第三章 DOT 潛盾隧道施工案例
3.2 名古屋高速鐵道 4 號線八事南工區建設工程
3.2.5 土壓力管理
隧道開挖前，施工單位根據覆土厚度和地質鑽探資料，設定了管理土壓力(如 圖 3-9)，圖中以”有效靜止土壓力+水壓力+20 kPa”作為管理土壓力的上限，”有 效主動土壓力+水壓力+20 kPa”作為管理土壓力的下限，設計管理土壓力的上限
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值約為 70~220 kPa，下限值約為 50~170 kPa。如圖 3-9 所示，掘進測得的實際土 壓力值介於 90~240 kPa 之間，從第 1 環至第 850 環間之土壓力管理，幾乎都控 制在管理值的上下範圍內，但於第 100 環至第 240 環及第 600 環附近，其兩處的 覆土厚度皆很小，且隧道掘進區間地層大多為民宅或其它建築物，雖然選擇上限 管理值較高的土壓力值做掘進，但在掘進過程開挖對周邊建築物未發生明顯不利 影響。
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第四章
桃園國際機場聯外捷運台北三重段 DOT 潛盾隧 道工程案例
為改善桃園國際機場聯外交通，連結「台北都會區大眾捷運系統」與「高鐵 桃園車站」等交通運輸樞紐。交通部高速鐵路工程局推動施作「桃園國際機場捷 運系統」（Taoyuan International Airport Access MRT System）。
圖 4-1 顯示，此系統將與台北地區捷運系統及台灣高速鐵路連結，於台北車 站(A1)、五股工業區站(A3) 、及高鐵桃園站(A18)提供預辦登機及行李拖運服 務。本工程路線全長約 51.03 km，其中地下段約 10.92 km，高架段約 40.11 km。
沿途共設 22 座車站，包括 15 座高架車站、7 座地下車站。並設置青埔與蘆竹兩 處維修機廠，工程建設總經費約 1,138.5 億元。
本章介紹「桃園國際機場聯外捷運系統」台北三重段，CA450A 標三重站(A2 站)至台北捷運 G14 車站間之 DOT 潛盾隧道施工案例。此標工程隧道穿越淡水 河下方，為避免於河下設置高風險、且施工困難之三處聯絡通道，台灣首次引進 DOT 潛盾工法施作隧道。以下分別說明 CA450A 標工程概況、地質概況、潛盾 隧道施工介紹、及佈設之監測系統。
4.1 工程概況
桃園國際機場聯外捷運台北三重段，CA450A 標 DOT 潛盾隧道工程，如圖 1-1 所示，施工路線從台北三重側之工作井出發，穿越淡水河河床及兩側堤防進 入台北市區，經台北市第十三號公園(玉泉公園)，沿市民大道南側地下，到達捷 運松山線北門站(G14 站)北端，隧道全長約為 1,584 m。此標工程之業主為台北 市政府捷運工程北區工程處，設計單位為台灣世曦工程顧問公司，承包廠商為達 欣工程公司與日商清水營造工程公司聯合承攬。CA450A 標工程施工時間自民國
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98 年 12 月 8 日起，DOT 潛盾隧道已於民國 99 年 12 月全線貫通。
4.2 地質概況
依據地質探查結果，本工址 DOT 潛盾隧道通過之地層剖面如圖 4-2 所示，
路線所經地區均位於台北盆地內，地質分佈皆屬於第四紀沉積物，以泥或砂礫為 主。依據鑽探結果研判，DOT 潛盾隧道施工有關之地質概況可分為以下三層次：。
1. 第一層次：為表土回填層（surface fill, SF），厚度約為地表下 0~3 m，標準 貫入試驗 N 值為 1~5 。
2. 第二層次：為松山層之粉土質黏土層(CL)及粉土質砂層(SM)互層，厚度約為 地表下 3 m~50 m，N 值為 2~35。
3. 第三層次：為景美礫石層(GP)，厚度約為地表下 50 m~54 m 以下，標準貫入 試驗 N 值大於 50。
地下水位約位於地表下 3~5 m，圖 4-2 顯示，本工程之 DOT 潛盾隧道施工，
主要在第二層次(松山層)之粉土質砂與粉土質黏土內進行。
4.3 鑽孔地質調查
