蘭潭隧道南口南下線淺覆蓋進洞方式探討
☆王志賢 ☆陳順得 ☆☆張吉佐
摘 要
         蘭潭隧道南口南下線里程193K+880附近於施工階段實測後發現現地地貌與設計階段之地形圖有些差距，局部最淺覆蓋處僅厚約3m(含約1m之風化覆蓋土層)，覆蓋層5m以內之隧道約20m長，經分析評估後認為隧道變形有朝薄覆蓋處發展之趨勢，於是建議變更設計，改為於隧道開挖前，先在隧道上方淺覆蓋處填土培厚並鑽設灌漿錨筋加勁之方式處理，藉以促成岩拱效應能有效發揮，以提高施工中安全。蘭潭隧道側導坑均已於民國八十八年六月貫通,淺覆土段依此培厚方式進行施工成效良好，隧道變形亦在預期範圍中，為一成功之案例。

一、前言

         蘭潭隧道屬於第二高速公路後續計劃雲林嘉義段第C348標工程，位於嘉義市仁義潭與蘭潭間之雙孔各三車道隧道，各孔之長、寬、高分別約1.2km、16m及12m，開挖斷面積約172㎡，兩孔中心間距約40m。全線地質狀況可歸類為軟弱泥岩、膠結疏鬆砂層、砂泥岩互層及砂質泥岩，覆蓋深度約35~80m，地下水位線高於隧道頂拱約10~20m。隧道設計除泥岩採用三台階開挖工法外，餘均採雙側導坑開挖，另於頂拱及側壁以管冪鋼管或先撐鋼棒作為先撐措施，支撐材料包括鋼纖維噴凝土、岩栓及桁型鋼肋等。施工時因考量工期、工率問題並依據監測資料結果檢討後研判認為部分路段之雙側導坑開挖工法可(並已)調整為單側導坑工法。洞口設計係依業主維護自然景觀之精神，避免施工中不必要之大開挖造成環境破壞及污染之原則以淺覆蓋直接進洞方式進行。

二、蘭潭隧道洞口設計理念

         由於國人環境保護觀念之日趨成熟及有鑒於北二高隧道為求能於較新鮮岩盤處進洞，常造成隧道洞口處之大開挖，除破壞該處之自然景觀外，並造成許多高坡開挖之邊坡穩定問題，最後往往須花龐大的經費施作邊坡保護方能解決。故蘭潭隧道洞口於設計階段即按業主維護自然景觀之精神，避免施工中不必要的大開挖造成環境破壞及污染之原則進行，以雙側導坑方式開挖配合管冪鋼管及支撐鋼以雙側導坑方式開挖配合管冪鋼管及支撐鋼棒等先撐工克服淺覆蓋進洞之覆土不足及岩盤強度較差等問題。南、北口之坡高均約為20m，分二階開挖，臨時坡為1(V):0.5~0.7(H)，永久坡為1:1，以噴凝土配合灌漿錨筋為其臨時保護工並以預鑄格梁植生護坡做為永久坡之綠化措施。
         初步設計階段即發現隧道南口南下線於里程193k+860~193k+900有長約40公尺之淺覆蓋段並進行方案研究，對退後洞口里程之大開挖方式及最後設計圖所示之直接進洞方式進行比較。因南下線右側邊坡坡度約1：0.7左右，高差最大約20公尺，邊坡將近80公尺長，經審慎評估結果認為退後洞口乙案不符合業主對洞口景觀之要求而捨棄。

三、蘭潭隧道南口南下線淺覆蓋段之處理方式

         蘭潭隧道施工時承包商提出之現地實測地形圖，經與原設計地形圖套繪結果，淺覆蓋段實測之厚度較細部設計時之地形相差約1公尺，使得原先已略嫌不足之覆土更為突顯，承商並以此為由建議變更設計延後進洞里程而以路塹開挖方式通過此淺覆蓋區，惟此建議案已與原設計理念不同。為求慎重起見中興公司乃於里程193k+875以新地形圖剖面，按原設計參數採用FLAC(2D)程式進行淺覆蓋段之應力應變分析，結果驗證隧道變形有朝薄覆蓋處發展之趨勢。因此，經依景觀、經濟性及安全性評估，建議之處理方式如下：
         1.隧道開挖前，先於隧道上方填土培厚並鉆設灌漿錨筋加勁之方式處理，藉以促成岩拱效應能有效發揮，以提高施工中安全，詳細佈置如圖一。
         2.施工過程中，可按設計圖所示(如圖二)，視需要局部調整支撐量。通過淺覆蓋段之輪進長度不得大於設計圖示之最小輪進且可視需要再縮短。除此之外，承包商應俟主隧道外襯砌噴凝土仰拱閉合後，於內襯砌即將施作前再拆除側導坑內側壁支撐，且須特別注意內襯砌落後開挖面之距離，應符合合約補充說明之相關規定。
         3.中央導坑上半斷面右上方之管冪鋼管,若管與管間縫隙預期可能有部份細料抽坍之現象發生時，建議承包商於兩管之間加打一至兩支之支撐鋼棒。若12公尺管冪鋼管之尾端恐距地表太近時，可視實際需要增加重疊之長度1~2公尺(原設計最少2公尺重疊，增加後最長可重疊至4公尺)。


四、淺覆蓋隧道培厚案之數值分析與計測結果比較

         為求能更精準的預測隧道開挖通過此淺覆蓋區時之行為，中興公司於二高里程193k+875以新地形圖剖面，按原設計參數採用二維有限差分程式FLAC進行淺覆蓋段之應力應變分析，分析用之地工參數如表一，分析用格網(培厚完成後)如圖三，分析結果變位狀況如圖四，隧道上方地表位移及沉陷計測結果如圖五、圖六。分析結果隧道頂拱最大變形量約4公分，其上方地表變形量約1公分，安全上並無問題。經實際計測結果地表沉陷量約5.8公分，位移約1公分亦尚能符合安全需求，顯示分析用參數與模式尚屬合理。
表一 隧道分析用地工參數表
岩性 變形模數E
(kg/cm2)		 單位重γt(t/m3) 凝聚力C
(t/m2)		 摩擦角ψ
(度)		 卜桑比μ
泥岩 2000 2.16 10 19 0.30
砂層 1500 2.16 5 33 0.35




圖五 蘭潭隧道淺覆蓋段 上方地表位移計測圖


五、結語

         先進之隧道洞口設計均以融入當地地形地貌與自然景觀為基本理念，因此淺覆蓋進洞將成為趨勢。隧道通過淺覆蓋區可使用的工法有很多，除配合噴射灌漿柱、管冪鋼管等先撐工直接通過外，亦可使用明挖覆蓋甚至於半階式明挖覆蓋工法、灌漿等地盤改良工法等，其選用全視當地地形、地物、地質與水文條件之綜合考量。本培厚成功之案例將提供未來工程師們設計時的另一種選擇。■

參考文獻：

中興工程顧問社，「第二高速公路後續計畫雲林嘉義段細部設計報告」，(1997)。