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專案經理 |
李魁士 |
經 理 |
陳福勝 |
潛盾隧道工法是一種經由諸多施工經驗累積與試驗結果而逐步發展出來之隧道工法，隨著潛盾機製造與施工技藝之進步，許多課題之處理對策並非一成不變，於進行潛盾隧道工法之規劃、設計、與施工安排時，宜知悉潛盾機基本之機械操作性能、原理，並就各種施工可行性作評估，以選用最適宜之方式辦理。
因應各種不同之地層條件與作業空間限制，針對個案特殊情形各國發展出適用之潛盾機及相關配合施工法，隨技術與經驗之不同，不同的公司，甚至個人對課題之見解有所出入亦是常見之情形。然而，一般有關潛盾隧道工法之設計或施工參考指針則多只對原則性之要求做闡述，在許多人之心目中仍存有諸多疑問。因而，相關案例與施工經驗常成為評估潛盾隧道工法可行性，及作為檢討設計與施工應注意事項之重要參考依據。本報告針對潛盾隧道工法收集常見之詢問與答覆(包括邀請國內、外專家之答詢或工作過程中對相關課題之考量與答詢)，按下列主題分別彙整。然而，其中針對部分課題或許尚無公認之最佳答案，但相信探索之方向亦可提供作為進行潛盾隧道工法相關規劃、設計、施工計畫安排與審查諮詢之參考。
第一篇 潛盾隧道之規劃與設計
第二篇 潛盾機
第三篇 隧道環片
第四篇 連通隧道
第五篇 鄰近工程開發對隧道之影響
第六篇 隧道施工之建物失保護
第七篇 潛盾隧道施工
第八篇 地震、液化、斷層對隧道之影響
第九篇 特殊潛盾機工法
(一)隧道路線規劃配置之相關設計考量為何？
答覆：
l 隧道路線之配置主要考量下列原則辦理：
n 兩隧道間之間距：基於施工安全之考量，除特殊情況下並經適宜之處置外，原則上，兩隧道間之淨間距宜有一倍隧道直徑之距離。
n 隧道之覆土厚：基於施工安全之考量，除特殊情況下並經適宜之處置外，原則上，隧道之覆土厚宜有1~1.5倍以上隧道直徑之厚度。
n 隧道路線之最大縱坡：
(1) 國內並無潛盾隧道施工之最大縱坡限制，然參考日本勞動安全衛生規則第202條之規定，考量潛盾隧道施工運送之工作性，在隧道縱坡超出5%以上時，需輔以必要之特殊輔助設備。
(2) 雖然在日本已有20%坡度電纜隧道採潛盾機施築完成之案例。但一般而言，隧道縱坡超出 2~3%以上時，隧道施工效率將會降低。
l 隧道路線之最小縱坡：考慮隧道內之排水，隧道路線之最小縱坡為0.2%。
(二)因應工期需求，捷運工程常於車站區採空打連續壁做為隧道出發之反力座，
日本是否有較佳之設計?
答覆：
l 日本亦採類似做法，應視工期與經濟性之需求評估後決定。
(三)於潛盾工程經驗中，設計與施工最不能配合之項目為何?
答覆：
l 目前之合約解釋權主要在甲方，但責任卻是由乙方負責。部分圖說資料(特別是地質資料)為僅供參考，實際地層與發包前所瞭解之地層條件有較大差異，卻要承包商負責是比較不公平之處。但目前之一些仲裁判例判決甲方敗訴，或可稍微更正此一不合理之現象。
l 此外，潛盾機宜由施工廠商及製造廠共同設計而成，部分潛盾機規範對潛盾機之內部機械配備細節規定得太多，造成潛盾機可能須裝設部分機件以供驗收檢查，而實務上施工廠商並不使用之設備。
(四)一般隧道與車站連接處皆擴大開挖以利鏡面工及相關設施施作，若潛盾機採
棄殼方式到達，是否需擴挖?若採轉向施工，所需工作井或車站斷面是否需再
放大增加?相關配合事項為何?
