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
4.6 單圓雙孔與 DOT 潛盾隧道工期比較
4.6.3 工期比較
4.6.3 工期比較
表 4-5 為 CA450A 標台北三重段 DOT 潛盾隧道於出發段、正式掘進段、及 到達段之施工速率。表中將 DOT 潛盾隧道施工速率之預估值、實際值，與單圓 雙孔潛盾隧道施工速率預估值進行比較。表中隧道全長為 1,584 m，以 DOT 工法 施工預估需施工 400 天，以傳統單圓雙孔隧道施工預估需要 273 天，由於 DOT 工法施工技術較為複雜，例如環片組立較為困難，因此施工工期較傳統單圓雙孔 隧道為長。
於表 4-5，在已完成之 DOT 隧道中，60 m 長出發段之實測施工速率為 2.5 m/day，略高於設計工率 2.0 m/day。於 1,464 m 長正式掘進段隧道之施工速率為
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4.55 m/day，略低於設計之施工速率 4.3 m/day。60 m 長到達段之實測施工速率為 4.3 m/day，高於設計施工速率 2.0 m/day。本研究將表 4-5 之資料繪製於圖 4-26 中，圖中 DOT 潛盾隧道一開始 0 至 200 m，由於缺 DOT 潛盾隧道施工經驗，施 工速率明顯低於設計之施工速率，200 m 至 760 m 隧道長度追上預估長度，760 m 至 1,060 m 之施工速率和設計之施工速率一致，超過 1,060 m 長度之後，掘進速 率已逐漸超越預期之施工速率。總長為 1,584 m 的隧道工期，總共費時 360 天完 成掘進，略低於預估之 400 天。DOT 潛盾機成功開挖至到達井(G14 車站)的照片，
如圖 4-27 所示。
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於潛盾開挖面通過第 12 天與第 271 天造成之地表沉陷量幾乎相同，可見大部份 沉陷於 12 天內完成。271 天之最大沉陷量為 27 mm，地盤漏失率為 1.34 %。
本案例 2 組斷面顯示，最終沉陷槽呈現左右對稱之分佈。圖 5-3 及圖 5-4 中，
潛盾機通過大約第 10 天及第 12 天，SSI3 及 SSI6 之最大地表沉陷量，與長期監 測到的最大沉陷量大致相同，施工造成之地表最大沉陷量分別為 22 mm 及 27 mm，地盤漏失率分別為 1.30 %及 1.34 %。
本研究並收集日本及大陸使用 DOT 潛盾施工造成橫斷面地表沉陷槽的 9 組 數據來做比較，如圖 5-5 至圖 5-13。圖 5-5 所示為東京都有明北地區共同管道，
以 DOT 潛盾隧道施工造成之橫斷面地表沉陷槽，測得之最大的沉陷量為最小，
僅有 11 mm，地盤漏失率為 0.21 % 。
圖 5-6 顯示為上海軌道交通八號線，翔殷路站至黃興綠地站第 80 環測得之 地表沉陷槽，盾身通過測線造成大約 6 mm 的地表隆起，測得之最大的沉陷量為 28 mm，地盤漏失率為 0.71 %。圖 5-7 顯示為上海軌道交通八號線翔殷路站至黃 興綠地站，第 455 環橫斷面地表沉陷槽監測結果，其最大的沉陷量為 23 mm，地 盤漏失率為 0.43 %。圖 5-8 顯示上海軌道交通八號線翔殷路站至黃興綠地站，第 460 環橫斷面地表沉陷槽監測結果，DOT 潛盾施工造成之沉陷呈現左右不對稱，
最大沉陷量為 30 mm，地盤漏失率為 0.69 %。圖 5-9 顯示為上海地鐵六號線第九 標工程，第 100 環測得之地表沉陷槽，測得之最大的沉陷量為 34 mm，地盤漏失 率為 0.95 %。圖 5-10 顯示為上海地鐵六號線第九標工程，第 130 環橫斷面地表 沉陷槽監測結果，其最大沉陷量偏往右側之下行線，為 27.5 mm，地盤漏失率為 0.80 %。圖 5-11 顯示上海地鐵六號線雲山路站至博興路站間，第 280 環橫斷面 地表沉陷槽，沉陷槽中央部分之沉陷量較為集中，隧道施工造成之最大的沉陷量 達 41 mm，地盤漏失率為 0.87 %。圖 5-12 為上海地鐵六號線雲山路站至博興路 站間，第 580 環上方測得之地表沉陷槽，最終沉陷量為 32 mm，地盤漏失率為 0.87 %。圖 5-13 所示為上海地鐵十號線，同濟大學站至大連路站間，第 24 環地
