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一、前言 台灣位處於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊碰撞交界處，地層年代輕及地質構造變異性高。近年來大部份隧道工程均位於地層及構造複雜之西部麓山帶、中央山脈帶及雪山山脈帶，因此隧道沿線經常遭遇斷層、剪裂帶、卵礫石層、有害氣體、軟弱地盤及河床下施工等問題，為克服此種困難地質，除了加強支撐措施之外，另外必須採取各種輔助工法才能順利通過，其中止漏樹脂灌漿材料具有高滲透力、韌性、高強度、可調整凝結時間及遇水會產生膨脹之特性，故能發揮止水（氣）效果與固結功能，增強開挖面自立時間與穩定性。本文首先針對止漏樹脂灌漿材料之特性作一概略說明，接著列舉多項止漏樹脂灌漿技術在台灣隧道工程之應用實例，包括：1.止氣灌漿—隧道通過含甲烷地層，利用止漏樹脂灌漿材料可封堵岩盤裂隙，達到止氣及止水功能；2.修補襯砌—老舊隧道襯砌表面劣化及接縫處發生漏水，利用止漏樹脂灌漿材料可及時表面補強及接縫處止水，恢復原有輸水功能；3.河床下淺覆蓋開挖—河床下地質大多為卵礫石或破碎岩盤，伴隨著源源不絕的河水，利用止漏樹脂灌漿材料可立即止水並膠結地盤，在安全無虞的條件下開挖隧道；4.止水灌漿—斷層及剪裂帶地層最常發生落盤、擠壓、湧滲水等困難，利用止漏樹脂灌漿材料可有效封堵斷層及剪裂帶的裂隙，並將斷層泥及剪裂帶的碎屑予以固結；5.卵礫石層與軟弱地盤開挖—複合地層最常發生落盤、擠壓、湧滲水等困難，利用止漏樹脂灌漿材料可有效滲透軟弱砂泥層，將鬆散且複雜地層膠結為一體。期望這些成功案例可供未來處理困難地質時之參考。  
二、止漏樹脂灌漿材料之特性 一般常用於隧道工程之化學灌漿材料包括：聚胺酯樹脂（Polyurethane Resin）、矽酸鹽樹脂（Silicate Resin）及懸濁型水玻璃系（Sodium Silicate or Water Glass），其相關工程特性如表1所示（各種材料性質可能因廠牌不同會有所差異）。其中聚胺酯樹脂灌漿材料為單劑型或雙劑型由二苯甲浣二異氰酸鹽（MDI）與多元醇（Polyols）兩劑混合，必要時另以氨類(Amine)加速劑以控制反應速率及膠結與發泡速率；矽酸鹽樹脂為水-NCO基質與尿素結合，水玻璃-NCO-胺基甲酸乙酯複合結合作用結果；懸濁型水玻璃系為水玻璃中矽酸離子（SiO3-2）與水泥離子鈣（Ca+2）中和，並且水泥中的消石灰、石膏（可溶化）和矽酸鈣鹽反應作用而成膠化。一般而言，止漏樹脂灌漿材料必須具有下列特性：(一) 高黏著強度：樹脂有極佳黏著強度。 (二) 溶液型：黏滯度低，可灌入0.1mm縫隙。 (三) 促滲作用：膨脹時產生的壓力可促使樹脂深入更細微裂縫。 (四) 膨脹性：具膨脹性可節省材料。 (五) 作用時間可調整：可依實際情況調整作用時間。 (六) 塑性及彈性：彎曲強度高，具有延展性及韌性，灌漿完成後不會因開挖之振動而產生裂縫，仍能與岩層密合。 (七) 無公害：無TDI、無CFC、無溶劑、無塑性劑、安全及無毒性，僅在作用時會產生CO2氣體。 (八) 耐久性：能抗硫、抗酸及抗微生物侵蝕。 