第七章 基本設計成果與檢核
7.1 管路工程佈置與設計
7.1.1 庫區內管段
本管段各分段工程包括取水隧道、#2 導水隧道、跨河段、消能段、及 庫區道路直埋段等，其主要工程設計及佈置分述如下：
一、新建取水隧道設計 (一) 取水隧道佈置
圖 7.1-3 顯示新建隧道段平面及縱剖面圖，可見本壓力隧道以 45的交角與既有電廠壓力隧道及#2 導水隧道相銜接，因考量後段 之電廠壓力鋼管坡度較大，較不宜銜接取水，且該處另有 PRO 通 氣隧道，既有結構物較多，故於前端較平緩段進行銜接，使隧道不 會互相影響。內襯之鋼管內徑採 φ2,200mm，各轉彎處皆以 11.25
拆角之斜切彎管(蝦管 miter bend)方式佈置，在縱斷面方面，由於 原曾文水庫高程系統較現行內政部 1 等 1 水準低約 1.28m，圖 7.1-3 所示縱斷面高程採現行內政部水準高程並以括弧表示原曾文系統 之高程。可見本管段中心線與電廠壓力鋼管及與#2 導水隧道相交 之高程分別為 EL.150.52(149.24)及 EL.115.46 (114.18)。
1. 沿線地質
取水隧道主要出露岩層為大窩細砂岩之厚層細砂岩、砂頁岩 互層、泥岩及粉砂岩等層，岩層走向約為北 30 度西向東南方傾 斜 約 30 度 。 由 相 關 區 域 之 資 料 推 估 其 單 壓 強 度 在 100~240kg/cm2。
RMR 岩體評分需考量岩石之單壓強度、岩石品質指標 RQD、
節理間距、節理面性質及地下水滲水情況，由以往鑽探資料初步 判斷之，取水隧道岩體評分、支撐等級及地質剖面如圖 7.1-4 及 圖 7.1-5 所示。實際之評分需由隧道施工時，現場地質師依據開 挖時之岩體現況做正確之評分。
2. 隧道開挖支撐
取水隧道淨寬 4.6m，隧道內按裝 φ2,200mm 鋼管。隧道採 用機械開挖，以避免因鑽炸而擾動曾文大壩壩體。
取水隧道沿線地層一般段以厚層砂岩為主，其間夾有砂頁岩 互層，岩體分類屬 TYPE-I～TYPE-IV，隧道支撐採用新奧工法，
並依行政院公共工程委員會所建置之 PCCR-System 標準支撐建 議表配置支撐斷面；必要時先行實施錐體固結灌漿以確保隧道開 挖作業之安全，取水隧道支撐等級、開挖及支撐標準圖如圖 7.1-6
～圖 7.1-9。取水隧道佈設計測斷面，以藉由計測結果瞭解隧道內 空變位及周圍岩盤鬆動情形，做為必要時調整支撐配置之依據，
取水隧道計測斷面如圖 7.1-10 所示。
隧道結構設計則依據行政院公共工程委員會之「山岳隧道工 程技術準則及解說」有關岩盤類別劃分，是將台灣全區地質材料 劃分為 A、B、C、D 四種岩盤類別，其初步判定是採用地層為基 本劃分單位，取水隧道岩盤主要屬於中新世至上新世大窩細砂岩，
歸屬於 B 岩類，該準則對於 A、B 岩類之隧道支撐建議如表 7.1-1 及表 7.1-2 所示。
取水口隧道開挖跨度依支撐等級之不同，其支撐設計適用表 7.1-2 隧道跨度小於 10m 之狀況，依據該表配置取水隧道支撐等
級 TYPE I～TYPEIV 如表 7.1-3 所示。取水隧道必要時實施錐體 固結灌漿以固結地盤或止水。
3. 鋼襯及回填
直徑 φ2,200mm 鋼襯原則上採用長 6m、厚 20mm 鋼管，由 洞口推至定位後進行 X 形內開槽焊接。鋼襯與隧道間有 1.2m 空 隙以 210kg/cm2混凝土回填，回填時頂部預留 φ2”黑鐵管作為未 來回填灌漿用。
(二) 內襯鋼管結構設計
取水隧道內襯φ2,200mm 鋼管，其承受最大內壓為 15kg/cm2， 鋼管與隧道內面為回填 210kg/cm2混凝土並進行固結及回填灌漿，
故外壓亦採用 5kg/cm2 分析。鋼管材質為 STW400(抗拉強度為 4,100kg/cm2以上)。依據 CNS 6568, G 3129 及台灣自來水公司
「自來水用鋼管」一般水管用規格規定最小管厚為 20mm。