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之初始地表沉陷量，1/a 的公制單位為（mm/day）。參數 1/a 愈大，表示隧道開挖 造成之初始沉陷速量較大。反之若參數 1/a 愈小，則初始沉陷速量愈小。
雙曲線參數 1/b 之物理意義，亦可由雙曲線公式（2.4）推得，根據 L’Hopital’s Rule，在式（2.4）中，當
t
時，S(t)的極限值將會趨近於 1/b，如下式（5.2）。 a bt b t t
S
t t1 lim
（5.2）
如圖 5-17 所示，參數 1/b 之物理意義代表地表沉陷歷時曲線之長期最終沉 陷量，即最大沉陷量 Smax之倒數（Smax = 1/b），參數 1/b 的公制單位為（mm）。
參數 1/b 之大小（即最大沉陷量 Smax）為影響地表沉陷歷時曲線重要參數。
藉由雙曲線模式模擬地表沉陷歷時關係，得到雙曲線參數 a 及 b 值，將雙曲 線參數 a、b 值取其倒數為 1/a 及 1/b 值，SSI3-6 測點及 SSI6-5 測點求出 1/a 值範 圍為 5.88~66.22 mm/day，1/b 值範圍為 20.79~26.95 mm。本研究之 2 筆現地監測 資料顯示，以土壓平衡式 DOT 雙圓型潛盾機開挖造成之沉陷對時間的關係，亦 可以雙曲線模式加以描述。
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第六章
DOT 潛盾隧道施工造成之地表沉陷槽
如表 6-1 所示，本章蒐集 11 筆國內外 DOT 潛盾案例資料，包含日本東京有 明北地區供給管共同管道建設工程、上海地鐵六號線第 9 標工程、上海地鐵六號 線第 11 標工程、上海軌道交通八號線翔殷路站至黃興綠地站工程、上海地鐵十 號線第 3 標工程、及桃園機場聯外捷運 CA450A 標潛盾隧道工程，上述 6 個案 例皆採用 DOT 雙圓型潛盾機掘進施工。
Peck(1969)建議，可以用常態分佈曲線來模擬因單圓潛盾隧道施工所引致之 地表沉陷槽。依據現地量測資料，Peck 分析於不同土層狀況下單圓潛盾施工所 引致之地表沉陷槽，得到代表沉陷槽寬度之參數 i 值。本章依據 11 筆國內外 DOT 雙圓型潛盾案例監測資料，探討是否也可以用 Peck 建議之常態分佈曲線來模擬 DOT 潛盾施工造成之地表沉陷槽，如果答案是肯定的，如何以經驗方法預測分
析 DOT 雙圓潛盾隧道施工造成沉陷槽之寬度參數 i 值及地表最大沉陷量 Smax。
6.1 常態分佈沉陷槽理論
為便於說明 DOT 潛盾隧道開挖造成之地表沉陷槽，參照圖 6-1，本研究先 定義相關重要參數如下：
R：隧道襯砌環片外側半徑 (m) Z：隧道中心線深度 (m)
Smax：地表最大沉陷量 (mm)
i：隧道中心線到地表沉陷槽反曲點（inflection point）的水平距離 (m)
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圖 6-6 (a) 顯示上海地鐵六號線第九標工程第 100 環的實測地表沉陷槽。
DOT 隧道外徑為 6.52 m，隧道中心深度為 14.36 m。由圖 6-7 (a)求得沉陷槽寬度 參數 i 為 8.57 m，測得之最大地表沉陷量 Smax為 34 mm，將 i 及 Smax參數代回式 (2.6)，結果如圖 6-6 (a)所示，圖中顯示監測數據與常態分佈沉陷槽吻合性良好。
圖 6-6 (b)顯示之案例為上海地鐵六號線第九標工程第 130 環的監測地表沉 陷槽。DOT 隧道外徑為 6.52 m，隧道中心深度為 14.86 m。圖 6-7 (b)求得沉陷槽 寬度參數 i 為 7.50 m，實測地表最大沉陷量 Smax為 27.5 mm，將 i 及 Smax參數代 回 (2.6)式，結果如圖 6-6 (b)所示，圖中監測數據與常態分佈曲線沉陷槽吻合頗 為良好。
圖 6-6 (c)顯示案例為上海地鐵六號線，雲山路站至博興路站建設工程，監測 斷面第 280 環的實測地表沉陷槽及模擬結果。圖 6-6 (c)顯示監測沉陷槽之寬度較 模擬結果為窄。
圖 6-6 (d)顯示案例為上海地鐵六號線，雲山路站至博興路站建設工程，監測 斷面第 580 環的地表沉陷槽監測數據。圖 6-6 (d)顯示監測沉陷槽略呈不對稱，但 實測結果與常態分佈沉陷槽吻合良好。