為進行 DOT 潛盾隧道施工，必須了解隧道開挖路線遭遇土層之粒徑分佈狀 況，施工單位針對本案例 DOT 潛盾隧道施工路線，採用傳統鑽探取樣並對取出 之土樣進行篩分析試驗。本研究在隧道長 1,584 m 範圍內，選擇三處鑽孔位置來 探討 DOT 潛盾隧道遭遇土壤的粒徑分佈情形，三處鑽探孔位置距離出發段分別 約 70 m、1,126 m、及 1,460 m，鑽孔編號分別為 CH-17、CH-8、及 CH-5，實際 位置如圖 4-2 所示，將調查所獲得之結果簡單說明如下：
(a) CH-17 鑽孔：地表下 0 m~46 m 為粉土質黏土層及粉土質砂層互層，圖 4-3 顯 示深度於 13.1~13.5 m 及 16.1~16.5 m 之粉土質砂(SM)及粉土質黏土(CL)粒徑 分佈曲線，其中 SM 之粗砂含量為 0 %，中等砂含量為 36.5 %，細砂之含量
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為 39.5 %。CL 土壤之粉土及黏土含量為 1.5 %。
(b) CH-8 鑽孔：地表下 0 m~42 m 為粉土質黏土層及粉土質砂層互層，圖 4-3 顯 示深度於 28.1~28.5 m 及 31.1~31.5 m 之粉土質砂(SM)及粉土質黏土(CL)粒徑 分佈曲線，其中 SM 之粗砂含量為 0 %，中等砂含量為 33 %，細砂之含量為 36 %。CL 土壤之粉土及黏土含量為 2 %。
(c) CH-5 鑽孔：地表下 1 m~47 m 為粉土質黏土層及粉土質砂層互層，圖 4-3 顯 示深度於 23.5~24.0 m 之粉土質砂粒徑分佈曲線，其中粗砂含量為 0 %，中等 砂含量為 36 %，細砂之含量為 36 %。
4.4 CA450A 標 DOT 潛盾隧道施工介紹 4.4.1 潛盾機介紹
CA450A 標工程採用日本石川島播磨重工業株式會社(IHI)製造之土壓平衡 式 DOT 潛盾機，斷面為 Φ 6.42 m W 11.62 m，潛盾機全長為 12.65 m，隧道上 方中心線深度 10.81~29.21 m，最大坡度為 4.9 %，最小曲率半徑 Rmin = 280 m。
潛盾機上部使用 20 支千斤頂，每支推力 2,000 kN，潛盾機下部使用 12 支千斤頂，
各支推力 2,500 kN，32 支千斤頂總推進力為 70,000 kN。
DOT 潛盾機左右各設置一組輪輻式切刃轉盤，如圖 4-4，使用同步控制使兩 切刃轉盤運轉時互不干涉。每切刃盤內之輪輻軸為六支，其中兩支為外周部輔助 輪軸。左右切刃盤上各設置兩組超挖刀(一組備用)，如圖 4-5 所示，超挖刃可伸 長量為 150 mm，可供曲線段施工超挖及盾身滾轉修正使用。為控制環片脫出盾 殼時盾尾空隙閉合造成之沉陷量，製造商於盾身上下雙圓重疊處均裝設同步背填 灌漿(simultaneous grouting)裝置，分別在上方海鷗部設置兩灌漿孔(如圖 4-6)，及 下方海鷗部設置一灌漿孔(如圖 4-7)。潛盾機向前掘進，為環片脫出盾殼保護時，
執行同步背填灌漿，將環片與地盤間之空隙以灌漿液填滿，控制地盤沉陷量。
圖 4-8 所示為 CA450A 標 DOT 潛盾隧道出發端隧道口，DOT 潛盾機由此路
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po：靜止土壓力（kPa）
：土壤內摩擦角
q：土壓超載重（tf/m2）
：土壤單位體積重
h：隧道上方覆土厚度(7.6~26.0 m) C：土壤凝聚力
隧道開挖前，施工單位經由式 4.2 及 4.4 計算，設定了管理土壓力(如圖 4-11)，
圖中以”靜止土壓力”作為管理土壓力的上限值，”主動土壓力”作為管理土壓力的 下限，設計管理土壓力的上限值約為 110~332 kPa，下限值約為 74~245 kPa。
如圖 4-11 所示，圖中橫軸為環片號數，縱軸為土壓力數值，掘進測得的實 際土壓力值介於 93~236 kPa，從第 1 環至第 990 環間之土壓力管理，幾乎都控制 在管理值的上下範圍內，但於第 40 環至第 220 環，因潛盾機遭遇 P64 橋墩進行 托底工法施工之因故，所以潛盾機經過時選擇較管理下限值較小的壓力做掘進，
