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 130 %。同步背填灌漿設備運轉時，同步背填灌漿管線出口出現土壤阻塞之現象，

每隔一段時間潛盾機就必須暫停掘進施工，清理同步背填灌漿管線出口的淤塞土 質，以確保機器同步背填灌漿能順利施作，施工廠商考慮若繼續採取機器同步背 填灌漿，將因此消耗太多時間於清理工作，所以於 DOT 潛盾機掘進至三重堤防 後，停止同步背填灌漿作業，只採取人工環片背填灌漿來填補潛盾機造成之盾尾

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空隙，停止同步背填灌漿作業，有可能造成在淡水河底及台北側地盤較大之沉陷 量。潛盾機經三重堤防後，掘進經過淡水河至到達井，施工使用之背填灌漿率保 持在 130 %~150 %。

4.4.6 環片背填灌漿注入率之案例比較

為了瞭解 DOT 潛盾機施工掘進，與使用環片背填灌漿率高低的相對關係，

探討兩者間是否有一定的關連性，本研究蒐集 8 筆國內外 DOT 潛盾案例環片背 填灌漿注入率資料，如表 3-1 所示。案例包含廣島市國道 54 號新交通體系鯉城 潛盾工程(case 1)、千葉縣習志野市菊田川 2 號幹線管渠建設工程(case 2)、東京 有名北地區供給管共同管道建設工程(case 3)、名古屋高速鐵道 4 號線砂田橋東 工區土木工程(case 5)、名古屋高速鐵道 4 號線八事南工區建設工程(case 11)、上 海市軌道交通楊浦線(M8 線)嫩江路站至黃興綠地站建設工程(case 14)、上海市軌 道交通楊浦線(M8 線) 開魯路站至嫩江路站建設工程(case 15)、及桃園機場聯外 捷運 CA450A 標潛盾隧道工程(case 20)，上述 8 個案例皆採用 DOT 雙圓型潛盾 機掘進施工。

本研究根據表 3-1 各案例使用之環片背填灌漿率、及隧道直徑繪於圖 4-13，

圖中實線為 8 筆資料之灌漿率範圍，其中環片背填灌漿率使用之最小值為 109

%，最大值為 200 %，灌漿率平均值為 153 %，加減一個標準差之範圍為 125 %~180

%。圖中顯示，並未因為 DOT 潛盾機直徑大小，而影響環片背填灌漿率。例如 case 2 潛盾機直徑為最小時(2R = 4.45 m)，環片背填灌漿率為 145~150 %，而 case 3 潛盾機直徑最大(2R = 9.36 m)時，其環片背填灌漿率範圍為 150~170 %，沒有 一定規律性存在。

依據表 3-1 之各案例環片背填灌漿率、斷面隧道半徑 R、及隧道中心線深度 Z 資料，繪入以環片背填灌漿率為橫坐標與以深徑比(

R Z

2 )為縱座標之無因次關 係圖中(圖 4-14)。圖中環片背填灌漿率與隧道深度 Z 之相關性並不明顯。

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4.4.7 二次灌漿

依設計圖說及建物保護評估需求，施工單位於三重端忠孝橋橋墩、環河高架 橋、台北防洪牆、台北衛工處前處理設施、玉泉公園、及台北醫院等建物保護區 段下方施作兩扇形二次灌漿(secondary grouting)以改良 DOT 隧道上方土質，穩固 地質(如圖 4-15)，以減少隧道開挖造成之地表建物沉陷。二次灌漿施作位置在環 片脫離盾殼第 8 環至第 15 環範圍內最佳，必要時可延至第 20 環(如圖 4-16)，需 在環片脫離盾殼 24 小時內完成二次灌漿。二次灌漿材料與背填灌漿材料相同(如 表 4-1 所示)，分為 A 液及 B 液混合後注入。如圖 4-17 所示，在需保護之建物下 方，於潛盾機內部之環片灌漿孔，利用手動鑽孔機進行 2 m 長之鑽孔，鑽孔作業 前必須在環片灌漿孔上安裝止水箱，以防止地下水及土砂流入隧道內，減少地層 之漏失，再從隧道環片上之灌漿孔伸出灌漿管，以每 0.5 m 為一灌注階段，總共 為四灌注階段。從最外圍 2 m 處先行灌注，之後再依序拔出灌漿管 0.5 m，繼續 灌注漿液至最內側接近環片為止。二次灌漿完成後，隧道上方會形成兩扇形灌漿 區域，每一階段施工單位將灌漿壓力設定在 400 kPa。

