國內隧道之施工現況

張文城

一、前言

　　台灣地區由於百分之七十以上之土地屬於山坡地，且地形崎嶇，故交通的連絡常甚為不便，而隧道正是縮短兩地交通距離最直接的方法之一。此外由於山高水急，水利資源的儲存與利用便顯得格外的重要，也因此一系列與水利和發電有關的隧道工程乃應運而生。民國六十年代以後，國內的隧道工程無論在數量、規模及技術上都有明顯的成長。以公路隧道而言，主要為全省省道的新建及改善工程，其特色為隧道長度較短(通常小於1km)，數量較多，如七十年代台１４線的中潭公路改善工程[1]。其次為八十年代相繼完成的北部第二高速公路隧道工程，本工程的特色為單孔三車道隧道的標準斷面跨徑達16m，開挖斷面積約160m2(如圖一)，尤其是其中的新店隧道部份斷面採用四車道，跨徑達22m，為目前國內開挖面積最大的交通隧道。以鐵路隧道而言，則主要為六十年代完成的北迴鐵路隧道群及七十年代完成的南迴鐵路隧道群，其中南迴鐵路的中央隧道長度約8公里，為目前國內已施工完成最長的交通隧道[1]。以水利及電力隧道而言，主要有翡翠水庫、鯉魚潭水庫、南化水庫、明湖抽蓄發電、明潭抽蓄發電、新天輪水力發電及馬鞍水力發電等導水、引水及輸水隧道與地下廠房等隧道工程，其特色為隧道斷面較小且近於圓形(一般直徑約為4~6m)，長度也較長(通常大於1km)，而地下廠房之開挖則斷面甚大，以新天崙計畫為例[2]，其開挖之長×寬×高達53m×23m×41m。

　　到了八十年代隧道工程建設仍持續推動，尤其是為了配合環島高速公路網的形成及提高環島交通的運量，諸如北宜高速公路、國道東部公路，中橫快速公路、高速鐵路及東部鐵路改善等大型公共建設相繼推出，其特色為隧道的長度更長，如正施工中之東部鐵路改善計畫的新觀音隧道長約10.3km[3]，北宜高速公路的坪林隧道長約12.9km[4]，而規劃中的中橫快速公路，其中最長的隧道更達15km[5]。由於長度增加，施工的困難度也因此比以往更高，而另一方面這也代表新的技術與管理必須積極的引進與改善，以期能如期、如質的完成此等重大建設。

圖一北部第二高速公路三車道隧道標準斷面圖(單位:m)

二、隧道施工現況

　　目前國內正積極推動的隧道工程大致上可分為公路工程、鐵路工程及水力與電力工程三大類(詳如表一)，雖然因為功能需求不同，開挖的斷面有所差異，但設計之理念及施工時採用的工法則極為接近，故其規劃、設計乃至施工階段的經驗可互相交流，以提昇國內隧道的技術。

表一國內目前施工中之主要隧道工程

工程名稱	單向長度(大約)	斷面(大約)	主要開挖工法
東西向快速道路漢寶草屯段八卦山隧道	5000m	140m²	挖溝機
東西向快速道路萬里瑞濱段	4座,合計長約3600m	100~130m²	破碎機,鑽炸法
基隆暖暖至宜蘭大溪改善工程，基平隧道	2560m	70m²	鑽炸法
北宜高速公路彭山隧道	3800m	80~100m²	破碎機,鑽炸法
北宜高速公路坪林隧道	12900m	120m²	破碎機,TBM法
第二高速公路基隆汐止段	3座,合計長約2500m	150m²	破碎機,鑽炸法
第二高速公路蘭潭隧道	1200m	170m²	挖溝機
第二高速公路中寮隧道	1800m	120~150m²	破碎機,鑽炸法
東部鐵路改善計畫新永春隧道	4460m	40m²	鑽炸法
東部鐵路改善計畫新南澳隧道	5340m	40m²	鑽炸法
東部鐵路改善計畫新觀音隧道	10300m	80m²	鑽炸法
鯉魚潭水庫士林水力發電工程頭水隧道	5500m	16m²	鑽炸法,TBM工法

(一)公路隧道

　　公路工程大致上可分為兩類，第一類為省級以下的道路，第二類為國道。目前施工中省級道路的隧道工程，可以東西向快速道路漢寶草屯段八卦山隧道、萬里瑞濱段一至四號隧道與基隆暖暖至宜蘭大溪改善工程的基平隧道為代表。其中漢寶草屯段的八卦山隧道長約5000m，地層主要為卵礫石層，故採用挖溝機直接開挖，承包商為中華工程公司，至88年4月已開挖約2000m，平均開挖進度約60~70m/月，而最佳之開挖度則達105m/月。萬里瑞濱段4座隧道總長約3600m，最長的隧道約1100m，地層主要為砂頁岩互層，主要採用破碎機及鑽炸法施工，皆由國內包商所承作，平均開挖進度約為50~60m/月，最佳開挖進度約107m/月。此外基平隧道長約2560m，地層主要為砂岩、頁岩及其互層，採用鑽炸法施工，由森榮營造有限公司承作，至88年4月已施工長度約1300m，平均開挖長度約50~60m/月，最佳進度為97m/月。

