專摘要蘇花公路改善工程觀音隧道位於台灣中央山脈東翼, 其地質分區屬大南澳片岩, 林啟文等 (199) 製作南澳地區五萬分之一地質圖時將本區域之岩石地層命名為武塔片岩, 其岩性主要為石英雲母片岩與石墨片岩, 夾有透鏡狀綠泥石片岩及較薄層之大理岩 變質燧石及變質砂岩, 其下部出露厚層變質燧石與石英片岩

Similar documents
現在人類獲取地球內部訊息的方法, 是從可能影響我們身家性命安全的地震, 用數學模型把地震資料轉換成地震波速度, 進而獲得地底物質密度與深度的關係 地下世界知多少 km/s g/cm 3 P Gpa km S P S 3,000 3,000 ak K 透視地底 Percy Bridgma

0 0 = 1 0 = 0 1 = = 1 1 = 0 0 = 1

第一章  緒論

第一章 續論

1,000 kb 100 六方體鑽石形成 Km ,000 1,500 2, Kb 5 1, Kb a 0 a 0 = nm 4 : Steve Sque, com/ :

人為疏失 人與人之間的溝通合作, 往往是事故的最終防線, 若能發揮團隊合作的功能, 則比較能克服其他因素所造成的危害



Chapter 3 Camera Raw Step negative clarity +25 ] P / Step 4 0 ( 下一頁 ) Camera Raw Chapter 3 089

CU0594.pdf

老人 社 交 活 動 McAuley et al., 2000 Glass 1999 Mendes de Leon ~2 1~ % 10.56% 9.23% 6.05% 24.72% 14.18% 12.12% 影響老人社交活動的因素一 生理功能的改變 Bar

10 中央銀行季刊第三十一卷第一期民國 98 年 3 月 0.84% 1.73% 25.6% GDP 1.52% 0.44% 29.37% 0.90% 2.18% (4) a b c d e f 壹 前言 2004 (WTI) % 200

.., + +, +, +, +, +, +,! # # % ( % ( / 0!% ( %! %! % # (!) %!%! # (!!# % ) # (!! # )! % +,! ) ) &.. 1. # % 1 ) 2 % 2 1 #% %! ( & # +! %, %. #( # ( 1 (

# % & ) ) & + %,!# & + #. / / & ) 0 / 1! 2

Microsoft Word - ACI chapter00-1ed.docx

Fig. 1 1 The sketch for forced lead shear damper mm 45 mm 4 mm 200 mm 25 mm 2 mm mm Table 2 The energy dissip

專題研究 大陸中央與地方關係改革現狀與問題 政治學研究 毛澤東思想研究 台聲. 新視角

愛 的 進 行 式 慈 濟 義 診 關 懷 四 川 行 慈 濟 義 診 關 懷 四 川 行 愛 的 進 行 式 資 料 來 源 圖 片 提 供 / 慈 濟 基 金 會 宗 教 處 五 月 應 該 是 充 滿 鮮 花 與 愛 的 溫 馨 月 份, 大 家 歡 喜 迎 接 著 佛 誕 節 母 親 節 與

PROSPECT & EXPLORATION 第 12 卷第 1 期中華民國 103 年 1 月 壹 前言 (community) common 1 2 (communitarianism) (low politics) 1 中國行政評論 ( ) 10 1 ( ) 186

Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering October Vol No. 10 Web SaaS B /S Web2. 0 Web2. 0 TP315 A

蘇花改中仁隧道高岩覆及湧水對策

投影片 1

家具使用說明書_實體版2016.9

弘光人文社會學報第 16 期 論未來世代的權利 : 原初位置的啟示 楊士奇 弘光科技大學文化創意產業系 摘 要 original position the Non-Identity Problem 關鍵詞 : 未來世代, 人格不同一問題, 權利, 原初位置 105

當無人飛行器越做越小時, 拍翅型的飛行方式應該是人類要參考及學習的 MAV P V 2 b P V b 0.96 P V 2 b L b 4 L b 4 W b 3 W b 3 2 向自然學習 MAV 3 升力與推力共生的拍翅運動 拍翅頻率的尺度變化

21,000 X 126,000 / , ,000 X 7%

( ) 102 (2013) %102 (2013)1 57 (1968) (2013) (2013)

3 QE3 時 評 ~0.25% Quantitative Easing, QE FED QE 1 3 FED QE1 QE2 QE3 貳 美國推出 QE3 之動機意涵與過去 2 次 QE 措施之主要差異 FED QE MBS

論中國大陸公務人員 問責制度 從法制層面分析 專題研究 壹 前言 SARS 灰信網 (freesion)

