分 鐘 ) Flow rater-water 圖 4 洩 放 流 量 參 考 曲 線 圖 5 參 問 題 及 討 論 一 若 室 內 外 消 防 栓 總 揚 程 超 過 超 過 7 KG /CM 2 以 上 時, 系 統 管 路 之 減 壓 閥 及 釋 壓 閥 之 設 定 壓 力, 即 應 調 整 至 7 KG /CM 2 以 下, 若 使 用 點 之 位 置 不 在 最 遠 及 最 高 處 時, 靠 近 泵 浦 端 之 壓 力 將 超 過 7 KG /CM 2 以 上, 將 不 符 合 消 防 設 置 標 準 第 條 規 定, 因 此 室 內 外 消 防 栓 放 水 壓 力 超 過 7 KG /CM 2 6 KG /CM 2 時, 此 時 各 使 用 點 應 採 取 有 效 減 壓 裝 置 二 假 設 初 時 最 高 端 位 置 單 顆 撒 水 頭 啟 動, 在 十 分 鐘 內 主 泵 浦 不 啟 動 ( 以 時 間 控 制 ), 先 由 持 壓 泵 浦 運 轉, 其 壓 力 在 管 系 造 成 之 壓 力 變 化, 以 撒 水 頭 放 水 量 80 L PM 計, 則 由 ( 圖 5) 持 壓 泵 浦 性 能 曲 線 圖 核 算, 得 知 管 系 壓 力 將 超 過 釋 壓 閥 設 定 值, 釋 壓 閥 開 啟, 此 時 管 系 壓 力 變 化 檢 討 如 下 : P 1 ( 釋 壓 閥 管 系 壓 力 )= P 2 ( 撒 水 管 系 壓 力 )+H ( 式 1 ) H= 高 度 差 (M) Q T =Q 1 +Q 2 ( 式 2 ) Q T = 泵 浦 總 水 量 (LPM) Q 1 = 撒 水 頭 水 量 (LPM) Q 2 = 釋 壓 閥 水 量 (LPM)

92 圖 5 持 壓 泵 浦 性 能 曲 線 圖 4 P=1.2xQ 1.85 x(i+i')/d 4.87 ( 式 3 ) P= 揚 程 (M)- 管 路 摩 擦 損 失 水 頭 Q= 標 稱 管 徑 配 管 流 量 (LPM) I= 管 長 (M) I'= 另 件 等 效 管 長 (M) D= 管 徑 (CM) 由 式 1 及 3 ( 假 設 管 系 壓 力 平 衡 下 及 釋 壓 閥 管 系 等 效 管 長 為 10M 撒 水 管 系 之 (I+I')/D 4.87 經 運 算 為 x10-5 H= 12.52M ) 得 知 Q = xQ ( 式 4 ) 由 ( 圖 3) 及 ( 圖 4) 與 式 4 得 知 : A. 當 揚 程 大 於 7 KG /CM 2 時, 水 量 及 壓 力 由 釋 壓 閥 釋 放, 以 保 護 管 系 壓 力 安 全 B. 當 降 到 釋 壓 閥 設 定 值 時, 由 ( 圖 4) 知 泵 浦 水 量 約 為 120 LPM; 此 時 管 系 末 端 之 撒 水 頭 水 量 幾 乎 為 零, 此 時 主 消 防 泵 浦 啟 動 運 轉, 直 至 建 立 系 統 設 定 壓 力 C. 於 壓 降 時 間 超 過 十 分 鐘 後, 主 泵 浦 啟 動 ; 由 式 4 式 2 圖 3 及 圖 4 知 釋 壓 閥 出 水 量 :2885 LPM,

93 最 高 端 單 顆 撒 水 頭 出 水 量 為 80 LPM 管 系 統 內 壓 力 達 7.1 KG /CM 2, 撒 水 頭 出 水 壓 力 為 4.57 KG /CM 2, 此 時 造 成 主 泵 浦 為 管 系 平 衡, 造 成 撒 水 頭 放 射 壓 力 過 大, 但 撒 水 流 量 卻 無 增 加 三 假 設 車 站 穿 堂 層 ( 與 泵 浦 房 同 一 層 ) 發 生 火 災 時 狀 況 : 撒 水 頭 由 一 顆 二 顆. 依 序 增 加, 其 管 系 壓 力 及 流 量 分 析 如 下 : 由 式 1 及 3( 假 設 管 系 壓 力 平 衡 下 及 釋 壓 閥 管 系 等 效 管 長 為 10M 撒 水 管 系 之 (I+I')/D 4.87 事 先 運 算 為 x10-5 及 H= 0M ) 得 知 Q = xQ ( 式 5 ) 由 ( 圖 4) 及 ( 圖 5) 與 式 2 及 5 得 知 : ( 一 ) 當 撒 水 頭 破 裂 數 量 一 個 時, 其 壓 力 及 流 量 之 最 遠 端 單 顆 灑 水 頭 檢 討 如 肆 二 所 述 ( 二 ) 撒 水 頭 破 裂 數 量 多 於 一 個 時, 主 泵 浦 啟 動 ; 其 數 量 與 流 量 及 壓 力 之 關 係 如 下 : 1. 其 數 量 為 2 個 時, 由 圖 3 知 泵 浦 運 轉 壓 力 為 7.2KG /CM 2 時, 此 時 釋 壓 閥 已 開 啟 ( 超 過 7KG /CM 2 ), 其 出 水 量 為 3750LPM 之 間, 其 撒 水 頭 出 水 量 為 80 LPM 而 經 數 值 運 算 管 系 壓 力 為 7.2 KG /CM 2 之 間, 撒 水 頭 出 水 壓 力 為 5.28KG /CM 2 之 間 ; 因 此 理 論 運 算 上, 能 符 合 消 防 設 置 標 準 2. 其 數 量 大 於 2 個 時 ; 因 釋 壓 閥 已 開 啟, 泵 浦 性 能 因 侷 限 釋 壓 閥 流 量 由 ( 圖 4) 得 知 必 須 維 持 在 7.1 KG /CM 2 以 上, 由 圖 3 知 泵 浦 出 水 量 維 持 在 4400 LPM 左 右, 因 此 撒 水 頭 流 量 由 式 2 及 5 關 係 中 得 知 撒 水 頭 流 量 不 隨 個 數 增 多 而 增 多, 撒 水 管 系 維 持 在 197 LPM 左 右 (2 個 撒 水 頭 出 水 量 ), 因 此 理 論 上 流 量 需 求 為 160 LPM 以 上, 而 實 際 上 只 有 197 LPM 左 右 四. 假 設 以 隧 道 最 遠 端 之 室 外 消 防 栓 放 水 啟 動 狀 況 : 系 統 上 將 先 啟 動 輔 助 泵 浦, 瞬 時 壓 降 至 6.55 KG /CM 2 以 下, 主 泵 浦 將 立 即 啟 動 由 式 1 及 3( 假 設 管 系 壓 力 平 衡 下 及 釋 壓 閥 管 系 等 效 管 10M 撒 水 管 系 之 (I+I')/D 4.87 事 先 運 算 為 2.94x10-6 及 H= -2.86M ) 得 知 Q = 10.2xQ ( 式 6) 由 圖 4 及 圖 5 與 式 2 及 6 知, 當 室 外 消 防 栓 箱 使 用 啟 動 後, 此 時 釋 壓 閥 開 啟, 出 水 量 為 556~ 3588L PM 之 間, 消 防 栓 出 水 量 為 400~1100 LPM, 則 管 內 系 統 壓 力 為 7.8 KG/CM 2 ~7.1 KG/CM 2 之 間, 消 防 栓 出 水 壓 力 為 5.63 KG/CM 2 ~3.01 KG/CM 2 之 間, 符 合 消 防 設 置 標 準 肆 結 論 於 消 防 管 系 統 中 因 泵 浦 釋 壓 閥 及 減 壓 閥 之 間 管 路 壓 力 變 化, 雖 可 由 釋 壓 閥 及 減 壓 閥 來 控 制 管 路 壓 力 ; 但 其 穩 定 性 仍 不 理 想, 主 要 原 因 在 於 釋 壓 閥 開 啟 後, 其 開 度 會 隨 泵 浦 之 壓 差 及 流 量 而 開 大 或 關 小, 但 並 不 會 關 閉, 除 了 泵 浦 停 止 運 轉 或 泵 浦 流 量 曲 線 落 在 釋 壓 閥 設 定 之 壓 力 下, 釋 壓 閥 才

94 有 可 能 關 閉 而 釋 壓 閥 之 存 在, 雖 可 確 保 整 個 管 路 系 統 避 免 管 壓 過 大, 但 也 將 使 整 個 消 防 水 系 統 性 能 可 靠 性 減 低 ; 若 提 高 釋 壓 閥 設 定 壓 力, 雖 可 使 整 個 系 統 之 可 靠 性 提 高, 但 管 路 需 承 受 較 大 之 管 壓 風 險, 故 泵 浦 仍 宜 分 成 撒 水 及 室 內 外 消 防 栓 兩 系 統, 將 可 使 系 統 效 率 及 可 靠 性 提 升, 唯 泵 浦 機 房 空 間 仍 需 重 新 規 劃 ; 且 室 內 外 消 防 栓 亦 應 設 置 減 壓 太 平 龍 頭, 俾 促 使 任 一 位 置 之 消 防 栓 皆 符 合 消 防 設 置 標 準 之 減 壓 規 定

95 摘 要 近 年 來 政 府 相 關 單 位 對 於 洪 災 的 防 治, 已 不 僅 考 慮 以 工 程 手 段 來 禦 洪, 而 進 一 步 思 考, 採 用 非 工 程 方 式 的 洪 氾 區 劃 設 來 管 制 洪 氾 土 地 的 利 用 基 隆 河 洪 氾 區 土 地 使 用 管 制 辦 法, 是 我 國 現 行 法 規 中 唯 一 以 洪 氾 區 作 為 土 地 利 用 管 制 規 劃 者 基 本 上, 洪 氾 區 的 劃 設 技 術 及 圖 資 需 求, 在 整 個 洪 氾 區 管 理 課 題 上 相 當 重 要 : 由 於 洪 氾 邊 界 範 圍 具 有 不 確 定 性, 洪 氾 邊 界 範 圍 的 界 定 方 式 圖 籍 精 度 是 否 能 夠 符 合 劃 設 區 域 的 需 求 劃 設 圖 資 項 目 是 否 足 以 說 明 洪 氾 區 劃 設 成 果, 這 些 因 素 將 直 接 影 響 到 土 地 所 有 權 人 的 利 益 與 土 地 使 用 權 力, 也 會 涉 及 到 經 濟 政 治 工 程 科 學 法 律 等 層 面 的 爭 議 因 此, 本 研 究 擬 以 未 來 實 際 應 用 所 需 考 量 的 經 濟 與 法 規 因 素, 進 行 劃 設 需 求 分 析, 透 過 洪 氾 區 邊 界 水 位 高 程 的 不 確 定 性 分 析, 研 究 中 以 基 隆 河 流 域 為 案 例, 展 示 出 洪 氾 區 域 變 動 邊 界 概 念, 並 提 出 可 能 的 處 理 方 式, 以 提 供 洪 氾 區 劃 設 技 術 之 參 考 及 準 則 修 訂 壹 前 言 洪 水 災 害 為 台 灣 本 島 主 要 的 災 害 之 一, 政 府 長 期 以 來 實 施 了 多 期 防 洪 水 利 工 程 建 設 計 畫, 但 每 當 遇 到 颱 洪 侵 襲, 工 程 防 洪 效 益 始 終 不 彰, 導 致 災 害 損 失 持 續 上 升 政 府 負 擔 愈 趨 沉 重 鑑 於 國 外 先 進 國 家, 對 於 防 洪 不 再 以 硬 邦 邦 的 水 工 結 構 體 來 抵 抗 洪 水, 而 是 採 取 較 柔 性 的 非 工 程 防 洪 措 施 來 管 理 洪 氾 土 地, 讓 水 能 適 宜 流 入 到 洪 水 平 原, 位 在 洪 水 平 原 內 的 居 民 亦 能 了 解 其 所 居 住 之 危 險

96 性 所 以 近 年 來 政 府 相 關 單 位 對 於 洪 水 災 害 的 防 治, 已 不 單 僅 考 慮 以 工 程 手 段 來 禦 洪, 而 擬 改 採 以 配 合 非 工 程 手 段 的 洪 氾 區 劃 設 來 管 制 洪 氾 土 地 的 利 用 根 據 水 利 法 第 六 十 五 條 : 主 管 機 關 為 減 輕 洪 水 災 害, 得 就 水 道 洪 水 氾 濫 所 及 之 土 地, 分 區 限 制 其 使 用 前 項 土 地 限 制 使 用 之 範 圍 及 分 區 辦 法, 應 由 主 管 機 關 就 洪 水 紀 錄 及 預 測 之 結 果, 分 別 劃 訂, 報 請 上 級 主 管 機 關 核 定 公 告 後 行 之 因 此, 本 研 究 擬 以 未 來 實 際 應 用 所 需 考 量 的 經 濟 與 法 規 因 素, 進 行 劃 設 需 求 分 析, 進 而 討 論 劃 設 成 果 中, 洪 氾 劃 設 圖 資 項 目 與 圖 籍 精 度 的 一 致 性 此 外, 透 過 洪 氾 區 邊 界 水 位 高 程 的 不 確 定 性 分 析, 研 究 中 以 基 隆 河 流 域 為 案 例, 利 用 地 理 資 訊 系 統 技 術 展 示 出 洪 氾 區 域 變 動 邊 界 概 念, 並 提 出 可 能 的 處 理 方 式 貳 洪 氾 區 劃 設 圖 資 需 求 洪 氾 區 管 理 需 求 分 析 最 重 要 的 一 環 即 是 洪 氾 區 域 之 劃 設 圖 資, 劃 設 圖 資 的 良 寙 將 是 影 響 現 況 的 土 地 管 理 或 未 來 納 入 國 土 計 畫 的 參 考 方 針 洪 氾 區 劃 設 在 於 將 可 能 或 時 常 淹 水 之 洪 氾 區 域 區 劃 出 來, 然 後 繪 製 成 洪 氾 圖 而 洪 氾 圖 完 成 後 可 提 供 相 關 單 位 在 洪 水 限 制 策 略 洪 水 預 警 及 洪 災 保 險 洪 氾 區 規 劃 與 管 理 洪 水 救 災 與 防 治 整 備 等 工 作 參 考 依 據 基 隆 河 洪 氾 區 土 地 使 用 管 制 辦 法 規 定, 管 制 範 圍 比 例 尺 不 小 於 1/2,400 然 而, 台 灣 除 了 部 份 沿 海 地 區 有 1/1,000 的 海 岸 像 片 地 形 圖 外, 其 他 大 多 為 1/5,000 至 1/10,000 的 像 片 基 本 圖, 因 此 在 洪 氾 區 劃 設 之 圖 籍 精 度 需 求 上, 受 限 於 無 法 取 得 更 高 的 圖 籍 精 度 而 遷 就 目 前 較 高 的 1/5,000 精 度, 顯 然 的 1/5,000 精 度 略 為 不 足 在 目 前 劃 設 洪 氾 區 域 之 圖 資 精 度 不 足 情 況 下, 是 否 仍 需 要 進 行 洪 氾 區 劃 設? 本 研 究 認 為 現 階 段 須 行 劃 設 的 理 由 有 三 點 : 第 一 目 前 劃 設 圖 資 精 度 雖 未 達 洪 氾 土 地 管 制 規 範 之 要 求, 但 就 現 階 段 洪 氾 區 域 劃 設 可 供 洪 氾 管 理 之 規 劃 警 示 之 用 ; 第 二 目 前 仍 有 許 多 主 要 資 料 的 來 源 或 品 質 具 有 不 確 定 性, 如 空 間 高 密 度 水 文 觀 測 量 洪 氾 區 域 實 際 調 查 精 準 高 流 量 觀 測 等, 相 對 於 這 些 背 景 事 務 與 資 料 品 質 的 配 合, 地 形 資 料 對 於 洪 氾 模 擬 所 造 成 的 不 確 定 性, 並 不 見 得 是 主 要 的 影 響 因 素 ; 第 三 考 量 洪 氾 風 險 分 級 的 劃 設 方 式, 應 可 以 進 行 基 本 的 洪 氾 區 域 劃 設 工 作 參 淹 水 模 擬 淹 水 模 擬 在 洪 氾 區 劃 設 是 提 供 洪 水 發 生 前 之 預 測 功 能 在 水 利 工 程 應 用 上, 淹 水 模 式 已 廣 泛 被 應 用 於 模 擬 淹 水 情 形, 有 關 水 理 分 析 淹 水 模 式 主 要 包 括 一 維 及 二 維 淹 水 模 式, 而 一 維 模 式 如 HEC-RAS 水 理 模 式, 由 於 該 模 式 為 一 維 演 算 模 式, 對 於 二 維 洪 氾 區 域 地 形 變 化 僅 能 以 水 面 高 程 加 以 呈 現, 無 法 完 全 掌 握 氾 濫 體 積 的 動 態 變 化, 較 不 容 易 反 應 實 際 淹 水 情 形, 見 圖 1 所 示 採 用 擬 似 二 維 核 胞 水 理 模 式 時, 由 於 該 模 式 區 劃 多 個 核 胞 網 格 為 淹 水 模 擬 單 元, 以 歷 年 洪 水 範 圍 及 洪 水 痕 跡 地 形 變 化 ( 等 高 線 分 佈 ) 狀 況 重 要 道 路 鐵 路 或 地 面 高 程 較 高 ( 如 高 速 公 路 ) 之 公 路 陸 地 與 排 水 路 之 交 接 處 農 地 之 田 埂 處 堤 防 建 築 物 土 地 使 用 分 區 狀 況 等 為 核 胞 網 格 邊

97 界, 較 符 合 實 際 地 形 變 化 及 淹 水 情 況, 見 圖 2 所 示 但 擬 似 二 維 核 胞 的 劃 設 須 透 過 具 有 相 當 知 識 經 驗 的 專 業 水 利 人 員 或 工 程 師, 利 用 不 同 分 析 計 算 的 工 具 或 軟 體 才 能 順 利 進 行 然 而, 在 即 時 淹 水 模 擬 需 求 下, 對 於 核 胞 劃 設 之 作 業 程 序 或 是 分 析 計 算 工 具 不 夠 熟 悉, 其 實 很 難 達 成 模 擬 的 需 求 應 用 二 維 淹 水 模 式, 如 SOBEK 為 一 套 整 合 性 軟 體 系 統, 整 合 河 川 都 市 排 水 系 統 與 流 域 管 理 的 套 裝 程 式, 該 模 式 是 以 數 值 地 型 ( DTM ) 網 格 資 料 為 淹 水 模 擬 計 算 單 元, 而 數 值 地 型 ( DTM ) 網 格 資 料 之 間 距 亦 是 模 式 資 料 計 算 量 多 寡 主 要 依 據, 見 圖 3 所 示 一 般 而 言, 不 同 淹 水 模 式 之 選 擇 需 配 合 地 文 水 文 及 蒐 集 之 相 關 資 料, 而 因 應 模 式 之 不 同 需 求, 且 有 不 同 的 圖 資 輸 入 參 數 輸 出 資 料 本 研 究 將 選 用 SOBEK 二 維 水 理 模 式 為 基 隆 河 流 域 之 淹 水 模 擬, SOBEK 依 應 用 區 域 可 區 分 為 三 套 整 合 程 式, 分 別 為 SOBEK-Rural SOBEK-Urban 及 SOBEK-River 此 三 套 整 合 程 式 共 包 含 了 水 理 分 析 (Water flow) 降 雨 逕 流 (Rainfall run-off) 水 質 分 析 (Water quality) 輸 砂 演 算 (Sediment transport) 地 形 變 遷 演 算 (Morphology) 鹽 分 入 侵 (Salt intrusion) 及 即 時 控 制 (Real-time control) 等 七 種 模 組, 各 整 合 程 式 所 包 含 之 模 組 則 如 表 1 所 示 整 體 而 言, SOBEK 模 式 在 應 用 上 可 包 含 降 雨 逕 流 之 推 估, 河 川 水 理 水 質 及 輸 砂 計 算, 都 市 下 水 道 系 統 與 淹 水 區 域 的 模 擬, 對 於 水 利 相 關 決 策 單 位 在 進 行 管 理 決 策 與 分 析 時, 將 可 提 供 相 當 大 的 助 益 SOBEK-Rural 適 用 於 河 川 模 擬 河 道 溢 淹 及 水 質,SOBEK-Urban 適 用 於 河 川 模 擬 都 市 排 水,SOBEK-River 適 用 於 河 川 模 擬 輸 砂 運 移 及 水 質 圖 1 HEC-RAS 水 理 模 式 圖 2 擬 似 二 維 核 胞 水 理 模 式 圖 3 SOBEK 水 理 模 式

98 表 1 SOBEK 模 式 各 整 合 程 式 功 能 一 覽 表 Module\Product line SOBEK-Rural SOBEK-Urban SOBEK-River Water Flow V V V Rainfall Run-off V V Water Quality V V Real-Time Control V V Sediment Transport Morphology Salt Intrusion V V V 肆 不 確 定 性 與 風 險 分 析 進 行 洪 氾 區 劃 設 時, 水 理 分 析 所 採 用 的 淹 水 模 式, 均 是 基 於 完 整 水 力 計 算 理 論 所 發 展 就 圖 4 所 示 為 SOBEK 水 理 模 式 所 模 擬 計 算 結 果, 並 展 繪 出 各 網 格 內 的 水 位 高 程 值 情 形 由 圖 4 中 之 各 網 格 內 的 水 位 高 程 值 說 明 只 要 水 位 高 程 值 D i > 0 即 為 洪 氾 區 域, 如 淹 水 m m m 等 網 格 皆 被 納 入 淹 水 區 域 然 而, 以 淹 水 模 式 來 模 擬 真 實 環 境 的 反 應, 仍 然 受 限 許 多 的 不 確 定 因 子 影 響, 包 括 率 定 所 採 用 的 現 場 調 查 資 料, 參 數 值 的 決 定 等, 都 有 其 隨 機 性 存 在 模 式 內 各 參 數 基 本 上 都 是 以 定 值 方 式 輸 入, 就 複 雜 的 自 然 環 境 而 言, 定 值 估 計 仍 然 有 所 不 足 如 推 估 曼 寧 糙 度 係 數 值, 在 實 際 河 川 環 境 並 不 是 一 個 固 定 現 象, 而 是 隨 著 時 間 與 地 點 之 不 同 而 有 所 變 化 即 使 針 對 同 一 條 河 川, 在 不 同 使 用 者 使 用 下, 對 於 參 數 值 的 估 計 也 可 能 有 所 不 同 基 於 上 述 種 種 因 素, 模 式 計 算 輸 出 值 與 現 地 實 際 狀 況 未 必 能 完 全 符 合, 必 須 考 慮 不 確 定 性 的 影 響 圖 4 SOBEK 計 算 結 果 展 繪 各 網 格 內 之 水 位 高 程 值

99 應 用 淹 水 模 式 所 計 算 出 各 個 空 間 位 置 上 的 水 深, 是 洪 氾 區 劃 設 的 主 要 依 據 為 說 明 水 深 不 確 定 性 對 於 洪 氾 區 劃 設 的 影 響, 本 研 究 應 用 不 確 定 性 分 析 方 法, 透 過 各 輸 入 參 數 的 變 異 狀 況, 評 估 相 應 之 模 式 輸 出 值 所 具 有 之 不 確 定 性 並 結 合 機 率 分 布, 量 化 各 個 計 算 水 深 的 超 越 機 率, 以 說 明 淹 水 模 擬 成 果 資 料 的 信 心 程 度, 作 為 後 續 洪 氾 區 域 劃 設 的 決 策 依 據 進 行 淹 水 模 式 模 擬 所 需 輸 入 之 資 料 包 括 水 文 資 料 如 洪 水 流 量 河 口 水 位, 地 文 資 料 如 河 川 斷 面 資 料 水 工 結 構 物 之 空 間 資 訊 及 漫 地 流 計 算 網 格 之 網 格 資 訊 等 由 於 完 整 不 確 定 性 分 析 所 要 考 慮 的 參 數 將 會 相 當 複 雜, 為 清 楚 說 明 水 深 計 算 與 洪 氾 劃 設 的 影 響, 有 必 要 簡 化 研 究 中 選 擇 分 析 參 數 研 究 中 主 要 考 量 SOBEK 模 式 輸 入 參 數 對 輸 出 值 影 響 較 大 之 模 擬 參 數, 且 針 對 SOBEK 二 維 水 理 模 式 的 特 性, 選 擇 分 析 參 數 為 河 道 糙 度 係 數 根 據 水 利 署 委 託 交 通 大 學 防 災 工 程 研 究 中 心 之 基 隆 河 洪 氾 區 劃 設 水 理 模 擬 分 析 研 究 報 告 中, 設 定 河 道 糙 度 係 數 為 0.045, 評 估 相 應 模 式 輸 出 值 所 具 有 之 不 確 定 性 可 將 模 式 的 輸 出 入 關 係, 表 示 成 函 數 式 如 下 : D i = f ( N r ) (1) D i : 模 式 輸 出 值, D i 為 第 i 個 網 格 之 淹 水 深 度 N r : 河 道 糙 度 係 數 選 用 不 確 定 性 分 析 方 法 時, 因 研 究 區 域 涵 蓋 範 圍 較 大, 淹 水 模 式 模 擬 需 時 較 久 因 此, 選 擇 計 算 量 適 中 的 Harr 點 估 計 法 ( Harr's Point Estimates Method ) 基 隆 河 河 道 糙 度 係 數 N r 經 過 率 定 為 0.045, 在 此 將 此 參 數 值 代 入 哈 爾 點 估 計 法 之 系 統 程 式, 挑 選 出 特 定 參 數 N r ± σ r ( 即 N r = N r = 0.055), 代 入 SOBEK 中 分 別 計 算 流 域 範 圍 內 所 有 洪 氾 網 格 的 水 位 深 度 在 每 個 淹 水 模 擬 格 點 上, 所 計 算 出 的 兩 個 特 定 水 位 深 度, 再 代 回 Harr 點 估 法 中, 計 算 出 相 應 水 位 深 度 之 平 均 值 (Mean) 標 準 差 (Stand Deviation) 如 表 2 所 示, 僅 考 慮 河 道 糙 度 影 響, 將 造 成 各 個 計 算 格 網 上 的 淹 水 深 度, 產 生 標 準 差 30-50cm 的 變 化 就 洪 氾 區 劃 設 而 言, 淹 水 深 度 標 準 差 的 資 訊, 顯 示 在 定 義 洪 氾 邊 界 時, 也 必 須 考 慮 不 確 定 性 的 因 素 然 而, 以 一 般 直 觀 中, 洪 氾 邊 界 僅 為 圖 形 上 的 定 義, 其 不 確 定 性 的 表 示 方 式 仍 有 待 探 討 表 2 納 莉 事 件 - 基 隆 河 汐 止 局 部 區 域 洪 氾 網 格 標 準 差 分 佈 情 況 (160 網 格 間 距 ) 淹 水 深 變 化 量 30cm 以 下 30cm~50cm 50cm 以 上 格 點 數 研 究 中 以 風 險 分 析 的 機 率 概 念, 結 合 水 深 不 確 定 性, 提 出 洪 氾 區 風 險 分 級 的 劃 設 方 法 銜 接 式 (1), 洪 氾 區 劃 設 的 過 程 可 以 水 深 為 應 變 數, 表 達 成 函 數 的 型 式 如 下 : A=Polygon ( D i > h ) (2) 其 中, h 表 示 設 定 水 深, 超 過 高 度 h 的 網 格, 即 為 淹 水 區 域 ;Polygon 代 表 劃 設 動 作 的 函 數, 其 產 出 即 為 洪 氾 區 域 的 多 邊 形 A 由 不 確 定 性 分 析 的 計 算 成 果, 可 以 歸 納 出 計 算 格 網 水 深 值 D i 的 平 均 值 與 標 準 差 兩 階 動 差 結 合 風 險 機 率 的 概 念, 將 水 深 值 D i 設 定 為 常 態 分 佈, 則 式 (2) 中 的 D i > h 判 斷 式, 可 以 重 新 表