　　在國道建設方面，主要有北宜高速公路工程及第二高速公路工程正積極推動中。北宜高速公路隧道共五座，總長度約20km，其中以彭山隧道及坪林隧道為代表。彭山隧道長約3800m，地層主要為砂岩及硬頁岩，主要採用破碎機及鑽炸法施工，承包商為義大利公司及盛泰營造聯合承攬，目前隧道上半斷面已開挖貫通，平均開挖進度約70~80m/月，最佳之開挖進度則達138m/月。坪林隧道包含兩條主坑及一條導坑分別長約12900m，為目前國內施工中最長之交通隧道，地層主要為硬頁岩及四稜砂岩，採用鑽炸法及TBM工法施工，由榮工處承包。鑽炸法的施工以主坑為例，至88年4月止施工長度約2700m，平均進度約為40~50m/月，最佳為89m/月。BM工法由於係國內第一個採用的施工案例(TBM設備詳如圖二)，故施工時無論在技術、經驗及地質上皆遭遇相當大的困難，致施工進度一直不甚理想，以導坑的施工為例，其開挖進度詳如圖三，由82年開挖至87年止，計開挖約1100m，最佳進度為205m/月，此外由圖中亦顯示，TBM有十次因機頭上方岩盤崩坍，致須停機處理而無法進行開挖。根據原設計理念，坪林隧道約12公里長係採用TBM工法施工，並由東口向西口掘進，由於TBM施工時，遭遇了前述之困難，故目前皆已暫時停止使用TBM開挖，而改以鑽炸法施工，待通過東口段約3~4公里長的不良地質路段後，再視地質情況，決定是否恢復TBM的開挖。

(a)導坑TBM(直徑4.8) (b) 主坑TBM(直徑11.8)

圖二坪林隧道TBM

圖三坪林隧道導坑工程TBM每月開挖進度統計表[4]

　　第二高速公路目前施工中的計有基隆汐止段的三座隧道及南二高的蘭潭與中寮隧道。基隆汐止段三座隧道總長約2500m，最長的隧道長約1250m，地層主要為砂岩、頁岩及砂頁岩互層，採用破碎機及鑽炸法施工，皆由國內包商承作，目前有多座隧道已貫通，其開挖之平均進度約40~50m/月，最佳進度約67m/月。蘭潭隧道長約1200m，地層主要為泥岩及膠結疏鬆的砂層(岩)，採用挖溝機開挖，由大陸工程公司承包，至88年4月止已施工長度約1100m，平均開挖進度為40 ~50m/月，最佳開挖進度
為61m/月。中寮隧道長約1800m，地層主要為砂岩及頁岩，主要採用破碎機開挖，亦由大陸工程公司承建，目前上半斷面已開挖貫通，平均開挖進度約35m/月，最佳開挖進度為67m/月。
　　另外國道隧道仍有多項計畫正積極推動中，包括中二高豐原霧峰段[6]，中橫快速公路[5]及東部公路蘇澳台東段[7]等。其中豐原霧峰段目前規劃有十座隧道，總長約10km，最長的隧道長約2.1km。中橫快速公路由霧峰經埔里至花蓮，隧道目前規劃有25座，總長度約54km，最長之隧道長約15km，覆蓋層厚度亦高達1600m，預測技術上將面臨高溫、高壓等高難度之挑戰。國道東部公路蘇澳台東段目前規劃有13座隧道，總長約47km，最長之隧道長約10km，覆蓋層厚約1000m，不過因路廊大致與北迴鐵路平行，故可參考北迴鐵路之施工經驗，因此預測工程之困難度應不若中橫快速公路為高。