二次曲線 人們對於曲線的使用及欣賞 比曲線被視為一種數學題材來探討要早 得多 各種曲線中 在日常生活常接觸的 當然比較容易引起人們的興趣 比如 投擲籃球的路徑是拋物線 盤子的形狀有圓形或橢圓形 雙曲線 是較不常見的 然而根據科學家的研究 彗星的運行軌道是雙曲線的一部 分 我們將拋物線 圓與橢圓 雙曲

untitled

SW cdr

#4 ~ #5 12 m m m 1. 5 m # m mm m Z4 Z5

63 Equifax Experian TransUnion FICO 3 FICO FICO 620 叁 次級房貸歷史淵源 一 次級房貸市場快速擴張的主因 ,

CO 2 以鄰為壑的台灣建築產業

一 一年三月

PROSPECT & EXPLORATION 第 14 卷第 10 期中華民國 105 年 10 月? 壹 近年國有企業經營狀況 % 1.1% 一 國有企業主要經濟效益指標情況 ,704.1 ( ) 5.4% % ,

論壇 新華網 人民網

澳門政治發展的遞嬗 : 以 2013 澳門立法會選舉為例 專題研究 壹 前言 貳 2013 年澳門立法會選舉

二 戶外教學的性質

指 甲 彩 繪 圖 案 設 計 與 構 成 形 式 分 析 摘 要 Nail painting develops with the progress of social culture and economy. It evolutes from simple nail maintenance to

座談會 貳 選拔情況 一 選拔要求

1 2 3

Microsoft Word - ok翁志文、張佳音...doc

國立中山大學學位論文典藏.pdf

contents K 0.9K 05 () 0.9K 3.2K K 9.8K K 20.6K K 28.9K K 41K

Vol. 22 No. 4 JOURNAL OF HARBIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Aug GPS,,, : km, 2. 51, , ; ; ; ; DOI: 10.

doc

東華人文學報 第二期

km 5 km Pt 2 x 2 1 Au 65 ~ ~ km 5 km 10 km 2 Au Au

英 文 補 救 教 學 網 站 在 低 程 度 學 生 課 後 學 習 效 益 之 分 析 與 研 究 摘 要 本 校 英 語 教 學 原 無 英 語 教 學 網 站 作 為 輔 助 教 學, 致 使 學 生 無 法 隨 時 上 網 複 習 老 師 上 課 內 容 學 生 上 課 情 形 不 佳,


%! # # % % & # ( ) ( +, & +, +, & +, & +, +, &!

(一)

# ( + + # + # 6 +,! + # +! +, + # ( + ) ( + ( + ) + 7! + # + /8 + ) ( +! + #. + ( +, +! + # + # + + ( ! ( + ) ( + ) +, + ( + 9% +! +, + ( +

Zytiga... Zytiga... Zytiga Zytiga Zytiga

1 摘 要

[1] Liu Hongwei,2013, Study on Comprehensive Evaluation of Iron and Steel Enterprises Production System s Basic Capacities, International Asia Confere

... 12

44(1) (1) (4) (4) 63-88TSSCI Liu, W. Y., & Teele S. (2009). A study on the intelligence profile

貳 肆 公司治理報告 一 組織系統 ( 一 ) 組織結構 ( 二 ) 組織系統圖 14 中華民國 98 年中華郵政年報


0 5 5 Han et al. 009 Zhang et al. 007 Meng and Gregory % 995 OLS Li et al

水的文摘;

( )... 5 ( ) ( )

....V....VII.... VIII

1970 新技術的應用 X = 20 + B 13B δ13c X 1 X

第 6 卷第 8 期中華民國 97 年 8 月 太原師範學院學報 重慶郵電學院學報 福州大學學報 佳木斯大學

17-72c-1

Linn Cove [1,2] 1(a)(b) Figg and Muller epoxy epoxy Linn Cove 183 [3] (a) (b) (c) (d) 1 43

cost downoem Original Equipment Manufacture value up ODM Original Design Manufacture value addedobm Original Brand Manufacture a OEM ODM OBM O

行政法概要 本章學習重點 本章大綱 第一節行政作用之概念 第二節行政作用之分類 一 行政程序法 第三節行政作用法之範圍 第四節行政作用之私法 行為 二 行政罰法三 行政執行法一 源起二 類型 第五節行政作用中的非 權力行為 一 類型 二 事實行為 第六節行政作用之內部 行為 一 行政規則


中國的煤

Microsoft Word - Tridentine NL_C.docx

¶C¶L§§¬_™¨ A.pdf

22 2 3/ /94.03 壹 高齡化社會的意涵 % ageing society % 貳 世界人口老化趨勢

壹:教育文化公益慈善機關或團體免納所得稅適用標準

Ⅰ、Ⅱ类博士后中期考核表 贾布裕.docx

Microsoft PowerPoint - 遊戲企劃

# 7 % % % < % +!,! %!!

14052_公開用.pdf

服 務 與 推 廣 :1 Fackebook 95.1% 57.7% 13.7%8.1%5.6% 81.9% 11.0% 3.1% 1.2% Facebook 2015/8/24 / 3, % 2, % 3, % % 5

