第四章 新竹科學園區污水下水道潛盾工程案例
4.3 竹科三期之三放流管線潛盾案例
4.3.1 工程概述
此工程為新竹科學園區竹科污水處理廠主要污水排放管線。圖4-16 顯示，
放流管行經路段自東起園區污水處理廠之污水匯合井，放流管線往西穿越中山高 速公路路堤南下，再轉向西沿新安路北側，沿途經過一、二號工作井，最後延伸 至寶山路北側前進，接至龍泉寺前之三號工作井與上節介紹之竹科三期之二放流 管線工程銜接，污水放流管全長約3,546 m，共施作 4 座工作井。本管線內污水 採重力排放方式，管線埋設深度最深達 41 m。全線採用潛盾隧道法施工。為縮 短施工時程，此工程同時啟用三部潛盾機施作，分別從匯合井、一號工作井與二 號工作井出發。竹科三期之三放流管線工程，業主為行政院國科會之新竹科學工 業園區管理局，承包商為泛亞工程建設公司，設計單位為中華顧問工程司。施工 期間為民國90 年 11 月至 93 年 5 月。
4.3.2 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，由棕紅色粘土及其下數十公尺之卵礫石砂土所組成。圖 4-17 顯示，
現場鑽探最大深度為50 m 試驗 15 個鑽孔，地下水位深度為 4.5~13 m。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 m~約 4 m 間，主要係由沉泥質粘土、粉砂、
細砂及粗砂夾小礫石所組成之地層，色呈棕紅色。
2. 第二層次：為卵礫石層（GM），厚度在 4m 至 45m 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，卵礫石含量約為 60%，色呈棕黃色。本土層標準貫入試驗 N 值均大於 50。
3. 第三層次：為黃色風化泥岩層，出現於地表下約 25 m 之後，本土層標準 貫入試驗N 值均大於 100。
圖4-17 顯示，本工程之潛盾隧道之施工位置主要在第二層次卵礫石與第三 層次泥岩層內進行。
4.3.3 卵礫石地盤潛盾施工
本工程潛盾機採用土壓平衡式潛盾機開挖，共使用三台潛盾機，由日本三 菱重工業株式會社所製造，如圖4-18。圖 4-10 顯示，潛盾機外徑為 2.48 m，完 工後隧道內部直徑為1.65 m，第一次襯砌施作鋼製環片，厚度為 150 mm，長度 為900 mm，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，
厚度為200 mm。為切削地盤內之卵礫石，圖 4-18 潛盾機之切刃轉盤上設置固定 切刃與滾輪切刃。以下針對對潛盾機施工所遭遇之困難、原因探討與處理對策加 以說明。
(a) 事故一螺運機螺旋葉片斷裂
於民國91 年 9 月 13 日，三號潛盾機掘進突然發生異常無法出土，經檢查
發現因遭遇地盤內未移除之鋼軌樁等尖銳鐵材，損害螺運機之無軸式螺旋葉片
（Shaftless Spiral Coil），導致螺旋葉片斷裂無法繼續出土，如圖 4-19。
(b) 事故二潛盾機遭遇泥岩層掘進困難
民國91 年 9 月 30 日，一號潛盾機掘進時遭遇大粒徑且堅硬密集之卵石及 堅硬泥岩（N>100）之複合地層，導致潛盾機掘進至 267 環（0k+241m）時千斤 頂推力異常，無法掘進，其地質變化及千斤頂負載程度皆超出預期狀況。推測原 因可能是由於潛盾機掘進時，中途有部分地層由卵礫石層進入泥岩層，由於泥岩 層甚為堅硬（N>100），切削十分困難，潛盾機推進緩慢，卵礫石落入土艙速度 緩慢，螺運機閘門出碴極為緩慢。泥岩堅硬影響千斤頂推進速率，掘進能力無法 發揮。施工單位之處理對策為採用加入顆粒狀膨脹性皂土充填土艙，在土艙內形 成土栓（Soil plug）及提高推力施工。施工單位將 10 支千斤頂全推，總推力達 4000 KN，推至第 278 環時速度已有改善，合計從 267-278 環共 11 環（約 9.9 m）