(二)鐵路隧道
　　目前施工中的鐵路隧道工程為東部鐵路改善計畫中的北迴鐵路擴建雙軌及電氣化工程，隧道共有14座合計總長度約33.7km，其中有６座正在施工，而以新永春、新南澳及新觀音三座長隧道為代表。新永春隧道長約4460m，地層主要為板岩、片岩、大理石及長石質砂岩，採用鑽炸法施工，由工信工程公司所承作，惟該公司另外再與義大利之工程公司合作執行隧道之開挖工作，至88年4月止已開挖約2800m，平均開挖進度約50~60M/月，最佳之開挖進度為139m/月。惟該工程於87年10月24日施工時，突然遭遇每分鐘約80噸流量的地下水湧入，造成約500m長的隧道被湧入的土石流所掩埋，目前正結合各方面的工程技術，尋求突破此一困難施工點[8]。新南澳隧道長約5340m，地層主要為片岩、片麻岩及角閃岩，採用鑽炸法施工，由國內之介興工程公司與日本之國土開發共同協建，至88年4月止已施工約4000m，平均開挖進度約80m/月，而最高之開挖進度則達160m/月(詳如圖四，[9])，為目前國內施工中之隧道(不含TBM工法)進度最佳者(詳如表二)。新觀音隧道長10300m，地層主要為片岩，亦採用鑽炸法施工，由榮工處承建，至88年4月止已施作約2600m，平均開挖進度約50~60m/月，最佳之開挖進度約80m/月。
　　以鐵路隧道而言，剛完工貫通的山線竹南至豐原間改線與雙軌工程計畫的三義一號隧道亦頗具代表性[10]。該隧道的特色為於卵礫石層內及高地下水位下進行隧道之開挖，且由於通過中山高速公路的下方僅約十公尺，隧道開挖期間仍必須維持高速公路的暢通，故施工中必須有嚴謹的監測與施工技術，以避免高速公路路面產生過大的沉陷而影響交通。該隧道長度約6700m，主要地層為卵礫石層、砂岩、頁岩及其互層，主要採用挖溝機及鑽炸法施工，施工單位為榮工處，其開挖之平均進度為50~60m/月，最佳之開挖進度為72m/月。至於目前正在規劃設計而即將進入施工階段的鐵路隧道則為高速鐵路的隧道群[11]，該計畫目前規劃之隧道約三十餘座，總長約60km(含明挖覆蓋)，其中最長者依序為八卦山隧道(約7.4km)，林口隧道(約6.4km)及湖口隧道(約4.3km)，尤其是八卦山及林口隧道不但長且位於卵礫石層內，對於隧道施工而言，技術上將是另一波的挑戰。

(三)水力與電力隧道
　　繼日月潭及大甲溪一系列水力發電計劃相繼完成運轉後，目前施工中的水力與電力隧道以鯉魚潭水庫士林水力發電工程最具代表性，該工程的主要特色為國內第二個引進TBM開挖的隧道，且由於遭遇嚴重的可燃性氣體入滲問題，更突顯了工程的困難度與挑戰性。士林水力發電計畫隧道總長度約8.7km，其中頭水隧道長約5.5km，以鑽炸法(約2.0 km)及TBM工法(約3.5 km)混合施工，主要地層為砂岩、頁岩及其互層，施工單位為中華工程公司，該隧道已於87年11月開挖貫通。關於TBM工法施工部份，

圖四新南澳隧道86年6月至87年6月開挖月進度表[9]
雖如坪林隧道遭遇若干困難，惟整體而言，仍較坪林隧道順利許多，表三為其開挖進度統計表[12]，平均開挖進度約為230m/月，最佳之開挖進度為560m/月，充份發揮了TBM在開挖上較鑽探法為快速之優點。

表二國內近年來主要隧道工程開挖進度統計表

隧道名稱	設計長度(m)	已開挖長度(m)	平均進度(m/月)	最佳進度(m/月)	施工單位
八卦山隧道	5000	2000	60~70	105	中華工程公司
萬里瑞濱段四號隧道	1100	750	50~60	107	新亞建設公司
基平隧道	2560	1300	50~60	97	森榮營造有限公司
彭山隧道	3800	已貫通	70~80	138	義大利TORNO等
坪林隧道(主坑)	12900	2700	40~50	89	榮工處
基隆隧道	1250	己貫通	40~45	67	太平洋建設及盛泰工程公司
蘭潭隧道	1200	1100	40~50	61	大陸工程公司
中寮隧道	1800	已貫通	35	67	大陸工程公司
新永春隧道	4460	2800	50~60	139	工信工程公司
新南澳隧道	5340	4000	80	160	介興工程公司及日本國土開發
新觀音隧道	10300	2600	50~60	80	榮工處
三義一號隧道	6700	已貫通	50~60	72	榮工處

註：1.表內之長度及進度指上半斷面(或側導坑)之開挖，數字為概估值。
　　2.平均進度及最佳進度指單一工作面。
　　3.統計資料之時間至88年4月止。
　　4.新永春隧道工信工程公司之協力廠商為義大利公司。

表三鯉魚潭士林水力發電工程頭水隧道TBM施工進度統計表[12]