答覆：
l 如採將全部機殼棄置方式辦理，則其係將潛盾機停於連續壁外，待鏡面鑿除後再行拆解，因此不需特別擴挖。但因潛盾機開挖切削面成本較高，考慮經濟性，亦可盡量設法使潛盾機駛入工作井內再拆解切削面，而僅留置潛盾機前胴、中胴與後胴。
l 工作井之寬度宜於潛盾機殼外留有人員作業之空間，如60cm/人*2人=120cm為佳，一般取100cm，最少亦應有1人之作業寬度60cm。
(五)為何一般潛盾隧道要求有1~1.5個隧道直徑以上之覆土？與浮力有關係嗎？
答覆：
l 潛盾隧道工法是一種經驗工法，由過去工程實作中記取教訓、累積諸多經驗所發展出來之技術。
l 浮力亦為原因之一，而希望有一個隧道直徑以上之覆土，是由於潛盾隧道施工之安全性，及綜合考量對周遭之影響等因素下得來。
(六)如何決定適宜之隧道之最小轉彎半徑？
答覆：
l 根據過去之案例經驗，直徑3M左右之隧道，隧道之最小轉彎半徑約為80M。直徑約5~9M左右之隧道，隧道之最小轉彎半徑約為100M。
l 小於上述之急轉彎隧道，須研究地盤改良之需求。另對潛盾機型式、環片種類、環片尺寸及結構或其他對策措施亦須加以研討。
(七)潛盾機直徑=5.65M，迴轉半徑R=80m且地盤軟弱時，是否須進行地盤改良？
答覆：
l 潛盾機遇迴轉半徑R=80m之情況下，採中折式潛盾機應可克服。
l 於機械可克服之情況下應優先採中折式潛盾機辦理，比起地盤改良較確實可靠。
l 如遇更小之迴轉半徑時，類似R=20~50M之情況下，才採取地盤改良灌漿輔助。
(八)急曲線潛盾施工工程之重點為何？
答覆：
l 急曲線之潛盾工程中，需要機械方面的密切配合，亦即中折式、切刃偏心式等特殊之對應。但並非有了機械上之對應，就一定能施工，還須視周圍土壤條件，同時使用地盤改良方法、推進方式及異型襯砌環片之使用等對策。
l 急曲線潛盾施工之理論基礎並未獲得解決，而是由施工技術的累積達到目前各種進步的狀態。
l 急曲線施工之難易度受潛盾機之機身長對直徑之比率(L/D)左右。一般大口徑之潛盾機L/D較小，小口徑之潛盾機L/D較大，L/D愈小，急曲線之施工性愈佳。
(九)高地下水位下之砂質土壤地盤，潛盾隧道因其他電纜或其他空調管之銜接進
出，須從隧道上方、下方或側面開孔銜接，其相關之施工法選擇、設計與施
工該如何考慮?
答覆：
l 原則上在地盤改良後，從隧道上方或側方開口差異雷同，惟地盤改良之施作成效則可能受幾何形狀與地層條件所影響，應個案檢討。
l 從隧道下方開口因會有排水問題，一般不做如此之規劃。
(十)潛盾隧道平面線形之規劃時，潛盾機出發段因利用反力座推進，而希望保持
一直線段，是否一定需有此一直線段隧道？此一直線段長度如何安排為宜？
到達井部分之線形是否可採曲線進入？有無特別需注意之處。
答覆：
l 在潛盾機出發段，如果工作井與反力座之安排可以使潛盾機與反力座維持90度而能出發完成曲線施工之情況，則不一定需有此一直線段隧道。但一般而言並不容易，因此才希望有一段大於潛盾機機身長度之直線段安排。
l 於隧道到達部分如為曲線施工時，潛盾機將有超挖之現象，此時到達井之鏡面開口需較直線時為大，則需注意考量的是較大開口鏡面之止水穩定處理與施工精度之控制。
(十一)規劃潛盾隧道平面線形時，S 型曲線有不同之曲率中心時，在兩反向曲線
間是否須預留一直線段以便潛盾機作調整？此直線段宜有長？
答覆：
l 當潛盾機剛完成一曲線施工時，潛盾機之姿勢係屬外側超挖轉彎情況，無法直接扭轉成另一側之超挖，因此在兩反向曲線間須預留一長約為1~2環片寬度+潛盾機身長之直線段，以便潛盾機作姿勢之調整。
l 另寧可將工作井採非矩形之配置以避免於出發初期掘進段或到達井附近作S曲線之安排，以減少潛盾機方向控制不凖之風險。
(十二)規劃潛盾隧道縱面線形時，當工作井考量作為不同高程之出發井使用，是否合適？
其施工之順序應如何考量才妥適？是較深之潛盾機先行或是可不分時間性同時施
作？
答覆：
l 仍是可行，台北捷運已有幾個案例，參見照片一，惟施工安排與反力座、潛盾機出發到達之支撐配置應作適當之考量。
l 較深之潛盾機宜先行施工，以避免影響在上方之另一條隧道。
l 上方隧道施作所需之支承樓版與施工順序、工期需作妥善安排。
(十三)兩上下交疊之潛盾隧道，如淨距甚小，且位於不同性質之土層，施工時是否會有
不同之變形行為？(最小淨距為2.5M，上部為砂層，下部為黏土層，覆土厚約6M
隧道外徑為6.2~6.3M)。
答覆：
l 有2.5M之淨距時，施工不是難題。但其前提條件為配合高精度之開挖管理及地盤改良，如能配合下部隧道之臨時支撐將更可確保安全。