中國大陸輔助警察制度的問題與法制化研究 以 蘇州市警務輔助人員管理辦法 為例 專題研究 壹 前言 一 文職雇員

鯨豚 鯨豚 在台灣海域發現的鯨豚種類約三十種 約佔全 球種類的三分之一 在台灣東部有溫暖的熱帶洋流 黑潮流經 捲起海底豐富的營養鹽 帶來豐碩的 漁業資源 因此鯨類資源也因而相當豐富 較常見 的有長吻飛旋海豚 花紋海豚 熱帶點斑原海豚 弗氏海豚 瓶鼻海豚 台灣東部海域具有開發為賞 鯨專業區的潛力 本章

戒菸實務個案自助手冊105年Ver.2

Transcription:

中 華 技 術 專題報導SPECIAL REPORT 關鍵詞 : 蘇花改 湧水 抽坍 工程地質 地質弱帶 剪裂帶 台灣世曦工程顧問股份有限公司 / 蘇花改監造工程處 / 專案協理 / 黃金田 1 台灣世曦工程顧問股份有限公司 / 蘇花改監造工程處 / 專案經理 / 周高生 2 交通部公路總局蘇花公路改善工程處 / 工程員 / 張浩毓 台灣世曦工程顧問股份有限公司 / 蘇花改監造工程處 / 地質師 / 郭育安 4 56 No.108 October, 2015

專摘要蘇花公路改善工程觀音隧道位於台灣中央山脈東翼, 其地質分區屬大南澳片岩, 林啟文等 (199) 製作南澳地區五萬分之一地質圖時將本區域之岩石地層命名為武塔片岩, 其岩性主要為石英雲母片岩與石墨片岩, 夾有透鏡狀綠泥石片岩及較薄層之大理岩 變質燧石及變質砂岩, 其下部出露厚層變質燧石與石英片岩 研究區域內的岩性雖看似單純, 但地質構造卻相當複雜, 在適當的條件下, 這些複雜的地質構造將造成岩體的異常破碎或是軟弱, 形成地質弱帶或是剪裂帶, 本文藉由隧道工程進行中所觀察之中視尺度地質構造與區域應力演化結合, 希望將塑性 脆 - 塑性 脆性變形條件下所產生之地質構造作出區分及分別形成地質弱帶之原因及地質弱帶型態作探討 壹 前言 台 9 線蘇花公路為連接台灣東部宜蘭地區至花蓮地區之主要道路, 但因濱臨太平洋且地形陡峭易發生落石 坍塌 經歷過數次改善工程未有顯著成效 也因為岩石坍落常造成通行民眾之傷亡, 因此蘇花公路改善工程將以長隧道及高架道路為主, 徹底改善台 9 線目前的狀況 圖 1 蘇花改觀音隧道地理位置 1 2 4 蘇花公路改善工程觀音隧道連接宜蘭南澳地區至花蓮和平地區, 為蘇花公路改善工程中最長的隧道, 其設計為雙孔隧道, 北起南澳南溪右岸, 向南穿越中央山脈至觀音溪溪谷北側 ( 如圖 1) 貳 大南澳片岩之區域地質及前人研究概述 本研究區域屬中央山脈東翼大南澳片岩, 最早於日據時期由小笠原美津雄於 19 年製作比例尺為十萬分之一大南澳圖幅及其說明書 小笠原美津雄將本研究區域的岩性大致分為石墨片岩 綠泥石片岩 綠泥石雲母片岩 副片麻岩, 其中分布最廣泛的為石墨片岩, 其次為綠泥石片岩, 副片麻岩則主要分布在飯包尖山及更上游之區域 另外, 在谷風橋以北之區域, 小笠原美津雄劃分一道所謂綠泥石雲母片岩 No.108 October, 2015 57 ABSTRACT 題報導

