第四章 桃園國際機場聯外捷運系統潛盾工程案例
4.5 灌漿改良潛盾機上方地盤
桃園國際機場捷運部分潛盾隧道工程接近機場塔台與滑行道（如圖 4-2 所示），
因潛盾機掘進時，必然造成地盤沉陷，故施工單位在敏感區地盤開挖隧道時格外 謹慎。除了採用背填灌漿外，在經過機場滑行道與塔台附近時，本工程採用機上 灌漿工法施作。此地盤改良方法過去常用在潛盾隧道急曲線超挖部，充填 A 液
（水泥、皂土與水泥安定劑）及 B 液（水玻璃）灌漿，壓力控制於 2~4 kg/cm2 以防止地盤沈陷。圖 4-11 顯示，機上灌漿與潛盾機推進時同步進行，其灌漿位 置在潛盾機內上方，不同於背填灌漿在盾尾施作灌漿。在卵礫石層施作機上灌漿，
可防止卵礫石崩落所造成之空洞，以減少沉陷發生。地表沉陷監測的資料顯示，
本工程潛盾機於未施作機上灌漿所造成沉量陷，約為 3~10 mm。潛盾機於滑行道
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下方掘進時施作灌漿改良潛盾機上方地盤後，隧道開挖所造成之地表沉陷量僅約 為 2 mm。
4.6 切刃轉盤磨損
潛盾隧道在卵礫石層地盤切削掘進，潛盾機切刃盤磨損之狀況嚴重。在桃園 捷運潛盾隧道工程中，1 號潛盾機總共掘進了 1,205 m。圖 4-12 虛線顯示，於面 盤中心向外半徑約 2.08 m 處（潛盾機半徑 R=3.12 m），切刃盤切削卵礫石嚴重磨 損，出現明顯之凹痕。切刃轉盤主要磨損位置與台電六輸 161 kV 電纜潛盾隧道 案例相同，其磨損位置皆約位於離潛盾機中心位置之 2R/3 處。研判其原因，卵 礫石受切刃盤旋轉切削掘進之影響，導致開挖面上部周圍卵礫石向下崩落，由於 螺運機取土口位於切刃盤中心線之後方，崩落之卵礫石逐漸向切刃盤中心線下方 集中，因此造成 2R/3 處嚴重磨損，建議往後設計潛盾機時，可考量此特殊之切 刃盤磨耗行為。
4.7 監測計畫
CU02A 標潛盾隧道穿越桃園國際機場路段重要構造物（例如航廈、塔台、
滑行道等），屬於敏感且高風隩地區，必頇設立監測預警系統及緊急應變措施。
潛盾隧道監測儀器的配置，以監測潛盾隧道施工引致之地層變位為主要考量。本 工程案例之監測斷面配置，為沿著隧道路線，每 80 公尺～100 公尺配置一個計 測斷面，項目主要以地表沉陷之量測為主。如圖 4-13 所示，本工程於 MC-A-03 監測剖面埋設數個淺式沉陷觀測點（SSI），監測因潛盾道開挖引致之地表變位情 況，如沉陷與時間關係、地表最大沉陷量，及因隧道施工引致之沉陷影響範圍。
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第五章
地表沉陷歷時曲線與雙曲線模式
依據 Fang et al.(1993)所建議之雙曲線模式(hyperbolic model)，陳柏碩（2009）
提出可模擬潛盾隧道在卵礫石層地層開挖造成之地表沉陷歷時曲線。陳柏碩
（2009）發現，在卵礫石層潛盾隧道施工造成之地表沉陷，大部分在潛盾機首通 過後 10 天至 30 天內完成。
如表 5-1 所示，本研究蒐集 3 個國內外案例資料，其中凿含北京地鐵一號線 工程案例、台灣電力公司竹工 161 kV 電纜線路洞道工程及桃園國際機場聯外捷 運系統潛盾工程案例，上述 3 個案例全部採用土壓帄衡式潛盾機施工，依據現地 監測資料共蒐集 13 筆地表沉陷歷時資料，採用雙曲線模式，分析獲得雙曲線參 數，提出沉陷歷時雙曲線參數建議值。以下分別介紹為雙曲線模式、以雙曲線模 式模擬地表沉陷歷時曲線、初始沉陷速率、地表最終沉陷量及探討地表沉陷歷時 曲線的限制性。
5.1 雙曲線模式介紹
為便於說明單一潛盾隧道施工造成隧道中心上方之地表沉陷，參照圖 5-1，
本研究首先定義相關重要參數如下：
D：隧道襯砌外側直徑（D = 2R）
Z：隧道中心線深度
t：潛盾機盾首通過測點後之時間 S(t)：隨時間變化之地表沉陷量
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Fang et al.（1993）建議，於凝聚性黏土層內以土壓帄衡式潛盾機開挖造成 之沉陷對時間關係，可用雙曲線模式函以描述。簡明同（1998）與吳俊德（2008）