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圖 7.1-3 取水隧道平縱斷面圖
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圖 7.1-4 取水隧道支撐等級圖
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圖 7.1-5 取水隧道地質剖面圖
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圖 7.1-6 取水隧道 TYPE I 支撐標準斷面圖
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圖 7.1-7 取水隧道 TYPE II 支撐標準斷面圖
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圖 7.1-8 取水隧道 TYPE III 支撐標準斷面圖
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圖 7.1-9 取水隧道 TYPE IV 支撐標準斷面圖
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圖 7.1-10 取水隧道計測斷面示意圖
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表 7.1-3 取水隧道開挖支撐等級表
支撐等級 TYPE-I TYPE-II TYPE-III TYPE-IV
岩體分類 A 岩類 RMR41-60 B 岩類 RMR61-80
A 岩類 RMR≧41 B 岩類 RMR≧61
A 岩類 RMR11-20 B 岩類 RMR21-40
A 岩類 RMR≦10 B 岩類 RMR≦20 斷層剪裂帶等特殊困難地質 噴凝土 頂拱及側壁 10cm 頂拱及側壁 15cm 頂拱、側壁及仰拱 20cm
(開挖鏡面 5cm，視需要)
頂拱、側壁及仰拱 20cm (開挖鏡面 8cm) 鋼支保 H100×100×6×[email protected]
(視需要) H125×125×6.5×[email protected] H150×150×7×[email protected] H150×150×7×[email protected] 岩栓 25mmφ，L=4m
，8 支@1.5m×1.5m
25mmφ，L=4m，
8 支@1.5m×1.25m
25mmφ，L=4m，
10 支@1.1m×1.0m
25mmφ，L=4m，
10 支@1.1m×0.8m
先撐保護 － － 先撐鋼管 先撐鋼管或管幕鋼管
輔助工法 － － 固結灌漿、降水或止水 固結灌漿、降水或止水、地盤改良(長
度、位置及數量經甲方核可)
二、#2 導水隧道段
本段之平面與縱剖面如圖 7.1-11，φ2,200mm 壓力鋼管之中心線高 程為 EL.115.46m，本壓力鋼管擬與#2 導水隧道仰拱平行以 S=0.002 的 坡度向#2 導水隧道出口傾斜。
本段設計下列設施：
(一) 上游水平彎管固定台
位於輸水路與#2 導水隧道銜接處由於 45轉角的存在，必須於 導水隧道中興建固定台以穩定該管路，平面佈置如圖 7.1-11。
(二) 隔離閥
本管路於#2 導水隧道為架空段且由曾文溪河床低部以倒虹吸 方式跨至曾文溪右岸，為利後續維護管理，於#2 導水隧道上游端 約於彎管下游處裝置各一座 φ2,200mm 蝶閥及球型閥，其中下游 球型閥為隔離閥，該閥門可由閥室遙控啟閉，且每次輸水操作完成 後將予以關閉以避免下游管段至控制閥空間的淤積，上游蝶閥則為 本隔離閥之維修閥門。
(三) 檢視人孔
於隔離閥下游約 10m 處擬設置一 80cm 人孔供鋼管之檢視。
(四) 管路基座