而後顏滄波 (Yen, T.P.,1960) 認為研究區域範圍中主要以黑色片岩 ( 顏滄波將含雲母系列片岩簡化為黑色片岩, 含綠泥石系列片岩簡化為綠色片岩 ) 為主, 穿插層厚較薄的綠色片岩 矽質片岩 變質石英岩 ( 變質燧石 ) 結晶石灰岩 以及片麻岩 圓頭山片麻岩 飯包尖山片麻岩及附近的矽質片岩或變質砂岩 ( 原岩為矽長砂岩 ) 及變質泥質岩劃分為開南崗層, 研究區域中其餘的部分劃分成為太魯閣層, 太魯閣層又分為東澳相及大清水相, 東澳相包含了變質泥質岩及薄層的大理岩 變質燧石等 大清水相主要特徵為厚層的大理岩 王執明在 1982 年新釋大南澳片岩一文中整理多位在大南澳片岩工作之學者的文章, 其認為大南澳片岩層序應可重新整理, 長春層的岩性與東澳相可以比對, 而九曲層則可與大清水相比對, 因長春層下部含有硬綠泥石, 而硬綠泥石可為古土壤經變質作用生成, 因此長春層可能與九曲層不整合接觸, 因此另以地層命名之較為恰當 林啟文等 (199) 製作南澳地區五萬分之一地質圖時發現顏滄波先生將大南澳群粗分太魯閣層及開南崗層等, 其每個岩石地層單位中包含許多不同岩性, 不甚方便使用, 因此他於本 專題報導58 No.108 October, 2015 圖 2 觀音隧道沿線地質圖 / 無色區塊為黑色片岩 (Bs), 綠色區塊為綠泥石片岩 (Gs), 藍色區塊為大理岩 (Mb), 橘色區塊為石英片岩 (Qs), 灰褐色區塊為變質燧石 (Ct)

研究區域範圍中另提出有南澳嶺片岩 武塔片岩及漢本大理岩等製圖單位 而飯包尖山片麻岩則續沿用 南澳嶺片岩分布於本研究區域的最北端, 其岩性組成為石英片岩或副片麻岩 武塔片岩則為本研究區域中分布最廣的地層單位, 其岩性主要為石英雲母片岩與石墨片岩, 夾有透鏡狀綠泥石片岩及較薄層之大理岩 變質燧石及變質砂岩, 其下部出露厚層變質燧石與石英片岩 觀音隧道所屬地層屬於武塔片岩, 觀音隧道沿線之岩性分布主要以黑色片岩 ( 石英雲母片岩 雲母片岩等 ) 為主, 穿插厚層綠色片岩 ( 綠泥石片岩等 ) 及石英片岩 大理岩及變質燧石 主要斷層帶包含樟樹山斷層 觀音斷層 ( 紅色網格 ) 及多道剪裂帶 ( 紅色虛線 ), 如圖 2 所示 參 蘇花改觀音隧道之地質弱帶 (weakness zone) 特徵及分類 蘇花改觀音隧道施工過程當中, 常遭遇 地質弱帶, 可能因此引發隧道抽坍或是坍落, 但地質弱帶並非單一因素所造成, 且地質弱帶的種類也並不單純, 在一般地質條件下, Palmstrom and Berthelsen (1988) 將地質弱帶區分為以下幾種類型 ; 一 弱岩層 (Layers of weakness zone ) 呈層雲母 (layers of mica) 呈層 / 脈狀 / 透鏡狀滑石 (layers/veins/lenses of talc) 二 區域構造型 (Tectonic fractured zone) ( 一 ) 伸張錯動 (Tension Faults) 羽毛狀節理 (Feather joints) 黏土礦物充填 (Clay filled zones) 方解石脈 綠泥石 粉砂等物質充填 (Zones filled with lamellar calcite,chlorite, silt etc.) 破碎帶 (Coarsely fragmented crushed zones) 細顆粒剪動破碎帶 (Finely fragmented crushed zones) 純黏土富集剪動破碎帶 (Simple, clay-rich crushed zones) 複合物質剪動破碎帶 (Complex, clay-rich crushed zones) 大型破碎帶或節理 (Larger fractures or joint zones ) 三 風化層 (Altered zone)- 風化破碎帶 (Altered crushed zones) 本文將大致依循此架構, 探討觀音隧道數種常見形成岩體弱帶之地質構造 肆 弱岩型 在隧道施工過程當中, 我們經常發現岩體強度具有明顯的差異, 當然, 這些差異性質可能係因為數種地質構造所造成, 但在此節中, 我們將探討由岩性或岩石組織 組構 (Fabrics and textures) 相關的弱帶 觀音隧道沿線主要岩性以片岩為主, 因此片岩的性質就必須再更深入的探討 所謂片岩是具明顯片狀構造的變質岩, 其變質溫壓條件較板岩 千枚岩高, 經再結晶作用 (Recrystallization) 產生變質礦物, 因變質度較高, 所以礦物粒徑較大, 肉眼已可明顯辨識, 片岩根據其礦物分類和命名, 如雲母片岩 角閃石片岩 綠泥石片岩等 影響片岩之岩石強度主要因素可區分為以下兩點 ; 一 礦物組成本區域所屬片岩主要為石英雲母片岩與石墨 No.108 October, 2015 59 ( 二 ) 剪裂錯動 (Shear faults) 粗顆粒剪動專題報導