100 示 如 下 : P r ( D i > h )> R (3) 其 中, P r 為 機 率 函 數, R 即 為 計 算 水 深 D i 超 越 設 定 水 深 h 的 超 越 機 率 以 圖 5 的 2 個 網 格 之 不 確 定 性 計 算 水 深 案 例, 可 將 式 (3) 的 說 明 展 開 如 圖 6 依 據 兩 個 水 深 案 例 的 不 確 定 性 與 常 態 分 布 機 率 設 定, 圖 6 分 別 以 常 態 分 佈 的 累 積 分 佈 函 數 圖, 並 分 別 以 設 定 水 深 為 30cm 及 2m 來 討 論 編 號 : 1 編 號 : 2 Mean : Mean : Std.Dev : Std.Dev : 圖 5 計 算 格 網 之 水 深 不 確 定 性 分 析 案 例 以 設 定 水 深 h=30 cm 來 看, 如 圖 6 案 例 1 顯 示, 在 此 網 格 內 淹 水 30 cm 以 上 的 機 率 約 為 98%; 然 而, 案 例 2 則 說 明 如 圖 7 所 示, 該 網 格 內 的 機 率 為 40% 以 劃 設 洪 氾 區 域 時, 這 個 超 越 機 率 資 訊, 說 明 了 如 果 設 定 以 30 cm 為 淹 水 深 度 時, 有 98% 的 信 心 可 以 認 定 案 例 1 的 網 格 在 洪 氾 區 之 內, 但 只 有 40% 的 信 心 可 以 認 定 案 例 2 的 網 格 在 洪 氾 區 之 內 因 此, 如 果 以 式 (3) 作 為 淹 水 區 域 的 判 斷, 取 設 定 水 深 的 超 越 機 率 R 為 90% 時, 案 例 1 將 認 定 為 洪 氾 區 域, 案 例 2 則 排 除 在 洪 氾 區 域 之 外 如 果 設 定 設 定 水 深 為 2 m 時, 如 圖 8 所 示, 案 例 1 網 格 內 淹 水 2 m 以 上 的 超 越 機 率 為 85%, 而 案 例 2 網 格 淹 水 2 m 以 上 的 機 率 則 接 近 為 0, 如 圖 9 所 示 因 此, 如 果 仍 選 擇 設 定 水 深 的 超 越 機 率 為 90% 時, 案 例 1 與 案 例 2 將 排 除 在 洪 氾 區 之 圖 6 編 號 1 之 網 格 淹 水 30cm 以 上 之 機 率 圖 7 編 號 2 之 網 格 淹 水 30cm 以 上 之 機 率 圖 8 編 號 1 之 網 格 淹 水 2m 以 上 之 機 率 圖 9 編 號 2 之 網 格 淹 水 2m 以 上 之 機 率

101 單 以 圖 5 所 表 示 各 案 例 淹 水 深 度 平 均 值 4.812m 與 0.231m 來 定 義 洪 氾 區 域, 研 究 中 所 提 風 險 分 級 的 劃 設 方 法, 充 分 考 量 了 不 確 定 性 的 資 訊, 較 能 周 全 地 確 認 洪 氾 發 生 可 能 性, 以 減 少 將 來 洪 氾 區 域 劃 定 的 爭 議 就 編 號 1 之 洪 氾 網 格 內, 淹 水 深 度 30cm 或 2m 以 上 的 風 險 機 率 都 超 過 80% 以 上, 所 以 編 號 1 之 洪 氾 網 格 地 區 應 屬 高 風 險 淹 水 區 域 而 編 號 2 之 洪 氾 網 格 內, 淹 水 深 度 30cm 或 2m 以 上 的 風 險 機 率 都 低 於 50% 以 下, 所 以 編 號 2 之 洪 氾 網 格 地 區 可 歸 於 低 風 險 淹 水 區 域 因 此, 在 洪 氾 區 分 級 劃 設, 應 該 考 量 各 淹 水 網 格 之 不 確 定 性 下 的 水 位 高 程 值 變 動 情 況, 將 同 為 淹 水 機 率 高 的 洪 氾 淹 水 網 格 劃 分 為 一 區 來 加 強 管 理, 本 研 究 將 以 此 劃 設 概 念 運 用 在 基 隆 河 應 用 案 例 之 洪 氾 土 地 的 管 制 分 區 伍 風 險 分 級 劃 設 根 據 水 利 法 第 六 十 五 條 : 主 管 機 關 為 減 輕 洪 水 災 害, 得 就 水 道 洪 水 氾 濫 所 及 之 土 地, 分 區 限 制 其 使 用 此 外, 淡 水 河 洪 水 平 原 管 制 辦 法 第 二 條 : 洪 水 平 原 管 制 之 目 的, 在 於 排 除 氾 區 內 之 積 水, 劃 定 發 展 限 制 範 圍, 以 減 輕 災 害 其 管 制 程 度 分 為 一 級 管 制 區 及 二 級 管 制 區 二 等 ; 基 隆 河 洪 氾 區 土 地 使 用 管 制 辦 法 為 例, 將 洪 氾 區 分 為 一 級 管 制 區 及 二 級 管 制 區 然 而, 深 究 上 述 分 級 方 式, 其 實 仍 然 基 於 洪 氾 程 度 與 其 發 生 可 能 性 來 加 以 分 級, 這 也 是 實 務 上 對 於 洪 氾 區 認 定 的 一 般 準 則 由 上 述 三 法 規 條 文, 本 研 究 建 議 洪 氾 土 地 分 區 可 依 其 淹 水 風 險 程 度 而 劃 分 管 制 式 (3) 即 是 以 洪 氾 發 生 的 機 率 為 判 斷 準 則 其 中, 洪 氾 程 度 的 認 定, 即 是 由 設 定 水 深 h 來 表 達 ; 發 生 的 可 能 性, 則 是 以 超 越 機 率 R 作 為 判 斷 依 據 套 用 式 (2) 與 式 (3), 研 究 中 提 出 以 淹 水 風 險 程 度 的 整 合 劃 設 方 式 如 下 : A = Polygon ( (P r (D i > h) > R) (4) 當 所 計 算 的 淹 水 深 度 D i 大 於 所 設 定 的 設 定 水 深 h 之 機 率 大 於 超 越 機 率 R 時, 則 劃 設 單 位 可 以 有 把 握 地 認 定 該 區 域 為 洪 氾 區 因 此, 將 此 邏 輯 應 用 在 各 個 計 算 格 網 上, 由 前 述 水 理 模 式 不 確 定 性 分 析 結 果, 可 應 用 地 理 資 訊 系 統 相 關 技 術, 針 對 各 個 計 算 格 網 上 水 深 的 平 均 值 與 標 準 差, 把 原 為 文 數 字 格 式 資 料 轉 換 輸 出 成 向 量 圖 資 配 合 格 網 水 深 常 態 分 佈 的 設 定, 可 與 設 定 水 深 比 較, 以 判 斷 機 率 是 否 大 於 超 越 機 率, 則 可 逐 一 定 義 出 洪 氾 區 的 範 圍 本 研 究 以 納 莉 事 件 對 基 隆 河 汐 止 市 部 份 地 區 為 例, 圖 10 圈 選 之 區 域 圖 10 納 莉 事 件 -160m 網 格 淹 水 模 擬 區 域

102 引 用 上 述 之 洪 氾 土 地 風 險 分 級 概 念, 分 別 探 討 以 設 定 水 深 h 為 30 cm 及 50 cm, 90% 與 80% 為 其 超 越 機 率 R 的 淹 水 範 圍 綜 觀 目 前 國 內 水 利 相 關 法 規, 其 實 並 沒 有 明 確 定 義 所 謂 設 定 水 深 然 而, 一 般 淹 水 深 度 到 達 30 cm 或 50 cm 時, 多 半 都 已 造 成 土 地 及 人 民 財 產 上 的 損 害, 因 此 研 究 中 取 設 定 水 深 為 30 cm 與 50 cm 作 為 測 試 此 外, 應 該 選 擇 多 少 機 率 值 為 超 越 機 率 R, 以 減 少 判 斷 與 未 來 爭 議 的 風 險, 也 是 本 研 究 所 要 探 討 的 一 個 主 要 論 點 首 先 探 討 90% 與 80% 超 越 機 率 在 研 究 案 例 淹 水 30 cm 以 上 的 情 形, 進 而 探 討 90% 與 80% 超 越 機 率 在 研 究 案 例 淹 水 50 cm 以 上 的 情 形 當 80% 超 越 機 率 淹 水 30 cm 以 上, 其 洪 氾 網 格 風 險 如 圖 11 所 示 當 90% 超 越 機 率 淹 水 30 cm 以 上, 洪 氾 網 格 風 險 如 圖 12 所 示 圖 11 納 莉 事 件 -80% 超 越 機 率 淹 水 30cm 圖 12 納 莉 事 件 -90% 超 越 機 率 淹 水 30 cm 之 洪 氾 網 格 ( 160m 160m ) 風 險 圖 之 洪 氾 網 格 ( 160m 160m ) 風 險 圖 在 圖 11 中,80% 超 越 機 率 淹 水 30 cm 以 上 的 洪 氾 網 格 有 113 格, 也 就 是 說 根 據 風 險 計 算 結 果, 有 80% 以 上 的 信 心 或 是 把 握, 估 計 這 113 格, 共 計 2,892,800 m 2 的 土 地 會 淹 水 至 30 cm 以 上 在 圖 12 中,90% 超 越 機 率 淹 水 30 cm 以 上 的 洪 氾 網 格 有 107 格, 則 顯 示 有 90% 以 上 的 信 心 或 把 握, 約 有 2,739,200 m 2 的 土 地 會 淹 水 至 30 cm 以 上 就 洪 氾 區 土 地 劃 設 來 看, 80% 超 越 機 率 所 要 管 制 的 土 地 將 比 90% 超 越 機 率 多 153,600 m 2 另 外, 考 慮 淹 水 50 cm 以 上 之 風 險 機 率, 當 80% 超 越 機 率 時 約 有 2,764,800 m 2 的 土 地 會 淹 至 50 cm 以 上, 如 圖 13 所 示 當 90% 超 越 機 率 時 約 有 2,585,600 m 2 的 土 地 會 淹 水 50 cm 以 上, 如 圖 14 所 示 就 以 50 cm 為 淹 水 基 準 而 言, 80% 超 越 機 率 所 要 管 制 的 土 地 將 比 90% 超 越 機 率 多 179,200 m 2 由 上 述 分 別 以 30 cm 50 cm 為 設 定 水 深 之 洪 氾 風 險 機 率 成 果, 本 研 究 將 其 整 理 於 表 3 從 表 3 中 可 知, 所 定 義 淹 水 面 積 最 少 的 案 例 為 設 定 水 深 50 cm, 且 超 越 機 率 90% 淹 水 面 積 最 大 的 案 例 則 為 設 定 水 深 30 cm, 且 超 越 機 率 80% 以 前 者 而 言, 對 於 劃 設 單 位, 可 以 說 是 選 擇 洪 氾 事 件 發 生 機 率 較 高, 且 水 深 認 定 也 較 為 嚴 格 的 方 式 來 定 義 洪 氾 區 域, 因 此, 其 對 應 淹 水 面 積 也 會 較 小 相 對 的, 以 較 為 寬 鬆 的 水 深 認 定, 且 選 擇 洪 氾 事 件 發 生 機 率 略 低 的 標 準, 也 會 涵 蓋 較 大 的 淹 水 面 積 以 實 務 單 位 而 言, 以 較 嚴 格 方 式 的 定 義 洪 氾 區 域, 在 後 續 的 土 地 管 理 執 行 上, 能 夠 減 少 認 定 上 可 能 的 爭 議

103 圖 13 納 莉 事 件 -80% 超 越 機 率 淹 水 50 cm 圖 14 納 莉 事 件 -90% 超 越 機 率 淹 水 50cm 之 洪 氾 網 格 ( 160m 160m ) 風 險 圖 之 洪 氾 網 格 ( 160m 160m ) 風 險 圖 表 3 不 同 淹 水 基 準 對 80% 及 90% 超 越 機 率 淹 水 情 形 差 異 分 析 表 淹 水 基 準 ( cm ) 超 越 機 率 淹 水 格 點 數 淹 水 面 積 ( m 2 ) 淹 水 面 積 差 異 ( 80%-90%) % 113 2,892,800 90% 107 2,739,200 80% 108 2,764,800 90% 101 2,585, ,600( m 2 ) 179,200( m 2 ) 前 述 案 例 對 於 洪 氾 區 劃 設 而 言, 計 算 解 析 度 仍 然 有 所 不 足, 160 m 間 距 的 計 算 網 格 對 於 土 地 管 理 所 需 的 精 度 上, 只 能 用 於 規 劃 方 面 研 究 中 以 40 m 間 距 的 數 值 地 形 進 行 加 密 計 算, 得 到 圖 15 的 成 果 明 顯 地, 從 視 覺 上 就 可 以 判 斷 高 解 析 度 的 格 網 資 料 提 供 了 較 為 可 行 的 土 地 分 劃 依 據 然 而, 許 多 局 部 現 象 也 值 得 劃 設 時 的 討 論 如 圖 15,P r ( D i 30 ) 80% 內 的 洪 氾 區 域 含 有 零 星 的 島 型 畸 零 地, 是 否 該 納 入 洪 氾 土 地 管 理, 其 實 就 是 劃 設 洪 氾 區 所 要 碰 到 的 實 務 課 題 以 本 案 例 而 言, 由 圖 15 中 可 以 看 出, 太 過 零 散 地 形 分 布 造 成 的 局 部 地 區 淹 水 機 率 較 低 考 量 洪 氾 土 地 整 體 管 理 的 原 則, 將 其 納 入 洪 氾 區 域 管 理 仍 屬 必 要 由 於 洪 氾 機 制 發 生 的 成 因 相 當 複 雜, 都 包 含 了 相 當 高 的 不 確 定 性, 自 然 無 法 以 一 單 純 的 界 線 來 代 表 洪 氾 區 域 的 範 圍, 所 以 在 此 應 依 各 洪 氾 網 格 內 之 水 位 高 程 計 算 值 與 其 發 生 的 機 率 來 劃 設 洪 氾 區 域 的 界 線 然 就 水 利 相 關 單 位 在 未 來 洪 氾 土 地 劃 設, 應 先 訂 定 淹 水 基 準, 本 研 究 在 此 採 取 30cm 與 50cm 為 淹 水 基 準 劃 設 洪 氾 管 制 區 域, 應 考 量 風 險 分 級 管 制, 見 圖 16 所 示

104 圖 15 納 莉 事 件 -80% 超 越 機 率 淹 水 30 cm 之 洪 氾 網 格 ( 40 m 40 m ) 風 險 圖 圖 16 洪 氾 風 險 管 制 理 範 圍 示 意 圖 陸 結 論 與 建 議 一 就 國 內 目 前 防 洪 手 段 已 漸 趨 向 由 工 程 防 洪 轉 變 至 非 工 程 防 洪 的 洪 氾 區 管 理, 並 由 水 利 相 關 單 位 正 積 極 研 究 施 行 的 可 行 性, 所 以 在 當 前 或 未 來 的 國 土 計 畫 政 策 上, 洪 氾 區 域 劃 設 在 技 術 及 精 度 上 要 能 匹 配 二 在 現 階 段 洪 氾 區 劃 設 之 圖 籍 精 度 需 求 上, 受 限 於 無 法 取 得 更 高 的 圖 籍 精 度 而 遷 就 目 前 較 高 的

105 1/5,000 精 度, 但 實 際 執 行 洪 氾 模 擬 計 算, 仍 有 許 多 主 要 資 料 的 來 源 或 品 質 具 有 不 確 定 性 根 據 前 述 基 隆 河 計 算 案 例 可 知, 應 用 現 有 的 數 值 地 形 模 型 與 1/5000 相 片 基 本 圖, 採 用 風 險 分 級 的 整 合 劃 設 方 法, 仍 然 可 以 可 靠 地 進 行 基 本 的 洪 氾 區 劃 設 工 作, 並 可 供 洪 氾 管 理 之 規 劃 警 示 之 用 所 以 就 目 前 水 理 計 算 平 面 解 析 度 的 精 度 而 言,1/5,000 之 圖 籍 精 度 應 該 還 適 用 三 本 研 究 以 納 莉 事 件 對 基 隆 河 流 域 為 例, 針 對 SOBEK 水 理 參 數 不 確 定 性 分 析 的 結 果, 以 超 越 機 率 的 概 念 來 劃 定 洪 氾 邊 界 之 範 圍 ( Zone ), 提 供 水 利 專 家 及 工 程 師 未 來 在 洪 氾 土 地 管 制 界 線 劃 設 的 新 概 念, 並 提 出 可 能 的 處 理 方 式, 以 提 供 洪 氾 區 劃 設 技 術 之 參 考 及 準 則 修 訂 四 未 來 我 國 在 洪 氾 區 域 管 理 應 可 考 慮 按 管 理 目 標 而 設 不 同 風 險 等 級, 再 依 淹 水 水 位 高 程 之 情 形 來 進 行 洪 氾 區 域 劃 設 五 就 目 前 國 內 水 利 相 關 單 位 或 法 規, 並 沒 有 明 確 定 訂 基 本 洪 水 位 外, 對 於 淹 水 的 最 小 值 定 義 亦 不 明, 因 此 在 洪 氾 區 劃 設 及 未 來 洪 氾 區 管 理 上 定 受 爭 議 所 以 本 研 究 建 議, 相 關 單 位 應 盡 快 釐 訂 全 國 一 致 的 基 準 洪 水 位, 或 訂 定 淹 水 之 最 小 值 六 本 文 在 洪 氾 風 險 劃 設 所 採 用 的 90% 80% 的 超 越 機 率 僅 是 建 議 水 利 相 關 單 位 參 考, 是 否 符 合 洪 氾 區 域 劃 設 實 務 上 的 需 求, 則 有 賴 後 續 研 究 或 有 關 單 位 作 一 驗 證

106 摘 要 本 文 結 合 GPS Prep. 和 GEODYN II 由 GPS 相 位 資 料 採 用 動 力 法 解 算 CHAMP 軌 道, 求 得 之 軌 道 與 GFZ 公 佈 之 CHAMP 精 密 軌 道 於 X Y Z 三 方 向 的 差 異 量 分 別 為 1.454m 3.467m 2.925m, 整 體 而 言 解 算 軌 道 的 精 度 為 公 尺 量 級 地 球 重 力 場 模 型 是 採 取 兩 步 法 利 用 德 國 Muenchen 技 術 大 學 所 提 供 之 CHAMP 軌 道 來 進 行 求 解, 所 得 之 重 力 場 模 型 稱 為 NCTU, 其 中 以 GRACE 衛 星 數 據 所 得 之 重 力 場 模 型 GGM01S 當 做 真 值, 分 別 減 去 EGM96 和 NCTU 得 到 大 地 起 伏 差 異 量 重 力 異 常 差 異 量, 結 果 不 管 於 大 地 起 伏 亦 或 重 力 異 常 皆 顯 示 所 解 算 的 NCTU 比 EGM96 更 接 近 真 值, 證 明 了 本 文 所 解 算 的 NCTU 相 較 於 EGM96 其 精 度 確 實 有 改 善 壹 前 言 近 幾 年, 低 軌 衛 星 探 求 重 力 場 任 務 十 分 熱 門, 應 用 所 得 之 重 力 場 時 間 序 列 可 初 步 分 析 其 變 化 機 制, 有 助 於 瞭 解 全 球 氣 候 海 水 位 環 流 系 統 等 變 遷, 變 遷 週 期 從 數 月 到 數 十 年 都 有 可 能 ( 黃 金 維, 2003) 預 計 於 2005 年 秋 天 發 射 升 空 的 中 華 衛 星 三 號 (ROCSAT-3/COMIC), 即 把 重 力 場 模 型 求 定 規 劃 為 重 要 任 務 之 一 ( 太 空 計 畫 室, 2004), 而 由 衛 星 探 求 重 力 場 是 利 用 低 軌 衛 星

107 (Low-Earth Orbit, LEO) 精 密 軌 道 運 動 資 料, 因 此 在 解 算 重 力 場 模 型 前 必 需 先 行 精 密 定 軌, 本 論 文 即 針 對 上 述 課 題 做 一 研 究 顧 及 衛 星 資 料 取 得 的 難 易 度, 於 是 選 擇 CHAMP 衛 星 數 據 做 為 本 文 之 應 用, CHAMP (CHAllenging Minisatellite Payload) 為 德 國 主 導 之 衛 星 任 務, 其 載 具 設 備 除 了 其 本 身 專 屬 的 酬 載 外, 衛 星 上 還 裝 有 GPS( Global Positioning System) 雙 頻 接 收 儀, 用 於 低 軌 衛 星 的 連 續 跟 蹤, 對 軌 道 擾 動 進 行 準 確 連 續 地 監 測, 該 接 收 儀 提 供 高 精 度 無 遮 蔽 的 GPS 相 位 及 碼 資 料 ( CHAMP-ISDC Home Page ) CHAMP 衛 星 所 提 供 各 類 資 訊, 只 需 於 CHAMP 網 站 champ.html 進 行 註 冊, 即 可 獲 得 最 新 之 CHAMP 資 料 貳 CHAMP 衛 星 2000 年 7 月 15 日 11 : 59 : UTC, CHAMP 衛 星 由 俄 羅 斯 COSMOS 火 箭 發 射 升 空, 傾 角 為 度, 初 始 高 度 為 454 km, 設 計 衛 星 壽 命 為 5 年, 軌 道 為 接 近 圓 形 和 近 極, 如 此 一 來 就 可 以 獲 得 接 近 覆 蓋 全 球 的 觀 測, 方 便 衛 星 地 面 跟 蹤, CHAMP 衛 星 的 物 理 參 數 詳 ( 表 1) : 表 1 CHAMP 衛 星 的 物 理 參 數 (GFZ) 總 質 量 高 度 長 度 寬 度 面 質 比 522 kg 750 mm 8333 mm ( 包 括 Boom : 長 為 4044 mm, 高 為 224 mm, 寬 為 224 mm ) 1621 mm m2/kg 通 過 地 面 跟 蹤 和 星 載 GPS 觀 測, 在 曆 元 2000/08/01 00 : 00 : 00 GPS, CHAMP 衛 星 的 狀 態 如 ( 表 2) : 表 2 CHAMP 衛 星 軌 道 元 素 (GFZ) 長 半 徑 (Semi-major axis ) km 偏 心 率 (Eccentricity) 傾 角 (Inclination) 近 地 點 變 角 (Argument of the Perigee) 升 交 點 赤 經 (Right Ascension of the Ascending Node) 平 近 點 角 (Mean Anomaly)

