☆朱 旭 ☆☆古鴻坤
本文主要即以西元2002年底鑽掘完成之臺北捷運土城線隧道工程為例，說明其施工過程中在複雜多變地質狀況與穿越建物下方所遭遇之挑戰及如何利用介面協調縮短工期，以作為日後類似工程之參考。 |
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一、前言 臺北都會區大眾運輸系統自1986年開始興建以來至今已完成67.2公里，其中包含高架段21.4 公里、地面段9.5公里及36.3公里的地下隧道段。依據臺北市交通局之統計【註1】，2002年臺北捷運系統平均每日載客人數為888,814人，為因應臺北都會區民眾需求，現有路網將隨著都市之發展逐漸往郊區興建，但由於路權取得日漸困難及避免環境衝擊考量，故臺北都會區後續捷運系統路網皆計劃在地面下興建，本文之探討主題臺北捷運土城線即為服務臺北都會區西南側土城地區民眾而興建。由於未來鑽掘隧道在都市工程中將佔有極重要之份量，本文係將土城線隧道鑽掘之經驗予以匯總，以供其他路線施築參考，文中首先對土城線之座落位置及地質條件予以說明，其次則將土城線各隧道之施工起迄日期、施作天數及施工程序等予以整理，接著係將施工所遭遇之挑戰及縮短工期逐一陳述，最後作一總結。 二、土城線背景說明 台北捷運土城線工程係屬台北都會區初期路網工程之延伸，位居臺北盆地之邊緣，其詳細位置及地質分佈本節將逐一說明【註2】。(一)工程地點及施工標說明 台北捷運土城線北起板橋市南雅南路與四川路口，往南進入土城市後，沿公館溝水利用地至中正路口，轉金城路一段至中央路後，沿中央路至承天路口止，全長約3.5公里，隧道施工時所影響之住戶約二千餘戶，共有三棟超過十層樓高之筏式基礎建物及十餘棟十層樓以下之建物被穿越。 本工程共分為六個施工標包含三個土建標(每一土建標之施工範圍大致包含一座車站及一段隧道)、一個水電標、一個植栽移植標及一個建物拆除標，總工程費為新台幣四十八億四千八百萬元。本工程完成之構造物包括三座長202公尺的車站、五座連絡通道、轉轍區一處及長5,441公尺的隧道，施工期間係由臺北市政府捷運工程局北區工程處監造，中興工程顧問股份有限公司擔任設計工作，施作廠商為榮民工程股份有限公司。 (二)工程地質 本工區位處台北盆地邊緣，其地質狀況為沖積層與中新世之桂竹林層丘陵區，岩盤較淺，且因山麓沖蝕溝之存在，地層變化較大，沿線地層分佈圖二。  圖一 CD551標工程範圍  圖二 土城線地質分佈圖 1.CD268施工標地層概述 本標在規劃階段即進行7個土質鑽探孔，依據該鑽探報告，細部設計顧問所辦理之補充地質鑽探總計增加13孔，由上述20孔之鑽探及試驗報告可判斷本區段之地層主要係以粉土質細砂層為主，潛盾隧道所經過之地層大都是灰色中等緊密粉土質細砂層，標準貫入試驗N值介於10∼34之間；此路段之卵礫石層分佈深度約由24.4m漸深至北端之30.2m；此路段有部份鑽孔鑽得淺層卵礫石層，雖間斷出現但並不連續，本區地下水位約位於原地面下七至九公尺左右。 2.CD269施工標地層概述 本標在規劃階段即進行8個地質鑽探孔，細部設計顧問在辦理補充地質鑽探時又增加23孔，由上述31孔之鑽探及試驗報告，細部設計顧問判斷本標地質為複合地層，依地質調查資料研判，本區地質狀況由北向南可概分成三部分，茲分述如后： (1)區段一(海山站南端至大同公司板橋廠)： 此區間自地表以下為一深2∼5 m之粉土質粘土層；粉土質黏土層下方為厚約2m的砂層；砂層下方則為淺層砂質卵礫石層，此層內之卵石最大粒徑約為15cm；卵礫石層下方為厚約12m的中等緊密程度粉土質細砂層；緊接著又是約2m厚的砂質卵礫石層，此層之卵石粒徑較大，其最大粒徑約為30cm；在卵礫石層下方則為砂岩岩盤，本區地下水位約在地表下9m左右。 (2)區段二(大同公司板橋廠至土城站區北半段)： 本區地表下為一深約4∼10m左右之粉土質粘土層，粉土質粘土層以下為一厚約2m∼10m左右之砂質卵礫石層，此層內之卵石最大粒徑約為15cm；卵礫石層下方即為砂岩岩盤，本區地下水位變化較大，約在地表下4∼12m。 (3)區段三(土城站區南半段)： 地表下1∼2m為表土層，深度2m以下即為灰色泥質砂岩或泥岩，車站西南側之泥質砂岩膠結尚可，但局部膠結差遇水鬆散或軟化，其中部分甚至夾雜貝類化石屑，岩石品質指標(Rock Quality Designation _RQD)多半介於60∼100之間。本區地下水位在地表下3∼5m左右。 3.CD270施工標地層概述 本標在規劃階段即進行7個土質鑽探孔，依據該鑽探報告，細部設計顧問所辦理之補充地質鑽探總計增加17孔，由上述24孔之鑽探及試驗報告可判斷本區段之地層主要係以粘土質粉土層為主，在永寧站及橫渡線明挖覆蓋隧道段，風化砂岩岩盤深度在19∼24M之間些許起伏變化，其上為土層。地表下為厚約2∼5公尺之疏鬆程度粉土質細砂層；其下方為厚約2∼15公尺之灰色粉土質粘土層及黏土質粉土層，標準貫入試驗N值介於4∼20之間；其下為厚約7∼12公尺之粉土質細砂層、N值較高約介於14∼100之間；再下方即為黃棕色風化砂岩塊及砂岩岩盤。 本標地下水位狀況極為特殊，由於本標地下岩盤有兩處高起，形成地下水流自然阻隔，在永寧站區附近疑因附近工廠大量抽取地下水以致地下水位很低，量測到之最高地下水位約在地表下深度18m左右；而忠義路以北之潛盾隧道段地下水位較高約在地表下深度1∼3公尺左右。 三、土城線隧道鑽掘成果 依上述之工區範圍及地質調查結果，本工區共配置三部潛盾機，有關三部潛盾工法之施工步驟、各機之施工範圍配置及鑽掘成果詳述如后：(一)施工步驟 本工區潛盾機鑽掘之施工步驟說明如下： 1.挖掘潛盾機出發及到達之工作井。 2.進行出發與到達端之地盤改良作業。 3.鑿除潛盾機出發時必須穿越之工作井連續壁鋼筋，隨即分三至四層澆鑄與連續壁等厚之無筋混凝土並加裝入口封圈。 4.施作反力座作為潛盾機出發時之反作用力支撐。 5.在工作井中組裝潛盾機。 6.初期掘進開始，因工作井空間限制故隧道鑽掘初期並無法將所有潛盾機所有設備都置入工作井，故只能在挖掘一段距離後再進行設備轉換作業。 7.設備轉換後，正常掘進開始，潛盾機往前持續鑽掘隧道，隨潛盾機開挖前進的同時，其後方即逐一組立環片，如此周而復始地循環，開挖推進、安裝組立，直到挖掘至另一端工作井。 (二)三部潛盾機配置情形 CD551標工程之潛盾隧道共採用三部土壓平衡式潛盾機於三座車站間進行隧道鑽掘作業，三部潛盾機之施工區域及其施作順序如(圖三)所示： #1潛盾機：負責CD270標土城站至永寧站間上、下行隧道鑽掘作業，其施工順序係潛盾機由土城站南側出發，往南鑽掘CD270標之下行隧道至永寧站北側後，再將潛盾機做小拆解後在工作井內迴轉，然後再接續往北鑽掘CD270標之上行隧道。 #2潛盾機：負責CD269標及CD268標下行隧道鑽掘作業，其施工順序係潛盾機首先由海山站南側出發，往南鑽掘CD269標之下行隧道至土城站北側後，再將潛盾機分割成四段後搬運至海山站北側，經整修並重新組裝，再往北鑽掘CD268標之下行隧道。 #3潛盾機：負責CD269標及CD268標上行隧道鑽掘作業，其施工順序與＃2機相同，即潛盾機由海山站南側出發，往南鑽掘至土城站北側後，再將潛盾機分割搬運至海山站北側，重新組裝後再出發往北鑽掘。 1號潛盾機完成CD270標之所有隧道鑽掘後，潛盾機推進至土城站工作井區內，分割成四大塊載運至其他工地使用，2、3號潛盾機鑽掘至CD550標介面時，則因工作場地之限制而將外殼留置於隧道內，潛盾機拆解成各別零件後逐一運出。 (三)鑽掘記錄綜整 土城線隧道工程自民國九十年九月十日三號機自海山站往南鑽掘開始，至二號機於九十一年十二月二十五日完成CD268標下行隧道鑽掘，三部機前後耗時471日曆天，累計三部潛盾機之施工天數為1,065日【註1】共鑽掘5,441公尺，期間扣除放假、意外事故及設備轉換等，實際鑽掘日數為628日，由於CD269標之地質為複合地層且前半段穿越之建物有獨立基腳、樁基礎及筏式基礎等，增加施工之困難度，故其未鑽掘日佔總施工日之百分比高達43％左右，但該標後半段則為均質之砂岩地層，故CD551標每日或每月最大鑽掘距離亦在本標完成，各標之鑽掘成果整理如表一。 【註1】施工日係以每日工作24小時計算，每日之工班區分為二，若單日只工作一班則以半日計。  圖三 CD 551標潛盾隧道施工順序示意圖 表一 土城線鑽掘記錄表
四、土城線隧道施工之困難與解決 根據表一統計三部潛盾機停工日數佔總施工日數約41％，檢討其停工之原因包括：1.假日及每日工作一班折算半日之日數；2.設備轉換日數；3.切刃齒磨損更換；4.盾尾刷失效嚴重滲水更換盾尾刷；5.到達段鏡面區未能適時完成準備工作(地盤改良及鏡面破除) ；6.無法順利出土；7.潛盾機故障；8.螺旋輸送機堵塞(因石塊木塊或鐵片) ；9.工作井區之吊車故障；10.施工遭遇颱風等十項原因，整理如表二，由表二可知前四項停工原因所造成之停工日數即佔總停工日數的91％，由於第一項牽涉勞工管理法令及施工廠商管理策略故本文並不加以討論。以下即針對本工程施作期間之困難及第三、四項造成原因予以說明，並對廠商如何縮短施工時程加以探討。(一)CD269標施工之挑戰 有關CD269標隧道工程鑽掘對穿越建物所造成之影響與鑽掘過程所遭遇之挑戰，茲分述如後： 1.穿越天京大廈 CD269標兩部潛盾機自海山站南側出發後，隨即穿越天京大廈下方如(圖四)，該大廈係在路線規劃後才開始興建，屬地面21層地下4層之鋼骨結構，隧道頂距大廈基礎底部最淺處為3.3公尺，由於該大廈申請建照時依法令需經捷運主管機關會審，故法理上應不妨礙捷運隧道施工，惟建商在開挖地下室時所使用的H型鋼擋土設施，在拔除時遭鄰近民眾抗議，故在靠近民房側並未完全拔除，但該廠商在領取建築使用執照時則以書面報告稱已完全拔除，本工程為確保潛盾機施工之安全，於隧道鑽掘前即在隧道穿越區域之大廈周圍進行開挖，經調查有20支H型鋼會影響潛盾機穿越，由於該批H型鋼中某些被混凝土包裹故拔除困難，除運用大型震動拔樁機具外，對於無法拔除者則於型鋼兩側鑽孔以減少混凝土之附著力，最後順利將20支H型鋼予以拔除，並在型鋼拔除區進行低壓灌漿以填補空隙及改良擾動之地盤。 2.切刃齒更換【註4】 CD269標下行線潛盾機自工作井在離開出發井後，在挖掘至第十八環及五十九環時有些許木屑排出，自五十五環開始潛盾機掘進速度由先前每分鐘15~25公厘驟降為每分鐘4~8公厘，但潛盾機推力卻明顯上升持續大於2,000公噸，隧道施工廠商依其專業考量並經監造單位邀集專家學者共同研判，認定該潛盾機需進行盾首檢查以確認造成原因並予以修復，經與會各專家學者決定停機檢修地點後隨即進行停機區之地盤改良作業，俟潛盾機進入該區域後，再由潛盾機內向外側灌漿，當灌漿工作結束後開始進行土艙內部之清理，並逐一將切刃盤之開孔以木片封住，以增加土壤之自立性，經檢視潛盾機切刃盤有多處受損，且三個加泥材注入口中有一個遭流木屑及石塊堵住，本案廠商費時65天共更換磨損之切刃齒53支及2組滾輪式切刀，並在切刃盤框架上增加開口，以利土碴進入。有關加泥材注入口遭石塊堵住之情形依隧道施工廠商表示，自一九九Ｏ年以來該公司所操作之200台潛盾機中只有7部發生類似案例，該部潛盾機經歷此波折後即一路順利挖掘至土城站，在各項條件密切配合下其掘進最快紀錄為一天挖掘23公尺。  