圖 6-8 (a)顯示上海軌道交通八號線翔殷路站至黃興綠地站建設工程，第 80 環的實測地表沉陷槽。隧道外徑為 6.52 m，隧道中心深度為 10.76 m。由圖 6-9 (a) 求得地表沉陷槽參數 i 為 7.76 m，地表最大沉陷量 Smax為 28 mm。圖 6-8 (a)顯示 右側監測資料與常態分佈沉陷槽吻合略佳，實測沉陷槽寬度較模擬值為窄。
圖 6-8 (b)顯示上海軌道交通八號線翔殷路站至黃興綠地站建設工程，監測斷 面為第 455 環的地表沉陷槽監測數據。隧道外徑為 6.52 m。圖 6-8 (b)顯示監測沉 陷槽於 DOT 潛盾機上方呈現雙峰，實測沉陷槽和模擬值大致吻合良好。圖 6-8 (c) 顯示為上海軌道交通八號線翔殷路站至黃興綠地站建設工程，監測斷面為第 460 環的地表沉陷槽。圖中顯示監測沉陷槽在中心線左右亦呈現雙峰式沉陷，求得之 沉陷槽與實測沉陷槽大致相符。
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圖 6-8 (d)顯示上海地鐵十號線，同濟大學站至大連路站建設工程，監測斷面 第 24 環的監測地表沉陷槽。DOT 隧道外徑為 6.52 m，隧道中心深度為 17.45 m。
圖 6-9 (d)求得沉陷槽參數 i 為 5.08 m，量得之最大沉陷量 Smax為 33 mm。圖 6-8 (d) 顯示，在隧道兩側以常態分佈預測結果與實測結果符合性欠佳。
以上各案例之現地監測資料顯示，以 Peck(1969)建議之常態分佈曲線模擬 DOT 雙圓型潛盾隧道施工引致之地表沉陷槽，其模擬結果與實測結果符合性大 致良好。
於下一節中，本研究依據國內外 DOT 潛盾開挖造成之地表沉陷資料，加以 統計分析，介紹如何預估 DOT 潛盾開挖造成沉陷槽參數 i 值及最大沉陷量 Smax 值。
6.3 如何預估沉陷槽寬度參數 i
Peck（1969）分析單圓型潛盾機於不同土層狀況下開挖，所引致之地表沉陷 槽寬度參數 i。Peck 依據 17 組監測數據建立隧道半徑 R、隧道中心線深度 Z 及 沉陷槽寬度參數 i 值之關係(如圖 2-16)。本研究蒐集 11 組國內外 DOT 潛盾施工 遭遇黏土層地盤之沉陷槽斷面，依 6.1.1 小節說明的方法分析求得各沉陷槽寬度 參數 i 值，匯整於表 6-1。
本研究根據表 6-1 之各斷面隧道半徑 R、隧道中心線深度 Z、各斷面之寬度 參數 i 繪入以寬徑比(
R
i )與以深徑比(
R Z
2 )為縱座標之無因次關係圖中(如圖 6-10)，圖中虛線為 11 筆監測資料之最外側範圍。對相同直徑 R 之 DOT 潛盾機，
隧道中心線深度 Z 愈深，隧道施工造成之地表沉陷槽寬度愈寬。圖中亦顯示 Peck(1969)所提出，單圓潛盾隧道在地下水位以上之砂土層、黏土層和在地下水 位以下之軟弱至堅硬黏土層及在地下水位以下之砂土層開挖，造成的沉陷槽寬度 參數 i 值範圍。由於兩種潛盾機(單圓和 DOT)，於直徑 R、斷面形狀、環片形狀、
潛盾機斷面積及施工方法之定義上皆不同，故無法直接互相比較。因桃園國際機
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場聯外捷運 CA450A 標(case 20)之 DOT 潛盾隧道掘進經過淡水河下方(圖 1-1)，
隧道中心線深度因為須考量淡水河河水深度及足夠覆土厚度，所以表 6-1 case 20 之隧道中心線深度，比其它收集到之 9 筆資料的隧道中心線深度為深，且沉陷槽 寬度參數 i 值也高達 14.74 m 及 17.15 m。例如 case 20 的 SSI6 斷面，隧道深度達 28.47 m，約為 case 16 第 100 環斷面深度 14.36 m 的 1.98 倍，故 SSI6 斷面寬度 參數 i = 17.15 m，約為 case 16 第 100 環斷面 i = 8.57 m 的 2 倍。
圖 6-10 的虛線顯示 11 筆監測資料匯成之範圍，可作為預估 DOT 潛盾隧道 施工造成地表沉陷槽寬度參數 i 值範圍時參考使用。在此必須說明，圖 6-10 僅
圖 6-10 的虛線顯示 11 筆監測資料匯成之範圍，可作為預估 DOT 潛盾隧道 施工造成地表沉陷槽寬度參數 i 值範圍時參考使用。在此必須說明，圖 6-10 僅