三、止漏樹脂灌漿技術在台灣隧道工程之應用實例 今列舉四個樹脂灌漿技術在台灣隧道工程之應用實例，說明如下：(一) 止氣灌漿 台灣中部某一水力發電工程計畫位於雪山山脈西側邊緣之山區，出露地層為西部麓山帶第三紀中新世及上新世之沉積岩，工程佈置沿線地層，自東向西，由老而新依序為南港層、南莊層及桂竹林層，岩性以厚層砂岩、粉砂岩及砂頁岩互層為主。進水口起約一公里長之頭水隧道因受斷層、背斜及數組剪裂帶影響，地質較差外，其餘尚稱良好。頭水隧道根據地質調查及當地居民反映，背斜構造鄰近地區有可燃性氣體，其中以甲烷為主。 進水口段採鑽炸法施工，經開挖1,072m後即遭遇可燃性氣體而停工。另下游端以開放型TBM自B橫洞進入頭水隧道施工，挖掘3,495m長後，亦發現仰拱有氣泡冒出而停機，出氣範圍如圖1所示。此段遭遇可燃氣體帶屬前述之主要背斜構造。本案處理方式除了採取一系列加強通風措施及安全監測外，並採用氯化氧鎂基水泥系(Magnesium Oxychloride Inorganic)之Supergrout及BV聚胺酯樹脂灌漿封堵岩盤內裂隙，有關BV聚胺酯樹脂灌漿之鑽孔佈置及施灌過程說明如下：  圖1 頭水隧道可燃氣體帶施工範圍示意圖 開挖前為預先了解前方之地質及地層含氣狀況，於開挖面周緣及中央共施鑽7孔孔徑50mm、長8.5m前進探查孔，作為後續7.5m範圍開挖之參考，本項探查工作為連續鑽設，前後兩次施鑽至少須有1m重疊區。為加強施工安全及提昇工進，前進探查孔亦兼做止氣灌漿孔之用。 止氣灌漿孔係依據前進探查孔孔口量測之可燃氣體濃度值佈置，微量可燃氣體逸出段(0.25%≦濃度≦1.25%)，孔距以1.0m~1.5m為原則，可燃氣體大量逸出段(濃度＞1.25%)，孔距為0.5m~1m，並視止氣成效調整孔距及孔數。佈孔如圖2所示。 
2. 施灌過程止氣灌漿原則上係於隧道周圍及開挖面前方施灌樹脂漿材形成止氣環如圖2所示，以減少隧道開挖後可燃氣體之逸出量，使所建立之通風系統能將可燃氣體濃度稀釋至0.25%之安全值以下。止氣灌漿孔鑽設完成後，量測孔口可燃氣體濃度大於0.25%時，採用BV聚胺酯止氣漿材施灌。止氣灌漿施工順序如照片1所示，其施灌程序如下： (1) 鑽孔至預定深度後，將止氣灌漿管含延伸管(Extension Pipe，鋼質或耐高壓防靜電塑膠質)、液壓式栓塞(Packer)及供漿管(Feed Pipe，鋼質)置入孔內。 (2) 將特製雙液型高壓泵(灌漿機)(CT-GX45型)與靜態攪拌器銜接。 (3) 設定灌入壓力(50~80kgf/cm2)後，以快速接頭與供漿管接合，開啟空氣閥，進行灌漿。 (4) 樹脂灌入後會先將緊圈膨脹，頂住岩壁防止漿材流出，使BV聚胺酯樹脂能順利灌入岩盤裂隙，形成止氣層。 (5) 若在設定壓力下達到設定灌漿量或開挖面滲出濃漿時，停止施灌，拆除快速接頭，進行下一孔之止氣灌漿。 (6) 前後兩輪止氣灌漿至少須有1m以上之重疊區，開挖面水平孔以施灌孔底及其前方1m為原則。 (7) 止氣灌漿完成後，施鑽檢查孔確認灌漿成效。若孔口可燃氣體濃度大於0.25%，則再由檢查孔或鑽設增加孔施作止氣灌漿；若孔口可燃氣體濃度小於0.25%，則以水泥砂漿封堵檢查孔。 (8) 止氣灌漿完成後，開挖工作分五輪進行，每輪進1.5m，即開挖7.5m後，再進行下一循環止氣灌漿。   
