土壓平衡式潛盾機案例

第三章國外卵礫石潛盾隧道施工案例

3.3 土壓平衡式潛盾機案例

土壓平衡式潛盾機屬密閉式潛盾機的一種，如圖3 - 7 所示（表 3 - 3 之案例 E 1 1 ）藉由潛盾機前方設一密閉式土艙，潛盾機推進時，土砂經切刃轉盤之取土口進入土艙，土砂充滿貫穿隔鈑，連接土艙及機體內部之螺運機。當潛盾機開挖前進時，藉控制螺運機旋轉之排土速度及土艙內之泥土壓力，並以土艙壓力平衡開挖面之土壓及水壓，因而稱之為土壓平衡式潛盾機。

土壓平衡式潛盾機通過卵礫石地層，需要用切刃轉盤上的切刃以及滾輪切刃將卵礫石刮除及切磨成較小粒徑的碎屑，以便順利通過直徑有限之螺運管。若是切刃轉盤上的切刃數目不夠或是

硬度不足，可能因為切刃快速磨損耗盡，使得切刃盤之切削能力

石之滲透係數為 1 . 5 ~ 3 . 6 × 1 0^{- 1} c m / s e c ，地下水壓為 1 . 4 7 ~ 2 . 4 5 k g f / c m²，卵礫石顆粒粒徑以1 0 0 ~ 1 5 0 m m 之卵石為主，並夾雜部份 3 0 0 ~ 4 5 0 m m 之巨石。本工程主要特色為沿途穿越密集住宅區，除了與建物基樁最近距離僅2 . 8 m 外，並穿越既有直徑 2 . 6 m 下水道幹管下方1 m 處。本工程所引致之地表最大沉陷量僅為 5 m m 。

表3 - 3 之案例 E 1 1 為日本廣島縣瀨野川下水道潛盾隧道工程

（砂本信雄e t a l . 1 9 9 8 ），其施工路線如圖 3 - 9 所示，本工程採用泥土壓式潛盾機（圖3 - 9 ），隧道外徑為 2 . 1 8 m ，全長為 9 6 2 m 。圖3 - 1 0 所示，潛盾隧道主要通過卵礫石層，前段部分為卵礫石

（G P ），透水係數為 3 × 1 0^{- 2}c m / s e c，後段為卵礫石層夾砂與黏土層( G M ) ，透水係數為 5 × 1 0^{- 4}c m / s e c ，含卵礫石量約 7 0 % ，覆土深為6 . 5 ~ 1 3 . 4 m，顆粒粒徑以 3 0 ~ 9 0 m m 之卵礫石為主，並夾雜部分 2 7 0 ~ 4 5 0 m m 之卵石及巨石。圖 3 - 1 1 所示，潛盾機採用無軸式（絲帶式）螺運機（R i b b o n S c r e w - C o n v e r y o r ），切刃開口率為 3 1 % 。本工程所遭遇困難為潛盾隧道通過國道 2 號線下方遭遇急曲線 R = 3 0 m ，以及於 J R 山陽本線下方 R = 2 0 m 之急曲線段施工。為此急曲線隧道施工，本工程採用中折式潛盾機，並且在排土量方面加強監控管理，以設計出土量之1 2 0 % 作為排土管理值。隧道全線施作3 處人孔，以便施作更換切刃轉盤上之磨損切刃與滾輪切刃。本工程所引致之地表最大沉陷量約為1 2 m m 。

第四章

新竹科學園區污水下水道潛盾工程案例

本章介紹台灣新竹科學園區污水下水道潛盾施工工程，本工程包含三個案例，分別為：（1）竹科第二加壓站至污水處理廠隧道工程案例；（2）竹科三期之二放流管線潛盾案例；與（3）竹科三期之三放流管線潛盾案例。以下分別介紹各案例之工程概述、地質概況與潛盾隧道施工所遭遇之問題及解決方案。

4.1 竹科第二加壓站至污水處理廠隧道工程案例

4.1.1 工程概述

如圖4-1 所示，此工程由第二加壓站之發進井（M1 工作井）沿園區一路，

左轉新安路再右轉工業東二路，再左轉科技五路最後到污水處理廠到達井（M3 工作井），全長1,934 m。此工程為自新竹科學園區既有之第一、二加壓站之進流污水管線截流後，分別埋設直徑ψ700 mm 及ψ1200 mm 鋼筋混凝土管（RCP）