l 目前，鄰近隧道施工所引起變形之相關實測資料較缺乏，因此必須從地盤改良及施工管理上來對應處理。(鄰近隧道施工造成相互影響在學理上並無定論，在日本有相鄰80cm之隧道施工成功之案例，亦有相鄰2~3M卻使兩隧道中央產生空洞之案例)。
l 站在設計者的立場，必須考慮下列事項：(1)地盤改良(何種狀況時，須採用何種工法)(2)鄰近部份之施工速度(3)預估工期(4)預估工程費，並將上列事項充份反映在規範上。
(十四)重疊隧道之地盤改良範圍在設計上應考量哪些因素，相關安全係數為何？
如兩隧道淨距小於0.5D，除地盤改良外，是否需於隧道加設內支撐。如兩
長度約300M之近接隧道(直徑6.3M)間之距離由4M縮至2M，於設計與施工時
應作何考量？
答覆：
l 在日本東京地鐵案例中，曾有兩潛盾隧道間僅15cm，重疊長度為5~10M，並未採取任何額外處理措施而成功之案例。
l 如兩隧道間距為4M時，未採取任何額外處理應可成功。
l 如兩隧道間距為2M時，未採取任何額外處理亦可能有機會成功。
l 環片設計時應分析檢討此條件。
l 後施工之隧道於開挖時容易朝先完成隧道方向偏移。潛盾機之選擇以土壓平衡式較泥水加壓式為佳，因為土壓平衡式潛盾機係利用取土量與取土速率以平衡土水壓，因而可正確估算出土量；但泥水加壓式潛盾機則無法正確估算出土量，將可能造成超挖而影響鄰近隧道而未察覺。
l 路線配置時應使間距小(2M)之區段愈少愈好。
(十五)潛盾機最小內徑為何？
答覆：
l 針對作業人員與運輸軌道空間之需求，主要考慮工作人員不用彎腰、頂多低頭即可出入隧道，一般而言，環片組裝後最小內徑宜有1.8M，此亦為目前國內最小之案例(衛生下水道)，其有0.15m之二次襯砌(完成內徑為1.5M)，潛盾機外徑為2280mm。
l 日本有環片組裝後最小內徑1.6M之實績，其潛盾機外徑為2030mm。
(十六)潛盾機到達井是否一定需要保留淨空供潛盾機駛入到達井之需？
答覆：
l 潛盾機到達井並不需要鏡面止水工，因此潛盾機之一側在無淨空之情況下仍可進入到達井內再作平移與迴轉。
(十七)若作同一高程且提供兩側不同方向之出發井使用，其工作井平面配置之
合適長寬應至少為何？
答覆：
l 應視施工安排與工期限制等因素而定。
l 考量成本與施工性，潛盾隧道盡量安排潛盾機可駛入到達井內以供拆解或轉向。
l 正常之潛盾機工作井寬度應較潛盾機機身寬加大1M以上為原則，一般常見之潛盾發進井所需最小尺寸如附表1及圖一與圖二所示，但針對個案亦可作特殊處理。
l 針對特殊情形，如潛盾工作井外有建物限制，潛盾機擴大端可採僅擴大0.6M（鏡面工尺寸約20cm），而擴大端之最小長度需大於10M[1M+8M(機身長)+1M]以作為規劃配置原則，即反力座之部分並非一定要擴大。
l 另必要時，可採取較短之臨時螺旋帶運機(screw conveyor)以縮短工作井長度要求，惟相關費用要加以考量。
(十八)利用車站作為出發井時，將出發段車站底板頂面整體降挖至潛盾機下方約
60~70cm處，或採將底板分兩次施築之方式而不降挖之方式辦理，何者為
宜？
答覆：
l 兩者皆可行，惟就施工性而言，降挖案應較理想，『Simple is the best』。
l 台北捷運採細設後再發包施工，純就業主合約之工程數量計價分析而言，採將底板分兩次施築而不降挖之方式，只增加鋼筋續接器與混泥土打毛等工項，評估結果其工程費用較低。高雄捷運採統包之方式辦理，統包商均要求採將出發段車站底板頂面整體降挖至潛盾機下方約70cm處(即降挖約1M日後再回填混擬土)之方式辦理，此等考量使工程數量較大，但因施工單純、時間與品質掌控容易，因此仍為多數統包商所選用。
(十九)潛盾機出發、到達工作井之支撐系統配置安排注意事項為何？
答覆：(參見照片二)
l 潛盾機頂部上方之支撐(以第4階支撐為例)與潛盾機須留0.5~0.6M之作業空間，潛盾機位置之支撐(約為第5、6或7三階支撐)於底版完成後，一次拆除以利潛盾機發進與到達進入作業。潛盾隧道施築完成撤機後，先架設回撐後再拆除潛盾機頂部上方之支撐，以構築結構頂層。
l 除非潛盾機必須棄殼於車站外者，否則作為潛盾機發進或到達端者，因潛盾機作業需求將無法設置中間樁，斜向支撐部分則採架設壓梁以減少無支撐長度方式辦理。
l 上、下行線中只要有一線作降挖，則該區之上、下行線全面降挖以方便作業。以6.25M直徑之潛盾機為例，投入口開口部之參考尺寸約需3.5M*7.5M，迴轉空間直徑約需8.3M，潛盾機橫移之處所不可設置中間樁，因應交通維持需求之覆工板架設所需之中間樁須配合調整。
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