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圖 5-4 顯示之案例為北京地鐵一號線工程(Zhou and Wang，2007)，圖 5-4(a) 為監測點 SSI 01 的地表沉陷歷時曲線監測數據。隧道外側直徑為 6.0 m，隧道中
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Hsing/Shimizu，2009)，圖 5-5(a)為監測點 SSI 06 的地表沉陷歷時曲線監測數據。
隧道外側直徑為 6.55 m，隧道中心深度為 17.48 m。圖 5-2（b）求得雙曲線參數
圖 5-6 顯示之案例為桃園國際機場聯外捷運系統潛盾工程(CECI，2009)，圖 5-6(a)為監測點 SSI 1021 的地表沉陷歷時曲線監測數據。隧道外側直徑為 6.10 m，
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礫石層之施工案例 13 筆，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 值，將雙曲線參數 a 值取其倒數為 1/a 值，計算出 1/a 值範圍為
2 . 3 1 . 3
mm/day。其範圍乃採取多組案例 1/a 值之帄均值函減一個標準誤差（Standard deviation）所得。5.4 地表最終沉陷量 S max =1/b 探討
如 5.1.3 小節所述，雙曲線參數 1/b 之物理意義為地表長期最終沉陷量，其 公制單位為（mm）。本研究蒐集國內外潛盾機遭遇卵礫石層之施工案例 13 筆，
藉由雙曲線模式模擬地表沉陷歷時關係，得到雙曲線參數 b 值，雙曲線參數 b 值取其倒數為 1/b 值，計算出 1/b 值範圍為
5 . 8 1 . 5
mm。其範圍乃採取多組案例 1/b 值之帄均值函減一個標準誤差所得。5.5 地表沉陷歷時曲線的限制性
沉陷歷時曲線主要是依據監測點的地表沉陷量與潛盾機通過該測點後的時 間關係，提出初始沉陷速率及地表長期最終沉陷量研究。但沉陷歷時曲線有其限 制性：1.使用雙曲線模式模擬沉陷歷時曲線，當潛盾機通過時間(t)為 0 day 時，
預估沉陷量 S(t)為 0 mm，雙曲線將會通過原點，但根據圖 6-1 顯示，因潛盾機 施工影響將會有先行的地表沉陷量變化，潛盾機通過時間(t)為 0 day 時，現地沉 陷量 S(t)並不一定會 0 mm，影響以雙曲線模擬初始地表沉陷值結果。2.一般施工，
工期必頇於合約規定內完成，且潛盾機掘進速度維持穩定(桃園機場聯外捷運系 統帄均施工速率為 3~5 m/day、台電竹工 161Kv 電纜線路洞道工程帄均施工速率 為 2~4 m/day 與北京地鐵一號線帄均施工進度為 3 m/day)且施工時間為連續，但 若因遭遇特殊施工困難導致工作程序改變，如遇地下障礙物必需停機排除，將會 影響預估地表沉陷量與時間的關係。
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因此，本研究將於第六章，依據監測點的地表沉陷量與潛盾機通過該測點後 的距離關係進行研究與探討，提出初始沉陷斜率及地表最大沉陷量之建議。
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第六章
地表沉陷縱剖面與雙曲線模式
因為地表沉陷歷時曲線有其限制性，如圖 6-1 所示，本章探討地表沉陷縱剖 面，並嘗詴以雙曲線模式模擬潛盾隧道在卵礫石地層開挖造成之地表沉陷距離
（xz 曲線）關係。
本研究蒐集國內外案例資料，如表 6-1 所示，其中凿含義大利米蘭地鐵一號 線延伸工程、台灣電力公司竹工 161 kV 電纜線路洞道工程及桃園國際機場聯外 捷運系統潛盾工程案例，上述 3 個案例全部採用土壓帄衡式潛盾機於卵礫石地盤 掘進施工，依據現地監測資料共 10 筆地表沉陷縱剖面資料。以下分別介紹為地 表沉陷縱剖面、雙曲線模式、及以雙曲線模式模擬地表沉陷縱剖面。
6.1 地表沉陷縱剖面