導入新設之污水管線，順流入污水處理廠之前處理設施。新設污水管線採潛盾掘進工法施工，完工後隧道內部直徑為 1.65 m，第一次襯砌為鋼製環片（外徑 2.35m，內徑 1.95m），二次襯砌為無筋混凝土(Ⅱ型水泥)加設耐酸鹼內襯 PVC 防蝕軟片，沿線並作臨時地盤改良，並設置匯流井與污水處理廠前處理設施銜接，

至於第一、二加壓站則設置C1~C3 人孔及 C4 接合井以連接現有進流污水管線。

圖4-1 顯示，沿線中間設置 M2 人孔一座，由於本管線採重力排放方式，管線埋設深度最深達 19 m。為縮短施工時程，此工程同時啟用二部潛盾機施作，並分別自 M1 及 M2 工作井分別掘進。此工程所選擇的潛盾機採用開放型-機械式潛盾機，其外徑為2.48 m，如圖 4-2 所示。竹科第二加壓站至污水處理廠隧道工程，

業主為行政院國科會之新竹科學工業園區管理局，承包商為建豐工程股份有限公司，設計監造單位為中華顧問工程司。

4.1.2 地質概況

本調查基地位於新竹科學工業園區內，依據現場鑽探結果研判主要為紅土礫石地層，由棕紅色黏土及其下數十公尺之卵礫石砂土所組成。圖4-3 顯示，現場鑽探最大深度為25 m 之 8 個鑽孔柱狀圖，以下就本調查基地其地層分佈及其性質簡單說明如下：

（1）第一層次：表土紅土層，從 0.0 m~ 約 3.35 m 間，主要由黏土、粉砂、

細砂及粗砂夾小礫石所組成之地層，色呈棕紅色。根據土壤統一分類法則，本層次之土壤分類為SM。

（2）第二層次：棕黃色卵礫石層，厚度在 10.5 m 至 24.35 m 之間，主要由卵礫石及具有膠結性之紅土與砂之混合填充物所組成之地層，色呈棕黃色。礫石由圓形至次圓形之石英岩或砂岩礫石組成，直徑由數公分至數十公分，平均礫石量約在 50%~60%之間，土壤密度平均為 2.22 t/m³。根據土壤統一分類法則，本層次之土壤分類為GM。本工程潛盾隧道施工均位於本層次內，圖4-3 顯示地下水位與潛盾路線之相互關係。

（3）第三層次：為黃色風化砂岩層，僅出現在 CH-8 號鑽孔，鑽探最大深度15m 止於此層，研判風化岩層厚度 1.5 m 以上。主要係由風化泥質砂岩所組成之地層，色呈棕黃色。

4.1.3 掘進路線變更

此工程原設計之污水管線高程位於地下水位之上，如圖4-4 所示。因實際開挖後，地下水位高於預期，因此潛盾隧道高程低於地下水位。圖4-3 顯示隧道全線均行經卵礫石層（粒徑600~700 mm 以上之大卵石佔約 10％，粒徑 300~500 mm 之卵石佔約 45％）之情況，卵礫石之滲透係數甚高，高水位的地下水不斷流入開放式潛盾機之開挖面，造成出水量大。潛盾隧道開挖時勢必全線點井抽水，嚴重影響交通，且易造成路面沉陷及建物裂之危險。圖4-5 顯示地下管線與潛盾路線之平面圖，設計單位變更方案將管線高程提昇4~5 m，可避開大量地下水滲入隧道之困擾，增加土壤穩定，降低施工潛在之風險。污水管線高程提昇後配合地下管線修正部分路線如圖4-6，經試挖及召開管線協調會後。得知提昇污水管線高程及修正部分路線，與既有管線不相衝突，且無須全線以點井降低地下水位，不會發生路面塌陷及建物裂之危險。圖4-6 顯示污水管線工程變更在水利功能方面不影響，符合原設計要求。

4.1.4 遭遇卵礫石地盤開放型潛盾機施工

此工程潛盾掘進斷面遭遇卵礫石地層，且部分曲線段之曲率半徑R 小於 30 m，潛盾掘進機械之選擇十分困難。若潛盾切刃盤（Cutter-head）之取土口（Slit）