108 CHAMP 衛 星 具 有 以 下 優 點 : 一 最 多 有 12 顆 GPS 衛 星 同 時 對 CHAMP 衛 星 進 行 連 續 跟 蹤, 而 由 地 面 跟 蹤 只 能 是 一 維 不 連 續 跟 蹤, 如 SLR, DORIS, PRARE 等 二 由 於 CHAMP 衛 星 軌 道 是 低 軌 近 圓 近 極, 因 此 幾 乎 覆 蓋 全 球 範 圍, CHAMP 能 夠 採 集 更 多 的 地 球 引 力 場 資 訊 三 採 用 加 速 度 計 直 接 測 量 非 保 守 力, 實 際 應 用 中 可 以 不 採 用 大 氣 密 度 模 型 太 陽 輻 射 壓 模 型 地 球 反 照 壓 模 型 等 近 似 或 經 驗 模 型 參 衛 星 定 軌 與 地 球 重 力 場 模 型 解 算 程 式 吾 人 以 GPS Prep. 軟 體 處 理 GPS 相 位 觀 測 數 據 後, 接 著 利 用 GEODYN II 解 算 CHAMP 衛 星 軌 道 一 GPS 前 處 理 : GPS Prep. GPS Prep. 軟 體 安 裝 於 SUN Unix 系 統 上, 主 要 針 對 GPS 的 觀 測 資 料 進 行 處 理, 其 操 作 流 程 分 為 四 步 驟 : TABLES REPORT FixCLOCK GDF, TABLES 主 要 的 執 行 內 容 為 : 整 合 輸 入 的 地 球 自 轉 參 數 (Earth Orientation Parameter, EOP) 和 太 陽 地 磁 觀 測 資 料 (Solar & Geomagnetic Observation, SGO) 並 產 生 列 表 FixCLOCK 的 功 能 為 對 IGS 測 站 和 CHAMP 衛 星 的 觀 測 資 料 進 行 衛 星 鐘 差 改 正 天 線 相 位 中 心 偏 移 改 正 衛 星 姿 態 改 正 接 收 器 時 鐘 修 正, 並 進 一 步 對 輸 入 的 觀 測 資 料 計 算 週 波 未 定 值 (Carrier Phase Ambiguities) 和 週 波 脫 落 (Cycle Slip) 的 求 解 和 修 正, 設 定 檔 案 名 並 輸 出 於 指 定 的 路 徑 位 置 GDF 將 讀 取 GPS 導 航 星 曆 和 整 合 前 面 兩 步 驟 TABLES FixCLOCK 的 輸 出 資 料, 轉 換 成 GEODYN II 輸 入 檔 (GIIS 步 驟, 檔 名 ftn40) 的 格 式, 同 時 也 產 生 GPS 衛 星 的 初 始 參 考 狀 態 和 鐘 差 修 正 值 其 中 REPORT(EOP&SGO Tables Report Program) 的 功 能 為 產 生 地 球 自 轉 參 數 (Earth Orientation Parameter, EOP) 和 太 陽 地 磁 觀 測 資 料 (Solar & Geomagnetic Observation, SGO) 狀 況 的 報 告, 另 外 也 可 對 TABLES 所 輸 出 的 EOP&SGO 檔 進 行 修 改, 但 一 般 來 說 使 用 的 頻 率 不 高, 此 部 分 於 本 文 則 不 加 以 闡 述, 相 關 訊 息 可 參 照 GPS Prep. 操 作 手 冊 ( Martin, 2002) 二 動 力 法 解 算 軌 道 : GEODYN II 動 力 法 (Dynamic Method) 解 算 軌 道 必 需 考 慮 到 各 種 擾 動 力 模 式 對 衛 星 的 影 響, 擾 動 力 模 式 包 括 有 固 體 潮 擾 動 海 潮 擾 動 大 氣 阻 力 擾 動 太 陽 輻 射 壓 擾 動 地 球 輻 射 壓 擾 動 相 對 論 效 應 等, 上 述 擾 動 模 式 見 (Long et al. 1989) 1-2 章 節 之 介 紹, 因 此 利 用 動 力 法 解 算 軌 道 相 當 複 雜, 目 前 交 通 大 學 自 行 研 發 的 程 式 CTODS( 張 莉 雪, 2003), 仍 在 測 試 階 段, 所 以 本 文 是 選 擇 GEODYN II 軟 體 來 進 行 軌 道 的 解 算

109 GEODYN II 是 目 前 功 能 最 完 善 的 大 地 衛 星 計 算 軌 體, 由 美 國 太 空 總 署 ( NASA ) 機 構 下 的 Wolf Research and Development Group(EG&G) 所 發 展, 其 主 要 功 能 為 軌 道 預 估 (Orbit Prediction) 及 參 數 估 計 ( Parameter Estimation ) 兩 種 模 式 GEODYN II 在 計 算 時 主 要 分 為 三 個 步 驟, 即 TDF GIIS GIIE( 黃 立 信, 2002), 其 中 因 經 過 吾 人 的 實 作 經 驗 有 作 部 份 的 修 改, 目 前 使 用 的 TDF 版 本 為 2002 年 11 月 版, GIIS 與 GIIE 版 本 為 2003 年 2 月 版 ( 一 )TDF(Tracking Data Formatter) : 選 擇 觀 測 資 料 並 將 格 式 轉 換 為 GEODYN S 所 需 格 式 並 將 資 料 壓 縮 另 外 此 步 驟 還 須 A1-UTC 太 陽 通 量 地 磁 活 動 和 地 球 自 轉 參 數 等 資 料, 目 前 上 述 資 料 NASA 皆 將 其 整 合 於 一 個 檔 案 gdntable.data 並 公 佈 於 網 址 : ( 二 ) GEODYN S : 讀 入 TDF 所 輸 出 之 觀 測 資 料 檔 行 星 星 曆 重 力 場 資 料 及 參 數 初 始 值 檔 ftn05, 參 數 檔 主 要 輸 入 軌 道 測 定 和 參 數 估 計 所 需 參 數 值, 並 轉 換 為 GEODYN E 格 式 參 數 檔 ftn05 的 格 式 是 非 常 嚴 謹, 所 以 在 編 排 時 必 須 配 合 GEODYN II 使 用 手 冊 ( Pavlis et al., 2002 ), 輸 入 的 參 數 檔 分 成 三 大 類 : 1. 全 球 參 數 : 各 項 擾 動 力 模 式 的 設 定 ( 如 大 氣 模 式 地 位 係 數 海 潮 係 數 行 星 星 曆 等 參 數 ) 2. 測 站 參 數 : 如 測 站 座 標 觀 測 截 角 等 3. 軌 道 弧 的 參 數 : 衛 星 初 始 向 量 積 分 步 長 參 考 座 標 系 等 ( 三 )GEODYN E : 此 部 份 為 軟 體 主 要 計 算 部 份, 包 含 軌 道 積 分 與 參 數 求 解 計 算, 所 輸 出 的 結 果 包 含 參 數 解 觀 測 值 殘 差 及 衛 星 星 曆 等 肆 GPS 相 位 觀 測 資 料 求 解 CHAMP 衛 星 軌 道 一 CHAMP 及 IGS 之 GPS 觀 測 數 據 CHAMP 衛 星 上 有 高 精 度 的 GPS 接 收 儀 裝 置, 用 於 低 軌 衛 星 的 連 續 跟 蹤, 對 軌 道 擾 動 進 行 準 確 連 續 地 監 測, 此 資 料 可 直 接 由 德 國 GFZ ISDC(Information System and Data Center) 下 載 得 之 本 文 所 使 用 的 CHAMP 星 載 GPS 數 據 日 期 為 2002 年 11 月 18 至 20 日 ( 表 3) 表 3 本 文 使 用 之 CHAMP 星 載 GPS 數 據

110 此 外 也 加 入 了 地 面 IGS 追 蹤 站 的 GPS 觀 測 數 據, 本 文 選 擇 了 30 個 IGS 觀 測 站 ( 圖 1), 集 其 相 關 的 訊 息 有 編 號 所 在 位 置 經 度 緯 度, 以 及 測 站 的 天 線 跟 接 收 器 型 號, 這 些 訊 息 有 利 於 GPS Prep. 進 行 相 位 中 心 的 改 正 與 GEODYN 測 站 參 數 的 設 定 圖 1 全 球 30 個 IGS 觀 測 站 分 佈 圖 二 重 力 場 模 型 本 文 主 要 使 用 的 重 力 場 模 型 為 EGM96 與 GGM01S EGM96 為 美 國 太 空 總 署 (NASA Goddard Space Flight Center) 俄 亥 俄 州 立 大 學 (Ohio State University) 和 美 國 國 防 製 圖 局 (National Imagery and Mapping Agency) 共 同 合 作 發 展 出 完 全 達 360 階 的 全 球 重 力 場 模 型, 包 含 的 重 力 資 料 有 地 面 重 力 測 量 資 料 海 洋 重 力 測 量 資 料 衛 星 測 高 重 力 資 料 等 (Lemoine et al., 1998) 而 GGM01S 為 GRACE 衛 星 利 用 111 天 ( 資 料 日 期 為 2002 年 5 月 到 11 月 間 )K 波 段 距 離 變 化 率 姿 態 角 和 加 速 度 的 資 料 整 合 得 完 全 達 120 階 的 重 力 場 模 型 (GRACE Home Page) 三 GPS 相 位 資 料 解 算 CHAMP 衛 星 軌 道 程 序 圖 2 為 GPS 相 位 資 料 解 算 CHAMP 衛 星 軌 道 的 步 驟 流 程, 此 步 驟 是 參 照 NASA 所 製 定 的 整 合 GPS Prep. 和 GEODYN 操 作 手 冊 ( Rowlands, 2004), 首 先 : 1. 輸 入 低 軌 衛 星 預 估 軌 道 (CHAMP Predict Orbit), 利 用 GEODYN 求 得 CHAMP 參 考 軌 道 和 軌 道 弧 參 數 (CHAMP 軌 道 初 始 值 經 驗 加 速 度 空 氣 阻 力 係 數 ) 2. 將 CHAMP 參 考 軌 道 檔 fort.30 輸 入 至 GPS Prep., 且 在 輸 出 設 定 檔 setup.gdf 分 別 選 擇 TYPE85(IGS 觀 測 站 GPS 衛 星 與 星 載 GPS 接 收 站 組 成 之 相 位 雙 差 觀 測 量 ) TYPE87(IGS 觀 測 站 與 GPS 衛 星 組 成 之 相 位 雙 差 觀 測 量 ) 3. 輸 入 GPS 導 航 資 料 (Navigation Data), 以 GPS Prep. 輸 出 GPS 軌 道 pcedata.dat 4. 將 GPS 軌 道 檔 案 pcedata.dat 輸 入 GEODYN 並 求 得 GPS 軌 道 弧 的 參 數 (GPS 軌 道 初 始 值 經 驗 加 速 度 空 氣 阻 力 係 數 )

111 5. 步 驟 2 的 TYPE87 輸 出 檔 observ.dat 修 改 檔 名 為 fort.41 為 GEODYN 輸 入 檔, 此 時 GEODYN 的 GPS 軌 道 弧 參 數 是 採 用 步 驟 4 所 輸 出 的 修 正 值, 以 GEODYN 求 得 IGS 觀 測 站 的 鐘 差 修 正 值 6. 步 驟 2 的 TYPE85 輸 出 檔 observ.dat 修 改 檔 名 為 fort.41 為 GEODYN 輸 入 檔, GEODYN 的 GPS 軌 道 弧 參 數 設 定 值 與 步 驟 5 同 且 加 入 IGS 追? 站 的 鐘 差 修 正 值, 而 CHAMP 的 軌 道 弧 參 數 採 用 步 驟 1 所 輸 出 的 修 正 值, 最 後 GEODYN 解 得 CHAMP 軌 道 圖 2 GPS 相 位 資 料 求 解 CHAMP 衛 星 軌 道 流 程 圖 四 CHAMP 定 軌 結 果 圖 3 圖 4 圖 5 給 出 GFZ 所 解 算 之 CHAMP 精 密 軌 道 (Postprocessed Science Orbit, PSO) 與 本 文 解 得 之 CHAMP 軌 道 於 X Y Z 三 方 向 之 差 異, 其 差 異 之 最 大 值 於 三 方 向 分 別 是 5.45m 9.42m 10.6m

112 表 2 為 GFZ 軌 道 與 本 文 軌 道 於 X Y Z 三 方 向 差 異 量 之 統 計, 由 均 方 根 值 (Root Mean Square, RMS) 來 看 X 方 向 為 1.454m Y 方 向 為 3.467m Z 方 向 為 2.925m, 整 體 而 言 解 算 軌 道 的 精 度 為 公 尺 量 級, 最 大 差 異 量 為 Y 方 向 的 3.467m, 推 測 精 度 不 佳 最 主 要 原 因 可 能 是 於 解 算 CHAMP 軌 道 時, 同 時 也 求 解 GPS 衛 星 軌 道, 如 能 在 GEODYN 計 算 中 加 入 精 密 星 曆, 即 把 GPS 衛 星 軌 道 當 作 已 知, 應 能 大 幅 提 升 CHAMP 軌 道 的 精 度 圖 3 GFZ 軌 道 與 本 文 解 算 軌 道 於 X 方 向 之 差 異 圖 圖 4 GFZ 軌 道 與 本 文 解 算 軌 道 於 Y 方 向 之 差 異 圖 圖 5 GFZ 軌 道 與 本 文 解 算 軌 道 於 Z 方 向 之 差 異 圖

113 表 4 GFZ 軌 道 與 本 文 解 算 軌 道 差 異 量 之 統 計 單 位 : m MEAN STDEV MAX MIN RMS dx dy dz 伍 求 解 地 球 重 力 場 模 型 由 人 造 衛 星 來 求 解 重 力 場 模 型 有 兩 種 可 行 方 法, 分 別 是 一 步 法 兩 步 法 ( 朱 聖 源 施 闖, 2003), 所 謂 的 一 步 法 是 用 LEO 和 地 面 站 的 原 始 觀 測 數 據, 同 時 求 解 衛 星 軌 道 和 重 力 場 模 型, 需 要 解 算 大 量 的 參 數 (GPS 衛 星 軌 道 LEO 軌 道 EOP 參 數 等 ), 計 算 工 作 量 巨 大, 對 硬 體 的 要 求 也 相 對 的 提 高 ; 而 兩 步 法 是 先 定 衛 星 軌 道, 接 著 再 解 算 重 力 場 模 型, 本 章 重 點 即 是 針 對 CHAMP 衛 星 採 用 兩 步 法 進 行 地 球 重 力 場 模 型 的 解 算 一 CHAMP 衛 星 軌 道 資 料 因 本 文 求 解 地 球 重 力 場 模 型 是 選 擇 兩 步 法, 所 以 需 要 CHAMP 的 衛 星 軌 道 數 據, 而 此 資 料 是 由 德 國 Muenchen 技 術 大 學 (TUM, Technical University of Munich ) 所 提 供, Muenchen 技 術 大 學 的 Svehla D. 博 士 利 用 運 動 學 原 理 由 星 載 GPS 相 位 原 始 數 據 對 CHAMP 衛 星 進 行 軌 道 求 解, CHAMP 軌 道 解 算 結 果 與 2002 年 1175GPS 周 的 SLR(Satellite Laser Ranging) 定 軌 結 果 比 較 詳 ( 圖 6), 其 軌 道 差 異 之 標 準 差 為 23mm (Svehla and Rothacher, 2003) 圖 6 CHAMP 軌 道 解 算 結 果 與 SLR 的 比 較

114 二 重 力 場 模 型 解 算 結 果 本 文 自 Svehla D. 博 士 所 提 供 之 一 年 CHAMP 軌 道 資 料, 選 取 2002 年 11 月 18 日 -20 日 三 天 數 據 以 EGM96 為 初 始 值 來 解 算 地 球 重 力 場 模 型, 最 後 由 GEODYN 軟 體 解 得 之 重 力 場 模 型 NCTU 將 與 GGM01S 進 行 比 較, 其 差 異 量 以 大 地 起 伏 和 重 力 異 常 來 表 達 表 5 表 6 為 GGM01S 與 EGM96 GGM01S 與 NCTU 分 別 5 階 25 階 60 階 70 階 的 大 地 起 伏 差 值 統 計 結 果 ; 表 7 表 8 為 GGM01S 與 EGM96 GGM01S 與 NCTU 分 別 5 階 25 階 60 階 70 階 的 重 力 異 常 差 值 統 計 結 果 比 較 GGM01S 與 EGM96 GGM01S 與 NCTU 兩 組 的 大 地 起 伏 差 值 統 計 結 果 ( 表 5 ~ 表 6), 從 表 中 的 均 方 根 值 可 知 GGM01S 與 NCTU 在 各 階 的 差 值 皆 比 GGM01S 與 EGM96 的 差 值 小, 表 示 所 解 算 的 NCTU 比 EGM96 更 接 近 重 力 場 模 型 真 值, 也 證 明 本 文 所 解 算 的 NCTU 相 較 於 EGM96 其 精 度 確 實 有 改 善, 再 由 GGM01S 與 EGM96 GGM01S 與 NCTU 兩 組 的 重 力 異 常 差 值 統 計 結 果 ( 表 7 ~ 表 8) 來 比 較, 同 樣 顯 示 上 述 之 結 果 表 5 GGM01S 與 EGM96 大 地 起 伏 差 值 統 計 結 果 / 單 位 : m 表 6 GGM01S 與 NCTU 大 地 起 伏 差 值 統 計 結 果 / 單 位 : m 表 7 GGM01S 與 EGM96 重 力 異 常 差 值 統 計 結 果 / 單 位 : mgal

115 表 8 GGM01S 與 NCTU 重 力 異 常 差 值 統 計 結 果 / 單 位 : mgal 本 文 於 解 算 重 力 場 模 型 的 過 程 中 要 求 輸 出 CHAMP 衛 星 軌 道 數 據, 所 以 於 表 9 給 出 CHAMP 之 TUM 軌 道 與 本 文 解 算 之 軌 道 於 各 階 數 的 差 異 量, 此 處 之 TUM 軌 道 意 指 德 國 Muenchen 技 術 大 學 所 提 供 之 CHAMP 軌 道, 由 表 中 可 看 出 所 求 解 的 重 力 場 模 型 當 階 數 越 低 時 其 均 方 根 值 越 大, 此 原 因 為 解 算 低 階 的 重 力 模 型 時 無 法 吸 收 高 頻 率 的 軌 道 誤 差, 而 導 至 階 數 越 低 所 得 到 的 軌 道 誤 差 越 大, 從 軌 道 誤 差 最 小 的 70 階 中, 又 以 X 方 向 的 差 異 量 最 小 為 公 尺 圖 8 圖 9 圖 10 是 解 算 70 階 重 力 場 模 型 所 得 到 TUM 軌 道 與 本 文 軌 道 於 三 方 向 之 差 異 圖, X Y Z 三 方 向 最 大 差 異 量 分 別 為 公 尺 公 尺 公 尺 表 9 CHAMP 之 TUM 軌 道 與 本 文 解 算 軌 道 差 異 量 之 統 計 / 單 位 : m 階 數 MEAN STDEV MAX MIN RMS x 階 y z x 階 y z x 階 y z x 階 y z

116 圖 8 CHAMP 之 TUM 軌 道 與 本 文 解 算 軌 道 於 X 方 向 之 差 異 圖 圖 9 CHAMP 之 TUM 軌 道 與 本 文 解 算 軌 道 於 Y 方 向 之 差 異 圖 圖 10 CHAMP 之 TUM 軌 道 與 本 文 解 算 軌 道 於 Z 方 向 之 差 異 圖

117 陸 結 論 與 建 議 一 由 GPS 相 位 資 料 解 算 2002 年 11 月 日 三 天 之 CHAMP 軌 道, 從 三 方 向 的 差 異 統 計 結 果 顯 示 X 方 向 為 1.454m Y 方 向 為 3.467m Z 方 向 為 2.925m, 其 軌 道 最 大 差 異 量 為 Y 方 向 的 3.467m, 總 體 而 言 解 算 軌 道 之 精 度 為 公 尺 量 級 雖 精 度 不 甚 理 想, 但 此 部 份 之 研 究 成 功 將 GPS Prep. 結 合 GEODYN II 進 行 軌 道 之 求 解 二 本 文 採 取 兩 步 法 進 行 地 球 重 力 場 模 型 的 求 解, 所 解 得 之 重 力 場 模 型 稱 為 NCTU 重 力 場 模 型 是 以 GGM01S 當 做 真 值, 分 別 減 去 EGM96 和 NCTU 得 到 大 地 起 伏 差 異 量 重 力 異 常 差 異 量, 結 果 發 現 不 管 是 大 地 起 伏 差 異 量 亦 或 重 力 異 常 差 異 量, GGM01S 與 NCTU 的 差 值 皆 比 GGM01S 與 EGM96 的 差 值 較 小, 表 示 所 解 算 的 NCTU 比 EGM96 更 接 近 重 力 場 模 型 真 值, 也 證 明 本 文 所 解 算 的 NCTU 相 較 於 EGM96 其 精 度 確 實 有 改 善 三 利 用 兩 步 法 求 解 重 力 場 模 型 的 過 程 中 要 求 輸 出 衛 星 軌 道 資 料, 將 此 軌 道 資 料 與 TUM 軌 道 與 進 行 比 較, TUM 軌 道 意 指 德 國 Muenchen 技 術 大 學 所 提 供 之 CHAMP 軌 道, 比 較 結 果 顯 示 所 求 解 的 重 力 場 模 型 當 階 數 越 低 時 其 均 方 根 值 越 大, 此 原 因 為 解 算 低 階 的 重 力 模 型 時 無 法 吸 收 高 頻 率 的 軌 道 誤 差, 而 導 至 階 數 越 低 所 得 到 的 軌 道 誤 差 越 大

118 一 各 種 型 式 之 潛 盾 隧 道 如 穿 越 建 物 下 方, 對 建 物 之 影 響 為 何? 答 覆 : 如 以 台 北 盆 地 砂 土 與 黏 土 互 層 之 軟 弱 地 盤 為 例, A B C D 四 種 情 形 造 成 沉 陷 的 大 小 推 估 為 B>D>C>A, 其 考 量 原 因 如 下 : A 最 小 ; 只 有 一 個 隧 道, 雖 然 斷 面 較 大 但 施 作 單 純, 影 響 期 短, 較 不 會 有 問 題 B 最 大 ; 其 施 工 速 度 很 慢, 影 響 期 間 最 長, 因 隧 道 為 上 下 垂 直 佈 置, 隧 道 開 挖 面 將 較 接 近 地 面 結 構 物, 影 響 最 大 C 次 小 ; 其 與 D 之 優 劣 較 難 判 斷, 選 擇 C 稍 佳 之 主 要 考 量 為 兩 隧 道 一 起 施 工 之 狀 態 下 造 成 之 影 響 期 間 較 D 為 小 D 次 大 ; 則 是 由 於 分 次 施 工, 施 工 期 較 C 長, 沉 陷 之 影 響 可 能 會 較 大

119 二 台 灣 目 前 多 採 以 Peck Schumit 公 式 為 主 之 半 經 驗 式 或 配 合 FEM 分 析 推 估 潛 盾 開 挖 所 造 成 之 地 表 沈 陷 量 並 以 此 計 算 作 為 安 排 建 物 保 護 範 圍 之 參 考, 現 行 日 本 以 何 種 方 式 估 算 ( 例 Jeffy 提 案 式? 或 其 他 )? 答 覆 : 新 加 坡 捷 運 可 能 是 歐 洲 廠 商 多 之 關 係, 也 是 多 採 用 Schumit 建 議 之 方 式 以 地 表 沉 陷 量 與 潛 盾 隧 道 開 挖 面 積 關 係 預 估, 但 大 小 差 異 很 大, 參 見 圖 6-1, 也 是 有 很 多 之 爭 議 圖 6-1 地 表 沉 陷 量 與 地 盤 漏 失 量 之 關 係 [ 引 自 G. Wayne Clough; Birger Schmidt, Design and Performance of Excavations and Tunnels in Soft Clay from Soft Clay Engineering, 1981, pp ]

120 沉 陷 量 與 施 工 之 控 制 有 極 大 之 關 聯, 且 潛 盾 施 工 之 技 藝 也 一 直 在 進 步, 並 無 一 定 準 確 之 估 算 基 準, 宜 以 當 地 施 工 水 準 及 地 質 條 件 所 實 測 之 數 據 為 準 三 於 高 地 下 水 位 之 砂 土 層, 潛 盾 隧 道 之 直 徑 為 5M, 其 上 方 約 6M 處 存 有 一 既 有 之 4M 直 徑 之 地 下 管 線 與 之 互 相 平 行 約 300M, 於 設 計 與 施 工 時 應 否 作 較 特 殊 之 考 量? 答 覆 : 施 工 時 主 要 需 防 止 地 盤 沉 陷, 應 檢 討 : 開 挖 面 之 安 定 ( 土 水 壓 及 取 土 量 之 控 制 ) 背 填 灌 漿 之 材 料 及 確 實 與 否, 瞬 結 型 背 填 灌 漿 之 材 料 對 防 止 地 盤 沉 陷 效 果 較 佳 四 如 何 減 小 潛 盾 隧 道 施 工 造 成 之 沉 陷 變 位? 答 覆 : 潛 盾 隧 道 開 挖 勢 將 造 成 周 遭 地 盤 位 移, 地 盤 位 移 量 之 預 估 是 施 工 前 作 為 評 估 建 物 保 護 工 作 之 重 要 依 據 一 般 而 言, 伴 隨 潛 盾 隧 道 施 工 所 產 生 之 地 盤 變 位 原 因 與 其 因 應 對 策, 依 發 生 時 機 可 區 分 為 五 大 階 段, 參 見 圖 6-2 及 表 6-1 之 說 明 圖 6-2 潛 盾 推 進 所 產 生 地 盤 變 位 之 分 類

121 表 6-1 潛 盾 隧 道 施 工 產 生 之 地 盤 變 位 發 生 原 因 與 因 應 對 策

122 五 有 關 台 北 捷 運 工 程 日 前 針 對 潛 盾 隧 道 穿 越 民 房 下 方 之 建 物 保 護 方 式 曾 檢 討 並 考 慮 在 施 工 規 範 上 規 定 : 穿 越 民 房 下 方 需 採 二 次 灌 漿 作 為 建 物 保 護 ( 施 工 示 意 與 功 能 如 圖 6-3 所 示 ) 二 次 灌 漿 以 小 於 5kg/cm 2 之 壓 力 在 離 環 片 0~2m 範 圍 內 施 作 二 次 灌 漿 需 在 各 環 圈 離 開 盾 構 尾 端 24 小 時 及 8 環 襯 砌 內 完 成 另 盾 首 灌 漿 應 於 每 環 推 進 前 完 成 等 之 相 關 考 量, 有 無 建 議 改 進 之 處? 答 覆 : 圖 6-3 二 次 灌 漿 建 物 保 護 以 業 主 立 場 來 看, 為 確 保 潛 盾 隧 道 穿 越 鄰 房 下 方 時, 民 房 不 致 損 壞, 所 以 會 有 如 此 的 設 計 要 求 內 容 惟 為 達 此 安 全 要 求 之 目 的, 所 有 之 保 護 措 施 應 在 潛 盾 機 通 過 前 完 成 才 適 宜 若 事 前 之 灌 漿 改 良 效 果 及 背 填 灌 漿 執 行 不 理 想, 隧 道 通 過 後 才 有 再 做 二 次 灌 漿 之 需 求 針 對 隧 道 通 過 後 再 從 環 片 灌 漿 孔 進 行 二 次 灌 漿 之 效 果 與 時 機 之 評 估, 可 以 由 潛 盾 機 挖 掘 產 生 之 地 表 沉 陷 槽 來 看, 一 般 而 言, 施 工 造 成 之 主 要 沉 陷 在 環 片 脫 離 潛 盾 機 時 即 產 生, 因 此 要 求 背 填 灌 漿 必 須 立 即 實 施 以 減 少 沉 陷 發 生 以 前 之 開 口 式 潛 盾 機 挖 掘 常 發 生 達 20~30cm 之 地 表 沉 陷, 而 現 在 潛 盾 機 之 技 術 較 成 熟, 地 表 產 生 之 沉 陷 量 較 小 由 地 表 沉 陷 槽 來 看, 部 分 介 紹 二 次 灌 漿 文 獻 報 導 根 據 台 北 捷 運 工 程 部 分 之 監 測 例 發 現 潛 盾 隧 道 施 工 產 生 之 沉 陷 主 要 發 生 在 潛 盾 機 通 過 後 約 1~2 週 間, 在 潛 盾 機 通 過 之 24 小 時 內 施 工 引 起 之 地 表 沉 陷 並 不 明 顯, 而 於 第 2 天 起 逐 漸 產 生, 因 而 認 為 在 24 小 時 內 施 作 二 次 灌 漿 對 地 表 沉 陷 控 制 可 能 有 極 佳 之 貢 獻 但 亦 有 部 份 潛 盾 隧 道 施 工 之 觀 測 案 例 顯 示 主 要 沉 陷 之 發 生 在 環 片 脫 離 潛 盾 機 時 即 產 生 此 等 出 入 可 能 是 地 盤 因 素 或 觀 測 值 係 經 由 地 表 沉 陷 點 或 深 層 觀 測 點 之 觀 測 差 異 結 果, 而 此 等 機 制 關 係 到 二 次 灌 漿 之 實 際 有 效 性 極 巨, 宜 設 法 作 進 一 步 之 驗 證 在 日 本, 曾 以 做 研 究 之 態 度 進 行 沉 陷 觀 測, 發 現 主 要 沉 陷 之 發 生 在 環 片 脫 離 潛 盾 機 時 即 產 生 而 根 據 日 本 某 地 表 沉 陷 觀 測 研 究 案 例 顯 示, 參 見 表 6-2, 在 沖 積 砂 土 層 中, 百 分 之 九 十 以 上 之 沉 陷 係 發 生 在 階 段 四 即 已 產 生, 即 階 段 五 之 沉 陷 量 僅 約 佔 5%, 即 可 預 知

