工程實務

山岳隧道統包工程之設計與施工

摘  要

目前台灣地區之工程為爭取時效及減少施工上之介面問題，已漸漸採用統包方式來進行發包作業，以期能使相關工程完工如期、造價如度、品質如式為目標。一般統包工程均由營造廠所承攬，而目前台灣營造廠又往往無足夠設計人力來進行相關設計工作，因此為配合相關設計作業，營造廠或施工單位往往均需與設計顧問公司配合。故如何在設計與施工上，設計顧問公司與營造廠或施工單位能充分良好配合，即對工程之成功佔相當關鍵之因素。

本文將針對中部某山區之山岳隧道以統包方式，邊設計及邊施工之案例予以探討，以期可作為相關類似工程之參考。

一、前言

台灣地區在九二一大地震中造成許多山區連外道路崩塌而中斷，雖曾搶通恢復通車，惟於2001年7月桃芝颱風豪雨襲擊下，又造成更嚴重之崩塌，搶修工程高度困難。因此，為維護用路人生命財產之安全，部分路段考量改採興建安全度較高之隧道。惟往往搶修通車時程緊迫，在依傳統發包方式採設計與施工分階段辦理，不但所需時間較長，且設計與施工分別由不同單位承攬，可能產生之設計理念無法傳達，使設計與施工產生相當之落差，及契約管理量與界面偏多，往往無法符合實際需求，統包(Design-Build，Turnkey)則成為主辦機關偏向選擇採用之方式。

本統包案例為山區之山岳公路隧道，全長約640公尺，採邊設計邊施工方式進行，因此主辦機關與統包廠商權責如何劃分，設計與施工之間的配合等，均為本文所探討之重點。

二、工程概況

(一)概述

本工程位於台灣中部山區溪頭與杉林溪間之山區道路，由於道路路基嚴重坍方，修復不易，因此考量以隧道方式作為永久修復之方案。新建之隧道長約640公尺，加上北口假隧道長約18公尺，南口約5公尺，總長663公尺。隧道為雙向車道，單車道寬3.25公尺，兩側路肩寬0.25公尺，淨高4.6公尺，車道兩側各設置淨寬1.0公尺人行道，人行道淨高為2.0公尺。路面工程則包括隧道內瀝青混凝土及級配粒料底層所組成之柔性路面。本工程係以統包方式辦理，統包廠商必須負責辦理工程設計與配合工作暨工程施工。

(二)工程環境及工程地質背景

1. 工程環境

依據氣象站近十年來(1991~2000)之統計資料顯示，本工程地區年平均降雨量約2213.5公厘，每年受梅雨及颱風季節影響，降雨量集中於五月、六月、七月及八月，月平均雨量均在300公厘以上。全年平均降雨日數約154天左右，月平均降雨日數分佈類似降雨量分佈。本工程地區屬於副熱帶氣候，因位處於山區，全年平均氣溫約16.6℃，月平均氣溫變化約在10℃~20℃之間，各月平均氣溫以七月20.4℃較高，一月11.4℃較低。(詳圖一)

在本工程場址重要的地質危害為邊坡崩塌，由於厚層砂岩受節理切割後，造成大小不一的岩塊，其所造成的破壞模式主要是楔型破壞，而局部較陡的節理則會產生翻倒破壞。水亦是造成此厚層

砂岩產生崩塌的主要因素，由節理面多有鐵染現象，與部份露頭正在滲水或滴水現象顯示，在地下水沿著節理流動下，將使節理面的強度降低，摩擦阻抗減小，使岩塊容易鬆動脫離岩體而產生楔型破壞或翻倒破壞。