4.4.8 潛盾機滾轉及俯仰角度管理

DOT 潛盾隧道施工，操作員要時常監視潛盾機開挖面壓力、推進速度、超 挖量、方位、俯仰及滾轉等數據，充分了解潛盾機狀況，以保持潛盾機前進時之 穩定及隧道線形之準確，若有線形偏差時應採逐環漸進方式修正之。本節將對 CA450A 標工程 DOT 潛盾機開挖過程之滾轉及俯仰角度進行介紹。

CA450A 標遭遇主要困難為潛盾機之滾轉問題，潛盾機滾轉造成之原因及修 正方法已於第二章說明，徐育芬(2010)依據潛盾機掘進日報進行滾轉數據分析，

其數據起始自 2009 年 12 月 14 日之第 1 環，截止於 2010 年 6 月 2 日施工的第

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537 環，本論文接續分析 2010 年 6 月 2 日第 538 環至 2010 年 12 月 5 日完工的 第最後一環 1316 環。

圖 4-18 (a)圖定義滾轉角 θ，以操作人員由隧道內向開挖面看，順時針滾轉 為正，逆時針滾轉為負，滾轉值超過正負 0.2 度為管理目標即需要修正偏差，警 戒值為正負 0.3 度，設計滾轉極限值為正負 0.6 度。潛盾機滾轉角度實測結果如 圖 4-18 (b)，圖中橫軸為環片號數，縱軸為潛盾機滾轉角度。本標工程 DOT 潛盾 機掘進之過程，曾使用之滾轉控制方式包含潛盾機反向旋轉、背填灌漿、千斤頂 修正、超挖刀修正，其中，較常使用之滾轉修正方式為前兩項。反向旋轉是潛盾 機滾轉時最常使用之修正方式，用於控制些微滾轉量。此外，自環片內向外背填 灌漿(如圖 4-12)對於施工上的技術困難度較低，且較容易控制，故採用率較高。

圖 4-18 (b)顯示，自第 86 環開始滾轉角度慢慢增大，於第 96 環產生-0.25 度 滾轉。施工單位採用反向旋轉及環片灌漿方法修正滾轉角度。此外，第 271 環到 285 環潛盾機滾轉量皆大於 0.3 度，其中第 278 環為發生之最大滾轉量 0.38 度，

施工單位採用反向旋轉、環片灌漿及超挖刀超挖相互配合，將滾轉角度修正至

±0.1 度以內。自第 538 環開始至第 855 環之滾轉角度皆未超過 0.2 度，所以施工 單位未作修正，於第 856 環開始至第 866 環其滾轉角度大於 0.2 度，其中最大值 為 0.23 度，施工單位採用反向旋轉及環片灌漿方法修正滾轉角度，第 867 環至 第 1203 環其滾轉角度皆小於 0.2 度。於第 1204 環至第 1210 環滾轉角度略大於 0.2 度，最大值為-0.22 度，施工單位亦採用反向旋轉及環片灌漿方法修正滾轉角 度。第 1211 環到 1316 環潛盾機滾轉量皆控制於±0.1 度以內。DOT 潛盾機於滾 轉問題上，未遭遇重大的災害困難，安全的掘進施工完畢。實際上圖中之最大滾 轉角度為 0.38 度，明顯小於設計極限值 0.6 度。

圖 4-19 (a)定義俯仰角 α，以水平線為基準，如潛盾機向上坡路段掘進時其 俯仰角度為正，潛盾機向水平線之下坡路段掘進時角度為負。圖 4-19 (b)為潛盾 機俯仰角度 α 實測結果，橫軸為環片號數，縱軸為潛盾機俯仰角度，潛盾機於第

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1 環至第 200 環的初期掘進路線上，即遭遇 4.9 %下坡路段，故俯仰角度於-0.28 度上下擺動，經過 200 環後潛盾機俯角漸趨平緩，自 350 環後水平推進於淡水河 床下方。經過第 940 環後，潛盾機掘進遭遇爬坡路段，仰角遂漸上升到第 1050 環，仰角從 0 度升高至 0.12 度。第 1050 環至 1316 環之掘進路線為爬升段，故

1 環至第 200 環的初期掘進路線上，即遭遇 4.9 %下坡路段，故俯仰角度於-0.28 度上下擺動，經過 200 環後潛盾機俯角漸趨平緩，自 350 環後水平推進於淡水河 床下方。經過第 940 環後，潛盾機掘進遭遇爬坡路段，仰角遂漸上升到第 1050 環，仰角從 0 度升高至 0.12 度。第 1050 環至 1316 環之掘進路線為爬升段，故

在文檔中 雙圓型潛盾隧道開挖造成之地盤沉陷 (頁 47-0)