片岩, 其名稱為廣義之名詞, 依其主要的礦物組成, 可細分為綠泥石 石英 絹雲母 石墨片岩 斜長石 白雲母 石英片岩 斜長石 石墨 綠泥石 絹雲母 石英片岩 綠泥石 白雲母 黑雲母 石英片岩, 以及石墨 白雲母 黑雲母 石英片岩 觀音隧道沿線片岩中常見之變質礦物群主要有石英類 長石類 雲母類 綠泥石類 石墨類礦物 ( 林啟文等,199), 其中雲母類 綠泥石類 石墨類礦物之晶癖 (Crystal habit) 以片狀 (Lamellar) 或條狀 (Bladed) 為主, 而石英與長石類礦物之晶癖為顆粒狀 (Granular) 為主 基本上石英或長石類礦物之比重越高, 則岩石強度較高, 若雲母類 綠泥石類 石墨類礦物等片狀礦物比例越高, 則岩石強度較低 二 岩石組構影響片岩強度最重要之岩石組構為片理構 造, 片岩為葉理構造之一種, 一般而言, 葉理生成的因素大致可分為三種 ( 楊昭男,1986), 第一種為礦物顆粒因岩體形變產生機械旋轉而成平行之產狀, 第二種為片狀礦物於再結晶作用同時依特定方向生長, 第三種為壓溶作用使岩石部分溶解並平行排列產生葉理 片理分類相當複雜, 本文基本上利用 Dennis(1967) 之分類的精神並簡化之 基本上具片理構造之岩石在顯微鏡下可以發現夾質領域以及劈理領域, 夾質領域 (microlithon domain) 係指岩石中較無順向排列 大致維持原組構的部分, 劈理領域 (cleavage domain) 係指平行排列之片狀礦物, 若夾質領域較明顯, 則稱為間距劈理 (spaced cleavage), 且可發現前期組構者稱為夾皺批理 (crenulation cleavage), 若無前期組構者稱為無前理劈理 (disjunctive cleavage) 如劈理領域極發達, 且夾質領域不發達者, 則稱為連續劈理 (continuous cleavage) 於隧道施工同時觀察發現, 本區域之石英雲母片岩 石墨片岩與 專題報導60 No.108 October, 2015 圖 片理間距差異所產生差異強度

綠泥石片岩等所含的片狀礦物較多, 劈理領域無法明顯區分, 屬於連續劈理, 而石英片岩或雲母石英片岩則屬夾皺劈理 基本上劈理領域發達者, 其岩體強度較夾質領域發達者差, 且片狀礦物含量越多, 劈理領域基本上越發達, 因此由礦物組成及岩石組構來看, 可以得到片狀礦物含量越高則其岩石強度越低的結論 ( 如圖 所示 ) 伍 區域構造型弱帶 台灣本島歷經兩次主要造山運動, 分別為南澳造山運動及蓬萊造山運動, 本區域片岩之原岩多屬碎屑沉積岩, 因造山運動使這些台灣的基盤受變質作用形成變質岩並且抬升至現今位置, 後因呂宋島弧系統西北向斜撞, 也就是所謂台灣中央山脈書折構造 (Liang et al., 2005), 本區之區域應力由壓縮 (Contraction) 轉變成為橫移 (Strikeslip), 也因此造成本區域構造之複雜性 雖 Palmstrom and Berthelsen 所主張之地質弱帶所提區域構造型弱帶屬於近地表脆性變形環境下所出現之地質構造, 但作者於隧道施工過程中發現深部構成的地質構造也相同影響岩體強度, 因此也將探討於各構造位階所產生之地質構造 應變是應力累積的結果 這是構造地質學的基礎理論, 也就是說現今的地質構造是累積不同深度或階段的應變結果 因此本文將由不同深度之地質構造分別論述之 考量隧道工程地質之通用性, 本文排除大型深部斷層構造帶所出現的地質構造 Weinberger et al.(2010) 整合片岩區構造位階由深至淺所能發現的地質構造, 請注意其應力方向始終不變, 與本區域應力演化情況不符, 但其構造位階所對應之地質構造與本區域相仿 其結果可簡化為三個階段如圖 4 所示 此階段所形成之變形為構造位階最深的區域, 因此溫度及壓力相當高, 在這樣的溫壓條件下, 晶格中分子或原子容易轉移而形成缺陷, 一般而言有三種晶格缺陷容易產生, 分別為點缺陷 線缺陷 面缺陷, 點缺陷將影響結晶強度和固態擴散 (solid-state diffusion), 固態擴散是能改變結晶的形狀和體積, 因此在塑性變型階段岩體變形以形狀變化為主, 並非斷裂 此階段容易形成的地質構造如下 : ( 一 ) 在這樣的溫度壓力條件下, 岩層常被區域應力影響而產生複雜的褶皺 而片理也在此階段發展, 且因受同一區域應力作用影響, 常與褶皺產生關係, 若片理面與褶皺軸面 (Axial plane) 圖 4 不同構造位階所出露之地質構造 No.108 October, 2015 61 第一階段為塑性變形 (Ductile deformation) 專題報導一