本場址在地質分區上屬於西部麓山帶地質區，分佈地層為中新世的關刀山砂岩，主要呈細至中粒，淡灰至青灰色，含泥質，但岩體強度頗為堅硬，抗風化能力較強，多呈厚層塊狀，地層位態並不明顯。主要相關層面位態與節理位態立體投影分析圖，請參見圖二。節理發育為本場址主要的地質構造，大多數節理呈閉合現象，局部含有砂泥之夾心，厚度在1~5mm不等，大多有褐色的鐵染現象，局部目前仍有滲水現象(照片一)，在邊坡上則可發現有開口狀況，應是受解壓或先前之崩塌牽動影響造成。另依據地表地質調查結果顯示，隧道沿線可能遭遇三條大小不一的剪裂帶，其方向大致與隧道線呈直交，因此其影響不至太大，惟仍需注意。

2. 工程地質

隧道沿線岩性主要為細至中粒，淡灰至青灰色，含泥質之砂岩所組成，砂岩呈厚層塊狀，膠結良好，岩質緻密堅硬，單壓強度屬中強程度。由現場地質調查資料顯示，不連續面頗為發達，局部地區有地下水滲出，因此岩塊易沿不連續面掉落。另部分含泥質成份較高的砂岩夾層約呈水平分佈，且其具有較不透水特性，若其分佈於隧道開挖的頂拱時，有產生沿節理切割的岩塊整片掉落之虞。

由於本隧道覆蓋厚度最大約250公尺，隧道開挖時之地盤行為型式有(1)堅固地盤、(2)地層結構條件下之後續斷裂(岩楔掉落)及(3)空洞過應力等三種，其中推測楔型掉落為本隧道施工之較常見之困難(Hazard)，應特別留意。本隧道沿線支撐型式分為II、III、IV、V及VI等五種。

隧道洞口主要之工程地質問題為洞口邊坡潛在楔型破壞問題，及局部較陡的節理存在翻倒破壞潛能，因此隧道進洞時除應加以注意外，並不宜採大開挖邊坡方式進洞。隧道南北洞口附近均有山溝發育，因此隧道洞口排水問亦應審慎考量。

三、統包工程

(一)統包工程

在進入世界貿易組織（WTO）後，以統包契約方式辦理重大工程之設計、施工、設備採購及安裝，已成為工程界愈來愈盛行採用之工程計畫興建方式。此種工程興建方式，因具有縮短工期、節省經費、簡化管理及提升效率等多重優點，因此國際工程界已逐漸採用。故工程師及工程管理人員對此種統包契約方式，應具有正確之觀念與認知，方能順應國際潮流。

統包工程之「統包」一辭源自國外工程「Turnkey」承攬制度，其含意即由統包廠商負責工程之設計與施工，最後再將成果交到業主手上；與一般將全部工程交由一家承商施作，或於建築工程中納入水電等工程之「總包」並不相同。依據國際顧問工程師協會(FIDIC)、聯合國跨國機構中心、美國土木工程師協會(ASCE)及美國建築師協會(AIA)等機構或單位對統包(Turnkey)均有所定義，其本意與「設計／施工」(Design／Build)相近，惟「設計／施工」所服務之範圍較小，僅負責工程之設計與施工，而「統包廠商」所提供之服務除工程之設計與施工外，尚包括提供工程融資、工址評估與用地取得、代替申請證照服務及完工後之短期營運(評估是否符合功能需求)等。

有關「統包」之定義，以往並未有任何機構或團體加以明確界定。根據「採購法」規定:「機關基於效率及品質之要求，得以統包辦理招標。前項所稱統包，指將工程或財物採購中之設計、施工、供應、安裝或一定期間之維修等併於同一採購契約辦理招標。」其併於同一採購契約辦理招標之範圍如下：

1. 工程採購，含細部設計及施工，並得包含基本設計、測試、訓練、一定期間之維修或營運等事項。

2. 財物採購，含細部設計、供應及安裝，並得包含基本設計、測試、訓練、一定期間之維修或營運等事項。

上述規定對於統包工程之範疇可謂已有相當明確之界定，惟對於統包工程之範圍是否可涵蓋規劃之部分尚有待釐清。而依據FIDIC等國際統包模式，有關統包工程之範圍應可包括工程規劃事項，較能切合實際作業需求。