台灣北部某一原水管隧道自興建迄今已屆30餘年，隨著地質環境的改變、外力造成的裂縫、施工縫橡皮的老化及施工或水力沖刷所造成的蜂窩等諸多因素，造成管體老舊必須進行全面的整修。本工程全長8,811m，卻僅有數個人孔可供進出，且檢視及施工時程限制於兩個月內完成，因此時程是最重要之關鍵課題，原水管平面路線示意圖如圖3所示。 
為爭取時效進行修復作業，檢視方式以最迅速便捷的目視法為主。在施工方面則考慮備料容易、施工迅速及安全有效之材料與工法，以及採用輕便而易於拆解的機具便於進出工作孔施作。在進行修復前先根據混凝土的缺失或裂縫進行分類分級，所採用修復工法分為五類：1.矽酸質系防水膜修補；2.施工縫湧滲水或接縫材剝落修補；3.裂縫湧滲水灌注止水；4.破洞湧水止水及襯砌剝落修補；5.破損及蜂窩修補。在人力機具密集投入之下，最後終能如期如質完成本工程。限於篇幅，僅將其中第3類裂縫湧滲水灌注止水之防水材料及修補過程說明如下：1. 防水材料 本工法除了採用聚胺酯樹脂之外，並首次採用矽酸質系防水材料，此材料係為卜特蘭水泥／細粒料／活性矽酸細微粉末調製而成之混合物，適合於潮濕環境下施工。矽酸質系塗布防水係藉由水擴散作用，溶解之矽酸離子滲入混凝土毛細孔內，與混凝土內之氫氧化鈣、金屬氧化物及游離鹽類離子進行反應，並增進水化作用，進而產生一種密封、不可溶解之針狀或纖維狀結晶，可阻隔水壓力的滲漏。 另外，高強度補強泥材料係為一種卜特蘭水泥/細粒料/聚合物調製而成之無收縮性修補砂漿，屬於結構性修補材料，具有早期強度、高極限強度、緻密性、氯離子排斥性與耐久性等特性，能滿足本工程工期急迫性之要求。 2. 修補過程 此類修復係針對襯砌裂縫狹長形破損滲水進行修補如圖4所示。其施工順序如照片2所示及步驟如下：    
(2) 鑽孔位置：於裂縫兩側約10cm錯開排列，各孔中心間隔為25至30cm，鑽孔中心線與牆面成適當角度傾斜。 (3) 鑽灌注孔：鑽孔深度約為壁厚之三分之二。 (4) 裝設灌漿管與緊圈。 (5) 由下往上注水沖洗灌注孔，以去除孔內塵埃。 (6) 將止水樹脂注入最低位置之第一個灌注噴頭，繼續注入直到樹脂從排序的下一個灌注噴頭流出，當殘留水被純樹脂擠出後，依序作下一孔，迄至樹脂由裂縫流出使裂縫填實為止。 (7) 局部湧水無法進行灌注或減低填縫注入劑時，需鑽孔穿透襯砌混凝土，並灌注無毒性之止水材處理後，再進行裂縫灌注處理工作。 (8) 濕潤施工面，噴塗矽酸質系塗布防水，作為裂縫防水保護層。 (三) 河床下淺覆蓋開挖 台灣中部某一水力發電廠受到颱風淹水影響必須重建尾水隧道，該尾水隧道通過地層以達見砂岩為主，其岩性為厚層中粒至粗粒石英岩狀砂岩，夾有少量頁岩、碳質頁岩或板岩。岩層位態變異頗大，有兩組主要節理，岩層褶皺現象甚為普遍，溪底段地質剖面圖如圖5所示。    圖6 溪底段止水灌漿及標準支撐措施圖 厚岩覆段岩盤較完整自持能力較佳，地盤改良以止水為優先考量。開挖工作前，開挖面四周先行打設6m長之止水鋼管(打設角度為仰角15°，間距0.6~0.8m)，開挖面視需要打設6m長全螺紋玻璃纖維管(打設角度為仰角5°，間距約1.5~2.0m)，再灌注聚胺酯樹脂藥劑，使其在開挖面外形成一止水層。