相同, 則稱為軸面劈理 若區域應力方向改變, 則會產生後一期的片理, 且前一期的片理容易被後一期的片理干擾, 而褶皺型態將轉變成為多次褶皺 (Refolded fold) 本區域的褶皺型態大致也呈現多次褶皺型態, 中視構造 (Mesoscopic structure) 尺度的褶皺外型示意如圖 5 多次褶皺構造外型多變, 且褶皺波長及振幅多變, 但其變形為礦物晶格尺度僅止於形變非斷裂, 因此對整體岩石強度影響不大 ( 二 ) 塑性變形階段產生的另一地質構造為片理, 片理對岩石強度的影響已在上文中敘述, 在此不再贅述 二 第二階段為脆 - 塑性變形 (Brittle-ductile transitional deformation) 此階段所形成之變形為構造位階由深轉淺的區域, 因此溫度及壓力已經明顯低於塑性變型區, 部分岩石已開始發生破裂的變形模式, 在此階段發生的地質構造如下 : 石英會充填之並產生石英脈, 且若岩體在此期間持續變形褶皺, 則石英脈也將隨之變形成外觀具褶皺狀的石英脈, 如圖 6 觀音隧道施工過程中經歷數個石英脈的富集帶, 但並未發現岩體有因石英脈富集而有特別破碎軟弱的現象, 但片理密度較高的岩層石英脈富集的機率較高 ( 二 ) 觀音隧道片岩中褶皺構造受強烈區域應力影響, 褶皺型態以緊密 - 同斜褶皺為主, 如圖 7 換句話說褶皺的波長極小, 但振幅極大 但在脆 - 塑性變形階段岩體之形變量無法如塑性變形階段大, 因此劇烈的褶皺作用在此階段常於岩性或岩石強度差異大時發生移位構造, 隧道內移位構造的出現代表岩石強度在短距離內差異大, 在區域應力持續作用的情況下, 可能會在移位作用所產生的斷塊周圍產生特別破碎的現象, 此種構造所產生的弱帶規模取決於移位構造產生斷塊之規模, 規模大者, 地質弱帶範圍也將較大 專題報導62 No.108 October, 2015 ( 一 ) 石英的熔點較其他礦物低, 石英在此階段依舊能夠以溶液狀態存在並充填於裂隙當中, 因此若岩體受剪破裂則圖 5 觀音隧道中多次褶皺構造示意 ( 三 ) 片理急折現象 (Kinking) 在為脆 - 塑性變形階段相當典型的地質構造 這種構造容易出現在岩性單純, 片理發達且間距較小的地質條件下 急折帶出現係因區域應力作用下, 在構造深度深及淺分別為形變或是斷裂所吸收的位移量, 在脆塑性轉換的環境下, 其變形由旋轉及開裂所取代, 造成的結果便是 藕斷絲連 的破裂狀況 有些學者甚至將其歸類至褶皺的一種 急折帶基本上有兩種主要構型, 如圖 8 所示, 伸張型與擠壓型區域應力皆可造成片理急折構造, 其研判依據為 α1 及 α2 角度的特徵 觀音隧道內

圖 6 具褶皺型態石英脈 圖 7 觀音隧道內多次褶皺構造, 小褶皺軸朝北東傾末, 照片朝北拍攝 專題報雖然片理急折帶並非與斷層帶具有明顯的斷層錯動, 但於急折區域中輕則片理開裂, 嚴重者將遭遇多道平 9 及圖 10 緩的剪裂帶, 其程度受制於急折帶的導可見片理急折構造如圖 性質與其急折區中旋轉程度如圖 11 所示, 可能的剪動模式可以從 α β 角的關係獲得 (Ramsay, 1987) No.108 October, 2015 6

圖 8 急折帶的基本型式, 修改自 (Ramsay, 1987) 圖 9 觀音隧道內片理急折帶 專題報導64 No.108 October, 2015 圖 10 Sta.6K+662 附近之片理急折帶與剪裂帶關係

