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八卦山公路隧道計測資料分析及程式測試結果

在文檔中 摘摘摘摘 要要要要 (頁 84-123)

本研究進行分析時所採用之計測資料,係取自中華工程顧問公 司於八卦山公路隧道所作的安全計測報告,期數為第 13 期至 123 期,

共 111 期的安全日報表。由於八卦山隧道為雙口雙向,茲定義四種方 向編號,分別為東口右側 ER、東口左側 EL、西口右側 WR 和西口左 側 WL。在本研究所選取計測值採用隧道上半處收斂岩栓(L1、H1、

D1、D2、)4 個計測點,截取上半開挖計測資料進行視窗程式分析。

擷取 3 個計測點分別為:EL054、WL029、WR058 進行分析。

4.4.1 視窗

視窗視窗程式分析現地計測資料視窗程式分析現地計測資料程式分析現地計測資料 程式分析現地計測資料

本程式分析八卦山公路隧道斷面共 3 個斷面,其 3 段面相關分析 參數如表 4.1 所示。以下就各點進行分析資料說明與討論。

(1)計測點 EL-054

斷面覆土深度為 212 m,無支撐距離 2 m,L1 開挖之最大徑向位 移量 27 mm、H1 開挖之最大徑向位移量 18.49 mm、D1 開挖之最大 徑向位移量 4.8 mm、D2 開挖之最大徑向位移量 4.08 mm。

測點歷時及位移曲線圖 (如圖 4.1 所示)。以 L1 上半資料進行 分析時 m 值為 1.1、初始釋放圍束比αo=0.3977、無支撐距離 d 時之釋 放圍束比λd=0.6372。H1 上半資料進行分析時 m 值為 1.422、初始釋 放圍束比αo=0.3317、無支撐距離 d 時之釋放圍束比λd =0.5534。D1 上半資料進行分析時 m 值為 1.599、初始釋放圍束比αo=0.3039、無支 撐距離 d 時之釋放圍束比λd=0.5154。D2 上半資料進行分析時 m 值為 1.57、初始釋放圍束比αo=0.3081、無支撐距離 d 時之釋放圍束比

λd=0.5213。計測資料處理、視窗程式迴歸分析結果圖形及支撐建議

(如表 4.2、圖 4.3、圖 4.4、圖 4.5 及圖 4.6 所示)。

(2)計測點 WL-029

斷面覆土深度為 34 m,無支撐距離 3 m,L1 開挖之最大徑向位 移量 15 mm、H1 開挖之最大徑向位移量 6.04 mm、D1 開挖之最大徑 向位移量 5.09 mm、D2 開挖之最大徑向位移量 5.54 mm。

測點歷時及位移曲線圖 (如圖 4.7 所示)。以 L1 上半資料進行 分析時 m 值為 4.465、初始釋放圍束比αo=0.1835、無支撐距離 d 時之

釋放圍束比λd=0.3333。H1 上半資料進行分析時 m 值為 8.479、初始 釋放圍束比αo=0.1035、無支撐距離 d 時之釋放圍束比λd=0.1963。D1 上半資料進行分析時 m 值為 8.054、初始釋放圍束比αo=0.1085、無支 撐距離 d 時之釋放圍束比λd=0.2053。D2 上半資料進行分析時 m 值為 8.547、初始釋放圍束比αo=0.1028、無支撐距離 d 時之釋放圍束比

λd=0.195。計測資料處理、視窗程式迴歸分析結果圖形及支撐建議(如 表 4.3、圖 4.8、圖 4.9、圖 4.10、圖 4.11 及圖 4.12 所示)。

(3)計測點 WR-058

斷面覆土深度為 54 m,無支撐距離 2 m,L1 開挖之最大徑向位 移量 16 mm、H1 開挖之最大徑向位移量 18.14 mm、D1 開挖之最大 徑向位移量 8.53 mm、D2 開挖之最大徑向位移量 13.39 mm。

測點歷時及位移曲線圖 (如圖 4.13 所示)。以 L1 上半資料進行 分析時 m 值為 2.486、初始釋放圍束比αo=0.2137、無支撐距離 d 時之 釋放圍束比λd=0.3817。H1 上半資料進行分析時 m 值為 2、初始釋放 圍束比αo=0.2553、無支撐距離 d 時之釋放圍束比λd=0.4454。D1 上 半資料進行分析時 m 值為 1.726、初始釋放圍束比αo=0.2865、無支撐 距離 d 時之釋放圍束比λd=0.491。D2 上半資料進行分析時 m 值為 1.748、初始釋放圍束比αo=0.2838、無支撐距離 d 時之釋放圍束比