123 在 沖 積 砂 土 層 中, 二 次 灌 漿 之 實 際 有 效 性 恐 將 極 微 至 於 在 沖 積 黏 土 層 中, 階 段 五 之 沉 陷 量 則 約 佔 45%, 由 於 此 是 地 表 沉 陷 點 之 觀 測 結 果, 黏 土 層 之 應 變 反 映 至 地 表 需 較 長 之 時 間, 執 行 二 次 灌 漿 之 實 際 有 效 性 仍 有 待 進 一 步 之 觀 測 驗 證 表 6-2 黏 土 層 與 砂 土 層 各 階 段 之 沉 陷 分 佈 情 形 地 盤 階 段 一 階 段 二 階 段 三 階 段 四 階 段 五 沖 積 黏 土 層 6% 5% 8% 34% 47% 沖 積 砂 土 層 0% 3% 31% 60% 6% 另 就 學 理 而 言, 如 將 地 盤 區 分 為 土 及 水, 當 環 片 脫 離 盾 殼 後 ( 厚 約 7~7.5cm), 水 將 立 即 充 填 此 一 盾 尾 空 隙, 而 土 之 部 分 則 與 其 自 立 性 有 關, 研 判 充 填 之 時 間 亦 不 會 太 長 ( 砂 性 土 將 較 黏 性 土 更 快 ), 圖 6-4 為 盾 尾 空 隙 充 填 歷 時 變 化 之 實 驗 量 測 例 ( 案 例 之 地 盤 為 qu=0.503kg/cm 2 之 黏 性 土 ), 盾 尾 縫 隙 約 在 環 片 脫 離 盾 殼 後 60 分 鐘 內 自 然 充 填 完 畢 因 此 潛 盾 隧 道 施 工 須 於 最 短 之 時 間 內 進 行 背 填 灌 漿, 進 而 確 實 能 充 填 此 一 盾 尾 空 隙 以 減 少 地 盤 沉 陷 量 單 軸 壓 縮 強 度 = 0.503Kg/cm 2

124 就 以 所 指 之 二 次 灌 漿 時 機 而 言, 其 對 沉 陷 之 防 止 主 要 為 長 期 壓 密 沉 陷 之 部 分, 多 作 一 項 保 護 措 施 自 然 是 增 加 一 些 保 護 效 果, 但 研 判 其 成 效 恐 不 大 另 灌 漿 改 良 體 是 否 能 均 勻 成 型 ( 因 灌 漿 孔 在 環 片 之 環 與 環 間 之 排 列 為 交 錯 排 列 ) 亦 恐 影 響 其 成 效 建 物 保 護 之 方 式 應 以 隧 道 鑽 掘 前 即 採 取 對 策 最 為 有 效, 事 後 之 防 護 對 沉 陷 之 防 止 效 果 則 較 為 有 限 實 際 上 發 生 之 沉 陷 因 潛 盾 機 械 進 步 而 漸 小, 只 有 因 地 中 土 壓 力 不 平 衡 而 產 生 之 沉 陷, 或 因 背 填 灌 漿 品 質 不 佳 或 時 機 不 對 或 灌 漿 材 料 不 適 當, 才 會 造 成 較 大 之 變 位 以 目 前 之 技 術 而 言, 潛 盾 隧 道 通 過 民 房 下 方 時, 採 用 瞬 結 型 材 料 進 行 背 填 灌 漿 應 為 較 有 效 之 方 法 常 見 之 背 填 灌 漿 性 能 比 較 如 表 6-3, 其 中 綜 合 評 估 欄 僅 供 參 考, 應 視 個 案 情 形 檢 討 評 估 六 潛 盾 機 通 過 建 築 物 下 方 時 之 設 計 及 施 工 之 考 量, 包 括 如 何 配 合 進 行 背 填 灌 漿 及 二 次 灌 漿 ; 另 配 合 灌 漿 之 施 作, 環 片 灌 漿 孔 的 配 置 及 孔 數 限 制 如 何 考 量? 答 覆 : 台 北 捷 運 規 範 所 謂 二 次 灌 漿 應 是 指 為 保 護 上 方 建 物, 由 隧 道 內 利 用 環 片 灌 漿 孔 另 行 插 管 ( 至 2m 左 右 ) 施 作 於 背 填 灌 漿 範 圍 之 外 的 地 盤 改 良, 與 背 填 灌 漿 之 二 次 背 填 灌 漿 定 義 不 同, 宜 定 義 清 楚 其 灌 漿 壓 力 規 定 上 限 為 5kg/cm 2 恐 不 甚 合 理, 因 其 灌 注 壓 力 與 所 採 用 的 灌 注 方 式 與 設 備 ( 日 本 系 列 或 歐 洲 系 列 ) 而 有 頗 大 的 差 距 對 日 系 而 言, 5kg/cm 2 或 許 可 以, 但 對 部 分 歐 洲 灌 漿 系 統 而 言 則 可 能 太 小 另 背 填 灌 漿 壓 力 一 般 採 用 2.0~2.5kg/cm 2, 超 過 3kg/cm 2 以 上 可 能 會 對 環 片 造 成 不 良 的 影 響 應 視 環 片 設 計 時 所 考 慮 能 承 受 之 最 大 背 填 灌 漿 壓 力 而 定, 或 安 排 使 二 次 灌 漿 範 圍 離 環 片 有 一 適 當 之 距 離 環 片 灌 漿 孔 配 置 應 考 慮 環 片 安 裝 需 求 及 需 進 行 灌 漿 之 範 圍 而 定 七 盾 首 灌 漿 與 二 次 灌 漿 是 否 會 影 響 潛 盾 隧 道 施 工? 答 覆 : 盾 首 灌 漿 之 施 工 可 行 性 與 隧 道 尺 寸 有 關, 大 型 潛 盾 機 由 於 作 業 空 間 大, 執 行 盾 首 灌 漿 並 不 會 對 隧 道 推 進 作 業 有 太 大 影 響 其 受 隧 道 直 徑 影 響 大, 需 洽 製 造 廠 研 究 配 置 之 可 行 性 瞭 解 作 業 空 間 與 動 線 之 安 排 及 灌 漿 施 工 所 需 之 作 業 時 間, 才 能 作 最 終 之 判 斷 一 般 而 言, 直 徑 約 6m 隧 道 配 置 盾 首 灌 漿 孔 之 安 排 應 屬 可 行 若 確 實 需 要 盾 首 灌 漿 時, 則 應 於 潛 盾 機 械 設 計 時 於 盾 首 預 設 灌 漿 孔, 為 求 較 佳 之 灌 漿 結 果, 灌 漿 孔 之 配 置 需 均 勻 早 期 之 開 放 式 潛 盾 機 於 盾 首 灌 漿 時 需 先 封 口, 再 進 行 灌 漿 處 理

125 由 於 機 械 式 潛 盾 機 內 部 有 很 多 機 械, 可 用 空 間 較 小, 於 隧 道 前 方 需 要 灌 漿 時, 亦 有 在 盾 首 設 灌 漿 孔 之 案 例 泥 水 式 潛 盾 機 前 面 為 泥 水 艙 無 法 設 灌 漿 孔, 只 可 在 泥 水 艙 後 方 約 50 公 分 處 設 置 ; 土 壓 平 衡 式 潛 盾 機 之 土 艙 處 因 無 法 穿 越, 設 置 灌 漿 孔 也 有 其 限 制 故 無 論 土 壓 平 衡 式 潛 盾 機 泥 水 式 潛 盾 機 於 盾 首 設 置 灌 漿 孔 皆 有 其 限 制, 如 擬 於 機 身 上 設 置 也 受 內 部 空 間 限 制, 需 與 機 械 製 造 商 研 討 設 置 理 論 上 由 盾 首 灌 漿 為 可 行, 但 實 務 上 機 首 空 間 已 被 各 類 機 具 佔 滿, 施 工 時 需 詳 細 檢 討 但 儘 管 施 工 性 不 佳, 仍 有 廠 商 如 此 設 計 施 工, 但 需 要 能 力 很 強 的 承 商 來 配 合 施 作 灌 漿 孔 可 於 設 計 圖 面 上 配 置, 但 除 非 地 表 面 上 無 法 進 行 地 面 灌 漿, 很 少 有 案 例 是 由 盾 首 來 進 行 灌 漿 作 業 盾 首 灌 漿 耗 時 甚 長, 影 響 隧 道 鑽 掘 極 鉅, 台 北 捷 運 曾 有 採 用 盾 首 灌 漿 之 實 例, 惟 其 係 作 為 災 變 搶 救 或 進 出 土 艙 外 作 業 之 用 八 是 否 二 次 灌 漿 一 定 要 在 環 片 脫 離 盾 構 後 8 環 內 或 24 小 時 內 完 成? 其 施 作 之 最 佳 時 機 為 何? 答 覆 : 理 論 上, 愈 快 施 作 效 果 愈 好 但 如 要 在 上 述 時 限 條 件 下 執 行 時, 則 不 適 宜 採 用 機 械 自 動 化 同 步 背 填 灌 漿 之 潛 盾 機, 因 其 灌 漿 材 非 為 瞬 結 型, 無 法 在 需 求 時 間 內 固 結, 插 入 二 次 灌 漿 管 時, 背 填 漿 體 會 流 出 反 而 不 利 如 待 灌 漿 體 凝 固 才 將 灌 漿 管 穿 越 背 填 灌 漿, 進 行 二 次 灌 漿 時 恐 太 晚 而 無 太 大 意 義, 且 有 破 壞 背 填 灌 漿 與 再 次 擾 動 地 盤 之 疑 慮 如 欲 於 24 小 時 內 執 行 時, 宜 採 用 非 機 械 手 動 式 之 同 步 背 填 灌 漿, 在 最 短 時 間 內 完 成 瞬 結 型 背 填 灌 漿 ( 一 般 在 12 小 時 內 固 結 ), 才 可 能 在 24 小 時 內 執 行 二 次 灌 漿 九 台 北 捷 運 案 例 中, 雖 於 訂 製 潛 盾 機 時 設 計 盾 首 灌 漿 設 備, 但 實 際 施 工 時 卻 未 見 運 用 盾 首 灌 漿 進 行 建 物 保 護, 大 半 採 二 次 背 填 灌 漿 或 二 次 灌 漿, 並 無 法 達 成 設 計 機 械 之 預 定 效 果, 是 否 製 造 上 有 問 題? 答 覆 : 潛 盾 工 程 技 術 主 要 是 施 工 技 術 而 非 設 計 技 術 機 械 製 造 商 並 不 負 施 工 成 敗 之 責, 成 敗 之 責 任 在 於 施 工 承 包 商 盾 首 灌 漿 耗 時 甚 久, 一 般 承 商 並 無 意 願 於 盾 首 進 行 灌 漿, 或 僅 於 特 殊 之 緊 急 情 況 下 作 為 搶 救 之 用 因 沒 有 真 正 想 要 做, 只 是 在 設 計 機 具 時 點 綴 性 的 設 置 灌 漿 孔, 所 以 施 工 時 無 法 發 揮 施 作 盾 首 灌 漿 之 功 效

126 十 日 本 的 案 例 中, 潛 盾 在 民 房 下 方 通 過 時, 產 生 之 沉 陷 最 小 是 多 少? 答 覆 : 沉 陷 產 生 的 原 因 太 多, 很 難 明 確 指 出 最 小 的 沉 陷 量 因 不 能 假 設 及 確 定 施 工 時 一 切 都 在 最 佳 狀 況, 所 以 仍 會 有 保 護 措 施 一 般 除 在 隧 道 內 進 行 灌 漿 之 外, 或 對 民 房 進 行 預 撐 工 程, 也 會 在 民 房 下 方, 由 地 面 預 留 灌 漿 管 進 行 灌 漿, 當 觀 測 到 產 生 沉 陷 時 可 立 即 進 行 灌 漿 對 重 要 結 構 物 於 設 計 時 即 應 進 行 指 定 建 物 保 護 之 考 量 但 重 點 仍 在 承 包 商 是 否 有 良 好 的 施 工 能 力 亦 有 承 商 以 托 底 方 式 來 保 護 建 物 之 案 例 十 一 台 北 並 尚 無 採 盾 首 灌 漿 作 為 建 物 保 護 之 實 例, 部 份 施 工 案 採 於 環 片 上 進 行 二 次 灌 漿 盾 首 灌 漿 即 為 事 前 灌 漿, 是 否 對 通 過 民 房 下 方 時 之 保 護 效 果 較 佳?( 設 定 凝 結 時 間 ) 答 覆 : 是 否 能 做 如 此 均 勻 的 盾 首 灌 漿, 需 與 製 造 商 充 份 溝 通 檢 討 圖 面 的 設 計 是 否 能 完 成 十 二 出 土 量 與 背 填 灌 漿 及 二 次 灌 漿 三 者 之 間 有 何 者 關 係? 日 本 是 否 有 挖 出 土 量 前 進 體 積 背 填 量 及 沉 陷 量 間 之 關 係 答 覆 : 出 土 量 與 背 填 灌 漿 及 二 次 灌 漿 三 者 之 間 應 無 特 別 之 關 聯 一 般 在 設 計 時, 背 填 灌 漿 量 之 估 算 係 採 理 論 值 之 1.5 倍 來 編 預 算, 但 實 際 上 背 填 灌 漿 量 則 可 能 較 少 或 超 出 許 多 十 三 潛 盾 隧 道 穿 越 民 房 下 方 時, 是 否 由 地 表 進 行 斜 灌, 而 不 必 從 盾 首 再 灌? 答 覆 : 基 本 上, 通 過 民 房 下 方 時 之 保 護 措 施 需 考 量 之 順 序 建 議 為 : 背 填 灌 漿 宜 採 瞬 結 型 灌 漿 材 料, 採 非 機 械 手 動 式 之 同 步 背 填 灌 漿

127 隨 著 潛 盾 機 向 前 開 挖, 環 片 外 緣 與 盾 尾 地 盤 所 形 成 之 盾 尾 間 隙, 必 須 迅 速 地 以 穩 定 材 料 填 充, 以 防 止 地 盤 鬆 動 地 表 沉 陷 隧 道 漏 水 及 不 均 勻 土 壓 作 用 於 環 片 上 利 用 潛 盾 機 推 進 之 同 時, 亦 於 環 片 脫 離 盾 殼 後 之 第 一 時 間 進 行 背 填 灌 漿 視 地 盤 條 件 潛 盾 隧 道 鄰 近 受 保 護 建 物 之 情 況, 施 以 不 同 之 背 填 灌 漿 壓 力 與 注 入 率, 以 適 時 減 少 地 盤 之 變 位 量, 達 到 建 物 保 護 之 目 的 背 填 灌 漿 之 灌 漿 壓 力 一 般 採 潛 盾 機 開 挖 面 之 操 作 壓 力 加 上 0~1kg/cm 2 為 原 則, 但 以 環 片 設 計 時 所 允 許 之 最 大 背 填 灌 漿 壓 力 為 上 限 背 填 灌 漿 之 注 入 率 視 灌 漿 工 法 地 盤 條 件 灌 漿 材 料 種 類 灌 漿 壓 力 等 而 異 參 考 過 去 工 程 案 例 之 統 計 資 料 顯 示, 在 正 常 施 工 條 件 下, 背 填 灌 漿 之 注 入 率 多 在 100~200% 範 圍 之 間, 參 見 圖 6-5 若 地 面 環 境 許 可, 潛 盾 機 通 過 民 房 下 方 前 應 於 地 表 先 行 灌 漿 可 考 慮 從 地 面 小 巷 或 房 屋 縫 隙 中 進 行 灌 漿, 但 若 不 能 使 灌 漿 體 灌 注 完 整, 才 需 從 隧 道 內 來 灌 漿 針 對 特 殊 穿 越 建 物 之 個 案, 曾 有 承 包 商 思 考 採 日 本 最 近 開 發 類 似 導 向 鑽 孔 之 斜 鑽 方 式 進 行 灌 漿 保 護, 參 見 圖 6-5 之 示 意 盾 首 灌 漿 之 可 行 性 需 洽 製 造 廠 商 再 研 討 十 四 潛 盾 隧 道 穿 越 建 物 時, 是 否 應 限 制 其 每 日 進 尺 數 (8M/day), 以 達 控 制 沉 陷 及 建 物 保 護 之 目 的? (1) 為 求 背 填 灌 漿 強 度 發 揮 ( 或 每 環 背 填 有 一 定 時 差 ), 以 達 較 有 效 之 沉 陷 控 制 而 要 求 限 制 每 日 進 度 是 否 合 理?

128 (2) 就 沉 陷 控 制 ( 如 在 背 填 灌 漿 時 能 確 實 完 成 之 前 提 下 ), 每 日 進 尺 是 愈 快 愈 好 或 是 否 應 限 制? 建 議 每 日 限 制 進 尺 數 為 何? 答 覆 : 通 過 建 物 下 方 時 並 不 需 放 慢 速 度, 只 要 背 填 灌 漿 能 跟 上 速 度 即 可 針 對 背 填 灌 漿 材 料, 很 重 要 之 考 量 準 則 是 要 求 得 一 不 致 被 地 下 水 流 沖 走 並 取 得 早 期 強 度 且 不 致 使 灌 漿 管 塞 管 之 適 合 配 比 材 料 背 填 灌 漿 在 施 灌 後 於 未 凝 結 達 設 計 強 度 前 並 不 會 流 失, 而 會 填 充 在 環 片 與 超 挖 的 空 隙 中 規 範 中 對 背 填 漿 強 度 雖 有 要 求, 但 卻 不 是 等 24 小 時 後 或 3 天 強 度 完 全 發 揮 後 才 再 進 行 下 一 輪 施 作, 故 對 於 每 日 限 制 進 尺 數 並 不 需 限 制, 而 是 通 過 房 屋 下 方 時, 更 需 要 求 確 實 地 完 成 每 輪 作 業 需 完 成 之 工 作 ( 尤 其 背 填 灌 漿 之 品 管 ) 一 般 可 根 據 預 定 每 日 實 際 之 工 作 時 間, 依 合 理 之 安 排 作 業 循 環 時 間 (cycle time) 來 計 算 進 度, 超 過 不 合 理 之 進 尺 數 時, 表 示 其 中 可 能 有 部 份 步 驟 作 業 不 確 實 ( 如 產 生 背 填 灌 漿 跟 不 上 或 螺 栓 未 鎖 緊 的 情 形 ), 如 此 會 對 通 過 之 上 方 建 物 有 不 良 之 影 響 日 本 一 般 以 每 日 8 輪 來 做 規 劃 設 計 時 之 輪 進 標 準, 但 實 務 上 在 施 工 階 段, 施 工 廠 商 則 視 其 每 日 實 際 工 時 工 班 安 排 及 機 具 設 備 能 量 等, 而 會 有 較 高 之 每 日 進 尺 數 十 五 日 本 潛 盾 工 程 中, 最 佳 的 狀 況 是 在 多 少 時 間 內 完 成 背 填? 答 覆 : 係 以 機 械 式 同 步 灌 漿 來 進 行 背 填 灌 漿, 其 施 工 時 保 持 漿 液 的 壓 力, 當 潛 盾 機 往 前 移 動 時, 量 測 之 壓 力 降 低 時, 可 自 動 補 充 灌 注 灌 漿 材 料, 一 般 設 定 之 灌 注 壓 力 設 定 在 2~3kg/cm 2 十 六 同 步 背 填 灌 漿 與 即 時 灌 漿 效 果 是 否 一 致, 穿 越 建 物 時 是 否 需 要 強 制 要 求 採 同 步 背 填 灌 漿? 是 否 宜 在 規 範 中 指 定 採 用 具 有 機 械 自 動 化 之 同 步 背 填 灌 漿 設 備 之 潛 盾 機? 答 覆 : 日 本 一 般 在 規 範 上 規 定 採 用 同 步 背 填 灌 漿, 但 對 所 需 要 之 設 備 並 不 明 定, 機 械 式 自 動 化 之 同 步 背 填 灌 漿 設 備 ( 或 稱 全 自 動 同 步 背 填 灌 漿 ) 或 採 用 非 機 械 式 ( 手 動 式 ) 立 即 灌 漿 ( 或 稱 手 動 即 時 背 填 灌 漿 ) 均 稱 為 同 步 背 填 灌 漿 同 步 之 要 求 僅 指 要 求 施 工 者 在 最 初 短 時 間 內 完 成 背 填 灌 漿 瞬 結 型 灌 漿 不 易 在 機 械 式 自 動 化 之 同 步 灌 漿 設 備 中 採 用, 因 其 凝 固 速 度 非 常 快, 難 以 在 待 機 狀 態 使 用

129 對 於 採 用 機 械 式 同 步 背 填 灌 漿 設 備 或 採 用 非 機 械 式 ( 手 動 式 ) 瞬 結 型 背 填 灌 漿 材 料 之 比 較, 目 前 仍 認 為 以 採 用 瞬 結 型 背 填 灌 漿 對 防 止 地 表 沉 陷 之 效 果 較 佳, 參 見 圖 6-6 圖 6-6 導 向 斜 鑽 方 式 進 行 鑽 孔 灌 漿 保 護 示 意 此 外, 機 械 式 同 步 背 填 灌 漿 設 備 雖 為 可 行, 但 實 務 上, 各 大 營 造 廠 商 認 為 仍 有 部 分 執 行 上 之 問 題, 且 施 工 上 容 易 塞 管 而 會 妨 礙 施 工 之 速 度, 所 以 部 分 廠 商 並 不 樂 意 採 用, 仍 宜 由 實 際 執 行 者 根 據 其 經 驗 選 擇 施 工 方 式 設 計 時 可 考 慮 明 確 規 定 需 要 採 用 瞬 結 型 灌 漿 材 料 之 隧 道 區 段 位 置 ( 如 通 過 鄰 房 下 方 之 區 段 ) 另 外, 地 表 沉 陷 量 與 潛 盾 機 械 之 操 作 方 式 也 很 有 關 係, 例 如 千 斤 頂 推 力 的 操 作 不 當 轉 盤 速 度 設 定 不 當 操 作 手 操 作 的 熟 練 度 不 夠, 均 可 能 使 沉 陷 量 加 大 十 七 非 機 械 式 ( 手 動 式 ) 立 即 灌 漿 同 步 背 填 灌 漿 ( 或 稱 手 動 即 時 背 填 灌 漿 ) 如 何 在 潛 盾 機 脫 離 盾 殼 後 之 第 一 時 間 進 行 同 步 背 填 灌 漿? 答 覆 : 全 自 動 同 步 背 填 灌 漿 方 式 係 利 用 位 於 盾 尾 機 殼 之 灌 漿 孔 配 合 潛 盾 機 掘 進 速 度 進 行 背 填 灌 漿, 惟 因 同 步 灌 漿 裝 置 較 潛 盾 機 外 徑 更 突 出, 所 需 之 鏡 面 開 口 需 較 大, 增 加 施 工 困 難 度 另 在 進 入 出 發 到 達 井 之 地 盤 改 良 區 之 硬 質 地 盤 須 進 行 超 挖, 有 時 會 妨 礙 方 向 控 制 及 影 響 到 達 井 處 之 止 水 性, 且 灌 漿 管 常 因 灌 漿 材 阻 塞 而 必 須 停 機 清 理 及 更 換 零 件, 參 見

130 圖 6-7 以 高 雄 捷 運 某 工 程 為 例, 統 包 商 原 本 即 擬 採 全 自 動 同 步 背 填 灌 漿 方 式 之 潛 盾 機, 但 於 執 行 會 至 遇 岩 盤 地 層 之 路 段 時, 亦 打 算 將 突 出 之 灌 漿 孔 切 除, 改 採 即 時 背 填 灌 漿 之 方 式 辦 理 另 台 北 捷 運 亦 曾 發 生 潛 盾 機 於 穿 越 出 發 井 之 地 盤 改 良 時, 因 實 際 之 地 盤 改 良 強 度 遠 高 於 設 計 之 地 盤 改 良 強 度 qu 20~30kg/cm 2, 超 出 潛 盾 機 超 挖 刃 copy cutter 原 設 計 條 件 造 成 超 挖 刃 損 壞 之 案 例