圖 11 片理急折帶產生之剪動模式 (Ramsay, 1987) 急折帶程度上並不如脆性斷層一般容易有厚層剪裂泥, 但事實上當脆 - 塑性環境下產生的片理急折構造受區域作用持續抬升至近地表的脆性環境下, 脆性構造極有可能沿片理急折帶所產生的弱帶繼續發展, 圖 10 中黃色區塊便是與片理急折帶可能相關的後期剪動構造 在隧道開挖過程當中, 遭遇片理急折帶經常伴隨著較多的地下水湧出以及開裂且極破碎的片理構造, 甚至容易遭遇剪動破碎帶與薄至厚層剪裂泥 三 第三階段為脆性變形 (Brittle deformation) 脆性變形階段為近地表的岩體變形行為, 主要以破裂 剪動構造為主 以下將觀音隧道於此階段易形成的地質構造分為 : ( 一 ) 伸張錯動與剪裂錯動 本研究區在此階段之區域應力由構造地質研究 南澳地震群 以及地表位移研究發現約在 4.1Ma( 葉恩肇,1998) 區域應力已由壓縮轉變為橫移, 橫移構造會局部造成擠壓或伸張構造, 最著名的者為花狀構造 (Flower structure), 花狀構造因 No.108 October, 2015 65 12 花狀構造示意專題報導圖

初始裂隙方向與應力方向之關係可造成伸張性或擠壓性構造 ( 圖 12), 花狀構造依其伸張性質或擠壓性質可分為擠壓性質之正花狀構造 (Positive flower structure) 及伸張性質之負花狀構造 (Negative flower structure) 隧道工程進行中遭遇花狀構造的特性為數道剪裂帶會連續出現, 且剪裂帶不論性質為 伸張或是壓縮, 都可出現較陡或較緩的位態如圖 1 14 所示 另外, 負花狀構造常形成局部張裂盆地 (Pull-apart basin), 使地表水得以快速進入隧道施工範圍 觀音隧道施工過程中發現若干疑似花狀構造型態的剪裂帶, 因開挖斷面僅 圖 1 觀音隧道中小型負花狀構造 專題報導66 No.108 October, 2015 圖 14 觀音隧道小型花狀構造於展開圖中呈現之樣貌, 網格區域表剪裂構造出露

12 公尺, 對於完整的構造觀察實屬不易, 但就剪裂帶性質探討以及地質展開圖製作之後, 發現許多角度偏緩的減裂帶應屬花狀構造上部結構的部分 ( 如圖 15) 開花構造所形成之地質弱帶影響隧道工程程度不一, 理論上花狀構造規模越大, 其剪裂帶規模越大, 則影響隧道施工可能性越高 另正花狀構造可造成高角度或低角度的厚層夾泥剪裂帶, 且地下水易富集, 對於隧道開挖屬高風險之地質構造 除了花狀構造外, 此階段也可發現斷層帶, 伸張型斷層帶與錯動型斷層帶最大的差異點在於斷層帶位態的角度, 伸張型斷層帶通常位態較陡, 但斷層泥含量較少, 相對的充填礦物含量較高, 斷層影響範圍較小, 破碎帶的範圍較小 反之, 錯動型斷層帶的夾泥量較多, 且剪裂帶或斷層影響範圍較大, 且破碎帶較厚 不論是何種性質的剪 裂帶或是斷層帶, 只要規模達到一定程度, 其剪裂帶將具規模, 另外也提供地下水通路, 使地下水容易富集, 也為隧道工程高風險地質構造之一 ( 二 ) 岩石受力破碎者稱為節理, 若數條節理呈現共同的位態則稱為一組節理 節理之組數 間距 延伸性及開口等性質對於隧道的影響已經有許多研究及了解, 基本上單純為節理所造成地質弱帶機率不大 但若密集的節理或開口較大時, 容易形成地下水良好的通路 陸 風化型弱帶 岩體受到風化作用後, 岩石強度將明顯降低 觀音隧道為中等岩覆, 理論上大多數的路段岩體風化程度並不高, 但是有某些情況使得岩體受到風化呈現軟弱的特徵 在觀音隧道沿線影響岩體風化程度重要的因素為地下水, 當局部岩體長期受地下浸潤, 片岩中的雲母礦物 No.108 October, 2015 67 15 於觀音隧道北段濱海處之伸張性斷層露頭專題報導圖