λd=0.487。計測資料處理、視窗程式迴歸分析結果圖形及支撐建議(如 表 4.4、圖 4.14、圖 4.15、圖 4.16、圖 4.17 及圖 4.18 所示)。

4.4.2 視窗

視窗視窗程式視窗程式程式之程式之之分析結果討論之分析結果討論分析結果討論 分析結果討論

本節針對程式所分析的資料值比對陳羿安(2004)所使用斷面分 析計算迴歸之 m 值來討論,並依據斷面分析的前期位移量、結構之 支撐勁度、無支撐之最大位移等進行探討。

(1)計測點 EL-054:

由視窗程式所分析之 m 值 L1、H1、D1、D2 分別為 1.1、1.42、

1.599、1.57,與陳羿安(2004)所分析之 m 值建議為 3.9 至 7.5 來的 小,初探究其原因為所採用之計測略有異,在此處所取用之計測點約 為 5 倍半徑,而於 5 倍半徑內隧道收斂之位移屬於較為迅速,而(陳 羿安 2004)所得到 m 值越小、收斂曲線斜率越大,於此情況相符合。

而分析所得之預估無支撐最大位移為 32.9mm、預估其前期位移量為 13.08mm,該斷面上半開挖完成時之徑向位移量佔最終計測位移量的 77.41%,可做為相似地層開挖之參考評估。

另計算後結構之支撐壓力為 0.836MPa,由程式所運算後其安全 係數仍小於 1,因此建議之支撐補強為 40 公分厚之噴凝土與打設 9m 之岩栓。與中華顧問工程司之施工內容建議之 30 公分相比略大,亦 較為保守。

(2)計測點 WL-029:

由視窗程式所分析之 m 值 L1、H1、D1、D2 分別為 4.465、8.479、

8.054、8.547,與陳羿安(2004)所分析之 m 值建議為 4.5 至 9 相符 合,其預估地層之彈性模數 E 值為 168~571Mpa。而分析所得之預估 無支撐最大位移為 35mm、預估其前期位移量為 6.42mm,可做為相 似地層開挖之參考評估。

另計算後結構之支撐壓力為 0.4295MPa,由程式所運算後其安全 係數雖大於 1,可參考建議取安全因子為 2 時建議之支撐補強為 30 公分厚之噴凝土與打設 3m 之岩栓。與中華顧問工程司之施工內容建 議之 30 公分相符合。

(3)計測點 WR-058:

由視窗程式所分析之 m 值 L1、H1、D1、D2 分別為 2.486、2、

1.726、1.748,與陳羿安(2004)所分析之 m 值建議為 0.59 至 8.9 偏 小,初探究其原因為所採用之計測略有異,在此處所取用之計測點約 為 5 倍半徑,而於 5 倍半徑內隧道收斂之位移屬於較為迅速,而(陳 羿安 2004)所得到 m 值越小、收斂曲線斜率越大,於此情況相符合。

其預估地層之彈性模數 E 值為 291.5~774.29MPa,而分析所得之預估 無支撐最大位移為 31mm、預估其前期位移量為 6.62mm,該斷面上 半開挖完成時之徑向位移量佔最終計測位移量的 73.75%,可做為相 似地層開挖之參考評估。

另計算後結構之支撐壓力為 0.5768MPa,由程式所運算後其安全 係數小於 1,因此建議之支撐補強為 40 公分厚之噴凝土與打設 6m 之 岩栓。與中華顧問工程司之施工內容建議之 30 公分相比略大,亦較 為保守。

4.5 東部工程處東部工程處東部工程處東部工程處新北迴鐵路隧道工程新北迴鐵路隧道工程新北迴鐵路隧道工程 新北迴鐵路隧道工程

4.5.1 新北迴鐵路隧道

新北迴鐵路隧道新北迴鐵路隧道簡介新北迴鐵路隧道簡介簡介 簡介

台灣東部花蓮至台東鐵路,未能與西部鐵路相連接,運輸諸多不 便,蘇花公路及橫貫公路,因受地質影響,道路工程標準較差,無法負 荷東西間的運輸動脈,以致東部人力、礦產及土地資源,未盡充份開發 利用。為溝通東西部交通於是決議興建北迴鐵路以解決此問題。北迴鐵 路全長 88 公里,橋樑 22 座。81 年 12 月 25 日動工,施工近 11 年,