圖四 天京大廈與潛盾隧道位置平面圖 由於CD269標之地質屬複合地層，雖施工技術規範規定：「盾尾之裝置應能夠使潛盾機向前推進時將襯砌安裝完成並推出盾尾。盾尾至少應有三環封層以抵擋水壓力且不致滲漏，並可於潛盾機推進時施行背填灌漿。潛盾機盾尾之擋板必要時應可換修。但上行線在鑽掘至第650環【註2】以後即斷斷續續自盾尾滲入泥水或背填灌漿材料，鑽掘至第699環時遭遇非地質圖上所預期之土層，原預期為風化砂岩層但實際卻為卵礫石層，此礫石層之石塊直徑為5∼15公分，由於此礫石層之石塊含量極高，故在挖掘時產生超挖現象，正常每一環之開挖量為30.48立方公尺，但該環共鑽掘約50立方公尺，當進行下一環之鑽掘時則發生大水夾雜極少量土砂自盾尾湧入隧道之情形，此現象造成該區域之地面坍陷深6.5公尺、長3公尺、寬2.5公尺的坑洞，經立即回填細砂15立方公尺(簡稱立方)，次填水泥砂漿5立方，再倒入36立方之級配料後上方鋪點焊鋼絲網再以4立方之砂漿填平。 為解決盾尾刷失效之問題，本施工團隊決定在此停機，以更換靠機體內側兩道之盾尾刷，累計在地面及隧道內分別灌入150立方及80立方的水泥漿，當灌漿完成後即推進潛盾機使其盾尾刷露出然後進行更換作業。 【註2】每一環為一公尺。 (二)縮短施工時程之安排 由表二可知若欲縮短施工時程，扣除上述非人為所能控制之因素外，如何減少設備轉換時間或縮短初期鑽掘時間為潛盾隧道施工時程控制之關鍵，以下即以CD268標鑽掘初期及鑽掘中如何縮短施工時程作說明。 潛盾鑽掘之初期掘進距離受工作井之大小、潛盾機型、隧道施工條件及時程因素等之影響並無一定，由於鑽掘CD269標隧道之同時，海山站亦進行站體建構，當CD269標隧道完成後，海山站之軌道層已大致完成。 原規劃之方案係當CD269標之隧道施作完成後，海山站南側配合CD269標隧道鑽掘之潛盾附屬設備諸如吊運材料及棄土之天車及其他灌漿攪拌設備等都將搬至海山站北側重新安裝以鑽掘CD268標，但經車站與隧道廠商協調後，在儘量減少車站施工之前提下將軌道層移交隧道廠商使用，上述搬移附屬設備之工作時程與費用可予以節省，即CD268標鑽掘時之材料與棄土吊運及灌漿材供應仍在海山站南側進行，此作法係將將車站之軌道層視為工作井之延伸區域，如此在隧道未鑽掘前即可將大部分設備轉換應進行之工作提早完成；初期掘進時間亦大幅縮短，由於設備轉換是否完成影響潛盾機鑽掘工率甚鉅，以表三可說明由於CD268標之初期掘進時間甚短，使得鑽掘前100公尺所需時間亦大幅縮短。 五、結論 臺北捷運土城線隧道工程自潛盾機出發及到達段之地盤改良開始，經歷潛盾機採購、組裝、隧道穿越區之障礙排除及補償費發放至隧道鑽掘完成共費時三年時間，完成5441公尺的隧道，雖鑽掘期間遭遇些許困難但整體而言尚屬順利，對於本文所述之施工困難，事後加以回顧檢討，施工時若加以注意皆有可能不致發生，所謂前事不忘，後事之師，由於以往並未將內隱之施工知識予以外顯，使得施工經驗之傳承並無法有效擴散，故本文乃將土城線施工期間拖延施工進展之因素大致予以說明，以作為日後類似地質條件之隧道工程參考。■
表二 土城線隧道鑽掘停工原因統計表
表三 CD269與268標鑽掘成果比較表
參考文獻 1.臺北市交通局(2003)，台北捷運營運概況，2003年5月取自http://www.dot.taipei.gov.tw/ch/web/statistic/m17.xls。2 臺北市政府捷運工程局（2000）土城線CD551標施工技術規範。 3 榮民工程公司（2002）CD269標上行隧道潛盾機盾尾刷檢修工作計畫書。 4 榮民工程公司（2002）CD269標下行隧道潛盾機切刃齒更換工作計畫書。 |