藥劑之注入方式採用0∼3m與3∼6m二階段注入，0∼3m使用速凝型聚胺酯樹脂，3∼6m使用緩凝型聚胺酯樹脂。若在設定壓力下達到設定灌漿量或開挖面滲出濃漿時，即視為該孔灌漿完成。待全部灌漿孔完成後，即可開挖4m輪進，使隧道開挖面四周及底部皆保持約1∼2m厚度之止水保護層。於上半部斷面開挖及支撐完成後再進行下半部止水灌漿。 2. 淺岩覆段止水兼固結灌漿 淺岩覆段隧道頂拱岩盤自持能力不足，地盤改良需考量止水與固結效果，除了需施作1.節厚岩覆段止水灌漿外，隧道頂拱上方120°區域內打設3~4m長之固結鋼管(打設角度為仰角5°，間距0.3m)，再灌注矽酸鹽樹脂或高強度矽酸鹽樹脂藥劑，使其在隧道頂拱形成一固結及先撐保護層。藥劑注入方式採用一階段一次注入，灌漿完成條件同前止水灌漿。灌漿完成後若打設3m鋼管則開挖1m或打設4m鋼管則開挖2m/1m（視地質現況調整），使隧道頂拱前方岩盤保持約2m厚度之固結保護層，施工圖如圖7所示。開挖輪進長度視需要為0.8~1.0m，以油壓破碎機或控制炸藥使用量進行開挖工作。其施工順序照片如照片3所示。   台灣中部某一水力發電引水隧道因斷層區段噴凝土施工後，仍有大量地下水穿越噴凝土面滲漏至隧道內。為避免影響村民用水，引起民情抗爭困擾及隧道長期之安全性，故視需要於頂拱及側壁鑽孔灌注水泥漿，湧水段則全環施作JC-100型聚胺酯樹脂灌漿，形成止水固結層，除改善現有大量湧水問題外，並可於襯砌背側固結破碎岩盤，增加岩體支撐力及提高隧道整體安全性。 止水灌漿施工流程如圖8所示，各項作業分別說明如下： (1) 灌漿孔位放樣 根據既有漏水範圍，規劃灌注孔位及孔數。依現場漏水情形研判，水量較大需予灌注處理之區段長約40公尺，於漏水範圍內灌注孔鑽孔，鑽孔配置如圖10所示。   以油壓鑽堡鑽設，孔徑38mmψ，孔深3m。每批鑽孔工作配合分期序組依序進行，第二期鑽孔需於第一期孔灌注完成後施鑽。 (3) 安裝灌漿鋼管 灌漿鋼管採外徑25mmψ、內徑20mmψ碳鋼鋼管。因灌漿壓力最大為40Bar (1Bar=1.0197kgf/cm2)，管口須與孔壁確保良好密封。為控制JC-100型聚胺酯樹脂材料擴散效果，部分管壁鑽5mmψ孔以利樹脂漿材均勻分佈。安裝灌注鋼管方式如圖9所示。 (4) 灌漿 灌漿機採用氣動式灌漿幫浦，灌漿壓力依現場狀況及施灌效果調整，灌漿分期配置如圖10所示。 (5) 確認止水成效及補灌 因岩盤屬開放性節理，依灌漿孔之配置應可均勻灌注形成一止水層，但如局部孔隙未完成填塞，則可能仍存有小量漏水現象。如需採補灌措施，將採短孔及較小孔徑針對湧水點直接進行灌漿處理本案止水灌漿施工順序照片如照片4所示。     照片4 聚胺酯樹脂止水灌漿施工順序照片 台灣北部某一快速公路隧道沿線主要通過更新世地層，由西向東依序為大南彎層，林口層及觀音山層。隧道西段之東行線於施作時遭遇軟弱地層，該段地質屬於林口層，其岩性包含林口礫石層(礫石夾砂土，稍具膠結，礫石含量大部分大於75%)及其間夾雜林口層砂層(疏鬆砂層，夾薄泥層或砂泥互層，層面幾呈水平，岩心可用手指壓散)。岩覆為20-50m，推估地下水頭高為20-30m，其岩盤分類（依PCCR-System分類法）屬於DII(G)(85％)或DII(M)(15％)級，支撐分類屬於第I或II類。 