131 一 般 而 言, 全 自 動 同 步 背 填 灌 漿 之 灌 漿 孔 係 配 置 於 盾 尾 機 殼 上 方, 實 際 施 灌 之 位 置 亦 不 完 全 對 準 盾 尾 空 隙 之 處 所, 背 填 灌 漿 材 是 否 確 實 灌 注 到 盾 尾 空 隙 上, 則 是 另 一 存 疑 項 目, 參 見 圖 6-8 示 意 圖 6-8 同 步 背 填 灌 漿 示 意 因 此 部 分 營 造 廠 商 則 改 採 維 修 較 容 易 障 礙 排 除 迅 速 之 手 動 即 時 背 填 灌 漿 方 式 來 達 到 在 第 一 時 間 內 進 行 背 填 灌 漿 其 可 在 環 片 灌 漿 孔 脫 離 盾 尾 封 圈 後 ( 約 半 環 ), 可 確 實 地 在 盾 尾 縫 隙 之 處 所 開 始 進 行 背 填 灌 漿, 且 採 取 對 沉 陷 控 制 效 果 較 佳 之 瞬 結 型 背 填 灌 漿 材 時 較 無 執 行 之 困 難 手 動 即 時 背 填 灌 漿 可 利 用 由 環 片 灌 漿 孔 所 裝 設 之 灌 漿 控 制 閥, 由 控 制 室 設 定 灌 漿 壓 力 採 自 動 控 制 於 潛 盾 機 前 進 時 隨 即 配 合 注 漿 有 關 手 動 即 時 背 填 灌 漿 程 序 與 步 驟 概 述 如 下, 參 見 圖 6-9 : 圖 6-9 同 步 背 填 灌 漿 裝 置 與 盾 尾 縫 隙 位 置

132 1) 潛 盾 機 之 油 壓 千 斤 頂 向 後 推 擠 已 組 立 成 環 之 環 片 2) 由 電 腦 控 制 灌 漿 閥 配 合 潛 盾 機 之 推 進 而 進 行 背 填 灌 漿 注 入 3) 當 潛 盾 機 持 續 推 進 時, 將 持 續 由 盾 尾 刷 外 側 之 灌 漿 孔 繼 續 注 漿, 直 到 下 一 環 之 灌 漿 孔 通 過 盾 尾 刷 後, 經 由 三 向 閥 式 開 關 控 制, 將 漿 液 轉 向 該 下 一 環 注 漿 4) 而 已 灌 注 完 成 之 前 一 環 上 之 灌 漿 管 及 灌 漿 控 制 閥, 將 以 人 工 拆 除 移 至 新 組 立 之 下 一 環, 準 備 進 行 背 填 灌 漿 5) 依 上 述 步 驟, 隨 著 潛 盾 機 之 推 進 反 覆 施 作 此 外, 必 要 時 手 動 即 時 背 填 灌 漿 可 配 合 環 片 上 之 灌 漿 孔 位 置 進 行 多 角 度 灌 漿, 可 避 免 因 注 漿 不 足 所 產 生 之 地 表 沉 陷 十 八 國 內 是 否 有 於 潛 盾 隧 道 盾 首 前 方 進 行 灌 漿 之 案 例? 又 如 何 設 計 其 灌 漿? 其 成 效 如 何? 採 何 種 配 比? 答 覆 : 國 內 採 用 之 潛 盾 機 部 分 設 有 可 供 進 行 盾 首 前 方 灌 漿 或 探 查 之 配 置 孔, 如 多 數 之 台 北 捷 運 隧 道 鑽 掘 機 但 實 際 採 潛 盾 隧 道 盾 首 前 方 進 行 灌 漿 之 施 工 案 例 則 較 少, 諸 如 台 北 捷 運 中 和 線 之 CC276 CC277 施 工 標 及 新 店 線 之 CH222 施 工 標 曾 採 此 方 式 作 為 潛 盾 機 排 除 障 礙 物 之 因 應 措 施 如 圖 6-10 所 示 之 案 例, 潛 盾 機 推 進 時 巧 遇 於 潛 盾 機 面 之 流 木 致 使 流 木 隨 潛 盾 機 旋 轉 造 成 地 表 坍 塌, 施 工 時 除 盾 首 灌 漿 外, 亦 採 混 凝 土 回 填 路 面 後, 再 進 行 障 礙 物 之 排 除 因 此 等 搶 救 個 案 之 作 業, 均 搭 配 多 種 措 施 同 時 進 行, 因 而 難 以 單 獨 評 估 盾 首 灌 漿 之 成 效 台 北 捷 運 板 橋 線 亦 有 一 利 用 盾 首 前 方 灌 漿 之 緊 急 搶 救 施 工 例 據 了 解, 某 承 包 商 亦 計 畫 安 排 於 潛 盾 機 內 部 設 置 4 個 灌 漿 孔, 根 據 其 配 置 之 角 度, 於 隧 道 穿 越 特 殊 之 受 保 護 建 物 前, 計 畫 於 潛 盾 機 前 方 鑽 掘 約 14M, 預 計 利 用 1 天 之 工 期 於 超 出 隧 道 淨 空 之 外 緣 施 灌 約 4.8M 之 半 環 狀 之 盾 首 灌 漿, 而 後 隧 道 再 鑽 掘 前 進 4 環 (4.8M) 後 再 重 複 鑽 孔 14M 再 進 行 4.8M 之 盾 首 灌 漿, 參 見 圖 6-11 示 意, 惟 水 平 鑽 孔 時 可 能 造 成 之 沉 陷 控 制 則 是 另 一 項 應 注 意 之 課 題 灌 漿 配 比 設 計 主 要 仍 視 地 盤 條 件 使 用 之 灌 漿 材 料 性 質 及 相 關 之 施 工 配 合 需 求 而 定 ( 如 灌 漿 土 體 強 度 凝 結 時 間 等 ), 可 參 考 相 關 之 地 盤 灌 漿 書 籍 資 料 辦 理

133 圖 6-11 潛 盾 機 排 除 障 礙 物 因 應 措 施 [ 引 自 朱 介 平 崔 澎 生 高 蔚 明 虞 尚 仁 捷 運 中 和 線 二 七 五 標 過 新 店 線 潛 盾 施 工 ~12 台 北 捷 運 局 十 週 年 局 慶 工 程 研 討 會 ]

134 十 九 相 較 於 二 次 灌 漿 須 等 到 一 段 時 間 後 才 鑽 孔 灌 漿, 而 鑽 孔 又 有 可 能 引 起 破 壞 背 填 灌 漿 材 料 或 導 致 地 下 水 壓 變 動 甚 至 引 起 地 表 沉 陷 之 疑 問, 二 次 灌 漿 對 建 物 保 護 之 有 效 性 存 有 諸 多 爭 議 且 其 施 作 亦 將 影 響 工 進, 如 擬 將 預 定 進 行 二 次 灌 漿 之 灌 漿 量 於 背 填 灌 漿 時 一 併 施 作, 其 相 較 於 二 次 灌 漿 亦 較 不 會 影 響 隧 道 鑽 掘 工 進, 也 較 容 易 執 行 ( 承 包 商 也 較 願 意 確 實 去 施 作 ), 即 針 對 隧 道 經 過 之 鄰 房 條 件 ( 無 建 物 一 般 保 護 建 物 加 強 保 護 建 物 指 定 保 護 建 物 ), 在 第 一 時 間 內 採 取 使 用 不 同 ( 提 高 ) 背 填 灌 漿 壓 力 與 注 入 率 作 為 建 物 保 護 之 對 策 構 想 是 否 合 理 可 行? 答 覆 : 不 贊 成 採 二 次 灌 漿 作 為 建 物 保 護 措 施 雖 然 有 部 分 書 籍 及 施 工 案 例 有 採 較 高 背 填 灌 漿 壓 力 以 控 制 沉 陷 量 之 敘 述, 但 其 有 效 性 仍 有 待 檢 討 驗 證 理 論 與 實 際 有 時 仍 有 一 段 差 距, 但 此 等 差 距 並 不 會 被 敘 述 在 文 章 中 潛 盾 隧 道 施 工 後, 打 開 環 片 有 時 是 看 到 背 填 灌 漿 材, 但 有 時 卻 未 見 到 背 填 灌 漿 材, 在 環 片 脫 離 潛 盾 機 盾 殼 後, 盾 尾 縫 隙 立 即 由 週 遭 地 盤 所 充 填, 因 此 在 規 範 上 或 施 工 時, 大 家 只 是 盡 量 去 做 到 將 盾 尾 縫 隙 100% 以 上 之 背 填 灌 漿 材 灌 到 地 盤 中, 但 其 實 並 不 十 分 清 楚 背 填 灌 漿 往 哪 裡 跑, 因 此 採 取 使 用 不 同 ( 提 高 ) 背 填 灌 漿 壓 力 與 注 入 率 作 為 減 少 地 盤 沉 陷 之 成 效 仍 有 待 確 認 台 北 捷 運 曾 有 部 分 工 程 標 採 取 此 等 方 式 施 作 據 了 解, 曾 有 工 址 先 採 取 3kg/cm 2 壓 力 作 為 施 灌 背 填 灌 漿 管 控 標 準, 但 在 連 續 幾 環 之 施 作 後, 卻 由 地 表 上 發 現 漿 體 冒 出 之 現 象, 因 而 改 採 取 以 200% 之 注 入 率 作 為 施 工 控 制 之 標 準, 盡 量 將 200% 以 上 之 漿 體 灌 注 到 地 盤 中, 加 上 配 合 其 他 之 施 工 管 控 作 業 後, 亦 獲 得 不 錯 之 沉 陷 控 制, 地 表 沉 陷 約 在 1~1.5cm 間 由 此 案 例 現 象, 亦 可 認 為 增 加 灌 背 填 灌 漿 壓 力 或 注 入 率 似 乎 具 備 可 達 到 充 填 地 盤 以 減 少 沉 陷 之 功 效 參 考 表 6-2 之 各 種 保 護 措 施 所 示, 如 採 取 (1) 較 佳 之 潛 盾 機 ( 如 中 折 式 潛 盾 機 減 少 超 挖 量 ) (2) 潛 盾 機 掘 削 時 採 較 皂 土 成 本 高 之 高 分 子 加 泥 材 以 獲 得 較 佳 之 潤 滑 效 果 以 減 少 潛 盾 機 運 轉 時 對 地 盤 摩 擦 擾 動 (3) 使 用 充 填 效 果 好 之 瞬 結 型 背 填 灌 漿 材 與 注 入 量 (4) 聘 請 具 有 豐 富 經 驗 之 領 班 操 作 手 施 工. 等, 均 可 有 效 的 減 少 地 盤 沉 陷 量, 而 這 些 措 施 均 會 增 加 操 作 成 本, 且 這 些 必 要 之 處 置 措 施 亦 是 作 為 建 物 保 護 措 施 最 確 實 有 效 之 方 式, 除 特 殊 或 重 要 之 指 定 受 保 護 建 物 外, 在 計 價 付 款 上 不 宜 採 取 一 定 要 承 包 商 執 行 地 盤 改 良 才 認 定 完 成 建 物 保 護 之 策 略, 宜 鼓 勵 承 包 商 朝 減 少 潛 盾 機 鑽 掘 產 生 地 盤 沉 陷 之 方 向 去 努 力, 以 減 少 進 行 地 盤 改 良 作 為 建 物 保 護 措 施 之 需 求, 而 非 一 定 要 做 額 外 之 地 盤 改 良 才 算 執 行 建 物 保 護 二 十 潛 盾 隧 道 施 工 造 成 之 沉 陷 受 施 工 管 理 良 宥 與 否 影 響 極 鉅, 對 於 採 用 做 好 潛 盾 隧 道 施 工 管 理 以 減 少 地 盤 之 沉 陷 量 之 做 法 見 解 如 何?

135 答 覆 : 潛 盾 隧 道 施 工 所 造 成 之 沉 陷 問 題 主 要 與 地 下 水 施 工 範 圍 及 深 度 有 關 ; 一 般 而 言, 其 影 響 因 素 可 分 為 下 列 幾 點 : 1. 土 質 狀 況 2. 地 下 水 狀 況 3. 選 用 工 法 4. 潛 盾 機 型 式 5. 操 作 管 理 6. 直 徑 與 覆 土 厚 度 之 比 潛 盾 隧 道 技 術 是 經 由 施 工 累 積 之 經 驗 所 逐 步 檢 討 發 展 而 來, 施 工 造 成 之 地 層 下 陷 與 崩 坍, 因 近 年 來 潛 盾 隧 道 施 工 技 術 之 改 善 已 經 大 幅 減 少 密 閉 式 潛 盾 機 相 較 於 開 放 機 械 式 之 潛 盾 機 對 地 面 影 響 較 少, 然 潛 盾 隧 道 之 施 工 在 針 對 不 同 之 地 盤 條 件 而 言, 仍 會 產 生 程 度 不 一 之 影 響 就 地 盤 條 件 而 言, 對 於 1. 地 質 特 別 疏 鬆 軟 弱 者 2. 地 盤 固 結 較 差 者 3. 巨 石 存 在 者, 潛 盾 施 工 將 較 為 困 難, 當 然 若 隧 道 路 線 通 過 以 上 三 種 地 質 條 件 交 錯 出 現 者, 則 更 加 困 難 潛 盾 隧 道 於 環 片 設 計 時 所 選 用 之 環 片 組 裝 方 式 將 影 響 鑽 掘 過 程 中 環 片 組 裝 過 程 及 周 圍 地 盤 支 撐 時 間, 亦 將 影 響 盾 尾 縫 隙 及 加 諸 於 潛 盾 機 版 之 土 壓 雖 然 選 用 適 合 且 良 好 之 背 填 灌 漿 填 充 材 及 控 制 背 填 灌 漿 填 充 材 固 結 時 間 是 很 困 難, 惟 仍 應 設 法 採 用 撓 性 較 佳 之 環 片 及 採 能 使 一 次 背 填 灌 漿 效 果 好 之 方 式 辦 理 惟 即 使 是 採 用 撓 性 再 好 之 環 片 及 背 填 灌 漿 材 料, 對 原 始 地 盤 而 言, 並 無 法 維 持 地 盤 之 原 始 狀 況 不 變 異, 因 而 施 工 是 一 定 會 對 周 遭 所 有 影 響 施 工 前 對 周 遭 之 現 況 調 查 是 非 常 重 要 的, 顧 問 公 司 須 讓 業 主 明 瞭 工 程 狀 況 及 可 能 發 生 之 費 用, 同 時 對 於 選 擇 施 工 廠 商 方 式 亦 很 重 要 如 果 業 主 僅 單 純 地 將 設 計 工 作 交 給 顧 問 公 司, 施 工 工 作 交 給 承 包 商, 相 關 問 題 將 不 會 改 善 顧 問 公 司 必 先 將 可 能 狀 況 與 業 主 討 論, 並 於 設 計 時, 檢 討 : 1. 適 用 之 潛 盾 機 種 類 與 相 關 設 備 2. 環 片 型 式 與 強 度 3. 灌 漿 材 料 及 填 注 方 式, 以 減 低 對 周 遭 環 境 影 響 來 進 行 相 關 設 計 合 理 之 設 計 考 量 亦 應 包 含 : 對 周 遭 環 境 之 影 響 掘 進 工 率 之 假 設 以 及 挖 掘 之 土 方 管 理 與 後 續 運 送 處 理 之 方 式 等 此 外, 針 對 隧 道 環 片 亦 必 需 選 擇 良 好 之 環 片 製 造 商 潛 盾 承 包 商 須 有 足 夠 的 經 驗 及 良 好 信 譽, 包 括 現 場 負 責 人 要 有 良 好 之 品 格 學 識 等, 同 時 每 日 對 現 場 施 作 狀 況 必 須 進 行 校 核 等, 都 是 重 要 與 須 審 視 之 項 目 總 而 言 之, 以 上 管 理 方 式 是 大 眾 皆 知, 但 實 際 執 行 時 仍 有 許 多 困 難 而 未 能 確 實 做 好 二 十 一 在 沉 陷 控 制 要 求 下, 如 何 作 最 佳 背 填 灌 漿 材 料 之 選 擇 答 覆 : 灌 漿 材 從 過 去 到 現 在 有 很 多 種, 目 前 認 為 二 液 瞬 結 型 對 地 盤 沉 陷 控 制 較 佳 以 往 有 採 用 砂 漿, 後 來 採 空 氣 砂 漿 型 灌 漿 材 但 孔 隙 較 大, 現 在 大 多 採 用 藥 液 瞬 結 型 灌 漿, 應 視 地 盤 條 件 與 預 算 而 定, 近 來 由 於 民 眾 意 識 高 漲, 採 用 二 液 瞬 結 型 灌 漿 材 之 案 例 較 多, 但 相 對 價 格 比 較 高

136 背 填 灌 漿 材 料 應 具 備 充 填 性 良 好 初 期 強 度 高 之 特 性, 流 動 性 愈 大, 愈 容 易 施 工 二 液 瞬 結 型 灌 漿 之 A B 液 在 噴 出 口 混 合 後 噴 出, 如 凝 結 秒 數 過 快 時, 將 無 法 施 工 另 灌 漿 材 容 易 在 注 入 口 附 近 固 結, 較 遠 處 則 可 能 形 成 孔 隙, 理 論 上, 灌 漿 應 在 各 灌 漿 孔 輪 流 施 灌, 惟 在 實 務 上 則 多 僅 在 左 右 兩 側 上 方 施 灌, 加 上 環 片 在 脫 離 真 圓 保 持 器 後, 因 環 片 自 重 而 下 墬 與 變 形 等 因 素, 實 際 上 常 造 成 隧 道 正 上 方 仍 存 有 空 隙 之 現 象 瞬 結 型 灌 漿 材 之 流 動 性 相 當 重 要, 施 工 時 應 配 合 多 設 置 檢 查 孔 ( 利 用 環 片 之 灌 漿 孔 即 可 ) 調 查 與 確 認 背 填 灌 漿 之 空 隙 並 適 時 調 整 灌 漿 配 比 與 施 灌 方 式 採 用 之 灌 漿 設 備 亦 要 能 確 保 灌 漿 材 能 充 填 孔 隙 一 般 而 言, 固 結 時 間 稍 長, 流 動 性 佳, 較 容 易 填 滿 所 有 孔 隙, 但 其 注 入 量 與 成 本 亦 較 高 就 背 填 灌 漿 注 入 之 管 理 而 言, 一 般 採 壓 力 與 流 量 作 為 管 控 之 標 準, 壓 力 有 時 不 易 達 到 設 定 值, 因 有 時 會 有 漏 漿 情 況 發 生, 流 量 亦 難 正 確 計 算, 施 工 時 主 要 還 是 以 灌 漿 壓 力 與 流 量 搭 配 共 同 控 制, 並 多 利 用 檢 查 孔 確 認 背 填 灌 漿 材 之 充 填 情 形 二 十 二 背 填 灌 漿 經 由 K 片 環 片 施 灌, 有 無 不 妥 之 處? 20 幾 年 前 之 潛 盾 隧 道 技 術 手 冊 收 列 背 填 灌 漿 順 序 例 如 圖 6-13, 但 近 期 之 技 術 手 冊 則 未 做 此 方 面 之 說 明, 考 量 原 因 為 何? 答 覆 : 圖 6-13 背 填 灌 漿 順 序 例 背 填 灌 漿 經 由 K 片 環 片 施 灌 並 無 不 妥 之 處 早 期 之 背 填 灌 漿 結 果 多 呈 現 隧 道 上 方 較 厚 而 下 方 無 背 填 灌 漿 材 之 情 形, 但 近 年 來 因 潛 盾 機 之 進 步, 背 填 灌 漿 結 果 是 隧 道 呈 浮 在 背 填 灌 漿 體 中 之 分 布 情 形 背 填 灌 漿 順 序 最 好 是 由 下 而 上 左 右 輪 流 以 避 免 對 隧 道 造 成 偏 壓, 然 灌 漿 孔 之 注 入 移 動 也 不 一 定 需 要 那 麼 多 孔, 假 設 僅 用 一 孔 能 將 縫 隙 灌 滿, 則 也 是 可 行, 惟 一 般 難 以 如 此 背 填 灌 漿 最 重 要 的 是 要 將 孔 隙 填 滿, 因 此 如 以 前 所 述, 施 工 時 要 經 常 利 用 打 開 灌 漿 孔 以 檢 查 灌 漿 情 形, 並 做 必 要 之 調 整

137 摘 要 國 內 由 早 期 不 斷 新 建 道 路 的 形 態, 至 今 轉 變 為 以 維 修 養 護 為 主, 如 何 定 期 維 修 養 護 道 路, 提 供 駕 駛 人 與 乘 客 行 車 舒 適 度 與 安 全 性, 並 降 低 使 用 者 成 本 延 長 鋪 面 壽 齡 為 目 前 重 要 之 課 題 由 於 鋪 面 服 務 能 力 受 施 工 時 品 質 與 施 工 技 術 影 響, 但 國 內 目 前 道 路 施 工 規 範 以 三 米 直 規 為 檢 測 儀 器, 此 檢 測 方 式 與 標 準 為 早 期 所 訂 定, 目 前 已 不 合 時 宜, 更 難 以 反 映 與 道 路 使 用 者 行 駛 舒 適 感 受 最 具 直 接 關 係 的 道 路 平 坦 度 有 鑑 於 此, 本 文 主 要 目 的 為 蒐 集 各 國 路 面 平 坦 度 檢 測 標 準, 並 探 討 平 坦 度 規 範 賞 罰 標 準 賞 罰 機 制 賞 罰 範 圍 與 架 構, 以 補 充 國 內 執 行 面 之 不 足, 提 供 道 路 主 管 機 關 評 判 依 據, 以 使 未 來 國 內 道 路 單 位 建 立 適 用 於 國 內 市 區 道 路 平 坦 度 檢 驗 之 規 範, 確 實 掌 握 鋪 面 平 坦 度 變 化 情 況 壹 前 言 往 年 國 內 近 半 以 上 道 路 須 進 行 養 護 維 修 作 業, 而 目 前 實 務 上 各 道 路 主 管 機 關 礙 於 時 間 設 備 儀

138 器, 或 相 關 人 員 教 育 訓 練 推 廣 不 足, 雖 然 頒 布 有 以 三 米 直 規 檢 驗 之 規 範, 但 因 其 執 行 不 易, 且 無 法 實 際 反 映 路 面 平 坦 度, 故 目 前 仍 依 工 程 師 之 專 業 判 斷 或 經 驗 法 則 評 判 但 因 考 量 工 程 師 主 觀 經 驗 評 判 方 式 不 易 傳 承, 且 個 人 主 觀 意 識 亦 會 影 響 評 判 結 果, 容 易 造 成 資 源 浪 費 與 分 配 不 均, 增 加 道 路 使 用 者 之 時 間 與 成 本 但 觀 察 多 數 單 位 於 實 際 工 程 完 工 後, 並 無 進 行 驗 收 檢 測 工 作, 原 因 之 一 為 新 鋪 道 路 竣 工 長 度 動 輒 數 十 公 里, 如 此 龐 大 面 積 若 採 用 檢 測 速 度 慢 的 平 坦 儀 進 行 施 測 工 作, 不 但 費 時 費 力 且 窒 礙 難 行 ; 近 年 來 雖 然 國 內 引 進 不 少 平 坦 度 檢 測 儀 器, 但 因 國 內 欠 缺 一 套 完 整 之 檢 測 標 準 與 流 程 可 茲 遵 循, 故 擬 於 本 文 中 進 行 國 內 外 平 坦 度 相 關 文 獻 之 蒐 集, 並 深 入 探 討 國 外 各 項 規 範 制 訂 之 緣 由 貳 國 內 平 坦 度 檢 測 執 行 現 況 我 國 現 行 之 新 工 道 路 驗 收 制 度, 鮮 少 以 平 坦 度 為 檢 測 項 目 而 目 前 國 內 頒 佈 新 工 道 路 檢 測 規 範 主 要 為 交 通 部 公 路 工 程 施 工 規 範 1 交 通 部 台 灣 區 國 道 新 建 工 程 局 與 國 道 高 速 公 路 局 施 工 技 術 規 範 2, 交 通 部 公 路 總 局 公 路 工 程 施 工 說 明 書 3, 及 公 共 工 程 委 員 會 編 訂 之 公 共 工 程 施 工 綱 要 規 範 4 等 四 種, 其 中 多 數 採 用 三 米 直 規 為 檢 驗 儀 器 ( 參 見 表 1) 以 下 略 述 各 規 範 之 相 關 規 定 一 公 路 工 程 施 工 規 範 於 熱 拌 瀝 青 混 凝 土 路 面 完 工 後, 以 三 米 直 規 進 行 路 面 平 坦 度 檢 測 其 任 一 點 高 低 差, 於 底 層 或 結 合 層 不 得 超 過 ± 6 公 釐, 一 般 公 路 面 層 不 得 超 過 ± 3 公 釐 二 施 工 技 術 規 範 瀝 青 混 凝 土 路 面, 於 路 面 完 工 後 之 表 面 平 整 度 以 三 米 直 規 進 行 檢 測 其 任 一 點 高 低 差 不 得 大 於 ± 3 公 釐 對 於 不 同 之 基 底 層 材 料 亦 有 明 確 之 平 坦 度 相 關 規 定 三 公 路 工 程 施 工 說 明 書 瀝 青 混 凝 土 路 面 分 層 舖 設 時, 於 最 後 次 一 層 以 及 最 後 一 層 舖 設 完 成 後, 即 應 利 用 三 米 直 規 或 高 低 平 坦 儀 進 行 平 坦 度 檢 測, 以 每 200 公 尺 為 一 檢 測 單 位, 每 1.5m 收 集 一 點 高 低 差, 每 連 續 10 點 為 一 組, 每 組 之 標 準 差 不 得 大 於 ±4 公 釐 平 坦 度 檢 測 如 遇 到 不 包 括 底 層 或 原 有 路 面 整 理 之 路 面 加 封 工 程 無 法 封 閉 交 通 之 雙 車 道 或 單 車 道 工 程 或 豎 曲 線 及 平 曲 線 範 圍 內 不 適 合 做 平 坦 度 檢 驗 之 路 段, 可 列 為 排 除 檢 測 區 段 四 公 共 工 程 施 工 綱 要 規 範 對 於 瀝 青 混 凝 土 鋪 面 有 關 平 坦 度 之 相 關 規 定, 本 規 範 要 求 完 成 後 之 路 面 應 以 3 米 直 規 沿 平 行 於 或 垂 直 於 路 中 心 線 之 方 向 檢 測 時, 一 般 公 路 之 面 層 任 何 一 點 高 低 差, 不 得 超 過 ± 6 公 釐, 平 坦 度 標 準 差 不 得 大 於 2.6 公 釐