共推了25 天。
(c) 事故三螺運機出土閘門大量湧水及潛盾機盾尾滲水
民國92 年 5 月 7 日，三號潛盾機於 2k+090m 處潛盾機掘進受阻，螺運機出 土閘門大量湧水（如圖4-20），因此螺運機無法順利出土，此外因遭遇地下水盾 尾刷（Tail seal）無法阻擋地下水自盾尾空隙滲入機內，因此施工單位決定停機 進行處理。推測原因為潛盾機離開出發段地盤改良區域遭遇高壓湧水層（潛盾機 掘進位置約於地下水位下24 m），導致地下水大量湧入螺運機出土閘門與盾尾。
在潛盾機停機後，施工單位對地盤進行化學灌漿，增加土壤密度、填充孔隙，使 潛盾隧道順利通過已故地區。
第 五 章
新竹湖口台電六輸潛盾工程案例
本章介紹台灣新竹湖口台電六輸潛盾施工工程，本研究介紹二個案例，分別 為（1）新工~湖北電纜線路洞道工程案例；（2）竹工超高壓變電所電纜線路洞道 工程案例。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。
5.1 新工~湖北電纜線路洞道工程案例
5.1.1 工程概述
為提昇新竹工業區供電容量及供電品質，台電輸變電工程處中區施工處於 民國94 年 4 月推動「新工～湖北 161 kV 電纜線路隧道暨附屬機電設備設計及施 工統包工程」。如圖 5-1 所示，考量長期系統及配電線路之安全及供電品質，本 工程採潛盾隧道工法施工。設計單位於新工變電所~湖北變電所間規劃 2 座直 井，潛盾機施工由1 號直井（湖北變電所旁）出發（以 S 曲線 R=100 m 進入工 業二路），沿著工業二路以急曲線（R=28 m）右轉文化路至 2 號直井（新工變電 所旁），中途穿越國道1 號中山高速公路下方，以及遭遇曲率半徑 R=28 m 之急 曲線施工，隧道全長為544 m。新工變電所隧道內共需容納 161 kV 電纜 4 迴線 複導體及22 kV 配電線路 18 饋線，另須預留 161 kV 電纜 2 迴線複導體之擴充空 間。此工程業主為台灣電力公司，統包廠商為豐順營造公司，設計單位為財團法 人中華顧問工程司。施工時間為民國94 年 7 月 23 日至民國 96 年 5 月 3 日，共 650 天。
5.1.2 地質概況
本工址位於湖口交流道附近，此區屬湖口台地，圖5-2 顯示，地形尚屬平坦，
地下水位約位於地表下 8~11 m，附近出露地層包含楊梅層、店子湖層、中壢層 及現代沖積層。本工址潛盾隧道通過之地層剖面如圖5-2，依據鑽探結果研判，
可分為以下三個層次：
1. 第一層次：為回填層（SF），約於地表下 0~1.45 m，N 值為 5，土壤平均密 度為1.88 t/m3。
2. 第二層次：為卵礫石層充填粉質細砂及粘土（GP），厚度約為0.8 m~14.8 m，
N 值大於 50，平均密度為 1.9 t/m3。其含卵礫石量約為60%。
3. 第三層次：為砂岩層，厚度約為 12.8 m~20.0 m，N 值為 11，砂岩平均密度 為1.85 t/m3。
圖5-2 顯示，本工程之潛盾隧道之施工位置主要在第二層次之卵礫石層內進 行。
5.1.3 卵礫石地盤潛盾施工
