潛盾機受困地盤 改良區及修復案例 之探討 廖惠生副理 / 萬鼎工程服務股份有限公司 陳俊融副總工程司 / 高雄市政府捷運工程局 摘要 一 前言 1975 30 ( ) 二 潛盾機受困可能狀況 技師期刊 66 69
潛盾隧道設計與施工 ( ) CC277 CN253B 254 CK570B CH218 CC277 CP261 CK570C CH222 CN253B ~ CC277 150 CD269 1 表 1 潛盾機受困案例及原因 受困案例 潛盾機受困可能原因 台北捷運 CH218 標 CC277 標及 CP261 標 遭遇鑽探留下鑽桿 套管或型鋼 台北捷運 CK570C 標 遭遇出入口開挖之既有中間柱 台北捷運 CH222 標 行經凝灰岩地層 台北捷運 CN253B 標 行經岩塊及改良體, 超挖刀無法正常運作 台電新工 ~ 湖北 行經卵礫石地層 台北捷運 CC277 標 遭遇流木 台北捷運 CD269 標 遭遇流木及礫石 三 潛盾機受困地盤改良區案例 3.1 工程概況 1,174 6.23m 11 1,200kN 8 1,600kN 26,000kN 72mm/min 100% 3,094kN.m 4,641kN.m 4 SPT-N 14~21 1.2m 898m(748 ) 2mm/min 60m 3 3.2 潛盾機受困原因之探討 3.2.1 (qu) 15~30kg/cm 2 10~15kg/cm 2 2 (1994) 70 技師期刊 66
潛盾機受困地盤改良區及修復案例之探討 3 表 3 台北捷運部份案例之高噴改良體強度 ( 取自鐘雅君,1994) 100kg/cm 2 200kg/cm 2 JG2 m 3 500kg 20kg/cm 2 1 50~100kg/cm 2 200kg/cm 2 (L-4) 70~240kg/cm 2 124kg/cm 2 20kg/cm 2 200kg/cm 2 (2002) 2 材料 固化材 (kg) 表 2 高壓噴射灌漿工法漿液常用配比 標準型中強度型低強度型 砂 q u = 30kg/cm 2 黏土 q u = 10kg/cm 2 砂 q u = 20kg/cm 2 黏土 q u = 5kg/cm 2 砂 q u = 10kg/cm 2 黏土 q u = 2kg/cm 2 760 500~600 350~400 水 (l) 760 841~810 889~873 註 : 皂土等添加材視現場需要狀況添加 單壓強度 (kg/cm2) 300 250 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 圖 1 聯絡通道地盤改良單壓強度試驗值 3.2.2 (2006) 2 L-1 L-2 L-3 L-4 技師期刊 66 71
潛盾隧道設計與施工 圖 2 潛盾機掘進記錄 ( 柯武德等 2006) 潛盾機是否能正常掘進 應檢核包括潛盾 機推力及扭矩是否足夠 再觀察推進時掘進速 度是否正常 潛盾機的掘進 係藉於油壓千斤 頂支撐已架設完成之環片上 使潛盾機藉此反 力得以向前推進 同時使盾首之切削盤產生正 向力 使切削刃得於切削土體 潛盾機的推力 計算一般需考量阻力 包括盾殼與土壤之摩擦 阻力 盾殼與環片之摩擦阻力 潛盾機構台拖 曳阻力及開挖面土壤阻力等 經實際計算後考 量適當安全係數 一般需大於 2 或可參考 圖 3 潛盾機裝備推力實績圖 日本隧道工程標準規範及解說建議範圍如圖 3 潛盾機之掘進除了藉由推力產生正向力 所示 依日本及國內潛盾隧道施作實績 潛盾 外 尚需藉由電動馬達驅動切削盤 方能藉由 2 機單位面積推力大多為 1,000kN/m 以上 本案 壓力及扭矩之聯合作用下 切削土體或障礙物 例潛盾機單位面積推力為 853kN/m2 略小於經 潛盾機所需切刃扭矩一般依據地質條件 潛盾 驗值 因此受困後再掘進時 下方千斤頂改為 機型式 潛盾機直徑等實際情形進行計算 切 8 支 2,000kN 千斤頂 總推力 29,200kN 單位 刃扭矩值依據日本隧道工程標準規範及解說建 2 面積推力達 958kN/m 72 技師期刊 66 議範圍如圖 4 所示 也可依下式進行估算
