北部第二高速公路隧道工程設計及施工的一些觀察

□ 林真在

一、前言

        台灣北部第二高速公路的隧道工程,分由兩家工程顧 問公司承辦,名稱上,均採用新奧工法加以設計及施工,實質上,兩家工程顧問公司的隧道工程設計及施工,有相當大的不同。一家採用變位控制工法,另外一家採 用奧地利國家的新奧工法
(NATM)。
        本文首先分別介紹變位控制工法和奧地利式的新奧工法(NATM),接著說明「變位控 制工法」與「新奧工法」之差異,另摘錄某一新奧工法隧道,因內侵修挖引致崩坍擠壓之仲裁案例,文末針對該仲裁案例提出個人觀察與看法,以供各界指正或參 考。   

二、變位控制工法

         變位控制工法(Convergence-Confinement Method,CCM工法)是基於變形控制的理念,以岩栓、噴凝土與輕型鋼支保為主之半剛性支撐施工,也有隧道從業人員將CCM工法(變位控制工法)稱為 新奧工法(NATM)。(【文獻1】)?
(一)變位控制工法的一般設計順序(【文獻2】)
      變位控制工法的一般設計順序是「作業上先依據隧道全線之地質情況歸類,分出五至六種不同等級的岩體,次依隧道需要之功能淨空,訂出開 挖斷面之形狀與尺寸,再訂各級岩體之開挖方法與步驟,最後參考以往經驗,擬出各級岩體構成岩拱所需之補強措施,包括噴凝土厚度,鋼線網,輔助鋼肋,岩釘佈 置等…。施工時隨同開挖面之前進,逐段評定岩體之實際等級,依據適合該等級岩體標準施工圖所示之斷面,開挖方法與補強措施等進行施 工。施工後密集監測隧道岩壁之變位,視其收歛情形,增減既設之補強措施。」
(二)變位控制工法之設計及施工概要(【文獻1】)

        西元2004年,變位控制工法之設計及施工概要為「以經驗設計法搭配岩體分類進行(支撐設計),再根據 地質調查或試驗所推估之參數,以數值分析法加以檢核。在設計階段,預先將可能之岩盤按優劣次序訂定不同等級與相應之支撐類型。在施工階段,根據開挖後之岩 盤實況,在現場評定其等級及選定支撐類型,並配以變形監測及回饋分析,作為需否加強支撐之依據。」
(三)設計階段與設計項目(【文獻3】)
1.施工前設計
        係依據工程條件,藉由適當調查,掌握隧道沿線地質條件與環境條件,選用適當之設計方法,針對下列項目進行隧道設計;必要時得設計輔助 工法以增加隧道穩定性。
(1)開挖工法與開挖順序; (2)開挖斷面; (3)隧道支撐; (4)變形寬容量; (5)襯砌; (6)仰 拱; (7)洞口段及交叉段; (8)排水及防水設施; (9)計測計畫;隧道支撐設計之設計方法,一般工 程地質條件之隧道工程,採用標準支撐系統設計法與類似條件設計法等經驗設計法,特殊工程地質條件之隧道工程,採用解析法(Analytical Analysis)與數值分析法(Numerical Analysis)等分析設計法,透過力學分析模式之建立,分析求解隧道開挖面周圍岩體變形與應力 應變分布情形,藉以設計隧道支撐。
2.施工中之設計調整:
         隧道施工時,依據施工中地質調查、現地觀察或計測所得結果,進行回饋分析,檢討既有設計內容,包括開挖工法與隧道支撐等設計內容之適 用性,並進行必要之調整或變更設計,此即進行「邊施工邊設計」(On Going Design,現地設計)。進行施工中之設計調整或變更時,其變異內容 應避免影響工程之進行,或衍生其他行政程序。
(四)變位控制工法的岩體分類(取材自【文獻3】)

         Bieniawski的岩體評分(RMR)系統亦稱地質力學分 類法,該分類法是依據岩石材料強度、RQD(岩石品質指標)、不連續面間距、不連續面狀況、地下水以及不連續面的位態等項目加以評分,後依評分的總和進行 分類;地質力學分類法評分標準(1989年版)示於表1,RMR值 = 材 料強度評分+RQD(岩石品質指標) 評分+不連續面間距評分+不連續面狀況評分+地下水評分+不連續面的位態評分,地質力學分類法之分類等級及評語示於 表2。...... 更多文章內容,請參閱-現代營建雜誌516期;P14~P29。

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