圖 7.1-12 顯示輸水管位於#2 導水隧道橫斷面圖，可見，本輸 水管位於#2 導水隧道的北側，管中心隧道偏中心線北側 4m。圖 7.1-12 為本混凝土基座，其高度為 1.75m，寬度 4.2m，基座間距 12m(受制於鋼管製造及搬運每支長度為 6m，再於隧道對口銲接為 12m 吊裝)。
(五) 拉桿伸縮接頭
本段管路將以架空方式興建，故需裝置拉桿伸縮接頭以因應隧 道內溫度變化所產生的熱膨冷縮，並利於管線安裝。
(六) 隧道出口垂直彎管固定台
輸水路於#2 導水隧道出口之佈置如圖 7.1-13，輸水路必須向 下入土並以倒虹吸方式跨越曾水溪，因之必須興建一固定台以克服 垂直反力，為避免該固定台影響入口通道空間。
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圖 7.1-11 #2 導水隧道段取水鋼管平縱斷面圖
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圖 7.1-12 輸水管位於#2 導水隧道橫斷面圖
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圖 7.1-13 #2 導水隧道出口輸水路及相關設施佈置圖
三、跨河段
本計畫根據民國 103 年 7 月曾文溪治理計畫檢討報告之曾文溪主 流斷面 177 處計畫河床高程為 104.8m，考量管線穿越河床安全，又因 本管段位處水庫落水池下游為水庫清淤工程之淤泥暫置區，由現場顯示 河底地質為岩盤，可採推進工法於河道兩岸設置推進工作井推管施作 (本管段輸水管採 φ2,200mm WSP)，現況曾文溪河床高程約 108.5m，
須以計畫河床高程為 104.8m 下 2 倍半管徑為跨河段管中心高程佈置，
故管中心高程採 104.8-2.2×2.5m≒100m，計畫管頂高程將為 100+2.2/2
≒101.1m 低於計畫河床高，跨河段佈置詳圖如圖 7.1-14。又本計畫，
#2 導水隧道出口至曾文溪右岸之推管段河床地形，在民國 98 年莫拉克 風災時曾文水庫洩洪量 7000cms 以上之歷程約 11 小時洩洪沖刷，經檢 視民國 98 年莫拉克前及民國 101 年地形測量本段因岩盤裸露無沖刷跡 象。故本工程埋管深度距河床約 7.4m，其管路安全應無慮。
四、消能段
本管段主要設施包括供水豎井(內襯φ2,200mmSP，H=61m)、消能 井(7m×7m，H=14.45m)、調整池(20mW×60mL×11mH)、Baffle Drop 消 能豎井(φ7.6m RC，H=61m)等平縱佈置如圖 7.1-15，將於 7.6 節說明構 造物穩定分析，連接本管段與過河段及推進工作井採 φ2,200mm SP 以 明挖直埋方式施作，另進出木瓜園區消能段(佈置詳圖如圖 7.1-16 及圖 7.1-17)。為避免坡地過度開挖，採推進工法以φ2,200mm WSP 連接跨 河段及庫區道路段之推進工作井。
五、庫區道路段
本管段主要以庫區道路路廊範圍，平時車流甚少，擬採較經濟且 快速之明挖直埋方式施作(參見圖 7.1-18)，埋設 φ2,600mm DIP K 型 D2 輸水管。由於道路沿線有數處既有橫向排水路，管線需局部加深 通過(參見圖 7.1-19)，隨道路彎曲管線需於彎折處設置固定台，沿道 路佈設局部區段需跨越溪河，由於本計畫管徑頗大無法附掛於既有 橋樑，管線需於既有橋樑下游側架設水管橋，水管橋橋墩落墩位置需 配合既有橋樑墩座設置，水管橋兩岸設置鋼筋混凝土橋台，水管橋橋
墩及橋台均以全套管基樁為基礎構建。本管段水管橋由上游往下游依序 為曾文四號水管橋(如圖 7.1-20)及曾文三號水管橋(如圖 7.1-21)，並於 進 入 曾 管 中 心 前 設 置 一 樣
600mm 丁 字 管 。 另 明挖直埋管段長約
4,318m。庫區內管段自電廠壓力鋼管接水點起包括取水隧道、#2 導水隧道、
跨河段、消能段、跨越溪河水管橋及庫區道路直埋段等，長約 6,470m。