潛盾機受困地盤改良區及修復案例之探討 T=α. D 3 T= α= D= 圖 4 潛盾機扭矩係數實績圖 α 8~23 6.23m 15 12.8 3,286kN.m 1 3,481kN.m 14.3 2 4 表 4 潛盾機規格表 潛盾設備 受困前規格 受困後規格 潛盾外徑 全長 f6,230mm 11,530mm 未修改 潛盾千斤頂 1,200kN 11 支 26,000 kn 1,200kN 11 支 29,200 kn 1,600kN 8 支 (853 kn /m 2 ) 2,000kN 8 支 (958 kn /m 2 ) 切刃驅動方式電動驅動相同 切刃裝備扭力 常時 (100%) 3,094kN.m(a=12.8) 常時 (100%) 3,481kN.m(a=14.3) 最大 (150%) 4,641kN.m(a=19.2) 最大 (150%) 5,221kN.m(a=21.5) 減速機 37.43 kn.m 9.4rpm 37.43 8 台 kn.m 9.4rpm 9 台 電動機 37kW 4P 440V 37kW 4P 440V 自動背填灌漿有自動背填灌漿小耳朵無自動背填灌漿小耳朵 2~3 cm ( ) 6 4 3.3 14 12 100TON 0.2mm/min 748 749 技師期刊 66 73
潛盾隧道設計與施工 H 5 表 5 潛盾機受困處理過程 原因 處理對策 處理結果 盾殼部鑽孔 14 個 / 清洗後灌潤滑劑 可再推進 (0.2mm/min) 盾殼部份為背加千斤頂 100t 12 支填材粘住 從地表面進行高壓水盾殼清洗 有 JSG 塊洗出 效果無法確認 隔艙內塞住 由坑內使用高壓水清洗 有 JSG 塊洗出 效果不佳 切刃盤前面使用高壓水清洗 有 JSG 塊洗出 清洗範圍小 切刃盤外周部卡住 使用鑽堡機打擊切刃盤 坑內有振動感 效果不佳 從地面打設 H 型鋼振動切刃盤 坑內有振動感 效果不佳 6,500TON 30 ( ) 12.5 8 20.5 6 1 26.5 15 圖 5 地盤改良平面圖 74 技師期刊 66
潛盾機受困地盤改良區及修復案例之探討 圖 6 地盤改良剖面圖 作到環片上方 連續壁深度為 15 公尺 潛盾機 盾機之掘進 低壓灌漿採用二重管複合灌漿 前方為考量後續潛盾機之掘進 15~26.5 公尺採 (Uni-pack) 進行補強 灌漿材料採用無溶液型地 無筋混凝土施作 聯絡通道已施作 JSG 改良部 盤灌漿材料 SL(SILICALIZER) 進行灌漿 注入 分連續壁深度 15 公尺 貫入改良體深度約 2 公 率預計 40% 隧道內灌漿範圍由 743 環至 747 尺 其餘連續壁深度均為 26.5 公尺 由於施工 環共計 5 環 約由 4 點鐘至 8 點鐘方向之間 7 孔 條件限制 為維持開挖期間的安全 故輔於超 合計 35 孔 其中有 13 孔由既有背填灌漿孔進 高壓噴射灌漿及低壓灌漿進行補強 如圖 5~6 行灌漿 另外 有 22 孔由環片內進行鑽孔 鑽 所示 超高壓噴射灌漿採用雙重管 SJM(Super 孔前先使用超音波金屬探測器 探測環片鋼筋 Jet Midi) 工法進行補強 相關施工參數如表 6 位置再進行鑽孔 以避免損及環片鋼筋 待灌 所示 改良有效樁徑採用 3.5m 使用於工作井 漿完畢後以高強度無收縮水泥回填 