(二)執行架構之種類

由「統包」之定義可知，承攬統包工程之廠商必須負責工程之設計與施工，而實際之發包策略上又因統包廠商組成方式之不同分為：(1)以施工承包商為主體之統包架構；(2)以設計顧問機構為主體之統包架構；(3)由施工承包商與設計顧問機構聯合承攬組織為主體之統包架構；及(4)綜合設計/施工之大型工程組織為主體之統包架構。對開發單位或業主而言，則一般將對計畫本身所需之時程、成本與技術性，或開發單位之管理人力及計畫之特殊需求等因素逐一考量後決定執行架構。

而本工程所採用之統包架構屬第一種型態，由於本統包工程中施工作業佔成本之絕大部分，因此，統包工程之執行架構由施工廠商所主導，統包廠商本身擁有施工單位，設計工作則由專業設計顧問機構辦理，統包廠商並須對業主負全責。此種統包架構之缺點為統包廠商無法控制某些設計上潛在之問題及其可能造成之影響；然設計顧問機構與施工承包商間之充分協調與瞭解為工程執行成敗之關鍵。

以設計顧問機構為主體之統包架構，係由設計顧問機構為統包商，對業主負工程契約範圍內之設計及施工(包括介面協調)之全部責任，而設計顧問機構另行將施工部分，分包予各專業施工承包商，各施工承包商應對統包商負各分標施工及配合之責任。因此統包商必須有足夠之財務能力以承擔因施工所造成之超額風險。

以施工承包商與設計顧問機構結合為聯合承攬組織之統包架構，需連帶對業主負工程契約範圍內設計及施工之全部責任。此一執行架構由施工承包商為主，但設計顧問機構須負連帶責任，因此，其配合程度較前述二種方式為佳，且業主有權在甄選統包廠商時，對設計顧問機構之信譽與能力進一步評鑑，可降低完全由施工承包商主導而選到信譽不佳設計顧問之風險，對業主之權益較有保障。惟聯合承攬方式須特別考慮參與成員之財務與權責分配比例，以及相互間之信任度等問題。

第四種之架構則由業主將契約範圍內設計及施工之責任委由綜合設計/施工之大型工程組織承辦，與聯合承攬統包方式之不同，在於本組織為單一公司型態，且為長續性之經營組織，機構內即擁有設計及施工部門，可單獨執行工程設計工作或工程施工，在管理、協調方面較為有利。通常此一型態之統包商須有足夠之財力支援，可承擔較大之風險，對業主較有保障。惟為維持龐大組織，其營運成本過鉅，財務負擔大，故此類型並不多見。

(三)統包制度之優缺點

工程之統包制度依其執行架構與統包廠商之組織型態；業主、施工廠商及設計顧問機構，或主承包商與不同領域之業者，茲彙整其優缺點分析如表1。

四、設計與施工

本案例隧道統包工程由營造廠所主導，主要工作項目分為兩大項，即工程之細部設計及施工(含工程慣例上應辦理之事項)。

(一)細部設計

細部設計工作主要包括：

1. 隧道主體工程、隧道洞口邊坡保護、假隧道等工程。

2. 隧道北洞口整治區安全擋土措施及景觀配合等設施。

3. 施工運輸道路、施工便道(橋)、索道、運碴道路及其他運輸等設施、工地辦公室、施工場地等一切臨時用地之取得及相關工程設計。

4. 水土保持計畫之送審核定。

5. 配合工作主要包括地質調查及工程測量。

(二)施工部分

1. 隧道工程

依核定之設計圖及施工技術規範施工。

2. 隧道北口整治區 

隧道北洞口整治區為供本工程隧道開挖棄方填築之場所之一。

3. 既有道路之復舊與維持約1公里。

施工階段需藉以進出施工路段，部分坍方路面淨寬不足，山側為高陡崩坍邊坡，需自行設計與施築施工運輸道路復舊與維持，包括數處既有道路路基崩坍之整治回填復舊，與崩坍土石方之清除，以維持施工期間之道路暢通。