圖 16 頂拱綠泥石片岩 雲母片岩已風化為黏土礦物, 色澤偏白, 軟弱易坍落 專題報導68 No.108 October, 2015 會產生所謂蝕變 (Alteration) 的現象, 所謂蝕變是指礦物生成後因區域構造作用使其靠近地表, 其溫度壓力降低, 使礦物結構變得不穩定, 因此慢慢分解並且蛻變成另外一種礦物的過程 基本上高溫型礦物蝕變的速度越快 基本上雲母類及綠泥石類礦物通常蝕變後含結晶水 (K0.75(Al1.75R)[Si.5Al0.5O10](OH)2) 成為粘土礦物 通常大多數的雲母礦物會蝕變成為非膨脹性之伊利石 (Illite), 但伊利石還是會受到風化蝕變作用蛻變為其他種類的黏土礦物, 因此部分風化後的雲母片岩仍具膨脹性質 當厚層的黏土礦物出現於隧道開挖面時, 也時常伴隨著地下水富集, 若遭遇膨脹性的黏土礦物則隧道容易變形, 即便遭遇到的是不具膨脹性的伊利石或其它黏土礦物, 但黏土礦物為片狀礦物, 通常膠結性遇水則相當差, 因此觀音隧道某些部分的岩體 遇水軟化 的原因在於片岩受到風化作用的影響所致, 如圖 16 所示 柒 討論 觀音隧道工程施作中出現相當多且複雜的地質構造, 本文利用其成因及形成環境做基本分類, 但事實上在真實的案例中, 多數的情況下, 不同時期的地質構造會同時出露於開挖面當中, 且多數的地質弱帶出現也常伴隨地下水湧水的發生 若可將本文所述之數種地質構造結合隧道開挖之地質狀況, 將有助於釐清地質弱帶之特性, 甚至能夠預測未來隧道開挖之地質弱帶分布狀況 在觀音隧道施工期間, 地質團隊定期提出以地球物理探測 不取岩心探查配合開挖面地質狀況加以評估預測各種地質弱帶可能的分布狀況 若遇到非預期之地質弱帶, 也將即時提供隧道施工人員預警, 以避免隧道抽坍之狀況, 如圖 17 18 另若已遭遇地質弱帶或遭遇湧水, 熟悉地質構造較能夠判斷岩體破碎之整體趨勢, 較不易被局部破碎剪裂帶影響, 形成誤判 觀音隧道施工中已有多次因正確地質構造研判因此獲得成功導排水之案例, 代表性案例如圖 19~22 所示

圖 17 NS1 工作面第 100 輪地質異常通知 圖 18 SN4 工作面第 712 輪地質異常通知 專題報導捌 結論 地質弱帶又同時遭遇湧水時, 隧道施工將 變的異常危險與緊急 因此 即時 的構造研判 變得非常重要, 務必在第一時間就必須提出施 工方案才可能順利通過地質弱帶, 因此隧道地質師必須要有良好的工程地質與構造地質的訓練才可能將複雜的地質條件釐清, 並於施工過程提供施工現場即時的建議或警告 No.108 October, 2015 69

圖 19 SN6 工作面第 69 輪湧水分析及導排策略 圖 20 SS2 工作面第 82 輪湧水分析及導排策略 專題報導70 No.108 October, 2015 圖 21 SS2 工作面第 821 輪湧水分析及導排策略

圖 22 NS 工作面第 928-98 輪湧水分析及導排策略 參考文獻 1. 小笠原美津雄 (19), 大南澳圖幅與說明書, 比例尺十萬分之一 臺灣總督府殖產局, 第 656 號 ( 日文 ) 2. 王執明 (1982), 新釋 大南澳片岩, 中國地質學會會刊, 第 25 號, 第 5-12 頁. 楊昭男 (1986), 臺灣中央山脈大南澳片岩及其上覆地層的劈理形態, 地質, 第七卷, 第二期, 第 1-10 頁 4. 林啟文 林偉雄 高明健 (199), 經濟部中央地質調查所五萬分之一地質圖第 22 號 5. 葉恩肇 (1998), 臺灣東北部蘇澳至東澳地區蓬萊造山運動之韌性剪切 變形及其構造演化 國立臺灣大學地質學研究所碩士論文, 共 186 頁 The significance of weakness zones in rock tunneling. Proceedings from ISRM Symp. on Rock Mechanics and Power Plants, 1988, Madrid, Spain, p. 81-88 7. Liang, W.T., Lee, J.C. and Kuo, B.Y., 2005. Left-lateral strike-slip faulting in Ilan: Lateral 8. Extrusion at the transition between Taiwan mountain range and Okinawa Through:Geodynamics and Environment in East Asia International Conference & 5th Taiwan-France Earth Science Symposium, 100-10. 9. Dennis, J. G., 1967. International tectonic dictionary, English terminology, Published by American Association of Petroleum Geologists, Tulsa, Okla. 10. John G. Ramsay, 1987. The Techniques of Modern Structural Geology, Volume 2: Folds and Fractures,Academic Press. 11. R. Weinberger, Y. Eyal, N. Mortimer, 2010. Formation of systematic joints in metamorphic rocks due to release of residualelastic strain energy, Otago Schist, New Zealand. Journal of Structural Geology no.2, p.288 05 12. Yen, T.P., 1960. A Stratigraphical Study on the Tananao Schist in Northern Taiwan. Bulletin of the Geological Survey of Taiwan, no.12, p.5-66. 6. Arild Palmstrom and Ole Berthelsen, 1988. 專題報導No.108 October, 2015 71