139 表 1 我 國 現 行 新 工 道 路 平 坦 度 檢 驗 規 範 彙 整 5 規 範 頒 訂 單 位 檢 驗 儀 器 計 算 參 數 分 批 方 式 門 檻 值 公 共 工 程 會 三 米 直 規 一 般 公 路 高 速 公 路 單 點 高 低 差 無 < 6 公 釐 平 坦 度 標 準 差 無 S<2.6 公 釐 單 點 高 低 差 無 < 3 公 釐 平 坦 度 標 準 差 無 S<2.4 公 釐 公 路 總 局 三 米 直 規 平 坦 度 標 準 差 200 公 尺 S<4 公 釐 高 公 局 三 米 直 規 單 點 高 低 差 無 < 3 公 釐 交 通 部 三 米 直 規 單 點 高 低 差 無 < 3 公 釐 綜 合 我 國 現 行 之 制 度, 均 以 三 米 直 規 或 高 低 平 坦 儀 為 新 工 道 路 平 坦 度 檢 測, 但 觀 察 多 數 單 位 於 實 際 工 程 完 工 後 並 無 進 行 驗 收 檢 測 工 作, 其 原 因 之 一 為 新 鋪 道 路 竣 工 長 度 動 輒 數 十 公 里, 如 此 龐 大 面 積 若 採 用 檢 測 速 度 慢 的 平 坦 儀 進 行 施 測 工 作, 不 但 費 時 費 力 且 窒 礙 難 行 近 幾 年 來 國 內 雖 然 引 進 不 少 平 坦 度 檢 測 儀 器, 但 另 因 國 內 並 無 一 套 完 整 之 檢 測 標 準 與 流 程 可 循, 且 國 內 道 路 施 工 受 限 於 機 械 設 備 施 工 人 員 技 術, 與 其 他 管 線 挖 埋 等 因 素 之 相 互 影 響, 導 致 國 內 目 前 市 區 道 路 平 坦 度 不 佳 參 美 國 平 坦 度 驗 收 規 範 6,7 本 研 究 所 蒐 集 之 美 國 規 範 內 容 共 計 有 十 八 州, 包 括 : 緬 因 州 華 盛 頓 州 佛 蒙 特 州 維 吉 尼 亞 州 蒙 大 拿 州 懷 俄 明 州 賓 西 法 尼 亞 州 加 州 印 地 安 那 州 密 西 根 州 俄 亥 俄 州 北 達 克 塔 州 堪 薩 斯 州 伊 利 諾 州 德 州 明 尼 蘇 達 州 密 西 西 比 州 奧 勒 岡 州 等 ( 參 見 表 2 與 表 3) 由 蒐 集 之 資 料 得 知, 美 國 目 前 公 路 均 已 逐 漸 引 入 具 有 完 整 機 制 之 新 工 完 成 道 路 平 坦 度 驗 收 規 範, 其 中 採 用 國 際 糙 度 指 標 (IRI) 為 平 坦 度 指 標 的 共 七 州, 而 採 用 縱 剖 面 指 標 (PI) 為 平 坦 度 指 標 的 總 共 十 一 州 整 體 而 言 大 部 分 仍 以 縱 剖 面 指 標 為 主, 其 次 為 國 際 糙 度 指 標 但 根 據 美 國 地 區 道 路 主 管 單 位 表 示, 未 來 各 州 之 平 坦 度 檢 測 指 標 將 逐 步 朝 向 以 國 際 糙 度 指 標 為 主

140 表 2 美 國 各 州 使 用 IRI 為 平 坦 度 指 標 表 地 區 平 坦 儀 種 類 平 坦 度 指 標 與 量 測 標 準 附 註 緬 因 州 等 級 一 或 二 之 平 坦 儀 國 際 糙 度 指 標, 每 200 公 尺 計 算 一 無 次 IRI 值, 每 1000 公 尺 為 一 區 段 華 盛 頓 州 採 用 WSDOT 測 量 作 業 國 際 糙 度 指 標 車 執 行 量 測 不 需 量 測 IRI 者, 以 三 米 直 規 進 行 檢 測 佛 蒙 特 州 剖 面 式 平 坦 儀 國 際 糙 度 指 標 無 維 吉 尼 亞 州 蒙 大 拿 州 懷 俄 明 州 南 達 科 塔 型 剖 面 平 坦 儀 與 10- 英 呎 直 規 Class I Laser Road Profiler 慣 性 式 平 坦 儀 剖 面 式 平 坦 儀 國 際 糙 度 指 標, 每 200 公 尺 或 1000 不 適 用 之 區 段 公 尺 計 算 一 IRI 值, 每 160 公 尺 為 以 兩 公 尺 直 一 檢 測 區 段 規 進 行 檢 測 國 際 糙 度 指 標, 以 寬 3.66 公 尺 長 無 320 公 尺 為 一 檢 測 區 段 國 際 糙 度 指 標, 檢 測 區 段 的 寬 度 視 情 無 況 而 定 賓 西 法 尼 亞 州 輕 量 型 平 坦 儀 國 際 糙 度 指 標, 每 一 車 道 之 兩 輪 軌 跡 無 線 均 需 進 行 量 測

141 表 3 美 國 各 州 使 用 PI 為 平 坦 度 指 標 表 地 區 平 坦 儀 速 度 與 動 力 平 坦 度 指 標 與 量 測 標 準 中 央 覆 蓋 帶 加 州 加 州 平 坦 儀 速 度 : 不 超 過 步 行 速 度 動 力 : 手 動 或 汽 油 引 擎 縱 剖 面 指 標 ( PI) 每 100 公 尺 為 一 區 段 上 凸 / 下 凹 5 公 釐 印 地 剖 面 式 平 坦 儀 速 度 : 不 超 過 步 行 速 度 縱 剖 面 指 標 ( PI) 5 公 釐 安 那 州 動 力 : 手 動 或 汽 油 引 擎 每 160 公 尺 為 一 區 段 上 凸 / 下 凹 ( 公 釐 ) 密 西 剖 面 式 平 坦 儀 速 度 : 不 超 過 步 行 速 度 縱 剖 面 指 標 ( PI) 5 公 釐 根 州 動 力 : 手 動 或 汽 油 引 擎 每 160 公 尺 為 一 區 段 上 凸 / 下 凹 俄 亥 加 州 平 坦 儀 速 度 : 不 超 過 步 行 速 度 縱 剖 面 指 標 ( PI) 5 公 釐 俄 州 動 力 : 手 動 或 汽 油 引 擎 每 160 公 尺 為 一 區 段 上 凸 / 下 凹 ( 英 吋 ) 北 達 Cox CS820 無 詳 述 縱 剖 面 指 標 ( PI) 0 公 釐 克 塔 州 剖 面 式 平 坦 儀 每 160 公 尺 為 一 區 段 上 凸 / 下 凹 ( 英 吋 ) 堪 薩 加 州 平 坦 儀 速 度 : 不 超 過 步 行 速 度 縱 剖 面 指 標 ( PI) 5 公 釐 斯 州 異 常 凹 凸 點 : 三 米 直 規 動 力 : 手 動 或 汽 油 引 擎 每 100 公 尺 為 一 區 段 上 凸 / 下 凹 伊 利 5 公 尺 直 規 量 測 速 度 要 70 公 尺 / 縱 剖 面 指 標 ( PI) 5 公 釐 諾 州 加 州 平 坦 儀 小 時 每 160 公 尺 為 一 區 段 德 州 10 英 尺 直 規 速 度 : 不 超 過 步 行 速 度 剖 面 式 平 坦 儀 動 力 : 手 動 或 汽 油 引 擎 縱 剖 面 指 標 ( PI) 每 160 公 尺 為 一 區 段 5 公 釐 明 尼 加 州 平 坦 儀 速 度 : 不 超 過 步 行 速 度 縱 剖 面 指 標 ( PI) 5 公 釐 蘇 達 州 動 力 : 手 動 或 汽 油 引 擎 每 160 公 尺 為 一 區 段 上 凸 / 下 凹 密 西 剖 面 式 平 坦 儀 速 度 : 不 超 過 步 行 速 度 縱 剖 面 指 標 ( PI) 5 公 釐 西 比 州 動 力 : 手 動 或 汽 油 引 擎 每 160 公 尺 為 一 區 段 上 凸 / 下 凹 奧 勒 加 州 平 坦 儀 速 度 : 不 超 過 步 行 速 度 縱 剖 面 指 標 ( PI) 5 公 釐 岡 州 動 力 : 手 動 或 汽 油 引 擎 每 160 公 尺 為 一 區 段 上 凸 / 下 凹

142 肆 加 拿 大 平 坦 度 驗 收 規 範 6,8 6,8 本 文 蒐 集 之 加 拿 大 規 範, 有 英 屬 哥 倫 比 亞 省 亞 伯 達 省 與 薩 克 斯 其 萬 省 曼 尼 托 巴 省 紐 芬 蘭 省 新 斯 科 細 亞 省 愛 德 華 王 子 島 安 大 略 省 魁 北 克 省 與 新 伯 朗 斯 威 克 省 共 十 個 地 區, 分 析 比 較 該 等 地 區 所 使 用 之 量 測 儀 器 平 坦 度 指 標 檢 測 區 段 長 度 與 適 用 範 圍 ( 詳 見 表 4) 表 4 加 拿 大 各 省 之 平 坦 度 指 標 表 地 區 平 坦 儀 平 坦 度 指 標 中 央 覆 蓋 帶 英 屬 哥 倫 比 亞 縱 剖 面 指 標 ( PI) 亞 伯 達 省 剖 面 式 平 坦 儀 檢 測 區 段 長 : 100 公 尺 5 公 釐 薩 克 斯 其 萬 省 上 凸 / 下 凹 高 低 縱 剖 面 指 標 ( PI) 柔 性 路 面 曼 尼 托 巴 省 平 坦 儀 檢 測 區 段 長 : 100 公 尺 TCR 指 標 值 5 公 釐 剛 性 路 面 3 米 直 規 上 凸 / 下 凹 ( 公 釐 ) 縱 剖 面 指 標 ( PI) 安 大 略 省 加 州 平 坦 儀 檢 測 區 段 長 : 100 公 尺 零 公 釐 上 凸 / 下 凹 國 際 糙 度 指 標 ( IRI) 柔 性 路 面 慣 性 平 坦 儀 無 魁 北 克 省 檢 測 區 段 長 : 100 公 尺 縱 剖 面 指 標 ( PI) 剛 性 路 面 加 州 平 坦 儀 5 公 釐 檢 測 區 段 長 : 100 公 尺 新 伯 朗 斯 威 克 縱 剖 面 指 標 ( PI) 新 斯 科 細 亞 省 愛 德 華 王 子 島 加 州 平 坦 儀 檢 測 區 段 長 : 100 公 尺 5 公 釐 上 凸 / 下 凹 紐 芬 蘭 省

143 伍 中 國 大 陸 平 坦 度 驗 收 規 範 9 於 中 國 大 陸 方 面, 目 前 對 於 路 面 工 程 之 驗 收 檢 驗 項 目 標 準 值 係 區 分 為 高 速 公 路 與 其 他 公 路 二 個 等 級, 分 設 其 驗 收 通 過 之 門 檻 值, 並 依 據 鋪 面 型 式 區 分 為 水 泥 混 凝 土 瀝 青 混 凝 土 瀝 青 貫 入 式 瀝 青 表 面 處 理 等 多 種 不 同 型 式 之 面 層, 另 亦 依 據 面 層 特 性 差 異 訂 定 不 同 檢 驗 項 目 與 驗 收 標 準, 最 後 依 各 型 式 路 面 之 特 點 予 以 不 同 配 分 ( 詳 見 表 5) 表 5 中 國 大 陸 路 面 平 坦 度 驗 收 檢 驗 標 準 規 定 值 或 允 許 偏 差 面 層 型 式 檢 查 項 目 高 速 公 路 檢 查 方 法 和 頻 率 配 分 (%) 或 一 級 公 其 他 路 水 泥 混 凝 土 標 準 偏 差 (mm) 平 整 度 值 : 全 線 每 車 道 連 續 量 IRI(cm/km) 測, 每 100m 計 算 IRI 和 標 準 偏 差 值 單 點 高 低 (mm) 5 三 米 直 規 : 每 200m 挑 選 兩 處 15 瀝 青 混 標 準 偏 差 (mm) 平 整 度 值 : 全 線 每 車 道 連 續 量 高 速 公 路 凝 土 或 IRI(cm/km) 測, 每 100m 計 算 IRI 和 偏 差 值 和 一 級 公 路 :15 瀝 青 碎 石 單 點 高 低 (mm) 5 三 米 直 規 : 每 200m 挑 選 兩 處 其 他 :20 瀝 青 貫 入 式 偏 差 (mm) 3.5 平 整 度 值 : 全 線 每 車 道 連 續 量 IRI(cm/km) 580 測, 每 100m 計 算 IRI 和 偏 差 值 單 點 高 低 (mm) 8 三 米 直 規 : 每 200m 挑 選 兩 處 20 偏 差 (mm) 4.5 平 整 度 值 : 全 線 每 車 道 連 續 量 瀝 青 表 面 處 理 IRI(cm/km) 780 單 點 高 低 (mm) 10 測, 每 100m 計 算 IRI 和 偏 差 值 三 米 直 規 : 每 200 公 尺 挑 選 兩 處 20 規 範 內 容 中 所 規 定 之 抽 樣 頻 率, 係 以 雙 車 道 為 準, 若 實 際 車 道 數 多 於 雙 車 道, 則 依 據 車 道 數 之 比 值 增 加 抽 樣 頻 率 表 5 詳 細 列 出 中 國 大 陸 地 區 平 坦 度 相 關 驗 收 檢 驗 標 準

144 舉 例 來 說 : 若 鋪 面 面 層 為 瀝 青 混 凝 土 面 層, 其 驗 收 項 目 包 括 壓 實 度 平 整 度 ( 平 坦 度 ) 彎 沈 度 ( 撓 度 ) 抗 滑 厚 度 中 線 平 面 偏 差 縱 斷 高 程 寬 度 橫 坡 九 項 各 檢 驗 項 目 之 配 分 以 厚 度 壓 實 度 平 坦 度 撓 度 四 項 為 主, 各 佔 20%; 另 外 還 包 括 寬 度 坡 度 等 項 目, 總 計 分 數 為 100 分 根 據 加 總 結 果 評 定 完 工 路 面 之 品 質 狀 況, 若 總 計 得 分 不 小 於 85 分 者 評 定 為 優 良 ; 小 於 85 分 但 不 小 於 70 分 者 為 合 格 ; 小 於 70 分 者 為 不 合 格, 若 經 改 善 後 可 重 新 辦 理 驗 收, 但 所 得 評 分 等 級 僅 可 列 為 合 格 大 陸 地 區 瀝 青 混 凝 土 面 層 路 面 之 平 整 度 驗 收, 就 其 驗 收 之 平 坦 度 儀 器 可 採 用 自 動 或 半 自 動 平 整 度 儀, 量 測 時 沿 全 線 每 車 道 連 續 進 行, 以 每 100 公 尺 為 一 檢 測 區 段, 計 算 數 據 之 合 格 率 若 以 三 米 直 規 測 定 平 整 度 時, 則 以 表 5 各 種 面 層 型 式 平 坦 度 的 相 關 規 定 中 之 單 點 高 低 差 作 為 指 標, 超 過 者 為 不 合 格 ; 反 之 合 格 按 每 公 尺 結 果 計 算 合 格 率, 合 格 率 達 95% 以 上 者, 可 得 該 項 配 分 之 滿 分 ; 合 格 率 小 於 70%, 則 得 0 分 ; 若 介 於 70%~95% 之 間, 則 以 內 插 方 式 進 行 給 分 陸 日 本 平 坦 度 驗 收 規 範 日 本 現 行 規 範 係 採 用 三 米 直 規 作 為 道 路 平 坦 度 驗 收 標 準 儀 器, 但 有 鑑 於 國 際 上 採 用 自 動 化 儀 器 之 趨 勢, 目 前 日 本 道 路 公 團 亦 積 極 研 究 採 行 國 際 糙 度 指 標 ( IRI) 為 驗 收 標 準, 唯 目 前 尚 未 完 成 相 關 研 究, 亦 未 將 其 列 為 正 式 規 範, 故 於 此 仍 以 三 米 直 規 驗 收 之 相 關 規 定 為 主 要 探 討 內 容 日 本 路 面 平 坦 度 驗 收 規 範 主 要 依 循 日 本 道 路 協 會 瀝 青 鋪 面 綱 要, 採 用 三 米 直 規 量 測 所 得 之 標 準 差 為 驗 收 標 準, 沿 車 道 線 以 內 80~100 公 分 左 右 與 車 道 平 行 線 為 測 線, 沿 著 車 道 平 行 線 前 進, 每 進 行 1.5 公 尺 取 一 點 高 低 差, 紀 錄 至 1 公 釐 於 收 集 調 查 路 段 之 高 程 差 後, 每 6~10 點 為 一 組, 並 計 算 各 組 全 距 (R) 當 各 組 全 距 求 得 後, 接 著 計 算 全 部 各 組 之 平 均 全 距 ( ), 再 以 平 均 全 距 除 以 統 計 係 數 d 2, 即 可 求 出 平 坦 度 標 準 差 ( ) 其 中 統 計 係 數 d 2 之 大 小 與 每 組 的 點 數 有 關, 其 值 如 表 6 所 示 表 6 日 本 道 路 協 會 平 坦 度 標 準 差 之 統 計 係 數 (d d 2 ) 表 每 組 之 點 數 d 2 係 數 值

145 柒 平 坦 度 驗 收 規 範 賞 罰 機 制 探 討 本 文 綜 合 分 析 美 國 與 加 拿 大 共 計 十 八 州 與 十 省, 就 其 規 範 之 標 準 架 構 適 用 範 圍 等, 分 別 探 討 賞 罰 制 度 之 基 本 概 念 賞 罰 機 制 與 範 圍 等 一 賞 罰 制 度 之 基 本 概 念 經 彙 整 美 國 與 加 拿 大 之 平 坦 度 規 範 後, 發 現 其 對 測 得 各 路 段 平 坦 度 之 評 估, 可 分 為 五 種 不 同 結 果, 即 獎 勵 區 接 受 區 校 正 區 懲 罰 區 與 拒 絕 區 ( 如 圖 1 所 示 ), 亦 即 各 地 方 政 府 之 驗 收 工 程 師 除 監 督 該 承 包 商 道 路 鋪 築 是 否 合 於 一 般 可 接 受 的 平 坦 程 度 外, 更 藉 由 獎 金 來 獎 勵 施 工 品 質 特 別 優 良 的 承 包 商 ; 而 以 罰 金 來 懲 治 施 工 品 質 低 劣 的 承 包 商, 但 若 結 果 不 合 格 之 程 度 並 不 嚴 重, 則 承 包 商 可 透 過 無 償 整 平 的 修 正 工 作, 將 平 坦 度 提 升 而 無 需 罰 款 因 此, 依 此 概 念 可 訂 出 五 項 平 坦 度 標 準 分 區, 各 分 區 之 具 體 意 義 說 明 如 後 圖 1 美 加 平 坦 度 標 準 分 區 範 圍 ( 一 ) 獎 勵 區 當 承 包 商 完 成 新 工 道 路 鋪 設 後, 當 地 之 公 路 主 管 機 關 會 派 遣 專 業 之 工 程 師 進 行 道 路 平 坦 度 檢 驗, 若 其 檢 驗 結 果 良 好, 則 除 支 付 完 工 後 原 契 約 應 給 付 之 金 額 外, 另 依 照 規 定 提 供 適 度 獎 賞 金 額 給 承 包 商 以 玆 鼓 勵, 而 此 有 獎 金 提 供 之 平 坦 度 指 標 範 圍 稱 之 為 獎 勵 區 ( 二 ) 接 受 區 當 新 工 道 路 平 坦 度 檢 驗 結 果 良 好, 平 坦 度 指 標 在 合 格 的 範 圍 內, 但 未 達 相 當 優 良 程 度 時, 工 程 司 則 只 給 於 承 包 商 完 工 後 原 契 約 上 應? 付 之 金 額, 並 不 提 供 任 何 獎 金, 而 此 平 坦 度 指 標 範 圍 稱 為 接 受 區 ( 三 ) 校 正 區 若 新 工 道 路 平 坦 度 檢 驗 結 果 不 合 格, 在 接 受 區 的 範 圍 以 下, 工 程 師 依 規 定 要 求 承 包 商 進 行 無 償 之 磨 平 等 相 關 改 善 工 作, 直 到 符 合 規 定 之 合 格 標 準 內, 才 給 付 承 包 商 原 契 約 所 訂 之 工 程 契 約 價 款, 同 時 規 定 經 改 善 後 的 道 路 平 坦 度 檢 驗 結 果 若 落 入 獎 勵 區 的 範 圍 內 時, 不 再 提 供 獎 金, 而 此 範 圍 稱 為 校 正 區 ( 四 ) 懲 罰 區 指 新 工 道 路 平 坦 度 檢 驗 結 果 之 不 合 格 程 度 已 非 常 嚴 重, 超 出 可 無 償 校 正 範 圍, 表 示 此 承 包 商 之 施 工 品 質 惡 劣, 需 以 罰 金 以 示 懲 戒, 同 時 仍 需 改 善 ( 五 ) 拒 絕 區

146 當 平 坦 度 檢 驗 結 果 之 不 合 格 程 度 較 懲 罰 區 嚴 重, 已 非 可 接 受 或 可 校 正 之 平 坦 度 品 質, 此 時 工 程 司 可 解 除 契 約, 拒 絕 給 付 該 承 包 商 任 何 費 用, 如 加 拿 大 的 英 屬 哥 倫 比 亞 省 某 些 州 則 在 超 出 懲 罰 區 之 外 即 落 入 拒 絕 區 範 圍 內, 亦 即 需 無 償 刨 除 重 鋪 改 善 至 合 格 為 止, 如 緬 因 州 二 賞 罰 機 制 彙 整 比 較 依 據 本 文 蒐 集 之 美 國 與 加 州 共 約 30 州 與 省 的 新 工 道 路 平 坦 度 檢 驗 規 範, 其 中 部 分 地 區 並 未 詳 列 其 賞 罰 機 制, 彙 整 27 個 詳 列 賞 罰 機 制 之 州 與 省, 經 比 較 後 發 現 下 列 幾 項 要 點 : ( 一 ) 分 區 規 劃 各 州 省 並 非 均 完 整 規 劃 五 級 分 區, 如 美 國 蒙 大 拿 州 與 懷 俄 明 州 皆 無 校 正 區 與 拒 絕 區, 亦 即 一 旦 平 坦 度 驗 收 結 果 為 不 合 格 即 予 罰 款, 並 無 償 校 正 至 合 格 範 圍 內 ( 二 ) 獎 懲 金 額 計 算 方 式 各 州 省 之 獎 懲 制 度 差 異 甚 大, 其 金 額 計 算 方 式 可 分 以 下 三 種 : (1) 在 某 平 坦 度 標 準 值 範 圍 內, 賞 或 罰 某 固 定 百 分 比 乘 以 每 量 測 區 段 單 價 金 額 如 美 國 俄 亥 俄 州 伊 利 諾 州 奧 勒 岡 州 (2) 在 某 平 坦 度 標 準 值 範 圍 內, 每 單 位 量 測 區 段 賞 或 罰 某 固 定 金 額 如 美 國 北 達 克 塔 州 與 堪 薩 斯 州 (3) 採 用 付 費 因 子 公 式 如 美 國 的 緬 因 州 奧 勒 岡 州 與 懷 俄 明 州 ( 三 ) 獎 懲 金 額 平 衡 度 比 較 多 數 州 省 對 於 獎 懲 金 額 採 重 罰 輕 賞 的 分 配 方 式, 例 如 俄 亥 俄 州 之 懲 罰 區 上 限 為 10%, 獎 勵 區 上 限 則 僅 有 5%; 少 數 州 省 採 重 賞 輕 罰 之 分 配 方 式, 尤 以 採 累 進 固 定 金 額 的 州 偏 向 此 種 方 式, 例 如 北 達 塔 克 州 與 堪 薩 斯 州, 另 佛 蒙 特 州 與 奧 勒 岡 州 採 相 等 賞 罰, 不 特 別 偏 向 獎 勵 或 懲 罰 三 賞 罰 機 制 彙 整 比 較 ( 一 ) 採 用 PI 指 標 之 州 省 : 由 圖 2 中 可 大 致 看 出 以 PI 值 為 驗 收 門 檻 上 限 標 準 之 各 州 省, 其 門 檻 值 大 多 訂 在 200m m /km 以 內, 而 有 些 州 則 是 屬 於 比 較 寬 鬆 的 狀 況, 如 北 達 克 塔 州 德 州 等 ( 二 ) 採 用 IRI 指 標 之 州 省 : 由 圖 3 中 獲 悉 IRI 之 指 標 驗 收 門 檻 上 限 標 準 大 多 訂 在 60c m/km -140c m/km 以 內, 除 了 華 盛 頓 州 較 為 嚴 格 之 外, 其 他 州 的 平 坦 度 接 受 範 圍 較 為 接 近

147 註 : 薩 克 斯 其 萬 (1) 為 Tangents and Curve > 600m 情 況 ; 薩 克 斯 其 萬 (2) 為 Curve < 600m, Sublots within 50m of Bridge or RR crossing or end sublot 圖 2 美 加 使 用 P1 為 指 標 之 各 州 平 坦 度 接 受 範 圍 圖 3 美 加 使 用 IRI 為 指 標 之 各 州 平 坦 度 接 受 範 圍 ( 三 ) 根 據 LTPP 於 年 間 涵 蓋 美 國 47 個 州 與 加 拿 大 8 個 省, 總 共 1,793 個 試 驗 區 段 進 行 研 究, 於 研 究 期 間 所 蒐 集 之 左 右 輪 軌 跡 IRI 值 以 及 剖 面 資 料, 運 用 統 計 方 法 計 算 出 PI 5m m- IRI 與 PI 0.0m m- IRI 之 迴 歸 式, 將 美 國 與 加 州 對 於 瀝 青 鋪 面 之 評 估 標 準 統 一 比 較 後 發 現, 採 用 5 公 釐 覆 蓋 帶 PI 值 等 於 160m m/km, 運 用 上 述 資 料 建 立 之 公 式 計 算 後, 對 應 於 採 用 IRI 指 標 之 值 約