承包商針對上述地質及施工特性，在不影響既有施工順序情況下，以現有施工機具及材料為優先考慮的前題下，建議增加聚胺酯樹脂材料搭配自鑽式岩栓，並進行現地試驗，期能改善施工進度。 1. 試驗過程 該段隧道之岩性以粉砂質砂層為主，夾雜砂泥互層，頂拱出露礫石層。由於砂泥互層為不透水層，而其上方礫石層為儲水層，若未將砂泥互層及礫石層先行固結灌漿，一旦逕行開挖工作，滲水及礫石將延著砂泥互層滑落。尤其是兩側壁為了安裝鋼支保腳而挖除土心支撐，使得塌滑情況更為嚴重。本次試驗工作重點即針對此砂泥互層及兩側壁鋼支保腳進行固結灌漿工作，並將8.0m長之自鑽式岩栓佈設於土心上方開挖面位置，編號為#1~#18，自鑽式岩栓橫斷面配置示意圖如圖11所示。   灌漿機是以一個連結器與自鑽式岩栓連結，灌漿材料以低壓灌注，藉壓力及滲透功能進入地層，有關聚胺酯樹脂灌漿設備CT-GX 45-II和自鑽式岩栓配置圖如圖12所示。 2. 試驗結果 所有18支自鑽式岩栓中除了第1號岩栓發生塞桿（原因為灌漿管快速接頭未接妥）、11及15號岩栓發生塞桿（原因為被相鄰岩栓之漿液滲入而封堵灌漿管）外，每支岩栓注漿率均採用A劑：B劑＝1：1的配比施灌，每支岩栓灌漿量A劑（B劑）介於6~201公升，總灌漿量A劑為1,272公升（1,272公斤），B劑為1,272公升（1,526.4公斤），合計為2,798.4公斤，每支岩栓最大灌漿壓力介於4~15kg/cm2，整個灌漿時間約9小時，平均每孔灌漿時間約36分鐘。 當聚胺酯樹脂灌漿作業完成後，工程人員隨即進行開挖工作，從後續開挖面檢視聚胺酯樹脂灌漿成果，聚胺酯樹脂均勻滲入指定範圍，開挖面已無出水現象，並且改善自立性，當支保腳開挖時已無崩坍現象，充份顯示自鑽式岩栓配合聚胺酯樹脂灌漿已達到預期功能，有關本次聚胺酯樹脂灌漿成果如照片5所示。相信此項工法可改善目前施工進度，降低施工成本及大幅提高施工安全。    照片5 卵礫石層與軟弱地盤灌漿施工順序照片 四、結論 由於止漏樹脂灌漿材料之滲透性良好，灌注之後可發揮立即止水及固結功能，並且止漏樹脂灌漿材料具有高度韌性及高強度，若搭配自鑽式岩栓或先撐鋼管可發揮立即先撐效果，不但增加自立時效，並且可穩定開挖面，防止抽坍現象發生，對於隧道工程之施工進度及安全有莫大助益。具體成效如下：(1) 改善施工條件：可以較大斷面進行開挖，開挖面土心保留量大量減少，增加後續施工的操作空間。 (2) 發揮止水（氣）成效：可將岩盤間裂隙充分填塞，避免湧水或有害氣體進入隧道內，改善施工環境。 (3) 改善岩體狀況：可將斷層、剪裂帶、卵礫石層及軟弱地盤等膠結成塊狀體，便於後續開挖工作之進行。 (4) 減少施工時間：樹脂灌漿後約30分鐘，即可將特殊地質條件改善為一般地質條件，其施工輪進即可恢復常態。 (5) 減少額外成本：改善施工環境，增加施工安全，避免發生工程意外，亦即節省額外施工成本。 誌謝 承蒙國工局、台灣電力公司與台北自來水處提供相關案例，中華工程、大陸工程、新亞建設、興志營造、培頓企業、威建企業、駿馳工程、乙晟工程、泰吾企業、瑞健營造及馳發實業公司等參與相關工程，並於本文撰寫期間，提供相關資料，使本文得以順利完成，謹此致謝。■ |