4. 附屬工程包括護坡、排水工程、交通工程(含道路標誌、路面標記及標線等)、隧道照明等工作。

5. 施工索道，為利隧道雙向開挖要求，及本工程施工機具材料等之運輸。

6. 棄碴，預估隧道碴料約4.5萬立方公尺，棄碴區需施作必要之水土保持與擋土措施。

(三)設計及施工之探討

本工程係以施工承商為主承攬統包工程的統包工程，惟設計與施工仍分別由不同單位負責，因此在執行時介面之整合為本工程所必須面對且解決的問題。而由於本工程為道路災害復建工程，致使施工工期為主辦機關最主要的考量因素，因此主辦機關在現場督導作業時，以能增加工程進度作為首要考量。主辦機關所要求的現場作業方式、施工承商施工方式與設計單位所提出的設計理念往往略有所差異，又由於本統包工程主辦機關的招標文件所提供的發包圖，只針對隧道淨空斷面提出需求，對於有關的隧道相關配置措施並無明確規定，且計價方式又以按實作數量計價，各工程項目亦有相關單價。故為滿足相關合約及規範規定，必須藉由多次協調與討論，以解決三方不同的意見，此亦為最困難之部分，因設計、施工及主辦機關各有立場及堅持。以下就本工程所遭遇的相關介面問題加以探討說明：

1. 本工程由於係以施工承商為主承攬之統包工程，擔負本工程施工成敗之全責，因此，施工承商是本工程施工階段之總指揮官；然因一般統包工程係於設計尚未完成前所承攬之工作，基於承商「在商言商」，追求施工最大利潤之原則下，細部設計工作均以承商之要求為考量重點，造成本工程無法依主辦機關之預期推展，如相關施工步驟及工法，儘量以現場執行較易且相關來價合理為首要考量。

2. 設計單位僅為附屬於施工單位之分包廠商，其執行設計之理念往往受制於施工廠商，造成主辦機關對設計與施工品質較難掌握，且無法以超然、獨立之立場進行相關設計作業，致使其成果或品質可能無法與一般隧道工程之水準相比擬。

3. 統包工程對設計單位有參與實際施工之機會而培養現場經驗，且可於施工過程中，藉由與施工單位之合作，引入新式施工技術或概念，進而提昇工程專業設計能力。就本隧道工程而言，所採用之施工方式為新奧工法之理念，雖目前山岳隧道已大部分採用本工法，惟在台灣地質變化不宜掌握情況下，仍有許多值得探討之處。

4. 主辦機關為求順利完成本工程，及在完工工期壓力下，均希望施工承商能依現場指示執行工作，惟在執行後可能施工項目不在合約單價內，因本工程為按實作數量計價，或與設計圖有所不同，在工作協調上需花較多時間，及往後仍需進行合約變更，以符合實際完成之工程。故未來新統包工程若採按實作數量方式計價，其招標文件除列明功能需求外，計價用的單價亦應考慮列入相關項目之參考單價，以減少產生新增單價的困擾，及甲乙雙方所需協商的時間與人力。

五、結論

本統包工程進行時，參與設計之顧問公司感受到與一般隧道工程規劃、設計程序或基準諸多不同之處，該措施或作為均將影響隧道品質、成本與工期，這為未來統包工程所應予考量之處。

統包工程為未來工程發包之主要趨勢，雖對主辦機關、施工承商及設計顧問機構等均有其優缺點，經本案例探討發現，統包商信譽非常重要，招標時須嚴格把關；統包商影響設計品質、主辦機關不易審核，因此招標文件必須要明確訂定相關工程需求及契約彈性原則等事項；施工承商內應有施工工程專業領域之人員，請其共同參與設計顧問之相關程序或會議，則可將設計疏失責任之風險降至最低；設計顧問應依主辦機關之功能需求，基於一般規劃、設計程序與原則進行工程之規設工作，並應堅持職業及專業道德進行相關之結構物設計。總之，統包商應於計畫推動時，依計畫之特性妥善研擬適切之因應對策，並能與設計顧問充分配合等，為專案計畫可如期如質推動、完竣之最主要因素。

參考文獻

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