以避免發生危險。第 991 環開始，因潛盾機開挖鄰近範圍皆有建築物，為避免因 開挖面的掘進壓力太大，可能導致潛盾機掘進施工造成地盤隆起使建物損壞之可 能性，因此選擇比管理下限值更小的壓力做掘進。DOT 潛盾機從出發井安全的 掘進至到達端(台北捷運 G14 車站)，而潛盾機開挖對周邊建築物未造成任何重大 的災害影響。
4.4.3 盾首加泥注入管理
為維持土倉內部開挖土壤之塑性流動及減少土渣與切刃盤之摩擦以降低切 刃扭力，並使開挖土壤在土倉攪拌後產生泥土壓力與地層土壓及水壓抗衡，以保 持開挖面穩定，DOT 潛盾機掘進時利用盾首切刃盤上之加泥注入口，將適量之 高分子溶液加泥材注入開挖面。加泥材注入主要目的：
1. 與掘削土均勻混合，使土倉形成不透水性並易於控制土倉內壓力。
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2. 防止掘削面滲水及崩塌，並有止水效果，螺運機排土不致噴出。
3. 減少摩擦降低潛盾機切刃扭力，降低掘削土與土倉壁及螺運機之摩擦力。
4. 防止鑽掘土砂附著土倉。
本案例施工單位在盾首以高分子溶液進行灌注，注入管理值預定之注入率為 10 %，會隨著現地土壤之含水量做調整。
每環盾首加泥注入率計算：
= 潛盾機斷面積×環片寬度×注入率 = 61.54 m2 × 1.2 m × 10 % = 7.38 m3/ Ring
4.4.4 同步背填灌漿
潛盾機推進造成周圍土體因局部應力解除及盾尾空隙閉合形成地盤漏失，使 原來處於平衡狀態之土層逐漸在隧道周圍形成塑性區，造成地盤沉陷。DOT 潛 盾施工同步背填灌漿作業目的，是在隧道開挖引致土壤漏失之鬆弛效應尚未向盾 身四周傳遞前，於開挖土體之自立時間內，即時以漿液順暢流入填充盾尾空隙，
快速凝固並獲得強度，以減少尾隙閉合造成之地盤沉陷。
本工程灌漿方式為同步背填灌漿，施工單位利用設置於盾身雙圓重疊處之同 步灌漿裝置 (如圖 4-6 及圖 4-7)，於潛盾機向前掘進之同時，利用自動同步背填 灌漿設備於盾尾空隙形成之瞬間，以壓力同步將背填材料及自動注入形成之地下 空間，使用之漿液材料及注入壓力說明如下。
1. 同步背填灌漿材料
如表 4-1 所示，本工程所使用之注入材料為雙液性(A 液+B 液)注入材，A 液 成分為水泥系硬化材加入流動材，B 液為有助於硬化材凝結之純液體材（水玻 璃），同步背填灌漿及環片背填灌漿注入材料之基本配比如表 4-1 所示，漿液要
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點位為例，測線 SSI3 從地表面至隧道中心線深度 Z = 20.85 m，地下水位在地下 表下 2.9 m，地下水壓u
w Z
9.81
20.85-2.9
= 176 kPa，地下水壓 u 加 100~200 kPa 範圍為 276~376 kPa。測線 SSI6 地表面至隧道中心線深度 Z = 28.47 m，地下水位深 0 m，地下水壓u
w Z
9.81
28.47-0
= 279 kPa，地下水 壓 u 加 100~200 kPa 範圍為 379~479 kPa。施工單位以 200~400 kPa 為同步背填 壓力管理值，設定以不超過 400 kPa 為同步背填灌漿之灌注壓力極限值。若漿液 注入率無法達到要求之注入率 130 %時，則可適度提高同步背填灌漿壓力 50 kPa，至少注入量達到 130 %以上。4.4.5 環片背填灌漿
環片背填灌漿之灌注方式，為利用環片上之灌入口插入背填灌漿管（如圖 4-12），於潛盾機向前掘進之同時，進行環片背填灌漿作業，使用之灌漿材料漿 液及灌漿壓力與同步背填灌漿相同，背填及同步背填灌漿材料之基本配比，如 表 4-1 所示，漿液要求之固化時間及強度如表 4-2 所示。環片與同步背填灌漿作 業之差別為環片背填灌漿乃以人工方式，於環片上之灌入口採取環片背填灌漿 (如圖 4-12)，而同步背填灌漿則於盾身雙圓重疊處(圖 4-6 及圖 4-7 )利用機器自動 施作灌漿作業，DOT 盾身外側之灌漿管如圖 4-6 (b)所示。
本案例 DOT 潛盾機開始掘進時，利用機器同步背填灌漿及人工環片背填灌 漿同時施作，填補因潛盾機向前開挖推進造成之盾尾空隙，使用之背填灌漿率為
本案例 DOT 潛盾機開始掘進時，利用機器同步背填灌漿及人工環片背填灌 漿同時施作，填補因潛盾機向前開挖推進造成之盾尾空隙，使用之背填灌漿率為