本工程採用中折式加泥式土壓平衡潛盾機，見圖5-3，潛盾機由三菱重工業 株式會社製造，潛盾機外俓為4.54 m，完工後隧道外部直徑為 4.40 m，內部直徑 為3.90 m，採用鋼筋混凝土環片及鋼環片襯砌，環片厚度為 250 mm，見圖 5-4。
鋼筋混凝土環片之長度為1000 mm，鋼環片之長度為 500 mm。圖 5-3 顯示潛盾 機之切刃轉盤採輪輻軸型，由於隧道開挖之第二次層含卵礫石量頗高，因此施工 單位訂製潛盾機面盤上設置主切刃、滾輪切刃、先行切刃、輔助切刃與擴挖刀，
為了便利大顆粒卵石通過螺運機，採無軸式螺旋葉片。
圖 5-5 顯示，潛盾機在實際鑽掘施工時，原本研判卵礫石之含礫量約為 60%，但在局部路段潛盾開挖遭遇含礫量 90%以上之地層，導致嚴重磨耗潛盾機 切刃盤，因此必須時常停機，自機首人孔開艙檢查。經設計與施工單位檢討後，
決定於地中更換磨損之切刃並提高檢查之頻率，使得工程得以順利完成，但也因 此導致工程進度受阻。
5.1.4 穿越國道高速公路下方避開障礙物
圖 5-2 顯示，根據管線調查發現，潛盾機掘進沿線上方有既設ψ=800 mm 自來水管穿越高速公路，考量自來水管線推管工程因推管施工所需，切除並殘留 長度9 m 之鋼板樁於地中，此類地中障礙物並未註記於管線調查之圖資。為降低 施工對交通之衝擊影響，及預留較大隧道覆土以確保自來水管線及高速公路之安 全，潛盾隧道施工路線頂部高程，採配置於鋼板樁下0.5 m 以避開此一地中障礙 物。
5.1.5 S 曲線隧道避開私有地
受限 1 號直井尺寸，並配合潛盾機利用反力座推進發進，隧道發進後需一 直線段使潛盾機完全駛出直井後，才能開始進行曲線施工。圖5-1 顯示，由於台 電變電所用地有限，隧道需採S 曲線轉入道路，以避免隧道穿越鄰房施工。潛盾 機遭遇急曲線一般採鋼環片襯砌施工，為縮減成本，本工程為國內首採以長度 1000 mm 之異形混凝土環片於 R=100 m 之曲線施工。採用大寬度之環片施工，
可能遭遇環片組裝精度如何提高，以及如何避免環片受損與環片組裝錯位過大導 致之漏水問題。當潛盾機曲線施工時，潛盾機之姿勢屬內側超挖情況，無法直接 扭轉成另一側之超挖。因此一般潛盾機在開挖兩反向轉彎之S 曲線，須預留約至 少 1~2 環片寬度加潛盾機身長之直線段（圖 5-1 所示），以方便潛盾機進行姿勢 之調整，以減少潛盾機方向控制不凖之風險。本工程1 號直井前 S 曲線段之直線 段長度為5 m，長於本工程所採中折型潛盾機之前膛長為 2.94 m。右轉 S 曲線施 工後，即當潛盾機前膛姿勢駛回直線後，即可進行另一方向之左轉曲線施工。
5.1.6 急曲線潛盾隧道避開鄰房
圖5-1 顯示，於仁和路與文化路的交叉口，受限於道路寬度，本計畫隧道設 計採R= 28 m 之急曲線施工以避免隧道侵入民房。不同於一般潛盾施工採寬度 300 mm 之鋼環片，本工程採寬度 500 mm 鋼環片施工（圖 5-4），預期可精簡環 片端版數量，降低成本並減少施工輪進數目以縮短工期。可惜在施工過程中，仍 有少數環片螺栓因受力集中而導致剪裂，須耗時焊接結合補強，雖然順利完成隧 道工程並符合功能需求，但在整體評估發現，使用寬度500 mm 之鋼環片施工後 並未達成降低成本與縮短工期之目的。圖5-6 顯示在急曲線潛盾機施工完成後隧 道內之實際狀況。
5.2 新工超高壓變電所電纜線路洞道工程案例
5.2.1 工程概述
為回應社會大眾對市容觀瞻要求，輸電線安全距離之疑慮以及提昇輸電系
為回應社會大眾對市容觀瞻要求，輸電線安全距離之疑慮以及提昇輸電系