148 為 150c m/km 若 採 用 零 公 釐 覆 蓋 帶 PI 值 等 於 600m m/km, 對 應 於 採 用 IRI 指 標 值 約 為 180c m/km( 詳 圖 4), 兩 者 範 圍 相 當 吻 合 圖 4 IRI 值 與 PI 值 對 照 表 捌 平 坦 度 驗 收 規 範 架 構 探 討 根 據 美 國 加 州 日 本 與 中 國 大 陸 之 平 坦 度 規 範 發 現, 雖 然 各 國 使 用 之 儀 器 平 坦 度 指 標 或 制 訂 之 標 準 不 盡 相 同, 但 其 基 本 架 構 以 及 實 施 細 節 均 採 固 定 模 式, 本 節 將 就 美 國 與 加 拿 大 共 計 十 八 州 與 十 省 之 規 範 架 構 進 行 探 討 一 一 般 規 定 此 部 分 說 明 平 坦 度 對 鋪 面 的 重 要 性, 並 介 紹 該 規 範 之 適 用 範 圍, 及 檢 測 時 所 用 之 儀 器 與 指 標 同 時 規 範 中 強 調 以 獎 賞 制 度 鼓 勵 承 包 商 加 強 施 工 品 管, 以 鋪 築 平 坦 度 良 好 行 駛 舒 適 度 高 的 道 路 部 分 地 區 尚 特 別 強 調, 在 道 路 完 工 後 須 向 工 程 師 提 出 平 坦 度 檢 驗 申 請, 待 工 程 師 針 對 整 個 路 段 進 行 勘 查, 確 保 安 全 性 ( 移 除 障 礙 物 ) 並 確 認 路 段 可 達 設 計 速 限 後, 才 同 意 進 行 平 坦 度 的 檢 測 二 儀 器 與 設 備 在 檢 測 過 程 中 所 需 儀 器 操 作 方 法 校 估 標 準 和 方 式 操 作 人 員 等 皆 由 承 包 商 負 責, 儀 器 和 操 作 人 員 需 通 過 核 可 並 取 得 證 照 方 可 施 作 而 在 檢 測 前, 承 包 商 需 提 供 計 畫 書 予 工 程 師 參 考, 內 容 包 括 儀 器 詳 細 介 紹 ( 含 校 估 ) 操 作 人 員 操 作 方 式 及 相 關 證 照, 以 便 由 工 程 師 決 定 檢 測 方 式 及 設 備 選 用, 且 一 旦 經 決 定 後, 除 特 殊 情 形, 不 得 任 意 更 改 三 平 坦 度 檢 測 相 關 規 定 檢 測 區 段 的 長 度 或 範 圍 採 縱 向 或 橫 向 量 測 次 數 以 及 排 除 區 段 在 此 皆 有 詳 細 的 規 定 一 般 而 言, 在 鋪 築 前 承 包 商 須 先 實 地 操 作 儀 器 以 熟 悉 量 測 方 法, 並 在 每 一 個 工 作 日 結 束 後 進 行 當 日 檢 測, 若 有 任 一 區 塊 之 每 日 平 均 PI 值 大 於 110 公 釐 / 公 里 時, 路 面 鋪 築 工 作 就 不 得 繼 續 進 行, 直 到 承 包 商 對 此 路 段 之 路 面 完 成 修 正 工 作 後, 才 可 繼 續 鋪 築 最 後 總 檢 測 則 在 完 工 後, 未 開 放 車 輛 通 行 前 進 行, 若 承 包 商 未 依 此 辦 理 則 一 切 後 果 須 由 承 包 商 自 行 承 擔 另 外, 無 論 初 始 量 測 或 後 續 量 測, 承

149 包 商 必 須 提 供 附 近 區 域 的 交 通 控 制 及 調 查, 而 一 切 因 檢 測 對 舖 面 造 成 的 損 壞 都 由 承 包 商 負 責 修 補 至 於 有 關 排 除 區 段 的 部 分, 則 不 列 入 平 坦 度 及 獎 懲 考 慮 範 圍 之 內, 但 仍 舊 需 要 以 三 米 直 規 來 進 行 高 低 差 的 檢 測 若 有 不 合 格 的 區 段, 須 馬 上 進 行 修 復 工 作 四 鋪 面 平 坦 度 驗 收 標 準 美 加 兩 國 各 州 省 規 範 均 有 詳 細 列 出 各 州 平 坦 度 的 合 格 範 圍, 並 包 含 指 標 單 位 適 用 區 段 和 排 除 區 段 等 內 容 ; 此 外 單 點 高 低 差 亦 以 三 米 直 規 進 行 規 範 管 理 對 於 平 坦 度 不 合 格 而 須 進 行 改 善 的 地 方, 承 包 商 必 須 提 修 復 計 畫 書, 待 工 程 師 核 准 後 方 得 進 行, 一 切 的 費 用 支 出 均 由 承 包 商 負 責 最 後, 改 善 完 成 並 通 過 驗 收 標 準 的 區 段 均 須 由 工 程 師 蓋 章 核 准 通 過 五 賞 罰 制 度 各 州 省 有 其 付 費 調 整 方 式, 內 容 有 相 當 程 度 的 出 入, 部 分 州 省 是 將 每 車 道 分 開 計 算, 部 分 則 以 每 日 施 工 後 的 平 坦 度 進 行 每 日 付 費 調 整, 此 外 另 有 部 分 地 區 利 用 付 費 公 式 來 進 行 調 整 工 作 其 次, 若 是 首 次 鋪 設 結 果 落 於 校 正 區, 承 包 商 進 行 平 坦 度 改 善 工 程 後 之 平 坦 度 若 提 高, 且 落 於 獎 賞 區 範 圍, 部 分 州 省 將 依 照 新 鋪 後 的 平 坦 度 給 予 賞 勵, 但 多 數 州 省 則 無 論 改 善 效 果 再 好 也 不 給 予 獎 勵 值 得 注 意 的 是, 有 些 州 省 強 調 若 整 段 工 程 之 量 測 結 果 顯 示 平 均 平 坦 度 超 過 某 個 上 限 值 時, 則 無 論 單 一 檢 測 區 段 是 否 落 於 獎 賞 區, 皆 將 取 消 受 獎 資 格, 亦 即 此 段 工 程 將 不 會 得 到 任 何 獎 賞 六 平 坦 度 改 善 工 法 規 範 中 列 出 一 般 整 平 方 式 以 及 注 意 事 項 當 承 包 商 自 行 量 測 後 發 現 有 區 域 不 合 標 準 時 應 即 刻 刨 除 後 進 行 加 鋪, 而 工 程 師 要 注 意 其 刨 除 深 度 要 夠, 整 平 時 更 不 得 使 用 衝 擊 性 的 儀 器 ( 如 鐵 鎚 ), 另 外 整 平 的 費 用 均 由 承 包 商 承 擔, 且 整 平 區 段 皆 不 列 入 賞 罰 考 慮, 若 承 包 商 對 工 程 師 檢 測 上 有 質 疑 時, 可 提 出 申 請 進 行 調 查, 但 費 用 得 由 承 包 商 負 擔 玖 結 論 與 建 議 一 結 論 本 文 共 蒐 集 有 美 國 18 州 加 拿 大 10 省 大 陸 以 及 日 本 等 地 區 之 平 坦 度 相 關 規 定, 將 較 完 整 之 美 加 兩 國 各 州 省 規 範 比 較 後, 了 解 各 州 省 對 於 所 採 用 之 平 坦 度 評 估 指 標 鋪 面 驗 收 標 準 賞 罰 制 度 與 賞 罰 金 額 等 課 題 之 作 法 雖 不 一 致, 但 皆 將 賞 罰 制 度 納 入 驗 收 規 範 ; 且 美 加 兩 國 新 工 道 路 主 要 仍 以 PI 值 為 評 估 標 準, 多 數 訂 有 平 坦 度 賞 罰 機 制, 平 坦 度 檢 測 結 果 分 區 ( 包 含 獎 勵 區 接 受 區 校 正 區 懲 罰 區 與 拒 絕 區 ), 各 區 執 行 方 式 不 同, 但 多 數 州 省 以 實 際 金 額 方 式 獎 勵 與 懲 罰 施 工 品 質 優 良 或 低 劣 的 廠 商 二 建 議 道 路 平 坦 度 檢 驗 規 範 之 發 展 與 應 用, 於 世 界 多 國 已 行 之 有 年, 觀 察 國 內 雖 有 多 套 檢 測 標 準, 然 而 實 務 單 位 鮮 少 採 行, 因 此, 道 路 平 坦 度 品 質 要 求 較 難 以 執 行 與 落 實, 造 成 國 內 道 路 現 況 難 與 先 進

150 國 家 並 駕 齊 驅 道 路 之 平 坦 度 對 於 用 路 人 的 駕 駛 舒 適 感 與 行 車 品 質 有 著 最 直 接 的 反 映, 更 是 決 定 將 來 鋪 面 養 護 成 本 多 寡 與 使 用 年 限 長 短 之 重 要 因 素 隨 著 國 內 路 網 不 斷 擴 張 財 政 資 源 有 限 以 及 國 人 對 道 路 行 駛 品 質 要 求 日 殷 的 情 況 下, 如 何 於 道 路 鋪 築 時 控 制 完 工 品 質 提 高 道 路 服 務 水 準 實 為 當 務 之 急

151 摘 要 冰 凍 工 法 係 一 可 靠 度 高 及 安 全 性 佳 之 輔 助 工 法, 由 於 國 內 近 來 公 共 工 程 建 設 之 使 用 需 求 日 增, 本 文 乃 整 理 冰 凍 工 法 之 適 用 性 調 查 設 計 及 施 工 之 技 術 資 料, 供 同 仁 進 行 工 程 規 劃 設 計 之 參 考 壹 前 言 冰 凍 工 法 (Ground Freezing Method) 係 針 對 軟 弱 地 層 或 地 下 湧 水 豐 富 之 地 層 進 行 開 挖 時, 將 地 層 先 施 以 臨 時 凍 結, 以 提 高 地 層 之 強 度 及 不 透 水 性 之 工 法 亦 即 利 用 冰 凍 工 法 將 土 壤 中 之 水 分 凍 結, 藉 凍 土 之 高 強 度 及 不 透 水 性 作 為 施 工 所 需 之 短 期 穩 定 設 施 冰 凍 工 法 約 在 1862 年 第 一 次 被 應 用 在 土 木 工 程 上, 由 英 國 用 在 維 爾 斯 (Wales) 山 脈 採 礦 工 作 井, 以 防 止 軟 弱 不 透 水 層 之 崩 塌, 隨 後 歐 洲 及 蘇 聯 等 地 區 亦 陸 續 採 用, 如 1886 年 於 瑞 士 之 步 行 隧 道 工 程 ( 施 工 總 長 24m ) 1906 年 於 法 國 之 橫 斷 河 床 地 鐵 工 程 1933 年 於 蘇 聯 地 鐵 工 程 之 工 作 井 1942 年 於 巴 西 之 26 層 高 樓 ( 不 均 勻 沉 陷 之 修 正 ) 1960 年 於 加 拿 大 之 雙 拱 鐵 道 隔 牆 拆 除 工 程 等, 其 應 用 範 圍 相 當 廣 泛 尤 其 在 歐 洲 及 蘇 聯 使 用 頗 多

152 日 本 於 1959 年 開 始 由 京 都 大 學 村 山 塑 郎 教 授 首 先 從 事 冰 凍 工 法 之 研 究, 於 1962 年 首 次 在 大 阪 守 口 市 試 用 於 橫 斷 河 床 水 道 敷 設 工 程, 1968 年 正 式 用 於 東 京 金 杉 橋 工 程 及 大 阪 市 金 里 工 區 之 橫 斷 河 床 地 鐵 工 程 自 1973 年 以 來 隨 著 潛 盾 施 工 法 之 普 及 和 化 學 灌 漿 引 起 地 下 水 污 染 問 題, 促 使 冰 凍 工 法 使 用 案 例 遽 增 國 內 先 後 也 在 民 國 83 年 台 北 捷 運 新 店 線 CH221 標 ( 楊 國 榮 等 人, 1999) 民 國 84 年 台 北 捷 運 板 橋 線 CP262 標 ( 宋 立 民, 1997) 及 民 國 92 年 台 北 捷 運 板 橋 線 CD266 標 府 中 站, 於 災 後 復 舊 時 使 用 冰 凍 工 法 民 國 94 年 台 北 捷 運 新 莊 線 CK 570C 道 岔 結 構 及 CK 570G 大 橋 國 小 站, 採 用 冰 凍 工 法 做 為 開 挖 輔 助 工 法 由 於 未 來 冰 凍 工 法 做 為 主 體 工 程 施 工 的 輔 助 工 法 之 機 會 有 增 多 之 趨 勢, 本 文 乃 收 集 整 理 相? 設 計 與 施 工 資 料, 供 同 仁 規 劃 設 計 之 參 考 貳 冰 凍 工 法 之 適 用 性 冰 凍 工 法 具 有 可 靠 度 高 安 全 性 佳 及 無 公 害 等 優 點, 但 因 為 費 用 高 及 工 期 長, 一 般 僅 作 為 主 體 工 程 施 工 之 輔 助 工 法, 且 通 常 在 其 他 輔 助 工 法 不 可 行 時 採 用 冰 凍 工 法 施 工 對 象 主 要 為 橫 越 河 川 公 路 建 築 物 下 之 地 鐵 工 程, 及 一 些 都 市 地 下 街 或 地 下 通 道 管 道 開 挖, 隧 道 潛 盾 工 程 出 發 到 達 端 之 地 盤 處 理 等 各 項 工 程, 其 目 的 在 強 化 地 盤 周 邊 穩 定 工 作 面 及 防 止 開 挖 面 大 量 滲 水 冰 凍 工 法 常 用 於 處 理 地 層 開 挖 所 遭 遇 的 滲 水 湧 水 問 題, 一 般 用 於 當 高 壓 灌 漿 藥 液 灌 漿 降 水 噴 凝 土 等 輔 助 工 法 都 不 可 行 時 之 救 援 方 式 冰 凍 工 法 之 所 以 在 國 內 外 常 被 用 來 做 深 隧 道 之 潛 盾 發 進 到 達 地 下 接 合 與 急 曲 線 之 防 護, 及 深 開 挖 災 害 搶 救 或 擴 挖 等 較 困 難 工 作, 主 要 是 因 其 具 有 (1) 完 整 的 止 水 性 (2) 與 其 他 構 造 物 有 良 好 的 接 密 性 (3) 與 不 同 的 地 質 交 互 作 用 可 得 較 佳 之 一 體 性 (4) 安 全 性 高 (5) 復 元 性 佳 (6) 施 工 的 確 實 性 好 (7) 沒 有 公 害 (8) 改 良 後 強 度 高 且 平 均 (9) 施 工 管 理 確 實 等 特 性 ; 故 其 費 用 雖 較 高 工 期 雖 較 長, 但 在 安 全 性 的 考 量 下, 較 困 難 工 作 採 用 冰 凍 工 法 之 機 率 仍 極 高 ( 詳 圖 1) 規 劃 冰 凍 工 法 前 之 地 層 狀 況 探 測, 研 究 地 盤 周 邊 環 境 等 因 素, 頗 為 重 要 採 用 冰 凍 工 法 之 一 般 條 件 及 其 特 性 概 述 如 下 : 一 土 壤 之 含 水 量 最 低 限 度 為 5~7% 二 覆 土 厚 宜 大 於 4 公 尺 三 砂 性 土 壤 其 所 形 成 之 凍 土 強 度 較 黏 性 土 為 高, 飽 和 度 愈 高, 則 凍 土 之 強 度 也 愈 高 四 單 排 冷 凍 管 列 所 凍 結 之 凍 土 厚 度, 與 冷 凍 管 配 置 有 關 係, 一 般 厚 度 為 1~ 4 公 尺 不 等 五 凍 結 體 之 冷 凍 程 度 與 周 圍 土 壤 溫 度 應 保 持 一 定 關 係, 故 需 隨 時 檢 測 此 二 者 之 溫 差 設 定 凍 結 體 之 冷 度 一 般 為 -10 至 -20 不 等, 依 外 圍 土 層 溫 度, 隧 道 體 內 溫 度 或 地 表 溫 度 而 定 凍 結 體 之 冷 度 亦 有 接 近 -30 或 降 至 -40 甚 至 更 低 者

153 圖 1 冰 凍 工 法 之 特 色 六 在 地 下 水 流 動 太 大 或 河 川 漲 落 差 過 高 之 地 帶, 規 劃 時 需 考 慮 水 流 所 造 成 之 熱 能 量 補 充 效 應, 若 大 於 冷 卻 能 量, 將 使 冷 凍 效 果 減 弱, 甚 或 無 法 凍 結 一 般 土 壤 空 隙 內 水 之 滲 流 速 度 大 於 1~ 2m /day, 則 採 鹵 水 冷 凍 系 統 冰 凍 時, 冰 牆 將 不 易 形 成 須 採 用 液 態 氮 冷 凍 工 法 七 採 用 冰 凍 工 法 施 工 之 隧 道 乃 分 段 進 行, 冷 凍 管 鑽 孔 長 度 分 布 為 10~ 50 公 尺 均 有, 長 度 越 長 之 冷 凍 管, 其 管 徑 需 越 大, 以 維 持 冷 凍 管 之 鑽 設 精 度 由 於 處 理 地 層 開 挖 面 之 止 水 及 穩 定 問 題, 通 常 採 用 降 水 藥 液 灌 漿 高 壓 灌 漿 噴 凝 土 等 地 盤 改 良 之 輔 助 工 法, 各 工 法 皆 具 有 其 適 用 條 件, 選 擇 何 種 工 法 均 需 先 瞭 解 工 區 地 層 實 際 狀 況, 施 工 條 件 及 開 挖 方 式, 並 據 以 進 行 可 行 性 研 究 及 審 慎 評 估 後, 方 可 使 日 後 開 挖 工 程 進 行 順 利 採 用 冰 凍 工 法 亦 不 例 外, 且 其 前 置 作 業 較 其 他 工 法 更 為 重 要 一 般 而 言, 考 慮 採 用 冰 凍 工 法 之 合 宜 時 機, 茲 條 列 如 下 : 一 降 水 工 法 會 導 致 建 築 物 或 街 道 地 下 管 線 發 生 沉 陷 及 損 害 之 虞 時 二 當 藥 液 灌 漿 會 影 響 地 下 水 質 造 成 污 染 地 下 水 之 疑 慮 時 三 當 壓 力 灌 漿 遭 遇 低 滲 透 性 土 壤, 影 響 固 結 效 果 時 四 當 噴 凝 土 工 法 無 法 有 效 克 服 開 挖 面 湧 水 問 題 時 五 適 用 於 高 地 下 水 位 且 透 水 性 高 之 地 層 開 挖 處 理 六 適 用 於 軟 弱 地 層 如 流 沙 爛 泥 層 礦 碴 層 崩 積 層 等 進 行 豎 井 橫 坑 及 隧 道 之 開 挖 七 當 點 井 鑽 孔 排 水 坑 工 法 會 使 開 挖 中 之 隧 道 因 偏 土 壓 導 致 異 常 變 形 時 八 當 河 ( 海 ) 底 隧 道 施 工 之 地 層 條 件 ( 高 透 水 性 且 地 層 層 次 分 布 不 規 則 ) 適 合 時

154 參 冰 凍 工 法 之 調 查 冰 凍 工 法 較 一 般 地 層 改 良 工 法 費 用 較 高 昂, 為 獲 致 確 實 的 效 果, 必 須 掌 握 地 形 及 地 質 地 下 水 流 周 邊 環 境 障 礙 物 等 條 件, 上 述 資 料 不 僅 可 判 斷 冰 凍 工 法 的 適 用 性, 並 可 做 為 設 計 及 施 工 之 依 據 一 現 地 環 境 調 查 ( 一 ) 土 地 現 況 : 調 查 現 地 屬 於 道 路 或 河 川 用 地 都 市 或 郊 外, 並 調 查 地 表 或 地 下 有 無 特 殊 限 制 條 件, 特 別 在 環 境 保 護 上 之 噪 音 振 動 之 規 定 ( 二 ) 道 路 狀 況 : 交 通 維 持 必 要 之 調 查 及 道 路 使 用 申 請 ( 三 ) 冷 凍 基 地 : 儘 量 接 近 工 程 地 點 取 得 冷 凍 基 地 ( 四 ) 電 力 : 冰 凍 工 法 需 要 大 量 的 電 力, 事 前 與 電 力 公 司 協 商 取 得 供 電 承 諾 二 鄰 近 建 物 與 障 礙 物 調 查 施 工 位 置 附 近 的 結 構 物, 可 能 直 接 受 冰 凍 工 法 的 影 響, 包 括 建 築 物 橋 梁 鐵 塔 等 地 上 結 構 物, 以 及 自 來 水 下 水 道 維 生 管 線 等 地 上 埋 設 管 線, 應 調 查 其 位 置 規 模 結 構 型 式 基 礎 型 式 使 用 現 況 等 三 地 形 及 地 質 調 查 地 形 及 地 質 條 件 係 冰 凍 工 法 設 計 之 基 本, 應 進 行 充 分 之 調 查 地 形 應 採 廣 範 圍 之 調 查, 包 括 台 地 山 谷 等 影 響 地 下 水 流 速 與 流 向 之 因 素 地 質 調 查 則 包 括 文 獻 調 查 地 層 分 布 地 下 水 文 及 水 質 現 場 試 驗 及 室 內 試 驗 等, 另 外, 為 利 埋 設 冷 凍 管 所 需 之 鑽 孔 施 工 性 調 查 地 中 溫 度 分 布 及 氣 象 條 件 等 肆 冰 凍 工 法 原 理 與 設 計 流 程 依 據 改 良 目 的 及 初 步 調 查 資 料, 完 成 概 略 設 計 檢 討 ( 含 冷 凍 範 圍 工 期 工 程 費 檢 討 ), 並 決 定 是 否 採 用 冰 凍 工 法 決 定 採 用 冰 凍 工 法 後, 再 依 補 充 調 查 結 果 進 行 基 本 設 計, 包 括 凍 土 結 構 計 算 冷 凍 速 度 及 冷 凍 能 量 負 荷 計 算 等 冰 凍 工 法 之 設 計 流 程 如 圖 2 所 示 右 圖 2 冰 凍 工 法 之 設 計 流 程 冰 凍 工 法 係 將 冷 凍 管 ( 直 徑 約 75m m~ 100m m 之 鋼 管 ) 按 所 定 的 間 距 ( 約 80c m) 埋 設 於 欲 處 理 之 地 層 中, 利 用 液 態 氮 或 鹵 水 (Brine) 冷 凍 液 經 冷 凍 管 循 環, 將 土 中

155 熱 量 攜 出, 而 使 土 壤 孔 隙 中 之 水 轉 換 為 冰 並 將 冷 凍 管 周 圍 土 層 予 以 凍 結 初 期 凍 土 會 形 成 以 冷 凍 管 為 中 心 的 年 輪 狀 圓 柱 形, 若 將 冷 凍 管 以 適 當 的 間 距 埋 設, 則 可 形 成 相 鄰 的 圓 柱 狀 凍 土, 最 後 會 形 成 連 續 凍 土 壁 體 或 環 狀 之 冰 牆, 詳 圖 3 所 示 凍 土 壁 體 會 有 完 全 之 止 水 性 及 高 強 度, 可 作 為 臨 時 性 的 擋 土 壁 體 凍 土 具 有 下 列 特 性 : 圖 3 凍 土 之 成 長 過 程 ( 精 研, 2004) 一 高 抗 壓 強 度 : 強 度 可 達 到 60 ~ 200kg /cm 2, 如 此 可 承 擔 設 計 載 重, 作 為 臨 時 性 的 樁 或 擋 土 牆, 或 穩 定 軟 弱 地 層, 有 助 於 深 開 挖 隧 道 或 豎 井 的 開 挖 穩 定 二 不 透 水 性 : 地 層 開 挖 時, 凍 結 地 層 可 成 為 圍 屏 或 帷 幕 之 保 護 層, 沒 有 大 量 出 水 之 虞 伍 冰 凍 工 法 之 凍 結 方 式 冰 凍 工 法 之 凍 結 方 式 可 概 分 為 密 閉 式 循 環 系 統 及 開 放 式 循 環 系 統 兩 種, 應 依 工 程 的 特 性 及 需 求 選 擇 適 當 之 凍 結 方 式 密 閉 式 循 環 系 統 費 時 較 長, 但 可 形 成 穩 定 的 凍 土, 適 合 大 規 模 長 期 的 凍 土 工 程 ; 開 放 式 循 環 系 統 可 急 速 冷 凍, 成 本 較 昂 貴, 適 合 於 小 規 模 急 迫 性 之 凍 土 工 程