項　目	5月(85年)	6月	7月	8月	9月	10月	11月	12月	1月(86年)	5月	6月	7月	合計
TBM掘進長度(m)	141	338	459	395.7	184	252.6	28.3	58.5	365.1	228.1	398.5	560.3	3409
開挖工作天(日)	21	23	27	19	19	20	9	9	26	15	22	28	ˍ
日平均進度(m/日)	6.71	14.69	17.0	20.82	9.68	12.63	3.14	6.5	14	15	18	20	ˍ

註：86年2月~4月因現場進行地質處理工作，故TBM未開挖。

　　至於規劃中的水力與電力隧道，可以新武界隧道及和平溪碧海水力發電計畫為代表[13]。由於日月潭水源係依賴現有武界引水隧道引取武界壩上游水量，因現有武界隧道使用已超過60年，襯砌混凝土已嚴重龜裂剝落，故擬建造一條新武界隧道以取代現有隧道。新武界隧道之引水路主要由四座隧道組成，總長約16km，其中最長的隧道長約7.2km，地層主要為板岩，目前正進行詳細設計的工作，其中TBM施工的部分並已完成發包作業，由新亞建設與日本熊谷組聯合承攬，預定於89年年初開始施工，另本工程的另一特色為於規劃階段的地質調查作業，曾由加拿大技師以約57天及31天的時間分別完成900m長的水平鑽孔及735m長的45°斜孔，創下了目前國內最佳的鑽探記錄，顯示以水平長距離鑽孔做為施工中的輔助調查方法，確實有極大發展的空間。和平溪碧海水力發電計劃則係為滿足東部地區用電之迫切需求而成立，主要係於宜蘭與花蓮縣界之和平南溪中游建一混凝土重力壩，以便引水發電，目前規劃中之頭水隧道長約7km，地層主要為片岩，現正進行基本設計工作，預定亦採用TBM進行開挖。本計畫在規劃階段的地質調查作業，亦曾以約2個月的時間，完成620m長的70�a斜孔，又因孔位位於深山內，作業便道開闢不易，故由台電公司委由廣鎂工程公司，以直昇機運輸的作業方式，完成全程的鑽探作業，為國內的地質調查工作，開創了另一種思維的空間。

三、結語

　　一般隧道工程施工時，最難掌握者為工期的合理安排，而實際上施工時，也往往無法按原合約訂定的工期完工，尤其是隧道的長度愈長，不確定性愈高，此種狀況國內外皆然。一般而言，地質、技術及管理為影響隧道施工效率最主要的三個因素。其中地質情況是不能改變的，故只有藉由事先詳細的調查，儘量迴避地質的風險區，否則在施工階段，則必須藉由施工的技術加以克服，惟人類的技術必定有其極限，且亦需要有經驗的累積，因此也必須要有適當對應的工期與費用。至於管理的成敗，則完全為人為的因素，而其對工程的影響，往往又遠超過技術的層次，故相信在國人共同的努力下，應仍可有一番作為。■

參考文獻
1.中國土木水利工程學會大地工程委員會，”台灣地區隧道工程基本資料彙集”，台北，1995。
2.劉弘祥、潘以文，”大型地下洞窟開挖支撐之設計過程與實例”，地工技術，第31期，第64~77頁，1990。
3.傅子仁、郭顯群，”東部鐵路改善計畫執行情況簡介”，地工技術，第51期，第117~118頁，1995。
4.張文城，”坪林隧道之規劃、設計、施工與地工技術”，地工技術，第58期，第17~28頁，1996。
5.國道新建工程局，”中橫快速公路第二階段可行性研究總報告”，台北，1995。
6.國道新建工程局，”台中生活圈道路系統五號線初步規劃報告”，台北，1997。
7.國道新建工程局，”國道東部公路可行性研究總報告”，台北，1996。
8.營建知訊，”搶救新永春隧道”，財團法人台灣營建研究院，第8~15頁，1999。
9.國道新建工程局，”挪威工法(NMT)在台灣地區應用之可行性研究”，台北，1998。
10.翁世樑、謝玉山、劉甡，”中山高速公路下方之卵礫石層中隧道施工探討”，卵礫石層地下工程研討會，台北，第1~33頁，1996。
11.王明雄、陳名利，”高速鐵路與施工技術”，地工技術，第58期，第5~16頁，1996。
12.陳嘉男、李慶龍、劉弘祥、周文龍，”鯉魚潭水庫士林水力發電工程頭水隧道TBM簡介與施工概況”，地工技術，第59期，第51~60，1997。
13.謝季壽、趙芳成、陳敏村，”新武界隧道及栗栖溪引水工程規劃”，工程，第71卷，第5期，第50~59頁，1998。
<全文完>