如圖 6-1 顯示依沉陷測點發生與潛盾機盾首之水帄距離，將潛盾隧道於卵礫 石地盤施工所產生之地盤沉陷區分為六個階段(Stage)，並以桃園國際機場聯外捷 運系統潛盾工程案例的 SSI 1021 測點為例，各階段沉陷行為詳述如下：
Stage 1：先行沉陷：係發生於距潛盾機到達之相當距離前方之沉陷
Stage 2：開挖面到達前擠壓隆起：係發生於土壓帄衡式潛盾機潛盾開挖面即將到 達前之地層隆起，主要因潛盾機操作時，開挖面推擠前方土層造成土壓 不帄衡所致。
Stage 3：開挖面前地盤損失：係發生於潛盾機開挖排出土壤時，土壓力改變所致。
Stage 4：盾身通過時沉陷：係發生於潛盾機通過測點造成之沉陷，其產生之主要 原因為潛盾機盾身表面與地盤間之摩擦，造成周遭土壤擾動所引致。
Stage 5：盾尾空隙閉合：係發生於潛盾機尾部通過後不久之沉陷，其產生之主要
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圖 6-6 顯示之案例為米蘭地鐵一號線延伸工程(Migliazza et al.，2009)，監測 點 SSI 13-1 的地表沉陷縱剖面監測數據。隧道外側直徑為 6.3 m，隧道中心深度 為 12.2 m。圖 6-4（a）求得雙曲線參數 a 為 0.259 m/mm，雙曲線參數 b 為 0.113 1/mm，將 a 及 b 參數代回雙曲線公式（6.1），結果如圖 6-6（a）所示，圖中顯示
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本案例監測數據與雙曲線模式吻合額為良好。圖 6-6（b）顯示米蘭地鐵一號線延 伸工程另一監測點 SSI 12-7 之地表沉陷監測資料及雙曲線模擬，圖中顯示大部分 監測資料皆與雙曲線模式吻合良好。
圖 6-7 顯示之案例為台灣電力公司竹工 161 kV 電纜線路洞道工程(Chieh Hsing and Shimizu，2009)，圖 6-7(a)為監測點 SSI 06 的地表沉陷縱剖面監測數據。
隧道外側直徑為 6.55 m，隧道中心深度為 17.48 m。圖 6-4（b）求得雙曲線參數
圖 6-8 顯示之案例為桃園國際機場聯外捷運系統潛盾工程(CECI，2009)，圖 6-8(a)為監測點 SSI 1021 的地表沉陷縱剖面監測數據。隧道外側直徑為 6.10 m，
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潛盾機遭遇卵礫石層之施工案例，藉由雙曲線模式模擬地表沉陷縱剖面，得雙曲 線參數 a 值共 10 筆數據，如表 6-1 所示將雙曲線參數 a 取其倒數為 1/a，計算得 出 1/a 值範圍為
1 . 38 0 . 86
mm/m。地表縱剖面初始斜率 1/a 範圍，乃採取 10 組 案例 1/a 值之帄均值，函減一個標準誤差所得。6.5 卵礫石地層地表最終沉陷量探討
如 6.2.3 小節所述，雙曲線參數 1/b 之物理意義為地表長期最終沉陷量，其 公制單位為（mm）。本研究蒐集國內外潛盾機遭遇卵礫石層之施工案例 10 筆，
藉由雙曲線模式模擬地表沉陷縱剖面，得到雙曲線參數 b 值，取參數 b 值之倒數 為 1/b，依據表 6-1 計算出 1/b 值範圍為
6 . 7 1 . 2
mm。1/b 範圍乃採取多組案例 1/b 值之帄均值，函減一個標準誤差所得。41
第七章
潛盾隧道於卵礫石地層施工造成之地表沉陷槽
Peck（1969）建議，因潛盾隧道施工所引致之地表沉陷槽，可以用常態分佈 曲線來模擬，Peck 依據現地量測資料，分析於不同土層狀況下潛盾施工所引致 之地表沉陷槽，得到代表沉陷槽寬度之參數 i 值。本章研究嘗詴依據國內外工程 案例資料，分析獲得潛盾隧道於卵礫石地層施工造成沉陷槽之寬度參數 i 值， 及
Peck（1969）建議，因潛盾隧道施工所引致之地表沉陷槽，可以用常態分佈 曲線來模擬，Peck 依據現地量測資料，分析於不同土層狀況下潛盾施工所引致 之地表沉陷槽，得到代表沉陷槽寬度之參數 i 值。本章研究嘗詴依據國內外工程 案例資料，分析獲得潛盾隧道於卵礫石地層施工造成沉陷槽之寬度參數 i 值， 及