友善列印 logo 轉寄分享 logo Facebook logo google plus logo Line logo

 技術專區

隧道工程

軌道交通建設為配合線型規劃及現地施工環境等需求而納入隧道配置,一般隧道設計依地質狀況概分為適用於土層施工之潛盾隧道及岩體之山岳隧道,茲說明如下。

 

隧道設計

隧道斷面配置需考量靜(動)態包絡線、相關機電設施、軌道型式、安全輔助設施等及其它包括消防、排水、電力、通訊、號誌與照明等服務設施空間。例如機場捷運工程潛盾隧道斷面經綜合上述因素後,訂出最小隧道內部直徑為5.6m,斷面如下。

機場捷運潛盾隧道斷面圖

機場捷運潛盾隧道斷面圖

 

潛盾隧道設計

環片襯砌組合標準斷面圖

環片襯砌組合標準斷面圖

 

潛盾隧道一般適用於都會區軌道工程土層隧道設計,如台北捷運、機場捷運及高雄捷運等。一般潛盾隧道配合潛盾機型式採用圓形斷面並以鋼筋混凝土環片支撐設計。以機場捷運為例,潛盾隧道標稱內徑為5600mm,其鋼筋混凝土環片於潛盾機盾殼後段立即組裝而成,由三片A型環片、一片B型環片、一片C型環片及一片K型環片組合而成,如下圖所示。A型為標準環片,K型為梯型環片,B、C兩型與K型相接處為斜邊,而與A型相接處為垂直邊,環片內側設螺栓槽、螺栓孔,以供A307螺栓將上述環片組合聯成一環,環與環間亦以A307螺栓結合,組合時相鄰環節交互旋轉360°,形成環片交錯配置,相對地增加隧道剛度,以避免因接點不交錯而形成共線弱點。環片間隙皆置水膨脹性橡膠填封條封住滲水,避免接合處之漏水,並貼附合成橡膠接頭襯墊,以利潛盾機之千斤頂推力的傳遞,標準斷面圖如下所示。

 

山岳隧道設計

機場捷運青山路山岳隧道標準斷面圖
機場捷運青山路山岳隧道標準斷面圖

 

山岳隧道一般設計於非都會區硬岩地質區,隧道斷面需滿足交通運輸功能及維修作業等淨空需求條件進行山岳隧道設計,一般採用近似圓形之最小斷面來達到最符合力學性質及最經濟實用斷面為原則。以機場捷運工程之功能需求為例,隧道行車淨空之設計高度為3.8m,設計淨寬為3.3m,維修步道之無礙寬度及高度各為0.55m及1.9m。山岳隧道內襯砌(鋼筋混凝土)設計須考量全部外襯砌所承擔之載重,若採不排水設計,除內襯砌外,須承擔全部地下水壓力,一般採用頂拱上5m之靜水壓力。除水壓外,內襯砌將承擔全部外襯砌(噴凝土+岩栓)所承擔之載重,仰拱底鋪設防水膜後需組立鋼筋,設置5公分混凝土以保護仰拱處之防水膜,如下圖所示。

 

另考量於隧道內發生緊急事故時之逃生救災功能,需設置聯絡通道連通隧道之上下行線,以提供緊急事故發生時人員逃生及救災等相關工作之行進路徑。

 

隧道施工

依據現地施工環境及地質情況等因素採用適合施工方式,一般隧道施工方式潛盾隧道會採用潛盾機施工,如台北捷運及機場捷潛盾隧道施工;山岳隧道施工方式採NATM工法設計NATM工法及機械開挖,如Road-header、TBM等隧道鑽掘機具。

 

潛盾隧道

潛盾隧道施工一般係依據地質情況選擇適合的潛盾機具,以機場捷運工程為例,潛盾機施作主要地層為卵礫石層,局部路段如A11至A12車站間可能會遭遇大南灣砂岩層,為顧及施工安全性,原則上採密閉型潛盾機型,並需對礫石的大小、大礫石的含有率、礫石的強度、礫石之間土砂的性質、地下水水壓等等有充份考慮及計畫,綜合比較不同機型之潛盾機特性如下:

 

  • 圓盤型切刃盤的圓(dome)型潛盾機
    1. 圓盤型切刃盤為岩盤破碎TBM而開發的,整個斷面為岩盤時,掘進技能效率高。礫石層時,由於礫石會轉動,無法保持充分的反力,掘進花費時間多,滾輪式切刃盤易發生早期磨損及迴轉不良而造成的偏磨損,替換需花費相當高的費用及時間。
    2. 工法可分為土壓式及泥水式。土壓式情形下,開挖後餘土有可能在土倉裡凝結,因此作泥材的材料選擇、灌注方式及土倉內土壓的挖掘管理需非常注意。泥水式情形下,為輸送泥水,挖掘後的石片碴料有可能會造成排泥管的磨損及破壞。
    圓盤型切刃盤的圓(dome)型潛盾機

    圓盤型切刃盤的圓(dome)型潛盾機

 

  • 礫石對應型泥土加壓潛盾機
    1. 輻型切刃盤裝備耐久性高的鑽頭,較大礫石可直接穿過螺旋排土機。
    2. 為了將礫石排出,一般螺旋排土機多採用無軸式。高水壓的情況下可能會有噴出現象,無法保持開挖面的土壓之問題,故亦可見有軸式及無軸式的併用型。
    3. 無破碎較大礫石的機構,故以原狀處理,從可裝備的螺旋排土機的寬度來看,有500mm以上的礫石的情形下,無法以一般的掘進狀態來處理。若礫石的最大直徑在500mm以下時,能預期掘進速度將比上述的圓型潛盾機來得快。以一般條件而言,不需採用補助工法。
    礫石對應型泥土加壓潛盾機

    礫石對應型泥土加壓潛盾機

 

  • 開放型潛盾機
    1. 潛盾機前面無隔艙,直接在開挖面挖掘的方式,當潛盾直徑大時,需要裝備油壓挖土機。
    2. 開挖面需設置棚架及防止崩壞的結構以供緊急時所需,亦需設置安全門。
    3. 藥劑灌漿工法、壓氣工法、深井工法等可做為湧水量多時的補助工法。若有大尺寸礫石是較易於處理的。湧水量多、高崩塌性的地盤,則需以地盤改良及降低地下水位做為有效的補助工法。

開放型潛盾機

開放型潛盾機

 

山岳隧道

新奧隧道工法(NATM)工法

隧道施工工法若為新奧隧道工法(NATM)施作,一般可採鑽炸或機械開挖方式施作,如高鐵隧道群及機場捷運青山段(A6~A7)隧道。

機場捷運青山路山岳隧道襯砌完成圖

機場捷運青山路山岳隧道襯砌完成圖

 

TBM工法

長隧道施工時,為加速工施工進度,一般會採用隧道鑽岩機及台車出土方式施作,如北宜高速公路雪山隧道已全斷面隧道鑽掘機進行施工。

北宜高速公路雪山隧道南洞口
北宜高速公路雪山隧道南洞口(資料摘自維基百科)