開口率太小，則砂泥質不易取入土艙，若開口太大則大顆粒卵礫石進入土艙後，

通過螺運輸送機（Screw-convery）時容易阻塞。經衡量上述土質因素，此工程潛盾掘進機械，採用「開放式機械型」中折式潛盾機，其構造能力及施工特別注意事項說明如下：

(一)潛盾機主體構造分三大部分：

1. 切刃盤：面版式構造如圖 4-2 所示，裝置滾輪式切刃（Roller-Bit）及切刃（Cutter-Bit）兩種以切削卵礫石，其開口率為 32%。

2. 潛盾機主體架構：鋼板以焊接方式作成圓筒狀，內裝油壓千斤頂、驅動

馬達、減速箱、排土機、環片架設機、超挖刀、土壓計及泥土注入等裝置。

3. 盾尾部（Tail）：內裝二層式防水鋼刷及盾尾油注入孔。

(二)潛盾機能力特點：

1.潛盾機之切刃盤上安裝裝置滾輪切刃及刮削切刃，可以破碎大粒卵石及岩盤，取土口可取入ψ250 mm 以下之小粒卵石。

2.潛盾掘進機可由潛盾機內部更換已磨耗之滾輪切刃及刮削切刃。

3.潛盾機裝置有超挖刀（Copy Cutter）及中折千斤頂，可以克服曲率半徑 R=30 m 之急曲線段隧道施工。

(三)施工特別注意事項：

圖4-3 顯示，潛盾機掘進施工時，因由上游往下游施工，故需加強工作井之防水措施，工作井及隧道內必須準備污水高揚程抽水機，以避免下雨造成工作井及隧道內淹水，影響潛盾機之掘進施工。下水道污水之流動多為重力流（gravity flow），因此施工期間應特別注意隧道高程及方向控制，避免隧道曲線蛇形及高低起伏過大，路線之斜率須維持正確或規範值容許範圍內。

此下水道工程之潛盾施工，在辦理變更設計後，開挖範圍在地下水位以上，

且採用開放式機械型中折式潛盾機，易於將卵礫石自地層中開挖。因未遇到地下水層，卵礫石層自立性良好，且距地表有足夠的覆土厚度，故施工時未遇到特殊難以處理之狀況。

4.2 竹科三期之二放流管線潛盾案例

4.2.1 工程概述

本工程為新竹科學園區竹科污水放流專屬管線，銜接污水放流管第一階段管線終點。圖4-7 顯示，M27 為出發工作井，沿線行經新竹市南大路轉食品路，

至寶山路龍泉寺旁，M26 為到達井，汙水放流管施工全長約 1,970 m。為避免妨礙市區道路交通，全線採用潛盾隧道施工，採用之機型為土壓平衡式潛盾機。本管線內污水採重力排放方式，管線埋設深度最深達 22 m。竹科三期之二放流管線工程，業主為行政院國科會之新竹科學工業園區管理局，承包商為永偉營造工程有限公司承攬，設計單位為中華顧問工程司。施工期間為民國 89 年 10 月至 92 年 9 月。

4.2.2 地質概況

圖4-8 顯示，污水放流管全線主要地質狀況包含礫石層、砂岩、粉土質細砂，

管線覆土深度最淺約4 m，最深約 22 m，地下水位深度約 4.5 m。現場鑽探 9 個鑽孔最大深度為35 m，其地質狀況主要可分為四個層次，相關位置與地質剖面，

如圖4-8 所示。

1.第一層次：由表土（SF）、回填土及回填棕紅色粉土質砂夾礫石，厚度約為0~1.6 m，回填土層標準貫入試驗Ｎ值約為 16。

2.第二層次：為灰色粉土質中細砂（SM）及卵礫石夾砂（GM），本土層標準貫入試驗 N 值均大於 50，屬極緊密之砂土，含水量約為 18.4%～19.7％，土壤密度平均為 2.08 t/m³，厚度約為 1.6 m 至7.7 m。

3.第三層次：為卵礫石夾棕黃色粉土質細砂（GM），厚度約為7.7 m 至 23 m。

本土層標準貫入試驗N 值均大於 50。含水量約為 12.5%～13.9

％，土壤密度平均為2.11 t/m³。

4.第四層次：為棕黃色風化砂岩，本層次由於鑽探時鑽孔止於本層或其上方，所以厚度未知。

在文檔中潛盾隧道施工遭遇卵礫石地盤引致之地盤沉陷案例研究 (頁 32-0)

第三章 國外卵礫石潛盾隧道施工案例