再以鐵板 內地中梁 潛盾機後部及潛盾再發進部 工作 錨錠封孔 由於位於地下水位下方施作灌漿 井內地中梁及潛盾機後部 配比每 m3 採 550kg 為免灌漿期間發生滲水甚至湧砂 於灌漿施作 固化材 共計 14 支改良樁 潛盾再發進部 前先預埋止水箱 隧道內灌漿情形如圖 7 所示 共計 9 支改良樁 固化材減為 500kg 並添加 另外 為避免灌漿期間損及環片 灌漿前需架 20~50kg 皂土 以避免改良強度過高 影響潛 設臨時鋼支撐 以避免灌漿壓力導致環片損壞 表 6 SJM 施工參數 設計樁徑 超高壓噴射 漿液流 壓縮空氣 f 3,500 mm 壓力 300 kg/cm2 吐出量 200L 2=400 L/min 壓力 7~12 kg/cm2 吐出量 8~10 m3/min 灌漿管回轉數 2~5 rpm 灌漿管提升速度 12 min/m 圖 7 隧道內灌漿情形 技師期刊 66 75
潛盾隧道設計與施工 工作井開挖如圖 8~ 圖 9 所示 16 公尺以 時 漏水漏砂最為嚴重 使集水井內充滿土砂 內主要採用機械開挖 超過 16 公尺考量施工風 達 59.7m3 所幸經補灌漿後恢復穩定 採用低 險 改採小怪手及人工開挖 以隨時確認開挖 壓進行補灌漿 坑內及地面灌漿量達 122m3 面之狀況 由於受到環片限制 連續壁無法全 造成路面坍陷 22.5m3 表 7 為集水井開挖過程 面施作 雖輔於高低壓地盤改良灌漿 開挖期 漏水漏砂及處理情形 間仍不免有滲水及滲砂之情形發生 施工期間 表 7 聯絡通道集水井開挖過程 配合區內及區外降水 使工作得於順利完成 開挖進度 發生情形 止水確認 試水補灌 4.4m3 第 2 環開挖完成 集水井漏水漏砂 開挖中斷 0.2m3 第 4 環開挖完成 集水井漏水漏砂 開挖中斷 0.3m3 第 5 環開挖完成 集水井漏水漏砂 1.5m3 開挖中斷 10.5m3 集水井漏水漏 8.4m3 第 8 環開挖完成 地面下陷 1m3 開挖中斷 圖 8 擋土開挖支撐示意圖 處理情形 8.4m3 集水井漏水漏 59.7m3 第 9 環開挖完成 地面下陷 22.5m3 21.2m3 地面 開挖中斷 灌漿 100.8m3 圖 9 工作井全面開挖情形 圖 10 集水井開挖漏水漏砂情形 3.4 對後續聯絡通道開挖之影響 在潛盾隧道完成後 隨即進行聯絡通道及 四 如何預防潛盾機受困於改良區 集水井之開挖 可能因掘進及開挖造成原地盤 地盤改良設計一般僅規定最小強度需 改良區域之擾動 聯絡通道開挖及集水井開挖 求 如砂質土改良體之設計單軸抗壓強度採用 期間 發生滲水漏砂之情形 尤其是開挖集水 15~30kg/cm2 黏 性 土 改 良 體 則 採 用 10~15kg/ 井時最為嚴重 如圖 10 所示 集水坑開挖深 cm2 但實際上常發生強度過高之情形 嚴重影 度約 5.5 公尺 開挖時採 11 環鋼襯砌 每 1 環 響潛盾機之掘進 因此地盤改良配比應於符合 深度 0.5 公尺 開挖時曾發生多次滲水漏砂 強度需求即可 因為地盤強度過高 除了潛盾 分別於開挖至第 2 環 第 4 環 第 5 環 第 8 機容易受困外 因為地盤改良體較脆性 潛盾 環及第 9 環發生漏水漏砂 尤其開挖至第 9 環 機掘進時反而容易造成改良體產生裂縫 造成 76 技師期刊 66
潛盾機受困地盤改良區及修復案例之探討 4.1 掘進前應注意事項 4.2 掘進中應注意事項 24 5mm/min 五 結論與建議 參考文獻 [1] (1997) PP1041-1048 [2] (1994) [3] (2002) 93 PP13-22 [4] (2006) - [5] (2006) [6] (2006) 43 [7] (2004) 技師期刊 66 77