156 密 閉 式 循 環 凍 結 方 式 係 將 氯 化 鈣 或 鹵 水 (Brine) 冷 凍 液 ( 凝 固 點 最 低 可 達 - 70 ) 經 由 冷 凍 機 冷 卻 後, 再 輸 入 冷 凍 液 循 環 系 統 凍 結 土 壤 ; 開 放 循 環 凍 結 方 式 係 以 低 溫 液 化 氣 體 ( 液 態 氮 等 ) 直 接 冷 凍 土 壤 其 中, 液 態 氮 的 凍 結 方 式 是 屬 急 速 冷 凍 ( 可 達 - 196, 一 般 係 使 用 於 較 急 迫 或 改 良 體 積 小 於 100m 3 之 區 域, 成 本 較 昂 貴 ) ; 而 鹵 水 (Brine) 的 凍 結 方 式 則 是 屬 於 循 序 漸 進 的 ( 需 花 較 多 時 間, 但 能 造 成 較 穩 定 的 凍 土, 因 此 較 適 合 大 規 模 長 期 間 的 凍 土 工 程 ) 茲 將 兩 種 凍 結 方 式 說 明 如 下 : ( 詳 圖 4) 圖 4 冰 凍 工 法 之 凍 結 方 式 一 密 閉 式 循 環 系 統 ( 以 鹵 水 冷 凍 系 統 為 主 ) 圖 4 所 示 為 密 閉 式 循 環 系 統 冷 卻 方 式 係 經 由 冷 媒 冷 卻 水 及 冷 凍 液 (Brine) 三 個 循 環 系 統, 將 地 層 之 熱 量 以 間 接 方 式 發 散 於 大 氣 中, 以 使 地 層 冷 卻 結 凍, 其 作 法 原 理 類 似 冰 箱 之 冷 卻 方 式 各 個 循 環 系 統 之 運 作 原 理 如 下 : ( 一 ) 冷 凍 液 (Brine) 循 環 系 統 由 冷 凍 液 (Brine, 一 般 採 用 氯 化 鈣 溶 液 ) 循 環 幫 浦 蒸 發 器 與 冷 凍 管 組 成 以 冷 凍 液 ( 凝 固 點 最 低 可 達 -70 ) 循 環 吸 收 地 層 之 熱 量, 散 熱 到 冷 媒 循 環 系 統 中 運 作 過 程 為 由 循 環 幫 浦 將 冷 凍 液 ( 氯 化 鈣 凝 固 點 為 C ) 輸 送 到 蒸 發 器 冷 卻 至 約 C 後, 注 入 冷 凍 管 吸 收 地 層 熱 量, 冷 凍 液 再 循 環 至 蒸 發 器 散 熱 冷 卻 如 此 重 複 循 環 冷 卻 使 地 層 冰 凍 ( 二 ) 冷 媒 循 環 系 統 冷 媒 循 環 系 統 是 由 壓 縮 機 冷 凝 器 與 蒸 發 器 所 組 成 其 功 用 在 於 吸 收 冷 凍 液 之 熱 量, 藉 由 循 環 方 式 散 熱 於 冷 卻 水 系 統 中 運 作 時, 壓 縮 機 將 冷 媒 ( 一 般 採 用 R-22) 壓 縮 為 高 溫 高 壓 之 氣 體, 再 經 冷 凝 器 冷 卻 成 為 高 壓 低 溫 之 液 態 冷 媒, 並 通 過 膨 脹 閥 減 壓, 將 低 溫 低 壓 之 液 態 冷 媒 置 於 蒸 發 器

157 中, 經 吸 收 冷 凍 液 之 熱 量 後 液 態 冷 媒 蒸 發 成 為 氣 態 冷 媒, 氣 態 冷 媒 再 度 吸 入 壓 縮 機 壓 縮 成 高 壓 高 溫 之 氣 態 冷 媒, 此 一 形 成 完 整 冷 媒 冷 凍 循 環, 一 般 稱 此 為 冷 凍 循 環 系 統 或 通 稱 為 冷 凍 機, 其 中 冷 媒 為 一 種 易 揮 發 之 液 體, 在 冷 凝 器 中 放 熱 凝 結 成 液 體, 但 在 蒸 發 器 中 則 吸 熱 蒸 發 成 氣 體 壓 縮 機 則 提 供 循 環 中 壓 力 差, 使 冷 媒 於 系 統 中 循 環 流 動 ( 三 ) 冷 卻 水 循 環 系 統 係 由 冷 卻 水 循 環 幫 浦 冷 凝 器 與 冷 卻 塔 所 組 成 其 作 用 是 將 冷 媒 系 統 的 熱 量 以 水 氣 蒸 發 方 式 散 熱 於 大 氣 中 運 作 時 係 由 冷 卻 水 循 環 幫 浦 將 冷 卻 水 加 以 循 環 此 冷 卻 水 將 自 冷 凝 器 內 吸 收 之 熱 發 散 於 大 氣 中 冷 凝 器 內 是 以 冷 卻 水 作 為 冷 卻 介 質 二 開 放 式 循 環 系 統 ( 液 態 氮 冷 凍 系 統 ) 開 放 式 冰 凍 工 法 亦 稱 為 液 態 氮 冰 凍 工 法, 係 將 液 態 氮 ( 汽 化 溫 度 -196 ) 直 接 經 由 輸 送 管, 或 經 由 連 接 液 化 氮 儲 存 槽 直 接 灌 入 埋 設 地 層 內 之 冷 凍 管, 藉 由 液 態 氮 的 汽 化 熱 吸 走 地 層 之 部 分 熱 量, 汽 化 後 之 氮 氣 在 排 出 過 程 中 又 會 吸 收 地 層 部 分 熱 量, 以 此 方 式 急 速 將 地 層 凍 結 起 來 由 於 氮 氣 是 直 接 排 出 於 大 氣 中 而 不 再 收 回, 故 稱 為 開 放 式 冰 凍 工 法 三 兩 種 凍 結 方 式 之 比 較 上 述 兩 種 冷 凍 系 統 中, 鹵 水 (Brine) 系 統 因 冷 凍 液 之 溫 度 較 高 (-25? C), 故 形 成 凍 土 所 需 時 間 長, 此 方 法 適 用 於 大 規 模 與 工 期 長 之 工 程 開 放 式 循 環 系 統 因 液 態 氮 之 溫 度 低 (-196? C) 冷 凍 力 強 和 凍 結 速 度 快 之 特 點, 其 冷 凍 能 力 約 為 鹵 水 (Brine) 之 十 倍 且 較 低 溫 度 對 地 質 強 化 有 更 佳 之 效 果, 尤 其 在 較 低 溫 時, 冰 和 岩 石 反 而 會 收 縮, 可 抵 消 部 分 因 為 水 結 冰 在 初 期 造 成 之 膨 脹 壓 及 隆 起 在 設 備 操 作 部 分, 液 態 氮 工 法 比 鹵 水 (Brine) 冷 凍 液 來 的 容 易, 不 需 要 複 雜 操 作 及 眾 多 儀 表 監 控, 也 不 需 要 在 現 場 設 置 龐 大 機 具 設 備 惟 液 態 氮 工 法 之 費 用 較 鹵 水 (Brine) 系 統 昂 貴 兩 系 統 之 優 缺 點 如 表 1 所 示 表 1 凍 結 方 式 之 種 類 及 優 缺 點 比 較 凍 結 方 式 冷 凍 材 料 適 用 土 壤 範 圍 優 點 缺 點 1. 密 閉 式 循 環 系 統 (Brine 冷 凍 系 統 ) 氯 化 鈣 溶 液 適 用 於 任 何 地 層 1. 適 用 於 大 規 模 與 施 工 期 長 之 工 程 2. 費 用 較 低 廉 1. 形 成 凍 土 之 時 間 較 長 2. 地 層 隆 起 或 下 陷 量 較 大 3. 冷 凍 機 組 龐 大 操 作 較 複 雜 2. 開 放 式 循 環 系 統 液 態 氮 適 用 於 任 何 地 層 1. 形 成 凍 土 之 時 1. 費 用 昂 貴 ( 液 態 氮 冷 凍 系 間 較 短 統 ) 2. 地 層 隆 起 或 下 陷 量 較 少 3. 設 備 操 作 簡 單 迅 速 ( 摘 自 陳 逸 駿, 2003)

158 陸 土 壤 基 本 熱 性 質 與 凍 土 特 性 一 土 壤 基 本 熱 性 質 冰 凍 工 法 之 設 計 應 對 土 壤 之 基 本 熱 性 質 有 具 體 瞭 解, 包 括 (1) 土 壤 之 熱 性 質 (2) 土 壤 冷 凍 速 度 (3) 地 下 溫 度 分 布 (4) 土 壤 解 凍 速 度 ( 一 ) 土 壤 之 熱 性 質 土 壤 的 熱 性 質 一 般 是 以 容 積 含 水 率 為 指 標 來 推 算 ( 一 般 係 由 地 層 的 孔 隙 率 與 飽 和 度 來 計 算 出 容 積 含 水 率, 並 決 定 熱 性 質 ), 其 中 地 層 溫 度 θ 是 以 欲 改 良 地 區 之 地 下 水 溫 度 來 決 定, 通 常 在 歐 洲 地 區 假 定 值 為 14, 日 本 為 18, 赤 道 附 近 為 27, 台 灣 則 為 24 ( 二 ) 土 壤 凍 結 速 度 如 地 下 溫 度 冷 凍 液 溫 度 愈 低, 冷 凍 管 徑 愈 大 則 凍 結 速 度 愈 快 一 般 平 板 凍 結 比 單 管 凍 結 快, 管 列 凍 結 則 介 於 中 間 ( 詳 圖 5) 實 務 上 多 以 管 列 理 論 的 凍 土 成 長 曲 線 ( 凍 土 層 與 凍 結 時 間 之 關 係 ) 到 設 計 凍 土 厚 度 所 需 之 時 間 圖 5 不 同 凍 結 型 態 之 冷 凍 速 度 比 較 ( 精 研, 2004) 圖 6 不 同 冰 凍 型 態 之 凍 結 負 荷 比 較 ( 精 研, 2004) 凍 結 負 荷 ( 冷 凍 能 量 負 荷 ) 是 指 單 位 時 間 自 冷 卻 面 ( 冷 凍 管 表 面 ) 單 位 面 積 傳 入 之 熱 量 凍 結 負 荷 在 凍 結 開 始 時 較 大, 但 將 隨 著 凍 土 的 成 長 而 減 少, 其 中 平 板 冰 凍 的 凍 結 負 荷 最 初 比 單 管 冰 凍 的 凍 結 負 荷 的 值 大, 但 因 凍 土 成 長 快, 因 此 其 減 少 的 比 例 亦 大, 一 段 時 間 後 反 而 比 單 管 的 負 荷 小, 管 列 凍 結 最 初 是 單 管 負 荷 待 管 列 間 的 凍 土 連 結 後, 則 逐 漸 變 為 平 板 負 荷 依 據 管 列 的 凍 結 負 荷 曲 線 可 推 算 出 凍 結 設 備 ( 冷 凍 機 ) 所 必 要 的 容 量 ( 詳 圖 6)

159 ( 三 ) 地 下 溫 度 分 布 地 下 溫 度 分 布 亦 同 樣 地 可 以 分 析 計 算 依 實 際 經 驗 在 凍 結 區 域 與 未 凍 結 區 域, 其 分 布 曲 線 各 異, 在 凍 結 區 域 內 凍 土 的 溫 度 大 致 隨 著 距 冷 卻 面 的 距 離 增 加 而 實 線 性 增 加, 溫 度 分 布 是 近 乎 直 線, 未 凍 結 區 域 內 的 溫 度 則 是 非 線 性 遞 增, 並 在 遠 方 形 成 逐 漸 與 初 期 地 下 溫 度 相 接 近 的 曲 線 利 用 上 述 特 性 經 由 凍 結 區 域 內 冷 凍 管 與 測 溫 管 間 之 間 距 及 溫 度 差, 即 可 依 直 線 理 論 求 出 凍 結 面 的 位 置 ( 詳 圖 7) 圖 7 凍 結 面 之 判 讀 方 式 ( 精 研, 2004) ( 四 ) 土 壤 解 凍 速 度 凍 土 的 自 然 解 凍 速 度, 可 採 單 向 度 ( 一 維 ) 解 凍 理 論 求 出, 其 解 凍 速 度 是 依 存 於 凍 結 時 的 冷 卻 溫 度 與 冷 卻 時 間, 其 冷 凍 液 溫 度 愈 低 凍 結 期 間 愈 長 則 解 凍 速 度 愈 慢 一 般 而 言, 解 凍 的 速 度 是 極 為 緩 慢 的 因 此 在 凍 結 維 持 的 階 段, 因 短 期 停 電 或 機 械 故 障 致 冷 卻 中 斷 時, 可 知 是 不 必 掛 慮 的, 但 凍 土 如 被 外 氣 流 動 的 水 或 其 他 構 造 物 所 傳 來 的 熱 加 溫 時, 其 解 凍 速 度 將 會 加 快, 因 此 必 須 充 分 加 以 注 意 ( 通 常 於 凍 土 的 開 放 面 均 會 於 其 表 面 設 置 隔 熱 材 ) 圖 8 所 示 為 凍 結 日 數 與 解

160 凍 厚 度 之 理 論 曲 線, 顯 示 經 過 50 天 凍 結 後, 停 止 凍 結 時 其 第 一 天 的 自 然 解 凍 速 度 約 為 l cm/day 圖 8 凍 結 日 數 與 解 凍 厚 度 之 關 係 ( 精 研,2004) 二 凍 土 的 特 性 冰 凍 工 法 的 設 計 應 掌 握 凍 土 的 特 性, 包 括 (1) 凍 土 的 強 度 特 性 (2) 凍 土 的 膨 脹 與 收 縮 特 性 (3) 地 下 水 流 的 影 響 ( 一 ) 凍 土 的 強 度 特 性 通 常 單 軸 壓 縮 強 度 為 0.3kg/cm 2 之 軟 弱 土 壤, 祇 要 將 其 冷 凍 為 - 20 之 凍 土 時 其 強 度 可 一 躍 而 成 為 45kg/cm 2 以 上 ( 增 加 約 150 倍 ), 但 一 般 而 言 在 溫 度 愈 低 或 是 土 壤 顆 粒 愈 大 之 情 況 下, 強 度 會 愈 大 ( 詳 圖 9 圖 10 及 圖 11) 圖 9 凍 土 的 強 度 與 溫 度 之 關 係 圖 10 凍 土 的 強 度 與 鹽 分 濃 度 之 關 係

161 圖 11 凍 土 之 粒 徑 與 力 學 性 質 ( 精 研, 2004) ( 二 ) 凍 土 的 膨 脹 與 收 縮 特 性 一 般 裝 於 容 器 中 的 水 會 因 凍 結 而 產 生 約 9% 的 膨 脹, 但 在 地 層 中 因 水 分 子 會 因 受 擠 壓 而 往 外 散 開, 故 一 般 在 透 水 性 良 好 的 砂 或 砂 礫 層 地 層 中 是 不 會 產 生 膨 脹 現 象 的, 但 通 常 在 20μ 以 下 細 小 的 微 粒 土 壤 居 多 時, 因 水 分 子 較 難 往 外 擴 散, 故 會 產 生 凍 脹 現 象 另 在 凍 結 時 會 產 生 膨 脹 的 土 壤 通 常 在 解 凍 時 亦 會 產 生 比 凍 脹 量 更 大 幅 度 的 收 縮 ( 融 況 ), 其 主 要 原 因 在 於 當 凍 結 土 中 的 冰 溶 解

162 時 將 很 輕 易 地 脫 水, 而 較 細 小 的 微 粒 土 壤 則 因 冷 凍 時 已 遭 擠 壓, 故 解 凍 時 亦 較 不 易 回 復, 因 而 產 生 收 縮 沉 陷 凍 土 的 膨 脹 與 收 縮 特 性 詳 圖 12 所 示 減 輕 凍 脹 之 對 策 包 括 : 1. 減 小 凍 結 區 範 圍 ; 2. 於 凍 土 區 內 設 置 解 壓 孔 或 溫 水 管 ; 3. 凍 結 前 將 凍 土 區 內 之 含 水 量 降 低 ; 4. 增 加 地 下 水 之 黏 性 ; 5. 儘 量 不 要 設 計 為 封 閉 型 凍 結 區 ; 6. 凍 結 區 預 先 以 灌 漿 方 式 加 以 固 化 ; 7. 採 用 快 速 冰 凍 方 法 如 降 低 凍 結 初 期 之 冷 凍 液 溫 度 等, 以 縮 短 達 到 設 計 凍 土 厚 所 需 之 時 間, 減 輕 吸 水 作 用 造 成 的 凍 脹 減 緩 凍 土 融 沉 量 之 對 策 包 括 : 1. 在 構 造 物 下 方 設 計 支 撐 ; 2. 在 構 造 物 下 方 進 行 地 盤 改 良 ; 3. 在 冷 凍 區 外 做 一 隔 牆 以 限 定 沉 陷 區 ; 4. 解 凍 時 做 脈 狀 灌 漿 讓 解 凍 物 融 沉 量 與 脈 狀 灌 漿 的 隆 起 量 達 到 平 衡 ; 5. 凍 結 區 預 先 以 灌 漿 方 式 加 以 固 化 ( 三 ) 地 下 水 流 的 影 響 當 地 層 中 的 地 下 水 流 超 越 某 種 界 限 時, 其 帶 進 的 熱 會 使 冷 凍 管 間 的 凍 土 無 法 連 結, 致 無 法 形 成 所 期 待 的 凍 土 牆 由 施 工 經 驗 得 知, 通 常 流 速 在 1 m /day 以 下 的 地 下 水 流, 對 凍 結 幾 乎 是 無 影 響, 但 如 有 界 限 流 速 以 上 的 水 流 時, 採 取 降 低 流 速 之 輔 助 措 施 ( 如 灌 漿 等 ) 是 有 必 要 的 ( 通 常 Brine 系 統 地 下 水 流 不 得 大 於 2 m /day, 液 態 氮 系 統 不 得 大 於 10 m /day) 圖 12 凍 土 的 膨 脹 與 收 縮 特 性 說 明 ( 精 研, 2004)

163 柒 冷 凍 管 配 置 與 設 計 凍 土 形 狀 冰 凍 工 法 之 防 護 形 狀 依 地 層 改 良 之 目 的 不 同 而 異, 可 藉 冷 凍 管 之 排 列 模 式 形 成 所 需 之 凍 土 形 狀 依 設 計 凍 土 形 狀, 決 定 冷 凍 管 之 配 置, 包 含 冷 凍 管 間 距 數 量 水 平 或 垂 直 等 一 冷 凍 管 型 式 冷 凍 管 型 式 有 (1) 單 管 式 (2) 雙 重 管 式 (3) 限 定 式 及 (4) 鑽 孔 式 等 四 類, 設 計 時 應 依 冷 凍 之 目 的 凍 土 形 狀 及 現 場 特 性 等, 選 擇 適 當 之 冷 凍 管 由 於 冰 凍 工 法 有 冷 凍 液 不 可 以 滲 流 到 凍 結 土 層 的 嚴 格 限 制, 以 免 因 土 層 內 含 有 冷 凍 液 而 造 成 一 塊 永 不 凍 結 區 一 般 冷 凍 管 的 內 外 管 都 是 使 用 低 碳 無 縫 鋼 管, 也 就 是 一 般 使 用 的 瓦 斯 鋼 管 (Steel Gas Pipe, SGP) 常 用 的 冷 凍 管 有 以 下 四 種 型 式 : ( 如 圖 13 所 示 ) ( 一 ) 單 管 式 冷 凍 管 單 管 式 冷 凍 管 為 由 一 根 冷 凍 管 所 構 成, 冷 凍 液 由 冷 凍 管 一 端 進 入, 再 由 冷 凍 管 另 一 端 流 出, 其 主 要 目 的 是 當 作 貼 附 板 來 使 用, 以 保 持 凍 結 區 外 圍 介 面 的 溫 度 和 凍 土 的 溫 度 相 當, 不 至 於 因 為 邊 界 溫 度 過 高 而 影 響 到 凍 結 區 內 凍 土 的 維 持 ( 二 ) 雙 重 管 式 冷 凍 管 雙 重 管 式 冷 凍 管 由 內 管 ( 通 常 外 徑 3/4in.) 和 外 管 ( 通 常 外 徑 3-1/ 2 in.) 所 構 成, 冷 凍 液 從 內 管 進 入, 在 流 經 外 管 時 和 地 層 進 行 熱 交 換 一 般 雙 重 管 式 冷 凍 管 通 常 用 於 垂 直 凍 結 土 層, 以 等 間 隔 的 方 式 排 列 埋 設 至 欲 凍 結 的 深 度, 利 用 凍 結 的 管 列 效 應 形 成 凍 土 牆 ( 三 ) 限 定 式 冷 凍 管 限 定 式 冷 凍 管 由 內 管 ( 通 常 外 徑 3/4in.) 限 定 管 ( 通 常 外 徑 1-1/ 4 in.) 和 外 管 ( 通 常 外 徑 3-1/ 2 in.) 所 構 成, 限 定 式 冷 凍 管 和 雙 重 管 式 冷 凍 管 均 屬 於 同 行 冷 凍 管, 但 兩 者 的 差 別 主 要 在 於 當 凍 結 區 範 圍 並 不 需 要 從 地 表 開 始 往 下 凍 結, 而 僅 需 要 凍 結 某 深 度 之 區 域 時, 限 定 式 冷 凍 管 內 之 限 定 管 部 分 填 充 隔 熱 材 料, 可 只 冷 凍 欲 冷 凍 之 區 域, 節 省 能 源 結 凍 時, 冷 凍 液 從 內 管 進 入, 在 流 經 未 被 隔 熱 材 料 包 覆 的 外 管 時 和 地 層 進 行 熱 交 換, 然 後 冷 凍 液 從 內 管 和 限 定 管 之 間 流 出 ( 四 ) 鑽 孔 式 冷 凍 管 鑽 孔 式 冷 凍 管 可 直 接 利 用 凍 結 管 外 管 進 行 鑽 孔, 通 常 在 水 平 方 向 凍 結 土 層 時 使 用, 除 了 由 內 管 ( 通 常 外 徑 3/4in.) 和 外 管 ( 通 常 外 徑 3-1/ 2 in., 底 端 設 有 鑽 頭 及 逆 止 閥 ) 有 一 支 供 水 管 將 鑽 孔 用 水 供 應 到 外 管 底 部 鑽 放 凍 結 管 前, 所 構 成 外, 還 應 於 鑽 孔 處 加 裝 止 水 裝 置 ( 止 水 箱 ), 以 防 止 鑽 孔 時 地 下 水 湧 入 工 作 區 因 水 平 鑽 孔 的 關 係, 在 拔 除 水 平 冷 凍 管 時 可 能 會 造 成 外 圍 土 砂 隨 地 下 水 湧 入, 所 以 在 凍 結 完 成 後, 水 平 冷 凍 管 通 常 不 拔 除, 只 移 除 管 內 之 冷 凍 液 後, 以 水 泥 皂 土 漿 回 填, 再 切 斷 鋼 管 頭 部 以 鐵 板 封 口 焊 接 即 完 成 工 作

164 (a) 單 管 式 冷 凍 管 (b) 雙 重 管 式 冷 凍 管 (c) 限 定 式 冷 凍 管 (d) 鑽 孔 式 冷 凍 管 圖 13 冷 凍 管 之 型 式 ( 陳 逸 駿, 2003)

165 二 冷 凍 管 配 置 一 般 而 言, 冷 凍 管 之 配 置 有 單 列 配 置 與 複 數 列 配 置 不 論 是 單 列 配 置 或 複 數 列 配 置 每 一 列 之 冷 凍 管 以 0.8m 居 多 單 列 配 置 之 凍 土 厚 度, 如 可 不 考 慮 凍 土 造 成 所 需 之 時 間, 其 厚 度 可 望 達 到 2.0~ 3.0m 左 右 但 考 慮 到 實 際 上 凍 土 造 成 之 處 存 有 工 作 井 之 擋 土 壁 及 工 期 考 量, 凍 土 造 成 時 間 較 短, 估 計 最 大 可 達 1.5~ 2.0m 左 右 ( 詳 圖 14) 此 外, 如 需 造 成 單 列 凍 土 厚 度 1.5m ~ 2.0m 程 度 以 上 之 凍 土 時 可 採 用 複 數 列 配 置, 冷 凍 管 列 間 之 最 大 間 距 為 2.5m 程 度 左 右, 2 列 配 置 之 下 凍 土 厚 度 約 可 達 3.2~ 4.0m 左 右 ( 詳 圖 15) 圖 14 單 列 配 置 之 凍 土 厚 度 圖 15 複 數 列 配 置 凍 土 厚 度 基 本 上 凍 土 是 從 冷 凍 管 起 呈 年 輪 狀 成 長, 地 中 溫 度 之 分 布 將 隨 時 間 產 生 變 化, 理 論 上 如 冷 凍 管 之 配 置 關 係 與 配 置 條 件 為 相 同 時, 此? 度 也 會 相 同 但 實 際 上 現 地 可 能 有 加 熱 源 地 下 水 流 及 其 他 預 測 外 影 響 之 溫 度 變 化 發 生 情 形 因 此 必 需 以 同 樣 之 條 件 ( 距 冷 凍 管 列 之 距 離 ) 設 置 測? 管 進 行 對 地 中 溫 度 之 預 測 一 般 而 言, 測 溫 管 數 量 為 冷 凍 管 數 量 的 2 成 左 右 三 設 計 凍 土 形 狀 常 用 的 冰 凍 工 法 之 設 計 防 護 形 狀 有 圖 16 所 示 之 種 類 ( 一 ) 全 凍 土 形 為 當 無 法 從 工 作 井 內 埋 設 水 平 冷 凍 管 時 所 採 用 的 形 狀 由 於 必 須 施 作 垂 直 冷 凍 管, 須 在 地 面 上 佔 用 較 大 的 凍 結 配 管 基 地, 且 隨 後 開 挖 隧 道 時 凍 土 的 鑽 掘 量 也 較 大 ( 二 ) 圓 筒 型 在 可 以 施 作 水 平 冷 凍 管 的 工 程 中, 大 多 使 用 圓 筒 型 防 護 形 狀, 此 種 方 式 的 優 點 在 於 地 面 上 所 使 用 的 配 管 基 地 面 積 小, 而 且 其 凍 土 鑽 掘 量 也 很 少 ( 三 ) 箱 型 箱 型 防 護 形 狀 和 圓 筒 型 防 護 形 狀 使 用 時 機 相 同, 只 是 根 據 結 構 體 形 狀 的 不 同 來 改 變 水 平 冷 凍 管 排 列 方 式 ( 四 ) 門 型 使 用 門 型 防 護 形 狀 需 要 在 隧 道 結 構 下 方 有 一 層 不 透 水 層 ( 如 黏 土 層 ), 可 利 用 該 層 防 止 地 下 水

166 從 下 方 湧 入 施 工 區 域 隧 道 兩 側 的 冷 凍 管 必 須 延 伸 崁 入 仰 拱 下 方 的 不 透 水 層, 較 短 的 冷 凍 管 則 凍 結 隧 道 頂 拱 上 方 的 土 層, 此 種 防 護 形 狀 的 隧 道 開 挖 面 所 遇 之 土 壤 為 未 凍 結 土 ( 五 ) 其 他 根 據 不 同 的 土 質 條 件 結 構 體 形 狀 和 施 工 需 求, 可 使 用 更 經 濟 合 適 的 凍 土 形 狀, 可 利 用 水 平 冷 凍 管 垂 直 冷 凍 管 組 合 而 成 如 : 馬 蹄 型 圓 錐 型 組 合 型 等 (a) 全 凍 土 型 (b) 圓 筒 型 (c) 箱 型 (d) 門 型 (e) 其 他 圖 16 設 計 凍 土 形 狀 分 類