新建 13 座隧道,總長 33 公里 890 公尺。

4.5.2 新北迴鐵路隧道之地質狀況

新北迴鐵路隧道之地質狀況新北迴鐵路隧道之地質狀況與施工內容新北迴鐵路隧道之地質狀況與施工內容與施工內容與施工內容

本章節摘錄交通部鐵改建工程局東部工程處新永春、新南澳等兩

地形及實際開挖相關內容,作為本研究之基本資料(詳細資料可參考 林銘益,2003)。

(一)新永春隧道

新永春隧道通過之區段其山嶺高聳、地勢陡峻,山嶺分佈與延展 多受地質構造及岩性影響。隧道沿線區域出露之地層包括大南澳片岩 及廬山層,於南口則為沖積層。本區最常見之構造線為層理、片理、

劈理、節理,其發育情形隨岩性而異,依地質調查顯示此區段有兩組 發達之節理面,區域內小型褶皺甚為發育,包括同斜及等斜褶皺及複 雜褶皺等。變質岩層中之斷層可能有變質作用前及變質作用後之斷 層。

新永春隧道實際開挖:二類岩盤計 822 公尺,約佔 15.6﹪;三類岩 盤計 1354 公尺,約佔 25.7﹪四類岩盤計 1802 公尺,約佔 34.2﹪;五 類岩盤計 1291 公尺,約佔 24.5﹪。

(二)新南澳隧道

新南澳隧道位於東澳至南澳間,屬中央山脈東斜面,地勢甚為陡 峭,全區平均坡度約在 40°左右。本區域之地層分佈約為大南澳片岩、

角閃岩、石墨片岩,常見之構造為層理、片理、褶皺、節理。層理在 深度變質之大南澳片岩中難以辨識,僅在不同類別岩層交接處可量得 層理。隧道內小型褶皺甚為發達,分有同ㄧ外力擠壓下,不同岩性常 形成同類型之中褶皺。

新南澳隧道長 5344 公尺,實際開挖類別及百分比:明挖段計 58 公尺,約佔 1.1﹪; 二類岩盤計 65 公尺,約佔 1.2﹪三類岩盤計 1640 公尺,約佔 30.7﹪;四類岩盤計 2762.1 公尺,約佔 51.7﹪;五類岩盤計

819.2 公尺,約佔 15.3﹪。

在隧道開挖不久後應立即進行施作之外支撐(Outer or Primary Support)系統,以及隧道變形達穩定狀況(淨空變位計測量小於 1.5mm/月)後,進行澆置之內襯砌(Inner or Secondary Lining)兩部 份,組合而成隧道永久襯砌。

(1)施工順序:

岩體評分、分類→決定支撐系統→打前進鋼管(筋)→鑽孔、

裝藥、開炸→通風→修炸→出碴→架鋼絲網、鋼支保→噴凝土→打系 統岩釘→計測工作【1.隧道內淨空之變位測定(收斂儀)、2.隧道頂部 之沉陷測定、3.岩盤鬆動範圍測定(伸張儀)、4.計測岩釘(岩釘拉拔)、 5.襯砌之應力測定(應力計)】→襯砌(9M~12M 施作混凝土澆置)。

(2)輔助工法:

熱瀝青灌入法:於突破軟弱地盤及大量湧水地區使用─新永春 隧道。

鋼纖維噴凝土:於取代傳統乾式噴凝土及掛鋼線(絲)之工法,

可節省每一隧道施工輪進 1~2 小時─新南澳隧道。

4.6 東部工程處東部工程處東部工程處東部工程處新北迴鐵路隧道計測資料分析及程式測試結新北迴鐵路隧道計測資料分析及程式測試結新北迴鐵路隧道計測資料分析及程式測試結新北迴鐵路隧道計測資料分析及程式測試結 果

果 果

本研究所採用之實際分析案例為交通部鐵路改建工程局東部工 程處北迴線單軌隧道群,採用林銘益(2003)所整理之現地隧道收斂 資料。依岩體分類別選擇新永春隧道、新南澳隧道共 4 個計測點資料 進行分析計算。新永春隧道使用北口 YSN9、南口 YSS5、南口 YSS20 三點計測資料。新南澳隧道使用北口 NP20 點計測資料,而選取之計 測資料採用隧道上半處收斂岩栓 L1、H1 點使用。

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